2021届河南省顶尖计划高三（下）第三次考试理综物理试题 含答案详解

“顶尖计划”2021 届高中毕业班第三次考试 理科综合 物理 考生注意： 1．答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在试卷和答题卡上，并将考生号条形码粘贴 在答题卡上的指定位置． 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑．如需改动， 用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号．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．考试结来后，将本试卷和答题卡一并交回． 可能用到的相对原子质量： O H 1 Li 7 C 12 16 S 32 Cl 35.5 二、选择题：本题共 8 小题，每小题 6 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． 14．下列铀核反应的有关说法中正确的是（ ） A． 238 92 U 的半衰期约为 45 亿年，随着地球环境的不断变化，其半衰期可能变短 B． 23 92U 原子核经过一次 衰变和两次  衰变后，核内中子数减少 2 个 C． 235 92 U 发生衰变时同时释放出 粒子和  粒子 D． 92 235U 核受到一个快中子的轰击时，裂变为两个中等质量的原子核，其比结合能变大 15．已知嫦娥五号轨道器和返回器组合体在环月轨道上运行的速度为 v，运行周期为 T，引力常量 G，则可 以计算出（ ） A．月球的半径为 2 vT  B．月球的质量为 3 2 v T G C．月球的平均密度为 2 3 GT  D．月球表面的重力加速度为 2 v T  16．一质量为 0.5kg 的小球从倾角为 30 的斜面顶端以大小为 0v 的水平初速度抛出后开始做曲线运动，当 小球落到斜面上时，速率恰好也为 0v ．小球除受到重力以外，还受到一个恒定外力，此恒定外力的最小值 为（g 取 210m / s ）（ ） A．5N B． 5 3 N3 C． 2.5N D． 5 3N2 17．把一重物自足够高的地方由静止释放，取地面为重力势能零点，其下落过程中的机械能 E 随位移 x 的 关系如图所示，则下列描述重物下落过程的重力势能 pE 、动能 kE 、速度 v、加速度 a 随位移 x 的变化关系 中图像可能正确的是（ ） A． B． C． D． 18．如图所示是等量的异种电荷 Q Q 、 在空间产生电场的等势线分布示意图，相邻的等势线间电势差均 为 2V ，空间的点 a b c、 、 连线与两电荷的连线平行，且 ab bc ．一个带负电的点电荷仅在电场力的作用 下运动，经过 a 点时的动能为10eV ，速度方向平行于两电荷的连线，点电荷过 b 所在等势线的动能为 6eV ， 且最终能到达 c 所在等势线，取无穷远处的电势为零．则下列说法正确的是（ ） A． a c、 两点的电势相等 B． a c、 两点的电场强度相同 C．点电荷在电场中运动一定能通过 c 点 D．点电荷运动到 c 点所在的等势线时具有的电势能为 4eV 19．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10 :1，两灯泡的电阻分别为 1 2100 , 10 ,L LR R ab    两端电压的瞬时值表达式为 220 2 sin100 (V)u t ，电流表为理想电表．下列说法正确的是（ ） A．灯泡 2L 两端的电压为 22V B．电流表示数为 2A C．灯泡 1L 消耗的功率为 4W D．灯泡 2L 消耗的功率为 44W 20．如图所示是长 6mL  的水平传送带，其左端有一质量 1kgm  的物块，系统静止．某时刻开动电机使 传送带以某一加速度启动，当传送带的速度增加到 2m / sv  时即匀速运行．已知物块和传送带间的动摩擦 因数为 0.25，可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g 取 210m / s ．则下列说法正确的是（ ） A．若传送带以 22.0m / s 的加速度启动，物块和传送带间不会发生相对滑动 B．若传送带以 24.0m / s 的加速度启动，物块在传送带上留下的划痕长为 0.8m C．若传送带以 24.0m / s 的加速度启动，物块和传送带间因摩擦产生的热为 2J D．无论传送带以多大的加速度启动，物块和传送带间因摩擦产生的热不超过 2J 21．如图所示，MN PQ、 是间距 1mL  、足够长的水平固定平行金属导轨（电阻不计，摩擦不计），导轨 左端连接有定值电阻 R 和理想电流表 A．