天津市南开区2024-2025学年高三上学期期末考试
物理试卷
一、单选题：本大题共5小题，共25分。
1.中国科学院近代物理研究所科研团队与合作单位研究人员首次成功合成新原子核。该原子核存在一种衰变链，其中第次由衰变成原子核，第次由衰变成原子核。下列说法正确的是( )
A. 两次均为衰变
B. 个原子核经过一个半衰期后一定还剩余个
C. 原子核发生衰变时需要吸收能量
D. 原子核的比结合能比原子核的比结合能小
2.如图所示，送水工人用特制的推车运送桶装水，到达目的地后，工人通过调节挡板转动可将水桶卸下。若桶与接触面之间的摩擦不计，为锐角，、对水桶的弹力大小分别为、。若保持不动，调节挡板，使绕点由竖直缓慢转到与垂直的过程，下列说法正确的是( )
A. 水桶受到的合力变小
B. 先减小后增大
C. 一直增大
D. 、都一直减小
3.年月日，神舟十五号飞船在酒泉发射成功，次日凌晨对接于空间站组合体的前向对接口。至此，中国空间站实现了“三大舱段”“三艘飞船”的最大构型，天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十四号、神舟十五号载人飞船同时在轨。若空间站组合体绕地球的运动可以看作匀速圆周运动，已知空间站离地面高度为约为，地球半径为约为，地球表面的重力加速度为，引力常量为，下列说法正确的是( )
A. 空间站组合体轨道处的重力加速度大小为
B. 空间站组合体运行的线速度与第一宇宙速度之比约为
C. 地球的平均密度可表示为
D. 地球赤道上的物体随地球自转的线速度比空间站组合体运行的线速度大
4.电子显微镜通过“静电透镜”实现对电子会聚或发散使微小物体成像。电子枪发射的电子仅在电场力作用下的运动轨迹如图中实线所示，、、是轨迹上的三点，虚线为电子透镜电场中的等差等势面。下列说
法正确的是( )
A. 点的电势高于点的电势
B. 电子在点的加速度大于在点的加速度
C. 电子在点的电势能大于在点的电势能
D. 电子在点的速度大于在点的速度
5.电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。制动时车轮转动带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生交变电流。若时磁场方向恰与线圈平面垂直，磁极位置如图甲所示，磁极匀速转动，线圈中的电动势随时间变化的关系如图乙所示。将两磁极间的磁场近似视为匀强磁场，下列说法正确的是( )
A. 时线圈中磁通量为，磁通量变化率最大
B. 时线圈中电流方向由指向
C. 过程，线圈中的平均感应电动势大小为
D. 线圈中的电动势瞬时值表达式为
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光从空气沿半径方向入射到圆心，当时，反射光和折射光刚好垂直。下列说法正确的是( )
A. 该材料对红光的折射率为
B. 若，光线消失
C. 若入射光变为白光，光线为白光
D. 若入射光变为紫光，光线和仍然垂直
7.“地震预警”是指在地震发生以后，抢在地震波传播到受灾地区前，向受灾地区提前几秒至数十秒发出警报，通知目标区域从而实现预警。科研机构为此对波的特性展开研究。如图甲所示为所研究的一列沿轴传播的简谐横波，在时刻的波形图，处的质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是
A. 波沿轴负方向传播
B. 波传播的距离为
C. 质点通过的路程为
D. 质点的振动方程是
8.为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排污管末端安装了流量计流量为单位时间内流过某截面流体的体积。如图所示，长方体绝缘管道的长、宽、高分别为、、，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为的匀强磁场，管道上、下两面的内侧固定有金属板、，污水充满管道从左向右匀速流动。测得、间电压为，污水流过管道时所受阻力大小，为比例系数，为污水沿流速方向的长度，为污水的流速，污水中含有正、负离子。则( )
A. 污水的流量
B. 金属板的电势不一定高于金属板的电势
C. 电压与污水中离子浓度成正比
D. 左、右两侧管口的压强差
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
9.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
