2022-2023学年天津市和平区高三（上）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年天津市和平区高三（上）期末物理试卷
题号 一 二 三 四 五 总分
得分
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
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，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共5小题，共25.0分）
1. 年月日我国“神舟十三号”载人飞船入轨后顺利完成与天和核心舱的交会对接，假设“核心舱”与“神舟十三号”都围绕地球做匀速圆周云动为了实现飞船与核心舱的对接，下列措施可行的是( )
A. 使飞船与核心舱在同一轨道上云行，然后飞船加速追上核心舱实现对接
B. 使飞船与核心舱在同一轨道上运行，然后核心舱减速等待飞船实现对接
C. 飞船先在比核心舱半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近核心舱，两者速度接近时实现对接
D. 飞船先在比核心舱半径小的轨道上减速。减速后飞船涿渐靠近核心舱，两者速度接近时实现对接
2. 某同学自制一电流表，其原理如图所示，均匀细金属杆与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连，弹簧的劲度系数为，在矩形区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外。的右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻度，的长度大于，当中没有电流通过且处于静止时，与矩形区域的边重合，此时指针指在标尺的零刻度，当中有电流时，指针示数可表示电流强度。始终在纸面内且保持水平，以下说法正确的是( )
A. 弹簧的伸长量与金属杆中的电流大小成正比
B. 劲度系数减小，此电流表量程会更小
C. 磁感应强度减小，此电流表量程会更小
D. 为使电流表正常工作，金属杆中电流的方向应从指向
3. 如图是自由体操比赛中的一个瞬间，动作要求运动员保持此姿势秒钟以上，当运动员保持此姿势时，两手臂对称撑住地面，设两手臂夹角为，运动员的重力为，则可以判断( )
A. 当不同时，运动员受到的合力不同
B. 当时，运动员每只手对地面的正压力大小为
C. 当时，运动员每只手对地面的正压力大小为
D. 夹角越大，运动员每只手对地面的正压力越大
4. 如图，公共汽车沿水平面向右运动，小球用细线悬挂车顶上，质量为的一位中学生手握固定于车厢顶部的扶杆，始终相对于汽车静止地站在车箱底板上，学生鞋底与公共汽车间的动摩擦因数为，重力加速度为，若观察到细线偏离竖直方向夹角大小为保持不变则此刻公共汽车对学生产生的作用力的大小和方向为( )
A. 汽车一定做匀加速直线运动 B. 汽车对学生的作用力大小可能小于
C. 汽车对学生的作用力方向可能水平向左 D. 角越大，汽车对学生的作用力越大
5. 如图所示是一种演示气体定律的仪器哈勃瓶，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短的平底大烧瓶，在瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。在一次实验中，瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体，用打气筒向气球内缓慢打入气体，在此过程中( )
A. 瓶内气体内能减小 B. 瓶内气体压强不变 C. 瓶内气体向外放热 D. 瓶内气体对外做功
二、多选题（本大题共3小题，共15.0分）
6. 如图所示，天津之眼是世界上唯一建在水上桥梁的摩天轮，摩天轮边缘悬挂透明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动，、分别是圆运动的最高点和最低点，下列叙述正确的是( )
A. 从点运动到点的的过程中乘客所受合力做功为零
B. 从点运动到点的的过程中乘客所受合力的冲量为零
C. 在点和点，乘客对座椅的压力可能相等
D. 在点和点，乘客的加速度大小一定相等