电阻值 0.2r   、质量 1kgm  的均匀直金属杆 ab 垂直放在两导 轨左端．轨道所在的空间有方向垂直纸面向下、磁感应强度大小 0.5TB  的匀强磁场．现对金属杆施加大 小 0.5 2F v  （v 是金属杆的速度）的水平外力，使金属杆由静止开始向右运动，此过程中通过电流表的 电流随时间均匀增大．则下列说法正确的是（ ） A．金属杆向右做匀加速运动 B．导轨左端电阻 R 的值为 0.5 C． 0.5s 内导体杆运动了 0.5m D． 0.5s 内通过电流表的电量为 0.25C 三、非选择题：包括必考题和选考题两部分．第 22~32 题为必考题，每个试题考生都必须作 答．第 33~38 题为选考题，考生根据要求作答． （一）必考题：共 129 分． 22．（7 分）实验小组做探究在质量不变的情况下物体的加速度与所受合外力关系的实验，如图 1 所示为实 验装置示意图． （1）关于该实验以下说法正确的是_______． A．安装实验器材时，要调节滑轮的高度，使细线与长木板平行 B．平衡摩擦力时要让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂桶，轻推小车，再接通打点计时器的电 源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．实验过程中，向砂桶内加砂时，必须保证砂和砂桶的总质量 m 远小于小车的总质量 M D．准确地平衡摩擦力后，实验过程中读出拉力传感器的示数为小车受到的合外力 （2）如图 2 是实验中选择的一条合适的纸带（纸带上相邻的两个计数点之间还有 4 个计时点没有画出）， 相关的测量数据已标在纸带上，已知打点计时器的打点频率为50Hz ，则小车的加速度 a  _______ 2m / s ． （3）保持小车的质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组传感器的读数 F 和对应纸带的加速度 a 的数值， 并根据这些数据，绘制出如图 3 所示的 a F 图像，分析此图像不过原点原因可能是___________，实验小 组仔细分析图像，得出了实验用小车的质量为_________ kg ． 23．（8 分）为测量一节干电池的电动势和内阻，实验小组的同学从实验室借来如下器材： 电流表 A：量程为 0.6A ，内阻约为 0.5 ； 毫安表 G；量程为 2mA ，内阻等于80 ； 电阻 1R ：阻值为1.5 ； 电阻 2R ：阻值为920 ； 电阻 3R ：阻值为1980 ； 滑动变阻器 4R ：最大阻值约为10 ，额定电流为 2.0A ； 滑动变阻器 5R ：最大阻值约为100 ，额定电流为1.5A ； 开关 S 和导线若干． 根据实验器材，实验小组设计连接的实物电路如图 1 所示，则 （1）根据实物电路可知，该实验小组实验时滑动变阻器选择___________，保护电阻 0R 选择________，定 值电阻 R 选择_________． （2）移动滑动变阻器的滑片，测量多组电流表 A 的示数 1I 和毫安表 G 的示数 2I ，绘制出如图 2 的图线， 则该实验小组测量电源的电动势为________V，内阻为_________  ． 24．（12 分）如图所示，在平面直角坐标系 xOy 的第一象限存在沿 y 轴负方向的匀强电场，电场强度为 E； 在第三、四象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场．大量的质量为 m、电荷量为 q、带正电的粒子（不计重力 与粒子间的相互作用）从 y 轴正半轴上不同位置以不同速率沿 x 轴正方向射入第一象限，这些粒子经电场偏 转后全部从 x 轴上的 P 点进入磁场．已知磁感应强度 ,mEB OPqd  间的距离为 d，求： （1）粒子经过 P 点时的最小速度以及该粒子在 y 轴上射入电场时对应的纵坐标． （2）以最小的速率进入磁场的粒子再次经过 x 轴的横坐标． 25．（20 分）如图所示，物块 A 和长度 1.8mL  的木板 C 静置在粗糙水平面上，物块 A 到木板 C 左端的距 离为 0 1.5mx  ，在木板的右端放置有物块 B．现用大小为 3.5NF  的水平恒力由静止开始向右推动物块 ,A A 与 C 碰撞为弹性碰撞，碰撞时间极短．已知 A C、 的质量均为 0.5kg,M B 的质量为 0.25kgm A ， 与水平面间动摩擦因数 1 0.4 B  ， 与 C 之间和 C 与地面之间的动摩擦因数均为 2 0.25  ，A B、 均可看 作质点，重力加速度 g 取 210m / s ，求： （1）物块 A 和木板 C 第一次碰撞前瞬间 A 的速度大小和碰撞后 C 的速度大小； （2）物块 A 和木板 C 从第一次碰撞后到第二次碰撞的时间； （3）物块 A 和木板 C 从第一次碰撞后到第二次碰撞前系统产生的热量． （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 一题作答．