2020届高三物理4月第四次测试试题（Word版附解析）

2020 届高三下学期物理 4 月第四次测试 一、单选题（本大题共 5 小题，共 25 分） 1.物理学的发展离不开科学家所做出的重要贡献。许多科学家大胆猜想，勇于质疑，获得了正 确的科学认知，推动了物理学的发展。下列叙述符合物理史实的是（　　） A. 汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，并精确地测出电子的电荷量 B. 玻尔把量子观念引入到原子理论中，完全否定了原子的“核式结构”模型 C. 光电效应的实验规律与经典电磁理论的矛盾导致爱因斯坦提出光子说 D. 康普顿受到光子理论的启发，以类比的方法大胆提出实物粒子也具有波粒二象性 【答案】C 【解析】 【详解】A．汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，并求出了电子的比荷，密立根精确地测出电 子的电荷量；故 A 错误； B．玻尔把量子观念引入到原子理论中，但是没有否定原子的“核式结构”模型；故B 错误； C．光电效应的实验规律与经典电磁理论的矛盾导致爱因斯坦提出光子说，故 C 正确； D．德布罗意受到光子理论的启发，以类比的方法大胆提出实物粒子也具有波粒二象性，故 D 错误。 故选 C。 2.如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B，再到状态 C，最后变化到状态 A， 完成循环。下列说法正确的是（　　） A. 状态 A 到状态 B 是等温变化 B. 状态 A 时所有分子的速率都比状态 C 时的小 C. 状态 A 到状态 B，气体对外界做功为 D. 整个循环过程，气体从外界吸收的热 量是 【答案】D 【解析】 0 0 1 2 p V 0 0 1 2 p V【详解】A．从状态 A 到状态 B，体积和压强都增大，根据理想气体状态方程 温度一定升高，A 错误。 B．从状态 C 到状态 A，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程 温度一定降低，分子平均速率减小，但平均速率是统计规律，对于具体某一个分子并不适应， 故不能说状态 A 时所有分子的速率都比状态 C 时的小，B 错误。 C．从状态 A 到状态 B，压强的平均值 气体对外界做功为大小 C 错误； D．从状态 B 到状态 C 为等容变化，气体不做功，即 ；从状态 C 到状态 A 为等压变化， 体积减小，外界对其他做功 对于整个循环过程，内能不变， ，根据热力学第一定律 得 代入数据解得 D 正确。 故选 D。 3.一宇航员到达半径为 R、密度均匀的某星球表面，做如下实验：如图甲所示，用不可伸长的 长为 L 的轻绳拴一质量为 m 的小球，轻绳上端固定在 O 点，在最低点给小球一初速度，使其 绕 O 点在竖直面内做圆周运动，测得绳的拉力大小 F 随时间 t 的变化规律如图乙所示。引力 常量 G 及图中 F0 均为已知量，忽略各种阻力。下列说法正确的是（　　） PV CT = PV CT = 0 0 0 2 3 2 2 P PP P += = 1 0 0 3 2B AW P V V PV= − =（ ） 2 0W = 3 0 0 0 0 0(2 )W P V V PV= − = 0U∆ = U W Q∆ = + 1 2 3 0Q W W W+ + + = 0 0 1 2Q PV=A. 该星球表面的重力加速度为 B. 小球过最高点的速度为 C. 该星球的第一宇宙速度为 D. 该星球的密度为 【答案】D 【解析】 【详解】AB．由乙图知，小球做圆周运动在最低点拉力为 7F0，在最高点拉力为 F0，设最高 点速度为 ，最低点速度为 ，在最高点 在最低点 由机械能守恒定律得 解得 ， 故 AB 错误。 C． 