2022届江苏省南京市金陵中学高三（下）3月学情调研物理试题含解析

金陵中学2021~2022学年3月学情调研

高三物理

一、单选题（共10小题，每小题4分，共计40分，每小题只有一个选项符合题意）。

1. 如图所示，用F表示两分子间的作用力，用Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中(  )

A. F不断增大，Ep不断减小

B. F不断增大，Ep先增大后减小

C. F先增大后减小，Ep不断减小

D. F、Ep都是先增大后减小

【答案】C

【解析】

【详解】当r=r0时，分子的引力与斥力大小相等，分子力为F=0．在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中，由图看出，分子力F先增大后减小．此过程分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能Ep减小．故C正确．故选C．

2. 用打气筒给篮球打气，设每推一次活塞都将一个大气压的一整筒空气压入篮球。不考虑打气过程中的温度变化，忽略篮球容积的变化，则后一次与前一次推活塞过程比较（    ）

A. 篮球内气体压强的增加量相等 B. 篮球内气体压强的增加量大

C. 篮球内气体压强的增加量小 D. 压入的气体分子数少

【答案】A

【解析】

【详解】ABC．设篮球的容积为，打气筒的容积为，打第次气后篮球内气体的压强为，打第次气后篮球内气体的压强为，根据玻意耳定律有

整理得

即后一次与前一次推活塞过程比较，篮球内气体压强的增加量相等，故A正确，BC错误；

D．每次压入的气体体积、温度和压强都相同，所以每次压入的气体分子数相同，故D错误。

故选A。

3. 某实验小组在研究单摆时改进了实验方案，将一力传感器连接到计算机上。图甲中O点为单摆的固定悬点，现将摆球（可视为质点）拉至A点，此时细线处于张紧状态。由静止释放摆球，则摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动，其中B点为最低位置，∠AOB=∠COB=α，α小于5°且大小未知。同时由计算机得到了摆线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线，如图乙所示（图中所标字母均为已知量），且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻。已知摆长为l，重力加速度为g。根据题中（包括图中）所给的信息，下列说法正确的是（　　）

A. 该单摆的周期为t1

B. 可求出摆球的质量

C. 不能求出摆球在最低点B时的速度大小

D. 若在地球的两极做该实验，则测得单摆的周期最大

【答案】B

【解析】

【详解】A．由题图乙可知，t1时刻是摆球自开始摆动后第一次所受拉力最小的时刻，对应于到达C点的时刻，而t2时刻才是摆球第一次回到A点的时刻，故该单摆的周期为t2，故A错误；

BC．设摆球质量为m，在最低点B时的速度大小为v。小球在最高点A或C时沿摆线方向受力平衡，有

   ①

小球在最低点B时，根据牛顿第二定律有

②

小球从最高点运动到最低点的过程中，根据机械能守恒定律有

③

联立①②③可得

故B正确，C错误；

D．单摆的周期公式为

若在地球的两极做该实验，则重力加速度g最大，测得单摆的周期最小，故D错误。

故选B。

4. 电梯“对重”主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中使轿厢与“对重”间的重量差保持在限额之内，保证电梯的牵引传动正常。如图甲所示，驱动装置带动钢丝绳使轿厢和“对重”在竖直方向运动．当轿厢从顶楼向下运动，v-t图象如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

A. 在0～t1时间内，轿厢处于超重状态

B. 在0～t1时间内，钢丝绳对轿厢的拉力先减小后增大

C. 在0～t3时间内，轿厢和“对重”组成的系统机械能守恒

D. 在0～t3时间内，钢丝绳对轿厢的拉力大小等于钢丝绳对“对重”的拉力大小

【答案】B

【解析】

【详解】A．在0～t1时间内，轿厢向下做加速运动，则处于失重状态，所以A错误；

B．在0～t1时间内，根据v-t图像的斜率表示加速度，则轿厢先做加速度增大的加速运动，后做加速度减小的加速运动，根据

所以钢丝绳对轿厢的拉力先减小后增大，则B正确；

C．在0～t3时间内，轿厢和“对重”组成的系统机械能不守恒，因为还有驱动电机对它做了功，所以C错误；

D．在0～t3时间内，钢丝绳对轿厢的拉力大小不等于钢丝绳对“对重”的拉力大小，因为还有驱动电机作用，所以D错误；

故选B。

5. 某同学在课外活动时设计了一个小游戏，将质量为的滑块套在竖直杆上，滑块外侧有一轨道（可使轻绳绕滑块无摩擦转动），长为的轻绳一端与轨道相连，另一端与质量为的小球相连，滑块与竖直杆间的动摩擦因数。让小球绕竖直杆在水平面内做匀速圆周运动，重力加速度为。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑块恰不下滑，则小球做圆周运动的角速度为（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【分析】本题考查圆周运动规律、摩擦力和牛顿第二定律等知识，考查考生的理解能力和分析综合能力。

