2022-2023学年天津四十七中高三（上）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年天津四十七中高三（上）期末物理试卷
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. 如图所示，与竖直方向夹角为的细绳一端系在小球上，另一端固定在天花板上点，劲度系数为的水平轻质弹簧一端与小球连接，另一端固定在竖直墙上点。小球质量为，处于静止状态，弹簧处于弹性范围内，重力加速度为，则( )
A. 细绳的拉力大小为
B. 弹簧伸长，伸长量为
C. 细绳剪断的瞬间，小球加速度为
D. 将弹簧撤掉，维持小球静止最小外力大小为
2. “天问一号”火星探测器在环绕火星飞行约个月后，其着陆巡视器于年月日在火星鸟托邦平原预选区成功着陆，标志着我国成为全球第三个登陆火星的国家。假设在火星北极用弹簧测力计测得质量为的物块受到的重力为，火星可近似看成半径为的均匀球体，其自转周期为，万有引力常量为，下面有关火星的说法正确的是( )
A. 火星的第一宇宙速度为
B. 火星的质量为
C. 赤道表面的重力加速度为
D. 火星的同步卫星线速度比火星的第一宇宙速度大
3. 如图甲所示，为一小型交流发电机示意图。为了便于观察，图甲中只画出其中的一匝线圈。线圈匀速转动时与外电路的电阻构成闭合回路。从图甲所示位置开始计时，通过电阻的交变电流如图乙所示，则下列判断正确的是( )
A. 电阻消耗的热功率为
B. 时，线圈平面与磁场方向平行
C. 图甲所示时刻，穿过线圈的磁通量变化最快
D. 该发电机产生的交变电流的频率为
4. 如图所示，用表示两分子间的作用力，用表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由变为的过程中( )
A. 不断增大，不断减小 B. 先增大后减小，不断减小
C. 不断增大，先增大后减小 D. F、都是先增大后减小
5. 如图所示，带电粒子只在电场力作用下由点运动到点。图中实线为电场线，虚线为粒子运动轨迹，下列说法正确的是( )
A. 带电粒子一定带负电
B. 带电粒子在点时的速度小于在点时的速度大小
C. 带电粒子在点时的加速度大于在点时的加速度大小
D. 带电粒子在处的电势能小于在处的电势能
二、多选题（本大题共3小题，共15.0分）
6. 如图所示，质量为的物体可视为质点以某一速度从点冲上倾角为的固定斜面，其运动的加速度大小为，此物体在斜面上上升的最大高度为，则在这个过程中物体( )
A. 重力势能增加了 B. 动能损失了
C. 克服摩擦力做功 D. 机械能损失了
7. 全民运动，始于“足下”。如图所示，学生练习用脚颠球，足球的质量为。某一次足球由静止自由下落，被颠起后，离开脚竖直向上运动的最大高度为。已知足球与脚的作用时间为，重力加速度取，不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A. 足球与脚作用的过程，脚对足球的冲量大于足球的动量改变量
B. 足球与脚作用的过程，足球动量变化量大小为
C. 足球与脚作用的过程，脚对足球的平均作用力大小为
D. 足球从下落至第一次向上运动到最大高度的过程中，重力冲量的大小为
8. 关于下列四幅图的说法正确的是( )
A. 图甲是回旋加速器的示意图，带电粒子获得的最大动能与回旋加速器的半径有关
B. 图乙是电磁流量计的示意图，可以判断出极板是发电机的负极，极板是发电机的正极
C. 图丙是速度选择器的示意图，若带正电的粒子不计重力能自左向右沿直线匀速通过速度选择器，则带负电的粒子不计重力不能自左向右沿直线匀速通过速度选择器
D. 图丁是质谱仪的示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共12.0分）
9. 小李同学利用图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”的实验，打出如图乙所示的纸带，已知打点计时器频率为。
