2020届北京市大兴区高三物理一模试题（ 含答案）

1 2019～2020学年度北京市大兴区高三第一次综合练习高三物理2020.4 一. 单项选择题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意，每小题3分，共42分 1．下列说法正确的是（ ） A． 是α衰变方程 B． 是β衰变方程 C． 是核聚变反应方程 D． 是核裂变反应方程 2．a、b 两种单色光组成的光束从空气进入介质时，其折射光束如图所示。则关 于 a、b 两束光，下列说法正确的是（ ） A．介质对 a 光的折射率小于 b 光 B．a 光在介质中的速度小于 b 光 C．a 光在真空中的波长小于 b 光 D．光从介质射向空气时，a 光的临界角小于 b 光 3．一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，t=0 时刻的波形如图中实线所示， t＝0.3s 时刻第一次出现图中虚线所示的波形，则（ ） A．质点 P 的运动方向向右 B．这列波的周期为 1.2 s C．这列波的波长为 12 m D．这列波的传播速度为 60 m/s 4．如图所以，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在 玻璃管中。实验中把柱塞向下缓慢按压使气柱体积变小（保持空气柱质量和温度不 变），若玻璃管中封闭的气体可视为理想气体，对于这个过程下列分析正确的是（ ） A. 对管壁单位面积的平均作用力增大 B. 分子间平均距离增大 C. 分子平均动能增大 D. 气体从外界吸收热量，内能增大 5．我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。2018 年年 5 月 9 日发射 的“高分五号”轨道高度约为 705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为 36 000 km，它们都绕地球做圆周运动。可以推断“高分五号”比“高分四号”小的物理量是（ ） A．周期 B．角速度 C．线速度 D．向心加速度 6．1831 年 8 月 29 日，法拉第经历近十年的研究终于在一次实验中发现了 电磁感应现象：把两个线圈绕在同一个铁环上（如图），一个线圈接到电源上，另 一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电的瞬间，另一个线圈中也出现 了电流。之后他设计出几十个关于“电磁感应”现象的实验，并把它们总结成五类 情况，请结合你学习电磁感应知识判断以下哪个选项不属于这五类现象（ ） A．恒定的电流 B．变化的磁场 C. 运动的磁铁 D．在磁场中运动的导体 7．如图所示，理想变压器的原线圈通过保险丝接在一个交变电源上，交变 电压瞬时值随时间变化的规律为 ，副线圈所在电路中接有电 灯 L、电阻 R、理想交流电压表和理想交流电流表。已知理想变压器原、副线圈匝 数比为 5：1，电灯额定功率为 44W，电阻阻值为 22 Ω，电灯以额定功率正常工作。 则（ ） A．电压表示数为 62.5 V B．电流表示数为 2 A C．通过保险丝的电流为 15 A D．电阻消耗功率为 88 W 8．雨滴在空气中由静止开始沿竖直方向下落，雨滴运动的速度 v 随时间 t HeCHN 4 2 12 6 1 1 15 7 +→+ nPAlHe 1 0 30 15 27 13 4 2 +→+ γ+→+ HeHH 3 2 1 1 2 1 HeThU 4 2 234 90 238 92 +→ )v(sin2220 tU ω=2 的变化关系如图所示，经过时间 t1，速度达到 v1，经过时间 t2（t2 = 2t1），速度达到 vm，此后雨滴以 速度 vm 做匀速直线运动。下列说法正确的是（ ） A．在 0～t1 时间内，雨滴运动的加速度逐渐增大 B．在 0～t1 时间内，雨滴受到的阻力逐渐增大 C．在 0～t1 与 t1～t2 两段时间内重力对雨滴做的功相等 D．在 0～t1 与 t1～t2 两段时间内雨滴所受重力的冲量不相等 9．.如图所示为伽利略斜面实验的频闪照片。小球沿左侧斜面从静止状态开始向下运动，将“冲”上右 侧的斜面。减小右侧斜面的倾角，如图中 1、2 所示，球达到同一高度时就会运动的更远。右侧斜面放平， 球的运动如图中 3 所示。若小球释放高度固定，在斜面上可视为匀变速直线 运动，下列分析中正确的是（ ） A．小球在右侧斜面 1 和 2 向上运动时所受合外力方向相同 B．小球在斜面 1 上运动的加速度小于在斜面 2 上运动的加速度 C．在斜面 1 合外力对小球做的功等于在斜面 2 上合外力对小球做的功 D．因为在水平面上小球只受到向前的冲力，所以小球在平面 3 上运动的 更远 10．在匀强磁场中有一带正电的粒子甲做匀速圆周运动，当它运动到 M 点时，突然沿运动方向的反方 向放出一个不带电的粒子乙，形成一个新的粒子丙。如图所示，用实线表示粒子甲运动的轨迹，虚线表示 粒子丙运动的轨迹。若不计粒子所受重力及空气阻力的影响，则粒子甲和粒子丙运动的轨迹可能是 （ ） 11．