2020年天津市东丽区高三学业水平等级考试物理模拟试卷（解析版）

2020 年天津市东丽区高三学业水平等级考模拟试卷 物理 本试卷分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共 100 分，考试用时 60 分钟。第Ⅰ卷 1 至 3 页，第Ⅱ卷 4 至 8 页。 答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上，并在规定位置粘贴考试用条码。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，将本试卷和答题卡一并交回。 祝各位考生考试顺利！ 第Ⅰ卷 注意事项： 1.每题选出答案后，用铅笔将答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后， 再选涂其他答案标号。 2.本卷共 8 题，每题 5 分，共 40 分。 一、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.由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势 能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离 r 变化的图象，取 r 趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以 从分子势能的图象中得到有关分子力的信息，则下列说法正确的是(    ) A.假设将两个分子从r = r2处释放，它们将相互远离 B.假设将两个分子从r = r2处释放，它们将相互靠近 C.假设将两个分子从r = r1处释放，它们的加速度先增大后减小 D.假设将两个分子从r = r1处释放，当r = r2时它们的速度最大 【答案】D【解析】由图可知，两个分子从푟 = 푟2处的分子势能最小，则分子之间的距离为平衡距离，分子之间 的作用力恰好为 0。结合分子之间的作用力的特点可知，当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分 子势能最小，所以假设将两个分子从푟 = 푟2处释放，它们既不会相互远离，也不会相互靠近。故 A 错误，B 错误；由于푟1 < 푟2，可知分子在푟 = 푟1处的分子之间的作用力表现为斥力，分子之间的距离将增大，分子 力做正功，分子的速度增大，分子力减小，加速度减小；当分子之间的距离大于푟2时，分子之间的作用力 表现为引力，随距离的增大，分子力做负功，分子的速度减小，分子力先增大后减小故加速度先增大后减 小。所以当푟 = 푟2时它们的速度最大，加速度最小为零。故 C 错误 D 正确。 2.可控热核反应是指在高温下使较轻元素的原子核发生的可控制的聚变反应过程有望在未来给人类提 供洁净的能源。以 32He(氦3)为核聚变燃料的一种核聚变反应的方程式为 32He + 32He→x11H + 42He，则下列关 于 32He聚变的说法正确的是(    ) A.x = 1 B. 42He的比结合能比 32He的比结合能大 C.聚变反应中没有质量亏损 D.目前，各国核电站都釆用 32He聚变反应发电 【答案】B 【解析】A、原子核的聚变反应过程中，质量数守恒、电荷数守恒，则푥 = 2，故 A 错误。 B、核聚变过程中，质量亏损，释放核能，则新生成物的原子核更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大， 故 42퐻푒的比结合能比 32퐻푒的比结合能大，故 B 正确。C、聚变反应中，质量亏损，故 C 错误。 D、目前，各国核电站都釆用铀核裂变反应发电，故 D 错误。故选：B。 聚变反应过程中，质量数守恒、电荷数守恒。比结合能大的原子核稳定。聚变反应质量亏损，释放核能。 核电站采用重核裂变发电。本题考查了聚变反应的相关知识，解题的关键是明确聚变反应中，质量亏损， 释放核能，同时理解比结合能大的原子核稳定。 3.如图所示，细绳 AO 与 OB 所能承受的最大拉力相同，则在不断增加重物 G 的重力过程中(吊重物的 绳不会断)( ) A.OA 绳先被拉断B.OB 绳先被拉断 C.OA 绳和 OB 绳同时被拉断 D.