2023-2024学年天津市河北区高三（上）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年天津市河北区高三（上）期中物理试卷
一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）
1．（5分）下列说法正确的是（　　）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小
B．观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率
C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大
D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象
2．（5分）如图所示，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等。下列说法正确的是（　　）
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．气体在状态a的内能大于在状态c的内能
3．（5分）如图所示，一个匀速转动的半径为r的水平圆盘上放着两个小木块，木块M放在圆盘的边缘处，木块M和N质量之比为1：3，且与圆盘间的动摩擦因数相等（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），木块N放在离圆心处，它们都随圆盘一起做匀速圆周运动．下列说法中不正确的是（　　）
A．M、N两木块的角速度相等
B．M所受摩擦力大于N所受的摩擦力
C．M的向心加速度是N的3倍
D．若圆盘转动加快，M相对于圆盘先发生相对滑动
4．（5分）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知x＝λ处质点的振动方程为y＝Acos（t），则t＝T时刻的波形图正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
5．（5分）质量为m的足球在地面1的位置以速度v1被踢出后，以速度v3落到地面3的位置，飞行轨迹如图所示。足球在空中达到最高点2的速度为v2，高度为h，重力加速度为g。则下列说法中正确的是（　　）
A．足球由位置1到位置2，重力做功为mgh
B．足球由位置1到位置2，空气阻力做功为
C．足球由位置2到位置3，重力势能减少了
D．足球由位置1到位置3，外力所做的总功为
二、多项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）
（多选）6．（5分）下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有（　　）
A．H+H→n+X1
B．H+H→n+X2
C．U+n→Ba+Kr+3X3
D．n+Li→H+X4
（多选）7．（5分）如图所示，滚筒洗衣机脱水时，滚筒绕水平转动轴转动。滚筒上有很多漏水孔，滚筒转动时，附着在潮湿衣服上的水从漏水孔中被甩出，达到脱水的目的。如果认为湿衣服在竖直平面内做匀速圆周运动，那么（　　）
A．在最高点时，水不会被甩出
B．在最低点时，相比最高点时水更容易被甩出
C．增大滚筒转动的周期，水更容易被甩出
D．增大滚筒转动的转速，水更容易被甩出
（多选）8．（5分）飞天揽月，奔月取壤，“嫦娥五号”完成了中国航天史上一次壮举。如图所示为“嫦娥五号”着陆月球前部分轨道的简化示意图；Ⅰ是地月转移轨道，Ⅱ、Ⅲ是绕月球运行的椭圆轨道，Ⅳ是绕月球运行的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道Ⅱ的远月点和近月点。已知圆轨道Ⅳ到月球表面的距离为h，月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，不考虑月球的自转。下列关于“嫦娥五号”的说法正确的是（　　）
A．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道，需在P处向后喷气
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时经过P点的加速度大于经过Q点的加速度
C．由题中已知条件，可以推知月球的密度
D．在Ⅳ轨道上绕月运行的速度大小为
二、非选择题
（多选）9．（4分）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是（　　）
A．在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行
B．每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可
C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
D．描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些