某同学将实验装置按图甲所示安装好，不挂细线与砝码盘，轻推小车，打点计时器打出纸带及纸带运动方向如图乙所示，则应将垫块适当______选填“左移”或“右移”以平衡摩擦力。
平衡摩擦力后，实验得到一条纸带，纸带上按时间顺序选取、、、、五个计数点，相邻的两计数点之间还有个点未画出，如图丙所示。已知打点计时器的打点周期为，则小车加速度大小 ______结果保留位小数。
在研究加速度与质量的关系时，砝码和砝码盘的质量为保持不变。小车的总质量为，改变进行多次实验，测得对应的小车加速度大小，作出和的图线，合理的应为______。
10.学习小组在测量某粗细均匀的圆柱形合金细棒的电阻率实验中，先用毫米刻度尺测出接入电路中合金细棒的长度，又用多用电表粗略测量合金细棒的电阻约为。
进一步用螺旋测微器测合金细棒的直径，示数如图甲所示，其直径 ______。
为了精确测得该合金细棒的电阻，实验室提供了下列器材：
电源电动势为、内阻约为
电压表量程、内阻为
电流表量程、内阻约为
滑动变阻器最大阻值，滑动变阻器最大阻值
电阻箱
导线若干，开关一只
由于提供的电压表量程不足，现需使其量程变为，则需要在电压表上串联一个电阻箱，则 ______；
若按照图乙所示设计电路，则滑动变阻器应选择______或；并请用笔画线代替导线将图丙的实物电路连接完整；
由于电表不是理想电表，若从系统误差的角度分析，用上述方法测得的合金电阻率与真实值比______填“偏大”、“偏小”或“相等”。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
11.如图为某工厂生产流水线上水平传输装置的俯视图，它由水平传送带和水平转盘组成。物品质量，从处无初速放到传送带上，运动到处后进入匀速转动的转盘，设物品进入转盘时速度大小不发生变化，且恰好随转盘一起运动无相对滑动，到处被取走装箱。已知、两处的距离，传送带的传输速度，物品与传送带间的动摩擦因数。物品在转盘上与轴的距离，设物品与转盘间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度。求：
物品从处运动到处的时间；
物品与转盘间的动摩擦因数的最小值；
物品从处运动到处的过程中，电机因传送物品而多做的功。
12.如图所示，两竖直放置的平行金属板、之间的电压，板右侧宽度的区域内分布着电场强度、方向竖直向下的匀强电场，虚线与为其边界。、分别为、上的点，水平虚线与之间存在范围足够大的磁感应强度、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量、电荷量的粒子从靠近板的点由静止释放，经上的点进入、间，然后从点进入磁场，不计粒子重力。求：
粒子到达点的速率；
粒子在磁场中运动轨迹的半径；
粒子从点进入电场到最终离开磁场的运动时间结果可以含。
13.如图甲所示，固定光滑平行金属导轨、与水平面成倾斜放置，其电阻不计，导轨间距，导轨顶端与电阻相连。垂直导轨水平放置一根质量、电阻的导体棒，距导轨顶端，距导轨底端距离为未知。在装置所在区域加一个垂直导轨平面向上的匀强磁场，其磁感应强度和时间的函数关系如图乙所示。内，导体棒在外力作用下保持静止；后由静止释放导体棒，导体棒滑到导轨底部的过程，通过导体棒横截面的电荷量。导体棒始终与导轨垂直并接触良好，且导体棒滑到底部前已经做匀速运动，重力加速度，。求：
内通过导体棒的电流的大小和方向；
导体棒滑到底部前的最大速度；
导体棒由静止开始下滑到导轨底部的过程，电阻上产生的焦耳热。
答案解析
1.
【解析】解：根据核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变为
第二次衰变为
可知两次均为衰变，故A错误；
B.半衰期是大量原子的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故B错误；
C.衰变是自然发生的，可知原子核发生衰变时要放出能量，不需要吸收能量，故C错误；
D.衰变的过程中是释放能量的，而且氦核的比结合能较小，所以的比结合能比的比结合能小，故D正确。
故选：。
核反应方程满足质量数和电荷数守恒，由此判断衰变的类型；半衰期与原子所处的物理状态无关，具有统计意义；衰变的过程中释放能量；根据能量的变化分析比结合能的变化。
解题关键是明白核反应方程遵循质量数和电荷数守恒；明确半衰期具有统计意义。
2.
【解析】解：对水桶受力分析，根据三角形定则作图，如图所示。
由竖直缓慢转到与垂直的过程中，水桶受到的合力为零，且，都在减小，故ABC错误，D正确。
故选：。
对水桶受力分析，根据平衡条件，利用合成法作图分析。
解答本题时，首先要确定研究对象，再分析受力情况，根据图解法分析各力的变化情况。
3.
