2019届北京市通州区高三一模考试理科综合物理试卷（解析版）
展开通州区2018—2019学年度高三一模考试物理试卷
一、选择题
1.如图描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，下列关于布朗运动的说法正确的是（）
A. 悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的
B. 布朗运动就是液体分子的无规则运动
C. 液体温度越低，布朗运动越剧烈
D. 悬浮微粒越大，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显
【答案】A
【解析】
【详解】悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的，选项A正确；布朗运动是悬浮颗粒的运动，是液体分子的无规则运动的表现，选项B错误；液体温度越高，布朗运动越剧烈，选项C错误；悬浮微粒越小，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显，选项D错误。
2.交通信号灯有红、黄、绿三种颜色，关于这三种信号灯发出的单色光，下列说法正确的是（）
A. 红光频率最大 B. 红光最容易发生衍射现象
C. 绿光波长最大 D. 黄光光子能量最小
【答案】B
【解析】
【详解】三种颜色的光中，红光频率最小，红光的光子能量最小；紫光频率最大，波长最小；红光波长最长，最容易发生衍射现象，故ACD错误，B正确.
3.如图所示，甲图为一列简谐横波在 t = 0.5 s时刻的波动图像，乙图为这列波上质点P的振动图像，则该波（）
A. 沿x轴负方向传播，波速为 0.25m/s
B. 沿 x轴正方向传播，波速为 0.25m/s
C. 沿x 轴正方向传播，波速为 4m/s
D. 沿 x轴负方向传播，波速为 4m/s
【答案】C
【解析】
【详解】由振动图像可知，t = 0.5 s时刻质点P向上振动，可知沿x 轴正方向传播；因波长λ=4m，周期T=1.0s，则波速，故选C.
4.如图所示，电场中一个带电粒子只在电场力作用下，以一定的初速度由A点运动到B点，图中实线为电场线，虚线为粒子运动轨迹，下列说法正确的是( )
A. 粒子带正电
B. 粒子在A点的加速度大于在B点的加速度
C. 粒子的电势能不断增加
D. 粒子的动能不断增加
【答案】C
【解析】
【详解】由轨迹可知，粒子所受的电场力大致向左，可知粒子带负电，选项 A错误；A点的电场线较B点稀疏，可知A点的场强较小，则粒子在A点的加速度小于在B点的加速度，选项B错误；从A到B电场力做负功，动能减小，电势能增加，选项C正确，D错误；
5.剑桥大学物理学家海伦·杰尔斯基研究了各种自行车特技的物理学原理，并通过计算机模拟技术探寻特技动作的极限，设计了一个令人惊叹不己的高难度动作——“爱因斯坦空翻”。现将“爱因斯坦空翻”模型简化，如图所示，自行车和运动员从M点由静止出发，经MN圆弧，从N点竖直冲出后完成空翻。忽略自行车和运动员的大小，将自行车和运动员看做一个整体，二者的总质量为m，在空翻过程中，自行车和运动员在空中的时间为t，由M到N的过程中，克服摩擦力做功为W。空气阻力忽略不计，重力加速度为g。下列说法正确的是（）
A. 自行车和运动员从N点上升的最大高度为
B. 自行车和运动员在MN圆弧的最低点处于失重状态
C. 由M到N的过程中，自行车和运动员重力的冲量为零
D. 由M到N的过程中，运动员至少做功
【答案】D
【解析】
【详解】自行车和运动员在空中的时间为t，可知下降和上升的时间均为t，则自行车和运动员从N点上升的最大高度为，选项A错误；行车和运动员在MN圆弧的最低点时，加速度向上，处于超重状态，选项B错误；由M到N的过程中，自行车和运动员重力的冲量为mgt＇（t＇为从M到N的时间），选项C错误；从M到P的过程，由动能定理：，解得，选项D正确。
6.现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，在上、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，所产生的感生电场使电子加速。甲图为侧视图，乙图为真空室的俯视图。若此时电磁铁中通有图示电流，电子沿逆时针方向运动，则下列说法正确的是（）
A. 若电磁铁中电流减小，则电子被加速
B. 若电磁铁中电流增大，则电子被加速
C. 若电子被加速，是因为洛伦兹力对其做正功
D. 电子受到的感生电场力提供圆周运动的向心力
【答案】B
【解析】
【详解】当电磁铁线圈电流的电流增大时，产生向上的增加的磁场，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向做加速运动；反之，若电磁铁中电流减小，则电子不能被加速，故B正确，A错误。洛伦兹力方向与电子的速度方向垂直，可知洛伦兹力不做功，选项C错误；电子受到的感生电场力使电子加速，洛伦兹力提供圆周运动的向心力，选项D错误。