关于该实验，下列说法正确的是______。
A.电火花计时器使用以下交流电源
B.纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用
C.为了验证机械能守恒，必须选择纸带上打出的第一个点作为起点
D.可以选择较轻的物体作为重物以延长下落的时间，实验效果更好
该同学用两个质量分别为、的重物和分别进行实验，多次记录下落高度和相应的速度大小，作出的图像如图丙所示。下列分析正确的是______。多选
A.阻力可能为零
B.阻力不可能为零
C.一定大于
D.可能等于
10. 某实验小组用如图所示装置通过半径相同的、两球的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使球从斜槽顶端固定挡板处由静止开始释放，落到位于水平地面的记录纸上，重复上述操作次。再把球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球仍从斜槽顶端固定挡板处由静止开始释放，球和球碰撞后，、球分别在记录纸上留下落点痕迹，重复这种操作次。得到了如图所示的三个落点、和。点为斜槽末端在记录纸上的竖直投影点。
用最小的圆圈把所有落点圈在里面，圆心即为落点的平均位置，落点到点的距离为______。
若碰撞过程动量守恒，由图可以判断出是______球的落点。选填“”或“”
若球质量为，球质量为，且两球碰撞过程动量守恒，根据图信息可知：为______。单选，填正确答案标号
A.：
B.：
C.：
若碰撞过程动量守恒，由信息可知，球和球碰撞过程______弹性碰撞。选填“是”或“不是”
四、计算题（本大题共3小题，共48.0分）
11. 第届冬奥会将于年月日在北京召开，经过分站比赛的角逐，我国在短道速度滑冰项目获得满额参赛资格。短道速度滑冰接力赛很具有观赏性，某次训练参与接力的两队员，甲质量为，乙质量为，接力前二人速度均为，方向向前，甲在前，乙在后，乙从后面猛推甲如图，动作完成瞬间乙的速度变为，方向不变，接力过程二人所受的系统外力远小于推力，且接力前后瞬间两人均在一条直线上运动，
求乙猛推甲动作完成瞬间甲的速度？
乙猛推甲过程，甲的速度变化量？若过程作用时间为，求甲的平均加速度？
乙推甲过程，若乙肌肉做功，消耗生物能量全部转化为甲、乙系统机械能，且其它力的功不考虑，求乙消耗的生物能？
12. 如图所示，质量，电阻的金属棒置于光滑水平导轨上，在的水平恒定拉力作用下，由静止开始运动，当运动至距离为时，导线恰好达到最大速度。若匀强磁场的磁感强度，导轨间距为，导轨上串联的电阻为，导轨和接线的电阻均不计。试求：
金属棒能达到的最大速度；
此过程中电阻上产生的热量；
此过程中通过电阻的电量。
13. 如图所示，右板中央开有一小孔的竖直平行板电容器左极板中央有一质量为、电荷量为的正离子，给两板加电压后离子由静止开始运动，之后以速度进入水平放置的速度选择器并做直线运动，速度选择器上下两平行板相距为、板间有方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为的匀强磁场；速度选择器右侧的直角坐标系。的第一象限被直线分成区域Ⅰ和区域Ⅱ，和轴的夹角，区域Ⅰ内有场强大小跟速度选择器相同、方向沿轴负方向的匀强电场，区域Ⅱ内有垂直纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场。离子从轴上某点进入电场区域Ⅰ，之后垂直方向进入磁场区域Ⅱ且恰好未从轴射出，不计离子的重力。求：
竖直平行板电容器及速度选择器两板间的电压大小；
磁场区域Ⅱ磁感应强度大小；
离子从刚进入电场到再次进入电场时所用的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、小球静止时，受到重力、弹簧的弹力和细绳的拉力如图：
