天津市南开区2020届高三上学期期末考试物理试题

2019〜2020学年度第一学期南开区期末考试试卷

高三年级物理学科

木试卷分为第I卷（选择题）和第II卷两部分，共100分。考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。答卷时，考生务必将答案涂写在答题卡上，答在试卷上的无效。考试结束后，将答题卡交回。

第I卷（选择题共40分）

—、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.下列说法正确的是：（    ）

A. 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，从而建立了核式结构模型

B. 贝克勒尔通过对天然放射现象硏究，发现了原子中存在原子核

C. 原子核由质子和中子组成，稳定原子核内，中子数一定小于质子数

D. 大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中必有一种与入射光频率相同

【答案】D

【解析】

【详解】A、汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，卢瑟福建立了核式结构模型，故选项A错误；

B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，粒子散射实验说明原子中存在原子核，故选项B错误；

C、原子核由质子和中子构成，但原子核内质子数与中子数不一定相等，中子数不一定小于质子数，故选项C错误；

D、氢原子处于基态，被一束单色光照射，先吸收能量，向高能级跃迁，然后又从高能级向低能级跃迁，放出能量，发出多种频率的光子，其中从激发态跃迁到基态发出的光子的频率与入射光频率相同，故选项D正确．

2.一质点t=0时刻从原点开始沿x轴正方向做直线运动，其运动的v-t图象如图所示。下列说法正确的是（     ）

A. t=4s时，质点在x=5m处 B. t =3s时，质点运动方向改变

C. 第3s内和第4s内，合力对质点做的功相同 D. 0 ~2s内和0 ~4s内，质点的平均速度相同

【答案】B

【解析】

【详解】A．根据图像的“面积”表示位移，知0-4s内质点的位移等于0-2s的位移，为

t=0时质点位于x=0处，则t=4s时，质点在x=3m处，故A错误；

B．t=3s时，质点的速度由正变为负，运动方向改变，故B正确

C．第3s内动能减小，合力对质点做负功，第4s内动能增大，合力对质点做正功，可知第3s内和第4s内，合力对质点做的功不同，故C错误；

D．根据“面积”表示位移，知0～2s内和0～4s内，质点的位移相同，但所用时间不同，所以平均速度不同，故D错误。

故选B。

3.如图所示，图甲为一简谐横波在t=0.10s时的波形图，P是平衡位置在x= 0.5m处的质点，Q是平衡位置在x =2m处的质点；图乙为质点Q的振动图象。下列说法正确的是（     ）

A. 这列波沿x轴正方向传播 B. 这列波的传播速度为2m/s

C. t=0.15s，P的加速度方向与速度方向相同 D. 从t=0.10s到t=0.15s，P通过的路程为10cm

【答案】C

【解析】

【详解】A．分析振动图像，由乙图读出，在t=0.10s时Q点的速度方向沿y轴负方向，根据波动规律结合图甲可知，该波沿x轴负方向的传播，故A错误；

B．由甲图读出波长为λ=4m，由乙图读出周期为T=0.2s，则波速为

故B错误；

C．从t=0.10s到t=0.15s，质点P振动了，根据波动规律可知，t=0.15s时，质点P位于平衡位置上方，速度方向沿y轴负方向振动，则加速度方向沿y轴负方向，两者方向相同，故C正确；

D．在t=0.10s时质点P不在平衡位置和最大位移处，所以从t=0.10s到t=0.15s，质点P通过的路程

s≠A=10cm

故D错误

故选C。

4.习近平主席在2018年新年贺词中提到，科技创新、重大工程建设捷报频传，“慧眼”卫星邀游太空．“慧眼”于2017年6月15日在酒泉卫星发射中心成功发射，在10月16日的观测中，确定了γ射线的流量上限．已知“慧眼”卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，运动周期为T，地球半径为R，引力常量为G，地球表面处的重力加速度为g，则下列说法正确的是(    )

A. 地球的平均密度大小为

B. 地球的质量大小为

C. 地球表面的重力加速度大小

D. “慧眼”卫星的向心加速度大小为

【答案】D

【解析】

【详解】设地球的质量为M，“慧眼”卫星的质量和向心加速度分别为m、a向，地球表面的重力加速度为g、地球的平均密度ρ，卫星在地表公转的周期为T0．
AD.根据万有引力提供向心力可得：

根据上述公式解得：

．

根据密度公式求解出地球的密度为：

故A错误．D正确；

BC.地球表面的物体的重力近似等于物体所受到的万有引力，即：

解得地球的质量

重力加速度：

此时分母里的周期T0应该是卫星绕地表运动的周期，不是在高空中的周期T，故BC错误；

5.如图所示，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成。已知M始终保持静止，则在此过程中（     ）

