黑龙江省哈尔滨三中2024-2025学年高三（上）期末物理试卷（含解析）

黑龙江省哈尔滨三中2024-2025学年高三（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.以下说法正确的是( )
A. 布朗运动说明构成固体颗粒的分子在永不停息地做无规则运动
B. 电冰箱的工作过程表明，热量可以自发地从低温物体向高温物体传递
C. 表面张力使液体表面具有扩张趋势，使液体表面积趋于最大
D. 在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
2.如图所示、甲、乙两位同学握住绳子、两端摇动，、两端近似不动，且、两点连线沿水平方向，绳子上、等各点均同步在竖直面做匀速圆周运动。当绳子在空中转到如图所示位置时，则( )
A. 点的线速度方向沿绳子切线 B. 点所受合外力垂直于绳斜向下
C. 点和点的线速度大小相等 D. 点的角速度等于点的角速度
3.时刻，小球甲视为质点从地面开始做竖直上抛运动，小球乙视为质点从距地面高度为处由静止释放，甲、乙小球不在同一竖直线上，两小球距地面的高度与运动时间的关系图像如图所示，重力加速度大小为，不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A. 甲的初速度比乙落地时的速度大
B. 甲、乙落地的时间差为
C. 甲上升过程的平均速度比乙下降过程的平均速度小
D. 甲、乙处于同一高度的时刻为
4.某交变电流电压随时间变化的规律如图所示初始部分为正弦函数的四分之一周期，下列说法正确的是( )
A. 将此交流电与击穿电压是的电容器相连，电容器不会被击穿
B. 该交变电流电压的有效值为
C. 将该交变电流加在交流电压表两端时，电压表读数为
D. 该交变电流的周期为
5.沿空间某直线建立轴，该直线上的静电场方向沿轴，其电势随位置变化的图像如图所示，一带负电、电荷量大小为的试探电荷，经过点时动能为，速度沿轴正方向。若该电荷仅受电场力，则下列说法正确的是( )
A. 该电荷到达点时加速度最大
B. 点的电场强度方向沿着轴正方向
C. 该电荷到达点时动能最大，此时的动能为
D. 该电荷能够运动到处
6.哈三中的科技兴趣小组同学在地球表面测量某一单摆摆长可以调整周期和摆长的关系，将此关系画在如图所示图像中，如图线所示。图中图线是某宇航员将此单摆移到半径与地球相同的另一行星表面重做实验而获得的，则与地球相比较，该行星的忽略星球自转对地球和行星带来的影响( )
A. 密度为地球的倍 B. 表面重力加速度为地球的倍
C. 质量为地球的倍 D. 第一宇宙速度为地球的倍
7.如图所示，一根足够长的粗糙绝缘细直杆，固定在竖直平面内，与水平面的夹角为，磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场充满直杆所在的空间，杆与磁场方向垂直。质量为的带负电小环可视为质点套在直杆上，与直杆之间有一个极小的空隙，小环与直杆之间动摩擦因数，将小环从直杆上的点由静止释放，下降高度为之前速度已达到最大值。已知小环和直杆之间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，小环的电荷量为，重力加速度大小为，不计空气阻力，下列说法中正确的是( )
A. 小环释放后，一直做加速度减小的加速运动
B. 小环释放后，小环的速度先增大后减小
C. 小环释放后，加速度的最大值为
D. 小环下降高度的过程中，因摩擦产生的热量为
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.物理学发展推动了社会进步，以下关于物理学史和方法的说法不正确的是( )
A. 美国科学家富兰克林命名了正电荷和负电荷，并通过油滴实验测得元电荷的数值
B. 质点、点电荷概念的建立应用了理想化模型的思想
C. 法拉第提出了电场的观点，并归纳总结出感应电动势公式为
D. 牛顿应用理想斜面实验将实验和逻辑推理结合，得出了力不是维持物体运动的原因