10．（8分）疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图1所示。
（1）家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是　 　。
（2）下列主要操作步骤的正确顺序是　 　。（填写各步骤前的序号）
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球，从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置
④打开手机摄像功能，开始摄像
（3 ）停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为s，刻度尺的分度值是1mm，由此测得重力加速度为　 　m/s2。
（4）在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片，　 　（选填“仍能”或“不能”）用（3）问中的方法测出重力加速度。
11．（14分）智能呼啦圈轻便美观，深受大众喜爱，如图甲，腰带外侧带有轨道，将带有滑轮的短杆穿入轨道，短杆的另一端悬挂一根带有配重的轻绳，其简化模型如图乙所示，可视为质点的配重质量m＝0.5kg，绳长l＝0.5m，悬挂点P到腰带中心点O的距离d＝0.2m，水平固定好腰带，通过人体做小扭动，使配重随短杆做水平匀速圆周运动，绳子与竖直方向夹角为θ＝37°，运动过程中腰带可看成不动。（重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。求：
（1）配重在做匀速圆周运动时的半径r以及所受到的合外力F的大小；
（2）配重的角速度ω的大小。
12．（16分）在竖直平面内，某一游戏轨道由直轨道AB和弯曲的细管道BCD平滑连接组成，如图所示。小滑块以某一初速度从A点滑上倾角为θ＝37°的直轨道AB，到达B点的速度大小为2m/s，然后进入细管道BCD，从细管道出口D点水平飞出，落到水平面上的G点。已知B点的高度h1＝1.2m，D点的高度h2＝0.8m，D点与G点间的水平距离L＝0.4m，滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ＝0.25，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
（1）求小滑块在轨道AB上的加速度和在A点的初速度；
（2）求小滑块从D点飞出的速度；
（3）判断细管道BCD的内壁是否光滑。
13．（18分）为测试某玩具赛车（可视为质点）的性能，某同学设计了如图所示的轨道模型，该轨道由粗糙水平轨道OA、AC和光滑圆弧轨道组成，BC间有一固定在C点的弹簧，弹簧的劲度系数为k＝8N/m。让小车从O点以额定功率P＝5W从静止启动，经过t＝3s到达A点，然后关闭发动机，小车由于惯性继续运动，恰好能通过圆弧最高点。已知圆弧轨道的半径为R＝0.4m，AB间的距离x＝4m，小车的质量m＝1kg，小车与水平轨道间的动摩擦因数为，g取10m/s2，试求：
（1）小车第一次经过最低点A时对轨道的压力F压；
（2）OA之间的距离xOA；
（3）小车最终停在AB段，求小车最终停止的位置与A之间的距离d（弹簧的弹性势能EP与弹簧形变量Δx之间的关系为）。
2023-2024学年天津市河北区高三（上）期中物理试卷
试题解析
一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）
1．（5分）下列说法正确的是（　　）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小
B．观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率
C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大
D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象
解：A、根据n＝得v＝，可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A正确；
B、根据多普勒效应规律知，若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率大于波源频率，故B错误；
C、根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，知同一个双缝干涉实验中，蓝光的波长小于红光的波长，故蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，故C错误；
D、根据光的干涉的条件可知，两束频率不同的光不能产生干涉现象，故D错误。
故选：A。
2．（5分）如图所示，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等。下列说法正确的是（　　）