7. 如图所示，一带电的粒子以一定的初速度进入某点电荷产生的电场中，沿图中弯曲的虚线轨迹先后经过电场中的、两点，其中点的场强大小为，方向与连线成角；点的场强大小为，方向与连线成角，粒子只受电场力的作用，下列说法中正确的是( )
A. 粒子带负电 B. 点的电势高于点电势
C. 粒子在点电势能大于在点的电势能 D. 粒子在点的加速度大于在点的加速度
8. 如图所示，一张薄木板放在光滑水平面上，其右端放有小木块，小木块与薄木板的接触面粗糙，原来系统静止。薄木板突然受到一水平向右的瞬间冲量作用开始运动，直到小木块从薄木板上掉下来。上述过程中下列说法正确的是( )
A. 木板对木块的摩擦力水平向左
B. 摩擦力对木块做的功一定等于木块增加的动能
C. 开始运动后，木板减小的动能等于木块增加的动能
D. 木块动能的增加一定小于系统摩擦产生的热能
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共1小题，共12.0分）
9. 用如图甲所示的实验装置，探究加速度与力、质量的关系实验中，将一端带滑轮的长木板放在水平实验台上，实验小车通过轻细线跨过定滑轮与钩码相连，小车与纸带相连。在保待实验小车质量不变的情况下，放开钩码，小车加速运动，处理纸带得到小车运动的加速度，改变钩码的个数，重复实验。
实验时，要求钩码的质量远小于小车的质量，这样做的目的是______，实验前，需要适当倾斜木板，这样做的目的是______。
A.避免在小车运动的过程中发生抖动
B.使小车获得较大的加速度
C.使细线的拉力等于小车受到的合力
D.使小车最终能匀速运动
E.使纸带上点迹清晰，便于进行测晕
F.使钩码重力近似等于细线的拉力
根据实验测得的数据，以小车运动的加速度为纵轴，钩码的质量为横轴，得到如图乙所示的图像如图中图线所示，现仅增大木板与水平方向夹角，得到的图像可能是图中的______图中所示的、、、图线相互平行。
定值电阻的阻值约为，用下列器材组装成电路测量的阻值。
A.电流表量程，内阻约
B.电流表量程，内阻约
C.电压表量程，内阻约
D.电压表量程，内阻约
E.滑动变阻器最大阻值，额定电流
F.电池组电动势，内阻不计
G.电池组电动势，内阻不计
H.开关及导线若干。
实验中电压表应选用______；电流表应选用______。填所给器材前字母
画出所用实验电路图。
四、简答题（本大题共1小题，共18.0分）
10. 有一种“双聚焦分析器”质谱仪，工作原理如图所示．加速电场的电压为，静电分析器中有辐向会聚电场，即与圆心等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心；磁分析器中以为圆心、圆心角为的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为、电荷量为的正离子初速度为零，重力不计，经加速电场加速后，从点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从点射出静电分析器．而后离子由点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从点射出，并进入收集器．测量出点与圆心的距离为，位于点正下方的收集器入口离点的距离为题中的、、、、都为已知量
求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度的大小；
求磁分析器中磁感应强度的大小；
现将离子换成质量为，电荷量仍为的另一种正离子，其它条件不变．磁分析器空间足够大，离子不会从圆弧边界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移动，要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器，求收集器水平移动的距离．
五、计算题（本大题共2小题，共30.0分）
11. 如图所示，一足够长的木板在水平地面上滑动，速度时，将一相对于地面静止的物块轻放到木板右端，已知物块与木板的质量相等，物块与木板间动摩擦因数，取，求：
若地面光滑，经过多长时间物块相对木板停止运动；
若木板与地面间动摩擦因数，木板在与物块相对静止后还能向前滑行的距离。