9.倾角为的光滑斜面固定在水平地面上，质量的物块用轻质细绳跨过光滑的定滑轮和水平地面上质量为的小车相连。初始时小车尾端在滑轮正下方距滑轮处，时刻小车从静止开始以恒定的功率启动，并带动物块沿斜面向上运动，当细线与水平方向的夹角时小车运动到位置，整个过程中小车克服地面阻力做功为，物块和小车组成的系统机械能的增加量为，忽略空气阻力，取，则下列说法中正确的是( )
A. 小车经过运动到位置
B. 在位置时，物块的速度大小是小车速度大小的倍
C. 小车运动到位置时，物块的速度大小为
D. 小车从点运动到点过程中，细绳对物块做的功为
10.如图所示，一质量为、长为的木板静止在光滑水平面上，其左侧固定一劲度系数为的水平轻质弹簧，弹簧原长为，右侧用一不可伸长的轻质细绳连接于竖直墙上。现使一可视为质点的小物块以初速度从木板的右端无摩擦地向左滑动，而后压缩弹簧。设的质量为，当时细绳恰好被拉断。已知弹簧弹性势能的表达式，其中为劲度系数，为弹簧的压缩量。则( )
A. 细绳所能承受的最大拉力
B. 当时，小物块滑离木板时木板运动的对地位移
C. 当时，细绳被拉断后长木板的最大加速度
D. 为保证小物块在运动过程中速度方向不发生变化，应大于等于
三、实验题：本大题共2小题，共12分。
11.某同学利用如图甲所示的装置来测量弹射器弹出弹丸的速度，选用的器材为贴有白纸的屏、刻度尺、复写纸、支架等。实验时先用支架将弹射器固定好，接着弹射器向竖直屏水平发射弹丸，该弹丸通过碰撞复写纸在白纸上留下落点位置。将竖直屏向远离弹射器的方向移动，每次移动的距离均为，通过几次重复实验每次发射前弹簧的压缩量均相同，挑选了一张有个连续落点痕迹的白纸，部分测量数据如图乙所示。取重力加速度大小。
固定弹射器时确保弹射器水平是为了确保______。
根据测量的数据可知，弹丸从点所在高度运动到点所在高度的时间 ______，弹丸的水平初速度大小 ______，弹丸运动到点前瞬间的速度大小 ______。所有结果均保留两位有效数字
12.干电池用久后通常电动势会减小，内阻增大。某同学利用电流传感器可以看成理想电流表、定值电阻、电阻箱等实验器材分别研究新、旧两节干电池的电动势和内阻，实验装置如图甲所示。首先测量电池的电动势和内阻，实验时多次改变的阻值，用电流传感器测得对应的电流值，在计算机上显示出如图乙所示的的关系图线，重复上述实验方法测量电池的电动势和内阻，得到图乙中的图线。
若定值电阻，令，，由图乙中实验图线的拟合方程可得，电池的电动势 ______，内阻 ______所有结果均保留位有效数字。
根据图乙可以判断，图线______选填“”或“”对应的是旧电池。
根据实验测得的电池的、数据，若令，，则由计算机拟合得出的图线如图丙所示，则图线最高点的坐标值应为 ______。
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.如图所示，为竖直放置的导热汽缸，其质量、高度，为质量的导热活塞，汽缸内封闭着一定质量远小于汽缸的质量的理想气体，与水平地面间连有劲度系数的轻弹簧，与的横截面积均为。当整个装置静止时，活塞距汽缸底部的高度为。活塞与汽缸间紧密接触且无摩擦，活塞和汽缸壁的厚度均不计，外界大气压强，环境温度不变，弹簧原长，取重力加速度大小。
求刚开始汽缸静止时内部气体的压强；
用力从汽缸顶端缓缓上提汽缸，求活塞刚要离开时，弹簧的长度。
14.如图所示，竖直向上的匀强电场中，竖直平面内有一边长为的正方形区域，直线在同一水平线上。在正方形内除了有竖直向上的匀强电场外，还在适当区域中有垂直纸面的匀强磁场。质量为、电量为的小球在点以沿水平向右运动，另一质量为、电量也为的小球静止在点，、瞬间碰撞并结合在一起成为一组合体向右运动，从点飞入磁场并从点飞出磁场；已知该组合体从边上的任意一点以和点相同速度入射该正方形区域，都只能从点射出磁场，不计小球间的库仑力，小球均可看成质点，重力加速度大小为。求：
匀强电场场强的大小及碰后共同运动的速度的大小；
正方形中磁感应强度的方向和大小及匀强磁场区域的最小面积。
