北京市西城区2020届高三诊断性测试物理试题（含答案）

北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 1 页（共 18 页） 45° 空气 介质 30° 西 城 区 高 三 诊 断 性 测 试 物 理 2020.5 本试卷共 8 页，100 分。考试时长 90 分钟。考生务必将答案写在答题卡上，在试卷上 作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。  第一部分 本部分共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合 题目要求的一项。 1. 下列说法正确的是 A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动 B．液体分子的无规则运动称为布朗运动 C．物体温度降低，其内能一定增大 D．物体温度不变，其内能一定不变 2．一束光从某种介质射入空气，折射光路如图所示，则 A．该介质的折射率约为 0.71 B．该介质的折射率约为 1.41 C．进入空气后这束光的速度变慢，波长变长 D．进入空气后这束光的频率增高，波长变短北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 2 页（共 18 页） 3. 处于 n = 3 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时 A．能辐射 2 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子频率最大 B．能辐射 2 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级放出的光子频率最大 C．能辐射 3 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子波长最长 D．能辐射 3 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级放出的光子波长最长 4．关于气体的压强，下列说法正确的是 A．单位体积内的分子数越多，气体的压强就越大 B．分子的平均动能越小，气体的压强就越小 C．一定质量的理想气体，体积越大，温度越低，气体的压强就越小 D．一定质量的理想气体，体积越大，温度越高，气体的压强就越大 5．一交流电源的输出电压为 u=Um sinωt，其中 Um = 311V，ω = 100π rad/s，下列表述正确 的是 A．该电源输出的交流电的频率是 100Hz B．该电源输出的交流电的周期是 0.05s C．若用交流电压表测量这一电源的输出电压，电压表示数为 311V D．若将一电阻为 50 Ω的电热器接在这一电源上，电热器的电功率约为 968W 6．手持软绳的一端 O 点在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成沿绳水 平传播的简谐波，P、Q 为绳上的两点。t=0 时 O 点由平衡位置出发开始振动，至 t1 时 刻恰好完成两次全振动，绳上 OQ 间形成如图所示的波形（Q 点之后未画出），则 A．t1 时刻之前 Q 点始终静止 B．t1 时刻 P 点运动方向向上 C．t1 时刻 P 点刚好完成一次全振动 O QP北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 3 页（共 18 页） D．t=0 时 O 点运动方向向上 7．1970 年 4 月 24 日，我国第一颗人造地球卫星“东方红 1 号”发射成功，经过航天人 半个世纪的不懈努力，我国的航天事业取得了辉煌的成绩，实现了载人航天飞行，开 展了月球探测工程，即将建成北斗卫星导航系统。关于绕地球做匀速圆周运动的人造 地球卫星，下列说法正确的是 A．根据公式 v＝ωr 可知轨道半径越大，卫星的速度也越大 B．根据公式 a＝ω2r 可知轨道半径越大，卫星的加速度也越大 C．轨道半径增大到原来的 2 倍时，卫星需要的向心力减小为原来的 D．轨道半径增大到原来的 2 倍时，卫星需要的向心力减小为原来的 8．甲、乙两辆汽车分别在同一平直公路的两条车道上同向行驶，t=0 时刻它们恰好经过同 一路标。0~t2 时间内，两辆车的 v-t 图像如图所示，则 A．t1 时刻甲车追上乙车 B．t2 时刻甲车的加速度大小大于乙车的加速度大小 C．0~t2 时间内甲车的平均速度大小为 D．