可知细绳的拉力：，弹簧的弹力：，弹簧处于压缩状态，故AB错误；
C、由平衡条件知，弹簧的弹力和重力的合力与细绳拉力的大小相等，方向相反，即沿方向。将细绳剪断的瞬间，小球受到重力和弹簧的弹力，而弹簧的弹力不变，所以小球重力和弹力的合力沿方向，加速度方向即沿方向，大小为：。故C错误；
D、将弹簧撤掉，根据平行四边形定则可知，维持小球静止最小外力的方向与细绳的方向垂直，如图，
大小为，故D正确。
故选：。
小球静止时，分析其受力情况，由平衡条件确定弹簧的弹力和重力的合力方向。细绳剪断瞬间弹簧的弹力不变，则小球所受的合力与剪断前细绳拉力的大小相等、方向相反，即可分析加速度的方向。
本题中小球先处于平衡状态，由平衡条件分析重力和弹力的合力方向是关键。烧断细绳瞬间，要抓住弹簧的弹力不能突变。
2.【答案】
【解析】解：、根据，可得火星的第一宇宙速度为，故A错误；
B、根据，可得火星质量，故B正确；
C、赤道表面重力与向心力的合力等于万有引力，所以赤道表面的重力加速度小于两极的重力加速度，故C错误；
D、设火星同步卫星的轨道半径为，则根据万有引力提供向心力可得
再代入，
可得，即火星的同步卫星线速度比火星的第一宇宙速度小，故D错误。
故选：。
忽略火星自转的影响，火星表面的物体受到的引力等于万有引力，卫星绕火星做圆周运动，万有引力提供向心力；火星赤道上的物体随火星自转做圆周运动的向心力与重力之和等于万有引力，由牛顿第二定律求出火星赤道上的重力加速度；应用万有引力公式与牛顿第二定律分析答题。
本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供向心力是解题的前提与关键，应用万有引力公式与牛顿第二定律即可解题。
3.【答案】
【解析】解：、由图乙可知感应电流的有效值：，根据热功率表达式，电阻的热功率为：，故A正确；
B、由图乙可知时，，则线圈平面与磁场方向垂直，故B错误；
C、图甲所示时刻，线圈处于中性面位置，感应电动势为零，磁通量变化率为零，故C错误；
D、由图乙可知交变电流的周期，则频率为：，故D错误。
故选：。
根据线圈所在的位置，判断出与中性面间的关系，根据周期求得频率，根据电流的最大值求得有效值，根据即可求得电阻产生的热功率。
本题主要考查了交流发电机的相关知识，要熟悉“四值”之间的相互转换，同时结合欧姆定律和焦耳定律计算求解。
4.【答案】
【解析】解：当时，分子的引力与斥力大小相等，分子力为。
在两个分子之间的距离由变为的过程中，由图看出，分子力先增大后减小。此过程分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小。故B正确。
故选：。
根据图象可以看出分子力的大小变化，在横轴下方的为引力，上方的为斥力，分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大．
本题虽在热学部分出现，但考查内容涉及功和能的关系等力学知识，能够读懂图象的物理意义是基础．
5.【答案】
【解析】解：根据物体做曲线运动时，物体所受合外力指向轨迹的凹侧可知，电荷在点所受电场力方向沿该点的切线方向，与该点的场强方向相同，因此粒子带正电，故A错误；
B.由于沿电场线电势逐渐降低，因此，根据电场力做功公式，动能定理，所以带电粒子在点时的速度小于在点时的速度大小，故B正确；
C.电场线的疏密表示场强大小，因此，根据牛顿第二定律得，所以带电粒子在点时的加速度小于在点时的加速度大小，故C错误；
D.由于沿电场线电势逐渐降低，因此，根据电势能的定义式可知，带电粒子在处的电势能大于在处的电势能，故D错误。
故选：。
A.物体做曲线运动时，物体所受合外力指向轨迹的凹侧来判断电场力方向，根据电场力方向与场强方向的关系判断粒子的正负；
B.根据电场力做功公式可知粒子从到，电场力做正功，根据动能定理判断速度的大小；
C.根据电场线的疏密判断场强大小，根据牛顿第二定律判断加速度大小；
