北京市石景山区2023-2024学年高三上学期期末考试物理试题（含答案）

石景山区2023-2024学年第一学期高三期末试卷
物 理
本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。
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。
(
M
N
P
1
P
2
θ
1
)如图所示，一个带正电的球体M放在绝缘支架上，把系在绝缘丝线上的带电小球N先后挂在横杆上的P1和P2处。当小球N静止时，丝线与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2（θ2图中未标出）。则
A．小球N带负电，θ1<θ2
B．小球N带负电，θ1>θ2
C．小球N带正电，θ1<θ2
D．小球N带正电，θ1>θ2
“神舟十六号”载人飞船安全着陆需经过分离、制动、再入和减速四个阶段。如图所示，在减速阶段，巨型降落伞为返回舱提供阻力，假设返回舱做直线运动，则在减速阶段
A．伞绳对返回舱的拉力大于返回舱对伞绳的拉力
B．伞绳对返回舱的拉力小于返回舱对伞绳的拉力
C．合外力对返回舱做的功等于返回舱机械能的变化
D．除重力外其他力对返回舱做的总功等于返回舱机械能的变化
如图所示，倾角为θ的斜面固定在水平地面上，一小球从斜面顶端向右水平抛出，初速度为v，重力加速度为g，不计空气阻力。下列说法正确的是
A．小球落到斜面上时，速度方向与水平方向的夹角为2θ
B．小球做平抛运动的时间为
C．小球落到斜面上时，速度大小为
D．小球做平抛运动的水平位移大小为
我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
如图所示，轻细线与竖直方向夹角为θ，长为L，下端悬挂质量为m的小球，小球在水平面内做匀速圆周运动，忽略小球运动中受到的阻力。将小球视为质点，重力加速度为g。则
A．轻细线对小球的拉力F=mgcosθ
B．小球匀速圆周运动的周期
C．小球匀速圆周运动的线速度大小
D．在半个周期内，合外力对小球的冲量大小
如图所示，为营造节日气氛，同学们用轻质细线在墙角悬挂彩灯。已知两彩灯质量均为m，OA段细线与竖直方向夹角为37°（sin37°=0.6，cos37°=0.8），BC段细线保持水平，重力加速度为g。关于三段细线拉力FOA、FAB、FBC，下列表达式正确的是
A．FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
B．FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
C．FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
D．FOA=4mg、FAB=mg、FBC=mg
(
A
B
C
D
A
O
-A
A
O
-A
A
O
-A
A
O
-A
x
y
x
y
x
y
x
y
)位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t=0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=时的波形图为
如图所示，电路中电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是
A．电压表与电流表的示数都减小
B．电压表的示数减小，电流表的示数增大
C．电阻R2消耗的电功率增大
D．电源内阻消耗的功率减小
如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，分别与电学元件M、N串联。当接线柱a、b接某直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均正常发光，乙灯不亮；当a、b接某交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯正常发光。则下列推断可能 (
M
N
甲
乙
a
b
)正确的是
A．M是电容器，N是电感线圈
B．M是电感线圈，N是电容器
C．M是二极管，N是电容器
D．M是电感线圈，N是二极管
如图所示，两个固定的等量正点电荷，其连线中点为O，a、b、c、d四个点位于以O为圆心的同一个圆周上，bd⊥ac。下列说法正确的是
A．a、c两点的场强大小和方向均相同
B．若一电子从b点由静止释放，以后将在b、d之间沿直线往复运动
(
电 流
传感器
)C．从O点开始，沿Ob向上各处场强大小越来越小
D．从O点开始，沿Ob向上各处电势越来越高
某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如图所示。将开关先与“1”端闭合，对电容器进行充电，充电完毕后再将开关与“2”端闭合，电容器放电。在下列通过传感器的电流i随时间t变化的四个图像中，正确的是