条件不足，无法判断 【答案】B 【解析】O 点受力平衡，对 O 点进行受力分析，合力等于零，沿 OB 方向上的分力等于 OB 绳的拉力， 沿 OA 绳方向上的分力等于 AO 绳的拉力，比较两拉力的大小，从而判断哪根绳先断。解决本题的关键通 过平行四边形定则确定出 OA 绳、OB 绳的拉力大小，从而判断出哪个绳先断。如图所示： 根据平行四边形定则及边长的关系得：OB 绳的拉力大于 OA 绳的拉力，所以当重力逐渐增大，OB 绳先达 到最大拉力，OB 绳先断，故 ACD 错误，B 正确。 4.深空是在地球大气极限以外很远的空间。若深空中有一行星 X，其自转周期为 3h，同步卫星的轨道 半径是其半径的3.5倍，已知地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的 7 倍，则行星 X 与地球的平均密度 之比约为(行星 X 与地球均视为球体)(    ) A.2 B.4 C.8 D.16 【答案】C 【解析】某天体的同步卫星的周期跟该中心天体自转的周期相同，根据万有引力提供向心力求出中心 天体的质量，再求出平均密度，然后分析答题。设中心天体的平均密度为휌，半径为 R，则中心天体的质 量为：푀 = 4 3휋휌푅3，设同步卫星的轨道半径为 r，周期为 T，由万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得： 퐺푀푚 푟2 = 푚4휋2푟 푇2 ；解得：휌 = 3휋푟3 퐺푇2푅3，可得行星 X 与地球的平均密度之比：휌1 휌2 = 3．53 73 × 242 32 = 8，故 C 正确，ABD 错误；故选：C。 5.如图所示，灯泡L1接在变压器初级电路中，灯泡L2、L3、L4接在变压器次级电路中．变压器为理想 变压器，交变电流电源电压为 U，L1、L2、L3、L4都是额定电压为U0的同种型号灯泡，若四个灯泡都能正 常发光，则(    )A.n1 n2 = 3 1,U = 4U0 B.n1 n2 = 4 1,U = 4U0 C.n1 n2 = 1 3,U = 3U0 D.n1 n2 = 1 4,U = 3U0 【答案】A 【解析】根据灯泡正常发光，求出原副线圈的电流，由电流与匝数成反比求出匝数比，根据电压与匝 数成正比求出原线圈两端的电压，交流电源的电压等于灯泡퐿 1两端的电压和原线圈两端的电压之和； 理想变压器是理想化模型，一是不计线圈内阻；二是没有出现漏磁现象．输入电压决定输出电压，而输出 功率决定输入功率。设灯泡的额定电流为 I，则原线圈电流퐼 1 = 퐼，副线圈电流퐼 2 = 3퐼 根据电流与匝数成反比，有 푛 1 푛 2 = 퐼 2 퐼 1 = 3퐼 퐼 = 3 1 因为灯泡正常发光，副线圈两端的电压푈 2 = 푈 0 根据电压与匝数成正比，有 푈 1 푈 2 = 푛 1 푛 2 = 3 1 解得：푈 1 = 3푈 2 = 3푈 0交变电流电源电压푈 = 푈 0 + 푈 1 = 4푈 0，故 A 正确，BCD 错误。 二、不定项选择题（每小题 5 分，共 15 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 5 分，选对但不全的得 3 分，选错或不答的得 0 分） 6.用 a、b 两种不同波长的光，先后用同一装置做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中 a 光的干涉 条纹间距大于 b 光的条纹间距，则(    ) A.a 光的波长大于 b 光的波长 B.a 光的频率大于 b 光的频率 C.在玻璃中，a 光的速度等于 b 光的速度 D.从玻璃射向空气发生全反射时，a 光的临界角大于 b 光的临界角 【答案】AD【解析】A、B、根据双缝干涉的条纹间距훥푥 = 퐿 푑휆，可知，同一实验装置，间隔越大，说明波长越长， 即频率越小．根据题意，a 光的波长长，频率小．故 A 正确，B 错误． C、频率越小，介质对它的折射率越小，根据푛 = 푐 푣可知，在介质中的传播速度越大，即 a 光在介质中的传 播速度要大，故 C 错误． D、根据临界角的公式：푠푖푛퐶 = 1 푛可知，介质的折射率越小，则全反射的临界角越大，所以从玻璃射向空气 发生全反射时，a 光的临界角大于 b 光的临界角，故 D 正确．