D.沿电场线电势逐渐降低，判断电势的高低，根据电势能的定义式判断电势能的大小。
物体做曲线运动时，物体所受合外力指向轨迹的凹侧，这是判断电场力方向的关键；对于正电荷，在电势越高的地方电势能越大，对于负电荷，在电势越高的地方电势能反而越小。
6.【答案】
【解析】解：：根据重力做功与重力势能变化关系可知，物体的重力势能增加了，所以A正确；
：根据动能定理可知，减少的动能，所以B错误；
：对物体由牛顿第二定律可得：，解得摩擦力，
物体克服摩擦力做的功为，所以C错误；
：根据“功能原理”可知，，即损失的机械能，所以D错误。
故选：。
本题求出克服重力做的功即可；题根据动能定理求出合力做的功即可；题根据牛顿第二定律求出摩擦力大小，即可求解；题根据“功能原理”求出克服摩擦力做的功即可．
应明确：涉及到“动能”、“功”等问题时，应用动能定理求解；“功能原理”是指除重力以外其它力做的功等于机械能的变化．
7.【答案】
【解析】解：
A.设在足球与脚作用的过程，脚对足球的冲量为，重力对足球的冲量为，以竖直向上为正方向，足球动量变化为，
由动量定理得，解得，所以脚对足球的冲量更大。故A正确；
B.足球达到脚背的速度大小为，
离开脚的速度大小。
以向上为正方向，根据动量变化量的计算公式，足球动量变化量，故B错误；
C.设脚对足球的平均作用力大小为，在足球与脚作用的过程，由动量定理得
得，故C正确；
D.足球下落时间
足球上升时间
足球从下落至第一次向上运动到最大高度的过程中，重力冲量的大小，故D错误。
故选：。
本题根据动量定理，规定正方向后列式，即可解答。
本题考查学生对动量定理的理解和使用，考查学生的理解能力。
8.【答案】
【解析】解：设回旋加速器形盒的半径为，粒子获得的最大速度为，根据牛顿第二定律有
解得
由上式可知粒子获得的最大速度与回旋加速器的半径有关，故A正确；
B.图乙是磁流体发电机，且根据左手定则可知等离子体中正电荷向板偏转，负电荷向板偏转，所以极板是发电机的负极，极板是发电机的正极，故B错误；
C.正粒子自左向右沿直线匀速通过速度选择器时，所受洛伦兹力与电扬力大小相等，方向相反，负粒子自左向右沿直线匀速通过速度选择器时，所受洛伦兹力与电场力均反向，大小相等。方向仍然相反，能通过，故C错误；
D.粒子打在底片上的位置到狭缝的距离为，穿过速度选择器的粒子速度都相同，根据上式可知越小，粒子比荷越大，故D正确。
故选：。
根据回旋加速器的原理分析带电粒子的最大速度；根据左手定则判断自由电荷的偏转方向，根据电磁流量计的原理得出前后侧面的电势差；根据质谱仪的原理分析带电粒子的比荷。
本题根据理解掌握各种仪器的工作原理，明确电场、磁场的各自作用，注意回旋加速器、速度选择器、电磁流量计的本质都是应用了带电粒子受到洛伦兹力和电场力的作用制成的。
9.【答案】
【解析】解：电火花打点计时器使用交流电源，故A错误；
B.纸带必须尽量保持竖直方向以减小摩擦阻力作用，故B正确；
C.验证机械能守恒时，不一定要选择纸带上打出的第一个点作为起点，故C错误；
D.为了减小空气阻力的影响，选择较重的物体作为重物实验效果更好，故D错误。
故选：。
设空气阻力是，根据动能定理有
整理得

阻力如果为零，则机械能守恒，两图线斜率相同，故阻力不为零。虽然的斜率大于的斜率，但空气阻力关系不确定，所以的质量可能等于的质量。故BD正确，AC错误。
故选：。
故答案为：；
根据实验的原理，以及操作步骤中的注意事项，确定正确的选项；
根据动能定理得出图像函数表达式，从而分析解答。
解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理，注意图像与函数关系式结合的分析方法。
10.【答案】 是
【解析】解：最小刻度为，则估读到，读数为．
球质量大于球，故碰撞后球速度要大于球初速度，故为球落地点。
规定向右为正方向，由动量守恒定律有：
由于运动时间相同，则
解得：
则：：
代入数据得：：，故C正确，AB错误；
故选：。
当弹性碰撞时，满足
