吉林省长春市东北师大附中五校联考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.某农机公司在调试播种机时,设定为每间隔相等的时间播下一粒种子,假设该播种机沿直线运动,下列说法正确的是( )
A. 如果两相邻种子之间的距离依次减小,则播种机做加速运动
B. 如果两相邻种子之间的距离依次减小,则播种机的加速度可能在减小
C. 如果两相邻种子之间的距离依次增大,则播种机的加速度一定在增大
D. 如果两相邻种子之间的距离依次增大,则播种机做减速运动
2.年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为年;衰变为的半衰期约为年。现用相同数目的和各做一块核电池,下列说法正确的是( )
A. 衰变为时产生粒子
B. 衰变为时产生粒子
C. 年后,剩余的数目小于的数目
D. 年后,剩余的数目大于的数目
3.太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时针方向做匀速圆周运动,如图中实线所示。为了避开碎片,空间站在点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体,使空间站获得一定的反冲速度,从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示,其半长轴大于原轨道半径。则( )
A. 空间站变轨后在点的加速度比变轨前的小
B. 空间站变轨后的运动周期比变轨前的小
C. 空间站变轨后在点的速度比变轨前的小
D. 空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小
4.吉林市冬天的雪景十分壮观,各种冰雪运动及游戏十分有趣。如图所示,质量为的甲坐在质量为的爬犁上,乙拉着轻质细绳右端使爬犁在水平雪地上向前匀速运动,简图如图所示。已知拴接在爬犁两侧的细绳所在的平面与水平雪地的夹角为,两侧细绳等长且细绳间的夹角为,爬犁与雪地间的动摩擦因数为,重力加速度,。则( )
A. 乙的拉力大小为 B. 雪地对爬犁的作用力大小为
C. 爬犁所受的摩擦力大小为 D. 两侧细绳上的拉力大小均为
5.如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以角从面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在面发生全反射。反射光射向面。若逐渐增大。两束光在面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是( )
A. 在面上,红光比绿光更靠近点
B. 逐渐增大时,绿光的全反射现象先消失
C. 逐渐增大时,入射光可能在面发生全反射
D. 逐渐减小时,两束光在面折射的折射角逐渐减小
6.下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为的简谐运动,与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图所示。以木棒所受浮力为纵轴,木棒水平位移为横轴建立直角坐标系,浮力随水平位移的变化如图所示。已知河水密度为,木棒横截面积为,重力加速度大小为。下列说法正确的是( )
A. 从到的过程中,木棒的动能逐渐变小
B. 从到的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小先增大后减小
C. 和时,木棒的速度大小相等,方向相反
D. 木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为
7.如图所示,匀强电场和匀强磁场的方向均水平向右。一个正离子在某时刻速度的大小为,方向与电场、磁场方向夹角为。当速度方向与磁场不垂直时,可以将速度分解为平行于磁场方向的分量和垂直于磁场方向的分量来进行研究。不计离子重力,此后一段时间内,下列说法正确的是( )
A. 离子受到的洛伦兹力大小不变 B. 离子的加速度增加
C. 电场力的瞬时功率不变 D. 速度与电场方向的夹角变大
二、多选题:本大题共3小题,共18分。
8.如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场,从入口进入的硬币或非硬币沿斜面滚落,通过磁场区域后,由测速器测出其速度大小,若速度在某一合适范围,挡板自动开启,硬币就会沿斜面进入接收装置;否则挡板开启,非硬币进入拒绝通道。若非硬币为非金属材质,则下列说法正确的是( )
A. 磁场能使硬币的速度增加得更快
B. 由于磁场的作用,硬币的机械能增加
C. 硬币进入磁场的过程会受到磁场对它的阻力
D. 如果没有磁场,硬币通过测速器时,测速器的示数会更大一些
9.质量为的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上,钢板处于平衡状态。一质量也为的物块从钢板正上方高为的处由静止释放,落在钢板上并与钢板一起向下运动后到达最低点,已知重力加速度为,空气阻力不计。则( )