15.一很长的光滑固定水平面的左端放有质量的形导体框，俯视图如图所示，导体框间电阻、其余部分的电阻忽略不计；一电阻的金属杆的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路；的长度。初始时与相距，形导体框边受到水平向右的恒力作用、其大小为导体框的质量，金属杆也受到水平向右的恒力作用、其大小为金属杆的质量；比例系数均为，金属杆与导体框同时由静止开始向右运动，金属杆运动一段距离后进入一方向垂直于水平面向上的匀强磁场区域，磁场边界图中虚线与平行；金属杆在磁场中做匀速运动，其受到的安培力大小为，直至离开磁场区域。当金属杆离开磁场的瞬间，导体框的边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属杆与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小，重力加速度大小取。求：
金属杆在磁场中匀速运动时的速度大小；
金属杆的质量、金属杆与导体框之间的动摩擦因数以及磁场的宽度；
导体框匀速运动过程中，金属杆产生的焦耳热。
答案和解析
1.【答案】
【解析】、布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动，布朗运动说明了液体分子不停地做无规则运动，故A错误；
B、根据热力学第二定律可知，热量不可以自发地从低温物体向高温物体传递，电冰箱工作的过程中还需要消耗电能，故B错误；
C、液体表面张力是液体表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大，分子力表现为引力的结果，液体的表面张力使液面具有收缩到液面表面积最小的趋势，故C错误；
D、在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体，故D正确。
故选：。
2.【答案】
【解析】点做匀速圆周运动的圆心是过点作图中虚线的垂线和虚线的交点，故点所受合力方向指向交点，方向竖直向下，点线速度方向为垂直于纸面向里或向外，故AB错误；
由于是共轴转动，故点的角速度等于点的角速度，点圆周运动半径小于点，则点线速度大小小于点的线速度大小，故C错误，D正确。
故选：。
3.【答案】
【解析】由图示图像可知，两球离地面的最大高度相等，均为
A、甲做竖直上抛运动，乙做自由落体运动，甲的下降过程是自由落体运动，由于甲下落过程的高度与乙下落的高度相等，甲、乙落地时的速度相等，甲做竖直上抛运动的初速度大小等于落地时的速度大小，因此甲的初速度与乙落地的速度大小相等，故A错误；
B、甲、乙离地面的最大高度相等，则甲乙下落的时间相等，由公式得：，解得：，甲的运动时间是，乙的运动时间是，则甲乙落地时间差，故B正确；
C、甲上升的时间与乙下落的时间相等，甲上升的位移大小与乙下降的位移大小相等，则甲上升的平均速度与乙下降的平均速度大小相等，故C错误；
D、甲上升的初速度，甲做竖直上抛运动，乙做自由落体运动，以乙为参考系，甲向上做匀速直线运动，设经过时间甲、乙处于同一高度，则，解得：，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】、该交流电压的最大值是，大于，所以电容器会被击穿，故A错误；
B、设该交流电压的有效值为，则，解得，故B正确；
C、交流电压表的读数是有效值，所以电压表的示数为，故C错误；
D、由图可知该交变电流的周期为，故D错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】图线斜率表示沿轴方向的电场强度，所以到达点时受的电场力为，加速度为，故A错误；
B.根据电势分布可知，电场方向沿轴负方向，电场方向沿轴正方向，电场方向沿轴负方向，故B错误；
C.处电势最高，带负电的试探电荷在处电势能最小，总能量一定，故动能最大，在处动能为，电势能为，总能量为，由图可知到达点时电势能为，动能为，故C正确；
