2020届河南省三市高三（下）第二次质量检测物理试题（解析版）

许昌济源平顶山 2020 年高三第二次质量检测 理科综合 物理部分 注意事项： 1 答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置上。 2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把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，再选涂其它答案标号。回答非选择题时将答案写在答题卡上，写在本试卷 上无效。 3.考试结束后，将答题卡交回。 二、选择题：本题共 8 小题，每小题 6 分，共 48 分。在每小题给出的四个选项中，第 14～18 题只有一项符合题目要求，第 19～21 题有多项符合题目要求。全部选对的得 6 分，选对但不 全的得 3 分，有选错的得 0 分。 1.在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示。根据图中所提供的信息及原子核 的有关知识，对于在自然界中的稳定原子核，下列说法正确的是（　　） A. 较轻的原子核，质子数和中子数大致相等 B. 较重的原子核，质子数大于中子数 C. 越重的原子核，质子数和中子数差值越小 D. 在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况 【答案】A 【解析】 【分析】 较轻的原子核，核子中，质子和质子间的核力远远大于斥力，这时组成原子核的中子和质子数目相当；而较重的原子核，由于质子与质子间的核力明显减弱，而斥力相对较大，不容易结合到原子核上，这时候， 不带电的中子，依靠核力，可以继续增加，所以中子数目相对较多；越重的原子核，中子越不容易结合上 去，导致中子数和质子数的差值越来越大。 【详解】AB．根据题中给的中子数(N)和质子数(Z)关系图可知，较轻的原子核，质子数和中子数大致相等； 而较重的原子核，中子数明显多于质子数，A 正确，B 错误； C．由图可知，越重的原子核，中子数和质子数差值越大，C 错误； D．在很大的原子核中，由于核力明显减弱，质子和质子间的排斥作用，导致质子结合到原子核的数目越来 越少，不可能出现质子数和中子数相等的情况，D 错误； 故选 A。 2.如图所示，一轻质弹簧上端固定在 O 点下端悬挂一个质量为 m 的小球。将小球从某一位置由静止释放， 在某一时刻，小球的速度大小为 v，方向竖直向下。再经过一段时间，小球的速度大小又为 v，方向变为竖 直向上。忽略空气阻力，重力加速度大小为 g。则在该运动时间 t 内，下列说法正确的是（　　） A. 小球的机械能增量为 0 B. 弹簧弹力对小球做的功为 0 C. 弹簧弹力对小球的冲量大小为 2mv+mgt D. 弹簧弹力对小球做功的功率为 【答案】C 【解析】 【详解】A．小球在速度大小又一次变为 v 时，它可能仍处于之前速度大小为 v 的位置，也可能与原来速度 为 v 的位置关于平衡位置对称，故其机械能变化不确定，A 错误； BD．若两次速度大小为 v 的位置相同，则弹簧弹力对小球做功为 0；若两次不在同一位置，则弹簧弹力做 功不为 0，BD 错误； C．根据动量定理，弹簧弹力和重力对小球的合冲量，等于小球始末动能的变化量，设竖直向上为正方向 解得 2 2 mv t ( )I mgt mv m v− = − ⋅ −弹簧 2I mgt mv= +弹簧故 C 正确； 故选 C。 3.由三颗星体构成的系统，忽略其它星体对它们的作用，其中有一种运动形式：三颗星体在相互之间的万有 引力作用下，分别位于一等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心 O 在等边三角形所在的平面内做角 速度相同的圆周运动，如图所示。已知 A 星体质量为 2m，B、C 两星体的质量均为 m，AD 为 BC 边的中垂 线。下列说法正确的是（　　） A. 圆心 O 在中垂线 AD 的中点处 B. A 星体的轨道半径最大 C. A 星体的线速度最大 D. A 星体的加速度最大 【答案】A 【解析】 【详解】A．对 B 星体受力分析，如下图所示， ， ，可知， ，以两 力为邻边，做平行四边形；以 AB 边和 BD 边为邻边，做平行四边形 ABDE，则两平行四边形相似，两对角 线重合，即 的方向指向 O 点；同理，C 星体所受合力 也必然指向 O 点。