北京市西城区2022届高三物理第一次模拟考试（西城一模）（含解析）新人教版

2022年北京市西城区高考物理一模试卷参考答案与试题解析　一、选择题（共8小题，每小题6分，满分48分）1．（6分）（2022•西城区一模）下列核反应方程中X代表质子的是（　　）　A．B．　C．D．考点：原子核衰变及半衰期、衰变速度；原子核的人工转变．专题：衰变和半衰期专题．分析：根据核反应方程前后质量数守恒、电荷数守恒判断出生成物的成分，然后再找质子．解答：解：根据核反应方程前后质量数守恒、电荷数守恒知：X在A中代表电子，B中代表质子，C中代表中子，D中代表氦原子核，B正确．故选B点评：本题较简单，只要根据质量数守恒、电荷数守恒判断出生成物的成分即可解决此类题目．　2．（6分）（2022•西城区一模）用某种频率的光照射锌板，使其发射出光电子．为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是（　　）　A．增大入射光的强度B．增加入射光的照射时间　C．换用频率更高的入射光照射锌板D．换用波长更长的入射光照射锌板考点：光电效应．专题：光电效应专题．分析：根据光电效应方程判断最大初动能与什么因素有关．解答：解：根据光电效应方程Ekm=hv﹣W0得，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关．入射光的频率越高，或波长越短，光电子的最大初动能越大．故C正确，A、B、D错误．点评：解决本题的关键掌握光电效应方程，知道光电子的最大初动能与入射光的频率有关．　3．（6分）（2022•西城区一模）一定质量的理想气体，当温度保持不变时，压缩气体，气体的压强会变大．这是因为气体分子的（　　）　A．密集程度增加B．密集程度减小C．平均动能增大D．平均动能减小考点：理想气体的状态方程．专题：理想气体状态方程专题．13\n分析：气体分子的密集程度与密度有关．温度是分子平均动能变化的标志．解答：解：A、当温度保持不变时，压缩气体，气体的压强会变大．体积减小，所以气体密度增大，即气体分子的密集程度增加，故A正确，B错误C、温度保持不变时，所以分子平均动能不变，故CD错误故选A．点评：加强对基本概念的记忆，基本方法的学习利用，是学好3﹣3的基本方法．此处高考要求不高，不用做太难的题目．　4．（6分）（2022•西城区一模）木星绕太阳的公转，以及卫星绕木星的公转，均可以看做匀速圆周运动．已知万有引力常量，并且已经观测到木星和卫星的公转周期．要求得木星的质量，还需要测量的物理量是（　　）　A．太阳的质量　B．卫星的质量　C．木星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径　D．卫星绕木星做匀速圆周运动的轨道半径考点：万有引力定律及其应用．专题：万有引力定律的应用专题．分析：根据木星的某个卫星的万有引力等于向心力，列式求解即可求出木星的质量．解答：解：卫星绕木星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M，有F=F向因而G=m=mω2r=m（）2r=ma由以上式子可以看出，要计算M，需要测量出T和r，或v和r，或ω和r，或v和ω由于已知了T，故只要知道卫星绕木星做匀速圆周运动的轨道半径r即可．故选D．点评：本题关键是根据木星的卫星做圆周运动的向心力有万有引力提供，列出方程，分析方程式即可看出要测量的量．　5．（6分）（2022•西城区一模）一弹簧振子的位移y随时间t变化的关系式为y=0.1sin2.5πt，位移y的单位为m，时间t的单位为s．则（　　）　A．弹簧振子的振幅为0.2m　B．弹簧振子的周期为1.25s　C．在t=0.2s时，振子的运动速度为零13\n　D．在任意0.2s时间内，振子的位移均为0.1m考点：简谐运动的振幅、周期和频率．专题：简谐运动专题．分析：质点做简谐运动，振动方程为y=0.1sin2.5πt，可读出振幅A和角频率．然后结合简谐运动的对称性进行分析．解答：解：A、质点做简谐运动，振动方程为y=0.1sin2.5πt，可读出振幅A=0.1m，故A错误；B、质点做简谐运动，振动方程为y=0.1sin2.5πt，可读出角频率为2.5π，故周期T=，故B错误；C、在t=0.2s时，振子的位移最大，故速度最小，为零，故C正确；D、根据周期性可知，质点在一个周期内通过的路程一定是4A，但四分之一周期内通过的路程不一定是A，故D错误；故选C．