河南省郑州市2020届高三上学期第一次质量预测物理试题

2020 届高中郑州一模物理测试卷

一、选择题

1.物理学是一门自然科学，源于对自然界的观察和研究，与生活有着紧密的联系。下列物  理知识的应用，说法正确的是（ ）

A. 避雷针能够避免建筑物被雷击，是因为避雷针储存了云层中的电荷

B. 指南针 S 极指向地球南极方向，是因为指南针所在位置地磁场方向指向地球南极方向

C. 电熨斗达到设定温度后就不再升温，是利用了压力传感器，将压力变化转换成电流变化

D. 电磁灶加热食物，是利用电磁感应产生的涡流使锅体发热

【答案】D

【解析】

【详解】A．避雷针工作原理是利用尖端放电将电荷导入大地，所以A选项错误；

B．地磁场的南北极与地理南北极相反，在磁体外部磁场由北指向南，所以B选项错误。

C．电熨斗利用的是温度传感器，所以C选项错误。

D．电磁炉是利用电流的磁效应，金属圆盘处在磁场中时，在金属圆盘内产生涡流。利用涡流的热效应对食物进行加热，所以D选项正确。

故选D。

2.a、b两个物体在同一时间、从同一地点开始，沿同一条直线运动，v-t图象如图所示，a、b两物体运动图线均为正弦(余弦)曲线的一部分。在0～6s时间内，关于两物体的运动，下列说法正确的是（    ）

A. b物体的加速度先增加后减小

B. a物体的位移大于b物体的位移

C. 2s末a物体的加速度大于b物体的加速度

D. 3s末a、b两物体之间的距离最大

【答案】C

【解析】

【详解】A．b斜率先减小后增大，固b的加速度先减小后增大；A错误。

B．由图可知曲线a 0~6 秒内与时间轴所围上下面积之和小于曲线b与时间轴所围上下面积之和，固曲线a位移小于曲线b位移；B错误。

C．2s末曲线a的斜率大于曲线b的斜率，故两秒末曲线a的加速度大于曲线b的加速度；C正确。

D．6s末曲线ab所围面积之差最大，故6s末ab两物体之间距离最大；D错误。

故选C。

【点睛】v-t图像基本知识点。如斜率代表加速度，斜率的绝对值代表加速度大小，斜率的正负代表加速度方向，与时间轴所围面积代表位移。

3.当前，我国某些贫困地区的日常用水仍然依靠井水。某同学用水桶从水井里提水，井内  水面到井口的高度为 20m。水桶离开水面时，桶和水的总质量为 10kg。由于水桶漏水，在被匀速提升至井口的过程中，桶和水的总质量随着上升距离的变化而变化，其关系如图所示。水桶可以看成质点，不计空气阻力，重力加速度 g 取 10m/s2。由图象可知，在提水的整个过程中，拉力对水桶做的功为（ ）

A. 2000J B. 1800J C. 200J D. 180J

【答案】B

【解析】

【详解】由于水桶匀速上升，故拉力等于水桶重力。由于水和水桶的质量随位移均匀减小。故拉力与位移满足线性关系，所以可用平均力法进行求解变力做功。

则拉力做功为：

故选B。

4.某理想变压器有两个副线圈，原线图匝数为n，两个副线图匝数分别为n1和n2，如图所示。所接电阻R1＝R2，电流表为理想交流电表，D为理想二极管，原线圈接正弦交流电源，下列说法正确的是（    ）

A. 滑动变阻器R滑片向上滑动时，电流表示数变小

B. 滑动变阻器R滑片向上滑动时，副线圈n2的输出电压变大

C. R2两端的电压与R1两端的电压之比为n1:n2

D. R2的功率与R1的功率之比为n12:n22

【答案】A

【解析】

【详解】一组原线圈对应多组副线圈同样符合电压关系

功率关系：

AB．R增大，n，n1，n2不变，不影响 U，U1和 U2，所以I1减小，P1减小，所以原线圈功率 P 减小，故原线圈电流减小，A正确，B错误。

CD．R1两端电压等于U1，第二个副线圈由于二极管的存在，使得 R2 电压不等于U2，所以两电阻电压值比不等于n1:n2，功率根可知，两电阻相等，但是两电阻的电压之比不是n1:n2,所以电压值比也不是;故C、D均错误。

