2021届湖南省长沙市长郡十五校高三（下）第一次联考物理试题(解析版)

2021 届长郡十五校高三联考第一次考试 物理试卷 总分：100 分 时量：75 分钟 第Ⅰ卷 选择题（共 44 分） 一、选择题：本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项 是符合题目要求的。 1. 近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物 理知识下列说法正确的是（ ） A. 若氢原子从 6n  能级向 1n  能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从 6n  能 级向 2n  能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应 B. 查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子 C. 玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念 D. 钋（ 218 84 Po ）是氡（ 222 86 Rn ）的衰变产物之一，故钋（ 218 84 Po ）的比结合能大于氡（ 222 86 Rn ）的比结合能 【答案】D 2. 湖南衡阳的西渡至界牌公路（简称西界公路）已于 2019 年12月 27 日全线通车，这将极大的促进当地的 经济社会发展，如图所示。西界公路某一段道路实行区间测速，平均速率的高限为 70km/h ，交管部门在这 段区间的两端各置一个自动计时点，用来确定两端点间的平均速率是否超限。有一辆汽车驶入这段长为 4.2km的区间，该车司机注意到通过第一个计时点时的瞬时速率为 66km/h ，汽车匀加速行驶 36s 后瞬时 速率达到 74km/h ，紧接着以此速率行驶 60s ，然后匀减速行驶。将汽车视为质点，为使该车在这个区测 速段的平均速率不超过高限 70km/h ，该车通过第二个计时点时的最大瞬时速率为（ ） A. 60km/h B. 62km/h C. 66km/h D. 68km/h 【答案】B 3. 如图所示，有一带正电粒子沿着 x 轴正方向运动在 1x 与 2x 间只受到电场力 ( )F x 作用，若不计该带电粒 子的重力，电势 ( ) x 与位置 x 关系为抛物线，其中 0x 处为抛物线最低点。如果规定电场力沿 x 轴正方向为 正，在下列选项中，可定性反映该带电粒子在 1x 与 2x 之间所受电场力 ( )F x 与位置 x 的关系的是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 4. 如图所示，在 yOz 平面的环形金属线圈以坐标系原点 O 为中心， xOy 平面为水平面，地球磁场指向 y 方向。位于原点O 处的小磁针，可绕 z 轴在 xOy 平面内自由转动，环形线圈中的电流为 2A 时，磁针与 x 轴的夹角为 37 。已知环形电流环心处的磁感应强度与环形电流强度成正比，则为使磁针与 x 轴的夹角变 为 45，环形线圈中的电流应该调整为多大（ ）（已知sin37 0.6  ， cos37 0.8  ） A. 1A B. 1.5A C. 2A D. 2.7A 【答案】B 5. 如图所示电路中，电源电动势 24VE  ，恒定内阻 =4Ωr ，定值电阻 1=8ΩR ，定值电阻 2 =12ΩR ，定 值电阻 3 =3ΩR 。若在C 、D 间连接一个可调电阻 R ，调节范围为3Ω 至15Ω ，下列选项中正确的是（ ） A. 在调节范围内，若 =3ΩR ， R 上的功率最大 B. 在调节范围内，若 =15ΩR ， R 上的功率最大 C. 在调节范围内，若 =15ΩR ， R 上的功率最小 D. 在调节范围内，若 =9ΩR ， R 上的功率最大 【答案】D 6. 2021年 2 月 5 日，我国首个火星探测器“天问一号”传回了火星照片，如图所示。多年以后，小明作为 一位火星移民，于太阳光直射赤道的某天晚上，在火星赤道上某处仰望天空。某时，他在西边的地平线附 近恰能看到一颗火星人造卫星出现，之后极快地变暗而看不到了，他记下此时正是火星上日落后约 4 小时 5 分。