故选：AD 7.在平直的公路上，汽车由静止开始做匀加速运动，当速度达到一定值后立即关闭发动机，汽车继续 滑行直到停止。这辆汽车v ― t图象如图所示，设在汽车行驶的整个过程中，汽车的牵引力和汽车所受的阻 力都是恒定的，汽车牵引力大小为 F，阻力大小为 f 在汽车行驶的整个过程中，牵引力做功为W1，克服阻 力做功为W2，则(    ) A.F：f = 5：1 B.F：f = 6：1 C.W1：W2 = 1：1 D.W1：W2 = 1：5 【答案】BC 【解析】对全过程由动能定理可知푊1−푊2 = 0，故푊1：푊2 = 1：1， 根据恒力做功公式的：푊1 = 퐹푠 푊2 = 푓푠′ 由图可知：s：푠′ = 1：6 所以 F：푓 = 6：1，故 BC 正确，AD 错误。 8.图(a)为一列简谐横波在t = 0.10s时刻的波形图，P 是平衡位置在x = 1.0m处的质点，Q 是平衡位置 在x = 4.0m处的质点；图(b)为质点 Q 的振动图象，下列说法正确的是(    ) A.在t = 0.10s时，质点 Q 向 y 轴正方向运动 B.在t = 0.25s时，质点 P 的加速度方向与 y 轴正方向相同C.从t = 0.10s到t = 0.25s，该波沿 x 轴负方向传播了 6m D.从t = 0.10s到t = 0.25s，质点 P 通过的路程为 30cm 【答案】BC 【解析】A、图(푏)为质点 Q 的振动图象，则知在푡 = 0.10푠时，质点 Q 正从平衡位置向波谷运动，所以 点 Q 向 y 轴负方向运动，故 A 错误； B、在푡 = 0.10푠时，质点 Q 沿 y 轴负方向运动，根据波形平移法可知该波沿 x 轴负方向传播，此时 P 点正 向上运动。 由图 b 读出周期푇 = 0.2푠，从푡 = 0.10푠到푡 = 0.25푠经过的时间为 △ 푡 = 0.15푠 = 3 4푇，则在푡 = 0.25푠时，质点 P 位于 x 轴下方，加速度方向与 y 轴正方向相同，故 B 正确； C、由甲图知波长 휆 = 8푚，则波速为：푣 = 휆 푇 = 8 0.2푚/푠 = 40푚/푠，从푡 = 0.10푠到 = 0.25푠经过的时间为 △ 푡 = 0.15푠，该波沿 x 轴负方向传播的距离为 △ 푥 = 푣 △ 푡 = 40 × 0.15푚 = 6푚，故 C 正确； D、从푡 = 0.10푠到 = 0.25푠经过的时间为 △ 푡 = 0.15푠 = 3 4푇，由于푡 = 0.10푠时刻质点 P 不在平衡位置或波峰、 波谷处，所以质点 P 通过的路程不是3퐴 = 30푐푚，故 D 错误； 第Ⅱ卷 注意事项： 1.用黑色墨水的钢笔或签字笔将答案写在答题卡上。 2.本卷共 4 题，共 60 分。 9.（12 分） (1)某同学想设计一个测量金属棒电阻率的实验方案，实验室提供的器材有： A.电流表A1(内阻Rg = 100Ω，满偏电流Ig = 3mA) B.电流表A2(内阻约为0.4Ω，量程为0.6A) C.定值电阻R0 = 900Ω D.滑动变阻器R(5Ω,2A) E.干电池组(6V,0.05Ω) F.一个开关和导线若干 G.螺旋测微器，游标卡尺①如图 1，用螺旋测微器测金属棒直径为______mm；如图 2 用 20 分度游标卡尺测金属棒长度为 ______cm。 用多用电表粗测金属棒的阻值：当用“ × 10Ω”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用______挡(填 “ × 1Ω”或“× 100Ω”)，换挡并进行一系列正确操作后，指针静止时如图 3 所示，则金属棒的阻值约为______ Ω。 请根据提供的器材，设计一个实验电路，要求尽可能精确测量金属棒的阻值。 若实验测得电流表A1示数为I1，电流表A2示数为I2，则金属棒电阻的表达式为Rx = ______。(用I1，I2， R0，Rg表示) (2)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使 用的频率有 20Hz、30Hz 和 40Hz，打出纸带的一部分如图(b)所示。 