山东省泰安市2021届高三上学期物理期末统考试卷
一、单选题
1．（2020高三上·泰安期末）氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钙，能使金属钙逸出光电子的光子频率有（金属钙的逸出功为3.20eV）（ ）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
2．（2020高三上·泰安期末）吊床是人们喜爱的休闲方式。如图为人躺在吊床上静止时的情景，吊床由轻绳吊在两个竖直的杆上，绳与杆的夹角左侧大于右侧。则杆受到绳拉力的（ ）
A．右侧受到的竖直分力较大 B．左侧受到的竖直分力较大
C．右侧受到的水平分力较大 D．左侧受到的水平分力较大
3．（2020高三上·泰安期末）如图所示有一半圆，其直径水平且与另一圆的底部相切于O点，O点恰好是下半圆的顶点，它们处在同一竖直平面内。光滑直轨道AOB、COD与竖直直径的夹角为α、β且α>β。一小物块先后从两轨道的顶端A、C点由静止下滑，分别能通过O点的通道滑动到下半圆的底部B、D点，不计空气阻力，下列运动时间正确的是（ ）
A．tAO＜tCO B．tAO>tCO C．tAB＜tCD D．tAB>tCD
4．（2020高三上·泰安期末）如图（a），为家用燃气灶点火装置的电路原理图，转换器将直流电压转换为图（b）所示的正弦交流电加在理想变压器的原线圈上，设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当两点火针间电压大于5000V就会产生电火花进而点燃燃气，则闭合S（ ）
A．电压表的示数为50 V
B．两点火针间电压的有效值一定大于5000V
C．在0~0.5×10-2s时间内，通过原、副线圈导线横截面的电荷量相等
D．当n2:n1>100时，才能点燃燃气
5．（2020高三上·泰安期末）如图所示的装置中，质量为m的弹丸在质量为3m的管内压缩一轻弹簧，静止在水平地面上。当释放弹簧将弹丸以速度v向左发射出去时，管的反冲速度大小为 ，则此发射过程中地面对管的摩擦力的冲量为（ ）
A．0 B． 方向向左
C．mv 方向向右 D． 方向向左
6．（2020高三上·泰安期末）如图所示为甲、乙两质点在同一直线上运动的位移-时间图像，甲质点的图像为直线，乙质点的图像为过原点的抛物线，两图像交点C、D的坐标如图。下列说法正确的是（ ）
A．t1-t2时间段内乙的平均速度大于甲的平均速度
B．t1-t2时间段内乙的平均速度小于甲的平均速度
C． 时，甲、乙间距离最大
D． 时，甲、乙间距离最大
7．（2020高三上·泰安期末）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与射光平行。已知真空中的光速为c，则（ ）
A．当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
B．当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
C．OP之间的距离为 R
D．OP之间的距离为 R
8．（2020高三上·泰安期末）2019年4月10日，“事件视界望远镜”项目正式公布了人类历史上第一张黑洞照片。黑洞是一种密度极大，引力极大的天体，以至于光都无法逃逸（光速为c），所以称为黑洞。若已知某星球的质量为m、半径为R，引力常量为G，则该星球光的逃逸速度 。如果天文学家观测到一天体绕某黑洞以速度v做半径为r的匀速圆周运动，则（ ）
A．该黑洞质量为 B．该黑洞质量为
C．该黑洞的最大半径为 D．该黑洞的最大半径为
二、多选题
9．（2020高三上·泰安期末）两虚线之间存在如图所示方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B。由同一规格的导线制成边长为a的正方形导线框POMN，电阻为R。线框沿与磁场边界成45°角的方向进入磁场，速度大小为v。当导线框运动到图示位置时（ ）
A．线框中感应电流方向MNPOM B．线框中感应电流方向OPNMO
C．MN两端的电压为Bav D．MN两端的电压为
10．（2020高三上·泰安期末）位于x=0处的质点做周期为0.2s的简谐运动，在x轴上形成的简谐横波t=0时刻的波形如图所示，此时x=±1.5m处的质点恰好开始运动。下列说法正确的是（ ）
A．x=0处的质点开始振动时向y轴负向运动
B．x=0处的质点开始振动时向y轴正向运动
C．t=1.325s时，平衡位置在x=2.2m处的质点向y轴负向运动
D．t=1.325s时，平衡位置在x=-2.2m处的质点向y轴正向运动
11．（2020高三上·泰安期末）如图所示，在真空中点电荷的电场中有线段MN，P是MN的中点，Q位于MN上且MQ：QN=3：1。现将两个电荷量相等的试探电荷分别置于M、N两点，两试探电荷所受电场力相互垂直且F2=3F1下列说法中正确的有（ ）
A．P与N点的电势相等 B．P与M点的电势相等
C．电势差 D．电势差
12．（2020高三上·泰安期末）在竖直立于地面上、劲度系数为k的轻弹簧上端放置一质量为m的物块，取物块静止时弹簧上端为坐标原点O、竖直向下为正方向建立x轴，如图甲所示。取O点的重力势能为零，在物块上施加一竖直向下的力F，测得物块向下运动至最低点过程中，物块与弹簧组成的系统的机械能E与物块位移x的关系如图乙所示（弹簧始终在弹性限度内），图线与纵轴的交点为（0，E0），x=0与 之间为倾斜直线， 与 之间为平行x轴的直线。则在物块位移从x=0到 的过程中，下列判断正确的是（ ）
A．
B．在 处物块动能最大
C．x=0位置处物块的加速度大于 位置处物块的加速度
D．x=0位置处物块的加速度与 位置处物块的加速度大小相等
三、实验题
13．（2020高三上·泰安期末）某同学用图甲所示的实验装置测量滑块与桌面之间的动摩擦因数。光电门固定在水平直轨道上的O点，拉力传感器固定在滑块上，不可伸长的细线通过定滑轮将滑块与钩码相连，遮光条的宽度为d，滑块初始位置A点到O点的距离为L，重力加速度为g。实验步骤如下：
