天津市中学2023-2024学年高三年级下学期期末质量检测试题物理试题

这是一份天津市中学2023-2024学年高三年级下学期期末质量检测试题物理试题，共18页。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0．5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1、用波长为187.5nm的光照射阴极材料为钨的光电管，测量得到遏止电压为2.09V。已知普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中的光速为3×108m/s，e=1.6×10-19C，氢原子能级示意图如图所示。保持反向电压为2.09V，改用处于基态（n=1）的氢原子激发后辐射出的光子照射，为了使光电流不为零，最少应给氢原子提供的能量为（ ）
A．4.54eVB．6.63eVC．10.20eVD．12.09eV
2、2018年11月6日，中国空间站“天和号”以1：1实物形式(工艺验证舱)亮相珠海航展，它将作为未来“天宫号”空间站的核心舱．计划于2022年左右建成的空间站在高度为400~450km(约为地球同步卫星高度的九分之一)的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是
A．空间站运行的加速度等于地球同步卫星运行的加速度
B．空间站运行的速度约等于地球同步卫星运行速度的3倍
C．空间站运行的周期大于地球的自转周期
D．空间站运行的角速度大于地球自转的角速度
3、北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。为了兼顾高纬度地区的定位和导航需要，该系统已布置了10余颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO），其轨道是与赤道平面呈一定夹角的圆形，圆心为地心，运行周期与地球自转周期相同。关于倾斜地球同步轨道卫星，下列说法正确的是（ ）
A．该卫星不可能经过北京上空
B．该卫星距地面的高度与同步轨道静止卫星相同
C．与赤道平面夹角为的倾斜地球同步轨道只有唯一一条
D．该卫星运行的速度大于第一宇宙速度
4、下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光光子的波长
B．结合能越大，原子核结构一定越稳定
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动动能减小
D．原子核发生β衰变生成的新核原子序数增加
5、互成角度的两个共点力，其中一个力保持恒定，另一个力从零开始逐渐增大且两力的夹角不变，则其合力（ ）
A．若两力的夹角小于90°，则合力一定增大
B．若两力的夹角大于90°，则合力一定增大
C．若两力的夹角大于90°，则合力一定减小
D．无论两力夹角多大，合力一定变大
6、一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温度升高，则（ ）
A．水分子的平均动能增大B．只有个别水分子动能增大
C．所有水分子的动能都增大D．每个水分子的动能改变量均相同
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7、如图所示，用粗细均匀、总电阻为的导线围成一个边长为的等边三角形闭合线框，线框以速度匀速穿过一个水平方向宽度为，竖直方向足够长的磁场区域，该磁场的磁感应强度为。线框在匀速穿过磁场区域过程中边始终与磁场边界（图中虚线所示）平行，则下列说法正确的是（ ）
A．导线框从刚进入磁场到完全进入磁场过程中产生的平均电动势为
B．导线框从刚进入磁场到导线框完全离开磁场过程中，导线框不受安培力作用的时间为
C．导线框边刚进入和刚离开磁场时两间的电势差相等
D．导线框从边进入磁场的水平距离为时刻开始到导线框完全离开磁场过程中通过线框的电荷量为
8、如图所示，一物块从光滑斜面上某处由静止释放，与一端固定在斜面底端的轻弹簧相碰。设物块运动的加速度为a，机械能为E，速度为v，动能Ek，下滑位移为x，所用时间为t。则在物块由释放到下滑至最低点的过程中（取最低点所在平面为零势能面），下列图象可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
9、下列说法中正确的是_______
A．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势
B．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
C．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d的大小时可把分子当作球体处理
D．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
E.分子间距离在小于范围内，分子间距离减小时，引力减小，斥力增大，分子力表现为斥力
10、如图，有一截面为矩形有界匀强磁场区域ABCD，AB=3L，BC=2L在边界AB的中点上有一个粒子源，沿与边界AB并指向A点方向发射各种不同速率的同种正粒子，不计粒子重力，当粒子速率为v0时，粒子轨迹恰好与AD边界相切，则 （ ）
A．速率小于v0的粒子全部从CD边界射出
B．当粒子速度满足时，从CD边界射出
C．在CD边界上只有上半部分有粒子通过
D．当粒子速度小于时，粒子从BC边界射出
三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。
11．（6分）某同学想测出济南当地的重力加速度g，并验证机械能守恒定律。为了减小误差，他设计了一个实验如下：将一根长直铝棒用细线悬挂在空中（如图甲所示），在靠近铝棒下端的一侧固定电动机M，使电动机转轴处于竖直方向，在转轴上水平固定一支特制笔N，借助转动时的现象，将墨汁甩出形成一条细线。调整笔的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨线。启动电动机待转速稳定后，用火烧断悬线，让铝棒自由下落，笔在铝棒上相应位置留下墨线。图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线，将某条合适的墨线A作为起始线，此后每隔4条墨线取一条计数墨线，分别记作B、C、D、E。将最小刻度为毫米的刻度尺的零刻度线对准A，此时B、C、D、E对应的刻度依次为14.68cm，39.15cm，73.41cm，117.46cm。已知电动机的转速为3000r/min。求：
(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为________s；
