河北省唐山市迁安第二高级中学2020-2021学年高三物理上学期期末试题含解析

河北省唐山市迁安第二高级中学2020-2021学年高三物理上学期期末试题含解析
一、选择题：本题共5小题，每小题3分，共计15分．每小题只有一个选项符合题意
1. 如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b气体分子之间相互作用势能可忽略．现通过电热丝对气体a加热一段时闻后，a、b各自达到新的平衡，则（）
A．a的体积增大了，压强变小了
B．b的温度升高了
C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D．a增加的内能大于b增加的内能
参考答案：
解：A、当a加热时，气体a的温度升高，压强增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a，b两部分的压强始终相同，都变大，故A错误．
B、由于a气体膨胀，b气体被压缩，所以外界对b气体做功，根据热力学第一定律得：b的温度升高了，故B正确．
C、由于过程中a气体膨胀，b气体被压缩，所以a气体的温度较高，所以加热后a的分子热运动比b 的分子热运动更激烈，故C正确．
D、由于a气体膨胀，b气体被压缩，最终a气体体积大于b气体体积，
所以a气体的最终温度较高，内能增加较多，故D正确．
故选BCD．
2. (单选)船在静水中的速度是8 m/s，要渡过宽为180 m、水流速度为6 m/s的河流，下列说法中正确的是
A．船过河的最短时间是30s
B．船过河的最短路程是180m
C．船在河流中航行的最大速度为10m/s D．船不能垂直到达对岸
参考答案：
B
3. 如图所示，用绝缘材料制作的小车静止在水平面上，A、B是固定在小车上的两个金属板，两板间距离为L，分别带上等量异种电荷，两板间形成场强为E的匀强电场。

另有一个带电量为+q的小球从靠近A板处由静止释放，在电场力的作用下小球与B板相碰，碰撞后不反弹。

小球的体积不计，所有接触面均光滑，下列说法中正确的是
A．最终小车与小球一起在水平面上做匀速运动
B．在此过程中电场力对小球做功为EqL
C．小球获得的最大动能小于EqL
D．小球与小车系统增加的电势能为EqL
参考答案：
C
4. 如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心。

环内两个圆
心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强
度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直。

导体杆OM可绕O
转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触。

在圆心和圆环间连
有电阻R。

杆OM以匀角速度逆时针转动，t=0时恰好在图示
位置。

规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体
杆的电阻忽略不计，则杆从t=0开始转动一周的过程中，电流
随变化的图象是
参考答案：
C
解析：依据右手定则，可知在0-内，电流方向M到O，在电阻R内则是由b到a，为负值，且大小为为一定值，内没有感应电流，内电流的方向相反，即沿正方向，内没有感应电流，因此C正确。

5. 一个电子只在电场力作用下从a点运动到b点的轨迹如图7中虚线所示，图中一组平行实线可能是电场线也可能是等势面，下列说法中正确的是()
图7
A．如果实线是电场线，则a点的电势比b点的电势高
B．如果实线是等势面，则a点的电势比b点的电势高
C．如果实线是电场线，则电子在a点的电势能比在b点的电势能大
D．如果实线是等势面，则电子在a点的电势能比在b点的电势能大参考答案：
BC
二、填空题：本题共8小题，每小题2分，共计16分
6. 如图5，斜面上有一木块处于静止状态，在木块加一个垂直于斜面的力F之后，其静摩擦力的大小变化是______。

（填增大、不变、或减小）
参考答案：
7. 通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线A受到水平向＿＿＿的安培力作用。

当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向＿＿＿＿。

参考答案：
答案：右、右
8. 某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，
他的操作步骤是：
①安装好实验装置如图所示．
②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g钩码挂在拉线的挂钩P上．
④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．
(1)（4分）在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：
①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力对小车做的功为________ J，小车动能的增量为________ J.（结果保留三位有效数字）
(2)（4分）此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且
误差很大．显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是
_________________ ______________________ ___ ___。

参考答案：
(1)（4分）0.196、 0.100
(2)（4分）①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误：先放小车后接通电源
9. 氢原子第n能级的能量为En=，其中E1为基态能量．当氢原子由第5能级跃迁到第3能级时，发出光子的频率为；若氢原子由第3能级跃迁到基态，发出光子的频率为，则
= 。

参考答案：
10. 为了探究物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图所示的器材，让小车在橡皮筋的作
用下弹出后，沿木板滑行．请思考探究思路并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50
Hz)．
(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？答：将木板的一端用木块垫起适当
的高度，使小车能下滑即可．
(2)当我们分别用相同的橡皮筋1条、2条、3条、……并起来进行第1次、第2次、第3
次、……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都应保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋
对小车做的功记为W.
(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如下图所示的
是其中四次实验打出的部分纸带．
(4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表：
从表中数据可得出结论：____________________________________________________.
参考答案：
固定打点计数器 (1分)缓慢匀速 (1分)
结论：橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比
11. 光电效应和都证明光具有粒子性，提出实物粒子也具有波动
性．
参考答案：
康普顿效应，德布罗意
解：物体在光的照射下发射出电子的现象叫光电效应，根据爱因斯坦光子说的理论可知，光电效应说
明了光具有粒子性．康普顿效应也揭示了光具有粒子性．
而德布罗意波长，λ=，可知，实物粒子具有波动性．
12. （4分）如图所示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上匀加速运
动，a与水平方向的夹角为θ，则人所受的支持力大小为，摩擦力大小为。

