2020届高三上学期尖子生第一次联考物理试题 含答案

洛阳市 20192020 学年上学期尖子生第一次联考 高三物理试题 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分.第 I 卷 1 至 4 页第Ⅱ卷 5 至 6 页。共 100 分。考 试时间 90 分钟。 第Ⅰ卷（选择题，共 42 分） 注意事项: 1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考号填写在答题卡上。 2.考试结束，将答题卡交回。 一、选择题（本题共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分在每小题给出的四个选项中，第 1-9 题只有一个选项 符合题目要求，第 10-14 题有多个选项符合题目要求全部选对的得 3 分，选对但不全的得 2 分，有选错或 不答的得 0 分） 1.科学家在物理学的重大发现中创造出了许多物理学研究方法，如控制变量法、极限思想法、微元法等等， 以下叙述不正确的是 A.根据速度定义式 ，当 非常非常小时， 就可以表示物体在 t 时刻的瞬时速度该定义应用了极 限思想法 B.用 来描述速度变化快慢，采用了比值定义法 C.在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变探究加速度与力的关系，再保持力不变探 究加速度与质量的关系，该实验采用了控制变量法 D.在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法运用了假设法 2.如图所示，细线一端固定，另一端拴一小球，小球处于静止状态现用一始终与细线垂直的力 F 缓慢拉着 小球沿圆弧运动，直到细线水平。在小球运动的整个过程中，F 和细线拉力的变化情况为 xv t ∆= ∆ t∆ x t ∆ ∆ v t ∆ ∆ A.F 先增大后减小 B.F 不断增大 C.细线的拉力先增大后减小 D.细线的拉力不断增大 3.如图所示，倾角为θ的斜面固定于地面上，上表面光滑，A、B、C 三球的质量分别为 m、2m、3m，轻质弹 簧一端固定在斜面顶端，另一端与 A 球相连，A、B 间固定一个轻杆，B、C 间由一轻质细线连接。弹簧、轻 杆与细线均平行于斜面初始系统处于静止状态，现突然剪断细线或断开弹簧与 A 的连接点下列判断正确的 是 A.弹簧断开的瞬间，A、B 之间杆的弹力大小不为零 B.细线被剪断的瞬间 A、B 球的加速度沿斜面向上，大小为 2gsinθ C.弹簧断开的瞬间，A、B、C 三个小球的加速度均为零 D.细线被剪断的瞬间，A、B 之间杆的弹力大小为 4mgsinθ 4.某质点做匀变速直线运动，运动的时间为 t，位移为 x，该质点的 图象如图，下列说法不正确的是x tt − A.质点的加速度大小为 B.t=0 时，质点的初速度大小为 c C.t=0 到 t=b 这段时间质点的平均速度为 0 D.t=0 到 t=b 这段时间质点的路程为 5.2018 年 2 月，我国 500m 口径射电望远镜（天眼）发现毫秒脉冲星“J0318+0253”，其自转周期 T=5.19m/s.假设体为质量均匀分布的球体，万有引力常量为 6.67×10-11N·m2/kg2.以周期 T 稳定自转的星 体的密度最小值约为 A.5×109kg/m3 B.5×1012kg/m3 C.5×1015kg/m3 D.5×1018kg/m3 6.如图，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O 点为弹簧在原长时物块的位置。物块由 A 点静止释放， 沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达 B 点在从 A 到 B 的过程中，物块 A.加速度先减小后增大 B.经过 O 点时的速度最大 C.所受弹簧弹力始终做正功 D.所受弹簧弹力做的功大于克服摩擦力做的功 7.如图，半径为 R、质量为 m 的半圆轨道小车静止在光滑的水平地面上，将质量也为 m 的小球从距 A 点正上 方 h0 高处由静止释放，小球自由下落后由 A 点经过半圆轨道后从 B 冲出，在空中能上升的最大高度为 ， 则 2c b 4 bc 0 3 4 h A.小球和小车组成的系统动量守恒 B.小车向左运动的最大距离为 C.小球离开小车后做斜上抛运动 D.小球第二次能上升的最大高度 8.如图，一正方形线圈的匝数为 n，边长为 a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在△t 时间 内，磁感应强度的方向不变，大小由 B 均匀地增大到 2B，在此过程中，线圈中产生的感应电动势为 A. B. C. D. 9.