故选A。

【点睛】变压器的动态分析，原副线圈电流电压功率的关系，二极管单向导电性的应用。

5.如图所示，互相垂直的两组平行金属板P、Q和M、N，板P、Q水平，板M、N竖直，板P、Q长度为板M、N长度的2倍。其间有一矩形区域ABCD，AB长度l1＝0.6m，AD长度为l2＝0.2m。仅在板M、N的两极加上电压UMN时，将带正电的小球从A点由静止释放，小球恰好沿直线AC运动；仅在板P、Q的两极加上电压UPQ时，将该小球从A点沿AB方向水平抛出，小球也能经过C点。已知UMN＝UPQ＞0，重力加速度g取10m/s2，板端彼此绝缘靠在一起，不考虑板间的静电效应，两次运动中小球的电荷量相同关于小球的运动，下列说法正确的是（  ）

A. 仅在板M、N上加上电压时，小球做的是匀加速直线运动，加速度为30m/s2

B. 仅在板P、Q上加上电压时，小球做的是匀变速曲线运动，加速度为70m/s2

C. 仅在板M、N上加上电压时，小球沿直线AC运动的时间为0.3s

D. 仅在板P、Q上加上电压时，小球从A点沿AB方向水平抛出的初速度为3m/s

【答案】B

【解析】

【详解】由题可知，

UPQ  UMN

EPQdPQ  EMN dPQ

dPQ  2dPQ

所以

EPQ  2EMN

只在MN加电压时，小球受到水平向右的电场力和竖直向下的重力，合力沿AC方向，且

故

A．加速度为：

故A项错误。

C．A到 C的时间根据竖直方向的匀加速直线运动

解得：

故C错误

B．只在PQ加电压时，小球受到向下mg和6mg，所以加速度为7g=70m/s2,故B正确。

D．小球在竖直方向上运动时间为

则初速度为：

故D错误。

故选B。

6.如图所示，ABCD-A＇B＇C＇D＇为一立方体木箱，O点为底面A＇B＇C＇D＇中心，M点为DD＇中点，N点为BCC＇B＇面的中心。AO、MO、NO为三个光滑轻杆，三个完全相同的小球套在轻杆上，分别从A、M、N三点由静止沿轻杆滑下。关于三个小球的运动，下列说法正确的是（   ）

A. 三个小球滑到O点时的速度大小相等

B. 三个小球滑到O点所用的时间相等

C. 从A点滑下的小球到达O点时的速度最大

D. 从M点滑下的小球到达O点所用时间最短

【答案】C

【解析】

【详解】AC．根据题意，分别将 AO,NO,MO看做直角三角形的三个斜边，由图可知，A,M,N三点高度之比为 2:1:1，由动能定理:

可知，三者落地速度不同，由高度关系可得：

则三者的速度大小关系为：

故A错误，C正确。

BD．A,M,N三个小球水平位移之比为，A,M,N三个小球加速度分别为

再由v  at可得

故BD均错误。

故选C。

【点睛】考查空间立体几何，初速度为零的匀加速直线运动的应用。

7.如图所示，b球在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，BC为圆周运动的直径，竖直平台与b球运动轨迹相切于B点且高度为R。当b球运动到切点B时，将a球从切点正上方的A点水平抛出，重力加速度大小为g，从a球水平抛出开始计时，为使b球在运动一周的时间内与a球相遇(a球与水平面接触后不反弹)，则下列说法正确的是（ ）

