2022届天津市南开区高三（下）三模考试物理试题含解析

  2021-2022天津市南开区高三（下）三模考试物理试题

物理学科试卷

第I卷

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. 如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于n=3的激发态上，下列说法正确的是（　　）

A. 原子向n=2的能级跃迁需要吸收能量

B. 原子向低能级跃迁只能发出2种不同频率的光子

C. 原子跃迁到低能级后电子动能减小

D. 原子至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】A．原子由n=3向n=2的能级跃迁需要放出能量，选项A错误；

B．原子由n=3向低能级跃迁时能发出3种不同频率的光子，选项B错误；

C．原子跃迁到低能级后，电子的轨道半径减小，根据可知动能增大，选项C错误；

D．因为n=3能级的能量是-1.51eV，所以原子至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离，选项D正确。

故选D。

2. 如图所示，一束由两种单色光组成的细光束沿PO方向由空气射向平行玻璃砖，通过玻璃砖后分成两条单色细光束A、B。下列说法正确的是（　　）

A. 若增大入射角i，则B光先消失

B. 在玻璃中A光的速度比B光的小

C. 无论如何改变入射角，光束A、B始终是平行的

D. 用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验，A光的干涉条纹间距比B光的小

【答案】C

【解析】

【详解】B．由图可知两种单色光入射角相同时，B光的折射角小于A光的折射角，根据

可知B光的折射率大于A光的折射率，根据

可知在玻璃中B光的速度比A光的小，选项B错误；

AC．由于光由空气射向玻璃砖，光在下表面的入射角等于上表面的折射角，则在下表面的折射角总等于在上表面的入射角，则增大入射角i，A光和B光都不会消失，且无论如何改变入射角，光束A、B始终是平行的，故选项A错误，C正确；

D．根据折射率与光的频率的关系可知，B光的频率大于A光的频率，则B光的波长较短，根据用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验，A光的干涉条纹间距比B光的大，故选项D错误。

故选C。

3. 用一竖直向上的力将原来在地面上静止的重物向上提起，重物由地面运动至最高点的过程中，图像如图所示，下列判断正确的是（　　）

A. 前3s内与最后2s内货物的平均速度相同

B. 最后2s内货物处于超重状态

C. 前3s内拉力功率恒定

D. 最后2s运动过程中，货物的机械能减小

【答案】A

【解析】

【详解】A．前3s内与最后2s内货物都做匀变速直线运动，所以其平均速度均为最大速度的一半即，故A正确；

B．最后2s内货物加速度向下，处于失重状态，故B错误；

C．前3s内加速度向上恒定不变，根据牛顿第二定律可知拉力恒定不变，但速度变大，根据可知功率变大，故C错误；

D．最后2s运动过程中，物体的加速度大小为，根据牛顿第二定律

可得

可知力的方向向上，与速度方向相同，拉力对货物做正功，货物的机械能增大，故D错误。

故选A。

4. 2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船发射升空，运送两名宇航员前往在2016年9月15日发射的“天宫二号”空间实验室，宇航员在“天宫二号”驻留30天进行科学实验。“神舟十一号”与“天宫二号”的对接变轨过程如图所示，AC是椭圆轨道II的长轴。“神舟十一号”从圆轨道I先变轨到椭圆轨道II，再变轨到圆轨道III，与在圆轨道III运行的“天宫二号”实施对接。下列描述正确的是（　　）

A. “神舟十一号”在变轨过程中机械能不变

B. “神舟十一号”从A到C的平均速率比“天宫二号”从B到C的平均速率大

C. “神舟十一号”在椭圆轨道II的C点时，需制动减速才能进入圆轨道III

D. “神舟十一号”在椭圆轨道II上经过C点时的加速度小于在圆轨道III上经过C点时的加速度

【答案】B

【解析】

【详解】AC．“神舟十一号”在椭圆轨道II的C点时，需要点火加速做离心运动才能进入圆轨道III，除了万有引力之外的其他力对“神舟十一号”做正功，机械能变大，故AC错误；

D．根据可得

“神舟十一号”在椭圆轨道II上经过C点时的加速度等于在圆轨道III上经过C点时的加速度，故D错误；

B．结合牛顿第二定律和开普勒第三定律，可将椭圆轨道的平均速率与半径等于的圆轨道类比，根据可得

可知“神舟十一号”从A到C的平均速率比“天宫二号”从B到C的平均速率大，故B正确。

故选B。

5. 质量相同的两个带电粒子M、N以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行金属板间的匀强电场中，不计带电粒子的重力，M从两板正中央射入，N从下板边缘处射入，它们最后打在同一点，如图所示。则从开始射入至打到上板的过程中（　　）

A. 它们运动的时间关系为

B. 它们的电势能减少量之比

C. 它们的动能增量之比

D. 它们的动量增量之比

【答案】C

【解析】

【详解】A．带电粒子在垂直电场方向不受力，做速度相等的匀速直线运动，位移相等，则运动时间相等，所以A错误；
B．平行电场方向粒子做初速度为0的匀加速直线运动，满足