由于运动时间相同，则
又
联立可得根据图可知，恰好满足，故是弹性碰撞。
故答案为：；；；是
根据刻度尺的读数方法读得数据；
球质量大于球，故碰撞后球速度要大于球初速度；
根据动量守恒定律结合平抛运动规律解答．
弹性碰撞满足能量守恒和动量守恒，列式分析解答即可．
本题主要考查了“验证动量守恒定律”的实验的原理及要求以及数据处理等基础知识，难度不大，属于基础题，是考查基础知识的好题．
11.【答案】解：设所求甲的速度为，取初速度方向为正方向，根据动量守恒定律可得：
解得：，方向与初速度方向相同；
设所求甲的速度变化量为，平均加速度为
速度变化量为：
根据加速度定义式可知平均加速度：；
设乙消耗的生物能量为，对二者系统，由能量守恒定律：
解之得：。
答：乙猛推甲动作完成瞬间甲的速度为；
乙猛推甲过程，甲的速度变化量为，若过程作用时间为，甲的平均加速度为；
乙推甲过程，乙消耗的生物能为。
【解析】根据动量守恒定律求解速度大小；
根据初速度和末速度求解速度变化量，根据加速度定义式可知求解加速度；
对二者系统，由能量守恒定律求解乙消耗的生物能。
本题主要是考查了动量守恒定律和能量守恒定律；对于动量守恒定律，其守恒条件是：系统不受外力作用或某一方向不受外力作用或合外力为零；解答时要首先确定一个正方向，利用碰撞前系统的动量和碰撞后系统的动量相等列方程，再根据能量关系列方程求解。
12.【答案】解：金属棒切割磁感线产生的感应电动势
由闭合电路的欧姆定律得：
金属棒受到的安培力大小
金属棒做匀速直线运动时速度最大，由平衡条件得：
代入数据解得最大速度：
从金属棒开始运动到达到最大速度过程，由能量守恒定律得：
产生的热量
代入数据解得：
由法拉第电磁感应定律得：
由闭合电路的欧姆定律得：
通过的电荷量
代入数据解得：
答：金属棒能达到的最大速度是；
此过程中电阻上产生的热量是；
此过程中通过电阻的电量是。
【解析】金属棒做匀速直线运动时速度最大，应用平衡条件求出最大速度大小。
应用能量守恒定律求出上产生的热量。
应用法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律与电流定义式求出电量。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
13.【答案】解设竖直平行板电容器两板间电压为，由动能定理得
解得
设速度选择器两板间的电压为，正离子在速度选择器中做直线运动，竖直方向受力平衡，有
又
解得
离子刚进入磁场时，如图所示：
速度大小
由几何关系得
离子在电场中运动，根据牛顿第二定律有：
在电场中运动的过程中，沿轴正方向
解得：
设区域Ⅱ中磁场磁感应强度为，离子进入磁场中，洛伦兹力充当向心力，根据牛顿第二定律有
根据几何关系有
解得：
离子进入磁场后做匀速圆周运动，恰好未从轴射出，则从进入磁场到再次回到电场中所用时间
又
则离子从刚进入电场到再次进入电场所用的时间
解得：
答：竖直平行板电容器的电压为，速度选择器两板间的电压大小为；
磁场区域Ⅱ磁感应强度大小为；
离子从刚进入电场到再次进入电场时所用的时间为。
【解析】根据动能定理解得竖直平行板电容器的电压，离子在平行金属板间做匀速直线运动，由平衡条件可以求出速度选择器两板间的电压。
离子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由几何知识求出粒子轨道半径，然后由牛顿第二定律求出磁感应强度。
离子在电场中做类平抛运动，竖直方向做匀速直线运动，水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，应用类平抛运动规律可以求出离子运动时间。
本题中离子在复合场中运动的问题是速度选择器的模型，要理解其工作原理。在磁场中画轨迹，由几何知识求解半径、由圆心角确定时间都是常规思路。
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