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．气体在状态a的内能大于在状态c的内能
解：A、气体从b到c发生等容变化，压强减小，温度降低，内能减小，气体对外界不做功，根据热力学第一定律知，气体放热，故A错误；
B、气体从状态a到状态b，体积变大，根据W＝pΔV可知气体对外界做正功，故B正确。
C、气体从状态a到状态b发生等压变化，根据盖一吕萨克定律知，体积增大，温度升高，所以气体在状态b的温度大于在状态a的温度，故C错误；
D、理想气体的内能只与温度有关，a、c两状态温度相等，内能相等，所以气体在状态a的内能等于气体在状态c的内能，故D错误；
故选：B。
3．（5分）如图所示，一个匀速转动的半径为r的水平圆盘上放着两个小木块，木块M放在圆盘的边缘处，木块M和N质量之比为1：3，且与圆盘间的动摩擦因数相等（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），木块N放在离圆心处，它们都随圆盘一起做匀速圆周运动．下列说法中不正确的是（　　）
A．M、N两木块的角速度相等
B．M所受摩擦力大于N所受的摩擦力
C．M的向心加速度是N的3倍
D．若圆盘转动加快，M相对于圆盘先发生相对滑动
解：A、物块与圆盘一起运动，角速度相等，故A正确；
B、摩擦力提供向心力：f＝mω2r，木块M和N质量之比为1：3，半径之比3：1，可见摩擦力相等，故B错误；
C、向心加速度a＝ω2r，ω相同，则向心加速度之比等于半径之比，M的向心加速度是N的3倍，C正确；
D、由前面分析知二者所受的摩擦力一直相等，但M的质量小，故M最先达到最大静摩擦力，相对于圆盘先发生相对运动，故D正确；
本题选错误的，故选：B。
4．（5分）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知x＝λ处质点的振动方程为y＝Acos（t），则t＝T时刻的波形图正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
解：AB、因x＝λ处质点的振动方程为y＝Acos（t），当t＝T时刻，x＝λ处质点的位移为：y＝Acos（×）＝0，
那么对应四个选项中波形图x＝λ的位置，可知，AB选项不符合题意，故AB错误；
CD、再由波沿x轴负方向传播，依据微平移法，可知，在t＝T的下一时刻，在x＝λ处质点向y轴正方向振动，故D正确，C错误；
故选：D。
5．（5分）质量为m的足球在地面1的位置以速度v1被踢出后，以速度v3落到地面3的位置，飞行轨迹如图所示。足球在空中达到最高点2的速度为v2，高度为h，重力加速度为g。则下列说法中正确的是（　　）
A．足球由位置1到位置2，重力做功为mgh
B．足球由位置1到位置2，空气阻力做功为
C．足球由位置2到位置3，重力势能减少了
D．足球由位置1到位置3，外力所做的总功为
解：A．足球由位置1到位置2，重力做负功，为WG＝﹣mgh，故A错误；
B．由动能定理可得：，所以足球由位置1到位置2，空气阻力做功为：，故B正确；
C．足球由位置2到位置3，重力势能减少了ΔEp＝mgh，而是动能变化量，因为有空气阻力做功，二者不相等，故C错误；
D．足球由位置1到位置3，外力所做的总功为，故D错误。
故选：B。
二、多项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）
（多选）6．（5分）下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有（　　）
A．H+H→n+X1
B．H+H→n+X2
C．U+n→Ba+Kr+3X3
D．n+Li→H+X4
解：A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X1的电荷数为2，质量数为3，但不是α粒子，故A错误；
B、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X2的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故B正确；
C、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X3的电荷数为0，质量数为1，为中子，故C错误；
D、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X4的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故D正确。
故选：BD。
（多选）7．（5分）如图所示，滚筒洗衣机脱水时，滚筒绕水平转动轴转动。滚筒上有很多漏水孔，滚筒转动时，附着在潮湿衣服上的水从漏水孔中被甩出，达到脱水的目的。如果认为湿衣服在竖直平面内做匀速圆周运动，那么（　　）
A．在最高点时，水不会被甩出
B．在最低点时，相比最高点时水更容易被甩出
C．增大滚筒转动的周期，水更容易被甩出
D．增大滚筒转动的转速，水更容易被甩出
