2024-2025学年北京十五中高三（上）开学物理试卷（8月份）（含答案）

2024-2025学年北京十五中高三（上）开学物理试卷（8月份）
一、单选题：本大题共12小题，共36分。
1.卢瑟福提出原子核式结构模型是为了解释( )
A. 粒子散射实验 B. 核聚变反应 C. 天然放射现象 D. 核裂变反应
2.下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是( )
A. B.
C. D.
3.氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是( )
A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出种频率的光子
B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子波长长
C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量
D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
4.关于天然放射现象，下列说法正确的是( )
A. 天然放射现象表明原子核内部是有结构的 B. 射线是原子核外电子形成的电子流
C. 升高温度可以减小放射性元素的半衰期 D. 射线比射线的穿透能力弱
5.太阳能源于其内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作个氢核结合成个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为，下列说法正确的是( )
A. 该聚变反应在常温下也容易发生 B. 太阳每秒钟减少的质量约
C. 该聚变的核反应方程是 D. 目前核电站采用的核燃料主要是氢核
6.应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．如图所示，某同学坐在列车的车厢内，列车正在前进中，桌面上有一个小球相对桌面静止．如果他发现小球突然运动，可以根据小球的运动，分析判断列车的运动．下列判断正确的是( )
A. 小球相对桌面向后运动，可知列车在匀速前进
B. 小球相对桌面向后运动，可知列车在减速前进
C. 小球相对桌面向前运动，可知列车在加速前进
D. 小球相对桌面向前运动，可知列车在减速前进
7.下列说法中正确的是( )
A. 加速度增大，速度一定增大 B. 速度为零，加速度也一定为零
C. 速度变化越快，加速度越大 D. 速度变化越大，加速度越大
8.某质点沿直线运动的图像如图所示，由图像可知( )
A. 前秒物体做匀速直线运动
B. 第秒时物体的加速度为
C. 前秒物体的位移为
D. 秒末物体返回出发点
9.甲乙两汽车在一平直公路上同向行驶．在到的时间内，它们的图象如图所示．在这段时间内( )
A. 汽车甲的加速度大小逐渐减小，汽车乙的加速度大小逐渐增大
B. 汽车乙的平均速度等于
C. 甲乙两汽车的位移相同
D. 汽车甲的平均速度比乙的大
10.一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为，生成的经过一系列衰变和衰变后变成，以下说法正确的是( )
A. 铀单核衰变生成的钍核的动能小于生成的粒子的动能
B. 衰变过程中释放的电子来自核外电子
C. 需经过次衰变、次衰变转化为
D. 钍核的半衰期是天，个钍核经过天后，还剩个钍核
11.利用如图所示的装置研究光电效应，使闭合单刀双掷开关接，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为，普朗克常量为，下列说法正确的是( )
A. 其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B. 改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为
C. 其他条件不变，使开关接，电流表示数仍为零
D. 光电管阴极材料的截止频率
12.在高中物理中，我们会遇到许多不同的物理概念和分析方法，这些概念和方法对我们认识自然规律会有很大帮助，因此要重视对概念和方法的准确理解和正确应用。自然界中某个物理量的变化可以记为，发生这个变化所用的时间间隔可以记为；变化量与之比就是这个量对时间的变化率，简称变化率。在运动学中也可以引入“加速度的变化率”来表示加速度对时间变化的快慢。如图表示某一物体做直线运动时的图象。下列表述中正确的是( )