(2)由实验测得济南当地的重力加速度为________m/s2（结果保留三位有效数字）；
(3)该同学计算出划各条墨线时的速度v，以为纵轴，以各条墨线到墨线A的距离h为横轴，描点连线，得出了如图丙所示的图像，据此图像________（填“能”或“不能”）验证机械能守恒定律，图线不过原点的原因__________________。
12．（12分）用如图所示的装置来验证机械能守恒定律，A为装有挡光片的钩码，挡光片宽度为b，轻绳跨过光滑轻质定滑轮与A和重物B相连，A的质量是B的质量的3倍，A、B静止时挡光片上端到光电门的距离为h(h>>b)。由静止释放B后，挡光片经过光电门的挡光时间为t，重力加速度为g.
(1)实验中，将挡光片通过光电门的平均速度当作A下落h时的瞬时速度，该速度表达式为____________(用题中所给字母表示)。
(2)为减小挡光片通过光电门的平均速度与A下落h时的瞬时速度间存在的误差，下列做法中可行的是____________(填选项序号字母)。
A．将B改换成密度小而体积大的重物
B．减小挡光片的挡光宽度b
C．增大挡光片的挡光宽度b
D．减小挡光片上端到光电门的距离h
(3)在A下落h的过程中，验证A和B的系统机械能守恒定律成立的表达式为______________________(用题中所给字母表示)。
四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。
13．（10分）如图所示，光滑水平平台AB与竖直光滑半圆轨道AC平滑连接，C点切线水平，长为L=4m的粗糙水平传送带BD与平台无缝对接。质量分别为m1=0.3kg和m2=1kg两个小物体中间有一被压缩的轻质弹簧，用细绳将它们连接。已知传送带以v0=1.5m/s的速度向左匀速运动，小物体与传送带间动摩擦因数为μ=0.1．某时剪断细绳，小物体m1向左运动，m2向右运动速度大小为v2=3m/s，g取10m/s2．求：
(1)剪断细绳前弹簧的弹性势能Ep
(2)从小物体m2滑上传送带到第一次滑离传送带的过程中，为了维持传送带匀速运动，电动机需对传送带多提供的电能E
(3)为了让小物体m1从C点水平飞出后落至AB平面的水平位移最大，竖直光滑半圆轨道AC的半径R和小物体m1平抛的最大水平位移x的大小。
14．（16分）如图所示， PQ为一竖直放置的荧光屏，一半径为R的圆形磁场区域与荧光屏相切于O点，磁场的方向垂直纸面向里且磁感应强度大小为B,图中的虚线与磁场区域相切，在虚线的上方存在水平向左的匀强电场，电场强度大小为E,在O点放置一粒子发射源，能向右侧180°角的范围发射一系列的带正电的粒子，粒子的质量为m、电荷量为q,经测可知粒子在磁场中的轨道半径为R，忽略粒子的重力及粒子间的相互作用．求：
(1)如图，当粒子的发射速度方向与荧光屏成60°角时，该带电粒子从发射到达到荧光屏上所用的时间为多少?粒子到达荧光屏的位置距O点的距离为多大?
(2)从粒子源发射出的带电粒子到达荧光屏时，距离发射源的最远距离应为多少?
15．（12分）在xOy平面的x轴上方区域范围内存在着范围足够大的匀强磁场（如图甲所示）。在空间坐标（x=0，y=a）处有一粒子源，在某一时刻向平面内各个方向均匀发射N个（N足够大）质量为m、电荷量为-q，速度为v0的带电粒子：（不计粒子重力及粒子间的相互作用，题中N、a 、m、-q、v0均为已知量）
(1)若放射源所发出的粒子恰好有不能到达x轴，求磁感应强度为多大；
(2)求解第(1)问中，x轴上能接收到粒子的区域长度L；
(3)若磁场仅限制在一个半径为a的圆形区域内，圆心在坐标处。保持磁感应强度不变，在x轴的正半轴 区间上铺设挡板，粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上并被挡板吸收，求：这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力。
参考答案
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1、C
【解析】
由光电效应方程
eUc=EKm=hγ-W0…①
又
hγ0=W0…②
又
…③
由①②③式代入数据可得
hγ0=4.54eV
则光子的能量值最小为4.54eV+2.09eV=6.63eV，用处于基态（n=1）的氢原子激发后辐射出的光子照射，电子只需要从基态跃迁到n=2的能级即可，所以为了使光电流不为零，最少应给氢原子提供的能量
Emin=E2-E1=-3.40eV-（-13.60eV）=10.20eV．
故C正确，ABD错误。
故选C。
2、D
【解析】
根据来判断空间站运动的速度、加速度、角速度以及周期的大小
【详解】
ACD、根据 可知半径越大，周期越大，而加速度、线速度、角速度都在减小，故AC错；D对；
B、题目中给的是高度约为地球同步卫星高度的九分之一，那半径就不是九分之一的关系，所以空间站运行的速度不等于地球同步卫星运行速度的3倍，故B错；
故选D
【点睛】
本题比较简单，但如果不仔细读题的话就会做错B选项，所以在做题过程中仔细审题是非常关键的．
3、B
【解析】
A．根据题目描述，倾斜地球同步轨道卫星的轨道是与赤道平面呈一定夹角的圆形，圆心为地心，所以有可能在运动过程中经过北京上空，所以A错误；
B．由题意可知，倾斜地球同步轨道卫星的周期与地球同步卫星的周期相同，根据
可知，该卫星的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径相同，即该卫星距地面的高度与同步轨道静止卫星相同，所以B正确；
C．由题意可知，圆心在地心，与赤道平面成的圆形轨道有无数个，所以C错误；
D．根据公式
可知，卫星轨道半径越大，运行速度越小，而第一宇宙速度是最大的环绕速度，所以该卫星的运行速度比第一宇宙速度小，D错误。
故选B。
4、D
【解析】
A．根据可知，从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的能量小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的能量，根据波长与频率成反比，则从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长，故A错误；
B．比结合能越大，原子核的结构越稳定，故B错误；
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子的过程中，电子半径减小，库仑力做正功，氢原子的电势能减小，根据库仑力提供向心力可知核外电子的运动速度增大，所以核外电子的运动动能增大，故C错误；
D．衰变的本质是原子核中的中子转化成一个质子和一个电子，电子从原子核中被喷射导致新核的质量数不变，但核电荷数变大，即原子序数增加，故D正确；
故选D。
5、A
【解析】
A．若两力的夹角小于90°，如左图，则合力一定增大，选项A正确；