该同学在实验中没有记录交流电的频率 f，需要用实验数据和其他条件进行推算。 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 f 和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B 点时，重物下落的速度大小为______，打出 C 点时重物下落的速度大小为______，重物下落的加速度的 大小为______。 已测得s1 = 8.89cm，s2 = 9.5cm，s3 = 10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/s2，试验中重物受到的 平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出 f 为______Hz。【答案】（1）①6.126；10.230；②×1Ω；10.0；③如图：④ （2）① ；②40 【解析】(1)①由图示螺旋测微器可知，其示数为：6푚푚 + 12.6 × 0.01푚푚 = 6.126푚푚； 由图示游标卡尺可知，其示数为：102푚푚 + 6 × 0.05푚푚 = 102.30푚푚 = 10.230푐푚； ②用欧姆表“ × 10훺”挡时发现指针偏转角度过大，说明所选挡位太大，应该换用 × 1훺挡，并进行一系列正 确操作，由图 3 所示可知，则金属棒的阻约为10.0 × 1훺 = 10.0훺； ③由题意可知，没有电压表，可以用电流表퐴1与定值电阻푅0串联组成电压表测电压，用电流表퐴2测电流， 由于改装后电压表内阻为100훺 + 900훺 = 1000훺，电流表内阻约为0.4훺，待测电阻阻值约为10훺，滑动变 阻器最大阻值为5훺，为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，电压表内阻远大于电阻阻值，电流 表应采用外接法，确定如图所示实验电路图。 ④根据电路图应用欧姆定律求出电阻阻值。 （2）①根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得： 푣퐵 = 푠1 + 푠2 2푇 = (푠1 + 푠2)푓 2 ；푣퐶 = 푠2 + 푠3 2푇 = (푠2 + 푠3)푓 2 ； 由速度公式푣퐶 = 푣퐵 +푎푇可得：푎 = (푠3−푠1)푓2 2 ； ②由牛顿第二定律可得：푚푔−0.01푚푔 = 푚푎，所以푎 = 0.99푔，结合(1)解出的加速度表达式，代入数据可 得：푓 = 40퐻푍。 10.(14 分）某校兴趣小组制作了一个游戏装置，其简化模型如图所示，在 A 点用一弹射装置将小滑块 以某一水平速度弹射出去，沿水平直线轨道运动到 B 点后，进入半径R = 0.1m的光滑竖直圆形轨道，运行 一周后自 B 点向 C 点运动，C 点右侧有一陷阱，C、D 两点的竖直高度差h = 0.2m，水平距离s = 0.6m， 水平轨道 AB 长为L1 = 0.5m，BC 长为L2 = 1.5m，小滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ = 0.4，重力加速度g = 10m/s2． (1)若小滑块恰能通过圆形轨道的最高点，求小滑块在 A 点弹射出的速度大小； (2)若游戏规则为小滑块沿着圆形轨道运行一周离开圆形轨道后只要不掉进陷阱即为胜出．求小滑块在 A 点弹射出的速度大小范围． 【答案】(1)若小球恰能通过圆形轨道的最高点，小球在 A 点的初速度是3푚/푠． (2)若小球既能通过圆形轨道的最高点，又不能掉进壕沟，小球在 A 点的初速度的范围是3푚/푠 ≤ 푣퐴 ≤ 3.4푚/푠或푣퐴 ≥ 5푚/푠． 【解析】(1)小球恰能通过最高点时，重力充当向心力： 由 B 到最高点： 由퐴→퐵： 解得在 A 点的初速度： (2)若小球恰好停在 C 处，对全程进行研究，则有：−휇푚푔(퐿1 + 퐿2) = 0−1 2푚푣′2，解得：푣′ = 4푚/푠． 所以当3푚/푠 ≤ 푣퐴 ≤ 4푚/푠时，小球停在 BC 间． 若小球恰能越过壕沟时，则有：ℎ = 1 2푔푡2，푠 = 푣푡，又−휇푚푔(퐿1 + 퐿2) = 1 2푚푣2  −1 2푚푣 ″2， 解得：푣″ = 5푚/푠，所以当푣퐴 ≥ 5푚/푠，小球越过壕沟． 