根据牛顿第二定律，有

qE=ma

由两式解得：

所以它们所带的电荷量之比

qM：qN=1：2

电势能的减小量等于电场力做的功即

△E=qEy

因为位移之比是1：2，电荷量之比也是1：2，所以电场力做功之比为1：4，它们电势能减少量之比

△:△=1:4

故B错误．

C．电场力做功之比等于动能增量之比，则动能增量之比为

故C正确；
D．由动量定理可知

故动量增量之比

故D错误；

故选C。

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. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，波源位于坐标原点处，从t=0时开始向上振动，如图所示是简谐横波在t=0.3s时部分波动图像，a、b、c是波传播方向上的质点，横坐标分别为0.1m、0.2m、0.3m。下列说法正确的是（　　）

A. a、c质点的位移大小始终相等

B. 波的传播周期可能为

C. 波源的振动方程可能为

D. 在0~0.2s内，波源通过的最小路程为40cm

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．由图象可知,简谐横波的波长为

a、c两质点平衡位置间的距离为即，根据波的传播规律可知，a、c两质点的位移总是等大反向，A正确；

B．时波源在坐标原点处向上振动，时波源正好位于波谷，有

可得波的传播周期

当时

故B正确；

C．结合B选项分析和题述，可知波源振动方程为

时

故C正确；

D．波的振动周期越大，相同时间内，质点通过的路程越小，波的周期最大值为0.4s，在在0~0.2s内，波源通过的最小路程为20cm，故D错误。

故选ABC。

7. 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示。已知气体在状态A时的温度为17℃，热力学温度与摄氏温度间的关系为T=t+273K，则下列说法正确的是（   ）

A. 气体在状态B时的温度为290K

B. 气体在状态C时的温度为580K

C. 气体由状态B到状态C的过程中，温度降低，内能减小

D. 气体由状态B到状态C的过程中，从外界吸收热量

【答案】BC

【解析】

【详解】A．气体在状态A时的温度为17 C，TA=(273+17）K=290 K，由理想气体状态方程得

气体在状态 B时的温度

TB=1160K

A项错误；

B．气体由状态B到状态C做等容变化，根据查理定律得

解得

Tc=580K

B项正确；

C．气体由状态B到状态C不对外做功，但温度降低，内能减小，C项正确；

D．根据热力学第一定律可知气体向外界放出热量，D项错误。

故选BC。

8. 如图所示，图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈沿逆时针转动。从某时刻开始计时，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为5Ω，则下列说法正确的是（　　）

A. 在时，穿过线圈的磁通量最大

B. 线圈转动的角速度为50πrad/s

C. 电压表示数为2.5V

D. 灯泡消耗的电功率是1.25W

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．在时，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，故A错误；

B．感应电动势的周期为，则线圈转动的角速度为

故B正确；

C．感应电动势的有效值为，根据分压原理可知电压表示数为

故C正确；

D．灯泡消耗的电功率

故D正确。

故选BCD。

第II卷

9. “探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图，F为用平行四边形定则做出的合力。

（1）本实验中“等效替代”的含义是________；

A．橡皮筋可以用细绳替代

B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果

C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果

D．两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代

（2）图乙中F与两力中，方向一定沿AO方向的是________；

（3）实验中用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有________；

A．两细绳的方向　　B．橡皮筋的原长

C．两弹簧秤的示数　　D．结点O的位置

（4）本实验中，采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差________。

A．两个分力F1、F2间的夹角越小越好

B．两个分力F1、F2的大小要适当大些

C．拉橡皮筋的细绳要稍短一些

D．实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

（5）在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么实验结果将________（填“变”或“不变”）

【答案】    ① D    ②.     ③. ACD    ④. D    ⑤. 不变

【解析】

【详解】（1）[1]“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中“等效替代”的含义是两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代，故D正确，ABC错误；