12. 如图，带等量异种电荷的金属板平行正对倾斜放置，金属板与水平方向的夹角为，金属板长为，一电荷量为、质量为的带负电微粒从下板边缘的点以某一水平速度进入两板间，沿直线到达上板边缘的点时速度大小为，随即进入一圆形区域，圆形区域与金属板间的电场不重叠，该区域内有交叠的匀强电场和匀强磁场图中电场没有画出，磁场方向如图所示，微粒在此区域内做匀速圆周运动，穿出该磁场区域时速度与竖直方向夹角为已知区域内匀强磁场的磁感应强度为，重力加速度为，试求：
圆形区域内匀强电场的场强的大小和方向；
微粒在圆形区域做匀速圆周运动的时间；
微粒从点进入平行金属板时的速度；
微粒在圆形磁场区域运动过程中机械能的变化量。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：使飞船与核心舱在同一轨道上运行时，若使飞船加速，飞船所需向心力大于万有引力做离心运动，偏离原来的轨道，不可能与核心舱的对接，相反，若减速做向心运动，也不可能实现对接，故AB错误；
C.飞船先在比核心舱半径小的轨道上加速，则其做离心运动，可使飞船逐渐靠近核心舱，两者速度接近时实现对接，故C正确；
D.飞船先在比核心舱半径小的轨道上减速，则其做向心运动，不可能与核心舱相接触，故D错误；
故选：。
根据万有引力提供向心力及近心运动和离心运动的相关知识即可求解。
解决本题的关键是知道飞船只有在较低的轨道上加速，万有引力不足以提供向心力。离开原轨道可能与核心舱对接。
2.【答案】
【解析】解：、对金属杆受力分析，根据共点力平衡条件得：
则弹簧的伸长量与金属杆中的电流大小不成正比，故A错误；
B、当中有电流时，
设电流表满偏时，通过金属棒的电流为，则有
解得：
劲度系数减小，此电流表量程会更小，故B正确；
C、由选项计算结果可知磁感应强度减小，此电流表量程会更大，故C错误；
D、根据左手定则，为使电流表正常工作，金属杆中电流的方向应从指向，故D错误；
故选：。
根据胡克定律和平衡条件可判断弹簧的伸长量与金属杆中的电流大小的关系；根据胡克定律和平衡条件求解通过金属棒的最大电流，进而判断电流表的量程与劲度系数和磁感应强度的关系；根据左手定则判断金属杆中电流方向。
本题考查了胡克定律和左手定则定则等知识，对于电流表的量程的判断，关键在于根据胡克定律、力的平衡条件列式求出关于最大电流的解析式判断即可。
3.【答案】
【解析】解：、不同时，运动员受到的合力为零，不变，故A错误；
、对运动员，由平衡条件知：
得地面对运动员单手的支持力为：
由牛顿第三定律知运动员单手对地的正压力大小为，与两手臂的夹角大小无关，故C正确、B错误；
D、不同时，由以上分析知运动员两只手受到的地面的支持力始终等于重力，根据牛顿第三定律可知运动员每只手对地面的压力均为，故D错误。
故选：。
两只手所受的力的合力与运动员重力平衡，由此可知合力大小不变，由于夹角的增大，合力保持不变。根据平衡条件分析地面对运动员单手的支持力大小，从而分析运动员单手对地的正压力大小。
解决本题的关键是明确运动员的受力情况，运用平衡条件分析地面对运动员的作用力。要注意地面对运动员的合力与无关。
4.【答案】
【解析】解：对小球受力分析
可知合力与加速度方向水平向左，速度沿水平面向右，汽车一定做匀减速直线运动，故A错误；
对小球由牛顿第二定律得
解得
对学生在水平方向和竖直方向分析
汽车对学生的作用力大小为：
，方向斜向左上方，故BC错误；
D.由
可知角越大，汽车对学生的作用力越大，故D正确。
故选：。
由受力分析可知，汽车做匀减速直线运动；由牛顿第二定律，求解作用力的大小及方向；由作用力的表达式求解角度和作用力的关系。
本题考查牛顿第二定律，学生需结合受力分析综合作答。
5.【答案】
【解析】解：
A.烧瓶内气体做的是等温变化，故瓶内气体内能不变，故A错误；
B.烧瓶内气体做的是等温变化，由玻意耳定律得，用打气筒向气球内缓慢打入气体，烧瓶内气体体积变小，压强变大，故B错误；
C.瓶内气体内能不变，外界对瓶内气体做功，根据热力学第一定律，，，故，瓶内气体向外放热，故C正确；
D.用打气筒向气球内缓慢打入气体，外界对瓶内气体做功，故D错误；
故选：。
气体做的是等温变化，应用玻意耳定律求出气体压强，结合热力学第一定律，然后分析答题。
本题考查了气体的等温变化，热力学第一定律，列出公式即可解决，题目不难。
6.【答案】
【解析】解：、摩天轮运动过程中，做匀速圆周运动，乘客的线速度大小不变，则动能不变，结合动能定理可知，乘客所受合力做功为零，故A正确；