BCD．若两力的夹角大于90°，如右图，则合力可能先减小后变大，选项BCD错误；
故选A。
6、A
【解析】
水的温度升高，即其内部的水分子运动越剧烈，即水分子的平均动能变大，即其内能增加，这是统计规律，个别分子不适用．故A正确，BCD错误；
故选A．
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7、BD
【解析】
A.根据法拉第电磁感应定律，线框从刚进入磁场到完全进入磁场过程中产生的平均电动势：
，
而：
，
，
解得
，
故A错误；
B.导线框完全在磁场中运动时磁通量不变，没有感应电流，不受安培力作用的时间为：
，
故B正确；
C.线框BC边刚进入磁场时两端的电势差为：
，
线框边刚离开时，两端的电势差为：
，
故C错误；
D.导线框边进入磁场的水平距离为时线框已经完全进入磁场，由：
，
故D正确。
故选：BD。
8、AC
【解析】
AB．设斜面的倾角为，在物块自由下滑的过程中，根据牛顿第二定律可得
解得
物块与弹簧接触后，根据牛顿第二定律可得
当弹力与重力相等时，加速度为零，随后反向增大，且加速度与时间不是线性关系，故A正确，B错误；
C．以物体和弹簧组成的系统为研究对象，整个过程中整体的机械能守恒，即有
总
解得
总
与弹簧接触前，物体的机械能守恒，与弹簧接触后弹簧的弹性势能增加，则物体的机械能减小，根据数学知识可知C图象正确，故C正确；
D．在物块自由下落的过程中，加速度恒定，速度图象的斜率为定值，与弹簧接触后，加速度先变小后反向增大，速度图象的斜率发生变化，故D错误；
故选AC。
9、BCD
【解析】
A．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间引力大于斥力，所以液体表面具有收缩的趋势，选项A错误；
B．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，选项B正确；
C．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d的大小时可把分子当作球体处理，选项C正确；
D．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，选项D正确；
E．分子间距离在小于范围内，分子间距离减小时，引力斥力同时增大，分子力表现为斥力，选项E错误。
故选BCD。
10、BC
【解析】
ABC．如图，由几何知识可知，与AD边界相切的轨迹半径为1.5L，与CD边界相切的轨迹半径为L；
由半径公式：可知轨迹与CD边界相切的粒子速度为，由此可知，仅满足的粒子从CD边界的PD间射出，选项A错误，BC正确；
D．由上述分析可知，速度小于的粒子不能打出磁场，故选项D错误。
故选BC.
三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。
11、0.1 9.79 能 墨线A对应的速度不为零
【解析】
(1)[1]由于电动机的转速为3000r/min，则其频率为50Hz，故每隔0.02s特制笔N便在铝棒上画一条墨线，又每隔4条墨线取一条计数墨线，故相邻计数墨线间的时间间隔是0.1s
(2)[2]由题可知
可知连续相等时间内的位移之差
根据△x=gT2得
(3)[3]铝棒下落过程中，只有重力做功，重力势能的减小等于动能的增加，即
mgh＝mv2
得
若图线为直线，斜率为g，则机械能守恒，所以此图像能验证机械能守恒
[4]图线不过原点是因为起始计数墨线A对应的速度不为0
12、 B
【解析】
（1）[1]．A经过光电门时的速度：
；
（2）[2]．A、运动过程中重物B要受到空气阻力作用，为减小实验误差，应将B 改换成密度大而体积小的重物，故A错误；
BC、挡光片的宽度越小，挡光片经过光电门时的平均速度越接近其瞬时速度，为减小实验误差，应减小挡光片的挡光宽度b，故B正确，C错误；
D、挡光片经过光电门的时间越短实验误差越小，为减小实验误差，应增大挡光片上端到光电门的距离h，故D错误；
故选B．
（3）[3]．设B的质量为m，则A的质量为3m，由机械能守恒定律得：
整理得
gh=v2
即：
四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。
13、 (1)19.5J(2)6.75J(3)R=1.25m时水平位移最大为x=5m
【解析】
(1)对m1和m2弹开过程，取向左为正方向，由动量守恒定律有：
0=m1v1-m2v2
解得
v1=10m/s
剪断细绳前弹簧的弹性势能为：
解得
Ep=19.5J
(2)设m2向右减速运动的最大距离为x，由动能定理得：
-μm2gx=0-m2v22
解得
x=3m＜L=4m
则m2先向右减速至速度为零，向左加速至速度为v0=1.5m/s，然后向左匀速运动，直至离开传送带。
设小物体m2滑上传送带到第一次滑离传送带的所用时间为t。取向左为正方向。
根据动量定理得：
μm2gt=m2v0-（-m2v2）
解得：
t=3s
该过程皮带运动的距离为：
x带=v0t=4.5m
故为了维持传送带匀速运动，电动机需对传送带多提供的电能为：
E=μm2gx带
解得：
E=6.75J
(3)设竖直光滑轨道AC的半径为R时小物体m1平抛的水平位移最大为x。从A到C由机械能守恒定律得：
由平抛运动的规律有：
x=vCt1
联立整理得
根据数学知识知当
4R=10-4R
即R =1.25m时，水平位移最大为
x=5m
14、 (1) (2)
【解析】
(1)根据洛伦兹力提供向心力得：

