2021_2022学年河北省保定市高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021~2022学年河北省保定市高三（上）期末物理试卷

1.     在火星上，太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材料作为发电能源为火星车供电。中的元素是，发生衰变的核反应方程为，其中X原子核的中子数为(    )

A. 139 B. 140 C. 141 D. 142

2.     成语故事《守株待兔》中，质量为m的野兔受到惊吓后，由静止开始以大小为a的加速度沿直线匀加速奔跑距离s后一头撞晕在树桩上。若野兔与树桩作用的时间为t，不计野兔与树桩碰撞过程中路面对野兔的摩擦力，则该过程中野兔受到树桩对它的平均作用力大小为(    )

A.  B.  C.  D.

3.     拓展训练通常利用崇山峻岭、瀚海大川等自然环境，通过精心设计的活动达到“磨炼意志、陶冶情操、完善人格、熔炼团队”的培训目的。某次拓展训练中，小李视为质点做直线运动的加速度-时间图像如图所示。下列说法正确的是(    )
    

A. 第1s末，小李的加速度方向发生了改变 B. 第2s末，小李的速度方向发生了改变
C. 前2s内，小李的位移为零 D. 第3s末和第5s末，小李的速度相同

4.     如图所示，光滑半球固定在水平面上，球心O的正上方固定小定滑轮C，细绳一端拴一小球甲，小球甲置于半球面上的A点，细绳另一端绕过定滑轮拴有另一小球乙，小球乙置于半球面上的B点，平衡时AC与BC的长度之比为k。两球均视为质点，甲、乙两球的质量之比为(    )

A.  B. k C.  D.

5.     如图所示，固定在竖直面内横截面为半圆的光滑柱体半径为R，直径水平固定在距离地面足够高处，位于柱体两侧质量相等的小球A、视为质点用细线相连，两球与截面圆的圆心O处于同一水平线上细线处于绷紧状态。在微小扰动下，小球A由静止沿圆弧运动到柱体的最高点P。不计空气阻力，重力加速度大小为g，小球A通过P点时的速度大小为(    )

A.  B.  C.  D.

6.     A、C、D为等边三角形的三个顶点，三个顶点上各固定一根与纸面垂直的长直导线，各导线中通有大小相等、方向如图所示的恒定电流。O点为三角形的中心，a点为CD边的中点。若O点的磁感应强度大小为B0，A处导线受到的安培力大小为F0，则下列说法正确的是

A. C处电流产生的磁场在O点的磁感应强度大小为
B. a点磁感应强度可能小于B0
C. A、D两处导线受到安培力相同
D. C处导线受到的安培力大小为

7.     为在2022年北京冬奥会上取得好成绩，运动员正在刻苦训练。如图所示，某次训练中，运动员视为质点从倾斜雪道上端的水平平台上以的速度飞出，最后落在倾角为的倾斜雪道上。取重力加速度大小，，，不计空气阻力。下列说法正确的是。(    )

A. 运动员的落点距雪道上端的距离为
B. 运动员飞出后到雪道的最远距离为
C. 运动员飞出后距雪道最远时的速度大小为
D. 若运动员水平飞出时的速度减小，则他落到雪道上的速度方向将改变

8.     北京时间2021年8月19日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号”乙运载火箭，成功将“天绘二号”02组卫星发射升空，卫星顺利进入预定圆轨道。若在该卫星的轨道上还有其他卫星绕地球运动，则对该轨道上的所有卫星，下列物理量相同的是

A. 周期 B. 向心力的大小 C. 动能 D. 向心加速度的大小

9.     如图所示，质量为m的小明视为质点坐摩天轮。小明乘坐的车厢与摩天轮的转轴间的距离为r，摩天轮以大小为常数，g为重力加速度大小的角速度做匀速圆周运动。若小明坐在车厢水平座垫上且双脚离地，则下列说法正确的是(    )