如果多做，则每学科按所做的第一题计分． 33．物理·选修 3-3（15 分） （1）（5 分）下列关于固体、液体、气体的说法正确的是_________．（填正确答案标号．选对 1 个得 2 分， 选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分．每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分） A．固体可以分为晶体和非晶体两类，在合适的条件下，晶体和非晶体可以相互转化 B．空气中水蒸气的压强越接近相同温度下的饱和汽压，人们感觉空气越干爽 C．一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 D．气体的压强是由于大量的气体分子频繁碰撞器壁产生的 E．对一定质量的理想气体，可以采取热传递的方式改变其温度而压强和体积却不变 （2）（10 分）如图所示，竖直放置的 U 形细玻璃管两端开口，粗细均匀，左端玻璃管上安装有阀门 K．现 关闭阀门 K，分别向左右管内注水银，在阀门的下方封闭了一段 L 形的气柱（可以看做理想气体），各部分 长度尺寸均在图中标示．已知环境温度为 27 C ，大气压 0 76cmHgp  ，求： （i）若缓慢地给气体加热，当温度升高到137 C 时，右管内水银面的高度是多少； （ⅱ）若保持（i）问中的温度不变，打开阀门，稳定后左右两管内水银面的高度差是多少． 34．物理·选修 3-4（15 分） （1）（5 分）如图 1 所示为一列简谐横波在 0t  时刻的完整波形图，图 2 为介质中的某一质点 P 的振动图 像，根据波动图像和质点的振动图像，以下说法正确的是______．（填正确答案标号．选对 1 个得 2 分，选 对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分．每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分） A．这列波沿 x 轴正方向传播 B．这列波的波速是12m / s C．质点 P 平衡位置的坐标为 24mpx   D．从 0t  时刻开始，经过 6.5s 质点 P 恰好处在波峰 E．当坐标原点处质点处在波谷时，质点 P 恰好处在波峰 （2）（10 分）如图所示为一个半径为 R 的半圆柱形玻璃砖的截面示意图，点光源自玻璃砖的下边缘上的 B 点发出两束频率相同的单色光 a b、 ，其中 a 光线从圆柱面上距离底面 3 2 R 的 P 点射出，且出射光线恰好 与玻璃砖的底面平行．b 光线恰好在圆柱面上的 Q 点发生全发射．求： （i）该玻璃砖的折射率 n； （ⅱ）Q 点到玻璃砖底面的距离 h． “顶尖计划”2021 届高中毕业班第三次考试 理科综合·物理答案 本题共 8 小题，每小题 6 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． 14．D 15．B 16．C 17．B 18．D 19．BC 20．AD 21．AD 22．（1）A（2 分） （2）0.75（2 分） （3）没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时木板倾角太小（1 分）1.0（2 分） 23．（1） 4R （1 分） 1R （1 分） 2R （2 分） （2）1.48（1.47 1.49 ，2 分）0.46（ 0.44 0.48 ，2 分） 24．（1）设粒子从坐标为 y 的点以速度 0v 射入电场，加速度记为 a，则 在 x 方向上有 0d v t ，在 y 方向上粒子经过 P 点时的速度为 yv at （1 分） 粒子经过 P 点时速度为 2 2 0 yv v v  （1 分） 联立以上各式可得 2 2 2 0 2 0 2dv v a adv    ，当 0 0 dv a v  时，即 0v ad 时，粒子经过 P 点速度有最小 值，为 min 2v ad （2 分） 又粒子在电场中的加速度 qEa m  ，所以 min 2qEdv m  （1 分） 此时对应的坐标 2 2 2 0 1 1 2 2 dy at v   ，把 0v ad 代入可得纵坐标为 2 dy  （1 分） （2）粒子以最小速度进入磁场时速度与 x 轴的夹角设为 ，则 2 0 0 tan 1yv ad v v     ，可得 45  （2 分） 由左手定则可知粒子进入磁场后向右偏转做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有 min 2 minqv B m v r  （2 分） 解得 1 2 2mEdr dB q   （1 分） 所以再次经过 x 轴时的横坐标为 2 3x d r d   （1 分） 25．