北京市北京大学附属中学2022-2023学年高三物理下学期开学考试试题（Word版附解析）

北大附中2023届高三寒假开学检测物理本试卷共8页，共100分，考试时长90分钟。考生务必将答案作答在答题纸上。第一部分本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。1．下列核反应方程中，属于衰变的是（）A．B．C．D．2．如图所示．a、b两束相互平行的单色光，以一定的入射角照射到平行玻璃砖上表面，经平行玻璃砖折射后汇聚成一束复色光c，从平行玻璃砖下表面射出。下列说法中正确的是（）A．在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．增大入射角，a光在玻璃砖下表面可发生全反射C．用同一装置在相同条件下分别做双缝干涉实验，a光条纹间距小D．用a光、b光照射某金属表面，若a光能发生光电效应，则b光一定也能发生光电效应3．关于热现象，下列说法正确的是（）A．热量不能从低温物体传到高温物体B．两分子间距离增大，分子势能一定增大C．布朗运动就是液体分子的无规则运动D．物体吸收热量温度不一定增加4．如图所示．一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程，先后选到状态b、c，再回到状态a。下列说法正确的是（）A．在过程ab中气体对外做功B．在过程ab中气体的内能减少C．在过程bc中气体对外界放热D．在过程ca中气体的温度降低5．如图甲为一列简谐横波在时的波动图像，图乙为该波中处质点P的振动图像。下列说法不正确的是（） A．该波的波速大小为1m/s．B．该波沿x轴负方向传播C．时，质点P的速度最小，加速度最大D．在0~2s内，质点P的速度和加速度的方向均未发生改变6．2022年3月23日，“天宫课堂”进行了第二次授课活动。授课过程中信号顺畅不卡顿，主要是利用天链系列地球同步轨道卫星进行数据中继来实现的。如图所示，天链卫星的发射过程可以简化如下：卫星先在近地圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的远地点B时，再次点火进入圆形同步轨道Ⅲ绕地球做匀速圆周运动。设地球半径为R，地球表面的重力加速度为，卫星质量保持不变。则下列说法中正确的是（）A．卫星在轨Ⅰ和轨道Ⅲ运动的周期均与地球自转周期相同B．卫星在轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运动经过B点的加速度大小不同C．卫星在轨道Ⅱ上的运行速率小于D．卫星在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能7．如图所示理想变压器原线圈接（V）的正弦交流电，副线圈电路中为定值电阻，R是滑动变阻器，所有电表均为理想电表，其中电压表的示数为11V，下列说法正确的是（）A．副线圈中电流的频率为100HzB．变压器原、副线圈的匝数比为20∶1 C．滑片P向上滑动过程中，示数变大，示数变小D．滑片P向下滑动过程中，消耗的功率减小，变压器输入功率增大8．两等量异种点电荷分别放置于真空中的A、B两点，如图所示，a、b、c为电场中的三点，实线PQ为A、B连线的中垂线，a、b两点关于AB对称，a、c两点关于PQ对称。已知A点放置的是正点电荷，则下列判断正确的是（）A．a点的场强与c点的场强相同B．a点的电势与c点的电势相同C．电子在a点的电势能大于其在b点的电势能D．若将电子沿直线由a点移动到b点，则电场力先做正功，后做负功9．如图所示，虛线框MNQP内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c是三个质量和电荷量大小都相等的带电粒子，它们从PQ边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。若不计粒子所受重力，则（）A．粒子a带负电，粒子b、c带正电B．粒子c在磁场中运动的时间最长C．粒子c在磁场中的加速度最大D．粒子c在磁场中的动量最大10．疫情期间，为确保社区居家隔离观察人员管控预防措施有效落实，工作人员启用了如图甲所示的门磁系统，强磁棒固定在门框上，闭合线圈和发射系统固定在房门上；如图乙所示，当房门关闭时线圈平面水平且穿过线圈磁通量最大，当线圈中出现电流信号时，自动触发后面的信号发射系统向后台发出报警信号。下列说法中正确的是（）A．