A. a球在C点与b球相遇时，a球的运动时间最短

B. a球在C点与b球相遇时，a球的初始速度最小

C. 若a球在C点与b球相遇，则a球抛出时的速率为

D. 若a球在C点与b球相遇，则b球做匀速圆周运动的周期为

【答案】C

【解析】

【详解】A．平抛时间只取决于竖直高度，高度 R 不变，时间均为；故A错误。

BC．平抛的初速度为

时间相等，在C点相遇时，水平位移最大

则初始速度最大为：

故B错误，C正确。

D．在 C点相遇时，b球运动半个周期，故 b球做匀速圆周运动的周期为

故D错误。

故选C。

8.如图所示，在范围足够大的空间存在一个磁场，磁感线呈辐状分布，其中磁感线 O 竖直向上，磁场中竖直固定一个轻质弹簧。在距离弹簧某一高度处，将一个金属圆盘由静止释放，圆盘下落的过程中盘面始终保持水平，且圆盘的中轴线始终与弹簧的轴线、磁感线 O 重合。从圆盘开始下落，到弹簧被压缩至最短的过程中，下列说法正确的是（ ）

A. 在圆盘内磁通量逐渐增大

B. 从上往下看，在圆盘内会产生顺时针方向的涡流

C. 在接触弹簧之前，圆盘做自由落体运动

D. 圆盘的重力势能减少量等于弹簧弾性势能的增加量

【答案】AB

【解析】

【详解】A．磁通量的计算式为：

  BS

S不变，B增大，故磁通量增大，A正确；

B．根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向竖直向下，由右手定则可知：自上而下看，圆盘会产生顺时针方向的涡旋电流，B正确；

C．根据楞次定律，接触弹簧之前，除重力外，下落过程中圆盘会受到向上的阻碍磁通量增大的力，故C错误；

D．根据能量守恒定律可知，接触弹簧下落过程中，圆盘的重力势能转化为弹簧的弹性势能、圆盘的动能以及因涡流效应产生的内能，故 D 错误。

故选AB。

9.三根通电长直导线a、b、c相互平行，水平放置，其横截面恰好位于等边三角形的三个顶点，如图所示。导线a、b固定在同一竖直面内，导线a中的电流方向垂直纸面向里，导线b中的电流方向垂直纸面向外。已知导线a、b中的电流在导线c处产生磁场的磁感应强度大小均为B0。导线c中的电流方向垂直纸面向里，电流大小为I。导线c长度为L，质量为m，在粗糙水平面上处于静止状态，重力加速度为g，下列说法正确的是 （ ）

A. 导线c所受安培力的大小为

B. 导线c对水平面的压力大小为mg-B0IL

C. 导线c受到的静摩擦力水平向左，大小为B0IL

D. 若仅将导线b中的电流反向，则导线c所受摩擦力水平向右，大小为

【答案】BD

【解析】

【详解】ABC．根据右手定则和矢量合成法则可知，导线a、b在 c处产生的合磁场大小为B0，方向水平向左，由左手定则可知，导线c 所受安培力的大小为 B0IL ，方向竖直向上，则导线c所受的静摩擦力为零，对水平面的压力大小为：mg  B0IL ，故 A、C 错误，B 正确；

D．若仅将导线b中的电流反向，则导线 a、b在c处产生的合磁场大小为，方向竖直向下，由左手定则可知，导线c所受安培力的大小，方向水平向左，则导线c所受的静摩擦力为

方向水平向右；故D正确。

10.2019 年 11 月 5 日 01 时 43 分，我国在西昌卫展发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射了第 49 颗北斗导航卫星。该卫星属倾斜地球同步轨道卫星，标志着北斗三号系统 3 颗倾斜地球同步轨道卫星全部发射完毕。倾斜地球同步轨道卫星是运转轨道面与地球赤道面有夹角的轨道卫星， 它的运行周期与“同步卫星”相同(T＝24h)，运动轨迹如图所示。关于该北斗导航卫星说法正确的是（    ）

A. 该卫星与地球上某一位置始终相对静止

B. 该卫星的高度与“同步卫星”的高度相等

C. 该卫星运行速度大于第一宇宙速度

D. 该卫星在一个周期内有 2 次经过赤道上同一位置

【答案】BD

【解析】

【详解】A．同步卫星相对于地球静止，必须为地球赤道面上的同步卫星，因为此卫星为倾斜轨道，因此不能与地球保持相对静止;A错误；

B．由公式可得，因为两个卫星的周期是一样的，其他常量都相同，所以高度相同;B正确.

