湖北省应城市第一高级中学2023年物理高三第一学期期末学业水平测试试题含解析

湖北省应城市第一高级中学2023年物理高三第一学期期末学业
水平测试试题
考生请注意：
1．答题前请将考场、试室号、座位号、考生号、姓名写在试卷密封线内，不得在试卷上作任何标记。

2．第一部分选择题每小题选出答案后，需将答案写在试卷指定的括号内，第二部分非选择题答案写在试卷题目指定的位置上。

3．考生必须保证答题卡的整洁。

考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。

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、某电梯的最大速度为2m/s ，最大加速度为0.5m/s 2。

该电梯由一楼从静止开始，到达24m 处的某楼层并静止.所用的最短时间是（ ） A ．12s B ．16s C ．18s
D ．24s
2、自然界的电、磁现象和热现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。

下列说法正确的是（ ）
A ．安培发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系
B ．欧姆发现了欧姆定律，揭示了热现象和电现象之间的联系
C ．法拉第发现了电流与其产生磁场的方向关系，并提出了电流产生磁场的“分子电流假说”
D ．库仑设计了电荷扭秤实验，并总结出了电荷间相互作用规律的“库仑定律” 3、2018年1月12日，我国成功发射北斗三号组网卫星．如图为发射卫星的示意图，先将卫星发射到半径为r 的圆轨道上做圆周运动，到A 点时使卫星加速进入椭圆轨道，到椭圆轨道的远地点B 点时，再次改变卫星的速度，使卫星进入半径为2r 的圆轨道．已知卫星在椭圆轨道时距地球的距离与速度的乘积为定值，卫星在椭圆轨道上A 点时的速度为v ，卫星的质量为m ，地球的质量为M ，引力常量为G ，则发动机在A 点对卫星做的功与在B 点对卫星做的功之差为(忽略卫星的质量变化)（ ）
A ．
23344GMm
mv r - B ．25384GMm mv r
-
C ．
23344GMm mv r + D ．25384GMm mv r
+
4、一质子束入射到静止靶核2713Al 上，产生如下核反应：27
13
p Al X n +
→+，p 、n 分别
为质子和中子，则产生的新核含有质子和中子的数目分别为（ ） A ．28和15
B ．27和14
C ．15和13
D ．14和13
5、如图所示，竖直平面内的光滑水平轨道的左边与墙壁对接，右边与一个足够高的四分之一光滑圆弧轨道平滑相连，木块A 、B 静置于光滑水平轨道上，A 、B 的质量分别为1.5kg 和0.5kg 。

现让A 以6m/s 的速度水平向左运动，之后与墙壁碰撞，碰撞的时间为0.2s ，碰后的速度大小变为4m/s ，当A 与B 碰撞后立即粘在一起运动，g 取10m/s 2，则（ ）
A ．A 与墙壁碰撞过程中，墙壁对A 的平均作用力的大小15N F =
B ．A 和B 碰撞过程中，A 对B 的作用力大于B 对A 的作用力
C ．A 、B 碰撞后的速度2m/s v =
D ．A 、B 滑上圆弧的最大高度0.45m h =
6、如图所示，一光滑的轻杆倾斜地固定在水平面上，倾角大小为30°，质量分别为，m
甲
、m 乙的小球甲、乙穿在光滑杆上，且用一质量可忽略不计的细线连接后跨过固定在
天花板上的光滑定滑轮，当整个系统平衡时，连接乙球的细线与水平方向的夹角大小为60°，连接甲球的细线呈竖直状态。

则m 甲：m 乙为（ ）
A ．13
B ．1：2
C 3 1
D 3 2
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、如图甲所示，A 、B 两物块静止在光滑水平面上，两物块接触但不粘连，A 、B 的质
量分别为A m m =，3B m m =。

t =0时刻对物块A 施加一水平向右推力F 1，同时对物块B 施加一水平向右拉力F 2，使A 、B 从静止开始运动，力F 1、F 2随时间变化的规律如图乙所示。

下列说法正确的是（ ）
A ．
02t 时刻A 对B 的推力大小为034
F B ．0～02t 时刻内外合力对物块A 做的功为22
00
128F t m
C ．从开始运动到A 、B 分离，物体B 运动的位移大小为22
00
964F t m
D ．0t 时刻A 的速度比B 的速度小
00
24F t m
8、如图所示，在边长为L 的正方形区域ABCD 内存在磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向外的匀强磁场。

