北京市西城区2020届高三下学期诊断性测试物理试题

西城区高三诊断性测试

物理

本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1.下列说法正确的是（　　）

A. 液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动

B. 液体分子的无规则运动称为布朗运动

C. 物体温度降低，其内能一定增大

D. 物体温度不变，其内能一定不变

【答案】A

【解析】

【详解】AB.布朗运动是指液体中悬浮固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故选项A正确，选项B错误；

CD.物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，所以温度降低，其内能不一定增大；温度不变，其内能不一定不变。故CD错误；

故选A。

2.一束光从某种介质射入空气，折射光路如图所示，则（　　）

A. 该介质的折射率约为0.71

B. 该介质的折射率约为1.41

C. 进入空气后这束光的速度变慢，波长变长

D. 进入空气后这束光的频率增高，波长变短

【答案】B

【解析】

【详解】AB.由光的折射定律可知，该介质的折射率为

故选项A错误，选项B正确。

CD.从光密介质进入光疏介质，光速变快，频率不变，根据

因此波长变长，故选项CD错误。

故选B。

3.处于n=3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时（　　）

A. 能辐射2种频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子频率最大

B. 能辐射2种频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子频率最大

C. 能辐射3种频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子波长最长

D. 能辐射3种频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子波长最长

【答案】C

【解析】

【详解】根据可知，处于n=3能级的大量氢原子最多能辐射3种频率的光，分别为从n=3能级跃迁到n=2能级、从n=3能级跃迁到n=1能级，从n=2能级跃迁到n=1能级，根据

可知，从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子频率最小，波长最长，故选项C正确。

故选C。

4.关于气体的压强，下列说法正确的是（　　）

A. 单位体积内的分子数越多，气体的压强就越大

B. 分子的平均动能越小，气体的压强就越小

C. 一定质量的理想气体，体积越大，温度越低，气体的压强就越小

D. 一定质量的理想气体，体积越大，温度越高，气体的压强就越大

【答案】C

【解析】

【详解】A.气体压强与气体分子的密度和分子平均动能有关，则单位体积分子数越多，气体压强不一定越大，故选项A错误；

B.分子平均动能越小，温度越低，气体压强不一定越小，故选项B错误；

CD. 一定质量的理想气体，根据公式

可知，体积越大，温度越低，气体的压强就越小，故选项C正确，选项D错误。

故选C。

5.一交流电源的输出电压为u=Umsint，其中Um=311V，=100rad/s，下列表述正确的是（　　）

A. 该电源输出的交流电的频率是100Hz

B. 该电源输出的交流电的周期是0.05s

C. 若用交流电压表测量这一电源的输出电压，电压表示数为311V

D. 若将一电阻为50的电热器接在这一电源上，电热器的电功率约为968W

【答案】D

【解析】

【详解】AB.根据公式

可知，该电源输出的交流电的周期是0.02s，频率为50Hz，故选项AB错误；

C. 若用交流电压表测量，则读数为电压的有效值，即为

故选项C错误；

D.根据公式

代入数据计算可得，故选项D正确。

故选D。

6.手持软绳的一端O点在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成沿绳水平传播的简谐波，P、Q为绳上的两点。t=0时O点由平衡位置出发开始振动，至t1时刻恰好完成两次全振动，绳上OQ间形成如图所示的波形（Q点之后未画出），则（　　）

A. t1时刻之前Q点始终静止 B. t1时刻P点运动方向向上

C. t1时刻P点刚好完成一次全振动 D. t=0时O点运动方向向上

【答案】C

【解析】

【详解】A.因为至t1时刻O点已完成两次全振动，从图可知，此时Q点已经开始振动，故选项A错误；

B.由于运动方向是从O到Q，因此P点的运动方向向下，故选项B错误；

C.因为P点处在两个振动周期的中间点，因此t1时刻P点刚好完成一次全振动，故选项C正确；

D.根据图像可知，t=0时O点运动方向向下，故选项D错误。

故选C。

7.1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，经过航天人半个世纪的不懈努力，我国的航天事业取得了辉煌的成绩，实现了载人航天飞行，开展了月球探测工程，即将建成北斗卫星导航系统。关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，下列说法正确的是（　　）