B、结合图可知，乘客在点与点线速度的方向相反，结合动量定理可知，从点运动到点的的过程中乘客所受合力的冲量不为零，故B错误；
C、圆周运动过程中，在最高点，由重力和支持力的合力提供向心力，向心力指向下方，所以，则支持力；在最低点，也是由重力和支持力的合力提供向心力，向心力指向上方，所以，则支持力，所以乘客在最高点和最低点受到的支持力不相等，根据牛顿第三定律可知，在点和点，乘客对座椅的压力一定不相等，故C错误；
D、运动过程中，乘客的线速度大小不变，则向心加速度：，其大小也不变，故D正确。
故选：。
根据动能定理分析合外力的功；根据冲量的定义分析冲量；根据向心力的来源分析重力和支持力的情况；根据向心加速度的公式分析。
本题主要是考查动量定理、动能定理和圆周运动，知道冲量的计算公式以及动能定理应用的一般步骤是关键。
7.【答案】
【解析】解：将、延长相交，交点即为点的位置，如图所示：
由上图可知场源电荷在位置，且场源电荷为负电荷，
A、粒子受电场力指向轨迹的凹侧，所以粒子受电场力方向与电场方向一致，则粒子带正电，故A错误；
B、由图可知，，且点电荷的电场中等势面是以场源电荷为圆心的球心的一簇球面，沿着电场线方向，电势逐渐降低，故点的电势高于点电势，故B正确；
C、从到，电场力对带正电的粒子做正功，粒子的电势能减小，故C正确；
D、由上图可知，，且根据可知粒子在点的场强小于在点的场强，故粒子在点的加速度小于在点的加速度，故D错误。
故选：。
通过曲线运动的受力方向可判断出点电荷的电性，将、延长相交，即得到点的位置及源电荷的性质；由于电荷在电场中只受电场力的作用，可判断出运动过程中电场力做功的正负，从而判断出电势能和电势的变化，点电荷的场强公式可判断两点场强的大小，进而分析加速度大小。
本题的解题关键是确定的位置，要掌握点电荷电场线分布特点及点电荷的场强公式，知道顺着电场线电势不断降低，且点电荷的等势面是以点电荷为圆心的球心的一簇球面。
8.【答案】
【解析】解：、木块相对木板向左运动，则木板对木块的摩擦力水平向右，故A错误；
B、由于只有摩擦力对木块做功，所以根据动能定理可知，摩擦力对木块做的功一定等于木块增加的动能，故B正确；
C、开始运动后，木板减小的动能等于木块增加的动能与系统摩擦产生的热能之和，故C错误；
D、设木板与木块间的摩擦力大小为，木块的位移为，木板的长度为。对木块，由动能定理得：，系统摩擦产生的热能为。设木板的初速度为，小木块从薄木板上掉下来时木块的速度为，木板的速度为，经历的时间为，则，，由于，，所以，可得，即木块动能的增加一定小于系统摩擦产生的热能，故D正确。
故选：。
根据木块相对木板的运动方向确定木板对木块的摩擦力方向。对木块，利用动能定理分析摩擦力对木块做的功与木块增加的动能的关系。结合能量守恒定律分析。
解决本题的关键要理清木块和木板的运动过程，采用隔离法运用动能定理。要知道系统摩擦产生的热能与相对位移有关。
9.【答案】
【解析】解：本实验中平衡摩擦力后，小车受到的合外力是绳子的拉力，对小车和吊盘分别列牛顿定律方程：，，可解得：，本实验数据小车的合外力认为就是，只有在时，故选：；
实验前，需要适当倾斜木板，这样做的目的是平衡摩擦力，使细线的拉力等于小车受到的合力，故选：
根据牛顿第二定律：，得，的斜率，仅增大木板与水平方向夹角，图象的斜率不变，图象会向左平移，图象表示木板的倾斜角不够大，平衡摩擦力不足；表示木板的倾斜角过大，平衡摩擦力过度；是减小木板倾斜角的缘故，故DE正确，ABC错误。
若电源选用电池组，则通过的电流最大值为：
此时器材中的两个电流表都无法精确测量的电流，所以电池组应选择，此时通过的电流最大值为：
则电流表可以精确测量通过的电流，根据所选电源可知电压表应选择；
因为待测电阻较大，所以电流表应采用内接法。因为滑动变阻器远小于的阻值，所以为了便于控制两端的电压，滑动变阻器应采用分压式接法，电路图如图所示：
故答案为：，； ，；，；见解析。
实验中应使细线的拉力等于小车受到的合力，根据平衡摩擦力的方法分析解答；
根据电流与电源电动势选材料，结合电阻大小设计电路图。
本题考查牛顿第二定律与电阻测量实验，解题关键掌握实验原理与实验操作规范，注意电路图的设计方法。
10.【答案】解：设离子进入静电分析器时的速度为，离子在加速电场中加速的过程中，
由动能定理得：
离子在静电分析器中做匀速圆周运动，