0~t2 时间内甲车的平均速度大于乙车的平均速度 1 2 1 4 1 2 2 +v v t v 0 t1 t2 v1 v2 甲 乙北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 4 页（共 18 页） A B C 9. 壁球是一种对墙击球的室内运动，如图所示，某同学分别在同一直线上相同高度的 A、B、C 三个位置先后击打壁球，结果都使壁球垂直击中墙壁同一位置。设三次击 打后球到达墙壁前在空中飞行的时间分别为 t1，t2，t3，到达墙壁时的速度分别为 v1，v2，v3，不计空气阻力，则 A．t1>t2>t3，v1>v2>v3 B．t1>t2>t3，v1=v2=v3 C．t1=t2=t3，v1>v2>v3 D．t1=t2=t3，v1=v2=v3 10. 如图所示，一带正电的点电荷固定于 O 点，图中虚线为以 O 为 圆心的一组等间距的同心圆。一带电粒子以一定初速度射入点 电荷的电场，实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，a、b、c 为运动轨迹上的三点。则该粒子 A．带负电 B．在 c 点受静电力最大 C．在 a 点的电势能小于在 b 点的电势能 D．由 a 点到 b 点的动能变化量大于由 b 点到 c 点的动能变化量 11. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形 导体环。规定导体环中电流的正方向如图 1 所示，磁场方向向上为正方向。当磁感应强 度 B 随时间 t 按图 2 变化时，导体环中感应 电流随时间变化的图像是 图 2 10 t/s B 2 3 4 5 B0 -B0 B I 图 1 A 10 t/s I 2 3 4 5 I0 -I0 B 10 t/s I 2 3 4 5 I0 -I0 C 10 t/s I 2 3 4 5 I0 -I0 D 10 t/s I 2 3 4 5 I0 -I0 a b c O北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 5 页（共 18 页） 12. 如图所示，轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁下端放一个 固定的闭合导体线圈，将磁铁托起到一定高度后由静止放开，使磁极上 下振动时穿过线圈。有关磁铁由最高点运动到最低点的过程下列说法正 确的是 A．磁铁克服弹簧弹力做的功等于磁铁重力做的功 B．磁铁克服弹簧弹力做的功大于磁铁重力做的功 C．弹簧弹性势能的增加量等于磁铁重力势能的减少量 D．弹簧弹性势能的增加量小于磁铁重力势能的减少量 13. 频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门 处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动 的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。右图是小球自由 下落时的频闪照片示意图，某同学以下落过程中的某一点为原点，竖直向 下为正方向建立坐标轴，并测量各时刻的位置坐标 x1、x2、x3、x4。为了利 用频闪照片证明自由落体运动是匀加速直线运动，以下几种方案合理的是 A．看各位置坐标 x1、x2、x3、x4 是否成等差数列 B．看各相邻位置坐标差（x1-0）、（x2-x1）、（x3-x2）、（x4-x3）是否成等差 数列 C．作 x-t 图，看图线是否为一条直线 D．作 x-t2 图，看图线是否为一条直线 14. 北京时间 2019 年 4 月 10 日，人类历史上首张黑洞“照片” （如图）被正式披露，引起世界轰动；2020 年 4 月 7 日“事 件视界望远镜（EHT）”项目组公布了第二张黑洞“照片”，呈 现了更多有关黑洞的信息。黑洞是质量极大的天体，引力极强。 一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。例如，发生在黑洞里的事件 不会被黑洞外的人所观察到，因此我们可以把黑洞的视界作为黑洞的“边界”。 在黑 洞视界范围内，连光也不能逃逸。 由于黑洞质量极大，其周围时空严重变形。这样，即使是被黑洞挡着的恒星 x1 x2 x3 x4 0 N S北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 6 页（共 18 页） 发出的光，有一部分光会落入黑洞中，但还有另一部分离黑洞较远的光线会绕过 黑洞，通过弯曲的路径到达地球。 根据上述材料，结合所学知识判断下列说法正确的是 A. 黑洞“照片”明亮部分是地球上的观测者捕捉到的黑洞自身所发出的光 B. 