2021届天津市南开区高三上学期期末考试物理试卷（解析版）

  2021届天津市南开区高三上学期期末考试

物理试卷

本试卷分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷两部分，共100分。考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。答题时，务必将答案涂写在答题卡上，答在试卷上无效。考试结束后，将答题卡交回。

第 Ⅰ 卷（选择题 共40分）

一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的。）

1. 在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是

A. 波尔原子理论证实了原子的核式结构模型

B. 卢瑟福通过粒子轰击氮核的实验，证实了在原子核内部存在中子

C. 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，确定了原子核的存在

D. 汤姆孙通过对阴极射线研究，发现了原子内部存在电子

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】A、波尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，卢瑟福根据α粒子散射实验，得到了原子的核式结构模型，故A错误；

B、卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验的研究，实现了原子核的人工转变，发现了质子，预言了中子的存在，故B错误；

C、贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子内部有复杂的结构，故C错误；

D、汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子（即电子）组成，并测出了该粒子的比荷，故D正确．

2. 下列说法正确的是（　　）

A. 单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小

B. 当光从空气射入玻璃时，蓝光比红光更容易发生全反射

C. 同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大

D. 两束频率不同的光，可以产生干涉现象

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】A．根据可知，可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A正确；

B．光从空气射入玻璃时不可能发生全反射现象，故B错误；

C．根据双缝干涉条纹间距公式可知，蓝光的波长小于红光的波长，同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，故C错误；

D．根据光的干涉的条件可知，两束频率不同的光不能产生干涉现象，故D错误。

故选A。

3. 2020年5月5日，长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场成功首飞，将新一代载人飞船试验船送入太空，若试验船绕地球做匀速圆周运动，周期为T，离地高度为h，已知地球半径为R，万有引力常量为G，则（    ）

A. 试验船的运行速度为

B. 地球的第一宇宙速度为

C. 地球的质量为

D. 地球表面的重力加速度为

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】A．试验船的运行速度为，故A错误；

B．近地轨道卫星的速度等于第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力有

根据试验船受到的万有引力提供向心力有

联立两式解得第一宇宙速度

故B正确；

C．根据试验船受到的万有引力提供向心力有

解得

故C错误；

D．地球重力加速度等于近地轨道卫星向心加速度，根据万有引力提供向心力有

根据试验船受到的万有引力提供向心力有

联立两式解得重力加速度

故D错误。

故选B。

4. 刀、斧、凿等切削工具的刃部叫做劈，如图所示是用斧头劈木柴的示意图．劈的纵截面是一个等腰三角形，使用劈的时候，垂直劈背加一个力，这个力产生两个作用效果，使劈的两个侧面推压木柴，把木柴劈开．设劈背的宽度为，劈的侧面长为，不计斧头的自身重力，则劈的侧面推压木柴的力约为（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】斧头劈木柴时，受力分析如图所示：

设两侧面推压木柴的力分别为、且，利用几何三角形与力的三角形相似有，可得推压木柴的力：

A．。故A不符合题意。   

B．。故B符合题意。   

C．。故C不符合题意。   

D．。故D不符合题意。

5. 如图所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，且a和c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上。以下判断正确的是（　　）

A. b点与d点场强方向相同

B a点与c点电势相同

C. a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差

D. 带正电的试探电荷在a点的电势能大于在c点的电势能

【答案】ACD

【解析】

【分析】

【详解】A．b点与d点场强方向相同，都是水平向右，故A正确；

B．等量异种点电荷连线的中垂线MN是等势面，其电势为零，在MN左边电势大于零，在MN右边电势小于零，有a点的电势大于c点的电势，故B错误；

C．由对称性可知，a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差，故C正确；

D．由于a点的电势大于c点的电势，根据可知，带正电的试探电荷在a点的电势能大于在c点的电势能，故D正确。

故选ACD。

二、不定项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分。）

6. 如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=440匝，交流电源的电压，电阻R=44Ω，电压表、电流表均为理想电表。则下列说法正确的是（　　）

A. 交流电频率为50Hz

B. 电流表A1的示数为0.8A

C. 电压表的示数为88V

D. 电阻R的功率为352W

【答案】ABC

【解析】

【分析】

【详解】A．交流电的周期为

交流电的频率为

A正确；

BC．由原副线圈的电压比等于匝数比可得

即电压表的示数是88V，由欧姆定律可得电流表A2的示数是

由原副线圈的电流比等于匝数之反比可得电流表A1的示数

BC正确；

D．由功率公式P=IU可得电阻R的功率

PR=I2U2=2×88W=176W

D错误。

故选ABC。

7. 在均匀介质中有一位于坐标原点O处的波源做简谐振动，其振动图像如图甲所示，波源形成的简谐横波沿x轴正方向传播，t=t1时刻的波形图如图乙所示，此时x=8m处的质点刚好振动了2s。则（　　）

