河北省张家口市2023届高三物理上学期期末考试试卷（Word版含解析）

张家口市2022-2023学年度高三年级第一学期期末考试物　理注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上。2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B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.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。一、单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意，选对得4分，选错或不答得0分。1.某探究小组的同学在研究光电效应现象时，用a、b、c三束光照射到图甲电路阴极K上，电路中电流随电压变化的图像如图乙所示。已知a、b两条图线与横轴的交点重合，下列说法正确的是A.c光的频率最小B.a光的频率和b光的频率相等C.若三种光均能使某金属发生光电效应，则用c光照射时逸出光电子的最大初动能最小D.照射同一种金属时，若c光能发生光电效应，则a光也一定能发生光电效应2.在2022年3月23日天宫课堂中，叶光富老师利用手摇离心机将水油分离。手摇离心机可简化为在空间站中手摇小瓶的模型，如图乙所示，假设小瓶(包括小瓶中的油和水)的质量为m，P为小瓶的质心，OP长度为L，小瓶在t时间内转动了n圈，以空间站为参考系，当小瓶转动到竖直平面内最高点时，下列说法正确的是A.细线的拉力大小为B.如果松手释放绳子，瓶子会沿抛物线落向空间 站的“地面”C.水、油能分离的原因是小瓶里的水和油做圆周运动产生了离心现象，密度较大的水集中于小瓶的底部D.水和油成功分层后，水做圆周运动的向心力完全由瓶底对水的弹力提供3.一列简谐横波在介质中沿x轴传播，M、N是波上的两个质点。图甲是t＝1.0s时该简谐横波的波形图，图乙是x＝4m处质点的振动图像。下列说法正确的是A.该列简谐横波沿着x轴的正方向传播，波速为4m/sB.当t＝1.0s时，质点M沿y轴负方向振动C.x＝4m处质点经过2s沿波的传播方向运动了8mD.当t＝3.5s时，质点N在波谷，加速度最大4.如图所示为某导光管采光系统过中心轴线的截面图。上面部分是某种均匀透明材料制成的半球形薄采光罩，O为球心，下面部分是导光管，MN所在水平面为两部分的分界面，M、N为球面上两点。若使平行于MN的光束射入采光罩后，能全部直接通过MN面进入导光管(不考虑采光罩内表面的反射)，则该材料的折射率不能超过A.B．1.5C.D．1.755.滑板运动备受年轻人喜爱，中国小将曾文蕙在东京奥运会成功闯进决赛并获得第六的优异成绩，为中国滑板创造了历史。如图所示，跳台的斜面AB长为2L，倾角为60°，右侧平台墙壁CD与水平地面相交于C点，顶端D点离地面的高度为L，水平地面上B、C间的距离为L。滑板运动员(视为质点)从斜面顶端A点以大小v0的速度水平跃出，刚好落在斜面底端B点(不计空气阻力)。若运动员恰好落在右侧平台的D点，则离开A点时的水平初速度大小是 A.B.2v0C.3v0D.4v06.如图甲所示，2022年7月15日，由清华大学天文系祝伟教授牵头的国际团队近日宣布在宇宙中发现两个罕见的恒星系统。该系统均是由两颗互相绕行的中央恒星组成，被气体和尘埃盘包围，且该盘与中央恒星的轨道成一定角度，呈现出“雾绕双星”的奇幻效果。若其中一个系统简化模型如图乙所示，质量不等的恒星A和B绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动，由天文观察测得其运动周期为T，A到O点的距离为r1，A和B的距离为r，已知引力常量为G，则A的质量为A.B.C.D.7.小型水利发电站常常受水量、水速和用电器多少变化的影响，导致家中的用电器电压不稳。为了使家中用电器正常工作，某小型水利发电站安装了自动稳压变压器，如图甲所示，其原理就是根据用电器工作电压，自动调节原、副线圈匝数比的理想变压器。若其工作原理如图乙所示，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是甲乙A.