如图，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨间距为 d，其右端接有阻值为 R 的电阻，整个装置处 在竖直向上磁感应强度大小为 B 的磁场中。一质量为 m（质量分布均匀）的导体杆 ab 垂直于导轨放置，且 与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ，现杆在水平向左、垂直于杆的恒力 F 作用下从 静止开始沿导轨运动距离 L 时，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）设杆接入电路的 电阻为 r，导轨电阻不计，重力加速度大小为 g。则此过程 1 2 R 0 0 1 3 2 4h h h< < 2 2 Ba t∆ 2 2 nBa t∆ 2nBa t∆ 22nBa t∆ A.杆的速度最大值为 B.流过电阻 R 的电量为 C.恒力 F 做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 D.恒力 F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 10.在 x 轴上有两个点电荷 q1、q2，其静电场的电势 在 x 轴上分布如图所示。下列说法正确有 A.q1 和 q2 带有异种电荷 B.x1 处的电场强度为零 C.负电荷从 x1 移到 x2，电势能减小 D.负电荷从 x1 移到 x2，受到的电场力增大 11.如图，下端封闭、上端开口、高 h=5m 内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有质量 m=10g，电荷量的绝对 值|q|=0.2C 的小球，整个装置以 v=5m/s 的速度沿垂直于磁场方向进入磁感应强度 B=0.2T，方向垂直纸面 向内的匀强磁场由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端管口飞出（g 取 10m/s2）下列说法中正确的是 2 2 ( )F mg R B d µ− BdL R ϕ A.该过程洛伦兹力做正功 B.小球在竖直方向做匀加速直线运动 C.小球在玻璃管中的运动时间小于 1s D.小球机械能的增加量为 1J 12.如图，一理想变压器，左右两边共接有额定电压均为 U 的 6 盏完全相同的灯泡（额定功率均为 P），左端 接在一电压恒为 U0 的交流电源两端.此时 6 盏灯刚好正常发光.下列说法中正确的是 A.该变压器的原、副线圈匝数比为 1:2 B.此时交流电源输出的功率为 6P C.U0=6U D.如果灯 L6 的灯丝突然烧断，灯 L1 和 L2 将变暗，而其余 3 盏灯将变得更亮 13.如图，竖直平面内有一半径为 R 的固定 圆轨道与水平轨道相切于最低点 B，一质量为 m 的小物块 P（可 视为质点）从 A 处由静止滑下，经过最低点 B 后沿水平轨道运动，到 C 处停下，B、C 两点间的距离为 R， 物块 P 与圆轨道、水平轨道之间的动摩擦因数均为μ。现用力 F 将该小物块沿下滑的路径从 C 处缓慢拉回 圆弧轨道的顶端 A，拉力 F 的方向始终与小物块的运动方向一致，小物块从 B 处经圆弧轨道到达 A 处过程中， 克服摩擦力做的功为μmgR，下列说法正确的是 1 4 A.物块从 A 到 C 的过程中，运动到 B 处时速度最大 B.物块从 A 到 C 的过程中，轨道对物块的支持力一直增大 C.拉力 F 做的功小于 2mgR D.拉力 F 做的功为 mgR（1+2μ） 14.如图，竖直放置的“ ”形光滑导轨宽为 L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为 d，磁感应强度为 B，质量为 m 的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等。金属杆在导轨间的电阻为 R，与导 轨接触良好，其余电阻不计重力加速度为 g。则金属杆 A.刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下 B.穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间 C.穿过两磁场产生的总热量为 4mgd D.释放时距磁场Ⅰ上边界的高度 h 可能小于 第Ⅱ卷（非选择题，共 58 分） 二、实验题 15.（8 分）如图甲所示装置可以用来“探究加速度与合外力、质量的关系”，也可以用来“探究功与速度变 2 2 4 42 m gR B L 化的关系”和“验证机械能守恒定律”等。 （1）某同学用此装置探究小车在拉力作用下的加速度用游标卡尺测量遮光条的宽度 d，其示数如图乙所示， 则 d= mm.测出小车静止时遮光条到光电门的距离为 x，光电计时器读出遮光条通过光电门的时间 是 t，则小车的加速度是 。（用测量的符号表示） （2）若继续用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验，使小车释放点到光电门的距离成倍增加进行 多次实验，每次实验时要求小车都由静止释放。 ①如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为 t，通过描点作出图象来反映合力做功与 t 的关系，则下图中 符合实验事实的是 。 A. B. C. D. ②下列实验操作中必要的是 。 A.调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动 B.必须满足重物的质量远小于小车的质量 C.保持小车（包括遮光条）和重物的质量不变 16.（10 分）物理课外活动小组自制了一个西红柿电池组，设计了如图的实验电路测定电流表的内阻，并用 多种方法测量该电池组的电动势与内阻，请协助完成实验。 （1）闭合开关 S1 和 S2，调节电阻箱并记录电阻箱的示数 R、电流表（灵敏）的示数 I0 和电压表的示数 U0， 由此可知电流表的内阻 RA 为 （用上述测量量表示）。 （2）闭合开关 S1 和 S2，调节 R，读出电流 I 和电压 U，并测出多组数据，作出 U—I 图线可得出电池组的电 动势和内阻，此种办法测量的电动势与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“相等”），内阻的测 量值与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“相等”）。 （3）断开 S1 闭合 S2，仅由多组电流表示数 I 和电阻箱的示数 R，运用实验数据作出 一 R 图线为一条倾斜 的直线，且该直线的斜率为 k，纵截距为 b，则该电池的电动势为 ，内阻为 （用 k、 b、RA 表示） 三、解答题（本题共 3 小题，共 40 分。解答时请写出必要的文字说明方程式和重要的演算步骤。只写出最 后答案的不能给分，有数值计算的题目，答案中必须明确写出数值和单位） 17.（12 分）水平桌面上有两个玩具车 A 和 B，两者用一轻质细橡皮筋相连，在橡皮筋上有一红色标记 R 在 初始时橡皮筋处于拉直状态，A、B 和 R 分别位于直角坐标系中的（0，2 ）、（0，- ）和（0，0）点。已知 A 从静止开始沿 y 轴正向做加速度大小为 a 的匀加速运动，B 平行于 x 轴朝 x 轴正向匀速运动。在两车此后 运动的过程中，标记 R 在某时刻通过点（ ， ）假定橡皮筋的伸长是均匀的，求 B 运动速度的大小。 18.（12 分）一转动装置如图所示，四根轻杆 OA、O、AB 和 CB 与两小球及一小环通过铰链连接，轻杆长均 为 ，球和环的质量均为 m，O 端固定在竖直的轻质转轴上套在转轴上的轻质弹簧连接在 O 与小环之间，原 长为 L 装置静止时，弹簧长为 L。转动该装置并缓慢增大转速，小环缓慢上升。弹簧始终在弹性限度内， 忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为 g 求: 1 I l l l l l 3 2 （1）弹簧的劲度系数 k； （2）AB 杆中弹力为零时，装置转动的角速度 。 （3）弹簧长度从 L 缓慢缩短为 L 的过程中，外界对转动装置所做的功 W。 19.（16 分）如图，在 0≤x≤ a 区域内存在与 xoy 平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为 B.在 t=0 时刻，一位于坐标原点的粒子源在平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与 y 轴正方向的夹角分布在 0～180°范围内。已知沿 y 轴正方向发射的粒子在 t=t0 时刻刚好从磁场边界上 P （ a，a）点离开磁场。求: （1）粒子在磁场中做圆周运动的半径 R 及粒子的比荷； （2）此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与 y 轴正方向夹角的取值范围； （3）从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。 洛阳市 2019—2020 学年上学期尖子生第一次联考 高三物理试题参考答案 一、选择题:（本题共 14 小题，每小题 3 分，共 4 分全部选对得 3 分，选对但不全得 2 分，有选错的得 0 0 ω 3 2 1 2 3 3 分。） 