A．将滑块从A点由静止释放，传感器显示滑块所受拉力为F，光电门记录遮光条通过光电门的时间t；
B．改变钩码的个数重复步骤A；
C．正确记录每一组F与t对应的数据，作出F- 的关系图像如图乙所示（图中b、c为已知量）。
（1）根据步骤A中测出的物理量可知，滑块的加速度a= ；
（2）滑块与轨道间的动摩擦因数μ= ；
（3）增加滑块的质量重新进行实验，得到的F- 图像与两坐标轴交点坐标的绝对值b、c的变化情况是：b ，c 。（填“变大”、“变小”或“不变”）
四、填空题
14．（2020高三上·泰安期末）2020年12月17日，嫦娥五号在太空遨游23天之后，首次实现了我国地外天体采样返回。图甲是嫦娥五号探测器张开的光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。
某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻R0=2Ω，电压表、电流表均可视为理想电表。用一定强度的光照射该电池板，闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，通过测量得到该电池板的U-I曲线（如图丁）。
（1）某时刻电压表示数如图丙所示，读数为 V。由图像可知，此时电源内阻为 Ω（计算结果保留2位小数）
（2）当电阻箱的阻值为4Ω时，电池板的电动势为 V，电阻箱消耗的电功率为 W（计算结果保留2位小数）。
五、解答题
15．（2020高三上·泰安期末）汽车行驶时轮胎的胎压太高或太低容易造成安全隐患。已知某型号轮胎能在100℃温度下正常工作，在此温度工作时的胎压为3.534×105Pa，在温度t为27℃时，该轮胎内空气的压强为1.767×105Pa、质量为m，此时给该轮胎充气，设轮胎容积一直不变，T=273+t，求需要充入空气的质量。
16．（2020高三上·泰安期末）如图，两光滑金属导轨相距L，平直部分固定在离地高度为h的绝缘水平桌面上，处在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，弯曲部分竖直固定并与水平部分平滑连接。金属棒ab、cd垂直于两导轨且与导轨接触良好。棒ab质量的为2m，电阻为 ，棒cd的质量为m，电阻为r，开始棒cd静止在水平直导轨上，棒ab从高出平直部分h处无初速释放，进入水平直导轨后与棒cd始终没有接触，最后棒cd落地时与桌边的水平距离也为h。导轨电阻不计，重力加速度为g。求：
（1）棒ab落地时与桌边的水平距离；
（2）棒cd即将离开导轨时，棒ab的加速度。
17．（2020高三上·泰安期末）如图，长4m、质量2kg的木板A静止在光滑水平面上，质量1kg可视为质点的滑块B放在木板的左端，A、B间的动摩擦因数为0.4，右侧一定距离处固定着一挡板。某时刻起，给B施加一大小为10N的水平恒力F作用，当B滑到A的中点时撤去F，此时A恰好与挡板碰撞，碰撞中无机械能损失。g取10m/s2求：
（1）开始时A的右端与挡板间的距离；
（2）F对B做的功；
（3）B从A上滑下时的速度大小（结果可用根号表示）
18．（2020高三上·泰安期末）如图xOy坐标系中，第一象限内有磁感应强度为B1、方向垂直坐标平面向里的匀强磁场，第二象限内有沿-y方向的匀强电场，第三、四象限内有垂直于坐标平面向里的匀强磁场（磁感应强度未知）。某带正电的粒子（不计重力），以初速度v0从M（L，O）点第一次经x轴沿+y方向进入第一象限，经N（0，L）点沿-x方向进入第二象限，经P（-2L，0）点进入第三象限，经第四象限再次经过M点。求：
（1）粒子的比荷；
（2）匀强电场的电场强度E；
（3）粒子两次经过M点的时间间隔；
（4）粒子第四次经过x轴时的位置。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时，共可以发出
种光，这6种光的频率分别为
根据爱因斯坦光电效应方程，需要满足
一共有3种，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】利用排列组合可以判别原子从能级4向低能级跃迁的光的频率种数，结合能级跃迁的能量差可以判别可以使金属钙发生光电效应的频率数。
2．【答案】A
【知识点】共点力平衡条件的应用
【解析】【解答】CD．吊床在水平方向受力平衡，则两边树干对绳子拉力的水平分量Tx是相等的，CD不符合题意；
AB．若绳子与竖直方向的夹角为θ，如图
则
即Tx不变时，θ越大，竖直方向的分量Ty越小，因为左侧绳子与竖直方向的夹角较大，则左侧受到的竖直分力较小，A符合题意，B不符合题意。
故答案为：A。
【分析】利用吊床水平方向的平衡方程判别绳子在水平方向的拉力大小相等，结合绳子与竖直方向的夹角大小可以比较绳子竖直方向分力的大小。
3．【答案】D
【知识点】匀变速直线运动的位移与时间的关系；牛顿第二定律
【解析】【解答】AB．如图
AO过程匀加速直线运动
CO过程匀加速直线运动
所以
AB不符合题意；
CD．以AOB轨道的物块为研究对象，根据位移与时间的关系
同理COD轨道
两式相比且
所以
D符合题意，C不符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用等时圆的规律可以判别物块经过AO和CO轨道所花的时间相等；利用匀变速的位移公式结合位移的大小可以比较物块在AB阶段和在CD阶段所运动的时间长短。
4．【答案】D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】A．电压表测量的是转换之后的正弦交流电的有效值，所以示数为 ，A不符合题意；
B．两点火针间的瞬时电压大于5000V即可产生电火花，所以有效值一定大于 ，不一定大于5000V，B不符合题意；