（2）[2]实验中方向与AO方向相同的是实验值，而理论值是运用平行四边形法则得出的，即是F理论值，是实验值，由于误差的存在F与不重合，故应填。

（3）[3]实验过程中需要记录拉力的方向、拉力的大小与节点的位置，不需要记录橡皮筋的原长，故选ACD。

（4）[4]AB．两个分力、的夹角过大或过小都会增大实验误差，故AB错误；

C．细绳应长一些，方便记录拉力的方向，故C错误；

D．实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度，减小误差，故D正确。

（5）[5]本实验中，记录的是力的大小和方向，故可以将细绳换成橡皮筋，实验结果不变。

10. 通过实验测量某金属丝的电阻率。

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

（2）将该金属丝绕在陶瓷管上，电阻值约为25Ω。除了开关、若干导线之外还提供了以下实验器材：

直流电源：电动势6V和12V，内阻不计

电流表A：量程0～0.6A，内阻约为0.1Ω

量程0～3A，内阻约为0.02Ω

电压表V：量程0～3V，内阻约为3kΩ

量程0～15V，内阻约为15kΩ

滑动变阻器R：最大阻值为10Ω

为较准确测量该金属丝的阻值，某同学用所给器材组成实验电路，如图2所示。图中的a、b、c三条导线中有一条连接有误，该导线是________（填写导线编号）；

（3）正确连接后，闭合开关前，应该把滑动变阻器的滑片置于滑动变阻器的________（填“左端”或“右端”）；

（4）若测得金属丝的长度为L，直径为d，电压表示数为U，电流表示数为I，不考虑电流表和电压表内阻的影响，则金属丝的电阻率ρ＝________。

【答案】    ①. 0.730    ②. b    ③. 左端    ④.

【解析】

【详解】（1）[1]金属丝直径的测量值为

（2）[2]b导线连接错误，应将其上端接至滑动变阻器的右下接线柱上。

（3）[3]正确连接后，闭合开关前，应该把滑动变阻器的滑片置于滑动变阻器的左端，从而使闭合开关之后分压部分电路电压为从零开始变化。

（4）[4]根据欧姆定律有

根据电阻定律有

解得

11. 如图所示，光滑轨道abcd固定在竖直平面内，ab水平，bcd为半圆，圆弧轨道的半径，在b处与ab相切。在直轨道ab上放着质量分别为、的物块A、B（均可视为质点），用轻质细绳将A、B连接在一起，且A、B间夹着一根被压缩的轻质弹簧（未被拴接）。轨道左侧的光滑水平地面上停着一质量为、足够长的小车，小车上表面与ab等高。现将细绳剪断，之后A向左滑上小车且恰好没有掉下小车，B向右滑动且恰好能冲到圆弧轨道的最高点d处。物块A与小车之间的动摩擦因数，重力加速度。求：

（1）物块B运动到圆弧轨道的最低点b时对轨道的压力大小；

（2）细绳剪断之前弹簧的弹性势能；

（3）小车长度L和物块A在小车上滑动过程中产生的热量Q。

【答案】（1）60N；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）物块B在最高点时，有

b到d由动能定理可得

在b点有

联立解得

由牛顿第三定律可知物块对轨道的压力为60N。

（2）由动量守恒定律可得

由能量守恒可得

联立解得

（3）物块与小车恰好共速，设速度为，根据动量守恒定律得

由能量守恒定律可得

联立解得

12. 如图甲所示，光滑的金属导轨MN和PQ平行，间距L=1.0m，与水平面之间的夹角α＝37°，匀强磁场磁感应强度B=2.0T，方向垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值R=1.6Ω的电阻，质量m=0.5kg，电阻r=0.4Ω的金属杆ab垂直导轨放置。现用和导轨平行的恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，使其由静止开始运动，当金属杆沿导轨向上的位移s=3.8m时达到稳定状态，对应过程的v－t图像如图乙所示。取g=10m/s2，导轨足够长。（，）求：

（1）恒力F的大小；

（2）从金属杆ab开始运动到刚达到稳定状态的过程，金属杆上产生的焦耳热Qr；

（3）0~1s内金属杆ab运动的位移x。

【答案】（1）5N；（2）1.47J；（3）0.85m

【解析】

【详解】（1）当金属棒匀速运动时，由平衡条件得

其中由乙图可知v=1.0m/s，且

联立解得

F=5N

（2）从金属棒开始运动到达稳定，由动能定理得

又克服安培力所做的功等于整个电路产生的焦耳热，代入数据解得

两电阻产生的焦耳热与阻值成正比，故金属杆上产生的焦耳热为

（3）进入匀强磁场导体棒做加速度减小的加速运动，由动量定理有

又

It=q

由图可知，代入数据解得

q=0.85C

由

得

x=0.85m

13. 如图所示，质量为m，带电量为+q的液滴，以速度v沿与水平成45°角斜向上进入正交的、足够大的匀强电场和匀强磁场叠加区域，电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，液滴在场区做直线运动。重力加速度为g，求：

（1）电场强度E和磁感应强度B的大小；

（2）当液滴运动到某一点P时，电场方向突然变为竖直向上，大小不变，不考虑因电场变化而产生的对磁场的影响，此时液滴加速度a的大小；

（3）在满足（2）的前提下，粒子从P点第一次运动到与P点同一水平线上的Q点（图中未画出）所用的时间t和PQ间的距离d。

【答案】（1），；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）滴带正电，液滴受力如图所示

根据平衡条件，有

解得

（2）电场方向突然变为竖直向上，大小不改变，故电场力与重力平衡，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有

（3）电场变为竖直向上后

粒子做匀速圆周运动，粒子运动轨迹如图

由洛伦兹力提供向心力

周期

则时间

PQ间的距离