C．地球的第一宇宙速度是最大的环绕速度，该卫星比近地卫星轨道半径大，所以速度小于第一宇宙速度;C错误

D．此卫星的轨道为倾斜轨道，因此当卫星转一周时，两次通过赤道;D正确.

故选BD。

11.如图所示，在水平面上固定一个半圆弧轨道，轨道是光滑的，O点为半圆弧的圆心，一根轻绳跨过半圆弧的A点(O、A等高，不计A处摩擦)，轻绳一端系在竖直杆上的B点，另一端连接一个小球P。现将另一个小球Q用光滑轻质挂钩挂在轻绳上的AB之间，已知整个装置处于静止状态时，α＝30°，β＝45°则（    ）

A. 将绳的B端向上缓慢移动一小段距离时绳的张力不变

B. 将绳的B端向上缓慢移动一小段距离时半圆弧中的小球P位置下移

C. 静止时剪断A处轻绳瞬间，小球P的加速度为g

D. 小球P与小球Q的质量之比为

【答案】ACD

【解析】

【详解】A．绳子 B端向上移动一小段距离，根据受力分析可知P球没有发生位移，因此AQP变成了晾衣架问题，绳长不会变化，A到右边板的距离不变，因此角度不会发生变化，即绳子的张力也不会变化；选项A正确。

B．如果 P向下移动一段距离，绳子AP拉力变小，绳长AP变长，而 AB之间的绳子长度变短，则角度 变大，绳子 AB之间的张力变大，AP的张力也变大，产生矛盾；B错误。

C．剪断 A处细绳，拉力突变为零，小球 P只受重力的分力，所以加速度为；C正确。

D．根据受力分析，分别对两个小球做受力分析，因为是活结所以绳子的张力都是相同， 则 ,又由于.由两式可得；故 D正确。

故选ACD。

二、实验题

12.某同学在“探究功与速度变化之间的关系”的实验中，同时测出实验中橡皮绳的劲度系数。所用实验装置如图所示，已知小球质量为m.具体实验步骤如下：

（1）将小球放在木板上，木板左端抬高一个小角度，以平衡摩擦力。

（2）将原长为OM 的橡皮绳一端固定在木板右端的O点，另一端通过力传感器连接小球，将小球拉至P点(M 点左侧)，测得 OM 的距离为 l1，OP 的距离为 l2，力传感器示数为F。则橡皮绳的劲度系数为_____(用 F、l1、l2 表示)。

（3）将小球从P点由静止释放，在 M 点右侧放置一速度传感器，可测出传感器所在位置的速度v0，将小球上 2 根 3 根……像皮绳，重复操作过程，测出多组速度数值，如下表所示。

在坐标系中描点、连线，做出W-v2图象_____.

（4）由图象可知，橡皮绳做功与小球获得的速度的关系为_____.

【答案】    (1).     (2).     (3).

【解析】

【详解】(2)[1] 由题意知，橡皮绳伸长量为

设橡皮绳劲度系数为k ，利用胡克定律

解得：

(3)[2]根据所给数据描点连线，要求细长直大交，得W-v2图像如图所示：

(4)[3]由图像可知橡皮绳做功与小球获得的速度平方成正比或.

13.几位同学对一个阻值大约为 600Ω的未知电阻进行测量，要求较精确地测量电阻的阻值。有下列器材供选用:

A.待测电阻 Rx

B.电压表 V(量程 6V，内阻约 3kΩ)

C.电流表 A1(量程 20mA，内阻约 5Ω)

D.电流表 A2(量程 10mA，内阻约 10Ω)

E.滑动变阻器 R1(0～20Ω，额定电流 2A)

F.滑动变阻器 R2(0～2000Ω，额定电流 0.5A)

G.直流电源 E(6V，内阻约 1Ω)

