2020届河北省石家庄市高三下学期质量检测(二模)物理试题解析

2020届河北省石家庄市高三下学期质量检测（二模）
物理部分
二、选择题：本大题共8小题，每小题6分。

在每小题给出的四个选项中，第14-18题只有一项符合题目要求。

第19-21题有多项符合题目要求。

全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

1.如图所示，一轻绳跨过光滑的定滑轮，一端与质量为10kg 的吊篮相连，向另一端被站在吊篮里质量为50kg 的人握住，整个系统悬于空中并处于静止状态。

重力加速度g =10m/s 2，则该人对吊篮的压力大小为（ ）
A. 150N
B. 200N
C. 300N
D. 350N
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
设轻绳的拉力为F ，对整体进行受力分析，根据平衡条件有
()2F m M g =+
将m =10kg ，M =50kg 代入解得F =300N 再对人进行受力分析，根据平衡条件有
N F F Mg +=
解得N 200N F =
因力的作用是相互的，可知该人对吊篮的压力大小为200N ，故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

2.一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为2341
1120H+H He+n →。

已
知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E 1、E 2、E 3，光在真空中的传播速度为c 。

在上述聚变反应方程中质
量亏损为（ ） A.
()1232
E E E c +-
B.
()3122E E E c -+
C. 123
2
E E E c
++ D.
123
2
E E E c
--- 【答案】B 【解析】 【
分析】 【详解】
反应过程释放的核能为 ()312E E E E ∆=-+
根据爱因斯坦质能方程有 2E mc ∆=∆
解得质量亏损为()
3122
E E E m c
-+∆=，故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

3.如图所示，两个闭合正方形线圈a 、b 用粗细相同的同种导线绕制而成，匝数相同，线圈a 的边长为线圈b 边长的3倍，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，下列说法正确的是（ ）
A. a 、b 线圈中均产生顺时针方向的感应电流
B. a 、b 线圈中感应电动势之比为3：1
C. a 、b 线圈中感应电流之比为3：4
D. a 、b 线圈中电功率之比为27：1 【答案】D 【解析】
【分析】 【详解】
A ．根据楞次定律可知，原磁场向里增大，则感应电流的
磁场与原磁场方向相反，因此感应电流为逆时针，故A 错误；
B ．根据法拉第电磁感应定律可知
2
B B E n
n S n l t t t
∆Φ∆∆===∆∆∆ 由题知，两线圈匝数n 相同，
B
t
∆∆也相同，故:9:1a b E E =，故B 错误； C ．由题知，两线圈的横截面积S 0相同，电阻率ρ也相同，根据电阻定律有
L R S ρ
= 导线长度为
4L n l =⨯
故电阻之比为:3:1a b R R = 根据欧姆定律有
E I R
=
故电流之比为:3:1a b I I =，故C 错误； D ．根据电功率
2
E P R
= 因电动势之比为9：1；电阻之比为3：1；则电功率之比为27：1，故D 正确。

故选D 。

4.如图所示，边长为L 的等边三角形ABC 内、外分布着两方向相反的匀强磁场，三角形内磁场方向垂直纸面向外，两磁场的磁感应强度大小均为B 。

顶点A 处有一粒子源，粒子源能沿∠BAC 的角平分线发射不同速率的粒子，粒子质量均为m 、电荷量均为+q ，不计粒子重力及粒子间的相互作用力，则发射速度v 0为哪一值时粒子能通过B 点（ ）
A.
2qBL
m
B.
32qBL
m
C.
23qBL
m
D.
7qBL
m
【答案】D 【解析】
【详解】粒子带正电，且经过B 点，其可能的轨迹如图所示
所有圆弧所对圆心角均为60°，所以粒子运行半径
r =
L
n
（n =1，2，3，…） 粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
qvB =m 2
v r
解得
Bqr BqL
v m mn
=
=（n =1，2，3，…） 由此可知，7qBL
v m
=的粒子能通过B 点，故ABC 不符合题意，D 符合题意。