C．在0~0.5×10-2s时间内，原线圈中持续流过了正弦式交变电流，副线圈中只有当感应电动势大于5000V时才有电流流过，所以通过原、副线圈导线横截面的电荷量不相等，C不符合题意；
D．原、副线圈的电压关系为 ，由于原线圈最大电压为50V，副线圈最大电压要大于5000V，所以 ，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用图像峰值可以求出有效值及电压表读数的大小；利用点火针的峰值大小可以求出有效值的大小；利用点火的电压可以判别电路中电荷量不相等；利用电压的大小关系可以求出点火是原副线圈的匝数之比。
5．【答案】B
【知识点】动量定理
【解析】【解答】设向左为正方向，则对球和管的系统，由动量定理
方向向左。
故答案为：B。
【分析】利用系统动量定理结合初末动量的变化可以求出地面对管的摩擦力冲量大小及方向。
6．【答案】C
【知识点】运动学 S-t 图象
【解析】【解答】AB．由平均速度的公式得 ，所以 t1-t2时间段内乙的平均速度等于甲的平均速度，AB不符合题意；
CD．因为乙质点的图像为过原点的抛物线，所以乙质点做匀加速直线运动，乙在时间中点 时的速度等于该段时间内的平均速度，即该时刻两质点的瞬时速度相等，则在 时甲、乙间距离最大，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用图像初末坐标可以求出位移的大小，结合运动的时间可以比较平均速度的大小；利用匀变速直线运动的平均速度为中间时刻的瞬时速度可以判别中间时刻两质点速度相同其距离最大。
7．【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】光路如图所示
当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与射光平行，所以出射点在O点正上方。设OP之间的距离为d，则垂直入射时有
当入射角θ=60°时，有
联立解得
当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
解得
故答案为：B。
【分析】画出光路图，利用全反射的临界角结合几何关系可以求出光传播的路程及OP之间的距离，结合传播的速度可以求出传播的时间。
8．【答案】C
【知识点】匀速圆周运动；万有引力定律的应用
【解析】【解答】AB．天体绕黑洞做圆周运动，有
解得
AB不符合题意；
CD．将黑洞质量代入逃逸速度公式得
解得
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用引力提供向心力可以求出黑洞质量的大小；将质量代入速度公式可以求出黑洞的最大半径。
9．【答案】A,D
【知识点】楞次定律；导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】AB．根据楞次定律，感应电流的方向为MNPOM。A符合题意，B不符合题意；
CD．线框的有效切割长度为MN，感应电动势为
MN两端的电压为路端电压，外电阻是内电阻的3倍，则路端电压为
C不符合题意，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的方向；利用动生电动势的表达式结合欧姆定律可以求出路端电压的大小。
10．【答案】B,C
【知识点】横波的图象
【解析】【解答】AB．所有质点开始振动时的方向都与振源质点开始振动时的方向相同，由图可知x=±1.5m处的质点正要向上振动，说明x=0处的质点开始振动时向y轴正向运动，A不符合题意、B符合题意；
CD．由图可知波长 ，所以波速 ，所以振动由x=±1.5m处传播到 所需时间为 ，即从t=0时刻开始，经过0.07s后，平衡位置在x=±2.2m处的质点开始振动，所以其位移方程为
其中 。代入t=1.325s得其相位
即
即质点已经从最高点运动下来了，但还未到平衡位置处，即正在向y轴负向运动，C符合题意、D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用质点的起振方向可以判别波源开始振动的方向；利用波长和周期可以求出传播的时间；结合振动的时间可以判别质点的振动方向。
11．【答案】A,C
【知识点】电势；电势差
【解析】【解答】两试探电荷所受电场力相互垂直且F2=3F1，说明点电荷在M、N两点场强之比为1：3
由点电荷场强公式
可得
由几何关系可得下图为直角三形，并且OP=ON
AB．由点电荷等势面的分布情况可知，到点电荷距离相等的点电势相同，则OP=ON，P与N点的电势相等，OP OM，P与M点的电势不相等，所以A符合题意；B不符合题意；
CD．点电荷电场中Q、P、M、N四点的电势关系为
则电势差关系有
所以C符合题意；D不符合题意；
故答案为：AC。
【分析】利用点电荷的场强公式可以判别MN两点到波源的距离大小；结合几何关系可以判别OP距离的大小，利用电场线的分布可以比较电势的大小；利用电势的大小关系可以比较电势差的大小。
12．【答案】A,B,D
【知识点】共点力平衡条件的应用；牛顿第二定律
【解析】【解答】A．施加力F之前物块处于平衡状态时，设弹簧的压缩量为x0，有mg=kx0
此时物块的重力势能和动能均为零。物块压缩弹簧时弹力从零均匀增大到kx0，则物块处于平衡状态时弹簧的弹性势能为
A符合题意；
BCD．在0～x1之间系统的机械能随x均匀增大，由功能关系可知△E=F △x
可知图象的斜率大小等于F，可知力F不变，同理判断可知，在x1～x2之间机械能不变，说明只有重力和弹簧的弹力做功，力F为零，则因x1位置为0～x2的中点，且由对称性可知，在x1位置速度最大，动能最大；且根据振动的对称性可知，x=0位置处物块的加速度与 位置处物块的加速度大小相等，方向相反，BD符合题意，C不符合题意。
故答案为：ABD。
【分析】施加力F前，利用物块的平衡方程可以求出弹簧形变量及弹性势能的大小；利用图像斜率可以判别外力的大小，利用外力等于0可以判别其速度及动能最大；利用简谐运动的对称性可以判别加速度的大小。