【详解】设轻绳与竖直方向夹角为，小球做匀速圆周运动，有

、一定，有

解得

故A正确，BCD错误。

故选A。

6. 氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，其中只有频率为、两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为、的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是（　　）

A. 处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75eV的光子并电离

B. 图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的

C. 图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75eV

D. 用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更大

【答案】C

【解析】

【详解】A．处于第4能级的氢原子至少要吸收能量为0.85eV的光子才能电离，故A错误；

B．让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应，所以发生光电效应的能量值对应的跃迁为氢原子由第4能级向基态跃迁或氢原子由第3能级向基态跃迁。由图乙可知，b光的遏止电压大，a光的遏制电压小，根据光电效应方程，及知各光对应的跃迁为b光为氢原子由第4能级向基态跃迁发出的；a光为氢原子由第3能级向基态跃迁发出的。故B错误；

C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为

故C正确；

D．由图乙可知，b光的遏止电压大，a光的遏制电压小，根据光电效应方程，用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更小，故D错误。

故选C。

7. 2021年7月我国成功将全球首颗民用晨昏轨道气象卫星——“风云三号05星”送入预定圆轨道，轨道周期约为1.7h，被命名为“黎明星”，使我国成为国际上唯一同时拥有晨昏、上午、下午三条轨道气象卫星组网观测能力的国家，如图所示。某时刻“黎明星”正好经过赤道上P城市正上方，则下列说法正确的是（　　）

A. “黎明星”做匀速圆周运动的速度大于7.9km/s

B. 同步卫星的轨道半径约为“黎明星”的10倍

C. 该时刻后“黎明星”经过1.7h能经过P城市正上方

D. 该时刻后“黎明星”经过17天能经过P城市正上方

【答案】D

【解析】

【详解】A．7.9km/s为地球卫星最大的环绕速度，所以“黎明星”做匀速圆周运动的速度小于7.9km/s。故A错误；

B．依题意可知“黎明星”的运行周期约为1.7h，根据开普勒第三定律可得

解得同步卫星的轨道半径约为“黎明星”的6倍。故B错误；

C．该时刻后“黎明星”经过1.7h恰好运动一个周期，回到“原地”。但是由于地球自转，此时P城市转过的角度为

已经不在“原地”。故C错误；

D．同理，该时刻后“黎明星”经过17天运动的周期数为

回到“原地”。由于地球自转，此时P城市转过的角度为

恰好回到“原地”。故D正确。

故选D。

8. 工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示传感器．其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上．当流水线上通过的产品厚度增大时，下列说法正确的是( )

A. A、B平行板电容器的电容减小

B. A、B两板间的电场强度增大

C. A、B两板上的电荷量变小

D. 有电流从b向a流过灵敏电流计

【答案】D

【解析】

【详解】A．产品厚度增大时，电容器的电容增大，故A错误；

B．两板间电压不变，电场强度保持不变．故B错误；

CD．根据q=CU，电容器将充电，负电荷从a向b流过灵敏电流计，即有电流从b向a流过灵敏电流计，故C错误，D正确．

故选：D

9. 示波器可用来观察电信号随时间变化的情况，其核心部件是示波管。示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空，结构如图甲所示。图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图。在偏转电极、上都不加电压时，从电子枪发出的电子束沿直线运动，打在荧光屏中心，在O点产生一个亮斑。若同时在两个偏转电极上分别加和两个交流电信号，则在荧光屏上会观察到（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】若同时在两个偏转电极上分别加和两个交流电信号，所以在XX’方向上的偏转位移在正负最大值之间按正弦规律变化，YY’方向上的偏转位移在正负最大值之间按余弦规律变化，在XX’方向有最大值时，YY’方向为零，同理，在YY’方向有最大值时， XX’方向为零，根据正余弦的定义可知，任意时刻，电子打在荧光屏上的位置坐标都是