质量为m ，电荷量为q 的带电粒子（不计重力），分别以相同的速率v 从A 点沿不同方向垂直磁场方向射入磁场，当沿AC 方向射入时，垂直于BC 边射出磁场。

则粒子（ ）
A ．带负电
B ．运动速率2qBL
v =
C ．在磁场中运动的最长时间3m m
T qB
π=
D ．在磁场中运动的最长时间m m
T qB
π=
9、如图所示，在垂直于纸面向外的匀强磁场中，水平放置两个同心金属环，半径分别
是r和3r，磁感应强度为B，在两环间连接有一个电容为C的电容器，a、b是电容器的两个极板。

长为2r的金属棒AB沿半径方向放置在两环间且与两环接触良好，并绕圆心以角速度ω做顺时针方向（从垂直环面向里看）的匀速圆周运动。

则下列说法正确的是（）
A．金属棒AB中有从B到A的持续电流
B．电容器b极板带负电
C．电容器两端电压为2
4Br
ω
D．电容器所带电荷量为2
1.5C Br
ω
10、如图，光滑平行金属导轨间距为L，与水平面夹角为θ，两导轨上端用阻值为R的电阻相连，该装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面。

质量为m的金属杆ab以沿导轨平面向上的初速度v0从导轨底端开始运动，然后又返回到出发位置。

在运动过程中，ab与导轨垂直且接触良好，不计ab和导轨的电阻及空气阻力。

则（）
A．初始时刻金属杆的加速度为
22
0 B L V mR
B．金属杆上滑时间小于下滑时间
C．在金属杆上滑和下滑过程中电阻R上产生的热量相同
D．在金属杆上滑和下滑过程中通过电阻R上的电荷量相同
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）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250m的溶液。

然后用滴管吸取这种溶液，
向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。

坐标格的正方形大小为2cm×2cm，由图可以估算出油膜的面积是_________cm2（结果保留两位有效数字），由此估算出油酸分子的直径是_________m（结果保留一位有效数字）。

12．（12分）实验：用如图所示的装置探究加速度a与力F的关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上．
（1）实验时，一定要进行的操作是___________（填选项前的字母）．
A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，根据纸带的数据求出加速度a，同时记录弹簧测力计的示数F．
B．改变小车的质量，打出几条纸带
C．用天平测出沙和沙桶的总质量
D．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
（1）在实验中，有同学得到一条打点的纸带，取打点清晰部分做如下标记，如图所示，已知相邻计数点间还有4个点没有画出来，打点计时器的电源频率为50Hz，则小车加速度的大小为a=_______m/s1．（结果保留3位有效数字）
（3）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图像，可能是下图中的__________图线．
（4）下图是实验室测定水平面和小物块之间动摩擦因数的实验装置，曲面AB与水平面相切于B点且固定．带有遮光条的小物块自曲面上面某一点释放后沿水平面滑行最终停在C点，P为光电计时器的光电门．已知当地重力加速度为g．
①利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度___________cm．
②实验中除了遮光条的宽度，还需要测量的物理量有__________．
A．小物块质量m
B．遮光条通过光电门的时间t
C．遮光条到C点的距离s
D．小物块释放点的高度
③为了减小实验误差，同学们选择图象法来找出动摩擦因数，那么他们应该选择_____关系图象来求解（利用测量的物理量表示）．
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，电阻不计、间距为L的平行金属导轨固定于水平面上，其左端接有阻值为R的电阻，整个装置放在磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中。

质量为m、电阻为r的金属棒ab垂直放置予导轨上，以水平初速度v0向右运动，金属棒的位移为x时停下。

其在运动过程中始终与导轨垂直且与导轨保持良好接触。

金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。

求：金属棒在运动过程中
(1)通过金属棒ab的电流最大值和方向；
(2)加速度的最大值a m；
(3)电阻R上产生的焦耳热Q R。

14．（16分）一根套有光滑轻质小环、不可伸长的轻线，线的一端系在固定点O1，另
M m的物体甲，在线的自由端一端跨过固定的小滑轮O2。

在轻质小环上挂质量为=3
系有质量为m的物体乙，物体乙的下面有一根细线固定，使物体甲、乙保持静止状态，且夹角α＝120 然后剪断细线由静止释放物体甲、乙，物体甲竖直下降，当夹角α变为某一角度α0时有最大速度。