如图（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图。线圈的 ab 边连在金 属滑环 K 上，cd 边连在金属滑环 L 上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑 环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是 （ ） （a） （b） （c） （d） （e） A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B．从图（b）开始计时，线圈中电流 i 随时间 t 变化的关系是 C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变 D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab 边感应电流方向为 a→b m sini I tω= 甲 丙 A M 甲 丙 C M 甲 丙 D M 甲 丙 B M3 12．如图所示ABC为等边三角形，电荷量为 +q 的点电荷Q 1固定在A点．先 将一电荷量也为 +q的点电荷Q 2从无穷远处（ 电势为 0 ）移到C点，此过程中， 电场力做功为 - W．再将 Q2 从C点沿CB移到B点．下列说法正确的是 （ ） A．+q从无穷远处移到C点的过程中，电势能减少了W B．+q在移到B点后的电势能为W C．Q2 在C点的电势为 -W/q D．+q从C点移到B点的过程中，所受电场力做负功 13．如图所示，在一端封闭、长约1m的玻璃管内注满清水，水中放一个红蜡做的小圆柱体R（R视为 质点）。现将玻璃管轴线与竖直方向y轴重合，在小圆柱体R上升刚好到达匀速时的起点位置记为坐标原点 O，同时玻璃管沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动（不影响小 柱体竖直方向的运动）。小圆柱体R依次经过平行横轴的三条水平线上的 A、B、C位置，在OA、AB、BC 三个过程中沿y轴方向的高度均相等，则 小柱体在OA、AB、BC三个过程中，则下面结论中正确的是 （ ） A．水平位移的大小之比为1∶4∶9 B．动能增量之比为 1∶2∶3 C．机械能的变化量 1∶1∶1 D．合外力的冲量大小之比 1∶1∶1 14．根据生活经验可知，处于自然状态的水都是往低处流的，当水不再流动时，水面应该处于同一高 度。在著名的牛顿“水桶实验”中发现：将一桶水绕竖直固定中心转轴 OO′以恒定的角速度转动，稳定时水 面呈凹状，水桶截面图如图所示。这一现象可解释为，以桶为参考系，其中的水 除受重力外，还受到一个与转轴垂直的“力”，其方向背离转轴，大小与到轴的垂直 距离成正比。水面上的一个小水滴在该力作用下也具有一个对应的“势能”，在重力和 该力的共同作用下，水面上相同质量的小水滴最终将具有相同的总势能。根据以 上信息可知，下列说法中正确的是 （ ） A. 该“力”对水面上小水滴做功与路径有关 B. 小水滴沿水面向上移动时，该“势能”不变 C. 小水滴沿水面向上移动时，重力势能的增加量等于该“势能”的减少量 D. 小水滴沿水面向上移动时，受到重力和该“力”的合力大小不变 二、实验探究题。（本题共 2 小题，共 18 分） 15．（1）张老师在“探究楞次定律”的实验中，如图甲、乙、丙所示是实验中连接的三个回路。其中图 甲是将一节旧电池和电流计通过开关连接，通过“试触”操作，其实验目的是 ； 完成图甲实验操作后，把电流计与螺线管 B 连接，将图丙中的螺线管 A 插入图乙中的螺线管 B 中，闭合 电键 K 的瞬间，图乙中电流计的指针向右偏转，保持电键闭合状态，再观察图乙中电流计指针 （ 填“向左偏” “向右偏” “不偏” ）；然后将图丙中滑动变阻器的滑片 P 向右滑动的过程中，观察图乙中电 流计指针 （填“向左偏” “向右偏” “不偏”）。4 (2) 某同学用下图所示的装置进行调节并观察实验现象： ① 图甲、图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_______（填“甲”或“乙”） ②下述现象中能够观察到的是 （填选项前字母） A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 D．只去掉滤光片后，干涉条纹消失 16．某同学欲用图甲所示装置探究“加速度与力、质量的关系”。实验中砂和砂桶的总质量为 ，小车 和砝码的总质量为 M。 ① 实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板上滑轮的高度，使细线 与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是 A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节 m 的大 小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给 打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀 速运动。 ② 图乙是实验中得到的一条纸带，O、A、B、C、D、E、F、G 为 8 个相邻的计数点，相邻的两个 计数点之间还有四个点未画出，已知打点计时器的工作频率为 50 Hz。该同学计划利用 v - t 图像计算小车 的加速度。首先用刻度尺进行相关长度的测量，其中 CE 的测量情况如图丙所示，由图可知 CE 长为 cm，依据此数据计算打点计时器打下 D 点时小车的速度为 m/s，同理可计算出 A、B、C、E、F 各 点小车的速度，描绘出小车的 v - t 图像，由图线可得出小车的加速度大小。 ③ 利用控制变量法多次测量，总结得出：当物体质量相同时，加速度跟物体所受合外力成正比； 当_____________________________________________________________。 ④ 综合上述实验结论，如何得出牛顿第二定律？（简述得出过程） 。 三、论述计算题。（解答要求：写出必要的文字说明、方程式和结果。有数值计算的题，结果必 m 图甲 0 105 须明确写出数值和单位，本题共 4 小题，共 40 分） 17．（9 分）汽车 A 在水平冰雪路面上行驶，驾驶员发现其正前方停有汽车 B，立即采取制动措施，但 仍然撞上了汽车 B，两车碰撞时和两车都完全停止后的位置如图所示，碰撞后 B 车向前滑动了 4.5m，已知 B 车的质量为 1.5×103kg，两车与该冰雪路面间的动摩擦因数均 为 0.1，在碰撞后车轮均没有滚动，可近似认为做匀变速直线 运动，重力加速度大小 g=10m/s2，求： （1）碰撞后 B 车运动过程中加速度的大小和方向； （2）碰撞后的瞬间 B 车速度的大小； （3）经查阅车辆的碰撞时间约为 0.03s，请以此数据 可求出碰撞过程中 B 车所受的平均作用力。 18．（9 分）图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图。整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的 AB 段轨 道与四分之一光滑圆弧轨道 BC 在 B 点水平相切。点 A 距水面的高度为 4.0 m，圆弧轨道 BC 的半径为 1.8 m， 圆心 O 恰在水面处。一质量为 60 kg 的游客（视为质点）可从轨道 AB 上任意位置滑下，不计空气阻力， 重力加速度大小 g =10m/s2。 （1）若游客从 A 点由静止开始滑下，到 B 点时沿切线方向滑离轨道落在水面 D 点，求落点 D 到 O 距离 x 及 运动过程 AB 段轨道摩擦力对游客所做的功 W f ； （2）若游客从 AB 段某处滑下，恰好停在 B 点，后受到微小扰 动，继续沿圆弧轨道滑到 P 点后滑离轨道， 以水面为重力势能零点，证明：游客到达 P 点时的重力势能是 其动能的 2 倍。 19．（10 分）物理学中将带电粒子的电荷量与其质量之比称为比荷，根据某带电粒子在电场和磁场中6 受力及运动情况，可以得出它的比荷。如图是阴极射线管，左端正负极接高压电源可从阴极 K 水平向右发 射带电粒子束（也叫阴极射线），当图中金属板 D1、D2 之间未加电场时，粒子束不偏转，最终运动到屏上 P1 点。按图示方向在 D1、D2 之间施加电场 E 之后，粒子束发生偏转并运动到屏上 P2 点。 （1）判断该粒子束的电性，简要说明理由。 （2）为了抵消阴极射线的偏转，使它沿水平方向直接运动到 P1，需要在两块金属板 D1、D2 之间的区 域再施 加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场。若已知金属板 D1、D2 间距离 d，两板间的电压 U，磁场的 磁 感应强度 B。 a. 请判断磁场的方向并求出阴极射线速度 v 的表达式。 b. 去掉 D1、D2 间的电场，阴极射线经 N 点（图中未画出）离开磁场打到在屏上 P3 点。若已知 P3 到 N 点水 平距离为 D，竖直距离为 h，金属板 D1、D2 的板长为 L，请推导出阴极射线中粒子的比荷 q/m 的表达 式。 20．（12 分）经典理论认为，氢原子核外电子在库仑力作用下绕固定不动的原子核做圆周运动。已知 电子电荷量的大小为 e，质量为 m，静电力常量为 k，取无穷远为电势能零点，系统的电势能可表示为 ，其中 r 为电子与氢原子核之间的距离。 （1）设电子在半径为 r1 的圆轨道上运动； a. 推导电子动能表达式； b. 若将电子的运动等效成环形电流，推导等效电流的表达式； （2）在玻尔的氢原子理论中，他认为电子的轨道是量子化的，这些轨道满足如下的量子化条件 ，其中 n=1，2，3……称为轨道量子数，rn 为相应的轨道半径，vn 为电子在该轨道上做圆周 运动的速度大小，h 为普朗克常量。 a. 氢原子中电子的轨道量子数为 n 时，推导轨道的半径及电子在该轨道上运动时氢原子能量的表达式。 b. 假设氢原子甲的核外电子从第 2 轨道跃迁到第 1 轨道的过程中所释放的能量，恰好被量子数 n=3 的 氢原子 乙吸收并使其电离，不考虑跃迁或电离前后原子核所受到的反冲，推导氢原子乙电离出的电子动能表 达式。 