A. 根据公式v＝r可知轨道半径越大，卫星速度也越大

B. 根据公式a＝r可知轨道半径越大，卫星的加速度也越大

C. 轨道半径增大到原来的2倍时，卫星需要的向心力减小为原来的

D. 轨道半径增大到原来的2倍时，卫星需要的向心力减小为原来的

【答案】D

【解析】

【详解】A.根据公式

可知，轨道半径越大，卫星的速度越小，故选项A错误；

B.根据公式

可知轨道半径越大，卫星的加速度越小，故选项B错误；

CD.根据公式

可知，轨道半径增大到原来的2倍时，卫星需要的向心力减小为原来的故选项C错误，选项D正确。

8.甲、乙两辆汽车分别在同一平直公路的两条车道上同向行驶，t=0时刻它们恰好经过同一路标。0~t2时间内，两辆车的v-t图像如图所示，则（　　）

A. t1时刻甲车追上乙车

B. t2时刻甲车的加速度大小大于乙车的加速度大小

C. 0~t2时间内甲车的平均速度大小为

D. 0~t2时间内甲车的平均速度大于乙车的平均速度

【答案】D

【解析】

【详解】A.在v-t图像中图像面积表示位移，因此t1时刻甲乙两车的速度大小相等，但位移不同，因此选项A错误；

B. 在v-t图像中曲线斜率表示加速度，因此可知t2时刻甲车的加速度大小小于乙车的加速度大小，故选项B错误；

C.由于甲车不是做匀变速直线运动，因此不能用中间时刻的瞬时速度代替平均速度，只能用

故选项C错误；

D.由图像可知，0~t2时间内甲车围成的图像面积大于乙车的，因此根据

可知0~t2时间内甲车的平均速度大于乙车的平均速度，故选项D正确。

故选D。

9.壁球是一种对墙击球的室内运动，如图所示，某同学分别在同一直线上相同高度的A、B、C三个位置先后击打壁球，结果都使壁球垂直击中墙壁同一位置。设三次击打后球到达墙壁前在空中飞行的时间分别为t1，t2，t3，到达墙壁时的速度分别为v1，v2，v3，不计空气阻力，则（　　）

A. t1>t2>t3，v1>v2>v3

B. t1>t2>t3，v1=v2=v3

C. t1=t2=t3，v1>v2>v3

D. t1=t2=t3，v1=v2=v3

【答案】C

【解析】

【详解】因为三次都是壁球垂直击中墙壁同一位置，因此可以看成是三次平抛运动，根据平抛运动规律

可知，三次时间相同，速度v1最大，故选项C正确。

故选C。

10.如图所示，一带正电的点电荷固定于O点，图中虚线为以O为圆心的一组等间距的同心圆。一带电粒子以一定初速度射入点电荷的电场，实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，a、b、c为运动轨迹上的三点。则该粒子（　　）

A. 带负电

B. 在c点受静电力最大

C. 在a点的电势能小于在b点的电势能

D. 由a点到b点的动能变化量大于由b点到c点的动能变化量

【答案】D

【解析】

【详解】A.根据图像中带电粒子的运动轨迹可知，该粒子带正电，故选项A正确；

B.根据库仑定律可知

可知，距离中心电荷越近所受静电力越大，故选项B错误；

C.由于从a点到b点电场力做正功，电势能减小，因此a点的电势能大于在b点的电势能，故选项C错误；

D. 由a点到b点和b点到c点相比，由于点电荷的电场强度的特点是离开场源电荷距离越大，场强越小，故a点到b点电场力做功多，动能变化大，故选项D正确。

故选D。

11.在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场方向向上为正方向。当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，导体环中感应电流随时间变化的图像是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】均匀变化的磁场产生恒定的电流，在内，磁场方向竖直向下， 并且均匀减小，根据楞次定律得感应电流方向为正；内磁场方向竖直向上，并且均匀增大，根据楞次定律得感应电流方向为正，内磁场方向竖直向上，并且均匀减小，根据楞次定律得感应电流方向为负；在内，磁场方向竖直向下， 并且均匀增大，根据楞次定律得感应电流方向为负；内的变化与内一致，即电流方向为正，因此选项A正确。

故选A。

12.如图所示，轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁下端放一个固定的闭合导体线圈，将磁铁托起到一定高度后由静止放开，使磁极上下振动时穿过线圈。有关磁铁由最高点运动到最低点的过程下列说法正确的是（　　）