重力加速度取g，忽略滑轮、小环的质量，不计摩擦。

求：
(1)剪断前细线所受的拉力；
(2)物体甲有最大速度时，物体乙的加速度；
(3)物体甲从静止下降到最低位置，甲、乙两物发生位移之比。

15．（12分）如图所示，在离地面高h=5m 处固定一水平传送带，传送带以v0=2m/s 顺时针转动。

长为L的薄木板甲和小物块乙（乙可视为质点），质量均为m=2kg，甲的上表面光滑，下表面与传送带之间的动摩擦因数μ1=0.1.乙与传送带之间的动摩擦因数
μ2=0.2.某一时刻，甲的右端与传送带右端N 的距离d=3m，甲以初速度v0=2m/s 向左运动的同时，乙以v1=6m/s 冲上甲的左端，乙在甲上运动时受到水平向左拉力F=4N，
g 取10m/s2.试问：
(1)当甲速度为零时，其左端刚好与传送带左端M相齐，乙也恰与甲分离，求MN的长度L MN；
(2)当乙与甲分离时立即撤去F，乙将从N 点水平离开传送带，求乙落地时距甲右端的水平距离。

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、B 【解析】
电梯加速运动的时间为
12s 4s 0.5
v t a =
== 加速运动的位移
211
4m 2
x at ==
根据对称性，减速运动的时间也为4s ，位移也为4m ，匀速运动时间为
224m 4m 4m
8s 2m /s
t --=
=
故电梯运动的最短时间为 t =4s+4s+8s=16s B 正确，ACD 错误。

故选B 。

2、D 【解析】
A ．奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系。

不是安培，所以A 错误；
B ．欧姆发现了欧姆定律，说明了电路中的电流与电压及电阻的关系。

所以B 错误；
C ．安培发现了电流与其产生磁场的方向关系，并提出了电流产生磁场的“分子电流假说”。

不是法拉第，所以C 错误；
D ．库仑设计了电荷扭秤实验，并总结出了电荷间相互作用规律的“库仑定律”，符合物理学史。

所以D 正确。

故选D 。

3、B 【解析】
由212v Mm
G m r r
=可知，卫星在轨道半径为r 的圆轨道上运动的线速度大小
1v =
，在半径为2r 的圆轨道上做圆周运动的线速度大小为2v =，设卫
星在椭圆轨道上B 点的速度为B v ，由2B vr v r =⋅，可知在A 点时发动机对卫星做功
21211122W mv mv =
-，在B 点时发动机对卫星做的功为22
2211()222
v W mv m =-，因此2125384GMm
W W mv r
-=-，B 正确，ACD 错误．
故选：B ． 4、D 【解析】
质子的电荷数为1，质量数为1；中子的电荷数为0，质量数为1；根据电荷数、质量数守恒，X 的质子数(电荷数)为1+13−0=14，质量数为1+27−1=27，中子数：27−14=13。

A. 28和15。

与上述结论不符，故A 错误； B. 27和14。

与上述结论不符，故B 错误； C. 15和13。

与上述结论不符，故C 错误； D. 14和13。

与上述结论相符，故D 正确。

5、D 【解析】
A ．规定向右为正方向，则
06m/s v =-，14m/s v =
对A 在与墙碰撞的过程，由动量定理得
1110F t m v m v ∆=-
75N F =
所以A 错误；
B ．A 和B 碰撞过程中，A 对B 的作用力和B 对A 的作用力是一对相互作用力，应该大小相等，方向相反，所以B 错误；
C ．由题意可知，A 和B 发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律得
11122()m v m m v =+ 23m/s v =
所以C 错误；
D ．A 和B 碰后一起沿圆轨道向上运动，在运动过程中，只有重力做功，由机械能守恒定律得
2121221
()()2
m m gh m m v +=
+ 0.45m h =
所以D 正确。

故选D 。

6、A 【解析】
分别对甲、乙受力分析如图所示，以甲球为研究对象，则甲球受到重力和绳的拉力的作用，直杆对甲球没有力的作用，否则甲球水平方向受力不能平衡，所以 T =m 甲g
以乙球为研究对象，根据共点力平衡条件，结合图可知，绳的拉力T 与乙球受到的支持力N 与竖直方向之间的夹角都是30°，所以T 与N 大小相等，得
2cos303m g T T =⨯︒=乙
综上可得
:1:3m m =甲乙
故A 项正确，BCD 三项错误。