星球表面 该星球的第一宇宙速度 在 07F m 0F L m Gm R 03 4 F mGRπ 2v 1v 2 2 0 vF mg m L + = 2 1 07 vF mg m L − = 2 2 1 2 1 122 2mv mgL mv= + 0 2 2F Lv m = 0Fg m = 2 2 GMm vmg mR R = = 0F Rv m =故 C 错误； D．星球质量 密度 故 D 正确。 故选 D。 4.列车在空载时加速经过一段平直的路段，通过某点时速率为 ，加速度大小为 ；当列车满 载货物再次加速经过同一点时，速率仍为 ，加速度大小变为 ．设列车发动机的功率恒为 ，阻力是列车重力的 倍，重力加速度大小为 ，则列车空载与满载时的质量之比为 A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】因两次经过某点的速率相同，功率相同，由 可知牵引力相同；由牛顿第二定 律，空载时： ；满载时： ；联立解得： ，故选 B. 5.如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈 abcd 的边长 ， ，匝数为 n，线圈的总电阻为 r，线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于 磁场的 匀速转动，角速度为 ，线圈两端通过电刷 e、f 与阻值为 R 的定值电阻连接，从 线圈经过中性面开始计时，则 22 0F RgRM G mG = = 03 4 FM V mGR ρ = = π v 1a v 2a P k g 1 2 kg a kg a + + 2 1 kg a kg a + + ( ) ( )2 1 P kg a v kg a + + ( ) ( )1 2 P kg a v kg a + + PF v = 1F kmg ma− = 2F kMg Ma− = 2 1 kg aM m kg a += + 1ab cd L= = 2bc ad L= = 'OO ωA. 线圈中感应电动势的最大值为 B. 线圈值感应电动势随时间变化的函数表达式为 C. 经过 周期时间通过电阻 R 的电荷量为 D. 此发动机在上述工作状态下的输出功率为 【答案】D 【解析】 【详解】A．线圈产生感应电动势的最大值 故 A 错误； B．感应电动势随时间变化的表达式 故 B 错误； C．根据法拉第电磁感应定律有 根据闭合电路欧姆定律 联立可得 故 C 错误； D．线圈中感应电动势的有效值 1 2B L Lω 1 2cose nB L L tω ω= 1 4 1 2BL L R r+ 2 2 2 2 2 1 2 22( ) Rn B L L R r ω + 1 2mE nB S nB L Lω ω= = 1 2me E sin t nB L L sin tω ω ω= = B SE n nt t ∆Φ ∆= =∆ ∆ EI R r = + nB sq It R r ∆= = + 2 mEE =电流的有效值 交流发电机的输出功率即为电阻 R 的热功率 故 D 正确． 故选 D. 二、多选题（本大题共 3 小题，共 15 分） 6.如图所示，a、b 两束不同频率的单色光光束，分别从图示位置平行地由空气射向平静的 湖面， 湖底面水平且铺有反射材料，两束光经两次折射和一次反射后，一起从湖面 O 处射 出。下列说法正确的是 A. a 光在水中的传播速度比 b 光小 B. 两束光从 O 处射出时方向一定相同 C. 改变两束光的入射角，则两束光均有可能在 O 点的左侧发生全反射 D. 用相同的双缝干涉装置进行实验时，a 光的条纹间距较大 【答案】AB 【解析】 【详解】A.由光路图可知 a 光在水中的折射率较大，则 a 光在水中的传播速度比 b 光小； C. 两束光由水面射向空气时入射角均不能达到临界角，不可能发生全反射；D.由 可知， 用相同的双缝干涉装置进行实验时，a 光的波长小，条纹间距较小。 故选 AB。 7.一根张紧的水平弹性长绳上有 A、B 两点，相距 14m，B 点在 A 点的右方。一列简谐横波沿 此长绳向右传播，当 A 点的位移达到正方向最大时，B 点的位移恰好为零，且向下运动。