地球观测者看到的黑洞“正后方”的几个恒星之间的距离比实际的远 C. 视界是真实的物质面，只是外部观测者对它一无所知 D. 黑洞的第二宇宙速度小于光速 c北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 7 页（共 18 页） 第二部分 本部分共 6 题，共 58 分。 15. （10 分） 通过实验测量金属丝的电阻率。 （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，某次测量示数如图 1 所示，可得金属丝直径的测量值 d= mm。 （2）按图 2 所示的电路测量金属丝的电阻 Rx（阻值约为 5Ω）。实验中除开关、若干导线之外还提供了下列器材： 器材（代号） 规格 电压表（V1） 量程 0～3V，内阻约 3kΩ 电压表（V2） 量程 0～15V，内阻约 15kΩ 电流表（A1） 量程 0～3A，内阻约 0.01Ω 电流表（A2） 量程 0～0.6A，内阻约 0.1Ω 滑动变阻器（R1） 总阻值约 20Ω 滑动变阻器（R2） 总阻值约 500Ω 电源（E） 电动势约为 3.0V 从以上器材中选择合适的器材进行测量，电压表应选 ，电流表应 选 ，滑动变阻器应选 （填器材代号）。 （3）若通过测量获得，金属丝的长度 l、直径 d，电阻 Rx，由此可计算得出金属丝的 电阻率 ρ= 。 （4）如果将器材中的滑动变阻器 R1、R2 分别接入图 2 的电路中，调节滑动变阻器的 滑片 P 的位置，以 R 表示滑动变阻器可接入电路的最大阻值，以 RP 表示滑动变 阻器接入电路的电阻值，以 U 表示 Rx 两端的电压值。在图 3 中所示的两条曲线 A V 图 2 Rx RE S P 25 200 图 1北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 8 页（共 18 页） 中，表示接入 R1 时的 U 随 变化的图像是 （选填 a 或 b），并根据图像回 答，本实验选择滑动变阻器 R1 或 R2 进行实验的理由。 PR R 图 3 U PR R a b 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 9 页（共 18 页） 16．（8 分） 某同学用如图所示的装置，通过 A、B 两球的碰 撞来验证动量守恒定律。 （1）在以下测量工具中，本实验必须使用的是___。 A．刻度尺 B．游标卡尺 C．秒表 D．天平 （2）实验中需要满足的条件是 。 A．斜槽轨道的末端切线必须水平 B．入射球 A 每次必须从轨道同一位置由静止释放 C．两球材质必须相同 D．两球质量应满足 mA > mB E．两球半径应满足 rA = rB （3）实验时，先让入射球 A 从斜槽上的起始位置由静止释放，多次重复，找到其平均 落点的位置为 P；然后，把被碰小球 B 置于水平轨道的末端，再将入射小球 A 按实验要求从斜槽上释放，与小球 B 相撞，多次重复，分别找到球 A 和球 B 相 撞后的平均落点 M、N。 该同学在用不同的小球多次重复实验时发现，A 球的初始落点 P，碰后 A 球 的落点 M，被碰球 B 的落点 N，它们自左向右的排序始终是一样的。对此，他 得出结论：若碰撞中不考虑机械能损失，两球的质量只要满足 mA>mB，则 M、 P、N 的排列顺序不变。请通过分析说明他的结论是否成立。 M P NO A B北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 10 页（共 18 页） 17.（8 分） 城市进入高楼时代后，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题，由物理学知识 可知，即使是很小的物体从高处坠落也可能对人造成严重的伤害。 设一个 50 g 的鸡蛋从 16 楼的窗户自由落下，相邻楼层的高度差约为 3 m，鸡蛋下 落起点距地面的高度约为 45m，鸡蛋撞击地面后速度减为 0。为便于估算，不计空气 阻力，不计与地面撞击过程中鸡蛋的重力，g 取 10m/s2。 （1）求鸡蛋与地面撞击前的速度大小，以及撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小； （2）若鸡蛋与地面撞击的时间为 3×10-3s，求鸡蛋对地面的平均冲击力的大小。北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 11 页（共 18 页） 18. （8 分） 斜面是一种简单机械，在我国战国时期，墨子所作的《墨经》一书中就记载了利 用斜面来提升重物的方法。 