A. 物块和钢板不可能在弹簧压缩时分离
B. 从物块释放到最低点的过程中,物块、钢板和弹簧组成的系统机械能守恒
C. 物块和钢板一起运动到最低点的过程中弹簧弹性势能的增加量为
D. 物块和钢板一起运动到最低点的过程中物块对钢板做的功为
10.如图,质量的足够长平板小车静置在光滑水平地面上,质量的小物块静止于小车上,时刻小物块以速度向右滑动,同时对小物块施加一水平向左、大小恒定的外力,后撤去外力,图显示的是以小车为参考系,小物块的图像。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取。则下列说法正确的是( )
A. 小物块与平板小车间的动摩擦因数
B. 恒力
C. 小物块最终的速度是
D. 最终小物块相对小车向右滑动
三、实验题:本大题共2小题,共12分。
11.某物理兴趣小组设计了一个多用电表电路图。如图所示,已知表头的满偏电流为,内阻;定值电阻,电源电动势,内阻;电阻箱和的调节范围都是。
与多用电表端相连的是______填“红”或者“黑”表笔。
选择开关置于位置,闭合开关,电流表的量程为______保留两位有效数字,保持闭合,选择开关置于位置,将其改装为量程的电压表,电阻箱应调节为______保留一位小数。
选择开关置于位置,通过开关的通断可以实现欧姆表“”与“““两种倍率,则______填“闭合”或者“断开”开关,欧姆表为“”倍率。
12.某物理实验小组用不同方法来探究平抛运动的特点。
某同学采用图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片,金属片把球沿水平方向弹出,同时球被松开自由下落,观察到两球同时落地。多次改变装置的高度,同时改变小锤打击的力度,两球仍然同时落地,这说明______。
A.球竖直方向的分运动是自由落体运动
B.球水平方向的分运动是匀速直线运动
C.球运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动
如图乙所示,将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道滑下后从点飞出,落在水平挡板上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点,移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。
为了保证钢球从点水平飞出且初速度是一定的,下列实验条件必须满足的是______。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末端水平
C.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于点,钢球的______对应白纸上的位置即为原点。
A.最上端
B.最下端
C.球心
某同学做实验时记录了、、三点,取点为坐标原点,建立了如图丙所示的坐标系,平抛轨迹上的这三点的坐标值已在图中标出,根据图中数据判断,点______选填“是”或“不是”平抛运动的抛出点,小球平抛的初速度为______。取
某同学实验时忘了标记重垂线方向,为解决此问题,他以某点迹为坐标原点,沿任意两个相互垂直的方向作为轴和轴正方向,建立直角坐标系,并测量出另外两个点迹的坐标值、,且,如图丁所示,若相邻两个点迹之间的时间间隔相等,则可得重垂线方向与轴间夹角的正切值为______用、、、坐标表示。
四、计算题:本大题共2小题,共32分。
13.如图所示,光滑的圆弧形轨道固定在光滑水平面上,半径,圆弧底端与水平面相切,水平面的右边与固定的光滑竖直圆轨道连接,圆轨道最低点点切线沿水平方向,小球可以从点进入竖直圆轨道,在轨道和竖直圆轨道之间依次放置、小球,其中球的质量,球质量,现让小球在轨道的顶端由静止释放,已知球质量,、、之间的碰撞均为弹性碰撞,重力加速度。
求球滑到水平面时的速度大小;
求球碰后的速度大小;
要使球不脱离轨道。则竖直圆轨道的半径应满足什么条件结果保留两位有效数字?
14.如图,倾角为、间距为的足够长的平行金属导轨底端接有阻值为的电阻,一质量为的金属棒垂直于导轨放置,与导轨间的动摩擦因数为。建立原点位于导轨底端、方向沿导轨向上的坐标轴,在区间内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小为。从时刻起,金属棒在沿轴正方向的外力作用下,从处由静止开始沿斜面向上运动,其速度与位移、加速度与速度的关系分别满足图和图。当金属棒运动至处时,撤去外力,金属棒继续向上运动。金属棒在运动过程中始终保持与导轨垂直,且与导轨接触良好,不计金属棒与导轨的电阻,重力加速度大小为,,。求:
当金属棒运动至处时,电阻消耗的电功率;
外力与位移的关系式;
从金属棒开始运动到运动至最高点的过程中,系统产生的内能。
答案和解析
1.【答案】