经过 1s 后，A 点的位移为零，且向下运动，而 B 点的位移恰好达到负方向最大，则这列简谐横波 的波速可能为（　　） EI R r = + ( ) 2 2 2 2 2 2 1 2 22 Rn B L LP I R R r ω= = + lx d λ∆ =A. 4m/s B. m/s C. 10m/s D. 14m/s 【答案】BC 【解析】 【详解】由题，当 A 点的位移达到正最大值时，B 点的位移恰为 0，且向下运动，得到 (n=0，1，2，……) 根据题意，经过 1s 后，A 点的位移为 0，且向下运动，而 B 点的位移恰达到负最大值， 则有 ，(k=0，1，2，……) 则得到波长 ， 波速 当 n=0，k=0 时 当 n=1，k=l 时 v=10m/s 当 n=1，k=0 时 v=2m/s 由于 n，k 都是整数，v 不可能等于 14m/s 和 4m/s，故 BC 正确，AD 错误。 故选 BC。 8.如图甲所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩 弹簧至离地高度 处，滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块，通过传感器测量出滑 块的速度和离地高度 并作出如图乙所示滑块的 图象，其中高度从 0.2m 上升到 0.35m 范围内图象为直线，其余部分为曲线，以地面为零势能面，不计空气阻力，取 ， 14 3 3 4ABx n λ = +   1 4t k T = +   4 4 3 ABx n λ = + 4 4 1 tT k = + 14(4 1) 4 3T kv n λ += = + m/s 14 m/s3v = 0.1mh = h kE h− 210m/sg =由图象可知（　　） A. 小滑块的质量为 0.1kg B. 轻弹簧原长为 0.2m C. 弹簧最大弹性势能为 0.5J D. 小滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小为 0.4J 【答案】BC 【解析】 【详解】A．在从 0.2m 上升到 0.35m 范围内，△Ek=△EP=mg△h，图线的斜率绝对值为： 所以： m=0.2kg 故 A 错误； B．在 Ek-h 图象中，图线的斜率表示滑块所受的合外力，由于高度从 0.2m 上升到 0.35m 范围 内图象为直线，其余部分为曲线，说明滑块从 0.2m 上升到 0.35m 范围内所受作用力为恒力， 所示从 h=0.2m，滑块与弹簧分离，弹簧的原长的 0.2m。故 B 正确； C．根据能的转化与守恒可知，当滑块上升至最大高度时，增加的重力势能即为弹簧最大弹性 势能，所以 Epm=mg△h=0.2×10×（0.35-0.1）=0.5J 故 C 正确； D．由图可知，当 h=0.18m 时的动能最大；在滑块整个运动过程中，系统的动能、重力势能和 弹性势能之间相互转化，因此动能最大时，滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小，根 据能的转化和守恒可知 EPmin=E-Ekm=Epm+mgh-Ekm=0.5+0.2×10×0.1-0.32=0.38J 故 D 错误； 0.3 2N0.35 0.2 kEk mgh = = = =− 故选 BC。 三、实验题（本大题共 2 小题，共 12 分） 9.某同学用探究动能定理的装置测滑块的质量 M．如图甲所示，在水平气垫导轨上靠近定滑轮 处固定一个光电门．让一带有遮光片的滑块自某一位置由静止释放，计时器可以显示出遮光 片通过光电门的时间 t(t 非常小)，同时用米尺测出释放点到光电门的距离 s． (1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度 d，如图乙所示，则 d＝________ mm． (2)实验中多次改变释放点，测出多组数据，描点连线，做出的图像为一条倾斜直线，如图丙 所示．