A. 水平拉力的大小可能保持不变 B. M所受细绳的拉力大小一定一直增大

C. M所受斜面的摩擦力大小一定一直增大 D. M所受斜面的摩擦力大小可能先增大后减小

【答案】B

【解析】

【详解】AB．根据M、N均保持平衡状态，进行受力分析可知，N受到竖直向下的重力及水平方向的拉力F，变化的绳子拉力T，如图所示：在向左拉动的时候，绳子拉力T和水平拉力F都不断增大，故A错误，B正确；

CD．对于M的受力，开始时可能是

当T不断增大的时候，f减少；当T>mgsinθ时，随着T的增大，f将增大，所以沿斜面的摩擦力f可能先减小后增大；也可能是

当T不断增大的时候，摩擦力f增大，故CD错误。

故选B。

二、不定项选择题（每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）

6.如图所示，一束由两种单色光混合的复色光，沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束反射光束I、II、III，若玻璃砖的上下表面足够宽，则下列说法正确的是（     ）

A. 光束I仍为复色光，光束II、III为单色光

B. 改变α角，光束I、II、III仍保持平行

C. 通过相同的双缝干涉装置，光束II产生的条纹宽度要小于光束III的

D. 在真空中，光束II的速度小于光束III的速度

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．所有色光都能反射，反射角相同，则由图可知光束I是复色光；而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的可逆性，知两光束仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；

B．一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等。所以由光路可逆可得出射光线平行。改变α角，光线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ仍保持平行，故B正确；

C．由图知：光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ，根据折射定律可知光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光Ⅱ产生的条纹间距比光Ⅲ的小，故C正确；

D．在真空中，光束II的速度与光束III的速度都为3×108m/s；故D错误。

故选ABC。

7.某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受静电力作用，由M点运动到N点，其运动轨迹如图中虚线所示，以下说法正确的是

A. 粒子必定是负电荷

B. 粒子在M点的电势能小于它在N点的电势能

C. 粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度

D. 粒子在M点的动能小于它在N点的动能

【答案】CD

【解析】

【详解】A．由电荷的运动轨迹可以知道，电荷的受力沿着电场线的方向，所以电荷为正电荷,所以A错误.

B．正电荷沿着电场的方向运动,所以电场力做正功,电荷的电势能减小,所以粒子在M点的电势能大于它在N点的电势能,所以B错误.

C．电场线密的地方电场的强度大,电场线疏的地方电场的强度小,由图可知N点的场强大于M点的场强的大小，在N点的受力大于在M的受力，所以粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度,所以C正确.

D．正电荷沿着电场的方向运动，所以电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，所以粒子在M点的动能小于它在N点的动能，所以D正确.

8.如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO’匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若线圈匝数N=100匝，外接电阻R=70Ω，线圈电阻r=10Ω，则下列说法正确的是（　　）

A. 通过线圈的最大电流为1.25A B. 线圈的角速度为50rad/s

C. 电压表的示数为V D. 穿过线圈的最大磁通量为Wb

【答案】A

【解析】

【详解】AC、根据闭合电路的欧姆定律可知，即通过线圈的最大电流为1.25A，电压表测量的是有效值，故有电压表的示数为，故选项A正确，C错误；

B、由乙图可知周期，转动的角速度为，故选项B错误；

D、根据可得穿过线圈的最大磁通量为，故选项D错误．

第Ⅱ卷

9.某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”．

（1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力．该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列___的点，说明小车在做___运动．

（2）如果该同学先如（1）中的操作，平衡了摩擦力．以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，测小车加速度a，作a－F的图象．如图丙图线正确的是___．

（3）设纸带上计数点的间距为s1和s2．下图为用米尺测量某一纸带上的s1、s2的情况，从图中可读出s1＝3.10cm，s2＝__cm，已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a＝___m/s2．

【答案】    (1). 点迹均匀    (2). 匀速直线    (3). C    (4). 5.55    (5). 2.45

【解析】

【详解】（1）［1］［2］平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，不要挂钩码，将长木板的右端垫高至合适位置，使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点，说明小车在做匀速直线运动．

（2）［3］AC.如果这位同学先如（1）中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始a-F的图象是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图象发生弯曲，故A错误，C正确；

B. a－F图象与纵轴的截距，说明平衡摩擦力有点过分，与题意不合，故C错误；

D. a－F图象与横轴的截距，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，与题意不合，故D错误.

（3）［4］从图中可读出s2＝9.60cm-4.05cm=5.55cm．

［5］由逐差法s=at2，其中t=0.1s，小车加速度的大小

a==10-2m/s2=2.45m/s2

10.某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。现有

A．电流表（0~3A，内阻约0.025Ω）

B．电流表（0~0.6A，内阻约0.125Ω）

C．电压表（0~ 3V，内阻约3kΩ）

D．电压表（0~15V，内阻约15kΩ）

E．滑动变阻器（0 ~50Ω，额定电流2A）

F．电源（3V，内阻可不计）

G．开关和导线若干

①在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；为了提高实验的精确度，实验电路应采用图中的________（填“甲”或“乙”）。

②接通开关，改变滑动变阻器画片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U．某次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值Rx=____________Ω。