A. “加速度的变化率”的单位应该是
B. “加速度的变化率”为的运动一定是匀速直线运动
C. 由图象可知，在前内该物体一定做匀减速直线运动
D. 由图象可知，在前内该物体的速度变化量为
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
13.如图所示，甲同学用手拿着一把长的直尺，并使其处于竖直状态；乙同学把手放在直尺刻度线位置做抓尺的准备．某时刻甲同学松开直尺，直尺保持竖直状态下落，乙同学看到后立即用手抓直尺，手抓住直尺位置的刻度值为；重复以上实验，乙同学第二次手抓住直尺位置的刻度值为直尺下落过程中始终保持竖直状态．若从乙同学看到甲同学松开直尺，到他抓住直尺所用时间叫“反应时间”，取重力加速度则下列说法中正确的是( )
A. 乙同学第一次的“反应时间”比第二次长
B. 乙同学第一次抓住直尺之前的瞬间，直尺的速度约为
C. 若某同学的“反应时间”大于，则用该直尺将无法用上述方法测量他的“反应时间”
D. 若将尺子上原来的长度值改为对应的“反应时间”值，则可用上述方法直接测出“反应时间”
14.在距离地面高的位置以的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升到某一高度后回落，最后落至地面。规定竖直向上为正方向，忽略空气阻力，取重力加速度从小球被抛出到落至地面，下列说法中正确的是( )
A. 若以抛出点为坐标原点，则小球在最高点的坐标为
B. 从抛出点到落地点，小球的运动时间为
C. 从抛出点到落地点，小球的平均速度为
D. 从抛出点到落地点，小球的速度变化量为
15.高铁列车做直线运动进站，总能准确地停靠在对应车门的位置，这是利用计算机控制制动装置，实现列车安全准确地进站停车。如图所示为某列车在进站停车过程中加速度大小随速度的变化曲线。则该列车( )
A. 速度从降至经过的时间为
B. 速度从降至行进的距离为
C. 速度从降至过程中受到的合力变大
D. 进站过程，先做匀减速运动，后做加速度越来越小的减速运动
16.产生阿秒光脉冲的研究工作获得年的诺贝尔物理学奖，阿秒是时间单位，，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速，普朗克常量，下列说法正确的是( )
A. 对于宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为的可见光的衍射现象更明显
B. 此阿秒光脉冲和波长为的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少
C. 此阿秒光脉冲可以使能量为的基态氢原子电离
D. 为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
17.某同学用图所示的实验装置研究小车沿斜面向下运动的规律。安装好器材后，接通电源，释放小车，打出一条纸带。舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每隔四个点取一个计数点，如图中、、点所示。
实验中，除打点计时器、小车、长木板、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，还必须使用的有______。
A.电压合适的交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平
某同学计算出打下、、、、这五个计数点时小车的速度，并在图上画出坐标点。请帮助他计算打下计数点时小车的速度 ______，并在图中标出计数点对应的坐标点，作出图线。
根据图，测得小车的加速度 ______结果保留位有效数字。
18.某同学利用如图所示的小球落体运动的频闪照片局部测量当地的重力加速度的值，采集到小球下落距离与时间的部分数据如下：
若取时小球初速度为，则以______为横轴、为纵轴来绘图以产生一条直线，该直线的斜率就是的值。
实际上很难做到在频闪时刻释放小球，所以小球的初速度不一定为。以竖直向下为正方向，将表中的数据拟合出下落距离随时间变化的方程为，其中，，。
使用上述方程，计算得：的值为______；小球下落时未触地，瞬时速度的大小为______。
四、简答题：本大题共1小题，共10分。
19.在量子力学诞生以前，玻尔提出了原子结构假说，建构了原子模型：电子在库仑引力作用下绕原子核做匀速圆周运动时，原子只能处于一系列不连续的能量状态中定态，原子在各定态所具有的能量值叫做能级，不同能级对应于电子的不同运行轨道。