H.多用表

I.开关、导线若干

（1）甲同学用多用表直接测量待测电阻的阻值如图甲所示。若选用欧姆表“×100”档位， 则多用表的读数为_____Ω

（2）乙同学根据以上器材设计成用伏安法测量电阻的电路，电路图如图乙所示，则电流表应选择 ____(选填“A1”或“A2”)， 滑动变阻器应选择____ (选填“R1”或“R2”)。

（3）丙同学经过反复思考，利用所给器材设计出了如图丙所示的测量电路，具体操作如下：

①按图丙连接好实验电路，调节滑动变阻器 R1、R2 的滑片至适当位置;

②开关 S2 处于断开状态，闭合开关 S。调节滑动变阻器 R1、R2 的滑片，使电流表 A2 的示数恰好为电流表 A1 的示数的一半，读出此时电压表 V 的示数 U1 和电流表 A 的示数 I1。

③保持开关 S1 闭合，再闭合开关 S2，保持滑动变阻器 R2 的滑片位置不变，读出此时电压表 V 的示数 U2 和电流表 A2 的示数 I2。

可测得待测电阻的阻值为_____，同时可测出电流表 A1 的内阻为 ___ (用 U1、U2、I1、I2 表示)。

（4）比较乙、丙两位同学测量电阻 Rx 的方法，你认为哪个同学的方法更有利于减小系统误差？____ (选填“乙”或“丙”)同学。

【答案】    (1). 600    (2). A2    (3). R1    (4).     (5).     (6). 丙

【解析】

【详解】(1)[1]选用欧姆表“×100”档位,指针读数为6.0，故多用电表读数为600.

(2)[2][3]电压表量程为6V,阻值约为600，电流表量程约即可, 故电流表选择A2；乙图中滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器选择总阻值较小的R1.

(3)[4][5]设电流表A1,内阻为r1，根据操作步骤②可得:

根据操作步骤③可得:

联立方程可得：

(4)[6]乙同学的设计方法中，实际测得的阻值为Rx与电流表内阻的串联阻值，测量值偏大， 而且电流表内阻未知，相比而言，丙同学的方法更有利于减小系统误差。

三、计算题

14.中国高铁的发展速度令世人瞩目。为了提高行车效率，缩短行车时间，设计师提出一种列车过站不停车的设想，如下面简图所示。高铁匀速行驶的速度 v0=360km/h，进站时尾部子车 1 在 O 点自动脱离，将乘客送到下车站台下车，载着新乘客的子车 2 提前等候在上车站台 A 点处。为了更好地完成对接，母车接近车站时提前向子车 2 发出指令，发出指令后立即开始做加速度为 a0 的匀减速直线运动，到达 B 点时恰好将车速减小到 v0。子车2 接到指令后，沿转移轨道 AB 开始做加速度 a＝1m/s2的匀加速直线运动，子车 2 达到最大速度 v＝144km/h 后，接着做匀速直线运动。转移轨道 AB 与铁轨的夹角θ＝3°，已知 cos3°≈1。若子车 2 启动后 t＝3min，和母车同时到达 B 点，完成同速对接。

（1）母车距离 B 点多远的时候，发出指令让子车 2 开始启动？母车做匀减速直线运动的加速度 a0 是多大？

（2）求转移轨道 AB 的长度。

【答案】（1）12600m；m/s2；（2）6400m

【解析】

【详解】由题意可知v0=360km/h=100m/s,v=144 km/h=40m/s,t=3min=180s

(1)母车向子车2发出指令后立即做匀减速直线运动，两车同时到达C点，完成同速对接。

母车运动的位移是

即母车发出指令时距离B点12600 m

母车匀减速的加速度大小是

(2)对子车2做运动分析可知，加速过程所用时间为t1，则

v=at1

加速过程的位移是

匀速过程的位移是

x2=v(t-t1)=5600m

可得AB轨道长度为

lAB=x1+x2=6400m

15.细管 AB 内壁光滑、厚度不计，加工成如图所示形状。长 L＝0.5m 的 BD 段竖直，其 B 端与半径 R＝0.3m 的光滑圆弧轨道平滑连接，P 点为圆弧轨道的最高点。CD 段是半径 R＝0.3m 的四分之一圆弧，AC 段在水平面上。管中有两个可视为质点的小球 a、b， 质量分别为 ma＝6kg、mb＝2kg。最初 b 球静止在管内 AC 段某一位置，a 球以速度 v0 水平向右运动，与b 球发生弹性碰撞。重力加速度g 取10m/s2。