一理想变压器，原副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的正弦交流电，输出端接有一个交流电流表和一个电动机，电动机线圈电阻为R。当输入端接通电源后，电动机带动一重物匀速上升，电流表读数为I。下列说法正确的是
(
U
A
R
~
)A．原线圈中的电流为nI
B．变压器的输入功率为
C．电动机输出的机械功率为I2R
D．电动机两端电压为IR
如图所示的平面内，在通有图示方向电流I的长直导线右侧，固定一矩形金属线框 abcd，ad边与导线平行。调节电流I使得空间各点的磁感应强度随时间均匀减小， (
I
a
b
c
d
)则下列判断正确的是
A．线框中产生的感应电流方向为a→d→c→b→a
B．线框中产生的感应电流逐渐减小
C．线框ad边所受的安培力大小恒定
D．线框整体受到的安培力方向水平向左
如图所示，用绝缘支架将带电荷量为+Q的小球a固定在O点，一粗糙绝缘直杆与水平方向的夹角θ=30°，直杆与小球a位于同一竖直面内，杆上有A、B、C三点，C与O两点位于同一水平线上，B为AC的中点，OA=OC=L。小球b质量为m，带电荷量为-q，套在直杆上，从A点由静止开始下滑，第一次经过B点时速度是v，运动到C点时速度为0。在+Q产生的电场中取C点的电势为0，重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是
A．小球b经过B点时加速度为0
B．小球b从A点到C点过程中产生的内能为
C．小球b的电势能最小值为
D．小球b到C点后又从C点返回到A点
第二部分
本部分共6题，共58分。
15．（10分）
（1）用单摆测重力加速度实验中，单摆摆线长为l，摆球直径为d，用秒表测得n个周期的总时间为t，圆周率为π，则实验中重力加速度的表达式g=___________
（2）某同学采用图1所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。
①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在___________(填“M”或“N”)端。
(
图2
a
b
c
)②按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为___________(填“a”“b”或“c”)。该错误连接会带来的问题是___________________
(
A
V
图 1
S
M
N
P
)
（3）如图3所示，用伏安法测量待测电阻Rx的阻值，M、N间电压为U0保持不变。选用三种不同规格的滑动变阻器，最大阻值分别是R1=5Ω，R2=20Ω，R3=200Ω，从左向右移动滑片P，研究待测电阻Rx两端的电压U与滑片的滑动距离L（滑片从左向右滑动的最大距离为L0）的关系，获得如图4所示的数据结果。请你结合数据结果判断：在使用图3所示电路测量待测电阻Rx阻值的实验中，选择哪一种规格的滑动变阻器最合适，简要说明理由。
(
L
/
L
0
图4
O
U
U
0
1.0
0.2
0.6
) (
图3
R
x
N
A
V
P
N
N
M
)
16．（8分）
如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律。
（1）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球ml多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球ml从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是________
A．用天平分别测量两个小球的质量ml、m2
B．测量小球m1开始释放时的高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落点的位置M、N，测量OM、ON的长度
（2）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_______________________(用前面测量的量表示)。
（3）有同学认为若碰撞是弹性碰撞，则ON=OM+OP，请判断该同学的结论是否正确，并说明理由。
17．（9分）如图所示，把一个质量m = 0.1 kg的小钢球用细线悬挂起来，就构成一个摆。悬点O距地面的高度h = 1.45m，摆长L = 1m。将摆球拉至摆线与竖直方向成37°角的位置，由静止释放，忽略空气阻力，取重力加速度g = 10 m/s2,cos37°=0.8。
（1）求小球运动到最低点时细线对小球拉力的大小F；
（2）若小球运动到最低点时细线断了，小球沿水平方向抛出，求它做平抛运动水平位移的大小x；
（3）求小球落地时重力的瞬时功率P。
18．（9分）如图所示，水平放置的两块带电金属极板a、b平行正对，极板长度和极板间距都为L，板间存在方向竖直向下、场强大小为E的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量为m、带电荷量为+q的粒子，以水平速度v0从两极板的左端正中央射入极板间，恰好做匀速直线运动。不计粒子的重力及空气阻力。