故选D 。

5.2019年10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2019年诺贝尔物理学奖的一半授予瑞士天文学家米歇尔·麦耶与迪迪埃·奎洛兹，以表彰他们发现了围绕主序星的首颗太阳系外行星。

假设该行星的半径为R ，其赤道处的重力加速度为极地处重力加速度的k 倍（k <1）。

若认为该行星为球体且质量分布均匀，则该行星的同步卫星距离其表面的高度为（ ）
A. 3111R k ⎫⎪⎪-⎭
B. 31122R k ⎫⎪⎪-⎭
C. 3211R k ⎫⎪⎪-⎭
D. 3121R k ⎫
⎪⎪-⎭
【答案】A
【解析】
【详解】设行星的质量为M ，自转角速度为ω，其极地处的重力加速度为g ，对质量为m 的物体处于极地时，万有引力等于重力，则有
2Mm
G
mg R
= 处于赤道时，则有
22Mm
G
m k g m R R
ω=+ 设同步卫星的质量为m 1，距离地面的高度为h ，根据万有引力提供向心力得
()
()21
12
Mm G
m R h R h ω=++
联立解得
3111h R k ⎛⎫=- ⎪ ⎪-⎝⎭
故A 正确，BCD 错误。

故选A 。

6.如图所示，质量分别为6m 和2m 的A 、B 两木板叠放在水平桌面上，木板B 与桌面间的动摩擦因数为μ，木板A 与木板B 间的动摩擦因数为2μ，木板A 和木板B 的加速度大小分别用a 1、a 2表示，木板A 与木板B 间的摩擦力大小用f 1表示，木板B 与桌面间的摩擦力大小用f 2表示，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知重力加速度为g 。

当水平力F 作用在木板A 上时，下列反映a 1、a 2和f 1、f 2随拉力F 变化的图线可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BC 【解析】
【详解】A 与B 间的最大静摩擦力为
1m 2612f mg mg μμ=⋅=
B 与地面间的最大静摩擦力为
2m 88f mg mg μμ=⋅=
当拉力8F mg μ≤时，A 、B 两物块静止不动，则
12f f F ==
当A 与B 刚要发生相对滑动时，B 与地面间的摩擦力为滑动摩擦力，B 产生的最大加速度为
1m 2m
2m 22f f a g m
μ-==
设此时的拉力为F ，对A 根据牛顿第二定律有
1m 62F f m g μ-=⋅
解得
F =24μmg
所以当拉力824mg F mg μμ<≤时，A 、B 没有发生相对滑动，B 与地面间的摩擦力为滑动摩擦力，有
28f mg μ=
大小不变，对B 分析，根据牛顿第二定律可知
182f mg ma μ-=
解得
182f mg ma μ=+
逐渐增大；对A 、B 整体有
88F mg ma μ-=
当24F mg μ>且拉力继续增大时，B 做匀加速运动，A 做加速度增大的加速度运动，对A 根据牛顿第二
定律有
1126F mg ma μ-=
此时1a F -图线的倾斜程度更大，两个接触面的摩擦力都为滑动摩擦力，保持不变，故BC 正确，AD 错误。

故选BC 。

7.如图所示，倾角为30°的斜面体固定在水平地面上，斜面底端正上方某高度处有一小球以水平速度v 0抛出，恰好垂直打在斜面上，已知重力加速度为g ，不计空气阻力。

下列说法正确的是（ ）
A. 小球从抛出到落在斜面上的运动时间为
3v g
B. 小球从抛出到落在斜面上的运动时间为
33v g
C. 小球抛出时距斜面底端的高度为20
5v g
D. 小球抛出时距斜面底端的高度为20
52v g
【答案】AD 【解析】
【详解】AB ．设小球打到斜面上的时间为t ，恰好垂直打在斜面上，根据几何关系可得
tan 60y v gt v v =
=
o 解得0
3v t =
，故A 正确，B 错误； CD ．小球垂直打到斜面上，根据平抛运动规律，则有
0x v t =，212
y gt =
小球落在斜面上，根据几何关系得
tan 30h y
x
-︒=
将0
3v t g
=代入，交联立解得2
052v h g =，故C 错误，D 正确。