而根据受力的对称性，A 星 体所受合力也必然指向 O 点。所以 O 点是他们共同的圆心；因为 O 点是平行四边形 ABDE 两对角线的交点， 故 O 点在中垂线 AD 的中点处，A 正确； B．既然它们的圆心在中垂线 AD 的中点 O 处，则根据几何关系，A 星体的轨道半径最小，B 错误； C．A 星 B 星 C 星同轴传动，角速度相等，根据 可知，A 星的线速度最小，C 错误； D．A 星 B 星 C 星同轴传动，角速度相等，根据 可知，A 星的加速度最小，D 错误。 故选 A。 2 2 2 AB mF G a = 2 2CB mF G a = 2AB BCF F= BF CF v rω= 2a rω=4.如图所示，甲图中滑动变阻器的输入端 ab 之间接一电压为 U1 的直流电源，变阻器的输出端 cd 之间接一 额定电压为 220V、额定功率为 40W 的灯泡。乙图中理想变压器的输入端 ef 之间接一电压为 U2 的正弦式交 变电源，理想变压器的输出端 gh 之间也接一额定电压为 220V、额定功率为 40W 的灯泡。已知滑动变阻器 的滑动端在变阻器的中点，理想变压器的滑动端在线圈的中点，此时两个灯泡都正常发光。下列说法正确 的是（　　） A. U1 和 U2 均为 110V B. U1 为 110V，U2 为 220V C. U1 为 220V，U2 为 110V D. U1 大于 220V，U2 为 110V 【答案】D 【解析】 【详解】甲图中，灯泡与滑动变阻器下部串联，灯泡正常发光，灯泡两端电压为 220V，根据串联规律可得 乙图中，灯泡正常发光，说明副线圈两端电压是 220V，根据变压器原理可得 解得 A． U1 和 U2 均为 110V 与上述结论不符，故 A 错误； B． U1 为 110V，U2 为 220V 与上述结论不符，故 B 错误； C． U1 为 220V，U2 为 110V 与上述结论不符，故 C 错误； D． U1 大于 220V，U2 为 110V 与上述结论相符，故 D 正确； 故选 D。 5.如图所示，竖直平面内有一个圆，Pc 是圆的一条直径，O 为圆心。Pa、Pb、Pd、Pe 为圆的四条弦，在这 四条弦和一条直径中，相邻之间的夹角均为 30°，该圆处于匀强电场中，电场的方向与圆所在的平面平行， 且电场的方向沿 Pa 方向由 P 指向 a。任 P 点将一带正电电荷的粒子(不计重力)以某速度沿该圆所在的平面 1 220VL L L R RU UR += >下 2 1 2L U n U n = 1 2 2 110VL nU Un = =射出，粒子射出的方向不同，该粒子会经过圆周上的不同点。则下列说法正确的是（　　） A. 在 a、b、c、d、e 五点中，粒子在 a 点的速度最大 B. 在 a、b、c、d、e 五点中，粒子在 b 点的动能最大 C. 在 a、b、c、d、e 五点中，粒子在 c 点的电势能最大 D. 在 a、b、c、d、e 五点中，粒子在 d 点的机械能最大 【答案】B 【解析】 【详解】由电场的方向沿 Pa 方向由 P 指向 a，由几何关系可知如图所示的红色实线是电场中的等势线，P、 a、b、c、d、e 五点有电势关系为 AB． P 点将一带正电电荷的粒子以某速度沿该圆所在的平面射出，粒子射出的方向不同，该粒子会经过圆 周上 a、b、c、d、e 五点时其速度关系有 可见经过 b 点时速度最大，动能最大，故 B 正确，A 错误； CD．e 点电势最高，粒子在 e 点电势能最大，机械能最小； b 点电势最低，粒子在 b 点电势能最小，机械 能最大。故 CD 错误。 故选 B。 6.如图所示，在水平面内有一正方形 ABCD，在 ABCD 内的适当区域中有垂直正方形 ABCD 所在平面向里的 匀强磁场。一电子以某一速度沿正方形 ABCD 所在平面、且垂直于 AB 边射入该正方形区域。已知该电子从 e P d a c bφ φ φ φ φ φ> = > = > e P d a c bv v v v v v< = < = 0)的粒子(不计重力)从电场左下方 O2 点水平 向右进入电场，进入电场时的初动能为 Ek0。已知图中 O1、O2、A 在同一竖直面内，设 O1 点为坐标原点， 水平向右为 x 轴正方向，竖直向下为 y 轴正方向，建立坐标系。 (1)求带正电荷的粒子的运动轨迹方程； (2)求带负电荷的粒子运动到“带正电荷粒子的运动轨迹”处的动能； (3)当带负电荷的粒子进入电场的初动能为多大时，它运动到“带正电荷粒子运动轨迹”处时的动能最小?