点评：本题考查理解简谐运动方程和分析振动过程的能力，要掌握振动方程的标准式：x=Asinωt，会分析质点的位移和速度等运动情况．　6．（6分）（2022•西城区一模）如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，沿x轴上各点的电场强度大小和电势分别用E和ϕ表示．选取无穷远处电势为零，下列关于x轴上各点电场强度的大小E或电势ϕ随位置x的变化关系图，正确的是（　　）　A．B．C．D．考点：电势；电势能．专题：电场力与电势的性质专题．分析：该题中正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，金属球是一个等势体．从金属球到无穷远处的电势降低．解答：解：A、B：金属球是一个等势体，等势体内部的场强处处为0，故A错误，B错误；C、D：金属球是一个等势体，等势体内部的电势处处相等，故C正确，D错误．故选：C点评：该题考查带正电荷的金属球周围的场强分布与电势的特点，除了上述的方法，还可以使用积分法求它的场强和电势．属于简单题．　13\n7．（6分）（2022•西城区一模）某同学采用如图1所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系．用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F；通过分析打点计时器打出的纸带，测量加速度a．分别以合力F和加速度a作为横轴和纵轴，建立坐标系．根据实验中得到的数据描出如图2所示的点迹，结果跟教材中的结论不完全一致．该同学列举产生这种结果的可能原因如下：（1）在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高；（2）没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将木板右端垫得过低；（3）测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大；（4）砂桶和砂的质量过大，不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件．通过进一步分析，你认为比较合理的原因可能是（　　）　A．（1）和（4）B．（2）和（3）C．（1）和（3）D．（2）和（4）考点：探究加速度与物体质量、物体受力的关系．专题：实验题；牛顿运动定律综合专题．分析：探究物体的加速度与所受合力的关系的实验，运用控制变量法探究加速度与力和力的关系．根据牛顿第二定律分析“将砂桶和砂的重力近似看作小车的牵引力”的条件．根据原理分析图线不经过原点和曲线上部出现弯曲现象的原因．解答：解：根据实验中得到的数据描出如图2所示的点迹，1、图线不经过原点，当拉力为零时，加速度不为零，知平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得过高了．故（1）正确2、曲线上部出现弯曲现象，随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．故（4）正确故选A．点评：对于实验问题一定要明确实验原理，并且亲自动手实验，熟练应用所学基本规律解决实验问题．　8．（6分）（2022•西城区一模）如图所示，一长木板放置在水平地面上，一根轻弹簧右端固定在长木板上，左端连接一个质量为m的小物块，小物块可以在木板上无摩擦滑动．现在用手固定长木板，把小物块向左移动，弹簧的形变量为x1；然后，同时释放小物块和木板，木板在水平地面上滑动，小物块在木板上滑动；经过一段时间后，长木板达到静止状态，小物块在长木板上继续往复运动．长木板静止后，弹簧的最大形变量为x2．已知地面对长木板的滑动摩擦力大小为f．当弹簧的形变量为x时，弹性势能，式中k为弹簧的劲度系数．由上述信息可以判断（　　）13\n　A．整个过程中小物块的速度可以达到　B．整个过程中木板在地面上运动的路程为　C．长木板静止后，木板所受的静摩擦力的大小不变　D．若将长木板改放在光滑地面上，重复上述操作，则运动过程中物块和木板的速度方向可能相同考点：机械能守恒定律；共点力平衡的条件及其应用．专题：机械能守恒定律应用专题．分析：同时释放小物块和木板后，弹簧弹力和地面对木板的摩擦力对系统做功，系统机械能不守恒，当长木板达到静止状态，小物块在长木板上继续往复运动时，只有弹簧弹力做功，系统机械能守恒，若将长木板改放在光滑地面上，系统所受合外力为零，动量守恒．