13．【答案】（1）
（2）
（3）变大；不变
【知识点】滑动摩擦力与动摩擦因数
【解析】【解答】(1)滑块滑到光电门处的速度为
根据位移公式得，滑块的加速度为
解得 (2)对滑块，根据牛顿第二定律得
代入加速度得
根据图像得 ，
滑块与轨道间的动摩擦因数为 (3)根据(2)[2]可知，b变大，c不变。
【分析】（1）利用滑块经过光电门的速度结合速度位移公式可以求出加速度的表达式；
（2）利用牛顿第二定律可以求出动摩擦因数的表达式；
（3）利用牛顿第二定律可以导出拉力和时间的表达式进而判别斜率的含义及截距的含义，利用滑块的质量可以判别b与c的变化。
14．【答案】（1）2.50；4.00
（2）2.90；0.34
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)由图丙所示表盘可知，其分度值为0.1V，示数为2.50V。由图示图象可知，电源电动势
当路端电压
时电流
电源内阻 (2)由图示图象可知，电源电动势 当电阻箱的阻值为4Ω时，电路中电流
电阻箱消耗的电功率为
【分析】（1）利用电压表的分度值可以读出电压的大小；利用图像可以得出电动势的大小；结合闭合电路的欧姆定律可以求出内阻的大小；
（2）利用闭合电路的欧姆定律可以求出回路电流的大小，结合电功率的表达式可以求出电阻箱消耗的功率大小。
15．【答案】解：设轮胎容积为V1，充足气体后，气体温度由100℃降到27℃时，有
代入解得
所以充气后，总质量为
需要充入空气的质量为
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】轮胎温度发生变化，利用初末状态的温度和压强可以求出轮胎的体积关系，利用体积关系可以求出质量关系进而求出充入空气的质量大小。
16．【答案】（1）解：棒cd离开桌面后做平抛运动，平抛初速度为
棒cd从静止开始到离开桌面的过程中安培力对其的冲量为
由机械能守恒得棒ab进入水平直导轨时的速度为
进入磁场后，ab、cd两棒所受的安培力等大反向，作用时间相等，所以安培力对两棒的冲量等大反向，当棒cd离开磁场时，棒ab的动量为
速度为
之后由于电路断开，棒ab一直做匀速运动，所以棒ab落地时与桌边的水平距离为
（2）解：棒cd即将离开导轨时，两棒的瞬时速度分别为
此时闭合回路中的感应电动势为
回路中的电流为
所以棒ab的加速度为
【知识点】动量定理；平抛运动
【解析】【分析】（1）棒离开桌面后做平抛运动，利用平抛运动的位移公式可以求出初速度的大小；结合动量定理可以求出安培力对cd棒的冲量大小；利用机械能守恒定律可以求出ab棒进入磁场的速度大小；利用两棒受到的冲量大小相等方向相反结合ab棒的动量定理可以求出棒ab离开桌面的速度大小，结合平抛运动的位移公式可以求出棒ab水平距离的大小；
（2）两棒切割磁感线，利用两棒的速度结合动生电动势可以求出回路中电流的大小，利用牛顿第二定律可以求出ab棒加速度的大小。
17．【答案】（1）解：A、B间的动摩擦力为
以地面为参考系，A、B的加速度分别为
设B从木板的左端滑到中点用时为t，木板的长度为L，开始时木板右端与挡板间的距离为d，则
解得
（2）解：滑块B相对于地面的位移 ，所以F对B做的功为
（3）解：由于碰撞中无机械能损失，所以A与挡板碰撞后的速度等于碰撞前的速度，即 ，方向向左；此时滑块的速度 ，方向向右。该时刻开始，木板A向左做匀减速运动，滑块B向右做匀减速运动，加速度分别为
当二者的位移之和等于木板长度的一半时，滑块B从A上滑下，设这一过程用时为 ，则
解得
所以B从A上滑下时的速度大小为
【知识点】牛顿运动定律的应用—板块模型
【解析】【分析】（1）已知B的重力及动摩擦力的表达式可以求出AB之间摩擦力的大小，利用牛顿第二定律可以求出AB两者加速度的大小；结合AB做匀加速直线运动的位移公式可以求出运动的时间及A距离挡板的距离大小；
（2）已知滑块相对地面的位移大小，利用拉力和位移可以求出F对B做功的大小；
（3）由于碰撞过程无机械能损失，利用匀加速直线运动的速度公式可以求出B与挡板碰撞的速度大小及A的速度大小；利用牛顿第二定律可以求出两者加速度的大小；结合两者的位移公式可以求出分离的时间，利用速度公式可以求出分离时B的速度大小。
18．【答案】（1）解：设粒子的质量为m，电荷量为q，由粒子在第一象限内的运动情况可知，粒子做圆周运动的半径为
根据牛顿第二定律
解得
（2）解：设粒子通过电场的时间为t2，则
解得
（3）解：粒子在第一象限内运动的时间t1
在第二象限内的时间t2
进入第三象限时，在P点沿-x方向的速度为v0，设粒子-y方的速度vy，则
整理可得
粒子在P点的速度
方向与-y夹角为 粒子在第三、四象限运动的轨迹如图，圆心为C；由几何关系可知，粒子在第三、四象限运动的半径为
在第三、四象限运动的时间为
粒子两次经过M点的时间间隔
（4）解：粒子再回到第一象限时，速度v1与-x方向的夹角为 ，粒子在第一象限运动半径
可得
圆心恰好为CM与y轴的交点D，所以粒子通过第一象限再次到达y轴时，速度与y轴垂直，与y轴交点的纵坐标为
再次经过电场的时间t4
粒子第四次经过x轴的横坐标
整理得
【知识点】带电粒子在电场中的偏转；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）粒子在第一象限做匀速圆周运动，利用轨迹半径的大小结合牛顿第二定律可以求出粒子比荷的大小；
（2）粒子在电场中做类平抛运动，利用类平抛运动的位移公式可以求出电场强度的大小；
（3）粒子在第一象限中做匀速圆周运动，利用轨迹所对圆心角可以求出运动的时间；粒子在第二象限做类平抛运动，利用水平方向的位移公式可以求出运动的时间；粒子在三四向左做匀速圆周运动，利用运动的轨迹所对圆心角可以求出运动的时间；
（4）粒子再回到第一象限继续做匀速圆周运动，再次经过第二象限做类平抛运动，利用类平抛运动的位移公式可以求出纵坐标的大小；再利用位移公式可以求出第四次经过x轴的坐标。