A. 磁铁克服弹簧弹力做的功等于磁铁重力做的功

B. 磁铁克服弹簧弹力做的功大于磁铁重力做的功

C. 弹簧弹性势能的增加量等于磁铁重力势能的减少量

D. 弹簧弹性势能的增加量小于磁铁重力势能的减少量

【答案】D

【解析】

【详解】根据楞次定律可知，磁铁由最高点运动到最低点的过程中，线圈对磁铁有一个向上的阻力，因此磁铁克服弹簧弹力做的功小于磁铁重力做的功，弹簧弹性势能的增加量小于磁铁重力势能的减少量,故选项D正确。

故选D。

13.频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。如图是小球自由下落时的频闪照片示意图，某同学以下落过程中的某一点为原点，竖直向下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置坐标x1、x2、x3、x4。为了利用频闪照片证明自由落体运动是匀加速直线运动，以下几种方案合理的是（　　）

A. 看各位置坐标x1、x2、x3、x4是否成等差数列

B. 看各相邻位置坐标差（x1-0）、（x2-x1）、（x3-x2）、（x4-x3）是否成等差数列

C. 作x-t图，看图线是否为一条直线

D. 作x-t2图，看图线是否为一条直线

【答案】B

【解析】

【详解】A.由自由落体运动可知

因此各位置坐标x1、x2、x3、x4不成等差数列，故选项A错误；

B.根据逐差法公式

可知，邻位置坐标差（x1-0）、（x2-x1）、（x3-x2）、（x4-x3）成等差数列，故选项B正确；

C.在x-t图中，匀变速运动的图像为二次函数图像，因此选项C错误；

D.x-t2图中，存在水平直线，这表示静止，而不表示匀变速运动，故选项D错误。

故选B。

14.北京时间2019年4月10日，人类历史上首张黑洞“照片”（如图）被正式披露，引起世界轰动；2020年4月7日“事件视界望远镜（EHT）”项目组公布了第二张黑洞“照片”，呈现了更多有关黑洞的信息。黑洞是质量极大的天体，引力极强。一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。例如，发生在黑洞里的事件不会被黑洞外的人所观察到，因此我们可以把黑洞的视界作为黑洞的“边界”。在黑洞视界范围内，连光也不能逃逸。由于黑洞质量极大，其周围时空严重变形。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，有一部分光会落入黑洞中，但还有另一部分离黑洞较远的光线会绕过黑洞，通过弯曲的路径到达地球。根据上述材料，结合所学知识判断下列说法正确的是（　　）

A. 黑洞“照片”明亮部分是地球上的观测者捕捉到的黑洞自身所发出的光

B. 地球观测者看到的黑洞“正后方”的几个恒星之间的距离比实际的远

C. 视界是真实的物质面，只是外部观测者对它一无所知

D. 黑洞的第二宇宙速度小于光速c

【答案】B

【解析】

【详解】A.由于黑洞是质量极大的天体，引力极强，因此其第一宇宙速度大于光速，所以黑洞自身发的光不能向外传输，黑洞“照片”明亮部分是被黑洞挡着的恒星发出的部分光，故选项A错误；

B.由于部分离黑洞较远的光线会绕过黑洞，通过弯曲的路径到达地球，所以地球观测者看到的黑洞“正后方”的几个恒星之间的距离比实际的远，故选项B正确；

C.一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界，因此对于视界的内容可以通过外部观测，故选项C错误；

D.因为黑洞的第一宇宙速度大于光速，所以第二宇宙速度一定大于光速，故选项D错误。

本部分共6题，共58分。

15.通过实验测量金属丝的电阻率。

(1)用螺旋测微器测量金属丝直径，某次测量示数如图所示，可得金属丝直径的测量值d=________mm；

(2)按图所示的电路测量金属丝的电阻Rx（阻值约为5Ω）。实验中除开关、若干导线之外还提供了下列器材：

从以上器材中选择合适的器材进行测量，电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________（填器材代号）；

(3)若通过测量获得，金属丝的长度l、直径d，电阻Rx，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ=________；

(4)如果将器材中的滑动变阻器R1、R2分别接入上图的电路中，调节滑动变阻器的滑片P的位置，以R表示滑动变阻器可接入电路的最大阻值，以RP表示滑动变阻器接入电路的电阻值，以U表示Rx两端的电压值。在下图中所示的两条曲线中，表示接入R1时的U随变化的图像是________（选填a或b），并根据图像回答，本实验选择滑动变阻器R1或R2进行实验的理由________。