A. 该波沿x轴方向传播的波速为2m/s

B. 该波源开始振动的方向沿y轴负方向

C. t1时刻x=8m处质点的振动方向沿y轴正方向

D. t1时刻之后再经过10s，平衡位置为x=32m处质点开始振动

【答案】AD

【解析】

【分析】

【详解】A．由甲、乙两图可知

v==2m/s

选项A正确；

B．因为图乙时刻x=8m处的质点已经振动了2s，结合甲图可知此时波刚好传到x=12m的位置，因波沿x轴正向传播，故此时x=12m位置处的质点沿y轴正向振动，故波源起振方向沿y轴正向，故B错误；

C．由波形图可知， t1时刻x=8m处质点的振动方向沿y轴负方向，选项C错误；

D．10s内传播的距离为

x=vt=20m

即t1时刻之后再经过10s，x=32m处的质点开始振动，故D正确。

故选AD。

8. 当前我国在人工智能和无人驾驶技术方面已取得较大突破。为早日实现无人驾驶，某公司对汽车性能进行了一项测试，让质量为m的汽车沿一山坡直线行驶。测试中发现，下坡时若只关掉油门，则汽车的速度保持不变；若以恒定的功率P上坡，则从静止启动做加速运动，发生位移s时速度刚好达到最大值vm，假设汽车在上坡和下坡过程中所受路面阻力大小恒定且相等，山坡的倾角为θ，忽略空气阻力的影响，下列说法正确的是（　　）

A. 关掉油门后的下坡过程，坡面对汽车的支持力的冲量为零

B. 路面对汽车的阻力大小为

C. 上坡过程中，汽车从静止启动到速度刚好增至vm，所用时间为

D. 上坡过程中，汽车从静止启动到速度增至vm，所用时间一定小于

【答案】BCD

【解析】

【分析】

【详解】A.关掉油门下坡的过程，汽车所示所受支持力不为零，支持力的冲量不为零，故A错误；

B.关闭油门汽车下坡时速度不变，则

上坡达到最大速度时，牵引力与重力沿坡面的分力和阻力的合力平衡，则有

即

故B正确；

C.上坡过程中，汽车从静止启动到速度刚好增至vm，由动能定理

得到

故C正确；

D.上坡过程中，汽车做加速度减小的加速运动，平均速度大于，所以运动时间

故D正确。

故选BCD。

第 Ⅱ 卷（共60分）

9. 某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。

（1）下面是实验的主要步骤：

a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

b.向气垫导轨通入压缩空气；

c.接通光电计时器（光电门）；

d.把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

e.滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

f.释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；

g.读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间△t1=10.01ms，通过光电门2的挡光时间△t2=49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间△t3=8.35ms；

h.测出挡光片的宽度d=5mm，测得滑块1（包括撞针）的质量为m1=300g，滑块2（包括弹簧）质量为m2=200g；

（2）实验中气垫导轨的作用是：A___________；B___________。

（3）碰撞前滑块1的速度v1为___________m/s；碰撞后物体系的总动量P2=___________kg·m·s-1。（结果保留两位有效数字）

【答案】    (1). 大大减小了滑块和导轨之间摩擦力，从而减小了实验误差    (2). 保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上    (3). 0.50    (4). 0.15

【解析】

【分析】

【详解】②[1][2]实验中气垫导轨的作用有两个，一是大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差，二是保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上；

③[3]碰撞前滑块1的速度v1为

[4]碰撞后物体系的总动量P2为

10. 在“练习使用多用电表”实验中：

①某同学欲测量一节干电池的电压，下述操作正确的是___________（填字母）。

A．欧姆调零，选择挡位，表笔接触电池两极（其中红表笔接触正极），读数

B.机械调零，选择挡位，表笔接触电池两极（其中红表笔接触正极），读数

C.选择挡位，机械调零，表笔接触电池两极（其中黑表笔接触正极），读数

D.选择挡位，欧姆调零，表笔接触电池两极（其中黑表笔接触正极），读数

②如果欲测量如图甲所示插座的电压，则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的___________位置（选填A、B、C、…、Q字母）。

③该同学用一个满偏电流为10mA、内阻为30Ω的电流表，一只滑动变阻器和一节电动势为1.5V的干电池组装成一个欧姆表，如图丙所示。其中A表笔应为___________（填“红”或“黑”）表笔；电流表5mA刻度处应标的电阻刻度为___________Ω：经调零后，将A、B两表笔分别接未知电阻Rx两端引线，指针指在电流表刻度的4mA处，则电阻Rx=___________Ω。

【答案】    (1). C    (2). H    (3). 红    (4). 150    (5). 225

【解析】

【分析】

【详解】① [1]测量一节干电池的电压，需选择直流2.5V电压档，则应该先选择电压挡位，机械调零，表笔接触电池两极（其中黑表笔接触正极），读数，故选C。

②[2]如果欲测量如图甲所示插座的电压，因为其电压为交流220V，则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的H位置。

③[3]其中A表笔接内部电源的负极，则应为红表笔；

[4]电流表满偏时

即

电流表读数为5mA时，则

解得

Rx=150Ω

即刻度处应标的电阻刻度为150Ω：

[5]若经调零后，将A、B两表笔分别接未知电阻Rx两端引线，指针指在电流表刻度的4mA处，则

电阻

R′x=225Ω

11. 如图所示，足够长的水平传送带在电动机的带动下匀速转动．现有一可视为质点、质量m＝0.5 kg的煤块落在传送带左端(不计煤块落下的速度)，煤块在传送带的作用下达到传送带的速度后从右轮轴正上方的P点恰好离开传送带做平抛运动，正好落入运煤车车厢中心点Q.已知煤块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.8，P点与运煤车底板间的竖直高度H＝1.8 m，与运煤车车厢底板中心点Q的水平距离x＝1.2 m，g取10 m/s2，求：

(1)传送带的速度大小v0；

(2)右轮半径R；

(3)由于传送煤块，电动机多做的功W.