1 / 1山东省泰安市2021届高三上学期物理期末统考试卷
一、单选题
1．（2020高三上·泰安期末）氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钙，能使金属钙逸出光电子的光子频率有（金属钙的逸出功为3.20eV）（ ）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【答案】A
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时，共可以发出
种光，这6种光的频率分别为
根据爱因斯坦光电效应方程，需要满足
一共有3种，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】利用排列组合可以判别原子从能级4向低能级跃迁的光的频率种数，结合能级跃迁的能量差可以判别可以使金属钙发生光电效应的频率数。
2．（2020高三上·泰安期末）吊床是人们喜爱的休闲方式。如图为人躺在吊床上静止时的情景，吊床由轻绳吊在两个竖直的杆上，绳与杆的夹角左侧大于右侧。则杆受到绳拉力的（ ）
A．右侧受到的竖直分力较大 B．左侧受到的竖直分力较大
C．右侧受到的水平分力较大 D．左侧受到的水平分力较大
【答案】A
【知识点】共点力平衡条件的应用
【解析】【解答】CD．吊床在水平方向受力平衡，则两边树干对绳子拉力的水平分量Tx是相等的，CD不符合题意；
AB．若绳子与竖直方向的夹角为θ，如图
则
即Tx不变时，θ越大，竖直方向的分量Ty越小，因为左侧绳子与竖直方向的夹角较大，则左侧受到的竖直分力较小，A符合题意，B不符合题意。
故答案为：A。
【分析】利用吊床水平方向的平衡方程判别绳子在水平方向的拉力大小相等，结合绳子与竖直方向的夹角大小可以比较绳子竖直方向分力的大小。
3．（2020高三上·泰安期末）如图所示有一半圆，其直径水平且与另一圆的底部相切于O点，O点恰好是下半圆的顶点，它们处在同一竖直平面内。光滑直轨道AOB、COD与竖直直径的夹角为α、β且α>β。一小物块先后从两轨道的顶端A、C点由静止下滑，分别能通过O点的通道滑动到下半圆的底部B、D点，不计空气阻力，下列运动时间正确的是（ ）
A．tAO＜tCO B．tAO>tCO C．tAB＜tCD D．tAB>tCD
【答案】D
【知识点】匀变速直线运动的位移与时间的关系；牛顿第二定律
【解析】【解答】AB．如图
AO过程匀加速直线运动
CO过程匀加速直线运动
所以
AB不符合题意；
CD．以AOB轨道的物块为研究对象，根据位移与时间的关系
同理COD轨道
两式相比且
所以
D符合题意，C不符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用等时圆的规律可以判别物块经过AO和CO轨道所花的时间相等；利用匀变速的位移公式结合位移的大小可以比较物块在AB阶段和在CD阶段所运动的时间长短。
4．（2020高三上·泰安期末）如图（a），为家用燃气灶点火装置的电路原理图，转换器将直流电压转换为图（b）所示的正弦交流电加在理想变压器的原线圈上，设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当两点火针间电压大于5000V就会产生电火花进而点燃燃气，则闭合S（ ）
A．电压表的示数为50 V
B．两点火针间电压的有效值一定大于5000V
C．在0~0.5×10-2s时间内，通过原、副线圈导线横截面的电荷量相等
D．当n2:n1>100时，才能点燃燃气
【答案】D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】A．电压表测量的是转换之后的正弦交流电的有效值，所以示数为 ，A不符合题意；
B．两点火针间的瞬时电压大于5000V即可产生电火花，所以有效值一定大于 ，不一定大于5000V，B不符合题意；
C．在0~0.5×10-2s时间内，原线圈中持续流过了正弦式交变电流，副线圈中只有当感应电动势大于5000V时才有电流流过，所以通过原、副线圈导线横截面的电荷量不相等，C不符合题意；
D．原、副线圈的电压关系为 ，由于原线圈最大电压为50V，副线圈最大电压要大于5000V，所以 ，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用图像峰值可以求出有效值及电压表读数的大小；利用点火针的峰值大小可以求出有效值的大小；利用点火的电压可以判别电路中电荷量不相等；利用电压的大小关系可以求出点火是原副线圈的匝数之比。
5．（2020高三上·泰安期末）如图所示的装置中，质量为m的弹丸在质量为3m的管内压缩一轻弹簧，静止在水平地面上。当释放弹簧将弹丸以速度v向左发射出去时，管的反冲速度大小为 ，则此发射过程中地面对管的摩擦力的冲量为（ ）
A．0 B． 方向向左
C．mv 方向向右 D． 方向向左
【答案】B
【知识点】动量定理
【解析】【解答】设向左为正方向，则对球和管的系统，由动量定理
方向向左。
故答案为：B。
【分析】利用系统动量定理结合初末动量的变化可以求出地面对管的摩擦力冲量大小及方向。
6．（2020高三上·泰安期末）如图所示为甲、乙两质点在同一直线上运动的位移-时间图像，甲质点的图像为直线，乙质点的图像为过原点的抛物线，两图像交点C、D的坐标如图。下列说法正确的是（ ）
A．t1-t2时间段内乙的平均速度大于甲的平均速度
B．t1-t2时间段内乙的平均速度小于甲的平均速度
C． 时，甲、乙间距离最大
D． 时，甲、乙间距离最大
【答案】C
【知识点】运动学 S-t 图象
【解析】【解答】AB．由平均速度的公式得 ，所以 t1-t2时间段内乙的平均速度等于甲的平均速度，AB不符合题意；