故选AD 。

8.如图，MN 和PQ 是固定在水平面上电阻不计的平行金属导轨，其间距为L ，导轨弯曲部分光滑，水平部分粗糙，右端接一个阻值为R 的定值电阻。

水平部分导轨区域存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场。

质量为m 、电阻也为R 的金属棒从高为h 处由静止释放，在水平导轨上运动距离d 时恰好停止。

己知金属棒与导轨水平部分间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好，重力加速度为g 。

下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒克服安培力做功等于金属棒产生的焦耳热
B. 金属棒克服安培力做功与克服摩擦力做功的和为mgh
C. 金属棒产生的焦耳热为
()1
2
mg h d μ- D. 2222gh B L d
R mg
μ-
【答案】BCD 【解析】
【详解】A ．根据功能关系知，金属棒克服安培力做的功等于金属棒以及电阻R 上产生的焦耳热之和，故A 错误；
B ．设金属棒克服安培力所做的功为W ，对整个过程，由动能定理得
0mgh mgd W μ--=
解得mgd W mgh μ+=，故B 正确；
C ．由B 项可解得金属棒克服安培力所做的功为
()W mg h d μ=-
则电路中产生的总的焦耳热
() Q W mg h d μ==-
则属棒产生的电热为
()1
2
mg h d μ-，故C 正确； D ．金属棒在下滑过程中，其机械能守恒，由机械能守恒定律得
2012
mgh mv =
得02v gh =，金属棒经过磁场通过某界面的电量为
22BLd
q R R
∆Φ=
= 根据动量定理
00BIL t mgd t mv μ-∆-∆=-
其中
q I t =∆
解得
222-2gh B L d
t R mg
μ∆= 故D 正确。

故选BCD 。

三、非选择题；共174分。

第22-32题为必考题，每个试题考生都必须作答。

第33-38题为选考题，考生根据要求作答。

（一）必考题：共129分。

9.某实验小组“探究小车加速度与所受合外力关系”的实验装置如图甲所示，长木板放置在水平桌面上，拉力传感器固定在小车上。

他们多次改变钩码的个数，记录拉力传感器的读数F ，并利用纸带数据求出加速度a 。

(1)该实验______（选填“需要”或“不需要”）满足钩码总质量远小于小车和传感器的总质量。

(2)如图乙所示为实验中得到的一条纸带，两计数点间还有四个点未画出，已知交流电频率为50Hz ，可求
出小车的加速度大小为_________m/s2（结果保留三位有效数字）。

(3)以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a F
-图象如图丙所示，其中横轴截距为F0，求得图线的斜率为k，若传感器的质量为m0，则小车的质量为_________。

【答案】(1). 不需要(2). 2.01(3).
1
m
k
-
【解析】
【详解】（1）[1]不需要，因为拉力可以直接用拉力传感器读出来；
（2）[2]两相邻计数点间还有四个点未画出，说明相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s，根据逐差法
2
x aT
∆=
可得加速度为
2
9
FG EF DE CD BC AB
x x x x x x
a
T
++---
=
代入数据解得
2
2.01m/s
a=
（3）[3]设小车的质量为m，所受滑动摩擦力为f，以传感器和小车为研究对象，根据牛顿第二定律有
()
F f m m a
-=+
变形得
00
1f
a F
m m m m
=-
++
则图线的斜率为
1
k
m m
=
+
解得小车的质量为
1
m m
k
=-
10.某小组做描绘小灯泡伏安特性曲线的实验，可供选用的器材如下：
①小灯泡L（标有“3.8V、2W”）
②电流表A（量程0~0．6A，内阻约为0.5Ω）
③电压表V （量程0~l5V ，内阻约为20k Ω） ④滑动变阻器R （阻值范围0~5Ω） ⑤电源E （电动势为4.5V ，内阻约为1Ω） ⑥开关S 及导线若干
(1)某同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请将图乙中的实物图补充完整________。