A. 小明通过最高点时不受重力
B. 小明做匀速圆周运动的周期为
C. 小明通过最高点时处于完全失重状态
D. 小明通过最低点时对车厢座垫的压力大小为
 

10. 如图所示，竖直平面内相距的A、B两点水平均固定有电荷量为Q的正点电荷，半径为a的光滑绝缘细圆管圆管的大小不计固定在A、B两点间，其圆心O位于AB的中点，细管与AB以及AB中垂线的交点分别为C、E、D、F。一电荷量为q的带负电小球视为质点在圆管内沿顺时针方向运动，以大小为为重力加速度大小的速度通过D点时，小球恰好对细管无压力，静电力常量为k，不计空气阻力。下列说法正确的是(    )

A. 小球通过C、E两点时的合力相同
B. 小球通过F点时的速率为
C. 小球的质量为
D. 小球在C点的电势能等于其在E点的电势能

11. 某同学欲测量一苹果电池的电动势约为和内阻约为。实验室可提供的器材有：
    A.电压表量程为，内阻约为；
    B.电流表量程为，内阻为；
    C.滑动变阻器最大阻值为；
    D.开关，导线若干。
    要求尽可能减小测量误差，请将图甲中的电路补充完整。
    闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，获得多组电压表示数U、电流表示数I的数据，画出图像如图乙所示，则该苹果电池的电动势为______结果保留两位有效数字、内阻为______结果保留整数。

12. 学校物理兴趣小组验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示，电火花计时器打点的周期。

实验中，电火花计时器接的是___ 选填“6V”或“220V”的交流电源。

下列操作中，有利于减小实验误差的是___ 。

A.两限位孔在同一竖直线上

B.先释放纸带，后接通电源

C.精确测量重锤的质量

实验中得到的一条纸带如图乙所示，O为打出的第一个点，A、B、C、D、E为依次打下的点，根据纸带上的数据，知电火花计时器打D点时重锤的速度大小为___ ，重锤下落的加速度大小为___。结果均保留三位有效数字

张同学根据如图乙所示的纸带算出了电火花打点计时器打某点时重锤的瞬时速度，测出O点与该点的距离h，以h为横坐标、为纵坐标建立坐标系，作出图像，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，重力加速度大小为g，则在误差允许的范围内，图线的“斜率”为___   。

王同学根据打出的另一条纸带，发现重锤重力势能的减少量小于其动能的增加量，他认为这是空气阻力造成的。王同学的观点___ 选填“正确”或“错误”，其原因是___   。

13. 如图所示，在平台AD中间有一个光滑凹槽BC，滑板的水平上表面与平台AD等高，一物块视为质点以大小为的初速度滑上滑板，当滑板的右端到达凹槽右端C时，物块恰好到达滑板的右端，且此时物块与滑板的速度恰好相等。物块与滑板的质量分别为、，物块与滑板以及平台CD间的动摩擦因数均为，重力加速度g取。求：
    
    滑板的长度l；
    物块在平台CD上滑行的距离s。
14. 如图所示，两个边长均为l的正方形区域ABCD和EFGH内均有方向竖直向上的匀强电场，A、D、H、G四点在同一水平线上，DH上方足够高的区域内有方向竖直向下的匀强电场，三个区域内电场的电场强度大小均为；在矩形区域CDHE内有方向垂直纸面向里的匀强磁场图中未画出。一带正电的粒子以大小为v的速度从B点沿BC方向射入ABCD区域，一段时间后从CD的中点进入CDHE区域，然后从DH的中点竖直向上进入DH上方区域，最后恰好从F点离开EFGH区域。不计粒子受到的重力。求：