图像的纵坐标 s 表示释放点到光电门的距离，则横坐标表示的是______． A．t B．t2 C. D. (3)已知钩码的质量为 m，图丙中图线的斜率为 k，重力加速度为 g．根据实验测得的数据，写 出滑块质量的表达式 M＝____________________．(用字母表示) 【答案】 (1). (1)1.880 (2). (2)D (3). (3) 【解析】 【详解】(1)螺旋测微器的固定刻度读数为 1.5 mm，可动刻度读数为 0.01×38.0 mm＝0.380 mm，则最终读数为 1.880 mm． (2)滑块通过光电门的瞬时速度 ，根据动能定理得： ，解得： ，因为图线为线性关系图线， 可知横坐标表示 ，故选 D． (3)根据 知，图线的斜率为： ，解得滑块质量 ． 10.某实验小组要测量定值电阻 Rx 的阻值,实验室提供的器材规格如下： A.待测电阻 阻值约为 ) 1 t 2 1 t 2 2kmg md − dv t = ( ) ( ) 2 2 2 1 1 2 2 dmgs m M v m M t = + = + 2 22 m M ds mg t += 2 1 t 2 22 m M ds mg t += 2 2 m Mk dmg += 2 2kmgM md = − (Rx 100ΩB.电流表 G1 量程为 10mA,内阻 RG1 未知 C.电流表 G2 量程为 30mA,内阻 RG2 未知 D.电阻箱 最大阻值为 ) E.电池阻 节干电池 F.开关一只,导线若干 该小组根据现有的器材设计了如图所示的电路,实验过程如下： a.根据电路图,连接实验器材 b.先将电阻箱的阻值调到最大,然后闭合开关 S,调节电阻箱的阻值,记录电流表 的示数 和 电流表 的示数, 及对应的电阻箱的阻值 b. 多次调节电阻箱的阻值,改变两个电流表的示数,并记录数据 数据处理：以 为纵坐标,以 对应的电阻箱的阻值 R 为横坐标,描点连线得到如图所示的倾斜直线 （1）待测电阻 ______ ．电流表 G1 的内阻 RG1 _____ ． （2）若将电流表 与电阻箱串联改装成量程为 3V 的电压表,应将电阻箱的阻值调为__ ． 【答案】 (1). 100 (2). 20 (3). 280 【解析】 【 详 解 】 (1)[1][2] 根 据 并 联 电 路 电 流 与 电 阻 的 特 点 结 合 图 像 ， 可 以 得 到 ： ( ) ( ) (R 9999.99Ω (2 ) 1G 1I 2G 2I .c .d 2 1 I I Rx = Ω = Ω 1G Ω 2 1 I RI −； ，联立解得： (2)[3]将电流表 G1 与电阻箱串联改装成量程为 3V 电压表时，通过的电流为 0.01A，故电阻 箱接入的电阻为： 四、计算题（本大题共 3 小题，共 48 分） 11.如图所示，足够长的光滑水平台面 M 距地面高 h=0.80m，平台右端紧接长度 L=5.4m 的水 平传送带 NP，A、B 两滑块的质量分别为 mA=4kg、mB=2kg，滑块之间压着一条轻弹簧(不与 两滑块栓接)并用一根细线锁定，两者一起在平台上以速度 v=1m/s 向右匀速运动；突然，滑块 间的细线瞬间断裂，两滑块与弹簧脱离，之后 A 继续向右运动，并在静止的传送带上滑行了 1.8m，已知物块与传送带间的动摩擦因数 μ=0.25，g=10m/s2，求： (1)细线断裂瞬间弹簧释放的弹性势能 EP； (2)若在滑块 A 冲到传送带时传送带立即以速度 v1=1m/s 逆时针匀速运动，求滑块 A 与传送带 系统因摩擦产生的热量 Q； (3)若在滑块 A 冲到传送带时传送带立即以速度 v2 顺时针匀速运动，试讨论滑块 A 运动至 P 点 时做平抛运动的水平位移 x 与 v2 的关系?