动 能的最小值为多少? 【答案】(1) ；(2) ；(3) ， 【解析】 【分析】 考察电场中带电粒子运动的轨迹和能量变化。 【详解】取 O1 点为坐标原点，水平向右为 x 轴，竖直向下为 y 轴，建立平面直角坐标系，如图所示。 0- Mgt Mv Mvµ = − 2 2 0 1 1- 2 2Mgx mv mvµ = − 2x Ly= 2 k0 k0 ) +4 qEL EE qEL+ （ 4 qEL 3 4 qEL(1)对从 O1 点进入电场的粒子，设该粒子的加速度为 a1，初速度为 v1，设经过时间 t，位置坐标为（x，y）， 有 水平方向 竖直方向 消去时间参数 t 得抛物线方程 。 因为离开电场的 A 点坐标（L，L）在该抛物线上，所以坐标（L，L）满足抛物线方程，把坐标（L，L）代 入抛物线方程得 ，代入抛物线方程可得其轨迹方程 (2)对从 O2 点进入电场的粒子，设质量为 m、初速度为 v0，加速度为 a2，设经过时间 t，位移坐标为（x， y），有： 水平方向 竖直方向 ， 消去时间参数 t 得： 由题意有 ，联立求解得交点 P（x,y)坐标为 1x v t= 2 1 1 2y a t= 2 1 2 12 a xy v = 1 1 2 a Lv = 2x Ly= 0x v t= 2qE ma= 2 2 1 2L y a t− = 2 2 02 qExy L mv = − 2 k0 0E mv=， 从 O2 到 P，对负粒子，根据动能定理有 解得 。 (3) 变形为 由判别式 =0 Ek= 解得 Ek= （负值舍去）， 二次函数开口向上，所以 ，即 Ek 的最小值为 时，电子进入电场的动能 。 所以当带负电荷的粒子进入电场的动能为 时，它运动到“带正电荷粒子运动轨迹”处时的动能 最小，动能的最小值为 。 (二)选考题：共 45 分。请考生从给出的 2 道物理题、2 道化学题、2 道生物题中每科任选一道 作答。如果多做，则每科按所做的第一题计分。 13.某同学用如图甲所示的实验装置做了两次“探究气体等温变化规律”的实验，操作规程完全正确，根据实 验数据在 P－ 图上画出了两条不同的直线，如图乙中的图线 1、2 所示，造成这种情况的可能原因是 。 k0 k0 2 4 Ex L E qEL = + k0 k0 4 4 LEy E qEL = + k k0( )qE L y E E− = − 2 k k0 k0 )= +4 qELE EE qEL+ （ 2 k k0 k0 )= +4 qELE EE qEL+ （ 2 k k k k0 4 ( 4 ) 16 ( ) 8 E qEL qEL E qEL qEL EE − ± − − −= ∆ 2 28 (8 ) 4 16 15( ) 32 qEL qEL qEL− ± + × × k 3= 4 qELE k 3 4 qELE ≥ kmin 3= 4 qELE k0 = 4 qELE k0 = 4 qELE kmin 3= 4 qELE 1 VA. 两次实验中空气质量不相同 B. 两次实验中空气温度不相同 C. 两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体压强数据不同 D. 两次实验中保持空气质量、温度相同，但所取的气体体积数据不同 E. 两次实验中空气质量、温度都不相同 【答案】ABE 【解析】 【分析】 考察玻意耳定律。 【详解】ABE．由图像可知 P 与 成正比，即 P 与 V 成反比，根据玻意耳定律，对于一定质量的气体，在 温度不变时有 ，斜率不同则说明两次试验中气体质量和温度至少有一者是不同的，故 ABE 正确； CD．压强在图像中均已测出，不是影响实验结果的客观因素，故 CD 错误。 故选 ABE。 14.如图所示，一个竖直固定放置、且导热良好的圆筒型气缸内部盛有理想气体。气缸内部横截面积为 S=100cm2，深度为 L=120cm。气缸上面被一厚度不计的活塞盖住，活塞通过劲度系数为 k=200N/m 的弹簧 与气缸底部相连接。当系统处于静止状态时，活塞到缸底的距离为 L1=100cm。现在在活塞中央轻轻放置一 个重力为 G=300N 的物块，活塞下降到距缸底的距离为 L2=80cm 时刚好静止不动。在不去掉物块的情况下， 在活塞上的中点加一个竖直向上的拉力，使活塞缓慢移动到气缸口处。已知气缸周围外界环境温度保持不 变，外界大气压强 P0=1.0×105Pa，不计摩擦及活塞和弹簧的质量，并假定在整个过程中，气缸不漏气，弹簧 遵从胡克定律。