（1）对物块 A，根据牛顿第二定律有 1 1F Mg Ma  ，解得 2 1 3m / sa  （1 分） 设 A 和 C 碰撞前的速度为 0v ，则有 2 0 1 02v a x ，可得 0 3m / sv  （1 分） 设碰撞后物块 A 与木板 C 的速度分别为 1v 和 v，则 0 1Mv Mv Mv  （1 分） 2 2 2 0 1 1 1 1 2 2 2Mv Mv Mv  （1 分） 联立以上各式解得 1 0 3m / sv v ， （2） A C、 碰撞后，设物块 B 的加速度大小为 2a ，（1 分） 木板 C 的加速度大小为 3a ，则 2 2mg ma  （1 分） 2 2 3( )mg m M g Ma    （1 分） 解得 2 2 2 32.5m / s , 5m / sa a  （1 分） 设经过时间 1t B C， 、 的速度相等，则 2 1 3 1a t v a t  ，解得 1 0.4st  （1 分） 木板 C 的位移为 2 31 1 1 1 0.8m2cx vt a t   （1 分） 1 0.4st  之后， B C、 保持相对静止，一起做减速运动，设加速度为 4a ，则 2 4( ) ( )m M g M m a   ，解得 2 4 2.5m/sa  （1 分） 设再经过时间 2t 木板停止运动， 2 1 4 2ta a t ，解得 2 0.4st  （1 分） 在时间 2t 内木板 C 的位移为 2 2 4 2 1 0.2m2cx a t  （1 分） 则第一次碰撞后，木板 C 运动的总位移为 1 2 1.0mcc cx x x   （1 分） 对于物块 A，第一次碰撞后做初速度为 0 的匀加速运动，设其在 1 2t t 的时间内的位移为 Ax ，则  2 1 1 2 1 0.96m 1.0m2Ax a t t    ，这说明在第二次碰撞前，木板已经停止．（1 分） 设第一次碰撞到第二次碰撞的时间间隔为 t，则 2 1 1 2cx a t （1 分） 解得 6 s3t  （1 分） （3）由于第一次碰撞后到第二次碰撞前，物块 B 和木板 C 均已停止运动，所以第一次碰撞后木板获得的动 能全部转化为热，有 2 1 1 2.25J2Q Mv  （1 分） 物块 A 和水平面之间产生的热量 2 1 2JcQ Mgx  （1 分） 所以物块 A 和木板 C 从第一次碰撞后到第二次碰撞前系统产生的热量 1 2 4.25JQ Q Q   （1 分） 33．（1）ACD（5 分） （2）（i）设玻璃管的截面积为 S，右管内水银柱上升 h ，则 加热前，气体的压强为 1 (76 4)cmHg 80cmHgp    ，加热后 2 (80 )cmHgp h   （1 分） 由气体状态方程有 1 1 2 2 1 2 p L p L S T T S ，（1 分） 其中 1 1 1 2(273 27)K 300K, (273 137)K 410K, (2 4)cm 6cm, (2 4 )cmT T L L h             ， （2 分） 解得 2cmh  （1 分） 所以右管内水银面的高度为 1 (4 2) 6cmh    （1 分） （ⅱ）假设左管内的水银不会到达 U 形管的下端水平部分，则稳定时气体的压强为 3 (76 4)cmHg 80cmHgp    （1 分） 由于 U 形管两端开口，稳定时设右边水银面高度为 2h ，则  3 276 cmHgp h  ，可得 2 4cmh  ，所以右端的水银面会下降，假设正确（1 分） 对封闭气体有 2 2 3 3p L S p L S 解得 3 8.2cmL  （1 分） 由空间几何关系可知此时两管内水银面的高度差为 4.2cmh  （1 分） 34．（1）BCD（5 分） （2）（i）如图所示，过 P 点向底面作垂线 PC ，并作出法线，设入射角为 i，折射角为 r，因为从 P 点出射 的光线与玻璃砖的底面平行，所以有 r COP  ，且 3sin 2 PCCOP R    （3 分） 解得 60COP   （1 分） 由几何关系可得 30i  （1 分） 所以该玻璃砖的折射率为 sin 3sin rn i   （1 分） （ⅱ）b 光线恰好在圆柱面上的 Q 点发生全发射，则入射角 BQO 恰好等于临界角 C，于是 1 3sin 3C n   （1 分） 由几何关系有 Q 点到玻璃砖底面的距离 sin 2h R C （2 分） 解得 2 2 3h R （1 分）