当水量和水速都稳定时，先后启动热水器、空调正常工作，原、副线圈匝数比增大B.当水量和水速都稳定时，先后启动热水器、空调正常工作，原线圈输出功率增大 C.若水速和水量都增大时，为使用电器仍同时正常工作，则原、副线圈匝数比减小D.若水速和水量都减小时，但用电器仍同时正常工作，则、示数减小，示数增大8.翼装飞行被称为世界上最危险的极限运动，挑战者腾空后，张开手脚便能展开翼膜，当空气进入一个鳍状的气囊时，就会充气使服装成翼状，从而产生浮力，然后通过肢体动作来控制飞行的高度和方向。某翼装挑战者在距海平面一定高度处的直升机上由静止下落，以a1＝9m/s2的加速度下落一段时间，打开气囊，再减速下降一段时间后，悬停在天门山附近，准备穿越天门洞。此运动过程近似地看成竖直方向的运动，其v-t图像如图乙所示，挑战者所受空气阻力恒定，重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是甲乙A.0～t1时间内挑战者处于超重状态B.空气阻力是挑战者重力的0.5倍C.0～t1时间内挑战者下落的高度为1250mD.减速过程中挑战者所受空气浮力是挑战者重力的2.5倍二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是正确的。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分。9.如图所示，一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧，弹簧一端与水平地面相连接，另一端与A球连接。A、B、C三个带正电小球的质量均为m，A、B两个小球的电荷量均为q，当系统处于静止状态时，三小球等间距排列。已知静电力常量为k，重力加速度为g。下列说法正确的是A.C球的电荷量为qB.B球受到的库仑力大小为2mgC.弹簧压缩量为D.小球B、C间的距离为 10.如图所示装置，装有细砂石的容器带有比较细的节流门，K是节流门的阀门，节流门正下方有可以称量细砂石质量的托盘秤。当托盘上已经有质量为m的细砂石时关闭阀门K，此时从管口到砂石堆顶端还有长为H的细砂石柱，设管口单位时间流出的细砂石的质量为m0，管口处细砂石的速度近似为零，关闭阀门K后，细砂石柱下落时砂石堆高度不变，重力加速度为g，忽略空气阻力，下列说法正确的是A.刚关闭阀门K时，托盘秤示数为mgB.细砂石柱下落过程中，托盘秤示数为C.细砂石柱对砂石堆顶端的冲击力为D.细砂石柱全部落完时托盘秤的示数比刚关闭阀门K时托盘秤的示数大11.如图所示倾斜轨道CBAD，AB水平，AD、BC平行且与水平面夹角均为θ，AB部分电阻为R，其余部分电阻不计。虚线MN、QH均和AB平行，在MNHQ中存在垂直导轨平面的匀强磁场(图中未画出)。一电阻为r且与AB等长的金属棒从MN上方由静止释放，金属棒向下运动过程中始终与导轨接触良好且与AB平行，I为金属棒中的电流、q为通过金属棒的电量、U为金属棒两端的电压、P为金属棒消耗的电功率，若从金属棒刚进入磁场开始计时，金属棒在磁场中运动的过程中，下列图像可能正确的是ABCD三、非选择题：本题共5小题，共50分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 12.(7分)某同学设计了如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。竖直杆竖直固定在M、N两点，在杆上固定一个量角器，并在量角器的圆心处固定一个力传感器，一根细线上端连接在力传感器上，下端系在小球上。实验步骤如下：①拉离小球，使细线与竖直方向成一个角度，由静止释放小球，使小球在竖直平面内做圆周运动；②记录小球运动到最低点时力传感器的最大示数F；③重复以上实验步骤。(1)该同学练习使用游标卡尺测量小球直径d时，游标卡尺的示数如图乙所示，则d＝________mm。乙(2)关于该实验，下列说法正确的有________(选填选项前的字母)。A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验B.细线要选择非弹性的C.小球尽量选择密度大的(3)实验中没有提供天平等可以测量质量的实验器材，为完成实验，需要记录小球在竖直方向上静止时________。