后来小明得知这是我国火星基地发射的一颗绕火星自西向东运动的周期为T 的探测卫星，查阅资料得 知火星自西向东自转且周期约为 24 小时 30 分，已知万有引力常量为G 。根据以上信息，分析可得火星密 度的表达式为（ ） A. 2 3 3GT  B. 2 24 GT  C. 2 8 3 3GT  D. 2 9 3 GT  【答案】C 二、选择题：本题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分。在每小题给出的四个选项中，有多项符 合题目要求，全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分。 7. 如图所示，阻值为 R 的电阻串联于光滑的等边三角形水平导轨 OPQ 上，导轨在 O 点断开。磁感应强度 为 B 、方向竖直向下、宽度为 d 的条形磁场区域与 PQ 平行，质量为 m 的导体棒接在劲度系数为 k 的弹簧 的一端，弹簧的另一端固定。导体棒始终与 PQ 平行，且与导轨保持良好接触，弹簧无伸长时，导体棒停 于 M 处。现将导体棒拉至 N 处后自由释放，若 M 至顶点O ，以及 M 、 N 到磁场边沿的距离均为 d，导 轨和导体棒的阻值忽略不计，已知弹簧的弹性势能 PE 与形变量 x 的关系式为 2 p 1 2E kx ，则（ ） A. 导体棒释放后，第一次穿越条形磁场区域过程中，导体棒两端的电势差的绝对值大于电阻 R 两端电压 B. 从导体棒第一次进入磁场至最后一次离开磁场的时间，回路中的平均电流为 0 ，电流的有效值不为 0 C. 导体棒释放后，第一次穿越条形磁场区域过程中，电阻 R 中通过的电荷量为 25 3 3q BdR  D. 整个过程中，导体棒克服安培力做的功为 24.5W kd 【答案】AC 8. 解放军西部战区陆军在海拔 4000m 的青藏高原演练拔点作战。如图所示，装甲车在水平地面上沿直线 前进，车上机枪的枪管水平，距地面高为1.8m 。在车正前方竖直立一块高为 2m 的长方形靶，其底边与地 面接触当装甲车以速度 20m/s 运动到枪口与靶距离为 L 时，机枪手正对靶射出第一发子弹，子弹相对于枪 口的初速度为800m/s。在子弹射出的同时，装甲车开始减速运动，行进 280m 后停下装甲车停下后，机枪 手以相同方式射出第二发子弹。不计空气阻力，子弹看成质点，重力加速度 2=10m/sg 。则 L 为多大时， 靶上只有一个弹孔（ ） A. 482m B. 558m C. 666m D. 777m 【答案】BC 9. 如图，半径为 R 的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球 A 、B 质量分别为 m 、km（ k 为待定系数）。A 球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的 B 球相撞，碰撞中无机械能损失重 力加速度为 g 。关于各种情况下 k 的取值，下列各项中正确的是（ ） A. 若0 0.2k  ，则小球 B 第一次碰后就能够运动到圆轨道的最高点 B. 若0. 2 1k  ，则小球 B 第一次碰后将会在某处脱离圆轨道 C. 若 1k  ，小球 B 不可能脱轨 D. 若 3k  ，小球 A 和小球 B 将在圆轨道的最低点发生第二次碰撞 【答案】ACD 10. 如图所示，MN 、 PQ 为光滑水平面上的两条平行虚线，两虚线间的距离等于 d 。一根长度为 2d 的轻 绳绕过一个动滑轮，绳的一端固定在 MN 上的 A 点，另一端固定在 PQ 上的 B 点， B 点在虚线 MN 上的投 影点与 A 点的距离等于 d 。光滑水平面上有一被动滑轮所带的钩子钩住的物体，初始时，对物体施加一与 虚线 PQ 平行的恒力 1F ，使之处于平衡状态。现在，保留 1F ，额外再对物体施加一与虚线 PQ 垂直的力 2F ， 下列说法正确的是（ ） A. 若 2 1 3 3F F ，稳定后两部分绳子间的夹角较初始时小 B. 若 2 13F F ，稳定后两部分绳子间的夹角较初始时大 C. 若 2 1F F ，稳定后绳子的张力大小较初始时不变 D. 若 2 1F F ，稳定后绳子张力大小为初始时的 3 倍 【答案】BD 第Ⅱ卷 非选择题（共 56 分） 三、非选择题：共 56 分。第 11 至 14 题为必考题每个试题考生都必须作答；第 15 至 16 题为 选考题，考生根据要求作答。 （一）必考题：共 43 分。 11. 在高一年级举行的一次实验设计与操作比赛中，要求测量木块和木板之间的动摩擦因数。实验室提供的 可能用到的器材只有：带滑轮的长木板一条、不同质量的方形木块两个、砝码1盒、米尺、水平尺、天平、 不可伸长的细绳一根。某小组的实验安装如图所示。请根据实验器材及要求回答下列问题： （1）实验中，下列哪些做法是正确的______。 A.必须测量竖直悬挂的木块质量 1m 与放置在木板上面的木块质量 2m B.在细绳拉直的情况下让两木块由静止释放，这之前必须测量竖直悬挂木块释放时其底部到地面的距离 h ， 在这之后必须测量放置在木板上面的木块从开始滑动到停止的距离 x C.在细绳拉直的情况下让两木块由静止释放，但不能让竖直悬挂的木块落地，在离地还有一定距离处用手 压住木板上的木块使两木块停止运动，然后测量此时木板上的木块离开出发点的距离 1x D.释放后，长木板上的木块应该先在拉力作用下加速，绳子松弛后自然滑行停下，不要碰到滑轮 （2）请合理利用第（1）问中出现的物理量符号，推导出放置在长木板上的木块和长木板之间的动摩擦因 数表达式为______。 （3）本实验在操作完全规范的情况下，也会有系统误差，其导致真实值总是比测量值______（填“大”或 “小”）。 【答案】 (1). ABD (2). 1 1 2 1 m h m x m x m h  (3). 小 12. 某同学要测量一较长金属丝的电阻率，他的实验步骤如下： （1）用螺旋测微器在金属丝不同部位测量截面直径 D ，以平均值 D 作为金属丝直径的测量值，其中一次 测量螺旋测微器示数如图1所示，由图可知这次测量的直径为______ mm 。 （2）利用悬垂法测金属丝的长度，细线系在金属丝上待用调节天平至工作状态，烧杯内盛适量水，放在天 平的左盘，右盘加砝码 m 使天平平衡，将金属丝悬没于水中，在右盘增加砝码 m 使天平重新平衡，改变 烧杯中水量，重复一次，取两次差量的平均作为被金属丝排开的水的质量 m ；已知水的密度为 0 ，则金 属丝长度的表达式 L  ______。 （3）刮去金属丝两端绝缘漆并焊上导线，按图 2 连接电路，闭合开关 1S 、 2S ，调节电阻箱至检流计示数为 零，记下电阻箱示数 1R 。（电源内阻均不计） （4）将 xR 与 R 在电路中位置互换，闭合开关 1S 、 2S ，重新调节电阻箱至检流计示数为零，记下电阻箱示 数 2R ，测出各量后，计算金属丝电阻率的公式是______（其中金属丝的长度用 L 表示）若某次测量中 0.400mmD  ， 3.80gm  ，水的密度为 3 0 =1.00g/cm ， 1=2.0ΩR ， 2 =12.5ΩR ，则这根金属丝的电 阻率的数值为______ Ω m （计算结果保留两位有效数字）。 【答案】 (1). 0.397(0.395 ~ 0.399) (2). 2 0 4 m D   (3). 2 1 2 4 D R R L   (4). 82.1 10 13. 如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小 20 3N/CE  ，同时存在着垂直纸面向 里的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小 4TB  。有一带正电的小球，质量 64 10 kgm   ， 电荷量 62 10 Cq   ，正在图示的竖直面内向某方向做匀速直线运动，取 2=10m/sg ，回答下列问题： （1）求出小球做匀速直线运动的速度的大小和方向； （2）当小球经过 P 点时，撤去原匀强电场而改加另一个电场（不计电场变化的影响）使得小球做匀速圆周 运动，求此新电场的场强大小和方向及小球经多长时间第一次到达与 P 点相同的高度； （3）当小球经过 P 点时，撤去原匀强磁场（不计磁场变化的影响），求小球运动到与 P 点等高处时的水平 位移。 【答案】（1）10m/s ，方向与水平方向成 60斜向右上方；（2） =20N/CE ，方向竖直向上； 2 s3  ；（3） 20 3 m 14. 高一年级物理兴趣小组研究物体在约束条件下的运动，设计了如图所示的方案。