【解析】每隔相等时间播下一粒种子,如果两粒相邻种子之间的距离依次减小,则播种机做减速运动,故A错误;
B.如果两粒相邻种子之间的距离依次减小,则播种机做减速运动,播种机的加速度可能在增大,也可能在减小,故B正确;
如果两粒相邻种子之间的距离依次增大,则播种机在做加速运动,加速度的变化无法判断,加速度可能增大、减小或不变,故CD错误。
故选:。
2.【答案】
【解析】由衰变方程可知,衰变为时产生粒子,故A错误;
B.由衰变方程可知,衰变为时产生粒子,故B错误;
.的半衰期比的半衰期小,则相同时间后,相同数目的和,剩余的数目小于的数目,故C正确,D错误。
故选:。
3.【答案】
【解析】、空间站的加速度均是由万有引力产生,由牛顿第二定律得
可得
变轨前后空间站在同一点,到地心的距离相等,则加速度相同,故A错误;
B、根据开普勒第三定律得,因为空间站变轨后轨道的半长轴大于原轨道半径,所以空间站变轨后的运动周期比变轨前的大,故B错误;
C、变轨后在点因反冲运动相当于瞬间获得竖直向下的速度,原水平向左的圆周运动速度不变,所以合速度变大,故C错误;
D、由于空间站变轨后在点的速度比变轨前大,而比在近地点的速度小,则空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小,故D正确。
故选:。
4.【答案】
【解析】、对甲和爬犁整体分析受力,如图所示。
由平衡条件得
竖直方向有
水平方向有
又
解得,,故AC错误;
B、由上解得,雪地对爬犁的作用力是支持力和摩擦力的合力,为,故B错误;
D、设两侧细绳上的拉力大小为,则有,解得,故D正确。
故选:。
5.【答案】
【解析】、设红光和绿光在面的折射角分别为和
由光的折射定律
由于
可知红光在介质中的折射角更大,即,故在面上,绿光更靠近点,故A错误;
B、由全反射临界角公式可知,红光的全反射临界角更大,设红光和绿光在面发生全反射的入射角分别为和,由几何关系可知
故
增大时,红光在面的全反射现象先消失,故B正确;
C、在面光由光疏介质射入光密介质,无论入射角怎样增大,均不会发生全反射现象,故C错误;
D、由光的折射定律
可知减小时,两束光在面的折射角均减小,故D错误。
故选:。
6.【答案】
【解析】、由简谐运动的对称性可知,、、时木棒处于平衡位置,则从到的过程中,木棒从平衡位置下方向上移动,经平衡位置后到达平衡位置上方,速度先增大后减小,所以动能先增大后减小,故A错误;
B、从到的过程中,木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动未到平衡位置,回复力方向向下,逐新减小,所以加速度方向竖直向下,大小逐渐减小,故B错误;
C、由图像的对称性知,和时,浮力大小相等,说明木棒在同一位置,竖直方向速度大小相等,方向相反,但由于两个时刻木棒水平方向速度相同,所以合速度大小相等,方向不在一条直线上,故方向不相反,故 C错误;
D.木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子,设木棒长度为,回复力系数为,平衡位置时木棒重心在水面下方,则有,木棒重心在平衡位置上方最大位移处时,木棒重心在平衡位置下方最大位移处时,解得,,故D正确。
故选:。
7.【答案】
【解析】、由于运动过程中电场力做正功,所以离子水平方向的分速度变大,垂直于磁场方向的分量不变,则洛伦兹力大小不变。而电场力不变,离子受合力大小不变,根据牛顿第二定律可知加速度大小不变,故B错误,A正确;
C、根据功率的计算公式可知,电场力的瞬时功率变大,故C错误;
D、由于变大,根据可知,速度与电场方向的夹角变小,故D错误。
故选:。
8.【答案】
【解析】、根据题意可知,硬币进入磁场和离开磁场时,穿过硬币的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律可知硬币中产生感应电流,感应电流会阻碍硬币的相对运动,即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力,若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力,硬币将做减速运动,若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力,硬币将匀速进入磁场,若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力,硬币继续加速运动,但速度增加变慢,综上所述,磁场能使硬币的速度增大变慢,故A错误,C正确;
B、根据题意可知,硬币进入磁场和离开磁场时,穿过硬币的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律可知硬币中产生感应电流,感应电流会阻碍硬币的相对运动,对硬币做负功,使硬币的机械能减小,故B错误;
D、如果没有磁场,对硬币没有阻碍作用,由动能定理可知,硬币到达测速器位置时速度更大一些,故D正确。
故选:。
9.【答案】