(2)某同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果。

于是又从实验室找来一量程100μA g I =、内阻R g =5000Ω的灵敏电流计，把该灵敏电流计改装成量程为5V 的电压表，则需串联一个阻值为____________Ω的电阻。

(3)某同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I 1和灵敏电流计读数I 2，如下表所示。

请在图丙中的坐标纸上画出12I I -图线_________。

I 1（A ）
0 020 0.31 0.38 0.43 0.46 0.49 0.50 ……
I 2（μA ） 0 10 20
30
40
50
60
70
……
(4)若将该小灯泡接在如图丁所示的电路中，已知电源的电动势 3.0V E '=，内阻r =1.5Ω，定值电阻R 0=2.5Ω，则小灯泡消耗的电功率约为__________W （结果保留两位有效数字）。

【答案】 (1).
(2). 44.510⨯（45000） (3).
(4). 0.57（0.50~0.59均可）
【解析】
【详解】（1）[1]根据实验电路图，进行实物图连接，如图所示
（2）[2]设需要串联的电阻阻值为R x ，则有
I g （R g +R x ）=5V
代入数据可得R x =44.510⨯Ω（45000Ω）
（3）[3]根据表中所给数据，画出12I I -图线如图所示
（4）[4]将定值电阻R 0看做该电源的内阻的一部分，则内阻r '=4.0Ω，由此可得路端电压
3.0
4.0U E Ir I ''=-=-
在I 1-I 2图线所在坐标纸上作出该I -U 图象如图中红线所示
可知其交点坐标表示的电流约I 1=0.38A ，230μA I =，则电压为
()2g x 1.5V U I R R =+=
所以该小电珠消耗的功率约为
P =UI =0.38×1.5W=0.57W ；（0.50~0.59均可）
11.如图所示，长度为L 的绝缘细线将质量为m 、电荷量为q 的带正电小球悬挂于O 点，整个空间存在水平向右、电场强度大小为
3mg
q
（其中g 为重力加速度）的匀强电场，小球可视为质点。

(1)若将小球在A 点由静止释放，求细线摆起的最大角度；
(2)若小球在最低点A 获得一水平向右速度，为使小球运动过程中细线不松弛，求该速度大小应满足的条件。

【答案】(1)120°；(2)22v gL ≥或2v gL ≤ 【解析】
【详解】(1)若将小球在A 点静止释放，细线摆起的最大角度为α，此过程由动能定理得
sin (cos )0EqL mg L L αα--=
解得1
cos 2
α=-
，所以120α=︒ (2)小球所受重力电场力的合力大小为
22()()2F mg Eq mg =+=
与水平方向的夹角为θ，则有
3
tan 3
mg Eq θ=
=
解得30θ=︒
如果小球获得水平速度v 1后刚好能做完整的圆周运动，在速度最小的位置B （如图1）满足
2
B
v F m L
=
小球从A 点运动到B 点，由动能定理得
22111(sin )cos 22
B mg L L EqL mv mv θθ-+-=
- 联立解得122v gL =
如果小球获得水平速度v 2后来回摆动，则小球刚好能到达C 点或D 点（如图2），则小球从A 点运动到C 点，由动能定理得
2
21(cos )sin 02
mg L L EqL mv θθ-++=-
或小球从A 点运动到D 点，由动能定理得
2
21(cos )sin 02
mg L L EqL mv θθ---=-
联立解得22v gL =
综上可得22v gL ≥或2v gL ≤，细线均不会松弛。

12.如图所示，在光滑的水平地面上，质量为1.75kg 的木板右端固定一光滑四分之一圆弧槽，木板长2.5m ，圆弧槽半径为0.4m ，木板左端静置一个质量为0.25kg 的小物块B ，小物块与木板之间的动摩擦因数μ=0.8。