一根符合胡克定律的弹 性轻绳一端系于 1O 点，并绕过位于 2O 处的光滑小圆环，另一端连接一个质量为 m 的小球，小球穿在一根 倾斜放置的直杆上，直杆倾角为 37   ，弹性轻绳的自然长度恰好与 1 2O O 之间距离相等， 2O 与直杆之间 的垂直距离为 d ，小球与直杆间的动摩擦因数为 0.5，且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，最初用手捉住小 球使其位于直杆上的O 点， O 点在 2O 的正下方，此时弹性绳的张力大小为 2mg 。某时刻释放小球，不计 空气阻力，重力加速度为 g 。 sin37 0.6  ， cos37 0.8  。求： （1）小球从释放直至运动到最高点过程中的加速度 a 与位移 x 的关系式； （2）小球运动过程中具有最大动能时的位置坐标和此时的动能 kmE ； （3）小球向上到达最远处后应该给小球一个多大的沿杆向下的瞬时速度 v 使其恰好回到O 点。 【答案】（1） 80.2 5 gg xd  ；（2） 1 8x d ； 1 80 mgd ；（3） 10 5 gd （二）选考题：共 13 分。请考生从两道题中任选一题作答，如果多做，则按第一题计分。 【物理——选修 3-3】 15. 在某一带有活塞的密闭容器内质量为10g 的理想气体在 27℃时的 p V 图线为图中的曲线乙。若 X 为 此容器内充满质量为10g 的该理想气体在温度为 327℃时的曲线；Y 为此容器内充满 20g 该理想气体在温 度为 27℃时的曲线。分子平均动能与热力学温度关系为 k 3 2 kTE  ， k 是一个常数；理想气体状态方程 pV nRT ， n 为气体物质的量， R 为理想气体常数。下列说法中哪些是正确的______。 A. X 、Y 均为曲线丙 B. X 为曲线丙，Y 为曲线丁 C. 在同一体积时，气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数， X 曲线代表的气体较Y 曲线代表 的气体多 D. 在同一压强时，气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数， X 曲线代表的气体较Y 曲线代表 的气体少 E. 曲线 X 与曲线Y 代表的气体在相同体积时，温度均加热至1200K ，则压强之比为1: 2 【答案】ADE 16. 如图所示,圆柱形气缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体、气缸的高度为 l、缸体内底面积为 S,缸体重 力为 .G 弹簧下端固定在桌面上,上端连接活塞,活塞所在的平面始终水平．当热力学温度为 0T 时,缸内气体高 为 0.5l ,已知大气压强为 0p ,不计活塞质量及活塞与缸体的摩擦．现缓慢升温至活塞刚要脱离气缸,求： （1）此时缸内气体的温度； （2）该过程缸内气体对气缸所做的功； （3）若该过程缸内气体吸收热量为 Q,则缸内气体内能增加多少？ 【答案】（1） 02T （2） 0 2 G p S l（ ） （3） 0 2 G p S lQ （ ） 【物理——选修 3-4】 17. 如图所示，在某均匀介质中的一条直线上有两个振源 A、B，相距 6m，C 点在 A、B 的中间位置。t＝0 时，A、B 以相同的频率开始振动，且都只振动一个周期，振幅也相同，图甲为 A 的振动图象，乙为 B 的振 动图象。t1＝0.3s 时，A 产生的向右传播的波与 B 产生的向左传播的波在 C 点相遇，则下列说法正确的是 ________。 A. 两列波的频率都是 0.2Hz B. 两列波在 A、B 间的传播速度大小为 10m/s C. 两列波的波长都是 4m D. 在两列波相遇过程中，中点 C 为振动减弱点 E. t2＝0.7s 时，B 经过平衡位置且振动方向向下 【答案】BDE 18. 如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同，截面为 1 4 圆周，半径均为 R，对接成半圆。一光束从 A 点垂直射入甲中，OA＝ 2 2 R，在 B 点恰好发生全反射，从乙介质 D 点(图中未画出)射出时，出射光线与 BD 连线间夹角为 15°。已知光在真空中的速度为 c，求： （1）乙介质的折射率； （2）光由 B 到 D 传播的时间。 【答案】（1） 6 2 ；（2） (2 3) 2 R c 