D.电荷能够运动到处，电势能等于，总能量为，动能将为负值，这不可能，故D错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】根据单摆周期公式可得，，由题图可得相等时，，可得，则地球表面重力加速度与行星表面的重力加速度之比为。
在星球表面的物体，有，，联立可得，由于半径相同，则星球与地球密度之比为，所以星球的质量为地球的倍，故C正确，AB错误；
D.由题意，根据，可得星球第一宇宙速度为，则星球与地球第一宇宙速度之比为，故D错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】、刚开始阶段，小环受到重力、支持力沿斜面向上的摩擦力作用，下滑后，由于小环速度逐渐增大，所以还会受到洛伦兹力作用，受力分析如图所示，
根据力的合成与分解，垂直于杆方向有：
沿杆方向有：
随着小环速度增大，支持力逐渐减小，摩擦力减小，所以加速度增大，故小环会做加速度增大的加速运动，之后洛伦兹力大于重力垂直于杆的分力，支持力垂直于杆向下
垂直于杆方向有：
沿杆方向有：
小环做加速度减小的加速运动，当加速度减小为零时最后做匀速运动，故AB错误；
C、小环释放后，支持力为零，洛伦兹力等于重力垂直于斜面的分力时，加速度最大
根据牛顿第二定律有：
解得：，故C错误；
D、当合力为零时，速度最大，根据共点力平衡，沿杆的方向有：
平行于杆的方向有：
联立解得：
小环下降高度的过程中，根据能量守恒定律，有：
代入速度解得摩擦生热：，故D正确。
故选：。
8.【答案】
【解析】富兰克林通过实验发现，雷电的性质与摩擦产生的电的性质相同，并命名了正电荷和负电荷，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，故A错误；
B.理想化模型法是忽略事物的次要因素，抓住事物的主要因素，把主要因素从所要研究的事物中突出出来，质点、点电荷概念的建立应用了理想化模型的思想，故B正确；
C.法拉第提出了电场的观点，德国物理学家纽曼、韦伯归纳总结出感应电动势公式为，故C错误；
D.伽利略应用理想斜面实验将实验和逻辑推理结合，得出了力不是维持物体运动的原因，故D错误。
本题选错误的，故选：。
9.【答案】
【解析】、整个过程中物块和小车组成的系统机械能的增加量等于除重力外的其它力做功，即有
已知，，，解得，故A正确；
B、在位置时，将的速度分解如图所示。
则
可得，故B错误；
C、对系统，由能量关系有
结合，解得，故C正确；
D、小车从点运动到点过程中，对，根据动能定理得
解得细绳对物块做的功为，故D错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】细绳恰好被拉断时，的速度为，细绳拉力为，设此时弹簧的压缩量为，则有
由能量关系，有
解得
故A错误；
B.当时，的质量为，细绳恰好被拉断。细绳拉断后小物块和长木板组成的系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得
则小物块滑离木板时，二者的位移大小关系为
又有
联立解得
故B错误；
C.当时，设细绳被拉断瞬间小物块速度大小为，则有
细绳拉断后，小物块和长木板之间通过弹簧的弹力发生相互作用，当弹簧被压缩至最短时，长木板的加速度最大，此时小物块和长木板的速度相同，设其大小为，弹簧压缩量为，以向左为正方向，由动量守恒
由能量守恒定律得
对长木板，有
解得
故C正确；
D.由题意，时，细绳不会被拉断，木板保持静止，小物块向左运动压缩弹簧后必将反向运动。时，小物块向左运动将弹簧压缩后细绳被拉断，设此时小物块速度大小为，由能量守恒定律得
此后在弹簧弹力作用下小物块做减速运动。设弹簧恢复原长时小物块速度恰减小为零，此时木板的速度为，以向左为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
联立方程解得
所以为保证小物块在运动过程中速度方向不发生变化，应大于等于，故D正确。
故选：。
11.【答案】弹丸弹离弹射器后做平抛运动