粒子的比荷；

CDHE区域内磁场的磁感应强度大小以及DH的长度x；

粒子从B点射入ABCD区域到从EFGH区域射出的时间t。

15. 如图所示，一长度为L、横截面积为S的平底试管管口带卡槽，图中未画出水平固定，管中有一个到管底距离为的橡皮活塞不漏气，厚度不计，活塞两侧的气体压强均为大气压强，热力学温度均为。现对试管内的气体缓慢加热，当管内气体的温度缓慢升至时，活塞开始向右移动。大气压强保持不变，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
    求活塞与管壁间的滑动摩擦力大小f；
    若活塞开始移动后，继续对管内气体缓慢加热，求管内气体的热力学温度时的压强p。
16. 如图所示，ABD为半圆柱透明体的横截面，圆心在O点、半径为R。一细束单色光在真空中从AD面上无限靠近A处以入射角斜射入半圆柱，结果恰好在B点发生全反射。已知光在真空中的传播速度为c，求：
    半圆柱对该单色光的折射率n；
    该单色光在半圆柱中传播的时间t。

17. 某密闭房间内原来的空气温度和压强均与室外环境的相同，假设室外环境的温度不变，对该室内空气缓慢降温，则一段时间后，室内空气分子的平均动能______室外空气分子的平均动能；室内空气的压强______室外环境的压强。均选填“大于”、“小于”或“等于”
18. 假日期间，张同学与李同学去白洋淀游玩，如图所示，张同学乘坐的船停在A点，李同学的船停在B点，A、B两点相距120m，若水波视为简谐横波以的波速从A点向B点传播，从第1个波谷经过A点至第31个波谷经过A点用时60s，则水波的周期为______s，水波的波长为______m。

答案和解析

1.【答案】D 

【解析】解：根据质量数守恒可知X的质量数：，电荷数：，可知X具有234个核子，其中92个质子，所以中子数：，故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据电荷数和质量数守恒写出衰变方程，判断出X的质量数与电荷数，然后结合原子核的组成判断即可。
会根据电荷数和质量数守恒写出衰变方程，判断出生成物是解答的关键。
 

2.【答案】B 

【解析】兔子撞树瞬间的速度为，
与树桩碰撞过程，设树桩对兔子的平均作用力大小为f，取兔子运动方向为正方向，根据动量定理可知，，解得，故B正确，ACD错误。
故选：B。
本题考查匀变速直线运动的规律和动量定理的直接应用。解决问题的关键先根据速度位移公式求出兔子撞树瞬间的速度，再利用动量定理求解碰撞过程兔子受到树桩对它的平均作用力大小；注意动量定理表达式是矢量式，列式前应先设定正方向。
 

3.【答案】D 

【解析】A、加速度的正负表示方向，由图知，第1s末小李的加速度方向没有发生改变，故A错误；
B、由图可知，小李一直沿正方向加速，小李一直沿正方向减速，故第2s末小李的速度方向没有发生改变，故B错误；
C、由B分析知，前2s内小李一直沿正方向运动，位移不可能为0，故C错误；
D、图像与时间轴围成的面积代表速度的变化量，第3s末到第5s末内，图像中图线与时间轴所围的面积代数和为0，所以第3s末和第5s末小李的速度相同，故D正确。
故选：D。
本题考查对图像的认识，基础题目。
根据图像纵坐标的含义即可判断；根据图像分析小李速度的变化进行解答；根据前面分析得出前2s内的运动情况即可判断；根据图像与时间轴所围面积的含义即可判断。

 

4.【答案】A 

【解析】以甲球为研究对象，分析受力情况：重力，半球面的支持力N和绳子的拉力T，则半球面的支持力N和绳子的拉力T的合力，

根据得：
得：，即有：，
同理以乙球为研究对象，得到：
所以得到：
则有：
故选：A。
以甲球为研究对象，分析受力情况，作出力图，根据平衡条件运用三角相似法得出其重力与AC边长的关系，再用同样的方法得出乙球的重力与BC的关系，再求解质量之比。
本题中力图是非直角三角形，运用几何上三角形相似法，将力的关系变成边长的关系。
 

5.【答案】C 

【解析】解：设小球A通过P点时的速度大小为v。小球A由静止沿圆弧运动到柱体的最高点P过程中，只有重力做功，A、B两球组成的系统机械能守恒，则系统重力势能的减少等于动能的增加，即有，可得，故ABD错误，C正确。
故选：C。
小球A由静止沿圆弧运动到柱体的最高点P过程中，只有重力做功，A、B两球组成的系统机械能守恒，根据系统的机械能守恒求解小球A通过P点时的速度大小。
本题是双物体机械能守恒的问题，要知道A、B两球组成的系统机械能守恒，但单个小球的机械能并不守恒。
 