电荷量为的点电荷固定在真空中，将一电荷量为的点电荷从无穷远移动到距为的过程中，库仑力做功已知电子质量为、元电荷为、静电力常量为、普朗克常量为，规定无穷远处电势能为零。
若已知电子运行在半径为的轨道上，请根据玻尔原子模型，求电子的动能及氢原子系统的能级。
为了计算玻尔原子模型的这些轨道半径，需要引入额外的假设，即量子化条件。物理学家索末菲提出了“索末菲量子化条件”，它可以表述为：电子绕原子核可看作静止做圆周运动的轨道周长为电子物质波波长电子物质波波长与其动量的关系为的整数倍，倍数即轨道量子数。
请结合索末菲量子化条件，求氢原子轨道量子数为的轨道半径，及其所对应的能级。
玻尔的原子模型除了可以解释氢原子的光谱，还可以解释核外只有一个电子的一价氦离子的光谱。已知氢原子基态的能级为，请计算为使处于基态的跃迁到激发态，入射光子所需的最小能量。
五、计算题：本大题共3小题，共24分。
20.某激光器能发射波长为的激光，发射功率为，表示光速，为普朗克常量则激光器每秒发射的光子数为多少？
21.气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气，两者不会直接接触．这样，滑块运动时受到的阻力很小，可忽略不计．为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为的遮光条，如图所示．滑块在倾斜的气垫导轨顶端由静止释放，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间．
求滑块的加速度大小；
若使滑块以的初速度由气垫导轨的底端出发向上运动，请通过计算分析说明滑块是否能到达长的气垫导轨的顶端．
22.如图所示，在垂直纸面向里的磁感应强度大小为的匀强磁场中，一个静止于点的放射性元素氡的原子核发生了一次衰变，变为钋。放射出的粒子和生成的新核钋均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知粒子的质量为，电荷量为。
写出发生衰变的核反应方程，并定性画出新核钋和粒子的运动轨迹；
新核钋和粒子的圆周运动均可等效成一个环形电流，求粒子做圆周运动的周期和环形电流大小；
磁矩是描述环形电流特征的物理量，把粒子做圆周运动形成的环形电流与圆环面积的乘积叫作粒子的回旋磁矩，用符号表示。设粒子做圆周运动的速率为，试推导粒子回旋磁矩的表达式，并据此比较粒子和新核钋做圆周运动的回旋磁矩的大小关系。
参考答案
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19.解：氢原子核对电子的库仑力提供电子做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律，有
电子的动能
解得
库仑力做功与电势能的关系为
因此电子轨道为时氢原子系统的电势能
氢原子系统的能级
电子在轨道上做圆周运动，由牛顿第二定律有
索末菲量子化条件为
其中
联立可得
上问可知
解得
原子核电量为，类比以上分析可知，系统基态的能量为氢原子基态能量的倍，即的基态能量为
使处于基态的跃迁到第一激发态需要的能量最少为
答：电子的动能为，氢原子系统的能级为。
氢原子轨道量子数为的轨道半径为，所对应的能级为。
为使处于基态的跃迁到激发态，入射光子所需的最小能量为。
20.解：每个光子的能量，
设每秒激光器发出的光子数是，
则，即：，；
答：激光器每秒发射的光子数为．
21.解：
滑块经过第一个光电门时
滑块经过第二个光电门时
滑块的加速度
向上运动的过程中，滑块的加速度
则
解得
因为，所以滑块不能到达长的气轨的顶端．
答：滑块的加速度大小；
滑块不能到达长的气垫导轨的顶端．
22.解：发生衰变的核反应方程为 ；
静止的氡核发生衰变后，根据动量守恒可知，衰变后粒子与钋核的运动方向相反，根据左手定则可知，粒子和钋核所受的洛伦兹力方向相反，两个粒子的运动轨迹应是外切圆，运动轨迹如图。
根据牛顿第二定律：，
解得：。
粒子做圆周运动的周期：，
环形电流大小：。
由题意可得：，
将 代入得：，
根据动量守恒定律可知发生衰变生成的粒子和新核钋动量大小相等，方向相反，即，
根据：，
，故。
答：发生衰变的核反应方程为；新核钋和粒子的运动轨迹见解析图。
新核钋和粒子的圆周运动均可等效成一个环形电流，粒子做圆周运动的周期为，环形电流大小为。
粒子回旋磁矩的表达式为，粒子和新核钋做圆周运动的回旋磁矩的大小关系为。
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