根据牛顿第二定律有：
联立两式，解得：
离子在磁分析器中做匀速圆周运动，
由牛顿第二定律有：
由题意可知，圆周运动的轨道半径为：
故解得：，由左手定则判断得，磁场方向垂直纸面向外．
另一正离子经电场加速后的速度
可得磁场中运动的半径：
故水平向右移动的距离为：
答：静电分析器中离子运动轨迹处电场强度的大小为；磁分析器中磁感应强度的大小为；收集器水平移动的距离为．
【解析】运用动能定理研究加速电场，求出进入静电分析器的速度为，离子在电场力作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律列出等式求解．
离子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律列出等式．再结合几何关系求出已知长度与半径的关系，从而算出磁感应强度大小并确定方向．
根据动能定理可知，当粒子电量不变，质量变为时的速度，从而求个粒子磁场中运动的半径，故可求得收集器水平移动的距离．
了解研究对象的运动过程是解决问题的前提，根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题．
找出圆周运动所需的向心力，列出等式解决问题．
11.【答案】解：若地面光滑，设物块相对木板停止运动时两者的共同速度为，物块与木板的质量为。
取向右为正方向，由动量守恒定律得

代入数据解得：
设经过时间物块相对木板停止运动，对物块，取向右为正方向，根据动量定理得：

代入数据解得：
若木板与地面间动摩擦因数，在物块相对木板运动的过程中，物块的加速度为：

木板的加速度大小为：
设经过时间物块与木板速度相同，共同速度为，则：

解得：，
共速后两者一起运动，加速度大小为：
木板与物块相对静止后还能向前滑行的距离为：

答：若地面光滑，经过时间物块相对木板停止运动。
木板在与物块相对静止后还能向前滑行的距离为。
【解析】若地面光滑，物块轻放到木板右端后向右做匀加速运动，木板向右做匀减速运动，两者速度相同时物块相对木板停止运动，根据动量守恒定律求出共同速度，对物块或木板利用动量定理求时间。
若木板与地面间动摩擦因数，根据牛顿第二定律求物块和木板的加速度大小，由速度时间公式求出两者速度相等时所经历的时间及共同速度。相对静止后物块和木板一起做匀减速运动，结合牛顿第二定律和运动学公式求出还能向前滑行的距离。
解决本题的关键理清物块和木板在整个过程中的运动规律，要知道地面光滑，物块与木板组成的系统遵守动量守恒定律。若地面不光滑，结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解。
12.【答案】解：微粒在磁场中做匀速圆周运动，可得电场力和重力平衡，则有：
解得电场强度，因为微粒带负电，所以场强的方向竖直向下；
微粒做匀速圆周运动的周期为：
微粒经过磁场区域速度方向偏转了，故其轨迹圆心角为
所以微粒在磁场中运动的时间：；
微粒在平行板间由到的过程做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：
由到的过程，根据运动学公式有：
解得：；
由功能关系可得微粒机械能的变化量等于电场力做的功，设微粒在磁场中竖直方向下落的距离为，则有：
根据洛伦兹力提供圆周运动的向心力可得：
由几何关系得：
解得：
答：圆形区域内匀强电场的场强的大小为，方向竖直向下；
微粒在圆形区域做匀速圆周运动的时间为；
微粒从点进入平行金属板时的速度为；
微粒在圆形磁场区域运动过程中机被能的变化量为。
【解析】微粒在圆形区域内匀速圆周运动，微粒所受合力提供圆周运动向心力，故可知微粒所受重力与电场力平衡，洛伦兹力提供圆周运动的向心力，据此求电场强度的大小和方向；
根据粒子圆周运动由速度方向的变化确定圆周运动转过的圆心角，根据周期求得粒子运动的时间；
微粒受电场力和重力作用下沿匀加速运动，根据运动学规律求解微粒进入圆形区域的速度大小；
由微粒圆周运动的轨迹求得微粒竖直方向下落的高度，运动过程中只有电场力和重力做功，故机械能的变化量等于电场力对微粒所做的功．
本题考查了带电粒子在复合场中的运动，画出运动轨迹是正确解题的前提，并熟练掌握周期公式和半径公式是解题的关键．
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