6.【答案】D 

【解析】A、三条通电直导线A、C、D电流大小相等，到O点的距离也相等，则在O点的磁感应强度大小相等，设大小均为B，
根据右手螺旋定则，C在O点的磁场垂直于OC斜向右下，D在O点的磁场垂直于OD斜向左下，根据几何关系可知这两个磁场的方向夹角为，则C、D导线在O点的磁感应强度为，方向从O指向a，A在O点的磁场方向垂直于AO向右，根据磁场的矢量合成法则由，解得，故A错误；
B、根据右手螺旋定则，C、D导线在a处的磁场方向相同，又因为C、D到a的距离相比到O的距离更近，所以C、D导线在a处的磁感应强度大小要大于，A在a点的磁场垂直Aa向右，故a点的磁感应强度一定要大于，故B错误；
C、根据同向电流吸引、异向电流排斥的特点，可得A导线受到C、D的安培力如下图，

A处导线受到的安培力大小为，根据力的矢量合成法则，C对A的排斥力为，D对A的吸引力为，A受到的合力平行CD向右，
分析D导线，受到C向右的排斥力和A的吸引力，合力也为，方向与CD成角斜向右上，故A、D两处导线受到的安培力大小相等，方向不同，故C错误；
D、分析C处导线，受到A、D的排斥力，大小均为，夹角为，则合力为，故D正确。
故选：D。
本题考查磁场的叠加问题和安培力的叠加问题，根据右手螺旋定则判断磁场的方向，根据矢量合成法则分析磁场的大小，解决本题要明确三条导线电流大小相等，到O点的距离相等，则在O点的磁感应强度大小相等，另外需要掌握平行通电直导线之间的相互作用：同向电流相互吸引、异向电流相互排斥。
 

7.【答案】C 

【解析】A.根据平抛运动知识可知，
水平方向：
竖直方向：
运动员落在雪道上，则有：

解得：t

则运动员的落点距雪道上端的距离为，故A错误；

B.运动员飞出后到雪道的最远距离为，故B错误；

C.当运动员速度方向与雪道方向平行时，距离滑道最远，根据平行四边形定则知，速度：，故C正确；

D.当运动员落在雪道上时，速度方向与水平方向夹角的正切值：

即速度方向与水平方向的夹角是一定值，可知若运动员水平飞出时的速度减小，则他落到雪道上的速度方向不变，故D错误。

故选：C。

8.【答案】AD 

【解析】A.设地球的质量为M，卫星的质量为m，轨道半径为r。根据万有引力提供向心力，得，可得，由于两颗卫星在同一轨道上，即两卫星的轨道半径相等，则它们运动周期相等，故A正确；
B.卫星所需要的向心力，由于两颗卫星的质量大小关系未知，故无法比较它们的向心力大小，故B错误；
C.卫星的动能为，由于两颗卫星的质量大小关系未知，故无法比较它们的动能大小，故C错误；
D.由，可得，由于两颗卫星的轨道半径相同，它们的加速度大小相同，故D正确。
故选：AD。
卫星绕地球做匀速圆周运动，由地球对它们的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律列式分析。
本题关键要建立模型，搞清卫星向心力来源，根据万有引力提供向心力列式进行分析。
 

9.【答案】BD 

【解析】解：A、当小明通过最高点时小明依然要受到重力作用，故A错误；
B、小明做匀速圆周运动的周期，故B正确；
C、小明做圆周运动所需的向心力大小，故小明通过最高点时处于失重状态，但并非处于完全失重状态，故C错误；
D、当小明通过最低点时，由牛顿第二定律有，解得，根据牛顿第三定律可知，此时小明对车厢座垫的压力大小为，故D正确。
故选：BD。
小明在任何位置都受到重力作用，根据计算周期，根据所需向心力与重力关系判断超重、失重，根据牛顿第二定律、牛顿第三定律分析小明对车厢座垫的压力大小。
本题考查圆周运动，根据牛顿第二定律分析向心力大小，根据所需向心力与重力关系判断超重、失重是解题关键。
 