【解析】解：、对空间站，由牛顿第二定律可得：
在地球表面的重力与万有引力相等，则有：
联立解得：，故A错误；
B、由万有引力提供向心力可得：，解得：
则空间站运行的速度与第一宇宙速度之比约为：，故B正确；
C、由地球表面上物体受到的重力与万有引力相等可得：，解得地球的质量为：
又有地球的体积为
则有地球的平均密度可表示为：，故C错误；
D、根据题意，由万有引力提供向心力可得：，解得：
地球同步卫星比组合体的轨道半径大，因此组合体的运行的线速度比同步卫星的大；同步卫星与地球赤道上某物体随地球一起自转，角速度相同，由，可知同步卫星的线速度比地球赤道上某物体随地球自转的线速度大，所以组合体在轨道上运行的线速度大于地球赤道上某物体随地球自转的线速度，故D错误。
故选：。
根据万有引力提供向心力推导出空间站运行的向心加速度，根据万有引力等于重力得出重力加速度，根据表达式进行求比值；
根据万有引力提供向心力结合密度公式求解地球密度。
本题解题关键掌握万有引力提供向心力以及密度公式等的应用，基础题。
4.
【解析】解：电子从到的过程中向上弯曲，说明电子在点时受到的电场力方向垂直于等势面斜向上，电子带负电，可知图中电场线的方向大体沿左上方至右下方，沿着电场线的方向电势越来越低，所以点的电势大于点的电势，故A正确；
B.等差等势面的疏密表示电场的强弱，则点的电场强度小于点的电场强度，电子在点的加速度比在点的加速度小，故B错误；
C.电子从点运动到点的过程中，电场力做负功，电势能增大，电子在点的电势能小于在点的电势能，故C错误；
D.电子从点运动到点的过程中，电场力做负功，电子在点的速度比在点的速度小，故D错误。
故选：。
电场强度的方向与等势面垂直，先判断出电场力方向，电子受到的电场力的方向与电场强度的方向相反，由此判断电场强度的方向，再判断各点电势的高低；根据等势面的疏密判断电场强度大小，结合牛顿第二定律判断加速度大小；根据电场力做功情况判断电势能的大小关系，根据能量守恒判定动能和速度的变化。
解决本题的关键要读懂题意，理解电子显微镜的等势面分布，利用电场线与等势面处处垂直，判断电场线方向，进而求解。
5.
【解析】解：时线圈中磁通量最大，磁通量变化率为零，故A错误；
B.根据右手定则，时线圈中电流方向由指向，故B错误；
C.过程，根据法拉第电磁感应定律得线圈中的平均感应电动势大小为
故C正确；
D.线圈中的电动势瞬时值表达式为
故D错误。
故选：。
时线圈中磁通量最大；根据右手定则判断；根据法拉第电磁感应定律计算；根据瞬时值和最大值的关系以及开始位置写出瞬时值表达式。
本题考查了中性面、电动势的平均值的计算方法，瞬时值的表达式以及右手定则的应用。
6.
【解析】解：根据反射定律，反射角
由于反射光和折射光刚好垂直，因此折射角
根据折射定律，该材料对红光的折射率，故A正确；
B.根据临界角公式
当时，入射角大于临界角，入射光线在界面发生全反射，折射光线消失，故B正确；
C.入射光线为白光，所有反射光的反射角都相同，反射光线也为白光，故C正确；
D.若入射光变为紫光，根据反射定律，反射角等于入射角，反射角不发生变化；
根据折射定律
由于透明材料对红光和紫光的折射率不同，因此折射角不同，所以光线和不能垂直，故D错误。
故选：。
A.根据反射定律和折射定律求解折射率；
B.根据临界角公式求解临界角，然后根据全反射的条件分析作答；
C.根据反射定律分析光线的反射角，再分析反射光线是否会发生色散，然后作答；
D.紫光与红光的的折射率不同，根据折射定律和反射定律分析作答。
本题主要考查了光的反射和折射，理解光发生全反射的条件，掌握折射定律和临界角公式是解题的关键。
7.