解得：

当粒子的发射速度与荧光屏成60°角时，带电粒子在磁场中转过120°角后离开磁场，再沿直线到达图中的M点，最后垂直电场方向进入电场，做类平抛运动，并到达荧光屏，运动轨迹如图所示．
粒子在磁场中运动的时间为：

粒子从离开磁场至进入电场过程做匀速直线运动，竖直位移为：

匀速直线运动为：

由几何关系可得点M到荧光屏的距离为：

设粒子在电场中运动的时间为t3,由匀变速直线运动规律得：

解得

故粒子从发射到达到荧光屏上所用的时间为：

带电粒子在竖直向上的方向上做匀速直线运动，带电粒子到达荧光屏上时有：

带电粒子到达荧光屏时距离O点的位置为：

(2)带电粒子到达荧光屏的最高点时，粒子由磁场的右边界离开后竖直向上运动，且垂直进入电场中做类平抛运动，此时x'=2R
则

带电粒子在电场中竖直向上运动的距离为：

该带电粒子距离发射源的间距为：
点睛：本题是带电粒子在电场及在磁场中的运动问题；关键是明确粒子的受力情况和运动规律，画出运动轨迹，结合牛顿第二定律、类似平抛运动的分运动规律和几何关系分析．
15、 (1)；(2)；(3)
【解析】
(1)由几关系可知左右两个相切圆为临界条件，由于有不能到达要x轴，所以
由几何关系知，磁场中做圆周运动半径为R=a
洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得
则磁感应强度
(2)粒子打x轴上的范围如图所示，
x轴右侧长度为
x轴左侧，与轴相切，由几何关系知
联立可得
(3)粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上，根据几何关系则有
解得
粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上的动量的变化量
粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最短时间
粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最长时间
这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力