7.某同学设计了一个探究平抛运动特点的实验装置。如图所示，在水平桌面上固定放置一个斜面，把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上。第一次让桌子紧靠墙壁，从斜面上某一位置由静止释放小钢球，在白纸上得到痕迹1，以后每次将桌子向后移动相同的距离x，每次都让小钢球从斜面的同一位置滚下，重复刚才的操作，依次在白纸上留下痕迹2、3、4，测得2、3和3、4间的距离分别为和。当地重力加速度为g。下列说法不正确的是（）
A. 实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与重垂线垂直
B. 每次让小钢球从同一位置由静止释放，是为了使其具有相同的水平初速度
C. 可以求得：=3:5
D. 可以求得小钢球离开水平桌面时的速度为
【答案】D
【解析】
【详解】实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与重垂线垂直，从而保证小球能做平抛运动，选项A正确；每次让小钢球从同一位置由静止释放，是为了使其具有相同的水平初速度，选项B正确；因小球在竖直放置做自由落体运动，各个计数点之间的时间间隔相同，根据初速度为零的匀变速直线运动的规律可知，，选项C正确；因,则，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
8.如图所示，在真空中有一个带正电的点电荷，位于不带电的薄金属球壳的球心处。由于静电感应，在薄金属球壳的内外表面会感应出电荷。已知点电荷的电荷量为+Q，薄球壳半径为R。类比于磁通量的定义，我们可以把穿过某个面的电场线条数称为穿过这个面的电通量。图中a、b是与薄球壳同心的两个球面，M是薄金属球壳中的一点。k为静电力常量。下列说法正确的是（）
A. 金属球壳外表面带负电，内表面带正电
B. 金属球壳中M点的场强大小为
C. 穿过a、b两球面的电通量大小相等
D. a、b两球面处的场强大小相等
【答案】C
【解析】
【详解】由于点电荷Q带正电，则由于静电感应，金属球壳外表面带正电，内表面带负电，选项A错误；金属球壳中M点的场强大小为零，选项B错误；根据电通量的含义可知，穿过a、b两球面的电通量大小相等，选项C正确；a球面处的电场线较b球面处的电场线密集，可知a球面处的电场强度较b球面处的电场场强大，选项D错误。
二、实验题
9.
（1）在“测定金属丝的电阻率”的实验中，测得连入电路的金属丝的长度为L、直径为d，用如图1所示的电路图测得金属丝电阻为R。
①请写出该金属丝电阻率的表达式：ρ= ________（用已知字母表示）。
②在图1中，金属丝电阻的测量值_________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。
③如图2，使用螺旋测微器测得金属丝的直径d为________mm。
（2）用如图3所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验时，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落。
①除了图示的实验器材，下列实验器材中还必须使用的是________（填字母代号）。
A．交流电源 B．秒表 C．刻度尺 D．天平（带砝码）
②关于本实验，下列说法正确的是________（填字母代号）。
A.应选择质量大、体积小的重物进行实验
B.释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态
C.先释放纸带，后接通电源
③实验中，得到如图4所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O（O点与下一点的间距接近2mm）的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T。设重物质量为m。从打O点到B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp=________，动能变化量ΔEk= ________。（用已知字母表示）
④某同学用如图5所示装置验证机械能守恒定律，将力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，一端连在力传感器上。将小球拉至水平位置从静止释放，到达最低点时力传感器显示的示数为F0。已知小球质量为m，当地重力加速度为g。在误差允许范围内，当满足关系式________时，可验证机械能守恒。
【答案】 (1). (2). 小于 (3). 4.700(或4.699) (4). AC (5). AB (6). (7). (8). F0 = 3mg
【解析】
【详解】（1）①根据 ，解得该金属丝电阻率的表达式：.