(请补充完整)(4)为完成实验，还需要测量的物理量有________(选填选项前的字母)。A.释放小球时细线偏离竖直方向的角度θB.小球从释放到运动至圆周运动最低点的时间tC.细线长L(5)需要验证机械能守恒的表达式为________(用已知量和测量量的符号表示)。(6)实验中发现，小球摆到另一侧偏离竖直方向的角度略小于初始释放位置偏离竖直方向的角度，其原因可能是________。13.(9分)某实验小组测量电源电动势(2.5～2.9V)和其内阻(3～6 Ω)，有以下器材：电阻箱R(最大阻值10.0Ω)，电流表A(量程100mA，内阻rA＝5.0Ω)，定值电阻R′＝1Ω，开关和导线若干。(1)请在虚线框中设计合适的实验电路图。(2)实验记录数据如表所示(其中I为电流表A的读数，R为电阻箱接入电路的电阻)。123456R/Ω1.02.03.04.05.06.0I/mA72.562.155.049.544.239.8/A－113.816.118.220.222.625.1(3)根据(2)中的实验数据在图中作出-R图像。(4)作出的-R图像斜率为k，与纵坐标截距为b，则电源电动势和内阻表达式为E＝________，r＝________。(用k、b表示)(5)根据(3)中-R图像求出E＝________V，r＝________Ω。(均保留小数点后两位数字)14.(9分)为了保护文物，需抽出存放文物的容器中的空气，充入惰性气体，形成低氧环境。某密闭容器容积为V0，内部有一体积为V0的文物，开始时密闭容器内空气压强为p0，现用抽气筒抽气，抽气筒每次抽出空气的体积为ΔV，若经过N次抽气后，密闭容器内压强变为pN 。假设抽气的过程中气体的温度不变。(1)求经过N次抽气后密闭容器内气体的压强pN；(2)若ΔV＝V0，求经过两次抽气后，密闭容器内剩余空气压强及剩余空气和开始时空气的质量之比。15.(10分)超级高铁是一种以“真空钢管运输”为理论核心的交通工具，具有超高速、高安全、低能耗、噪声小、污染小等特点。一质量为m的超级高铁进行测试，先由静止开始做匀加速直线运动，达到最大速度后匀速运动一段时间，再做匀减速直线运动，已知加速和减速过程中加速度大小相等，在加速过程开始的前t内位移为x1，减速过程开始的前t内位移为x2，运动过程所受阻力恒为f。求：(1)测试过程中超级高铁的最大速度vm；(2)由静止开始加速到最大速度的过程中，牵引力所做的功W。16.(15分)如图所示，在y>0的区域内存在沿y轴负方向、场强大小为E的匀强电场，在y<0的区域内存在垂直于xOy平面向外、大小为B的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子a，从y轴上的P点以某一速度沿x轴正方向射出，已知粒子a进入磁场时的速度大小为v，方向与x轴正方向的夹角θ＝60°。粒子a进入磁场后在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为P点纵坐标的一半。在粒子a进入磁场的同时，另一不带电粒子b也经x 轴进入磁场，运动方向与粒子a进入磁场的方向相同。在粒子a没有离开磁场时，两粒子恰好发生正碰(碰撞前瞬间速度方向相反)，不计两粒子重力。(1)求粒子a从P点射出的速度大小v0及P点的纵坐标h；(2)求粒子b经过x轴进入磁场时的横坐标xb及速度大小vb；(3)若两粒子碰后结合在一起，结合过程不损失质量和电荷量，要使结合后的粒子不能进入电场，求粒子b的质量应满足的条件。 张家口市2022－2023学年度高三年级第一学期期末考试物理参考答案及评分标准一、单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意，选对得4分，选错或不答得0分。1.B　【解析】由图像可知，光电流为零时，遏止电压的大小关系为Ua＝Ub<Uc，根据eU＝Ekm＝hν－W可知，三种光的频率大小关系为νa＝νb<νc，用c光照射时逸出光电子的最大初动能最大，故A、C错误，B正确；c光频率大于a光频率，c光能发生光电效应时，a光不一定能发生光电效应，故D错误。