【答案】    (1). 0.233（±0.01）    (2). V1    (3). A2    (4). R1    (5).     (6). a    (7). 由图像可知，选用R1进行实验时，Rx的电压可以随滑动变阻器滑片的移动距离接近均匀变化，有利于采集到多组数据

【解析】

【详解】（1）[1]由图可知，螺旋测微器的读数为

（2）[2]因为电源电动势为3V，因此电压表选择V1；

[3]因为待测电阻阻值约为5Ω，因此最大电流在0.6A以内，因此电流表选A2；

[4]因连接方式为限流式，因此滑动变阻器选择R1；

（3）[5]根据欧姆定律可得

解得

（4）[6]由图可知，随着滑动变阻器电阻增大，电压表示数逐渐减小，因为选用的滑动变阻器为R1，与待测电阻丝阻值差距不大，因此电压变化比较均匀，故选择图像a；

[7]选用滑动变阻器R1原因由图像可知，选用R1进行实验时，Rx的电压可以随滑动变阻器滑片的移动距离接近均匀变化，有利于采集到多组数据。

16.某同学用如图所示的装置，通过A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。

(1)在以下测量工具中，本实验必须使用的是_________；

A．刻度尺   

B．游标卡尺

C．秒表   

D．天平

(2)实验中需要满足的条件是_________；

A．斜槽轨道的末端切线必须水平

B．入射球A每次必须从轨道同一位置由静止释放

C．两球材质必须相同

D．两球质量应满足mA>mB

E．两球半径应满足rA=rB

(3)实验时，先让入射球A从斜槽上的起始位置由静止释放，多次重复，找到其平均落点的位置为P；然后，把被碰小球B置于水平轨道的末端，再将入射小球A按实验要求从斜槽上释放，与小球B相撞，多次重复，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N。该同学在用不同的小球多次重复实验时发现，A球的初始落点P，碰后A球的落点M，被碰球B的落点N，它们自左向右的排序始终是一样的。对此，他得出结论：若碰撞中不考虑机械能损失，两球的质量只要满足mA>mB，则M、P、N的排列顺序不变。请通过分析说明他的结论是否成立_________。

【答案】    (1). AD    (2). ABDE    (3). 见解析

【解析】

【详解】(1)[1]实验中需要测量的数据是物体的质量和水平方向的距离，因此需要刻度尺和天平，因此选AD

(2)[2]实验过程中要求每次入射球A从斜槽上的起始位置由静止释放，且通过与B球碰撞之后做平抛运动，通过平抛运动的规律求解AB球在水平方向的速度，为了让两球能发生对心碰撞且能平抛出去，因此两球的半径应该相同，且A球的质量大于B球，因此可选择ABDE。

(3)[3]若碰撞过程没有机械能损失，则

解得

若，则

，

根据可得

即

17.城市进入高楼时代后，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题，由物理学知识可知，即使是很小的物体从高处坠落也可能对人造成严重的伤害。设一个50g的鸡蛋从16楼的窗户自由落下，相邻楼层的高度差约为3m，鸡蛋下落起点距地面的高度约为45m，鸡蛋撞击地面后速度减为0。为便于估算，不计空气阻力，不计与地面撞击过程中鸡蛋的重力，g取10m/s2。

(1)求鸡蛋与地面撞击前的速度大小以及撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小；

(2)若鸡蛋与地面撞击的时间为3×10-3s，求鸡蛋对地面的平均冲击力的大小。

【答案】(1)30m/s，1.5N·s；(2)500N

【解析】

【详解】(1)根据机械能守恒定律

解得鸡蛋撞击地面前的速度大小 

以向下为正方向，根据动量定理 

撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小为1.5N·s

(2)根据

解得

根据牛顿第三定律可知，鸡蛋对地面的平均冲击力大小为500N

18.斜面是一种简单机械，在我国战国时期，墨子所作的《墨经》一书中就记载了利用斜面来提升重物的方法。在日常生活中经常会使用斜面，例如卡车装载大型货物时，常会在车尾斜搭一块木板，工人将货物沿木板推入车厢，如图甲所示。将这一情境简化为图乙所示的模型。已知，货物质量为m，货物与斜面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。