【解析】、物块和钢板到达最低点后,将向上先做加速度减小的加速运动,运动至向上的弹力与总重力大小相等的位置时速度最大,然后合力向下,开始做加速度反向增加的减速运动,当弹簧恢复至原长时速度还未减为,下一刻弹簧被拉伸,钢板会受到拉力,加速度大于物块的加速度,物块和钢板开始分离,若弹簧还未恢复至原长,物块和钢板速度已经减为,物块和钢板始终没有分离,可知物块和钢板不可能在弹簧压缩时分离,故A正确;
B、由于物块与钢板碰撞过程机械能有损失,所以从物块下落到一起运动到最低点的过程物块、钢板和弹簧组成的系统机械能不守恒,故B错误;
C、物块下落过程,做自由落体运动,则有
物块与钢板碰撞过程,取竖直向下为正方向,根据动量守恒定律得
解得碰撞后物块和钢板的共同速度为
物块和钢板一起运动到最低点的过程中,根据物块、钢板和弹簧组成的系统机械能守恒得
解得弹簧弹性势能的增加量为,故C错误;
D、物块和钢板一起运动到最低点的过程中,对钢板,根据动能定理得
解得物块对钢板做的功为,故D正确。
故选:。
10.【答案】
【解析】、撤去外力后,由牛顿第二定律得:
对平板车:
对小物块:
由图所示图像可知,小物块相对平板车的加速度大小
以平板车为参考系,小物块相对于平板车的加速度大小
代入数据解得:,,,故A正确;
B、有恒力作用过程,由牛顿第二定律得:
对小物块:
由图所示图像可知,小物块相对于平板车的加速度
小物块相对于平板车的加速度
代入数据解得:,,故B错误;
C、撤去恒力时,平板车的速度大小,小物块的速度
撤去恒力后平板车继续做匀加速直线运动,小物块继续做匀减速直线运动直到两者共速,共速后两者相对较静止一起做匀速直线运动
设经过时间两者共速,则
代入数据解得:,,则小物块的最终速度是,故C错误;
D、最终小物块相对小车向右滑动的距离,代入数据解得:,故D正确。
故选:。
11.【答案】红 断开
【解析】多用表的红表笔与内部电源的负极相连,因此与相连的是红表笔;
选择开关置于位置,闭合开关时
电流表量程
与并联后总电阻为
闭合,选择开关置于时,电压表量程为
根据欧姆定律
代入数据解得
欧姆表欧姆调零时
调零后的欧姆表测电阻
待测电阻与电流的关系为
闭合开关时,电流表为大量程,量程为断开时的倍,欧姆表的中值电阻是开关断开时的,因此开关闭合为倍率,断开为倍率。
故答案为:红;;;断开
12.【答案】 不是
【解析】无论水平速度是多少,两个小球同时落地,说明平抛运动竖直方向上是自由落体运动;
故A正确,BC错误。
故选:。
斜槽轨道末端水平可以保证钢球水平飞出,每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球可以保证飞出的初速度是一定的,斜槽轨道光滑与否不影响实验效果,故A错误;BC正确。
故选:。
为了减小误差,取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于点,钢球的球心对应白纸上的位置即为原点,故AB错误,C正确。
故选:。
假设点为抛出点,则竖直方向应该满足
::
由丙图数据可得
::::
所以点不是平抛运动的抛出点。
由平抛运动规律,可得
解得
依题意
可知小球沿轴做减速运动,那么轴是斜向上偏离水平方向,设重垂线与轴间的夹角为,将重力加速度分别沿、轴方向分解,如图所示
则
,
根据匀变速运动推论,设相邻点之间的时间间隔为,则沿轴方向有
解得
沿轴方向有
解得
因此
故答案为:;;;不是;;
13.球下滑的过程中,根据机械能守恒定律可得:,
解得:;
、碰撞过程,系统动量守恒且动能无损失,以水平向右为正方向,
根据动量守恒可得:,
根据能量守恒可得:,
联立可得:,,
B、碰撞过程,系统动量守恒且动能无损失,以水平向右为正方向,
根据动量守恒可得:,
根据能量守恒可得:,
联立可得:;
假如球碰后到达圆轨道的圆心等高处,速度恰好为,
由机械能守恒定律可得:,
解得:,
假如球碰后恰好通过圆轨道的最高点,
由机械能守恒定律可得:,
在点,由牛顿第二定律可得:,
联立可得:,
所以要使球不脱离轨道,竖直圆轨道的半径应满足:或者;
答:球滑到水平面时的速度大小为;
球碰后的速度大小为;
要使球不脱离轨道,竖直圆轨道的半径应满足:或者。
14.当金属棒运动至处时,由图可知其速度大小:
此时感应电动势:
电阻消耗的电功率:
金属棒在无磁场区间运动时,由图可知
由牛顿第二定律有:
代入数据解得:
金属棒在有磁场区间运动时,其速度大小:
金属棒切割磁感线产生的感应电流:
金属棒受到的安培力大小:
代入数据解得:
由牛顿第二定律有:
代入解得:
综上,外力与位移的关系式为:
;
在磁场中,克服安培力做功
代入数据解得:
金属棒离开磁场时的速度大小:
设金属棒离开磁场后向上运动的最大距离为,由动能定理有
解得:
金属棒向上运动过程中,克服摩擦力做功:
代入数据解得:
金属棒在整个向上运动过程中,系统产生的内能
答:当金属棒运动至处时,电阻消耗的电功率为;
外力与位移的关系式为;
从金属棒开始运动到运动至最高点的过程中,系统产生的内能为。
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