江苏省徐州市夹河中学2020年高三物理上学期期末试题含解析

江苏省徐州市夹河中学2020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. 下列说法中正确的是（）
A．温度相同的氢气和氧气，氢气分子的平均速率和氧气分子的平均速率相同
B．使一定质量的气体温度升高，体积减小，气体一定从外界吸收了热量
C．自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
D．随着科学技术的不断进步，人类制造的热机的效率可能逐渐提高，最终达到1
参考答案：
答案：C
2. 物体沿直线运动的V-t关系如图所示，已知第1秒内合外力对物体做的功为W，则：A．从第1秒末到第3秒末合外力做功为4W
B．从第3秒末到第5秒末合外力做功为－2W
C．从第5秒末到第7秒末合外力做功为W
D．从第3秒末到第4秒末合外力做功为－0.75W
参考答案：
CD
3. （单选）在直角坐标系O- xyz中有一四面体O -ABC，其顶点坐标如图所示。

在原点O固定一个电荷量为-Q的点电荷，下列说法正确的是A.A,B,C三点的电场强度相同
B.平面ABC构成一个等势面
C.若将试探电荷+q自A点沿+ x轴方向移动，其电势能增加
D.若在A、B、C三点放置三个点电荷，-Q所受电场力的合力可能为零
参考答案：
C解析： A、根据点电荷电场线的分布情况可知：A、B、C三点的电场强度大小相同，方向不同，而场强是矢量，则A、B、C三点的电场强度不同．故A错误．B、A、B、C三点处于同一等势面上，电势相同，由于A、B、C三点所在的等势面为球面，所以平面ABC不是等势面．故B错误．C、若将试探电荷+q自A点沿+x轴方向移动，该试探电荷受到吸引力，吸收力方向一定沿着x轴的负方向运动，则电场力对该试探电荷做负功，其电势能将增加．故C正确．D、若在A、B、C三点放置三个点电荷，任意两个点电荷对-Q的电场力的合力与第三个电荷对-Q的电场力不在同一直线上，所以三个点电荷对-Q的合力不可能为零，故D错误．故选：C．
4. 质量一定的物块放在水平面上，物块与水平面间的动摩擦因素不变。

物块在水平力F及摩擦力的作用下沿水平面作直线运动，其速度v与时间t关系如图所示。

已知第1s内合力对物块做功为W1，摩擦力对物块做功为W2。

则
A. 从第1s末到第3s末合外力做功为,摩擦力做功为
B. 从第4s末到第6s末合外力做功为0,摩擦力做功也为0
C. 从第3s末到第7s末合外力做功为4,摩擦力做功为4
D. 从第3s末到第4s末合外力做功为,摩擦力做功为
参考答案：
D
5. （多选）如图所示，一斜面固定在水平面上，顶端O 有一小球，若给小球不同的水平初速度，小球将分别落到斜面上的A 、B 点、斜面底端的C 点和水平面上的D 点，运动时间依次为，
不计空气阻力。

则 A.
B ．
C ．小球落在A 、B 点时，速度方向与斜面的夹角相同
D ．小球落在A 、B 点时，速度方向与斜面的夹角不相同
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. 近年来装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一.目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，比如，含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识回答下列问题： （1）下列说法正确的是
A ．氡的半衰期为3.8天，则若在高温下其半衰期必缩短
B ．
衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C ．射线一般伴随着或
射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D ．发生
衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
（2）氡核（
）发生衰变后变为钋（
），其衰变方程
为 ，若氡（
）经过一系列衰变后的最终产物为铅
（
），则共经过 次
衰变， 次
衰变．
（3）静止的氡核（）放出一个速度为v0的粒子，若衰变过程中释放的核能全部转化为
粒
子及反冲核的动能，已知原子质量单位为u ，试求在衰变过程中释放的核能．（不计相对论修正，在涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计．）
参考答案：
【知识点】原子核衰变及半衰期、衰变速度；爱因斯坦质能方程；裂变反应和聚变反应．O2O3
【答案解析】（1）BD （2）
4 ；4 （3）
解析：（1）A 、半衰期与外界因素无关，故A 错误
B 、原子核内的中子转化为质子时，放出一个电子，这个过程即β衰变，故B 正确；
C 、γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C 错误；
D 、发生α衰变时，生成的α粒子带2个单位的正电荷和4个电位的质量数，即α粒子由2个中子和2个质子构成，故α衰变时成生的新核中子数减少2，质子数减少2，故D 正确； 故选：BD ．
（2）根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程为．
设经过了n 次α衰变，m 次β衰变． 有：4n=16，2n-m=4，解得n=4，m=4．
（3）设α粒子的质量为m1，氡核的质量为m2，反冲核的速度大小为v ． 则根据动量守恒定律可得：m1v0=（m2-m1）v
由题意得，释放的核能E=+
解得E=
【思路点拨】α衰变生成氦原子核，β衰变生成的电子是其中的中子转化为质子同时生成的，半衰期是统计规律，与外界因素无关．
根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程，通过一次α衰变电荷数少2，质量数少4，一次β衰变电荷数多1，质量数不变，求出衰变的次数．
先根据动量守恒定律列方程求解出α衰变后新核的速度；然后根据爱因斯坦质能方程求解质量亏损，从而求释放的核能．
7. 如图所示为ABC 是三角形玻璃砖的横截面，∠ABC=90°，∠BAC=30°，一束平行于AB 的光束从AC 边
射入玻璃砖，EF 是玻璃砖中的部分光路，且EF 与AC 平行，则玻璃砖的折射率为 ，光束 （填“能”或“不能”）从E 点射出玻璃砖。