CD．因为乙质点的图像为过原点的抛物线，所以乙质点做匀加速直线运动，乙在时间中点 时的速度等于该段时间内的平均速度，即该时刻两质点的瞬时速度相等，则在 时甲、乙间距离最大，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用图像初末坐标可以求出位移的大小，结合运动的时间可以比较平均速度的大小；利用匀变速直线运动的平均速度为中间时刻的瞬时速度可以判别中间时刻两质点速度相同其距离最大。
7．（2020高三上·泰安期末）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与射光平行。已知真空中的光速为c，则（ ）
A．当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
B．当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
C．OP之间的距离为 R
D．OP之间的距离为 R
【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】光路如图所示
当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与射光平行，所以出射点在O点正上方。设OP之间的距离为d，则垂直入射时有
当入射角θ=60°时，有
联立解得
当入射角θ=60°时，光在玻璃中的传播时间为
解得
故答案为：B。
【分析】画出光路图，利用全反射的临界角结合几何关系可以求出光传播的路程及OP之间的距离，结合传播的速度可以求出传播的时间。
8．（2020高三上·泰安期末）2019年4月10日，“事件视界望远镜”项目正式公布了人类历史上第一张黑洞照片。黑洞是一种密度极大，引力极大的天体，以至于光都无法逃逸（光速为c），所以称为黑洞。若已知某星球的质量为m、半径为R，引力常量为G，则该星球光的逃逸速度 。如果天文学家观测到一天体绕某黑洞以速度v做半径为r的匀速圆周运动，则（ ）
A．该黑洞质量为 B．该黑洞质量为
C．该黑洞的最大半径为 D．该黑洞的最大半径为
【答案】C
【知识点】匀速圆周运动；万有引力定律的应用
【解析】【解答】AB．天体绕黑洞做圆周运动，有
解得
AB不符合题意；
CD．将黑洞质量代入逃逸速度公式得
解得
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用引力提供向心力可以求出黑洞质量的大小；将质量代入速度公式可以求出黑洞的最大半径。
二、多选题
9．（2020高三上·泰安期末）两虚线之间存在如图所示方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B。由同一规格的导线制成边长为a的正方形导线框POMN，电阻为R。线框沿与磁场边界成45°角的方向进入磁场，速度大小为v。当导线框运动到图示位置时（ ）
A．线框中感应电流方向MNPOM B．线框中感应电流方向OPNMO
C．MN两端的电压为Bav D．MN两端的电压为
【答案】A,D
【知识点】楞次定律；导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】AB．根据楞次定律，感应电流的方向为MNPOM。A符合题意，B不符合题意；
CD．线框的有效切割长度为MN，感应电动势为
MN两端的电压为路端电压，外电阻是内电阻的3倍，则路端电压为
C不符合题意，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的方向；利用动生电动势的表达式结合欧姆定律可以求出路端电压的大小。
10．（2020高三上·泰安期末）位于x=0处的质点做周期为0.2s的简谐运动，在x轴上形成的简谐横波t=0时刻的波形如图所示，此时x=±1.5m处的质点恰好开始运动。下列说法正确的是（ ）
A．x=0处的质点开始振动时向y轴负向运动
B．x=0处的质点开始振动时向y轴正向运动
C．t=1.325s时，平衡位置在x=2.2m处的质点向y轴负向运动
D．t=1.325s时，平衡位置在x=-2.2m处的质点向y轴正向运动
【答案】B,C
【知识点】横波的图象
【解析】【解答】AB．所有质点开始振动时的方向都与振源质点开始振动时的方向相同，由图可知x=±1.5m处的质点正要向上振动，说明x=0处的质点开始振动时向y轴正向运动，A不符合题意、B符合题意；
CD．由图可知波长 ，所以波速 ，所以振动由x=±1.5m处传播到 所需时间为 ，即从t=0时刻开始，经过0.07s后，平衡位置在x=±2.2m处的质点开始振动，所以其位移方程为
其中 。代入t=1.325s得其相位
即
即质点已经从最高点运动下来了，但还未到平衡位置处，即正在向y轴负向运动，C符合题意、D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用质点的起振方向可以判别波源开始振动的方向；利用波长和周期可以求出传播的时间；结合振动的时间可以判别质点的振动方向。
11．（2020高三上·泰安期末）如图所示，在真空中点电荷的电场中有线段MN，P是MN的中点，Q位于MN上且MQ：QN=3：1。现将两个电荷量相等的试探电荷分别置于M、N两点，两试探电荷所受电场力相互垂直且F2=3F1下列说法中正确的有（ ）
A．P与N点的电势相等 B．P与M点的电势相等
C．电势差 D．电势差
【答案】A,C
【知识点】电势；电势差
【解析】【解答】两试探电荷所受电场力相互垂直且F2=3F1，说明点电荷在M、N两点场强之比为1：3
由点电荷场强公式
可得
由几何关系可得下图为直角三形，并且OP=ON
AB．由点电荷等势面的分布情况可知，到点电荷距离相等的点电势相同，则OP=ON，P与N点的电势相等，OP OM，P与M点的电势不相等，所以A符合题意；B不符合题意；
CD．点电荷电场中Q、P、M、N四点的电势关系为
则电势差关系有
所以C符合题意；D不符合题意；
故答案为：AC。