解：A．滚筒高速转动时，在最高点时，水所受重力不足以提供向心力，所以水也会被甩出，故A错误；
B．用f1和f2分别表示在最高点和最低点水与衣物之间的附着力，假设水若要随衣物一起做匀速圆周运动时所需的向心力为F向。在最高点时，根据牛顿第二定律有
mg+f1＝F向
在最低点时，同理有
f2﹣mg＝F向
所以
f2＞f1
则在最低点时，相比最高点时水更容易被甩出，故B正确；
C．增大滚筒转动的周期，根据F向＝mr可知水所需向心力减小，水更不容易被甩出，故C错误；
D．增大滚筒转动的转速，根据F向＝m（2πn）2r可知水所需向心力增大，水更容易被甩出，故D正确。
故选：BD。
（多选）8．（5分）飞天揽月，奔月取壤，“嫦娥五号”完成了中国航天史上一次壮举。如图所示为“嫦娥五号”着陆月球前部分轨道的简化示意图；Ⅰ是地月转移轨道，Ⅱ、Ⅲ是绕月球运行的椭圆轨道，Ⅳ是绕月球运行的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道Ⅱ的远月点和近月点。已知圆轨道Ⅳ到月球表面的距离为h，月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，不考虑月球的自转。下列关于“嫦娥五号”的说法正确的是（　　）
A．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道，需在P处向后喷气
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时经过P点的加速度大于经过Q点的加速度
C．由题中已知条件，可以推知月球的密度
D．在Ⅳ轨道上绕月运行的速度大小为
解：A．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道，需在P处向前喷气制动减速，由Ⅱ轨道进入Ⅲ轨道，需在Q处向前喷气制动减速，故A错误；
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时，Q点离月球较近，则受到月球的引力比在P点时的大，所以经过P点的加速度小于经过Q点的加速度，故B错误；
C．设月球表面有一个质量为m'的物体，根据万有引力等于重力
在月球表面时，有
得，月球的质量
则地球的平均密度
故C正确；
D．“嫦娥五号”在Ⅳ轨道上绕月运行时，有
解得速度大小为
故D正确。
故选：CD。
二、非选择题
（多选）9．（4分）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是（　　）
A．在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行
B．每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可
C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
D．描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些
解：A、本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边定则，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，故A正确；
B、为保证拉力的作用效果相同，每一次拉伸橡皮筋时橡皮筋的结点应到达同一位置，不能只是确保橡皮筋伸长量相同，故B错误；
C、实验中，两个分力的大小不一定相同，故合力不一定在其角平分线上，故C错误；
D、描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些，以减小实验的误差，故D正确。
故选：AD。
10．（8分）疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图1所示。
（1）家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是　小钢球　。
（2）下列主要操作步骤的正确顺序是　①③④②　。（填写各步骤前的序号）
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球，从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置
④打开手机摄像功能，开始摄像
（3 ）停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为s，刻度尺的分度值是1mm，由此测得重力加速度为　9.61　m/s2。
（4）在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片，　仍能　（选填“仍能”或“不能”）用（3）问中的方法测出重力加速度。
解：（1）利用小球的自由下落测量当地的重力加速度的实验中，要求空气阻力相对于小球的重力来说可以忽略，所以选取小球时要尽可能选取体积小、密度大的球，故几种小球中最适合用作实验中下落物体的是小钢球；