1.D 2.B 3.D 4.D 5.C 6.A 7.D 8.B 9.C 10.AC 11.BD 12.BCD 13.CD 14.BC 二、实验题（共 18 分） 15.（8 分） （1）5.50， （2）①D ②C 16.（10 分） （1） （2）偏小 偏小 （3） 三、计算题（共 3 小题，共 40 分） 17.（12 分） 解:设 B 车的速度大小为 v。标记点 R 在时刻 t 通过点 K（ ， ），此时 A、B 的位置分别为 H、G。由运动学 公式，H 的纵坐标 yA，G 的横坐标 xB 分别为 yA=2 + ①（2 分） xB=vt ② （2 分） 在开始运动时，R 到 A 和 B 的距离之比为 2:1，即 OE:OF=2:1 由于橡皮筋的伸长是均匀的，在以后任一时刻 R 到 A 和 B 的距离之比都为 2:1 因此，在时刻 t 有 HK:KG=2:1 ③ （2 分） 2 22 d xt 0 0 U RI − 1 k A b Rk − l l l 21 2 at 由于△FGH∽△IGK，有 HG:KG=xB：（xB-1）④ （2 分） HG:KG=（yA+ ）:（2 ）=3:1 ⑤ （2 分） 联立各式解得 （2 分） 18.（12 分） （1）装置静止时，设 OA、AB 杆中的弹力分别为 F1、T1，O 杆与转轴的夹角为θ1. 小环受到弹簧的弹力: 小环受力平衡: 小球受力平衡： 解得: （3 分） （2）设 OA、AB 杆中的弹力分别为 F2、T2，OA 杆与转轴的夹角为θ2，弹簧长度为 x. 小环受到弹簧的弹力: 小环受力平衡: 得: 对小球:F2cosθ=mg 且 解得: （3 分） （3）弹簧长度为 时，设 OA、AB 杆中的弹力分别为 F3、T3，OA 杆与弹簧的夹角为θ3. l l 1 64v al= 1= 2 LF k ⋅弹 1 11=mg+2T cosF θ弹 1 1 1 1cos cosF T mgθ θ+ = 1 1 1 1sin sinF Tθ θ= 4mgk L = = ( )F k x L−弹2 =mgF弹2 5 4x L= 2 2 2 0 2sin sinF m lθ ω θ= 2cos 2 x l θ = 0 8= 5 g L ω 1 2 L 小环受到弹簧的弹力: 小环受力平衡: 且 对小球: ； 解得: （3 分） 整个过程弹簧弹性势能变化为零，则弹力做的功为零，由动能定理: 解得: （3 分） 19.（16 分） 解:（1）初速度与 y 轴方向平行的粒子在磁场中的运动轨迹如图 1 中的弧 OP 所示，其圆心为 C.山几何关系 可知，∠POC=30°；① △OCP 为等腰三角形故∠OCP= ，此粒子飞出磁场所用的时间为 ② 式中 T 为粒子做圆周运动的周期，设粒子运动速度的大小为 v，半径为 R， 由几何关系可得 ③ 由洛仑兹力公式和牛顿第二定律有 ④ ⑤ 联立②③④⑤解得： （5 分） （2）仍在磁场中的粒子其圆心角一定大于 120°这样粒子角度最小时从磁场右边界穿出；角度最大时磁场 1= 2F kL弹3 3 3 32 cosT mg Fθ = + 弹 3cos 4 L l θ = 3 3 3 3cos = cos +F T mgθ θ 2 3 3 3 3 3 3sin sin sinF T m lθ θ ω θ+ = 3 16= g L ω ( )2 3 3 3 3 12 2 sin2 2 4 4 2 L L L LW mg mg m lω θ   = − − − − = ×       216mglW mgL L = = 2 3 π 0 3 Tt = 2 3 3R a= 2vqvB m R = 2 RT v π= 0 2 3 q m Bt π= 左边界穿出依题意，所有粒子在磁场中转动时间相同，则转过的圆心角相同，故弦长相等；同一时刻仍在 磁场内的粒子到 O 点距离相同。在 t0 时刻仍在磁场中的粒子应位于以 O 点为圆心、OP 为半径的弧 上。 （弧 M 只代表初速度与 y 轴正方向为 60°时粒子的运动轨迹）如图 1 所示。设此时位于 P、M、N 三点的粒 子的初速度分别为 vP、vM、vN。由对称性可知 vP 与 OP、vM 与 OM、N 与 ON 的夹角均设 vM、vN 与 y 轴正向的夹 角分别为θM、θN， 由几何关系有 ， 对于所有此时仍在磁场中的粒子，其初速度与 y 轴正方向所成的夹角应满足 （6 分） （3）在磁场中飞行时间最长的粒子的运动轨迹应与磁场右边界相切，其轨迹如图 2 所示。 由几何关系可知:OM=OP 由对称性可知 MN=OP 由图可知，圆的圆心角为 240°，从粒子发射到全部粒子飞出磁场所用的时间 2t0； （5 分） MN = 3M πθ 2= 3N πθ 2 3 3 π πθ≤ ≤