在木板的左端正上方，用长为1m 的不可伸长的轻绳将质量为1kg 的小球A 悬于固定点O 。

现将小球A 拉至左上方，轻绳处于伸直状态且与水平方向成θ=30°角，小球由静止释放，到达O 点的正下方时与物块B 发生弹性正碰。

不计圆弧槽质量及空气阻力，重力加速度g 取10m/s 2。

求： (1)小球A 与物块B 碰前瞬间，小球A 的速度大小； (2)物块B 上升的最大高度； (3)物块B 与木板摩擦产生的总热量。

【答案】(1)5m/s ；(2)0.8m ；(3)7J 【解析】
【详解】(1)设轻绳长为L ，小球A 自由落体L 时，轻绳刚好再次伸直，此时速度为v 1，根据自由落体运动规律，可得
212v gL =
轻绳伸直后瞬间小球A 速度为
21cos30v v =︒
轻绳刚好再次伸直后到最低点，由动能定理
()22
32111sin 3022
m gL m v m v -︒=
-A A A
联立解得35m /s v =
(2)小球A 与物块B 弹性碰撞，由动量守恒及机械能守恒得
A A
B 534m v m v m v =+
A A 222345
B 111222
m v m v m v =+ 联立解得43m /s v =，58m /s v =
物块B 在最高点时，与木板水平共速，木板速度为v 6，设物块B 升高最大高度为h ，板长为L 1，由水平方向动量守恒及能量关系得
()56m v m M v =+B B
()22
5611122
m v m M v m gL m gh μ=+++B B B B 联立解得h =0.8m
因0.8>0.4，物块B 飞出圆弧槽。

(3)假设物块B 最终能停在木板上，物块B 与木板速度共同速度仍为v 6，物块B 在木板上相对木板滑行路程设为x ，由能量关系得
()22
561122
m v m M v m gx μ=++B B B 解得x =3.5m
因3.5m<5m ，故物块B 最终能停在木板上，产生总热量为
7Q m gx μ==B J
【物理选修3-3】
13.关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A. 对于一定质量的理想气体，从外界吸收热量，其内能不一定增加
B. 两个相距无穷远的分子在靠近的过程中，分子势能可能先减小后增大
C. 相同质量的两物体，升高相同的温度，内能的增加量一定相同
D. 物体的内能改变时，温度可能不变
E. 内能与物体的温度和体积有关，所以温度不变，体积变大，内能一定变大 【答案】ABD 【解析】
【详解】A ．根据热力学第一定律
U W Q ∆=+
一定质量的理想气体从外界吸收热量，若同时对外做功，其内能不一定增大，故A 正确；
B ．两个相距无穷远的分子，仅在分子力作用下，若由静止开始逐渐接近，直到不能再接近为止，开始分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，当分子间的距离小于r 0，分子力表现为斥力，距离减小，分子力做负功，分子势能增加，所以分子势能先减小后增大，故B 正确；
C ．物体的内能与物体的温度、体积、分子数等因素均有关，相同质量的两种物体，体积和分子数不一定相同，升高相同的温度，内能增量不一定相同，故C 错误。

D ．一个物体内能改变，温度可能不变；比如晶体在熔化过程中，吸热内能增加，但温度不变，故D 正确；
E ．内能与温度和体积都有关，当温度不变，体积变大，分子间距增大，则分子势能可能减小，故内能不一定变大，故E 错误。

故选ABD 。

14.如图甲所示，一定质量的理想气体被质量m =2kg 的活塞封闭在导热良好的气缸内，气缸横截面积S =0.001m 2，内壁光滑。

气缸开口向上放在水平地面上，活塞下表面与气缸底部的距离L 0=33cm ，此时气体的温度为300K 。

已知外界大气压强p 0=l.0×
105Pa ，并始终保持不变，重力加速度g 取10m/s 2。

①若气体的温度保持不变，将气缸缓慢地沿顺时针方向转到与水平面夹角θ=30°靠在墙上，如图乙所示，求此时活塞下表面与气缸底部的距离L ；
②气缸保持如图乙位置不变，若将气缸内气体的温度缓慢升高到360K 时，为使活塞下表面与气缸底部的距离仍为L ，应在活塞上表面放置质量多大的物块。