③若在①问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_________；若在①问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_________；（选填选项前的字母）

A．电流表测量值小于流经Rx电流值   

B．电流表测量值大于流经Rx的电流值

C．电压表测量值小于Rx两端的电压值   

D．电压表测量值大于Rx两端的电压值

④闭合电键，将滑动变阻器的滑片P由初始端向另一端滑动过程中，滑动变阻器的功率将_________。

A．一直减小        B．一直变大   C．先变大后变小    D．先变小后变大

【答案】    (1). B    (2). C    (3). 甲    (4). 5.1〜5.2    (5). B    (6). D    (7). C

【解析】

【详解】(1)[1][2]电源电动势为3V，电压表选择C；由于阻值约为5Ω的电阻Rx的，根据欧姆定律可知，电流的最大值为0.6A，从精确角来说，电流表选择B；

[3]待测电阻阻值约为5Ω，电流表内阻约为0.125Ω，电压表内阻约为3kΩ，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，应选择图甲所示电路图；

(2)[4]电流表量程为0.6A，由图示电流表可知，其分度值为0.02A，示数为：I=0.50A；电压表量程为3V，由图示电压表可知，其分度值为0.1V，示数为：U=2.60V；电阻阻值

(3)[5]由图甲所示电路可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值大于真实值，故B正确；

[6]由图乙所示电路图可知，电流表采用内接法，由于电流表的分压作用，电压测量值大于真实值，故D正确；

(4)[7]把待测电阻与电源整体看成等效电源，等效电源内阻等于待测电阻阻值5.2Ω；滑动变阻器是外电阻，电源输出功率即外功率，在该题中即滑动变阻器功率最大；闭合开关前滑片置于右端，滑片从右端向左端移动过程，外电阻由50Ω逐渐减小到0，当外电阻等于内阻时，即滑动变阻器接入电路的阻值为5.2Ω时功率最大，由此可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器的功率先增大后减小，故C正确，故选C。

11.如图所示，水平光滑地面上停放着一辆小车，小车的左端为半径R=0.2m的四分之一光滑圆弧轨道AB，AB的最低点B与小车的上表面相切。现小车的左侧靠在竖直墙壁上，可视为质点的物块从A点正上方H=0.25m处无初速度下落，恰好落入小车圆弧轨道，并沿圆弧轨道滑下最终小车与物块一起运动。已知小车的质量为M=5kg，物块的质量为m=1kg，物块与小车水平部分间的动摩擦因数μ= 0.5，不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）物块到达圆弧轨道最低点B点时的速度vB的大小及轨道对它支持力FN的大小；

（2）物块和小车最终速度v的大小及此过程产生的热量Q；

（3）物块最终距离B点的距离x。

【答案】(1)3m/s，55N(2)0.5m/s，3.75J(3)0.75m

【解析】

【详解】(1)从物块开始下落到物块到达B点过程，由机械能守恒定律得

mg（H+R）=

代入数据解得

vB=3m/s

在B点，由牛顿第二定律得

FN-mg =m

得

FN=55N

(2)小车离开墙壁后小车与物块组成的系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得

mvB=（M+m）v

解得

v=0.5m/s

由能量守恒定律得

- =Q

得

Q=3.75J

(3)系统产生热量

Q=fx=μmgx

得

x=0.75m

12.如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值R=10Ω的电阻；导轨间距为L=lm，导轨电阻不计，长约lm，质量m=0.lkg的均匀金属杆水平放置在导轨上（金属杆电阻不计），它与导轨的滑动摩擦因数，导轨平面的倾角为°在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为B=0.5T，今让金属杆AB由静止开始下滑，从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q=lc，求：

（1）当AB下滑速度为4m/s时加速度的大小；

（2）AB下滑的最大速度；

（3）AB由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离；

（4）从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量．

【答案】(1)1；(2)8；(3)20m；(4)0.8J

【解析】

【详解】(1) 取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系

摩擦力：

安培力

联立解得：

当时，；

(2) 由上问可知，当时速度最大，即为；

(3) 从静止开始到匀速运动过程中， ，， 代入数据解得：；

(4)由能量守恒得：，代入数据得：．

13.如图，在平面直角坐标系xOy内，第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第IV象限以ON为直径的半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，自y轴正半轴上处的M点，以速度垂直于y轴射入电场。经x轴上处的P点进入磁场，最后垂直于y轴的方向射出磁场。不计粒子重力。求：

 电场强度大小E；

 粒子在磁场中运动的轨道半径r；

 粒子在磁场运动的时间t。

【答案】

【解析】

【详解】设粒子在电场中运动的时间为，根据类平抛规律有：

，

根据牛顿第二定律可得：

联立解得：

粒子进入磁场时沿y方向的速度大小：

粒子进入磁场时的速度：

方向与x轴成角，

根据洛伦兹力提供向心力可得：

解得:

粒子在磁场中运动的周期：

根据几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动的圆心角：，则粒子在磁场中运动的时间：