试求：活塞到气缸口处时，拉力的大小和弹簧的原长。 1 V 1 1 2 2PV PV=【答案】513.3N，0.8m 【解析】 【详解】取气体为研究对象，设不放物块时，为状态 1，气体压强为 1，体积为 V1；放上物块静止时，为 状态 2，气体压强为 2，体积为 V2；活塞在气缸口处时为状态 3，气体压强为 3，体积为 V3。 在状态 1，设弹簧处于伸长状态，伸长量为 x1（解出为负值为压缩状态），有 V1=L1S 根据活塞的受力（如图 1 所示）有 1S= 0S+kx1 在状态 2，设弹簧处于伸长状态，伸长量为 x2（解出为负值为压缩状态），有 V2=L2S 根据活塞的受力（如图 2 所示）有 2S= 0S+kx2+G 在状态 3，设弹簧处于伸长状态，伸长量为 x3（解出为负值为压缩状态），有 V3=LS 根据活塞的受力（如图 3 所示）有 3S+F= 0S+kx3+G 从状态 1 到状态 2 的过程，由理想气体状态方程得 1L1S = 2L2S 从状态 1 到状态 3 的过程，由理想气体状态方程得 1L1S = 3LS 由题意知 x1=x2+（L1 L2） x3=x1+（L L1） 设弹簧原长为 L0，有 x1=L1 L0 解得活塞到气缸口处时，拉力的大小 p p p p p p p p p p p p p − − −F= N≈513.3N 弹簧的原长 L0=0.8m 15.如图所示是一细束太阳光通过玻璃三棱镜后，在光屏上产生光谱的示意图—光的色散现象。光谱中红光 在最上端，紫光在最下端，中间从上到下依次是橙、黄、绿、蓝、靛等色光。下表是测得的该玻璃棱镜材 料对各种色光的折射率。 根据光的色散现象、表格中的有关数据以及光学知识，下列说法正确的是（　　） A. 各种色光通过棱镜后的偏折角度不同，红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大 B. 该棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，对紫光的折射率大 C. 各种色光在三棱镜中的传播速度不同，红光在该玻璃三棱镜中的传播速度比紫光大 D. 同一色光在不同介质中传播时波长相同 E. 同一色光在不同介质中传播时频率不同 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】A．根据图示光路图可知红光相对入射的白光偏折程度最小，紫光相对入射的白光偏折程度最大， 所以各种色光通过棱镜后的偏折角度不同，红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大，A 正确； B．根据题中表格可知该棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，对紫光的折射率大，B 正 确； C．光在介质中传播的速率与折射率的关系为 ，红光折射率小于紫光的折射率，所以红光在三棱镜中 传播的速度大于紫光的传播速度，C 正确； DE．根据 可知，各色光在介质中频率 不变，在介质中光速不同，所以波长 不同，DE 错误。 故选 ABC。 16.如图所示，一质量为 mB=2kg 的物体 B 放在水平地面上，一劲度系数为 k=500N/m 的轻质弹簧，下端与 物体 B 相连，上端与一质量为 mC=1.5kg 的物体 C 相连，在 C 的上方放一物体 D。弹簧呈竖直状态且整体 1540 3 cv n = v fλ= f λ静止不动。现在突然去掉物体 D 后，物体 C 就沿竖直方向上下做简谐运动，且当物体 C 竖直向上运动到最 高点时，物体 B 对地面压力刚好为零。g=10m/s2。试求： （1）C 沿竖直方向上下做简谐运动的振幅； （2）物体 D 的质量。 【答案】（1）0.07m；（2）3.5kg 【解析】 【详解】（1）设物体 D 的质量为 mD。物体 D 放上之前：设弹簧的压缩量为 x1，对物体 C，有 mCg=kx1 ① 解得 x1=0.03m 物体 D 放上之后：设弹簧又压缩了 x2，对物体 C 和 D 整体，有 (mC+mD)g=kx1+ kx2 ② 当物体 C 运动到最高点时，设弹簧的伸长量为 x3，对物体 B，有 mBg=kx3 ③ 解得 x3=0.04m 设物体 C 在竖直方向做简谐运动 振幅 A，由简谐运动规律知 A= x1+ x3=0.03+0.04=0.07m x2 = A=0.07m 把 x2 代入②得 mD=3.5kg 的