【答案】①36cm ；②4.4kg 【解析】
【详解】①初始时气缸放在水平地面上，根据平衡条件有
10p S p S mg =+
解得此时内部气体的压强
10mg
p p S
=+
当气缸缓慢地沿顺时针方向转到与水平面成30°角靠在墙上时， 根据平衡条件有
20sin p S p S mg θ=+
解得此时内部气体的压强
20
sin
mg
p p
S
θ
=+
由玻意耳定律得
102
p L S p LS
=
解得L=36cm
②气体发生等容变化，设末态气体的压强为p3，由查理定律得
3
2
23
p
p
T T
=
解得5
3
1.3210
p=⨯Pa
应在活塞上表面放置质量为m
∆的物块，根据平衡条件有
30
()sin
p S p S m m gθ
=++∆
解得m
∆=4.4kg
【物理选修3-4】
15.甲、乙两列同种简谐横波在某种均匀介质中传播，如图所示为t=0时刻两列波恰好在坐标原点相遇时的波形图。

已知甲波的频率为4Hz，沿x轴正方向传播，乙波沿x轴负方向传播，则下列说法正确的是（）
A. 乙波的频率为4Hz
B. 乙波的传播速度为8m/s
C. 两列波叠加后，x=0处的质点振幅为10cm
D. 两列波叠加后，x=0.5m处为振动加强点
E. t=0.25s时，x=0处的质点处于平衡位置，且向上运动
【答案】ABE
【解析】
【分析】
【详解】
A ．甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播，波速相等，由图知，λ甲=2m ，λ乙=2m ，由
v f λ=
知甲、乙两波的频率之比为1：1，即为f 乙=f 甲=4Hz ，故A 正确； B ．乙波的传播速度为
v 乙=λ乙f 乙=2×4m/s=8m/s
故B 正确；
C ．两列波叠加后，在x =0处的质点振动加强，振幅为
A 0=A 甲+A 乙=10cm+20cm=30cm
故C 错误；
D ．因两列波的速度相等，故两列波叠加后，在x =0.5m 处是波峰与波谷相遇，属于振动减弱点，故D 错误；
E ．两波的
周期为
1
0.25Hz T f
=
= t =0时刻，x =0处的质点处于平衡位置，且向上运动。

因为t =0.25s=T ，所以经一个周期后，x =0处的质点仍处于平衡位置，且向上运动，故E 正确。

故选ABE 。

16.如图所示，ABCDE 为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率5n =，AE 是一
半径为R 的
14
圆弧，O 点为圆弧圆心，OBCD 构成长方形，已知2OB R =，5OD R =，BF =5
6R ，光在真
空中的传播速度为c 。

在O 处有一点光源，光线从点光源经圆弧AE 射入柱形光学元件。

求： ①从F 点射出光线的折射角正弦值；
②若不考虑发生折射时的反射光线，求光线在柱形光学元件中传播的最长时间。

【答案】①255
sin 13
θ=；②(255)R t c =
【解析】
【详解】①设射向F点的光线入射角为
1
θ
，折射角为2θ，如图所示
则有
1
5
sin
13
BF
OF
θ==
根据折射定律有
2
1
sin
sin
n
θ
θ
=
解得
2
55
sinθ=
②设光线发生全反射的临界角为C，则有
5
sin C=
根据三角函数知识可得
1
tan
2
C=
分析可知，当恰好发生全反射时，路程最长，如图所示
设光线在柱形光学元件中的路程为s，速度为v，根据
c
n
v
=
根据几何关系有
5
sin
R
s R
C
=-
故时间
s
t
v
=
联立解得t=。