（2）实验时要先把刻度尺竖直固定在墙上，再固定手机，调整好手机镜头的位置，然后打开手机摄像功能，开始摄像，从刻度尺旁静止释放小球，故正确的操作顺序为：①③④②；
（3）根据图2可知三幅图中小球中心对应的刻度值分别为：
x1＝2.50cm＝0.0250m，x2＝26.50cm＝0.2650m，x3＝77.20cm＝0.7720m，
根据逐差法求解加速度的方法可得：
g＝＝m/s2＝9.61m/s2；
（4）虽然小球下落时偏离了竖直方向，但在竖直方向仍为匀加速直线运动，所以仍能够用（3）问中的方法测出重力加速度。
故答案为：（1）小钢球；（2）①③④②；（3）9.61；（4）仍能。
11．（14分）智能呼啦圈轻便美观，深受大众喜爱，如图甲，腰带外侧带有轨道，将带有滑轮的短杆穿入轨道，短杆的另一端悬挂一根带有配重的轻绳，其简化模型如图乙所示，可视为质点的配重质量m＝0.5kg，绳长l＝0.5m，悬挂点P到腰带中心点O的距离d＝0.2m，水平固定好腰带，通过人体做小扭动，使配重随短杆做水平匀速圆周运动，绳子与竖直方向夹角为θ＝37°，运动过程中腰带可看成不动。（重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。求：
（1）配重在做匀速圆周运动时的半径r以及所受到的合外力F的大小；
（2）配重的角速度ω的大小。
解：（1）根据数学知识，配重在做匀速圆周运动时的半径r＝d+lsinθ＝0.2m+0.5×0.6m＝0.5m
配重受重力和拉力作用，合力提供向心力，方向指向轴线，受力分析如图所示：
根据数学知识，配重所受合力
（2）根据向心力公式F＝mrω2
代入数据解得。
答：（1）配重在做匀速圆周运动时的半径为0.5m；配重所受到的合外力F的大小3.75N；
（2）配重的角速度ω的大小。
12．（16分）在竖直平面内，某一游戏轨道由直轨道AB和弯曲的细管道BCD平滑连接组成，如图所示。小滑块以某一初速度从A点滑上倾角为θ＝37°的直轨道AB，到达B点的速度大小为2m/s，然后进入细管道BCD，从细管道出口D点水平飞出，落到水平面上的G点。已知B点的高度h1＝1.2m，D点的高度h2＝0.8m，D点与G点间的水平距离L＝0.4m，滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ＝0.25，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
（1）求小滑块在轨道AB上的加速度和在A点的初速度；
（2）求小滑块从D点飞出的速度；
（3）判断细管道BCD的内壁是否光滑。
解：（1）对滑块受力分析，取初速度方向为正方向，由牛顿第二定律得：﹣mgsinθ﹣f＝ma
由滑动摩擦力的定义知：f＝μmgcosθ
联立解得：a＝﹣8m/s2 负号表示方向沿斜面向下
从A到B过程中由速度位移的关系式得：
解得：vA＝6m/s
（2）滑块从D点飞出做平抛运动
水平方向L＝vDt
竖直方向h2＝
联立解得：vD＝1m/s
（3）假设细管道BCD的内壁不光滑，由动能定理得：
mg（h1﹣h2）+Wf＝
整理得：Wf≠0 说明内壁不光滑
答：（1）小滑块在轨道AB上的加速度是8m/s2，在A点的初速度为6m/s；
（2）小滑块从D点飞出的速度是1m/s；
（3）细管道BCD的内壁不光滑。
13．（18分）为测试某玩具赛车（可视为质点）的性能，某同学设计了如图所示的轨道模型，该轨道由粗糙水平轨道OA、AC和光滑圆弧轨道组成，BC间有一固定在C点的弹簧，弹簧的劲度系数为k＝8N/m。让小车从O点以额定功率P＝5W从静止启动，经过t＝3s到达A点，然后关闭发动机，小车由于惯性继续运动，恰好能通过圆弧最高点。已知圆弧轨道的半径为R＝0.4m，AB间的距离x＝4m，小车的质量m＝1kg，小车与水平轨道间的动摩擦因数为，g取10m/s2，试求：
（1）小车第一次经过最低点A时对轨道的压力F压；
（2）OA之间的距离xOA；
（3）小车最终停在AB段，求小车最终停止的位置与A之间的距离d（弹簧的弹性势能EP与弹簧形变量Δx之间的关系为）。
解：（1）设小车第一次经过最低点A时的速度为v1，通过圆弧最高点的速度为v2，据动能定理可得
﹣mg×2R＝﹣
在圆弧最高点据牛顿第二定律可得
mg＝m
在A点据牛顿第二定律可得
F﹣mg＝m
联立解得
v1＝2m/s，F＝60N
根据牛顿第三定律可知小车第一次经过最低点A时对轨道的压力为60N，方向竖直向下。
（2）小车从O到A过程，据动能定理可得
Pt﹣μmgxOA＝
解得
xOA＝2.5m
（3）设小车第一次把弹簧压缩到最短时弹簧的压缩量为Δx，根据能量守恒定律可得＝（Δx）2+μmg（x+Δx）
解得：Δx＝0.5m
从弹簧最短至小车停止的过程，根据能量守恒定律可知
（Δx）2＝μmg（x1+Δx）
解得
x1＝0m
则最终小车与A间的距离为
d＝x﹣x1＝4m
答：（1）小车第一次经过最低点A时对轨道的压力为60N，方向竖直向下；
（2）OA之间的距离为2.5m；
（3）小车最终停在AB段，小车最终停止的位置与A之间的距离为4m。