【分析】利用点电荷的场强公式可以判别MN两点到波源的距离大小；结合几何关系可以判别OP距离的大小，利用电场线的分布可以比较电势的大小；利用电势的大小关系可以比较电势差的大小。
12．（2020高三上·泰安期末）在竖直立于地面上、劲度系数为k的轻弹簧上端放置一质量为m的物块，取物块静止时弹簧上端为坐标原点O、竖直向下为正方向建立x轴，如图甲所示。取O点的重力势能为零，在物块上施加一竖直向下的力F，测得物块向下运动至最低点过程中，物块与弹簧组成的系统的机械能E与物块位移x的关系如图乙所示（弹簧始终在弹性限度内），图线与纵轴的交点为（0，E0），x=0与 之间为倾斜直线， 与 之间为平行x轴的直线。则在物块位移从x=0到 的过程中，下列判断正确的是（ ）
A．
B．在 处物块动能最大
C．x=0位置处物块的加速度大于 位置处物块的加速度
D．x=0位置处物块的加速度与 位置处物块的加速度大小相等
【答案】A,B,D
【知识点】共点力平衡条件的应用；牛顿第二定律
【解析】【解答】A．施加力F之前物块处于平衡状态时，设弹簧的压缩量为x0，有mg=kx0
此时物块的重力势能和动能均为零。物块压缩弹簧时弹力从零均匀增大到kx0，则物块处于平衡状态时弹簧的弹性势能为
A符合题意；
BCD．在0～x1之间系统的机械能随x均匀增大，由功能关系可知△E=F △x
可知图象的斜率大小等于F，可知力F不变，同理判断可知，在x1～x2之间机械能不变，说明只有重力和弹簧的弹力做功，力F为零，则因x1位置为0～x2的中点，且由对称性可知，在x1位置速度最大，动能最大；且根据振动的对称性可知，x=0位置处物块的加速度与 位置处物块的加速度大小相等，方向相反，BD符合题意，C不符合题意。
故答案为：ABD。
【分析】施加力F前，利用物块的平衡方程可以求出弹簧形变量及弹性势能的大小；利用图像斜率可以判别外力的大小，利用外力等于0可以判别其速度及动能最大；利用简谐运动的对称性可以判别加速度的大小。
三、实验题
13．（2020高三上·泰安期末）某同学用图甲所示的实验装置测量滑块与桌面之间的动摩擦因数。光电门固定在水平直轨道上的O点，拉力传感器固定在滑块上，不可伸长的细线通过定滑轮将滑块与钩码相连，遮光条的宽度为d，滑块初始位置A点到O点的距离为L，重力加速度为g。实验步骤如下：
A．将滑块从A点由静止释放，传感器显示滑块所受拉力为F，光电门记录遮光条通过光电门的时间t；
B．改变钩码的个数重复步骤A；
C．正确记录每一组F与t对应的数据，作出F- 的关系图像如图乙所示（图中b、c为已知量）。
（1）根据步骤A中测出的物理量可知，滑块的加速度a= ；
（2）滑块与轨道间的动摩擦因数μ= ；
（3）增加滑块的质量重新进行实验，得到的F- 图像与两坐标轴交点坐标的绝对值b、c的变化情况是：b ，c 。（填“变大”、“变小”或“不变”）
【答案】（1）
（2）
（3）变大；不变
【知识点】滑动摩擦力与动摩擦因数
【解析】【解答】(1)滑块滑到光电门处的速度为
根据位移公式得，滑块的加速度为
解得 (2)对滑块，根据牛顿第二定律得
代入加速度得
根据图像得 ，
滑块与轨道间的动摩擦因数为 (3)根据(2)[2]可知，b变大，c不变。
【分析】（1）利用滑块经过光电门的速度结合速度位移公式可以求出加速度的表达式；
（2）利用牛顿第二定律可以求出动摩擦因数的表达式；
（3）利用牛顿第二定律可以导出拉力和时间的表达式进而判别斜率的含义及截距的含义，利用滑块的质量可以判别b与c的变化。
四、填空题
14．（2020高三上·泰安期末）2020年12月17日，嫦娥五号在太空遨游23天之后，首次实现了我国地外天体采样返回。图甲是嫦娥五号探测器张开的光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。
某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻R0=2Ω，电压表、电流表均可视为理想电表。用一定强度的光照射该电池板，闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，通过测量得到该电池板的U-I曲线（如图丁）。
（1）某时刻电压表示数如图丙所示，读数为 V。由图像可知，此时电源内阻为 Ω（计算结果保留2位小数）
（2）当电阻箱的阻值为4Ω时，电池板的电动势为 V，电阻箱消耗的电功率为 W（计算结果保留2位小数）。
【答案】（1）2.50；4.00
（2）2.90；0.34
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)由图丙所示表盘可知，其分度值为0.1V，示数为2.50V。由图示图象可知，电源电动势
当路端电压
时电流
电源内阻 (2)由图示图象可知，电源电动势 当电阻箱的阻值为4Ω时，电路中电流
电阻箱消耗的电功率为
【分析】（1）利用电压表的分度值可以读出电压的大小；利用图像可以得出电动势的大小；结合闭合电路的欧姆定律可以求出内阻的大小；
（2）利用闭合电路的欧姆定律可以求出回路电流的大小，结合电功率的表达式可以求出电阻箱消耗的功率大小。
五、解答题
15．（2020高三上·泰安期末）汽车行驶时轮胎的胎压太高或太低容易造成安全隐患。已知某型号轮胎能在100℃温度下正常工作，在此温度工作时的胎压为3.534×105Pa，在温度t为27℃时，该轮胎内空气的压强为1.767×105Pa、质量为m，此时给该轮胎充气，设轮胎容积一直不变，T=273+t，求需要充入空气的质量。
【答案】解：设轮胎容积为V1，充足气体后，气体温度由100℃降到27℃时，有
代入解得
所以充气后，总质量为
需要充入空气的质量为
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】轮胎温度发生变化，利用初末状态的温度和压强可以求出轮胎的体积关系，利用体积关系可以求出质量关系进而求出充入空气的质量大小。