10.【答案】BCD 

【解析】两点高度相同，重力势能相同，并且C、E两点关于O点对称，故小球电势能相同，由能量守恒可知，小球在C、E两点速度相同，故需要的向心力大小相同，故小球通过C、E两点时的合力大小相同，但方向不同，故A错误，D正确；
B.D和F两点关于O点对称，故小球电势能相同，小球从D到F过程中只有重力做功，故

解得
故B正确；
C.由几何关系可知


由平行四边形定则，可知小球在D点时的电场力为带负电小球
，方向向下
在D点，合力提供向心力

联立解得：
故C正确。
故选：BCD。
CE两点高度相同，重力势能相同，并且C、E两点关于O点对称，结合圆周运动规律可分析合力情况；小球从D到F过程中只有重力做功，可解得F点速度；根据点电荷电场力公式结合牛顿第二定律可解得质量。
本题考查电势能与电场力做功，解题关键掌握小球运动状态的分析，结合对应的运动学规律与牛顿第二定律可解答。
 

11.【答案】实验电路图见解析；；618。 

【解析】解：应用伏安法测电池电动势与内阻，电流表测干路电流，电压表测路端电压，由于水果电池内阻很大，为减小实验误差，相对于电源电流表应采用内接法，实验电路图如图所示：

根据闭合电路的欧姆定律得：，
由图乙所示图像可知，电池电动势，电池内阻
故答案为：实验电路图见解析；；618。
根据实验原理作出实验电路图。
根据闭合电路的欧姆定律求出图像的函数表达式，然后根据图示图像求出电池电动势与内阻。
理解实验原理是解题的前提与关键，应用闭合电路的欧姆定律求出图像的函数表达式，根据图示图像即可求出电动势与内阻。
 

12.【答案】；；；；；错误；空气阻力会造成，而不是其他说法只要合理均可 

【解析】实验中电火花计时器接的是220V的交流电源；
、为了减小纸带与限位孔之间的摩擦图甲中两限位孔必须在同一竖直线，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，故A正确;
B、实验时，先接通打点计时器电源再放手松开纸带，故B错误；
C、因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去，不需要测量重锤的质量，对减小实验误差没有影响，故C错误。
物体做匀变速直线运动，在一段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度，则
根据可得：
根据，可得：，
由图线的斜率为：
由于阻力的存在，重锤减小的重力势能总是略大于重锤增加的动能，即空气阻力会造成，而不是，故该同学的观点是错误的。
故答案为：；；；；；错误；空气阻力会造成，而不是其他说法只要合理均可
根据实验原理，结合实验中的注意事项后分析解答；
电火花打点计时器接的是220V的交流电源；
根据实验的原理以及注意事项确定正确的操作步骤；
物体做匀变速直线运动，在一段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度，根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小；
根据机械能守恒得出的关系式，结合图线的斜率求出重力加速度；
由于阻力的存在，重锤减小的重力势能总是略大于重锤增加的动能。
 

13.【答案】解：设滑板的右端到达凹槽右端C时，物块与滑板的共同速度大小为v，
取向右为正方向，根据动量守恒定律有：，
解得：
根据能量守恒定律有：，
联立解得：；
对物块在平台CD上滑行的过程，根据动能定理有：，
解得：。
答：滑板的长度为；
物块在平台CD上滑行的距离为。 

【解析】根据动量守恒定律、能量守恒定律列方程求解滑板的长度l；
对物块在平台CD上滑行的过程，根据动能定理求解物块在平台CD上滑行的距离s。
本题主要是考查了动量守恒定律和动能定理；对于动量守恒定律，其守恒条件是：系统不受外力作用或某一方向不受外力作用或合外力为零；解答时要首先确定一个正方向，利用碰撞前系统的动量和碰撞后系统的动量相等列方程求解。
 