（1）若 v0＝4m/s，求碰后 a、b 两球的速度大小：

（2）若 a 球恰好能运动到 B 点，求 v0的大小，并通过分析判断此情况下 b 球能否通过 P 点。

【答案】（1）2m/s,6m/s（2）8m/s,能。

【解析】

【详解】(1)由于 a、b 的碰撞是弹性碰撞，碰撞过程中动量守恒

mav0=mava+mbvb

同时，碰撞过程中机械能也守恒

由以上两式可解得

(2) 在 a碰撞以后的运动过程中，a小球机械能守恒。若a恰好运动到B点，即到达B点时速度为 0

解得:

v1=4m/s

由(1)问中计算可知

解得:

v0=8m/s

同理也可求出b球碰撞以后的速度

假设 b球能上到P点，上升过程中机械能守恒

解得

若恰好能运动到P点

解得：

可得 v3>vP因此，b球能够通过 P点.

16.如图所示，ABCD 与 MNPQ 均为边长为 l 的正方形区域，且 A 点为 MN 的中点。ABCD 区城中存在有界的垂直纸面方向的匀强磁场，在整个 MNPQ 区域中存在图示方向的匀强电场。大量质量为 m、电荷量为 e 的电子以初速度 v0 垂直于 BC 射入 ABCD 区域后，都从 A 点进入电场，且所有电子均能打在 PQ 边上。已知从 C 点进入磁场的电子在ABCD 区域中运动时始终位于磁场中，不计电子重力。求:

（1）电场强度 E 的最小值;

（2）匀强磁场区域中磁感应强度 B0 的大小和方向;

（3）ABCD 区域中磁场面积的最小值。

【答案】(1)   (2) ,方向为垂直纸面向外 (3)

【解析】

【详解】(1)粒子在匀强电场中做类似抛体运动，有

eE=ma

要使所有粒子均能打在PQ边上，由题意可知至少在A点水平向左飞出的粒子能打到 Q 点。

解得：

(2)由洛伦磁力提供向心力可得

由题意则有

r=l

解得；

方向为垂直纸面向外

(3)由题意分析可知，图中阴影部分为磁场面积最小范围。上部分圆弧为以 B点为圆心，以 l 为半径的圆弧，下部分圆弧为以 D 点为圆心，以 l为半径的圆弧。

由几何关系求得阴影部分面积:

解得：

17.如图所示，一个质量为 m、电阻不计、足够长的光滑 U 形金属框架 MNQP， 位于光滑水平桌面上，平行导轨 MN 和 PQ 相距 L。分界线 OO＇与平行轨道垂直，左右两侧存在着区域很大、方向分别为竖直向上和竖直向下的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B。   另有质量也为 m 的金属棒 CD，平行于 OO＇放置在其左侧导轨上，并用一根轻质细线系在定点 A。已知细线能承受的最大拉力为 T0，CD 棒接入导轨间的有效电阻为 R。现从 t＝0 时刻开始对 U 形框架施加水平向右的拉力 F，使其从静止开始做加速度为 a 的匀加速直线运动。从框架开始运动到细线断裂的整个过程，

（1）求所需的时间 t0；

（2）求流过金属棒 CD 的电荷量 q；

（3）已知拉力做功为 W，求该过程金属棒 CD 中产生的焦耳热。

【答案】(1)   (2)  (3)

【解析】

【详解】(1)细线断裂时，CD 受到的安培力 FCD=T0

即

FCD=BIL=T0

其中

金属框架做匀加速直线运动

v=at0

由以上各式可得

(2)金属框架做匀加速直线运动，经过时间t0运动的位移

在这个过程中，流过回路的电荷量

其中

 BxL

由以上各式可得

(3)从框架开始运动到细线断裂的过程中，由动能定理可得

解得：