即

所以电子在荧光屏上的落点组成了以O为圆心的圆，故C正确，ABD错误。

故选C。

10. 某同学设计了一种带有闪烁灯的自行车车轮，以增强夜间骑车的安全性。如图所示为自行车后车轮，已知金属车轮半径为，金属轮轴半径可以忽略，有绝缘辐条连接轮轴与车轮（辐条未画出）。车轮与轮轴之间对称地接有4根相同的金属条，每根金属条中间都串接一个灯，灯可视为纯电阻，每个灯的阻值恒为，不计其它电阻。车轮旁的车架上固定有一特殊磁铁，能在车轮与轮轴之间形成一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小的扇形匀强磁场区域，扇形对应的圆心角。使自行车沿平直路面匀速前进，已知车轮转动的角速度为，不计车轮厚度，忽略磁场的边缘效应，取，则下列说法正确的是（　　）

A. 车轮转动一周过程中，灯亮的总时间为

B. 金属条进入磁场时，上电流的方向是

C. 金属条进入磁场时，上电流大小是

D. 车轮转动一周，灯产生的总焦耳热为

【答案】D

【解析】

【详解】A．依题意，可得车轮转动一周的时间为

车轮转动一周的过程中，能产生感应电流的时间为

即灯亮的总时间为，故A错误；

B．金属条进入磁场时，根据右手定则判断知上电流的方向是，故B错误；

C．金属条进入磁场时，相当于电源，其等效电路图如图所示

电源电动势为

电路中的总电阻为

所以通过ab的电流大小为

故C错误；

D．车轮转动一周，灯亮的总时间为，则产生的总焦耳热为

故D正确。

故选D。

二、非选择题：共5题，共计60分。其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。

11. 某实验小组要测量电阻Rx的阻值。

(1)首先，选用欧姆表“×10”挡进行粗测，正确操作后，表盘指针如图甲所示，则该电阻的测量值为_________ Ω。

(2)接着，用伏安法测量该电阻的阻值，可选用的实验器材有：电压表V（3V，内阻约3kΩ）；  电流表A（20 mA，内阻约2Ω）；待测电阻Rx；滑动变阻器R1（0-2kΩ）；滑动变阻器R2（0-200Ω）；干电池2节；开关、导线若干。在图乙、图丙电路中，应选用图________（选填“乙”或“丙”）作为测量电路，滑动变阻器应选用_________（选填“R1”或“R2”）。

(3)根据选择的电路和器材，在图丁中用笔画线代替导线完成测量电路的连接______。

(4)为更准确测量该电阻的阻值，可采用图戊所示的电路，G为灵敏电流计（量程很小），R0为定值电阻，R、R1、R2为滑动变阻器。操作过程如下：①闭合开关S，调节R2，减小R1的阻值，多次操作使得G表的示数为零，读出此时电压表V和电流表A的示数U1、I1；②改变滑动变阻器R滑片的位置，重复①过程，分别记下U2、I2，…，Un、In；③描点作出U-I图象，根据图线斜率求出Rx的值。下列说法中正确的有________。

A．闭合S前，为保护G表，R1的滑片应移至最右端

B.调节G表的示数为零时，R1的滑片应位于最左端

C.G表示数零时，a、b两点间电势差为零

D.该实验方法避免了电压表的分流对测量结果的影响

【答案】    ①. 140    ②. 丙    ③.     ④.     ⑤. CD

【解析】

【详解】(1)[1]欧姆表读数=刻度盘读数×倍率，读数是

14.0×10Ω=140Ω

(2)[2][3]由于

即待测电阻的电阻值比较大比电流表的内阻大得多，所以电流表使用内接法；由于两个滑动变阻器的电阻值都比较大，所以要选择限流电路。所以实验电路选择丙，滑动变阻器选择容易调节的变阻器，所以选择R2。

(3)[4]根据实验的原理图，依次连接电路如图

(4)[5]A．闭合S前，为保护G表，开始时R1的电阻值要最大，所以滑片应移至最左端。故A错误；

B．调节G表的示数为零时，与R1的滑片的位置无关。故B错误；

C．该图实验的原理是利用惠斯通电桥法，G表示数为零时，a、b两点间电势差为零。故C正确；

D．该实验方法避免了电压表的分流对测量结果的影响；故D正确。

故选CD。

12. α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出质子，同时产生一个新的原子核。新原子核的速度为3v0，且方向不变，反应过程中释放的能量完全转化为系统的动能。已知中子质量为m，质子质量和中子质量相等，光速为c。