(传送带两端的轮子半径足够小) 【答案】(1)Ep=24J (2) (3)若 , ; , ; 【解析】 【详解】(1)设 A、B 与弹簧分离瞬间的速度分别为 vA、vB，取向右为正方向，由动量守恒定 律得: 的 21 11 6 5 G x X R RI I R += = 22 12 280 3 1 G X RI I R += = 100XR = Ω 20GR = Ω 3 20 2800.01R′ = Ω − Ω = Ω 32Q J= 2 6m/sv ≤ 20.4x v= 2 6m/sv > 2.4mx = A 向 N 运动的过程，运用动能定理得： 细线断裂瞬间弹簧释放的弹性势能为: 解得：vA=3m/s，vB=－3m/s，Ep=24J (2)滑块 A 在皮带上向右减速到 0 后向左加速到与传送带共速，之后随传送带向左离开，设相 对滑动时间为△t 滑块 A 加速度大小为: 由运动学公式得: 滑块与传送带间的相对滑动路程为: 在相对滑动过程中产生的摩擦热: 由以上各式得： (3)设 A 平抛初速度为 v2，平抛时间为 t，则： 得 t=04s 若传送带 A 顺时针运动的速度达到某一临界值 vm，滑块 A 将向右一直加速，直到平抛时初速 度恰为 vm, 则 解得 vm=6m/s 讨论： （1）若传送带顺时针运动的速度 ，则 A 在传送带上与传送带相对滑动后，能 ( )A B A A B Bm m v m v m v+ = + 210 2A A Am gs m vµ = − ( )2 2 21 1 1 2 2 2p A A B B A BE m v m v m m v= + − + 22.5 /A A m ga g m sm µ µ= = = 1 Av v a t− = − ⋅∆ ( )1 2 A A v vx t + −= ⋅∆ 1x v t= − ⋅∆带 （ ） 1 As x x= − 带 1AQ m gsµ= 32Q J= 2x v t= 21 2h gt= 2 2 m A 1 1 2 2A A Am gL m v m vµ = − 2 6 /mv v m s≤ =与传送带保持共同速度，平抛初速度等于 ，水平射程 ； （2）若传送带顺时针运动的速度 ，则 A 在传送带上向右一直加速运动，平抛 初速度等于 vm=6m/s，水平射程 ． 12.如图所示的平行板之间，存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度 B1=0.20T，方向垂直纸面向里，电场强度 ，PQ 为板间中线．紧靠平行板右 侧边缘 xOy 坐标系的第一象限内，有一边界线 AO，与 y 轴的夹角∠AOy=45°，边界线的上方 有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度 ，边界线的下方有水平向右的匀强电场， 电场强度 ，在 x 轴上固定一水平的荧光屏．一束带电荷量 、质量 的正离子从 P 点射入平行板间，沿中线 PQ 做直线 运动，穿出平行板后从 y 轴上坐标为（0，0.4m）的 Q 点垂直 y 轴射入磁场区，最后打到水平 的荧光屏上的位置 C．求： (1)离子在平行板间运动的速度大小． (2)离子打到荧光屏上的位置 C 的坐标． (3)现只改变 AOy 区域内磁场的磁感应强度的大小，使离子都不能打到 x 轴上，磁感应强度大 小 B2′应满足什么条件？ 【答案】（1）5.0×105 m/s （2）0.6m （3）B2′≥0.3 T 【解析】 【详解】（1）设离子的速度大小为 v，由于沿中线 PQ 做直线运动， 则有 qE1=qvB1， 代入数据解得： v=5.0×105 m/s； （2）离子进入磁场，做匀速圆周运动， 2v 2 20.4x v t v= = 2 6 /mv v m s≥ = m 2.4x v t m= = 5 1 1.0 10 V/mE = × 2 0.25TB = 5 2 5 0 10 V/mE = ×． 198 0 10 Cq = × ﹣． 