解答：解：A、整个过程根据动能定理得：=，所以速度不能达到，故A错误；B、当木板静止时，小物块在长木板上继续往复运动时，只有弹簧弹力做功，系统机械能守恒，所以当木板刚静止时，系统具有的机械能为，从开始到木板刚静止的过程中，根据能量守恒得：=fs解得：，故B正确；C、长木板静止后，对木板进行受力分析，水平方向受地面的静摩擦力和弹簧弹力，弹簧弹力随木块的运动而发生改变，所以木板受的静摩擦力也发生改变，故C错误；D、若将长木板改放在光滑地面上，系统所受合外力为零，动量守恒，则运动过程中物块和木板的速度方向肯定相反，故D错误．故选B点评：本题涉及到弹簧，功、机械能守恒的条件、动量守恒登陆等较多知识．题目情景比较复杂，全面考查考生理解、分析、解决问题的能力．　二、解答题（共4小题，满分72分）9．（18分）（2022•西城区一模）在实验室测量两个直流电源的电动势和内电阻．电源甲的电动势大约为4.5V，内阻大约为1.5Ω；电源乙的电动势大约为1.5V，内阻大约为1Ω．由于实验室条件有限，除了导线、开关外，实验室还能提供如下器材：A．量程为3V的电压表VB．量程为0.6A的电流表A1C．量程为3A的电流表A2D．阻值为4.0Ω的定值电阻R1E．阻值为100Ω的定值电阻R2F．最大阻值为10Ω的滑动变阻器R3G．最大阻值为100Ω的滑动变阻器R413\n（1）选择电压表、电流表、定值电阻、滑动变阻器等器材，采用图1所示电路测量电源甲的电动势和内电阻．①定值电阻应该选择　D　（填D或者E）；电流表应该选择　B　（填B或者C）；滑动变阻器应该选择　F　（填F或者G）．②分别以电流表的示数I和电压表的示数U为横坐标和纵坐标，计算机拟合得到如图2所示U﹣I图象，U和I的单位分别为V和A，拟合公式为U=﹣5.6I+4.4．则电源甲的电动势E=　4.4　V；内阻r=　1.3　Ω（保留两位有效数字）．③在测量电源甲的电动势和内电阻的实验中，产生系统误差的主要原因是　C　A．电压表的分流作用B．电压表的分压作用C．电流表的分压作用D．电流表的分流作用E．定值电阻的分压作用（2）为了简便快捷地测量电源乙的电动势和内电阻，选择电压表、定值电阻等器材，采用图3所示电路．①定值电阻应该选择　D　（填D或者E）．②实验中，首先将K1闭合，K2断开，电压表示数为1.48V．然后将K1、K2均闭合，电压表示数为1.23V．则电源乙电动势E=　1.48　V；内阻r=　0.81　Ω（小数点后保留两位小数）．考点：测定电源的电动势和内阻．专题：实验题；恒定电流专题．分析：（1）①根据安全性原则、准确性原则、与方便操作性原则选择实验器材；②电路断路时的路端电压是电源电动势，短路电阻为电源内阻，根据表达式求出电动势与内阻；③根据电路图分析系统误差原因．（2）用图3所示电路测电动势与内阻，为减小实验误差，定值电阻阻值应小一点；根据实验步骤及欧姆定律求出电动势与内阻．解答：解：（1）①测电动势是1.5V，内阻为1Ω的电源电动势与内阻实验时，短路电流为1.5A，如果用量程为3A电流表，则读数误差太大，因此电流表应选B；电流表选B，测电动势为4.5V电源电动势与内阻实验时，电路最小电阻为R===7.5Ω，考虑电源内阻、滑动变阻器电阻，因此定值电阻应选D；为方便实验操作，滑动变阻器应选F．②由表达式U=﹣5.6I+4.4可知，电源电动势为：E=4.4V，内阻为：r=≈1.3Ω；13\n③由电路图可知，电流表的分压会造成实验误差，故选C．（2）①用图3所示电路测电动势与内阻，定值电阻适当小一点，实验误差小，因此定值电阻应该选择D．②由电路图可知，K1闭合，K2断开，电压表示数为电源电动势，电压表示数为1.48V，则电源乙电动势为：E=1.48V；K1、K2均闭合，电压表示数为1.23V，电压表测路端电压，此时电路电流为：I===0.3075A，电源内阻为：r==≈0.81Ω；故答案为：（1）①D、B、F；②4.4；1.3；（2）①D；②1.48；0.81．点评：本题考查了实验器材的选择，实验数据处理，要正确实验器材的选取原则，理解实验原理是正确解题的关键．　10．（16分）（2022•西城区一模）如图所示，跳台滑雪运动员从滑道上的A点由静止滑下，经时间t0从跳台O点沿水平方向飞出．已知O点是斜坡的起点，A点与O点在竖直方向的距离为h，斜坡的倾角为θ，运动员的质量为m．重力加速度为g．不计一切摩擦和空气阻力．