(1)若斜面倾角为，对静止放置于斜面的货物做受力分析，并计算货物受到的摩擦力的大小；

(2)现用平行于斜面的力将货物沿斜面从底端匀速推到顶端。甲工人认为斜面倾角越小推送货物的过程推力对货物做功越少；乙工人认为斜面倾角越大推送货物的过程推力对货物做功越少。将货物看作质点，请通过计算判断谁的观点是正确的。

【答案】(1)；(2)乙工人的观点是正确的

【解析】

【详解】(1)受力分析如答图所示 

由共点力平衡关系可知

(2)货物匀速上滑的过程受力如答图所示

由共点力平衡关系可知

其中

推力F做功

其中

代入得

由此可知，越大，W越小，所以乙工人的观点是正确的。

19.如图所示，在垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止于P点的放射性元素氡的原子核发生了一次衰变，变为钋（）。放射出的粒子（）和生成的新核钋（）均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知粒子的质量为m，电荷量为q。

(1)写出发生衰变的核反应方程，并定性画出新核钋（）和粒子的运动轨迹；

(2)新核钋（）和粒子的圆周运动均可等效成一个环形电流，求粒子做圆周运动的周期T和环形电流大小I；

(3)磁矩是描述环形电流特征的物理量，把粒子做圆周运动形成的环形电流与圆环面积的乘积叫做粒子的回旋磁矩，用符号μ表示。设粒子做圆周运动的速率为v，试推导粒子回旋磁矩μ的表达式，并据此比较粒子和新核钋（）做圆周运动的回旋磁矩的大小关系。

【答案】(1)，；(2)，；(3)，

【解析】

【详解】(1)发生衰变的核反应方程为

新核钋（）和粒子的运动轨迹如答图所示

(2)根据牛顿第二定律

解得

粒子做圆周运动的周期

环形电流大小

(3)由题意可得

 将

代入得

根据动量守恒定律可知发生衰变生成的粒子和新核钋（）动量大小相等，方向相反，即

根据

故

20.(1)某实验小组用学过的方法研究玩具电动机的伏安特性曲线，其中待测电动机的额定电压为4.0V。下表为实验小组的实验记录。

a.求电动机在额定电压下工作时的电功率______；

b.实验小组通过分析数据发现随电压逐渐增大，电压与电流的比值先几乎不变，后逐渐增大，他们根据，认为电动机的电阻是先不变后增大的。请判断以上推理是否正确并说明理由______；

(2)发电机和电动机在结构上具有相似性，因此电动机也可以作为发电机使用。如图甲所示，用R表示玩具电动机线圈的等效电阻，将电动机接在一电动势为E、内阻不计的电源两端，电动机的转轴上缠有足够长的轻绳，绳下端悬挂一质量为m的重物，最终可以使重物匀速上升。如图乙所示，若将原电路中的电源去掉，将玩具电动机作为发电机使用，轻绳在轴上的缠绕方向不变，悬挂的重物质量相同，重物最终以速率v匀速下落。为简化问题研究，认为玩具电动机作为发电机使用时，线圈匀速转动产生大小恒定的电动势；不考虑各部分的摩擦阻力的影响，认为电动机或发电机线圈匀速转动时所受安培力大小与所挂重物重力大小成正比，与线圈转动速度无关。

a．图甲和图乙中通过电阻R的电流方向______（选填“相同”或“相反”）；

b．已知重力加速度为g，求图甲中重物匀速上升的速度大小u______。

【答案】    (1). 3.6W    (2). 推理不正确，理由见解析    (3). 相同    (4).

【解析】

【详解】(1)[1]a．电动机的额定功率为

[2]b．推理不正确。

电阻反映了导体对电流的阻碍作用，在不考虑温度变化的情况下，导体的电阻与电压以及电流无关。而电动机转动时为非纯电阻用电器，将电能转化为机械能和内能，即

可见，所以不能根据电压与电流的比值判断电动机电阻的变化。

(2)[3]a．相同

[4]b．设图1和图2中通过电阻R的电流分别为I1和I2

根据能量守恒定律，图1中的电动机把电能转化为机械能和内能，有

图2中的发电机将机械能转化为电能，再转化为内能，有

由题意可知，两种情况下线圈受安培力大小相等，根据

可知

代入解得