参考答案：
mg ＋masin θ macos θ
13. 如图所示，相距为d 的两条水平虚线L1、L2之间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度为B ，正方形铜制线圈abcd 边长为L （L ＜d ），质量为m ，将线圈在磁场上方高h 处静止释放，cd 边刚离开磁场时速度与cd 边刚进入磁场时速度相等，则线圈穿越磁场的过程中（从cd 边刚进入磁场起一直到ab 边离开磁场为止），感应电流所做的功为 ，线圈的最小速度为 ．
参考答案：
2小题，每小题11分，共计22分
14. 如图为一块直角三棱镜，顶角A 为30°．一束激光沿平行于BC 边的方向射向直角边AB ，并从AC 边射出，出射光线与AC 边夹角也为30°．则该激光在棱镜中的传播速度为多少？(结果保留两位有效数字)
参考答案：
1.7×108m/s 解：光路图如图：
由几何关系得：α=∠A=30°，β=90°-30°=60°
折射率
激光在棱镜中传播速
【点睛】几何光学要正确作出光路图，由几何知识找出入射角和折射角是关键．知道光速和折射率的关系.
15. （选修3—5）（5分）如图所示，球1和球2从光滑水平面上的A 点一起向右运动，球2运动一段时间与墙壁发生了弹性碰撞，结果两球在B 点发生碰撞，碰后两球都处于静止
状态。

B 点在AO 的中点。

（两球都可以看作质点）
求：两球的质量关系
参考答案：
解析：
设两球的速度大小分别为v 1，v
2，则有
m
1v 1=m 2v 2
v 2=3v 1
解得：m1=3m2
四、计算题：本题共3小题，共计47分
16. （1）从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。

但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。

例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。

他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。

已知电子质量为m，元电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。

a．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。

b．氢原子的能量-等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和。

已知当取无穷
远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的各点的电势。

求处于基态的氢原子的能量。

（2）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。

在轻核聚变的核反应中，两个氘核
（）以相同的动能E0=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核（）和中子（）的动能。

已知氘核的质量m D=2.0141u，中子的质量m n=1.0087u，氦核的质量
m He=3.0160u，其中1u相当于931MeV。

在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）？
参考答案：
（1）a、；b、；（2）、
（1）a．电子绕原子核做匀速圆周运动，
则有：
解得：
电子绕原子核运动的等效电流：解得：
b．由a.可知，处于基态的氢原子的电子的动能，有：
取无穷远处电势为零，距氢原子核为r处的电势，有：
处于基态的氢原子的电势能为：
所以，处于基态的氢原子的能量为：
（2）由爱因斯坦的质能方程，核聚变反应中释放的核能为：
解得：
根据核反应中系统的能量守恒，有：
根据核反应中系统的动量守恒，有：
由
可知：
解得：
答：（1）a、此等效电流值为；b、处于基态的氢原子的能量为；
（2）上述轻核聚变的核反应中生成的氦核动能为，中子的动能各为。

17. 一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量m=10kg的物体．如图，绳的P端拴在车后的挂钩上，Q端拴在物体上．设绳的总长不变，绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计．开始时，车在A点，左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的，左侧绳长H=1m．提升时，车加速向左运动，沿水平方向从A经过B驶向C．设A到B的距离H=1m，车经过B点时的速度为
v B=5m/s．求：
（1）当车运动到B点时，物体升高的高度h；
（2）车由A移到B的过程中，绳Q端的拉力对物体做的功W．某同学的解法为：W﹣
mgh=mv，代入h和v B的数据，即可求出拉力对物体做的功W．你若认为该同学的结论正确，计
算该功大小；你若认为该同学的结论错误，说明理由并求出该功的大小．
参考答案：
考点：动能定理；运动的合成和分解．
专题：动能定理的应用专题．
分析：（1）根据几何关系求解物体升高的高度h．
（2）该同学的结论是错误的．因为汽车经过B点时的速度与此时物体的速度不等，应根据速度的分解得到物体的速度，再由动能定理求解功．
解答：解：（1）当车运动到B点时，物体升高的高度为：
h=﹣H=（﹣1）m=0.41m
（2）该同学的结论是错误的．因为绳总长不变，物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等，而此刻车的速度方向不沿绳的方向，所以两者的速度大小不相等．如图，将车的速度v沿绳的方向和垂直于绳的方向分解，得：
v1=v B cosθ绳Q端拉力对物体是变力做功，可用动能定理求解．则有：
W﹣mgh=
得：W=mgh+=（10×10×0.41+10×52×cos245°）J=103.5J
答：（1）当车运动到B点时，物体升高的高度h是0.41m；
（2）该同学的结论是错误的．因为绳总长不变，物体的速度与车在同一时刻沿绳方向的速度大小相等，而此刻车的速度方向不沿绳的方向，所以两者的速度大小不相等．该功的大小为103.5J．
点评：本题考查了动能定理和速度的合成和分解综合运用，难度中等，知道汽车沿绳子方向的分速度等于物体的速度．
18. （12分）一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央。

桌布的一边与桌的AB边重合。

如图所示。

已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1，盘与桌面间的动摩擦因数为
μ2。

先突然以恒定的加速度a将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边。

若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）
参考答案：
解析：设圆盘的质量为m，桌长为l，在桌布从圆盘抽出的过程中，盘的加速度a1
则μ1mg＝ma1 ( 2分 )
桌布抽出后，盘在桌面上作匀减速运动，设此时加速度为a2，
则μ2mg＝ma2( 2分 )
设盘刚离开桌布时的速度为v1，移动距离为x1，离开桌布后在桌面上再运动距离x2后停下则( 1分 )
( 1分 )
盘没有从桌布上掉下的条件是 ( 1分 )
设桌布从盘下抽出所经历时间t，在这段时间内桌布移动的距离x，则
( 1分 )又 ( 1分 )
( 1分 )
由以上各式解得 ( 2分 )。