只有当房门向外打开的过程中，门磁系统才会发生报警 B．此种门磁系统装在左右移动的滑门上不会起作用C．若每次房门从关闭状态到开门至同一位置过程中，线圈产生的热量一定相等D．若每次房门从关闭状态到开门至同一位置过程中，通过线圈的电荷量一定相等11．某同学利用频闪照相的方法研究单摆的运动过程，即用在同一张底片上多次曝光的方法。在远处从与单摆摆动平面垂直的视角拍摄单摆在摆动过程中的多个位置的照片。从摆球离开左侧最高点A时开始，每隔相同时间曝光一次。得到了一张记录摆球从A位置由静止开始运动到右侧最高点B位置的照片，如图所示，其中摆球运动到最低点O时摆线被一把刻度尺挡住。对该实验进行分析判断可知（）A．摆线被刻度尺挡住瞬间，小球对摆线的拉力会突然增大B．摆球在A点所受的合力大小等于在B点所受的合力大小C．摆球从A点运动到B点的过程中，重力的冲量为0D．在O点附近，摆球相邻位置的间隔较大，说明在O点附近摆球的速率较大，重力功率较大12．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，图乙为真空室的俯视图。当电磁铁线圈通入如图丙所示的正弦式交变电流时，可使电子在真空室中做加速圆周运动。以图甲中所示电流方向为正方向，不考虑相对论效应，在每个周期T内，电子能沿逆时针方向（俯视）做加速圆周运动的时间为（）A．B．C．D．13．某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电 压表示数为0；当电压示数为时，电子称量物体质量为m，设变阻器总电阻R，电源电动势为E，电源内阻r可忽略不计，限流电阻阻值为，且，不计一切摩擦和其他阻力（）A．当电压示数为时电子秤称量物体质量为2mB．当电压示数为时电子秤测量物体质量为3mC．该电子秤可称量物体的最大质量为4mD．该电子秤电压表各刻度对应的质量是均匀的14．场致发射显微镜的构造如图所示：一根尖端直径约为100nm的针，位于真空玻璃球泡的中心，球的内表面涂有荧光材料导电膜，在膜与针之间加上如图所示的高电压，使针尖附近的电场强度高达V/m，电子就被从针尖表面拉出并加速到达涂层，引起荧光材料发光。这样，在荧光屏上就看到了针尖的某种像（针尖表面的发射率图像），如分辨率足够高，还可以分辨出针尖端个别原子的位置。但由于电子波的荧光材料衍射，会使像模糊影响分辨率。将电极方向互换，并在玻璃泡导电膜中充进氦气，则有氦离子产生并打到荧光屏上，可使分辨率提高。以下判断正确的是（）A．氦原子变成氦离子是在导电膜附近发生的B．电子从针尖到导电膜做匀加速运动C．电子或氦离子的撞击使荧光材料的原子跃迁到了激发态D．分辨率提高是因为氦离子的德布罗意波长比电子的长第二部分本部分共6题，共58分。15．（8分）在“验证机械能守恒定律”实验中，可利用图1 所示装置通过研究重物的落体运动来验证机械能守恒定律。（1）实验中，下列哪些操作是正确的______（填各实验步骤前的字母）。A．要用秒表测量时间B．选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好C．先接通电源，后释放纸带D．可以利用公式来求解瞬时速度（2）若实验中所用重物质量，打出的纸带如图2所示，O点为开始下落时打出的第一个点，打点时间间隔为0.02s，则打B点时，重锤动能______J，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是______J（结果均保留3位有效数字）。（3）某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出相应计数点时重物的速度v，通过描绘图像去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的图像是图3中的哪个______（选填图像对应的字母）。 16．（10分）对于同种材料的电阻丝，现要探究在一定温度下阻值的影响因素。（1）某同学用刻度尺、螺旋测微器、多用电表测出了每根金属丝的长度L、直径D、电阻，并记录了相应数据。在测量直径时，某次的测量数据如图4所示，则读数为______mm；用多用电表欧姆挡“×1”位置正确操作测量某段电阻丝时，指针如图5所示，则被测电阻的阻值为______Ω。（2）为提高实验准确度，某同学采用如图6所示的电路图测量金属丝的电阻。请按图6所示的电路图将图7中实物连线图补齐：图7中，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P置于______端（填“a”或“b”）。