2.C　【解析】小瓶转动的周期为，细线的拉力大小为F＝mL＝，A错误；瓶子受到的地球引力全部用来提供其随空间站绕地球做圆周运动的向心力，瓶子经过最高点时松手，以空间站为参考系，瓶子会离心飞出，沿切线方向做匀速直线运动，B错误；水油能分离的原因是混合物做圆周运动时，需要的向心力不一样，由于水和油的密度不同产生了离心现象，密度较大的水集中于小瓶的底部，C正确；水对油有指向圆心的作用力，水做圆周运动的向心力由瓶底对水的弹力和油对水的作用力的合力提供，D错误。3.D　【解析】根据题图乙知，x＝4m处质点在t＝1.0s时，向上振动，由此可判断该简谐横波沿x轴负方向传播，由题图甲可知该简谐横波的波长为λ＝8m，由题图乙可知该简谐横波周期为T＝2s，可得该波传播速度v＝＝4m/s，当t＝1.0s时，质点M沿y轴正方向振动，故A、B错误；x＝4m处质点只在平衡位置附近做简谐振动，C错误；t＝1.0s时，质点N由平衡位置向下振动，t＝1.0s至t＝3.5s，质点N振动了1T，则t＝3.5s时质点N在波谷位置，加速度最大，D正确。4.A　【解析】由几何关系，n＝＝，A正确。5.D　【解析】由平抛运动的规律，第一次2Lsin60°＝gt12，2Lcos60°＝v0t1，第二次(2Lsin60°－L)＝gt22，(2Lcos60°＋L)＝v1t2，联立解得v1＝4v0，D正确。6.A　【解析】取B为研究对象，B绕O点做匀速圆周运动，设A、B的质量分别为m1和 m2，由牛顿第二定律得G＝m2()2r2，得m1＝＝，故选A。7.B　【解析】当水量和水速都稳定时，发电机输出电压U1不变，即原线圈两端电压U1不变，若副线圈电路用电器增加，则副线圈电路电流I2增大，导线电阻R上损失电压UR＝I2R，UR增大，U2＝UR＋U并，U2增大，由＝＝k，得U2＝U1＝，若要保证用电器正常工作，原、副线圈匝数比应减小，副线圈电路消耗功率P2＝U2I2，P2增大，副线圈输入功率等于原线圈输出功率，则原线圈输出功率增大，故A错误，B正确；若水速和水量都增大，则U1增大，为使用电器同时正常工作，则原、副线圈匝数比应增大，C错误；若水速和水量都减小，则U1减小，但用电器仍同时正常工作，则U2不变，k减小，I2不变，由＝＝k可知I1增大，D错误。8.C　【解析】0～t1时间内挑战者处于失重状态，A错误；由牛顿第二定律mg－f空＝ma1，解得f空＝0.1mg，B错误；加速运动的时间为t1＝＝s，整个运动过程的时间为t＝t1＝s，减速过程的时间为t2＝t－t1＝s，减速运动的加速度为a2＝＝13.5m/s2，由牛顿第二定律f空＋f浮－mg＝ma2，解得f浮＝2.25mg，D错误；由图像面积可知，0～t1时间内挑战者下落的高度为·t1＝1250m，C正确。二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是正确的。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分。9.ACD　【解析】对C分析，受重力、A、B对C的库仑力，设小球间距为L，根据平衡条件，对C有，对B有，联立解得：qC＝q，L＝，故A、D正确；以B为研究对象，可以认为B受重力和库仑力，B球静止不动，所以B球受到的库仑力大小为mg，故B错误；对A、B、C用整体法，A、B、C受力平衡，即A球受到的弹力等于三个球的总重力，即弹簧压缩量Δx＝，故C正确。10.BC　【解析】取砂石堆顶部上方极短时间Δt内的砂石柱为研究对象，由自由落体运动规律，落到砂石堆顶部的速度为v，2gH＝v2，落在砂石堆顶部后短时间Δt内速度减为零，由动量定理得F·Δt＝m0·Δt·v，解得砂石堆受到的冲击力F＝m0 ，C正确。刚关闭阀门K时托盘秤受到的总压力等于m0＋mg，此时细砂石柱的总质量Δm＝m0，最终托盘内细砂石的总重力为m0g＋mg＝m0＋mg，所以A错误，托盘秤显示的是质量，所以B正确，D错误。11.BD　【解析】如果电流减小，则表明金属棒在做减速运动，受力分析有BIL－mgsinθ＝ma，随着电流减小，加速度减小。根据闭合电路的欧姆定律得I＝，则有＝＝，随着加速度减小，图像的斜率减小，A错误；如果金属棒进入磁场时，安培力与重力沿斜面的分力平衡，则金属棒做匀速直线运动，其电流不变，则根据q＝It可知，电量与时间成正比，B正确；如果金属棒两端电压随时间增大，则表明金属棒在加速，受力分析有mgsinθ－BIL＝ma，随着电压增大，则电流增大，加速度减小，根据闭合电路的欧姆定律得U＝IR＝R，则有＝R＝，随着加速度减小，图像的斜率减小，但是计时起点金属棒两端电压不可能为零，C错误；如果金属棒进入磁场时，安培力与重力沿斜面的分力平衡，则金属棒做匀速直线运动，其电流不变，则根据P＝I2r可知，金属棒消耗的电功率不变，D正确。