参考答案：
由题意做出光路图可知折射率，临界角满足，可知临界角C大于30°小于45°，由于光线在E点的入射角等于30°，小于临界角，故能从E点射出玻璃砖。

8. 如图所示是某同学探究功与速度变化的关系的实验装置，他将光电门固定在长木板上的B
点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．
（1）若用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图所示， d= cm；
（2）实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则拉力对小车所做的功为重物重力与AB的距离的乘积；测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间?t，通过描点作出线性图象，研究功与速度变化的关系。

处理数据时应作出_____图象。

A．?t－m B．?t2－m C． D．
参考答案：
（1）1.140 （2）D
9. 在物理实验中体现了很多的物理研究方法，如理想实验法、控制变量法、极限思维法、图像法、类比法、科学假说法、微小量放大法与等效替代法等。

请把合适的方法或正确的答案填在相应的空格内。

①在“利用打点计时器测速度”的实验中，运用法，可以利用打点计时器打出的纸带测算出某点的瞬时速度；
在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中，分别用一个力F或两个互成角度的F1、F2，把一个一端固定的橡皮筋拉伸到同一位置，则F就是F1和F2的合力，实验原理采用的是法。

在“探究平抛运动的规律”的实验中，如图10所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向抛出，同时B球松开，自由下落，A、B两球同时开始运动，观察到两球同时落地。

运
用法，可以判定平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。

②图象法是物理实验中一种重要的研究方法。

在研究加速度与外力（质量m一定）的关系、验证机械能守恒定律、探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中，某同学正确作出了三个实验的相关图象，如图11中A、B、C所示。

根据坐标轴代表的物理量判断，A实验的图象“斜率”表示；B实验图象的“斜率”表示；C实验图象的“斜率”表示。

参考答案：
10. （4分）如图所示，有四列简谐波同时沿x轴正方向传播，波速分别是 v、2 v、3 v和4 v，a、b是x轴上所给定的两点，且ab＝l。

在t时刻a、b两点间四列波的波形分别如图所示，则由该时刻起a点出现波峰的先后顺序依次是图；频率由高到低的先后顺序依次是图。

参考答案：
答案：BDCA，DBCA
11. 相对论论认为时间和空间与物质的速度有关；在高速前进中的列车的中点处，某乘客突然按下手电筒，使其发出一道闪光，该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等，都为c，站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度_______（填“相等”、“不等”）。

并且，车上的乘客认为，电筒的闪光同时到达列车的前、后壁，地面上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的______（填“前”、“后”）壁。

参考答案：
相等后
12. (9分)热力学第二定律常见的表述有两种。

第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；
第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

图10（a）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。

请你根据第二种表述完成示意图10（b）。

根据你的理解，热力学第二定律的实质是_________________________。

参考答案：
答案：示意图如下。

热力学第二定律的实质是：自然界中进行的与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性。

13. （1）完成核反应方程：Th→Pa+ ．
（2）Th衰变为Pa的半衰期是1.2min，则64g Th经过6min还有 2 g尚未衰变．
参考答案：
解：根据质量数和电荷数守恒可知90234Th衰变为91234Pa时，放出的是电子；
剩余质量为：M剩=M×（）n，经过6分钟，即经过了5个半衰期，即n=5，代入数据得：还有2克没有发生衰变．
故答案为：，2三、简答题：本题共2小题，每小题11分，共计22分
14. 如图所示，荧光屏MN与x轴垂直放置，荧光屏所在位置横坐标x0＝40cm，在第一象限y轴和MN 之间存在沿y轴负方向的匀强电场，在第二象限有半径R＝10cm的圆形磁场，磁感应强度大小B＝0.4T，方向垂直x O y平面向外。