14.【答案】解：粒子运动轨迹如图所示，设粒子在ABCD区域内做类平抛运动的加速度大小为a，运动时间为，
水平方向：
解得：
竖直方向：

解得：

设粒子射出ABCD区域时的竖直分速度大小，

解得：
设粒子射出ABCD区域时的速度方向与水平方向的夹角为，有

解得：
粒子射出ABCD区域电场时的速度大小：
解得：
设粒子在CDHE区域内做匀速圆周运动的半径为R，
由几何关系有
又
解得：
经分析可知 
解得：
粒子在CDHE区域内做匀速圆周运动的周期：
粒子在CDHE区域内做匀速圆周运动的时间：，解得：
设粒子在DH上方区域内竖直向上做匀减速直线运动的时间为，有，解得：
根据对称性有粒子运动的总时间，解得：。 

【解析】粒子在ABCD中做类平抛运动，应用类平抛运动轨迹可以求出粒子的比荷；
粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可以求出磁感应强度大小；由几何关系可求DH的长度x；
分别求出粒子在电场、磁场中的运动时间，然后求出粒子总的运动时间。
本题考查了粒子在电场与磁场中的运动，粒子运动过程复杂，分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是解题的前提，作出粒子运动轨迹后，应用类平抛运动规律与牛顿第二定律可以解题，解题时注意几何关系的应用。
 

15.【答案】解：设活塞开始移动时管内气体的压强为，
活塞移动前，管内气体等容升温，有：，
根据物体的平衡条件有，解得：；
假设活塞能移至管口，且活塞移至管口时管内气体的热力学温度为T，在活塞向右移动的过程中，管内气体等压膨胀，
有：，
解得：，，假设成立，
此后管内气体等容升温，有，
解得：。
答：求活塞与管壁间的滑动摩擦力大小为；
管内气体的热力学温度时的压强为。 

【解析】管内气体等容升温，根据查理定律列方程求解压强，根据物体的平衡条件求解摩擦力；
假设活塞能移至管口，根据一定质量的理想气体状态方程进行分析解答。
本题要能用静力学观点分析压强的关系，要注意研究过程中哪些量不变，哪些量变化，选择合适的气体实验定律解决问题。
 

16.【答案】 解：该单色光在圆柱体中传播的光路图如图所示，

有，折射角，其中，
根据光的折射定律有，
解得：，
由几何关系可知，该单色光恰好从AD面上无限靠近D处射出半圆柱，
在半圆柱中传播的路程，
设该单色光在半圆柱中的传播速度大小为v，
有，其中，
联立解得
答：半圆柱对该单色光的折射率为；
该单色光在半圆柱中传播的时间为。

【解析】结合几何关系与折射定律可解得；
根据可解得光在介质中的传播时间。
本题考查光的折射定律，解题关键掌握折射定律的应用，注意根据题意作出光路图，结合几何关系解答。
 

17.【答案】小于；小于 

【解析】解：温度是分子平均动能的标志，室内气体温度降低，室内气体分子平均动能减小，故室内空气分子的平均动能小于室外空气分子的平均动能；
房间密闭，则体积不变，室内气体发生等容变化，气体温度降低，由查理定律可知，室内气体压强减小，室内空气的压强小于室外环境的压强。
故答案为：小于；小于
温度是分子平均动能的标志，温度降低分子平均动能减小；气体体积不变，应用查理定律分析答题。
本题考查了查理定律的应用，根据题意分析清楚气体状态变化过程，掌握基础知识、应用查理定律即可解题。
 

18.【答案】2；  6 

【解析】解：由题意可知，波的周期
，
由波长公式得
。
故答案为：2；6
机械波的波形是匀速平移的，一个周期内平移一个波长的距离，根据A点两次波谷的时间差可求周期，再根据波长公式求波长。
本题解题关键是根据A点第1个波谷经过A点至第31个波谷经过A点用时求出周期，理解机械波传播的特点。