【答案】(1)2 m/s　(2)0.4 m　(3)2 J

【解析】

【分析】

【详解】（1）由平抛运动的规律，得

，

代入数据解得

（2）要使煤块在轮的最高点做平抛运动，则煤块到达轮的最高点时对轮的压力为零，由牛顿第二定律，得

代入数据得

（3）由牛顿第二定律

得

煤块沿传送带做初速度为零的匀加速直线运动的时间

煤块的位移

相等时间内传送带的位移

则相对运动的位移

摩擦产生的热量

煤块获得动能

则带动传送带的电动机需要比传送带空载情况多消耗的电能

12. 如图所示，水平面内固定两根间距L=1m的长直平行光滑金属导轨PQ、MN，其Q、N端接有阻值R=1.5Ω的电阻，一质量m=0.1kg、阻值r=0.5Ω的导体棒ab垂直于导轨放置于距QN端d=2m处，且与两导轨保持良好接触。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示。在0~1s内，为了保持ab棒静止，在棒的中点施加一平行于导轨平面的外力F0（未知）；1s后改用F=0.5N的水平向左的恒力拉动ab棒，ab棒从静止开始沿导轨运动距离x=4.8m时速度恰好达到最大值。ab棒运动过程中始终与导轨保持垂直，导轨电阻不计。求：

(1)t=1s时外力F0的大小和方向；

(2)ab棒的最大速度vm；

(3)从t=0到ab棒运动距离x=4.8m的过程，电阻R上产生的焦耳热QR。

【答案】(1)0.25N，方向向左；(2)4m/s；(3)1.575J

【解析】

【分析】

【详解】(1)1s时，电动势

根据楞次定律，电流从b到a，电流的大小为

根据左手定则，安培力方向向右

外力F0与平衡，两者等大反向，

所以F0大小为0.25N，方向向左。

(2)ab棒达最大速度时为匀速，拉力F向左，安培力F1向右，二力平衡。

其中安培力

电流

电动势

解得

(3)在第一秒内

在运动的距离x内

从t=0到ab棒运动距离x=4.8m的过程，电阻R上产生的焦耳热

解得

13. 如图所示，两块平行极板AB、CD正对放置，极板CD的正中央有一小孔，两极板间距离AD为d，板长AB为2d，两极板间电势差为U，在ABCD构成的矩形区域内存在匀强电场，电场方向水平向右．在ABCD矩形区域以外有垂直于纸面向里的范围足够大的匀强磁场．极板厚度不计，电场、磁场的交界处为理想边界．

将一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子在极板AB的正中央O点，由静止释放．不计带电粒子所受重力．

（1）求带电粒子经过电场加速后，从极板CD正中央小孔射出时的速度大小；

（2）为了使带电粒子能够再次进入匀强电场，且进入电场时的速度方向与电场方向垂直，求磁场的磁感应强度的大小，并画出粒子运动轨迹的示意图．

（3）通过分析说明带电粒子第二次离开电场时的位置，并求出带电粒子从O点开始运动到第二次离开电场区域所经历的总时间．

【答案】（1）；（2）；（3）．

【解析】

试题分析：（1）设带电粒子经过电场加速后，从极板CD正中央小孔射出时的速度大小为v

由动能定理 ①

解得

（2）带电粒子第一次从电场中射出后，在磁场中做匀速圆周运动，若能够再次进入匀强电场，且进入电场时的速度方向与电场方向垂直，运动方向改变270°，由此可知在磁场中的运动轨迹为四分之三圆，圆心位于D点，半径为d，由A点垂直射入电场．

带电粒子在磁场中运动时，洛仑兹力充当向心力

由牛顿运动定律 ②

解得

（3）带电粒子由A点垂直于电场方向射入电场之后做类平抛运动

若能够射出电场，运动时间 ③

沿电场方向的侧移 ④

⑤

解得

因此带电粒子恰能从C点射出．轨迹如图所示．

带电粒子第一次在电场中加速，运动时间为t1

带电粒子在磁场中偏转，运动时间为t2．洛仑兹力充当向心力．

由牛顿第二定律 ⑥

带电粒子第二次在电场中偏转，运动时间也为t1

因此带电粒子运动从O点到C点的总时间

说明：其他方法正确同样给分

考点：带电粒子在组合场中的运动．

【名师点晴】粒子从电场出来后，欲使它第二将垂直于电场线的方向进入电场，应该使其方向改变270度，又因为AD=d，CD/2=d，故粒子将从A点垂直于电场线的方向进入磁场，这个问题要通过画图反复比较才能得出，这是该题的关系．