（1）求匀强磁场磁感应强度B的大小；
（2）若撤去磁场，粒子能从极板间射出，求粒子刚穿出电场时的动能Ek；
（3）若撤去电场，调整磁感应强度B的大小使粒子刚好能从极板a的右端射出，求粒子穿过磁场过程中运动方向的偏转角度θ。
(
v
0
E
B
b
a
+
q
)
19．（10分）如图a所示，在足够长的倾角θ=30°的光滑斜面上，宽度D=0.4m的区域内有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T，单匝矩形线框cdef质量m=0.1kg，总电阻R=0.25Ω。从t=0时刻开始，线框受到沿斜面向上的恒力F，从静止开始沿斜面向上做直线运动，线框速度v随时间t变化的部分图像如图b所示。已知线框cd边的长度与磁场宽度D相等，重力加速度g=10m/s2。
（1）求恒力F的大小；
（2）求线框cf边的长度L；
（3）求整个过程中线框产生的焦耳热Q；
（4）请在图b中画出0.6s后线框速度随时间变化的图像。
20．（12分）黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种质量极大的天体，即使光也不能逃离它的引力，因而无法通过光学观测直接确定黑洞的存在。但可以通过恒星运动、黑洞边缘的吸积盘及喷流乃至引力波来进行探测。已知引力常量为G，光在真空中的传播速度为c。
（1）因为黑洞对其他天体具有强大的引力影响，可以通过其他天体的运动来推测黑洞的存在。天文学家观测到一恒星独自在宇宙中做周期为T0、半径为r0的匀速圆周运动，由此猜测，圆周轨道的中心可能有个黑洞。请利用所学知识推测该黑洞的质量M0；
（2）2019年4月10日，天文学家公布了首次直接拍摄到黑洞的照片。此次探测动用了遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜，组成了一个“事件视界望远镜”，该虚拟望远镜通过观测黑洞边缘的喷射情况而得到黑洞的照片。已知此次探测中，该虚拟望远镜单位面积上接收到的功率为P1，该黑洞到地球的距离为r1。求此次观测中黑洞边缘的喷射功率P；
（3）严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识，但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在。在牛顿力学中，当两个质量分别为m1、m2的质点相距r时具有引力势能（规定无穷远处势能为零）。假定黑洞是质量分布均匀的球形天体，有一黑洞质量为M1,请利用所学知识推测它可能的最大半径R。
石景山区2023-2024学年第一学期高三期末
物理试卷答案及评分参考
第一部分共14题，每题3分，共42分。
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
答案 D D B A C A C A B B A B D C
第二部分共5题，共58分。
15．（1）（2分）；
（2）①M（2分）；②c；开关不是接在干路上，无法控制电压表，闭合前电压表已经有示数，应该将c线接电源正极端改接至开关右端。（4分）
（3）滑动变阻器R1最合适；使用R1可使待测电阻两端的电压随滑动头移动趋近线性变化，方便调节使用。（2分）
16．（1）AD（2分）；（2）ml OP=ml OM+m2 ON（2分）
（3）结论正确；弹性碰撞动量守恒、机械能守恒，即
ml OP=ml OM+m2 ON，ml OP2=ml OM2+m2 ON2，
解得，，可得ON=OM+OP（4分）
17．（9分）
（1）由机械能守恒定律 解得（1分）
由牛顿第二定律 （1分）
解得 （1分）
（2）小球平抛运动 解得（1分）
（1分）
解得 （1分）
（3）小球落地时 解得（1分）
重力的瞬时功率 （1分） 解得（1分）
18．（9分）
（1）由受力平衡 解得（3分）
（2）粒子做类平抛运动
(
v
0
E
B
b
a
+
q
)
由牛顿第二定律
解得
由动能定理
解得（3分）
（3）粒子刚好从极板间射出，如答图1所示，由几何关系
解得
粒子偏转角等于圆心角θ
解得（3分）
19．（10分）
（1）由图像可知，0-0.4s线框运动的加速度
由牛顿第二定律 解得（3分）
（2）线框进入磁场后匀速运动，受力平衡
由闭合电路欧姆定律
解得 =0.5m（3分）
（3）由于线框和磁场等宽，线框穿过磁场的过程为匀速运动
解得
由焦耳定律
解得 （2分）
（4）如答图2所示（2分）
20．（12分）
（1）设恒星质量为m，由牛顿第二定律
解得 （4分）
（2）由题意可知，以黑洞为中心，为半径的球面上，单位面积上接收到的喷射功率为，则黑洞边缘的喷射功率（4分）
（3）设质量为m的物体，从黑洞表面至无穷远处，根据能量守恒定律
解得
因为光也不能逃离黑洞，有v=c，则黑洞的半径最大不能超过（4分）