在日常生活中经常会使用斜面，例如卡车装载大型货物时，常会在车尾斜搭一块 木板，工人将货物沿木板推入车厢，如图 1 所示。将这一情境简化为图 2 所示的模型。 已知，货物质量为 m，货物与斜面间的动摩擦因数为µ，重力加速度为 g。 （1）若斜面倾角为θ，对静止放置于斜面的货物做受力分析，并计算货物受到的摩擦 力的大小； （2）现用平行于斜面的力将货物沿斜面从底端匀速推到顶端。甲工人认为斜面倾角越 小推送货物的过程推力对货物做功越少；乙工人认为斜面倾角越大推送货物的 过程推力对货物做功越少。将货物看作质点，请通过计算判断谁的观点是正确 的。 19. （12 分） 如图所示，在垂直纸面向里的磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，一个静止于 P 点的放射性元素氡的原子核 发生了一次α衰变，变为钋（ ）。放射出的α粒子 （ ）和生成的新核钋（ ）均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知α粒 子的质量为 m，电荷量为 q。 （1）写出 发生α衰变的核反应方程，并定性画出新核钋（ ）和α粒子的运动 轨迹。 222 86 Rn Po 4 2 He Po 222 86 Rn Po m θ 图 2 图 1北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 12 页（共 18 页） （2）新核钋（ ）和α粒子的圆周运动均可等效成一个环形电流，求α粒子做圆周运 动的周期 T 和环形电流大小 I。 （3）磁矩是描述环形电流特征的物理量，把粒子做圆周运动形成的环形电流与圆环面 积的乘积叫做粒子的回旋磁矩，用符号 μ 表示。设α粒子做圆周运动的速率为 v， 试推导α粒子回旋磁矩 μα的表达式，并据此比较α粒子和新核钋（ ）做圆周 运动的回旋磁矩的大小关系。 20. （12 分） （1）某实验小组用学过的方法研究玩具电动机的伏安特性曲线，其中待测电动机的 额定电压为 4.0 V。下表为实验小组的实验记录。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电压 U/V 0 0.46 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 电流 I/A 0 0.18 0.40 0.61 0.80 0.64 0.75 0.84 0.90 现象 电动机没有转动 电动机转动，且转速随电压增大而增大 a. 求电动机在额定电压下工作时的电功率。 b. 实验小组通过分析数据发现随电压逐渐增大，电压与电流的比值先几乎不变， 后逐渐增大，他们根据 ，认为电动机的电阻是先不变后增大的。请判 断以上推理是否正确并说明理由。 Po Po UR I = B P北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 13 页（共 18 页） （2）发电机和电动机在结构上具有相似性，因此电动机也可以作为发电机使用。如 图 1 所示，用 R 表示玩具电动机线圈的等效电阻，将电动机接在一电动势为 E、内阻不计的电源两端，电动机的转轴上缠有足够长的轻绳，绳下端悬挂一 质量为 m 的重物，最终可以使重物匀速上升。如图 2 所示，若将原电路中的电 源去掉，将玩具电动机作为发电机使用，轻绳在轴上的缠绕方向不变，悬挂的 重物质量相同，重物最终以速率 v 匀速下落。为简化问题研究，认为玩具电动 机作为发电机使用时，线圈匀速转动产生大小恒定的电动势；不考虑各部分的 摩擦阻力的影响，认为电动机或发电机线圈匀速转动时所受安培力大小与所挂 重物重力大小成正比，与线圈转动速度无关。 a．图 1 和图 2 中通过电阻 R 的电流方向 （选填“相同”或“相反”）。 b．已知重力加速度为 g，求图 1 中重物匀速上升的速度大小 u。 R m uE R m v 图 2图 1北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 14 页（共 18 页） 西 城 区 高 三 诊 断 性 测 试 物理参考答案 2020.5 第一部分共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。 1. A 2. B 3. C 4. C 5. D 6. C 7. D 8. D 9. C 10. D 11. A 12. D 13. B 14. B 第二部分共 6 题，共 58 分。 15.