物理参考答案及评分标准 一、单项选择题。 2 p keE r = − n n 2π hmv r n=7 1.C 2.A 3.B 4.A 5.D 6.A 7.D 8.B 9.C 10.B 11.C 12.B 13.D 14.C 二、实验探究题。（本题共 2 小题，共 18 分） 15.（1）判别电流表指针的偏转方向与电流方向关系；（2 分）不偏；（1 分）向左偏（2 分） （2） ①图甲（1 分） ② AC（2 分） 16. （1）B（2 分） ；（2）10.60（±0.02）cm（2 分） 0.52~0.54 m/s（2 分） （3）物体所受合外力 F 不变时，加速度跟质量 M 成反比（2 分） （4）由实验结论可得出 a∝或 F∝ma，可写为 F=kma，规定 1N=1kgm/s2 则 k=1， 公式简化为 F=ma （2 分） 三、论述计算题。（解答要求：写出必要的文字说明、方程式和结果。有数值计算的题，结果必须明 确写出数值和单位，本题共 4 小题，共 40 分） 17. 解： （1）B 车碰后水平方向只受滑动摩擦力，牛顿第二定律 μmg=ma （2 分） 可得加速度大小为 a=μg =1.0m/s2 （1 分） 方向与运动方向相反（向左,向后） （1 分） （2）由匀变速公式 2ax=v2 解得 v=3.0m/s （其它方法均可得分） （2 分） （3）两车碰撞过程以 B 车为研究对象，由于碰撞时间很短， A 车对 B 车的作用力很大，可忽略此过程中 B 车所受的滑动摩擦力， 由动量定理 Ft=mv （2 分） 解得 F=1.5×105N （1 分） 说明：利用牛顿第二定律得出同样给分，不忽略滑动摩擦力不扣分。 18. 解：（1）游客从 B 点做平抛运动有:：x = vB t， （2 分） 解得：vB = 3.6m （1 分） 从 A 到 B，根据动能定理有: （2 分） 解得：Wf =-240J （1 分） （2）证明：设 OP 与 OB 间夹角为 θ，游客在 P 点时的速度为 ，受支持力为 N，P 点距水面高度 h。 从 B 到 P 由机械能守恒可得： （1 分） 过 P 点时，根据向心力公式，有： ，N = 0， （1 分） 解得： 可证： （1 分） 19.（1）粒子束经过电场时受到向下的场力偏转，场强方向向上，所以带负电荷 （2 分） （2）a. 磁场力方向与电场力方向相反，由左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向外 （1 分） 由题意可得出当电场力大小等于磁场力，粒子束所受合力为零，做匀速直线运动 有 :Eq=qvB （1 分） 代入关系式 E= 可得速度表达式 v = （2 分） b. 粒子进入磁场中，在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动，离 开磁场后做匀速直线运动， 如图所示由牛顿第二定律 qvB = （2 分） 2 2 1 gtR = ( ) 02 1 2 −=+− Bf mvWRHmg pv ( ) 02 1cos 2 −=− pmvRRmg θ R vmNmg p 2 cos =−θ R h=θcos Rh 3 2= 2 2 3pv gR= 212 2 pmgh mv= U d U dB 2mv R8 关系式： 解得： （2 分） 20．解：（1）a.电子绕氢原子核做匀速圆周运动时，库仑力提供电子做圆周运动的向心力： 所以电子运动的动能为： （3 分） b. 由库仑力提供向心力可得： 所以电子运动形成的等效电流： 解得： （3 分） （2）a.由库仑力提供向心力可得： 又有： 联立可以解得： （1 分） （1 分） 系统总能量为： 代入可得： （1 分） b. 由 可得：电子在 n=1，n=2，n=3 轨道上的能量分别为： ， ， 电子从 n=2 轨道跃迁到 n=1 轨道上时释放的能量为： 这个能量被处于 n=3 轨道上的乙电子吸收，发生电离，根据能量守恒得： 代入数据解得： （结果正确得 3 分） （3 分） 22 sin Dh h R L + ==θ 222222 DhdLB Uh DhLB Eh m q + = + = 1 2 1 2 1 2 r vmr ek = 1 2 2 11 22 1 r ekmvEk == 2 2 12 2 1 4πek m rr T = eI T = 2 1 12π e kI r mr = 22 n 2 n n vek mr r = n n 2π hmv r n= 2 2 n 2 24π n hr ke m = 2 n 2πkev nh = 2 2 n n n 1 2 eE mv k r = − 2 2 4 n 2 2 2π k e mE n h = − 2 2 4 n 2 2 2π k e mE n h = − 2 422 1 2- h mekE π= 2 422 2 4 2- h mekE π= 2 422 3 9 2- h mekE π= 2 422 2 422 2 422 12 2 32 4 2- h mek h mek h mekEEE πππ =     −−     =−=∆ kEEE +=+∆ 03 2 422 18 23 h mekEk π=