磁场的边界和x轴相切于P点。

在P点有一个粒子源，平行于坐标平面，向x轴上方各个方向发射比荷为1.0×108C./kg的带正电的粒子，已知粒子的发射速率v0＝
4.0×106m/s。

不考虑粒子的重力粒子间的相互作用。

求
(1)带电粒子在磁场中运动的轨迹半径;
(2)若所有带电粒子均打在x轴下方的荧光屏上，求电场强度的最小值
参考答案：
（1）（2）
【详解】（1）粒子在磁场中做圆周运动，其向心力由洛伦兹力提供，即：
，
则
；
（2）由于r＝R，所以所有粒子从右半圆中平行x轴方向进入电场进入电场后，最上面的粒子刚好从Q点射出电场时，电场强度最小，
粒子进入电场做类平抛运动，水平方向上
竖直方向，
联立解得最小强度为：
；
15. （选修3-3模块）（4分）如图所示，绝热隔板S把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，S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可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b 各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？
参考答案：
答案:
气缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，体积增大，压强增大，内能增
大；（2分）
a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大。

（2分）
四、计算题：本题共3小题，共计47分
16. （22分）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图1所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。

I为电离区，将氙气电离获得1价正离子II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。

I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度v M从右侧喷出。

I区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。

假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图2所示（从左向右看）。

电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α<90?）。

推进器工作时，向I区注入稀薄的氙气。

电子使氙气电离的最小速度为v0，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好。

已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e。

（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）。

（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；
（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；
（3）ɑ为90?时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；
（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率v M与α的关系。

图1 图2
参考答案：
（1）由动能定理：
Ue=M v2M
解得U=
由运动学公式v2=2aL
解得a=v2M
（2）由右手定则磁场方向应垂直于纸面向外
（3）当α=900时，电子最大的圆直径为R，即半径r=R
据得v=
所以
（4）做出临界轨迹圆与壁相切于B,圆心为A连接B、A、O，由几何知识知三者必然共线，
由余弦定理，
据
故s
17. 一个质量为m带电量为+q的小球每次均以水平初速度v0自h高度做平抛运动。

不计空气阻力，重力加速度为g，试回答下列问题：
（1）若在空间竖直方向加一个匀强电场，发现小球水平抛出后做匀速直线运动，则电场强度E是多大？
（2）撤消匀强电场，小球水平抛出至第一落地点P，则位移S的大小是多少？
（3）恢复原有匀强电场，再在空间加一个垂直纸面向外的匀强磁场，发现小球第一落地点仍然是P 点，试问磁感应强度B是多大？
参考答案：
解：（1）mg=qE Ks5u
（2）
得到
（3）R2=x2+（R-h）2 得
18. （15分）杨利伟同志乘坐我国自己开发和制造的“神舟”五号载人飞船于10月15日上午9时升空，绕地球运动14圈于10月16日凌晨6点23分在内蒙古四子王旗回收场安全着陆，这是我国航天事业上取得的又一光辉业绩。

在“神舟”五号飞船返回舱距地面20km高度时，速度减为200m/s，此后竖直匀速下降，到距地面10km为止。

此过程中返回舱所受空气
阻力，式中为大气密度，为返回舱的运动速度，S为与形状特征有关的阻力面积。

当返回舱距地面10km时，打开阻力面积为1200m2的降落伞，直到速度降到8.0m/s后匀速下落。

为实现软着陆（要求着地时返回舱速度为零），当返回舱距地面1.2m时反冲发动机点火，使返回舱着地时速度为零。

返回舱的质量3.0×103kg，g取10m/s2。

（1）用字母表示出返回舱在速度200m/s时的质量。

（2）分析打开降落伞从伞开始撑开到反冲发动机点火前，返回舱的加速度和速度的变化情况。

（3）求反冲发动机的平均反推力的大小及反冲发动机对返回舱所做的功。

参考答案：
解析：
（1）当返回舱在速度200m/s时重力和空气阻力平衡，根据牛顿第二定律得：
（3分）
解得（1分）
（2）在打开降落伞后，返回舱的加速度先增大后减小，方向向上；返回舱的速度不断减小，直到速度减小到8.0m/s而匀速下落。

（5分）
（3）反冲发动机工作后，返回舱的速度由8.0m/s减小到零，返回舱受重力和反推力F作用做匀减速运动，运动位移m
根据动能定理有：（3分）
解得：F=1.1×105 N（1分）
∴反冲发动机对返回舱做的功为W，则
J（3分）。