（10 分） （1）0.233（±0.01） （2 分） （2）V1 A2 R1 （3 分） （3） （2 分） （4）a （1 分） 由图像可知，选用 R1 进行实验时，Rx 的电压可以随滑动变阻器滑片的移动距离接近均 匀变化，有利于采集到多组数据。 （2 分） 16.（8 分） （1）AD （2 分） （2）ABDE（2 分） （3）若碰撞过程没有机械能损失 2 4 xd R l π北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 15 页（共 18 页） 则 解得 若 ，则 根据 可得 ，即 （4 分） 17.（8 分） （1）根据机械能守恒定律 （2 分） 解得鸡蛋撞击地面前的速度大小 （1 分） 以向下为正方向，根据动量定理 （1 分） 撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小为 1.5N·s （1 分） （2）根据 解得 （2 分） 0 2 2 2 0 1 1 1 2 2 2 A A A B B A A A B B m v m v m v m v m v m v = + = + 0 0 2,A B A A B A B A B m m mv v v vm m m m −= =+ + A Bm m> 0 0,A Bv v v v< > x vt= 0A Bx x x< < OM OP ON< < 21 2mgh mv= 2 30m/sv gh= = 0 1.5N sI p mv= ∆ = − = − ⋅ I Ft= 500NIF t = = −北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 16 页（共 18 页） 根据牛顿第三定律可知，鸡蛋对地面的平均冲击力大小为 500N （1 分） 18.（8 分） （1）受力分析如答图 1 所示 （1 分） 由共点力平衡关系可知 （2 分） （2）货物匀速上滑的过程受力如答图 2 所示 由共点力平衡关系可知 其中 （2 分） 推力 F 做功 其中 （1 分） 代入得 （1 分） 由此可知，θ越大，W 越小，所以乙工人的观点是正确的。 （1 分） 19.（12 分） （1） 发生α衰变的核反应方程为 （2 分） 新核钋（ ）和α粒子的运动轨迹如答图 3 所示 （2 分） （2）根据牛顿第二定律 解得 （1 分） f sinF mg θ= f N sin cos F mg F F mg θ θ = + = f NF Fµ= W Fx= sin hx θ= (1 cot )W mgh µ θ= + 222 86Rn 222 4 218 86 2 84Rn He+ Po→ Po 2vBqv m r = mvr Bq = θ 1 FN mg 答图 1 Ff θ 1 FN mg F Ff 答图 2 B P 答图 3 α粒子 新核北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 17 页（共 18 页） α粒子做圆周运动的周期 （1 分） 环形电流大小 （2 分） （3）由题意可得 将 代入得 （2 分） 根据动量守恒定律可知 发生α衰变生成的α粒子和新核钋（ ）动量大小相等， 方向相反，即 （1 分） 根据 ， ，故 （1 分） 20.（12 分） （1）a．电动机的额定功率为 （2 分） b．推理不正确。 （1 分） 电阻 反映了导体对电流的阻碍作用，在不考虑温度变化的情况下，导体的 电阻与电压以及电流无关。而电动机转动时为非纯电阻用电器，将电能转化为机械能和内 能，即 ，可见 ，所以不能根据电压与电流的比值判断电动机电阻的变 化。 （2 分） （2）a．相同 （2 分） 2 2r mT v Bq π π= = 2 2 q BqI T mπ= = 2I rαµ π= ⋅ mvr Bq = 2 2 mv Bαµ = 222 86Rn Po p pα = 钋 2 21 2 2k pE mv m = = m mα < 钋 αµ µ> 钋 =3.6WP UI= UR I = 2=UI I R P+ 机 U IR≠北京市西城区诊断性测试 高三物理 第 18 页（共 18 页） b．设图 1 和图 2 中通过电阻 R 的电流分别为 I1 和 I2 根 据 能 量 守 恒 定 律 ， 图 1 中 的 电 动 机 把 电 能 转 化 为 机 械 能 和 内 能 ， 有 （1 分） 图 2 中的发电机将机械能转化为电能，再转化为内能，有 （1 分） 由题意可知，两种情况下线圈受安培力大小相等 根据 可知 （1 分） 代入解得 （2 分） 2 1 1EI mgu I R= + 2 2mgv I R= F BIL= 1 2I I= vu E vmgR = −