求：（1）运动员经过跳台O时的速度大小v；（2）从A点到O点的运动过程中，运动员所受重力做功的平均功率；（3）从运动员离开O点到落在斜坡上所用的时间t．考点：动能定理的应用；平抛运动；功率、平均功率和瞬时功率．专题：动能定理的应用专题．分析：A到O的过程重力做功，运动员的动能增加；重力做功与所用时间的比值即重力的平均功率；离开O点后，运动员在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，根据平抛运动的关键即可求出所用的时间．解答：解：（1）运动员从A到O点过程中，根据动能定理解得：（2）重力做功的平均功率（3）运动员从O点到落在斜坡上做平抛运动13\n竖直方向：水平方向：x=vt由平抛运动的位移关系可知：解得：答：（1）运动员经过跳台O时的速度大小；（2）从A点到O点的运动过程中，运动员所受重力做功的平均功率；（3）从运动员离开O点到落在斜坡上所用的时间．点评：该题考查动能定理和平抛运动，公式虽然多，大都比较简单．题目属于中档题目．　11．（18分）（2022•西城区一模）如图1所示，两根间距为l1的平行导轨PQ和MN处于同一水平面内，左端连接一阻值为R的电阻，导轨平面处于竖直向上的匀强磁场中．一质量为m、横截面为正方形的导体棒CD垂直于导轨放置，棒到导轨左端PM的距离为l2，导体棒与导轨接触良好，不计导轨和导体棒的电阻．（1）若CD棒固定，已知磁感应强度B的变化率随时间t的变化关系式为，求回路中感应电流的有效值I；（2）若CD棒不固定，棒与导轨间最大静摩擦力为fm，磁感应强度B随时间t变化的关系式为B=kt．求从t=0到CD棒刚要运动，电阻R上产生的焦耳热Q；（3）若CD棒不固定，不计CD棒与导轨间的摩擦；磁场不随时间变化，磁感应强度为B．现对CD棒施加水平向右的外力F，使CD棒由静止开始向右以加速度a做匀加速直线运动．请在图2中定性画出外力F随时间t变化的图象，并求经过时间t0，外力F的冲量大小I．考点：导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律．专题：电磁感应——功能问题．分析：（1）已知磁感应强度B的变化率，由法拉第电磁感应定律求得感应电动势瞬时表达式，由欧姆定律求得感应电流瞬时表达式，得到感应电流的最大值Im．由于交变电流是正弦式的，所以感应电流的有效值I=Im．13\n（2）当磁感应强度B随时间t变化的关系式为B=kt，回路中产生恒定的感应电流，CD棒所受的安培力均匀增大，当安培力等于最大静摩擦力时，棒刚要运动．根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律得到安培力与时间的关系式，由安培力等于最大静摩擦力求出时间，由焦耳定律求Q．（3）先推导出安培力与时间的关系式，根据牛顿第二定律外力F与时间的关系式，作出图象，图象的“面积”等于外力的冲量，即可由几何知识求得冲量I．解答：解：（1）根据法拉第电磁感应定律回路中的感应电动势所以，电动势的最大值Em=kl1l2由闭合电路欧姆定律由于交变电流是正弦式的，所以感应电流的有效值I=Im解得，（2）根据法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势根据闭合电路欧姆定律CD杆受到的安培力当CD杆将要开始运动时，满足：FA=fm由上式解得：CD棒运动之前，产生电流的时间所以，在时间t内回路中产生的焦耳热Q=I2Rt=fml2（3）CD棒切割磁感线产生的感应电动势E=Bl1v时刻t的感应电流CD棒在加速过程中，根据由牛顿第二定律F﹣BIl1=ma解得：根据上式，可得到外力F随时间变化的图象如图所示，由图象面积可知：经过时间t0，外力F的冲量I解得：13\n答：（1）回路中感应电流的有效值I为；（2）从t=0到CD棒刚要运动，电阻R上产生的焦耳热Q为fml2；（3）在图2中定性画出外力F随时间t变化的图象如图所示，经过时间t0，外力F的冲量大小I为+mat0．点评：本题是电磁感应与交变电流、力学、电路等多个知识的综合，根据法拉第电磁感应定律求感应电动势，由欧姆定律求感应电流是基本的思路．对于涉及棒的运动问题，安培力的推导是关键．　12．（20分）（2022•西城区一模）如图1所示，M、N为竖直放置的平行金属板，两板间所加电压为U0，S1、S2为板上正对的小孔．