【解析】固定弹射器时确保弹射器水平是为了确保弹丸弹离弹射器后做平抛运动。
根据平抛运动规律有
解得
弹丸的水平初速度大小
弹丸运动到点前瞬间竖直方向的分速度大小
弹丸运动到点前瞬间的速度大小
解得，
故答案为：弹丸弹离弹射器后做平抛运动；；；
12.【答案】
【解析】由闭合电路欧姆定律得：，整理得：
根据图乙所示图线的解析式可知：，
解得：，
图像的解析式为，图像的斜率，斜率越大电池电动势越小，由图示图像可知，图像的斜率大，所以图线的电动势小，旧电池的电动势减小，所以图线为旧电池，图线为新电池。
由题意可知：，，根据图甲所示电路图可知，为外电路功率，为外电阻，由闭合电路的欧姆定律得：，则，即，当时最大，因此图线最高点的坐标值。
故答案为：；；；。
13.【解析】对汽缸受力分析有
解得
设活塞刚离开汽缸时内部气体的压强为；，弹簧的压缩量为，由玻意耳定律
可得
对活塞受力分析有
可得
可知弹簧长度为
答：刚开始汽缸静止时内部气体的压强等于；
活塞刚要离开时，弹簧的长度等于。
14.【解析】小球沿直线运动，受力平衡，由平衡得：
碰撞瞬间动量守恒，由动量守恒定律得：
得
小球在磁场中受到重力和电场力平衡，洛伦兹力充当
向心力，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外由几何关系可知组合体在中做匀
速圆周运动的半径：
组合体受洛伦兹力充当向心力：
解得：
由题可知自点垂直于入射小球在点沿方向射出，且自边上其它点垂直
于入射的小球的运动轨道只能在区域中，因而，圆弧是所求的最小磁场区域
的一个边界。
为了确定该磁场区域的另一边界，该小球从点进入磁场中，建立如图坐标系，
设的坐标为，小球的运动轨迹如图所示，为该轨迹的的圆心，在直角三角形中，
由勾股定理得：，该函数对应图形是以为圆心半径为的
圆形，这意味着，在正方形范围内，形成以为圆心、为半径的四分之一圆周是构
成所求磁场区域的另一边界也可以用磁聚焦理念得出此边界
因此，所求的最小匀强磁场区域时分别以和为圆心、为半径的两个四分之一圆周
和所围成的，其面积为最小面积
答：匀强电场场强的大小为，碰后共同运动的速度的大小为；
正方形中磁感应强度的方向为直纸面向外，大小为，最小面积为。
15.【解析】根据题意可得，金属杆和导体框在没有进入磁场时一起做匀加速直线运动，设金属杆进入磁场时速度大小为，
金属杆在磁场中切割磁场产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可得：，
由闭合电路欧姆定律可得：，
导体棒刚进入磁场时受到的安培力大小为：，
由题知：，
联立可得：；
金属杆进入磁场后受到安培力的作用，根据楞次定律可知，金属杆受到的安培力水平向左，之后金属杆相对导体框向左运动，因此金属杆受到导体框给的水平向右的滑动摩擦力，因金属杆在磁场中做匀速直线运动，由平衡条件可得：，
此时导体框向右做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得：，
磁场区域的宽度为，则金属杆在磁场中运动的时间为：，
当金属杆刚好离开磁场区域时，导体框的速度大小为：，
该过程导体框的位移大小为：，
由题知，当金属杆离开磁场时金属框的左端刚好进入磁场，因此导体框的位移大小为：，
导体框和金属杆的相对位移大小为：，
金属框进入磁场时做匀速直线运动，
此时的感应电动势为：，
感应电流为：，
导体框受到向左的安培力和滑动摩擦力，由平衡条件可得：，
联立可得：，，，；
金属杆出磁场以后，速度小于导体框的速度，因此受到向右的滑动摩擦力，由牛顿第二定律可得：，
金属杆向右加速，导体框匀速，当共速时导体框不再匀速，则有：，
导体框匀速运动时的电流为，则产生焦耳热为：，
联立可得：；
答：金属杆在磁场中匀速运动时的速度大小为；
金属杆的质量为，金属杆与导体框之间的动摩擦因数为，磁场的宽度为；
导体框匀速运动过程中，金属杆产生的焦耳热为。
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