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】
C ．设t 时刻AB 分离，分离之前AB 物体共同运动，加速度为a ，以整体为研究对象，则有：
0124A B F F F a m m m
+==+ 分离时：
0203344
B F F m a m F m ==⨯
= 根据乙图知此时034
t t =，则从开始运动到A 、B 分离，物体B 运动的位移大小： 222000039411224128F x at t F t m ==⨯⨯=（） 故C 错误；
A ．02
t 时刻还未分离，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律，则有： 0124A B F F F a m m m +=
=+ 对B ，根据牛顿第二定律：
F 2+F AB =m B a
则
001324AB F F ma F =-
= 故A 错误；
B ．0～02
t 时间，根据乙图知： F 1+F 2=F 0
则始终有，对整体根据牛顿第二定律：
0124A B F F F a m m m +=
=+ 则02
t 时刻 00028A t F t v a m
== 对A 根据动能定理：
2002212812A F t W mv m
==合 故B 正确；
D ．034t t =
时，AB 达到共同速度 00316AB F t v at m
== 此后AB 分离，对A ，根据动量定理：
I=m A △v 根据乙图34
t 0～t 0，F-t 图象的面积等于F 1这段时间对A 的冲量，则 0000443122
t F F t I =⨯⨯= 则 00132F t v m
=⨯ 对B ，根据动量定理：
I ′=m B △v ′
根据乙图34
t 0～t 0，F-t 图象的面积等于F 2这段时间对B 的冲量，则 00000374432
12t F F t I F '=⨯⨯+=（） 则 0071323F t v m '=
⨯ 则34
t 0～t 0时间内B 比A 速度多增大 0024F t v v v m "='-=
故D 正确。

故选：BD 。

8、BC
【解析】
A ．由左手定则可知粒子带正电，选项A 错误；
B ．根据粒子的运动轨迹可知
2R L
由
2
v qvB m R
= 可得
2BqL v = 选项B 正确；
CD ．从C 点射出的粒子在磁场中运动的时间最长，圆弧所对的圆心角为60°，则最长时间为
m 6023603m m T qB qB
ππ=⋅= 选项C 正确，D 错误。

故选BC 。

9、BC
【解析】
A ．根据右手定则可知，金属棒A
B 切割磁感线产生感应电动势，但由于电路没有闭合，所以没有感应电流，故A 错误； B ．根据右手定则可判断B 端为电源的正极，a 端为电源的负极，所以电容器b 极板带负电，故B 正确；
C ．根据法拉第电磁感应定律知切割产生的感应电动势
23242
r r E BLv B r B r +==⋅⋅=（）ωω 故C 正确；
D ．电容器所带电荷量
22Q CU CB r ==ω
故D 错误。

故选BC 。

10、BD
【解析】
A ．ab 开始运动时，ab 棒所受的安培力
220A B L v F BIL R
＝＝ 根据牛顿第二定律得，ab 棒的加速度
220sin sin A B L v mg F a g m mR
θθ+=+＝ 选项A 错误；
B ．物体下滑时加速度满足
'
'
sin A mg F a a m θ-=< 根据212
s at =可知金属杆上滑时间小于下滑时间，选项B 正确； C ．克服安培力做功等于回路产生的热量，上滑过程中安培力较大，则克服安培力做功较大，产生的热量较大，选项C 错误；
D ．根据
BLs q R R
∆Φ== 可知，在金属杆上滑和下滑过程中通过电阻R 上的电荷量相同，选项D 正确。