（1）写出核反应方程；

（2）计算此反应过程中的质量亏损。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）由题意得核反应方程为

（2）设α粒子、新核质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得

解出

释放的核能为

由质能方程得

所以

13. 如图所示为一个半径为R的半圆柱体玻璃横截面，该玻璃的折射率为n，OD为其直径。一束由紫光和红光组成的复色光在该横截面内沿AO方向从真空射向OD，入射角为i，已知光在真空中的光速为c。

（1）OB和OC为该复色光在玻璃中分开的光线，请简要说明OB、OC光线的性质；

（2）求光通过OB和OC的时间比。

【答案】（1）见解析；（2）1

【解析】

【详解】（1）设OB和OC与法线夹角分别为、，则由折射定律知

由图可知

所以

所以OB是紫光、OC是红光。

（2）连接BD、CD如图

则由几何关系知

又因为

所以

即

则光通过OB和OC的时间为

所以

14. 如图所示，一足够长的倾斜传送带以速度顺时针匀速运动，传送带与水平方向的夹角。质量的小物块P和质量的小物块Q由跨过定滑轮的轻绳连接，P与定滑轮间的绳子与传送带平行，轻绳足够长且不可伸长。某时刻物块P从传送带上端以速度冲上传送带（此时P、Q的速率相等），已知物块P与传送带间的动摩擦因数，不计滑轮的质量与摩擦，整个运动过程中物块Q都没有上升到定滑轮处。求：

（1）物块P刚冲上传送带时加速度的大小；

（2）从物块P刚冲上传送带到沿传送带运动到最远处的过程中，P、Q系统机械能的改变量；

（3）若传送带以不同的速度顺时针匀速运动，当v取多大时，物块P沿传送带运动到最远处过程中与传送带因摩擦产生的摩擦热量最小，最小值是多少？

【答案】（1）；（2）；（3）时，Q有最小值，最小值为

【解析】

【分析】

【详解】（1）对P、Q进行受力分析，如图所示

设刚冲上传送带时Q的加速度为a1，对Q

对P

解得

（2）设减速到与传送带共速的过程中P的位移为x1

解得

当在传送带上减速到与传送带共速时，经分析得到P、Q的受力如图所示

设此时P的加速度为a2，对Q

对P

解得

设与传送带共速到减速到0的过程中P的位移为x2，则有

解得

设系统机械能的改变量为，根据能量守恒，机械能的改变量等于重力以外的力（也就是摩擦力）做的功

（3）设传送带的速度v（0<v<v0），共速前第一个减速过程P的位移为x3，用时为t3，皮带位移为；共速后至减速为零为第二个减速过程，P的位移为x4，用时为t4，皮带位移为。则

，

得

皮带位移为

第二个减速过程

，

解得

皮带位移

物块P减速到0的过程中因摩擦产生的热量为Q

代入数据可得

可得时，Q有最小值，最小值为

15. 如图甲所示，是一台质谱仪的简化结构模型。大量质量为、电荷量为的粒子（即核），从容器A下方飘入电势差为的加速电场中，其初速度可视为0。若偏转电场不加电压，粒子经加速后，将沿偏转电场的中轴线（图中虚线路径）出射后紧跟着马上垂直屏的方向射入一垂直纸面向外的匀强磁场中，经磁场偏转后击中屏。现在偏转电场两极间加上如图乙所示随时间变化的电压，其中远大于粒子经过偏转电场的时间。偏转电场两板间宽度，两极板正对区域可视为匀强电场，正对区域以外的电场忽略不计。不计粒子所受重力和阻力，求：

（1）粒子出加速电场时速度的大小；

（2）为使粒子经偏转电场后能全部进入偏转磁场，偏转电场极板长度的取值范围；

（3）当偏转电场极板长度时，若容器中除了题干中已知的粒子外，还存在另一种粒子氚核，为使两种粒子均能击中屏且击中屏的位置没有重叠，则偏转磁场的磁感应强度不能超过多少？

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【分析】

【详解】（1）根据动能定理

（2）刚好全部出偏转电场，则

偏转电场极板越长，粒子越容易击中侧板

故极板长度的取值为

（3）根据

故在偏转电场中的偏转距离与粒子比荷无关

随偏转电压的增大而增大，最大偏转位移为

由于偏转电场只会改变粒子射入磁场时平行屏方向的速度，对于粒子在磁场中的偏转距离没有影响，即

联立可得

根据公式

所以氚核在磁场中的偏转距离大

不重叠的要求是

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