金属板P和Q水平放置在N板右侧，关于小孔S1、S2所在直线对称，两板的长度和两板间的距离均为l；距金属板P和Q右边缘l处有一荧光屏，荧光屏垂直于金属板P和Q；取屏上与S1、S2共线的O点为原点，向上为正方向建立x轴．M板左侧电子枪发射出的电子经小孔S1进入M、N两板间．电子的质量为m，电荷量为e，初速度可以忽略．不计电子重力和电子之间的相互作用．（1）求电子到达小孔S2时的速度大小v；（2）若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场，电子刚好经过P板的右边缘后，打在荧光屏上．求磁场的磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x；（3）若金属板P和Q间只存在电场，P、Q两板间电压u随时间t的变化关系如图2所示，单位时间内从小孔S1进入的电子个数为N．电子打在荧光屏上形成一条亮线．忽略电场变化产生的磁场；可以认为每个电子在板P和Q间运动过程中，两板间的电压恒定．a．试分析在一个周期（即2t0时间）内单位长度亮线上的电子个数是否相同．b．若在一个周期内单位长度亮线上的电子个数相同，求2t0时间内打到单位长度亮线上的电子个数n；若不相同，试通过计算说明电子在荧光屏上的分布规律．考点：13\n带电粒子在混合场中的运动；牛顿第二定律；向心力；动能定理的应用；带电粒子在匀强电场中的运动．专题：带电粒子在电场中的运动专题．分析：（1）电子在加速电场中，电场力做正功，根据动能定理求电子到达小孔S2时的速度大小v；（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，画出轨迹，由几何知识求出轨迹半径，由牛顿第二定律求磁感应强度B．电子离开磁场后做匀速运动，由几何关系求x；（3）电子在电场中做类平抛运动，运用运动的分解，由牛顿第二定律和运动学公式结合求得离开电场时偏转的距离x1．电子在偏转电场外做匀速直线运动，也运用运动的分解求出电子打在荧光屏上的位置坐标x．对于有电子穿过P、Q间的时间内进行讨论，在任意△t时间内，P、Q间电压变化△u相等，在任意△t时间内，亮线长度△x相等．所以在一个周期内单位长度亮线上的电子个数相同．根据电子在P、Q电场中的侧移量，求出偏转电压u，再求出电子打在荧光屏上的最大侧移量，求出亮线的长度，即可求得单位长度亮线上的电子数．解答：解：（1）根据动能定理解得：①（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，设圆运动半径为R，在磁场中运动轨迹如图1，由几何关系解得：根据牛顿第二定律：解得：设圆弧所对圆心为α，满足：由此可知：电子离开磁场后做匀速运动，满足几何关系：通过上式解得坐标（3）a．设电子在偏转电场PQ中的运动时间为t1，PQ间的电压为u垂直电场方向：l=vt1②平行电场方向：③此过程中电子的加速度大小④①、②、③、④联立得：电子出偏转电场时，在x方向的速度vx=at1⑤13\n电子在偏转电场外做匀速直线运动，设经时间t2到达荧光屏．则水平方向：l=vt2⑥竖直方向：x2=vxt2⑦①、⑤、⑥、⑦联立，解得：电子打在荧光屏上的位置坐标⑧对于有电子穿过P、Q间的时间内进行讨论：由图2可知，在任意△t时间内，P、Q间电压变化△u相等．由⑧式可知，打在荧光屏上的电子形成的亮线长度．所以，在任意△t时间内，亮线长度△x相等．由题意可知，在任意△t时间内，射出的电子个数是相同的．也就是说，在任意△t时间内，射出的电子都分布在相等的亮线长度△x范围内．因此，在一个周期内单位长度亮线上的电子个数相同．b．现讨论2t0时间内，打到单位长度亮线上的电子个数：当电子在P、Q电场中的侧移量x1=时，由得：u=2U0当偏转电压在0～±2U0之间时，射入P、Q间的电子可打在荧光屏上．由图2可知，一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间所以，一个周期内打在荧光屏上的电子数由⑧式，电子打在荧光屏上的最大侧移量亮线长度L=2xm=3l所以，从0～2t0时间内，单位长度亮线上的电子数答：13\n（1）电子到达小孔S2时的速度大小v为；（2）磁场的磁感应强度大小B是，电子打在荧光屏上的位置坐标x为；（3）从0～2t0时间内，单位长度亮线上的电子数n为．点评：本题是带电粒子先加速后偏转问题，电场中加速根据动能定理求解获得的速度、偏转电场中类平抛运动的研究方法是运动的分解和合成，结合几何关系进行分析，难度较大．　13