故选BD 。

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、2.4×
102 8×10-10 【解析】
[1]．2滴溶液中含有纯油酸的体积
-50.252=mL=210mL 2.50100
V ⨯⨯ 观察油膜，大于或等于半格的算一格，小于半格的舍弃，数出小方格个数为60，乘以
小方格面积2cm×
2cm=4cm 2，可估算出油膜面积为 S =60×4cm 2=2.4×102cm 2
[2]．把油膜视为单分子油膜，油膜厚度为分子直径，由V=dS 得出油酸分子的直径 d =8×10-10m
12、A 1.93 C 1.015 BC B
【解析】
（1）A 、打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，A 正确；
B 、改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F 变化关系，不需要改变小车的质量，B 错误；
C 、本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂）的质量远小于车的总质量，故C
D 错误．
故选A ；
（1）由于相邻计数点间还有4个点没有画出来，计数点间的时间间隔：
T=5×0.01=0.1s ， 由匀变速直线运动的推论：△x=aT 1可得，加速度
()()
222215.1012.7010.819.107.10 5.0010a / 1.93/30.1m s m s -++---⨯==⨯ （3）实验时，若遗漏了平衡摩擦力这一步骤，则需要先用一定的力克服掉摩擦力后才能产生加速度，即a F g m
μ=-，a —F 图象中横轴会有截距，故选C ； （4）①遮光条的宽度d 1cm 30.05mm 1.015cm =+⨯= ②实验的原理：根据遮光条的宽度与滑块通过光电门的时间即可求得滑块的速度：B d v t
= B 到C 的过程中，摩擦力做功，根据动能定理得：21μmgs 02
B mv -=-，解得：2μ2B v g =，即2
μ2s
d t g ⎛⎫ ⎪⎝⎭
=，还需测量的物理量是遮光条通过光电门的时间t 和遮光条到C 点的距离s ，故选BC ． ③要通过图象来求动摩擦因数，那么图象最好为倾斜的直线，便于计算，依据2
μ2s d t g ⎛⎫ ⎪⎝⎭
=
可得：221μs 2d g t =⨯,即2221g s d t μ=，在21s t -图象中，22g d
μ为直线的斜率，即可求得动摩擦因数，所以应画21s t
-图象，故选B ．
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)0BLv I R r
=+，电流方向为a b →；(2)220()m B L v a g m R r μ=++；(3)2012R R Q mv mgx R r μ⎛⎫=- ⎪+⎝⎭
【解析】
(1)电动势的最大值为
0m E BLv =
由闭合电路欧姆定律得
0BLv I R r
=+ 通过导体棒ab 的电流方向为a b →
(2)由牛顿第二定律
m F f ma +=
安培力F 大小为F BIL =，其中
0BLv I R r
=+ 摩擦力f 大小为
f m
g μ=
代入得
220()
m B L v a g m R r μ=++ (3)功能关系得
2012
mv mgx Q μ=+ 电阻R 上产生的热量R Q 为
R R Q Q R r
=+ 代入得
2012R R Q mv mgx R r μ⎛⎫=- ⎪+⎝⎭
14、
(1)1)mg ；
(2)0
(1)2cos 2g α-；
【解析】
(1)当120α=︒时，设与环接触的轻线受力为1F ，对环研究有 12cos60F Mg ︒=
解得
1F =
设乙下面的细线受力为2F ，对乙研究 12F mg F =+
解得
21)F mg =-
(2)当夹角为0α，设轻线受力为F '，对环研究有
01cos 22
F α'-= 设乙物体所受合力为F 合，对乙研究有 F mg ma '-=乙
解得
1)22a g cos =乙
(3)物体甲在最低位置处时
0v =甲，0v =乙
由系统机械能守恒得出
mgh =乙甲
解得
h h =甲乙
15、（1）10m ；（2）3m 。

【解析】
（1）选水平向右为正方向，设甲的加速度为1a ，对甲，由牛顿第二定律 112mg ma μ⋅=
212m/s a =
设甲速度由0v 减到0过程通过的位移为1x ，经历的时间为1t
由201102v a x -=得
11m x =-
由0110v a t =+得
11s t =
设乙从开始到与甲分离的加速度为2a ，末速度为2v ，通过的位移为2x ，由牛顿第二定律
2F ma -=
得
222m/s a =-
又2121v v a t =+得
24v =m/s
221121152
x v t a t =+=m 由几何关系知
12210L x x d =++=m
（2）当乙滑下甲后，由于20v v >，所以乙开始做匀减速直线运动，设乙的加速度为3a ，当速度减为0v 时经历的时间为t 3，通过的位移为3x 。

由牛顿第二定律得
23mg ma μ-=
32a =-2m/s
由2202332v v a x -=
33x =m
0233v v a t -=
31t =s
乙达到与传送带共速后将匀速运动到其右端，设此过程经历时间为3
t '， 13300.5x d x t v +-'==s
乙物块将从传送带右端以0v 做平抛运动，设此过程经历时间为4t ，水平位移为4x ，由 404x v t =
2412
h gt =
得 41t =s
42x =m
当甲与乙分离后，甲开始向右由静止做匀加速直线运动，设此过程甲的加速度为1
a '，经历的时间为5t ，通过的位移为5x ，由牛顿第二定律得
1
1mg ma μ'= 1
1a '=m/s 2 2501
22v x a =='m 51
02v t s a ==' 甲做匀速直线运动的位移为
()6033
452(10.512)x v t t t t '=++-=⨯++-m=1m 乙落地时距甲右端的水平距离 15643s d x x x x ∆=+--+=m。