268.0 10 kgm = × ﹣由牛顿第二定律有： qvB2=m 得， r=0.2 m， 作出离子的运动轨迹，交 OA 边界于 N，如图甲所示， OQ=2r， 若磁场无边界，一定通过 O 点，则轨迹圆弧 QN 的圆心角为 θ=90°，过 N 点做圆弧切线，方向 竖直向下， 离子垂直电场线进入电场，做类平抛运动， y=OO′=vt， x= at2， 而 a= ， 则 x=0.4 m 离子打到荧光屏上的位置 C 的水平坐标为 xC=（0.2+0.4）m=0.6 m． （3）只要粒子能跨过 AO 边界进入水平电场中，粒子就具有竖直向下的速度而一定打在 x 轴 上． 如图乙所示， 2v r 1 2 2E q m由几何关系可知使离子不能打到 x 轴上 最大半径 r′= m， 设使离子都不能打到 x 轴上，最小 磁感应强度大小为 B0， 则 qvB0=m ， 代入数据解得 B0= T=0.3 T， 则 B2′≥0.3 T． 13.如图所示，间距为 L 的水平平行金属导轨上连有一定值电阻，阻值为 R，两质量均为 m 的 导体棒 ab 和 cd 垂直放置在导轨上，两导体棒电阻均为 R，棒与导轨间动摩擦因数均为 μ，导 轨电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应 强度为 B．现用某一水平恒力向右拉导体棒 ab 使其从静止开始运动，当棒 ab 匀速运动时， 棒 cd 恰要开始滑动，从开始运动到匀速的过程中流过棒 ab 的电荷量为 q，(重力加速度为 g) 求： (1)棒 ab 匀速运动的速度大小； (2)棒 ab 从开始运动到匀速运动所经历的时间是多少？ (3)棒 ab 从开始运动到匀速的过程中棒 ab 产生的焦耳热是多少？ 的 的 0.4 2 1+ 2v r′ 2 1 8 +【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【详解】（1）设棒 ab 速度为 v，则棒 ab 中的感应电流 　① 棒 cd 中的感应电流为： ② cd 受安培力 ③ 当棒 cd 恰要滑动时， ，即 　④ 得棒 ab 的匀速速度为： 　⑤ （2）设棒 ab 受恒定外力为 F，匀速运动时棒 ab 中的电流为 I， 棒 ab 所受安培力为 　⑥ 对棒 cd： 　⑦ 棒 ab： 　⑧ 由⑥⑦⑧⑨式得 　⑨ 对棒 ab 从开始运动到匀速过程，设运动时间为 t； 由动量定理： 　⑩ 而 故 　 由⑤式解得 　 （3）棒 ab 所受安培力为 ，设棒 ab 从开始运动到匀速的过程中位移为 x， 由动量定理： 2 2 3 mgR B L µ 2 2 3 2 2 mR BLq B L mgµ+ 2 3 2 2 4 4 2 3mgqR m g R BL B L µ µ− 2 3 2 BLv BLvI R RR = = + 2 3 I BLv R = 2 2 1 2 3 I B L vF B L R  = =   1F mgµ= 2 2 3 B L v mgR µ= 2 2 3 mgRv B L µ= 2F BIL= 1 2 IF B L mgµ = =   2 12F F mg F mgµ µ= + = + 3F mgµ= ( )F mg t BiL t m vµ∑ ∆ ∑ ∆ ∑ ∆－ － ＝ i t q∑ ∆ ＝ 2 mgt BLq mvµ − = 2 2 3 2 2 mR BLqt B L mgµ= + 2 2 2 2 3 B L vF BIL R = = ( ) 2F mg t F t m vµ∑ − ∆ − ∑ ∆ ∑ ∆＝ 而 由⑤⑨得： 设棒 ab 此过程克服安培力做功 W 由动能定理： 　 由⑤⑨得 　 由功能关系知，此过程产生的总焦耳热等于 W，根据电路关系有棒 ab 此过程产生的焦耳热等 于 由得棒 ab 产生的焦耳热为 ． ( ) 2 22 3 B L v tF mg t mvR － －µ ∆∑ = v t x∑ ∆ = 3 2 Rqx BL = ( ) 21 2F mg x W mvµ− − = 2 3 2 2 4 4 3 9 2 mgqR m g RW BL B L µ µ= − 2 3abQ W= 2 3 2 2 4 4 2 3mgqR m g R BL B L µ µ−