（3）根据图6，由于实验中使用的电表不是理想电表，会对实验结果造成一定的影响，实验测出的电阻值______的真实值（填“>”、“<”或“=”）。（4）现在要根据测得的实验数据，探究电阻丝电阻与电阻丝长度L、横截面积S的关系。实验小组的同学猜想：电阻丝的电阻跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比。该同学本想用控制变量法验证该猜想是否正确，但观察实验数据发现金属丝的长度没有相同的、直径没有相同的、电阻没有相同的，因此用控制变量法很难实现。若想继续验证上述猜想，请你结合所测实验数据，给出具体处理数据的方法。17．（9分）如图8所示，游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来。我们把这种情形抽象为如图9所示的模型：弧形轨道的下端与半径为R的竖直圆轨道相接，B、C分别为圆轨道的最低点和最高点。质量为m的小球（可视为质点）从弧形轨道上的A点由静止滚下，到达B点时的速度为，且恰好能通过C点。已知A、B 间的高度差为，重力加速度为g。求：（1）小球运动到B点时，轨道对小球的支持力F的大小；（2）小球通过C点时的速率；（3）小球从A点运动到C点的过程中，摩擦阻力做的功W。18．（9分）如图10所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度为L，一端连接阻值为R的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为r的导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，在拉力的作用下导体棒沿导轨向右匀速运动，速度大小为v。导轨的电阻可忽略不计。（1）求回路中的感应电流I和导体棒两端的电压U；（2）通过公式推导证明：导体棒向右匀速运动时间内，拉力做的功W等于电路获得的电能；（3）若要使回路中不产生感应电流，在导体棒运动的过程中，磁感应强度B应随时间t变化。设时刻磁场的磁感应强度大小为，请在图11中作出相应的图像，并通过推导说明作图依据。19．（10分）利用水流和太阳能发电，可以为人类提供清洁能源。已知太阳光垂直照射到地面上时的辐射功率，地球表面的重力加速度取，水的密度。（1）若利用太阳能发电，需要发射一颗卫星到地球同步轨道上，然后通过微波持续不断地将电能输送到地面，这样就建成了宇宙太阳能发电站。已知地球同步轨道半径约为地球半径的倍。求卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小； （2）三峡水电站发电机输出的电压为18kV。若采用500kV直流电向某地区输电kW，要求输电线上损耗的功率不高于输送功率的5%，求输电线总电阻的最大值；（3）三峡水电站水库面积约，平均流量m/s，水库水面与发电机所在位置的平均高度差为，并且在发电过程中水库水面高度保持不变。发电站将水的势能转化为电能的总效率。在地球同步轨道上，太阳光垂直照射时的辐射功率为。太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率为20%，将电能输送到地面的过程要损失50%。若要使（1）中的宇宙太阳能发电站与三峡电站具有相同的发电能力，同步卫星上太阳能电池板的面积至少为多大?20．（12分）在物理学中，研究微观物理问题时借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。（1）轻弹簧的两端分别与物块A、B相连，它们静止在光滑水平地面上，现给物块B一沿弹簧方向的瞬时冲量，使其以水平向右的速度开始运动，如图甲所示，并从这一时刻开始计时，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示。已知A、B的质量分别为和，求：a．物块B在时刻受到的瞬时冲量；b．系统在之后的过程中，弹簧中储存的最大弹性势能是多少?第一次达到该值时是图乙中的哪个时刻?（2）研究分子势能是研究物体内能的重要内容，现某同学计划在COMSOL仿真软件中对分子在分子力作用下的运动规律进行模拟，在模拟的场景中：两个质量同为m的小球A和B（可视为质点且不计重力）可以在x轴上运动，二者间具有相互作用力，将该力F随两球间距r的变化规律设置为和分子间作用力的变化规律相似，关系图的局部如图丙所示，图中F为“正”表示作用力为斥力，F为“负”表示作用力为引力，图中的和都为已知量。