16．（2020高三上·泰安期末）如图，两光滑金属导轨相距L，平直部分固定在离地高度为h的绝缘水平桌面上，处在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，弯曲部分竖直固定并与水平部分平滑连接。金属棒ab、cd垂直于两导轨且与导轨接触良好。棒ab质量的为2m，电阻为 ，棒cd的质量为m，电阻为r，开始棒cd静止在水平直导轨上，棒ab从高出平直部分h处无初速释放，进入水平直导轨后与棒cd始终没有接触，最后棒cd落地时与桌边的水平距离也为h。导轨电阻不计，重力加速度为g。求：
（1）棒ab落地时与桌边的水平距离；
（2）棒cd即将离开导轨时，棒ab的加速度。
【答案】（1）解：棒cd离开桌面后做平抛运动，平抛初速度为
棒cd从静止开始到离开桌面的过程中安培力对其的冲量为
由机械能守恒得棒ab进入水平直导轨时的速度为
进入磁场后，ab、cd两棒所受的安培力等大反向，作用时间相等，所以安培力对两棒的冲量等大反向，当棒cd离开磁场时，棒ab的动量为
速度为
之后由于电路断开，棒ab一直做匀速运动，所以棒ab落地时与桌边的水平距离为
（2）解：棒cd即将离开导轨时，两棒的瞬时速度分别为
此时闭合回路中的感应电动势为
回路中的电流为
所以棒ab的加速度为
【知识点】动量定理；平抛运动
【解析】【分析】（1）棒离开桌面后做平抛运动，利用平抛运动的位移公式可以求出初速度的大小；结合动量定理可以求出安培力对cd棒的冲量大小；利用机械能守恒定律可以求出ab棒进入磁场的速度大小；利用两棒受到的冲量大小相等方向相反结合ab棒的动量定理可以求出棒ab离开桌面的速度大小，结合平抛运动的位移公式可以求出棒ab水平距离的大小；
（2）两棒切割磁感线，利用两棒的速度结合动生电动势可以求出回路中电流的大小，利用牛顿第二定律可以求出ab棒加速度的大小。
17．（2020高三上·泰安期末）如图，长4m、质量2kg的木板A静止在光滑水平面上，质量1kg可视为质点的滑块B放在木板的左端，A、B间的动摩擦因数为0.4，右侧一定距离处固定着一挡板。某时刻起，给B施加一大小为10N的水平恒力F作用，当B滑到A的中点时撤去F，此时A恰好与挡板碰撞，碰撞中无机械能损失。g取10m/s2求：
（1）开始时A的右端与挡板间的距离；
（2）F对B做的功；
（3）B从A上滑下时的速度大小（结果可用根号表示）
【答案】（1）解：A、B间的动摩擦力为
以地面为参考系，A、B的加速度分别为
设B从木板的左端滑到中点用时为t，木板的长度为L，开始时木板右端与挡板间的距离为d，则
解得
（2）解：滑块B相对于地面的位移 ，所以F对B做的功为
（3）解：由于碰撞中无机械能损失，所以A与挡板碰撞后的速度等于碰撞前的速度，即 ，方向向左；此时滑块的速度 ，方向向右。该时刻开始，木板A向左做匀减速运动，滑块B向右做匀减速运动，加速度分别为
当二者的位移之和等于木板长度的一半时，滑块B从A上滑下，设这一过程用时为 ，则
解得
所以B从A上滑下时的速度大小为
【知识点】牛顿运动定律的应用—板块模型
【解析】【分析】（1）已知B的重力及动摩擦力的表达式可以求出AB之间摩擦力的大小，利用牛顿第二定律可以求出AB两者加速度的大小；结合AB做匀加速直线运动的位移公式可以求出运动的时间及A距离挡板的距离大小；
（2）已知滑块相对地面的位移大小，利用拉力和位移可以求出F对B做功的大小；
（3）由于碰撞过程无机械能损失，利用匀加速直线运动的速度公式可以求出B与挡板碰撞的速度大小及A的速度大小；利用牛顿第二定律可以求出两者加速度的大小；结合两者的位移公式可以求出分离的时间，利用速度公式可以求出分离时B的速度大小。
18．（2020高三上·泰安期末）如图xOy坐标系中，第一象限内有磁感应强度为B1、方向垂直坐标平面向里的匀强磁场，第二象限内有沿-y方向的匀强电场，第三、四象限内有垂直于坐标平面向里的匀强磁场（磁感应强度未知）。某带正电的粒子（不计重力），以初速度v0从M（L，O）点第一次经x轴沿+y方向进入第一象限，经N（0，L）点沿-x方向进入第二象限，经P（-2L，0）点进入第三象限，经第四象限再次经过M点。求：
（1）粒子的比荷；
（2）匀强电场的电场强度E；
（3）粒子两次经过M点的时间间隔；
（4）粒子第四次经过x轴时的位置。
【答案】（1）解：设粒子的质量为m，电荷量为q，由粒子在第一象限内的运动情况可知，粒子做圆周运动的半径为
根据牛顿第二定律
解得
（2）解：设粒子通过电场的时间为t2，则
解得
（3）解：粒子在第一象限内运动的时间t1
在第二象限内的时间t2
进入第三象限时，在P点沿-x方向的速度为v0，设粒子-y方的速度vy，则
整理可得
粒子在P点的速度
方向与-y夹角为 粒子在第三、四象限运动的轨迹如图，圆心为C；由几何关系可知，粒子在第三、四象限运动的半径为
在第三、四象限运动的时间为
粒子两次经过M点的时间间隔
（4）解：粒子再回到第一象限时，速度v1与-x方向的夹角为 ，粒子在第一象限运动半径
可得
圆心恰好为CM与y轴的交点D，所以粒子通过第一象限再次到达y轴时，速度与y轴垂直，与y轴交点的纵坐标为
再次经过电场的时间t4
粒子第四次经过x轴的横坐标
整理得
【知识点】带电粒子在电场中的偏转；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）粒子在第一象限做匀速圆周运动，利用轨迹半径的大小结合牛顿第二定律可以求出粒子比荷的大小；
（2）粒子在电场中做类平抛运动，利用类平抛运动的位移公式可以求出电场强度的大小；
（3）粒子在第一象限中做匀速圆周运动，利用轨迹所对圆心角可以求出运动的时间；粒子在第二象限做类平抛运动，利用水平方向的位移公式可以求出运动的时间；粒子在三四向左做匀速圆周运动，利用运动的轨迹所对圆心角可以求出运动的时间；
（4）粒子再回到第一象限继续做匀速圆周运动，再次经过第二象限做类平抛运动，利用类平抛运动的位移公式可以求出纵坐标的大小；再利用位移公式可以求出第四次经过x轴的坐标。
1 / 1