三、非选择题：本题共5小题，共50分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。12.(7分)(1)11.4(1分)　(2)BC(2分，选对但不全得1分，有错选得0分)(3)力传感器的示数F0(1分)　(4)A(1分)(5)F＝3F0－2F0cosθ(1分)　(6)小球在运动过程中存在空气阻力(答案合理即可)(1分)【解析】(1)游标卡尺的读数为d＝11mm＋4×0.1mm＝11.4mm。(2)弹簧测力计代替力传感器进行实验时，由于细线不断摆动，不方便进行读数与记录，A错误；细线要选择非弹性细线，避免摆长发生变化，B正确；小球尽量选择密度大的，以减小空气阻力的影响，C正确。(3)～(5)本实验要验证机械能守恒，应满足mg(L＋)(1－cosθ)＝mv2，小球静止在最低点时，力传感器的示数F0与重力相等，即F0＝mg，小球摆到最低点时力传感器的最大示数为F，由向心力公式可得F－mg＝m，联立解得F＝3F0－2F0cosθ 。(6)小球摆到另一侧偏离竖直方向的角度略小于初始释放位置偏离竖直方向的角度，其原因可能是小球运动过程中存在空气阻力。13.(9分)(1)(2分)　(3)(1分)(4)(2分)　－(2分)　(5)2.50～2.75(1分)　3.80～4.40(1分)【解析】(1)小量程电流表改装成大量程电流表，必须并联一小电阻分流，具体电路如图所示。(3)利用描点法作出图线，如图所示。(4)由于改装成大量程电流表的总电阻为rA＝Ω，流经电源电流大小为6I，故E＝6I(R＋rA＋r)，变式＝R＋(＋r)得k＝，b＝＋r解得E＝，r＝－。(5)由图像知图线斜率k＝2.2A－1/Ω，纵坐标截距为b＝11.6A－1，故E＝2.73V，r＝4.44Ω。14.(9分)解：(1)每次抽出气体的体积为ΔV，由玻意耳定律可知p0(V0－V0)＝p1(V0－V0＋ΔV)(2分)p1(V0－V0)＝p2(V0－V0＋ΔV)(2分)解得p1＝ p2＝(1分)pN＝(1分)(2)若ΔV＝V0，经过两次抽气后，p2＝＝p0(1分)设剩余气体在压强为p0时的体积为V，则(1分)剩余气体与原来气体的质量比＝解得m1∶m2＝64∶81(1分)15.(10分)解：(1)超级高铁在加速过程开始的前t内x1＝a1t2(2分)超级高铁在减速过程开始的前t内x2＝vmt－a2t2　(2分)且a2＝a1＝a解得：vm＝(1分)a＝(2)设超级高铁在加速过程的总位移为xv＝2ax(2分)在加速过程中，由动能定理得W－fx＝mv－0(2分)解得：W＝(1分)16.(15分)解：(1)粒子a在电场中做类平抛运动，x方向速度不变， 有v0＝vcosθ＝v(1分)粒子a在电场中运动时，由动能定理有qEh＝mv2－mv(1分)解得h＝(1分)(2)如图甲所示不计粒子重力，洛伦兹力提供向心力qvB＝(1分)粒子a进入磁场后在磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径r＝h＝(1分)周期T＝＝(1分)粒子a没有离开磁场，两粒子恰好发生正碰，说明a在磁场中运动了半个周期与粒子b发生碰撞，设粒子a、b在磁场中运动的时间为t，有t＝T(1分)粒子b在磁场中做匀速运动，有＝vbt(1分)设粒子a进入磁场时的横坐标为xa，粒子a在电场中运动的时间为t1，x方向有xa＝v0t1(1分)y方向有h＝vt1sinθ(1分)由几何关系可得xa－xb＝解得，xb＝0(1分)(3)两粒子碰后结合在一起，设粒子b质量为mb，碰后结合体速度为vc，碰撞过程由动量守恒定律有mv－mbvb＝vc(1分) 结合体做圆周运动的轨迹半径rc＝当mv>mbvb时，结合体速度与粒子a速度方向相同，若结合体运动轨迹恰与x轴相切，如图乙所示有rc＝cosθ(1分)解得mb＝πm当mv<mbvb时，结合体速度与粒子b速度方向相同，若结合体运动轨迹恰与x轴相切，如图丙所示有rc＝cosθ(1分)解得因粒子b的质量应满足。(1分)