②在图1中，由于电压表的分流作用，使得电流的测量值偏大，则金属丝电阻的测量值偏小；③用螺旋测微器测得金属丝的直径d为：4.5mm+0.01mm×20.0=4.700mm；
（2）①除了图示的实验器材，下列实验器材中还必须使用的是交流电源和刻度尺，故选AC；
②本实验应选择质量大、体积小的重物进行实验，以减小下落过程的相对阻力，选项A正确；释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态，以减小纸带和打点计时器之间的摩擦，选项B正确；先接通电源，后释放纸带，选项C错误；
③因O点与下一点的间距接近2mm，可知O点的速度为零；从打O点到B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp=mghB，打B点时的速度：；动能变化量；
④在最低点时：，若机械能守恒，则满足：，即。
三、计算题
10.如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L=0.4m，一端连接R=1.5Ω的电阻，导轨所在的空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B=0.2 T，电阻r=0.5Ω的导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨电阻忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v=5m/s。求：
（1）感应电流I的大小，并判断导体棒MN中的感应电流的方向。
（2）导体棒MN两端电压U的大小。
（3）拉力F的大小。
【答案】（1）；MN中感应电流的方向为NM（2）（3）F =F安= 0.016N
【解析】
【详解】（1）由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势：E = BLv=0.4 V
由闭合电路欧姆定律可得，感应电流：
根据右手定则（或楞次定律），MN中感应电流的方向为NM
（2）由欧姆定律可得，导体棒两端电压：
（3）金属棒在匀速运动过程中，所受的安培力大小为：F安= BIL = 0.016 N
因为是匀速直线运动，所以导体棒所受拉力：F =F安= 0.016N
11.一个氘核（）和一个氚核（）聚变时产生一个中子（）和一个α粒子（）。已知氘核的质量为，氚核的质量为，中子的质量为，α粒子的质量为，光速为c，元电荷电量为e。
（1）写出核反应方程，并求一个氘核和一个氚核聚变时释放的核能。
（2）反应放出的粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，轨道半径为R，磁感应强度大小为B。求粒子在磁场中圆周运动的周期T和等效电流I的大小。
（3）1909年卢瑟福及盖革等用α粒子轰击金箔发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些α粒子发生了较大的偏转，个别就像被弹回来了一样。卢瑟福认为“枣糕模型”中的电子不足以把α粒子反弹回来，在经过深思熟虑和仔细的计算后，他提出了原子的核式结构模型。以一个α粒子以速度v与原来静止的电子发生弹性正碰为例，请通过计算说明为什么电子不能把α粒子反弹回来（已知α粒子的质量是电子质量的7300倍）。
【答案】（1）（2）（3）α粒子所受电子的影响是微乎其微的，不能被反弹
【解析】
【详解】（1）核反应方程：
反应释放的核能：
（2）设粒子的速度大小为v，由，
得粒子在磁场中运动周期：
由电流定义式，得环形电流大小：
（3）设电子的质量为，碰撞后α粒子的速度为，电子的速度为ve。
由动量守恒：
由能量守恒：
得
因
所以，即α粒子所受电子的影响是微乎其微的，不能被反弹。
12.探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我国不懈追求的航天梦，我国航天事业向更深更远的太空迈进。
（1）2018年12月27日中国北斗卫星导航系统开始提供全球服务，标志着北斗系统正式迈入全球时代。覆盖全球的北斗卫星导航系统由静止轨道卫星（即地球同步卫星）和非静止轨道卫星共35颗组成的。卫星绕地球近似做匀速圆周运动。已知其中一颗地球同步卫星距离地球表面的高度为h，地球质量为Me，地球半径为R，引力常量为G。
a.求该同步卫星绕地球运动的速度v的大小；
b.如图所示，O点为地球的球心，P点处有一颗地球同步卫星，P点所在的虚线圆轨道为同步卫星绕地球运动的轨道。已知h= 5.6R。忽略大气等一切影响因素，请论证说明要使卫星通讯覆盖全球，至少需要几颗地球同步卫星？（,）
（2）今年年初上映的中国首部科幻电影《流浪地球》引发全球热议。根据量子理论，每个光子动量大小（h为普朗克常数，λ为光子的波长）。当光照射到物体表面时将产生持续的压力。设有一质量为的飞行器，其帆面始终与太阳光垂直，且光帆能将太阳光全部反射。已知引力常量为G，光速为c，太阳质量为Ms，太阳单位时间辐射的总能量为E。若以太阳光对飞行器光帆的撞击力为动力，使飞行器始终朝着远离太阳的方向运动，成为“流浪飞行器”。请论证：随着飞行器与太阳的距离越来越远，是否需要改变光帆的最小面积s0。（忽略其他星体对飞行器的引力）
【答案】（1）a. b．至少需要3颗地球同步卫星才能覆盖全球（2）随着飞行器与太阳的距离越来越远，不需要改变光帆的最小面积s0
【解析】
【详解】（1）a．设卫星的质量为m。
由牛顿第二定律，
得
b．如答图所示，设P点处地球同步卫星可以覆盖地球赤道的范围对应地心的角度为2θ，至少需要N颗地球同步卫星才能覆盖全球。
由直角三角形函数关系，h= 5.6 R，得θ= 81°。
所以1颗地球同步卫星可以覆盖地球赤道的范围对应地心的角度为2θ = 162°
所以，N = 3，即至少需要3颗地球同步卫星才能覆盖全球
（2）若使飞行器始终朝着远离太阳的方向运动，当飞行器与太阳距离为时，光帆受到太阳光的压力与太阳对飞行器的引力大小关系，有
设光帆对太阳光子的力为F'，根据牛顿第三定律F' =
设时间内太阳光照射到光帆的光子数为，根据动量定理：
设时间内太阳辐射的光子数为N，则
设光帆面积为s，
当时，得最小面积
由上式可知，s0和飞行器与太阳距离无关，所以随着飞行器与太阳的距离越来越远，不需要改变光帆的最小面积s0。