故若小球既能通过圆形轨道的最高点，又不能掉进壕沟，小球在 A 点的初速度的范围是3푚/푠 ≤ 푣퐴 ≤ 4푚/푠 或푣퐴 ≥ 5푚/푠． 11.(16 分）如图所示装置由水平轨道、倾角θ = 37°的倾角轨道连接而成，轨道所在空间存在磁感应强 度大小为B = 1T、方向竖直向上的匀强磁场。质量m = 0.035kg、长度L = 0.1m、电阻R = 0.025Ω的导体棒 ab 置于倾斜轨道上，刚好不下滑；质量、长度、电阻与棒 ab 相同的光滑导体棒 cd 置于水平轨道上，用恒 力F = 2.0N拉棒 cd，使之在水平轨道上向右运动。棒 ab、cd 与导轨垂直，且两端与导轨保持良好接触，最 大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8，取g = 10m/s2。(1)求棒 ab 与导轨间的动摩擦因数μ； (2)求当棒 ab 刚要向上滑动时 cd 棒速度 v 的大小； (3)若从 cd 棒刚开始运动到 ab 棒刚要上滑的过程中，cd 棒在水平轨道上移动的距离x = 0.55m，求此 过程中 ab 棒上产生的热量 Q。 【答案】(1)棒 ab 与导轨间的动摩擦因数휇是0.75； (2)当棒 ab 刚要向上滑动时 cd 棒速度 v 的大小是6푚/푠； (3)若从 cd 棒刚开始运动到 ab 棒刚要上滑过程中，cd 棒在水平轨道上移动的距离 x，此过程中 ab 棒 上产生热量 Q 是0.235퐽。 【解析】(1)当 ab 棒刚好不下滑，静摩擦力沿导轨向上达到最大，由平衡条件得： 푚푔푠푖푛37° = 휇푚푔푐표푠37° 则휇 = 푡푎푛37° = 0.75 (2)设 ab 棒刚好要上滑时，cd 棒产生的感应电动势为 E，由法拉第电磁感应定律有： 퐸 = 퐵퐿푣 设电路中的感应电流为 I，由闭合电路欧姆定律有퐼 = 퐸 2푅 设 ab 棒所受安培力为퐹安，有퐹安 = 퐵퐼퐿 此时 ab 棒受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有 퐹安푐표푠37° = 푚푔푠푖푛37° + 휇(푚푔푐표푠37° + 퐹安푠푖푛37°) 代入数据解得：24/7mg 又퐹安 = 퐵2퐿2푣 2푅 代入数据解得푣 = 6푚/푠 (3)由题意知，cd 棒运动过程中电路中产生的总热量为 2Q 由能量守恒有퐹·푥−2푄 = 1 2푚푣2 解得푄 = 1 2퐹·푥−1 4푚푣2 代入数据得：푄 = 0.235퐽 12.(18 分）如图所示，内圆半径为 r、外圆半径为 3r 的圆环区域内有垂直纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场．圆环左侧的平行板电容器两板间电压为 U，靠近 M 板处静止释放质量为 m、电量为 q 的正离 子，经过电场加速后从 N 板小孔射出，并沿圆环直径方向射入磁场，不计离子的重力，忽略平行板外的电 场．求： (1)离子从 N 板小孔射出时的速率； (2)离子在磁场中做圆周运动的周期； (3)要使离子不进入小圆区域，电压 U 的取值范围． 【答案】(1)离子从 N 板小孔射出时的速率为 2푞푈 푚 ； (2)离子在磁场中做圆周运动的周期为2휋푚 푞퐵 ； (3)要使离子不进入小圆区域，电压 U 的取值范围是：푈 ≤ 8푞푟2퐵2 푚 ． 【解析】(1)设离子射入匀强磁场时的速率为 v，由动能定理得： 푞푈 = 1 2푚푣2−0， 解得：푣 = 2푞푈 푚 ； (2)设离子在磁场中做圆周运动的半径为 R，离子所受洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可可得： 푞푣퐵 = 푚푣2 푅 ， 周期：푇 = 2휋푅 푣 ， 解得： = 2휋푚 푞퐵 ； (3)若离子恰好不进入小圆，设离子与小圆相切时轨道半径为푅0，此时轨迹如图所示，几何关系得：푅20 +(3푟)2 = (푅0 +푟)2， 解得：푅0 = 4푟，又푅 ≤ 푅0， 由牛顿第二定律得：푞푣퐵 = 푚푣2 푅 ， 由牛顿第二定律得：푞푈 = 1 2푚푣2−0， 解得：푈 ≤ 8푞푟2퐵2 푚 ；