若给两小球设置不同的约束条件和初始条件，则可以模拟不同情形下两个小球在“分子力”作用下的运动情况。 a．将小球A固定在坐标轴上处，使小球B从坐标轴上无穷远处静止释放，则B会在“分子力”的作用下开始沿坐标轴向着A运动，求B运动过程中的最大速度；b．将小球A和B的初始位置分别设置在和，小球A的初速度为零，小球B的初速度为，上一小问中的（沿x轴正方向），两球同时开始运动，试估算两个小球之间能达到的最大间距。北大附中2023届高三寒假开学检测物理参考答案第一部分选择题（每题3分）题号1234567891011121314选项ACDDDCBDBDABBC第二部分非选择题15．（8分）【答案】（1）BC（2）0.342、0.365或0.372（3）A【解析】（1）A．打点计时器打的点能计算出间隔时间，不需要要用秒表测量时间，A错误；B．选用重物时，同样大小，形状的重物应选重一点的空气阻力的影响较小，B正确；C．使用打点计时器，应该先接通电源，后释放纸带，C正确；D．根据实验打出的纸带，应由匀变速直线运动的推论求出打点计时器打下某点时重锤的速度v，不可测量该点到O点的距离h，在根据公式计算，否则就默认了机械能守恒， 失去了验证的意义，D错误．（2）打点计时器打下B点时的速度为所以重力势能的减少量为（或g取，得也给分）（3）设重锤下落时所受阻力为f，由动能定理得整理得阻力f不变，m、g不变，则，故选A．16．（10分）【答案】（1）0.526mm（0.524mm—0.528mm均可）、7Ω（2）实物连线如右图所示、a端（3）<（4）方法有两种：①计算每次实验中R与的比值（即的值），如果各次实验所得的值在实验允许的误差范围内相等，则说明R与成正比——假设成立。②在坐标纸上作图像，如果该图线基本上是一条过原点的倾斜直线，则说明R与成正比——假设成立。【解析】（1）螺旋测微器读数=固定刻度+半刻度+可动刻度。故读数=0mm+0.5mm+2.6×0.01mm=0.526mm 欧姆表读数=刻度盘读数×倍率，故读数是7Ω。（2）按照电路图连接实物图，注意接线到接线柱，不分叉不相交；闭合开关前用电器两端电压最小，故滑片P至于a端。（3）电流表外接，所测电阻偏小。（4）因电阻丝的材料相同，故电阻值，从这方面入手即可。17．（9分）【解析】（1）小球在B点时，根据牛顿第二定律有解得（2）因为小球恰能通过C点，根据牛顿第二定律有解得（3）在小球从A点运动到C点的过程中，根据动能定理有解得18．（9分）【解析】（1）MN运动产生电动势根据闭合电路欧姆定律，得路端电压，得（2）MN做匀速运动，受力平衡，有内MN运动的距离拉力做功电路获得的电能可知，时间内，拉力做的功W等于电路获得的电能。（3）若要使回路中不产生感应电流，应保持回路中的磁通量不变，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示。 设时导体棒MN距导轨左端的距离为d，回路中的磁通量t时刻磁场的磁感应强度为B，导体棒MN距导轨左端的距离为，回路中的磁通量回路中的磁通量不变，则代入整理得19．（10分）【解析】（1）设同步卫星的轨道半径为R，卫星所在轨道的向心加速度大小为a，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：当物体在地表附近时，根据题意，同步轨道的半径解得卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小（2）设输电线总电阻的最大值为r，当通过输电线的电流为I时，输电线上损耗的功率为采用直流电向某地区输电时，通过输电线的电流依题意得解得（3）三峡水电站的发电功率设卫星太阳能电池板的面积至少为S，则宇宙太阳能发电站的发电功率根据题意 所以太阳能电池板的面积至少为20．（12分）【解析】（1）a．根据动量定理，得b．A和B共速时，系统弹性势能最大由动量守恒定律得，解得最大弹性势能满足，解得由图可知，第一次达到该值时为时刻。（2）a．当分子B到达时，速度最大根据图像，可以用图线和横轴围成的面积求该过程分子力所做的功由动能定理得，解得b．在到达最大距离前，分子力始终做负功，分子势能增大当A和B共速时，系统分子势能最大，二者间距最大由动量守恒定律得，解得故最大分子势能为对应图中大约为25格，从起向r增大方向分析图线与横轴围成面积大约可得最大间距为