【解析】解：由振动图像可知，时刻质点沿轴负向振动，根据“同侧法”可知波沿轴正方向传播，故A错误；
B.波的传播速度为：，可知波传播的距离为：，故B错误；
C.质点通过的路程为：，故C正确；
D.因，可知质点的振动方程是：，故D正确。
故选：。
根据“同侧法”可知波的传播方向；根据运动学公式求解波传播的距离；一个周期质点通过的路程为，由此求解质点通过的路程；根据振动方程的一般书写形式得到质点的振动方程。
本题既要理解振动图像和波动图像各自的物理意义，由振动图像能判断出质点的速度方向，同时要把握两种图像的内在联系，能由质点的速度方向，判断出波的传播方向。
8.
【解析】解：由稳定状态下，带电粒子受到的洛伦兹力与电场力平衡，可知，可得，污水的流量，故，故A正确；
B.磁场垂直纸面向里，由左手定则，则正离子受向上的洛伦兹力，正离子偏向上极板，板电势高，故B错误；
C.根据电场力与洛伦兹力的等量关系可知，解得，故电压与离子浓度无关，故C错误；
D.根据平衡条件，则有，而由选项分析可知：，解得，故D正确。
故选：。
由稳定状态下，带电粒子受到的洛伦兹力与电场力平衡，可得到污水流速，结合污水流量定义式，即可计算污水的流量；由左手定则，可知正、负离子受力偏转方向，即可判断上下极板的电势相对高低；由稳定状态下，带电粒子受到的洛伦兹力与电场力平衡，可得到电压表达式，分析电压与污水中离子浓度的关系；根据污水匀速流动，可知污水所受阻力与压力平衡，即可计算左右两侧管口的压强差。
本题考查电磁流量计的分析，在分析左右两侧的压强差时，注意由污水匀速运动，可得到其受力平衡关系式。
9.右移
【解析】解：由图乙可知纸带向左做加速运动，说明平衡摩擦力过度，应将垫块适当右移减小夹角以准确平衡摩擦力。
相邻的两计数点之间还有个点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为，由逐差法求小车的加速度
由牛顿第二定律可得，，解得，可知图线是过原点的倾斜的直线，故A正确，BCD错误。
故选：。
故答案为：右移；；。
根据纸带的打点情况判断平衡摩擦力的问题，再分析移动的方向；
根据逐差法求解加速度的公式列式代入数据解答；
根据牛顿第二定律列式推导相关表达式，结合图像特点进行分析解答。
考查纸带的数据处理以及牛顿第二定律的应用，熟练掌握逐差法求解加速度的公式，会根据题意进行准确分析解答。
10. 偏大
【解析】解：螺旋测微器的精确度为，合金细棒的直径为
要将量程为的电压表改为，需要在电压表上串联一个电阻箱，则
根据欧姆定律，可得
用多用电表粗略测量合金细棒的电阻约为，滑动变阻器采用分压式接入电路，在安全条件下阻值小些更便于调节，故选。
电路图如图所示
由于电表不是理想电表，则
故合金棒电阻测量值偏大，根据
可得
故测得的合金电阻率与真实值比偏大。
故答案为：；；；图见解析；偏大
根据螺旋测微器的精确度读数；
根据电表改装原理解答；滑动变阻器采用分压式接入电路，根据实验原理分析误差。
本题主要考查了电阻的测量实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合欧姆定律和电阻定律即可完成分析。
11.解：物品先在传送带上做初速度为零的匀加速直线运动，设其位移大小为，根据牛顿第二定律和运动学公式有
，，
解得
，
可知物品与传送带共速后，物品和传送带一起以速度做匀速运动，物品做匀速运动的时间为
解得
物品从处运动到处的时间为
解得
物品在转盘上所受的静摩擦力提供向心力，当物品在转盘上恰好无相对滑动时有
解得物品与转盘间的动摩擦因数的最小值为
物品从处运动到处的过程中，物品与传送带发生的相对位移为
解得
因摩擦产生的热量为
解得
物品从处运动到处的过程中，根据能量守恒可知，电机因传送物品而多做的功为
解得
答：物品从处运动到处的时间为；
物品与转盘间的动摩擦因数的最小值为；
物品从处运动到处的过程中，电机因传送物品而多做的功为。
【解析】对物块进行受力分析，物块受到重力、支持力和静摩擦力。静摩擦力提供物块做圆周运动的向心力，根据向心力公式分析向心力的大小和方向。再根据向心加速度公式向分析向心加速度的情况。
本题考查圆周运动的相关知识，物块置于水平转盘上随转盘一起做圆周运动，涉及向心力、向心加速度、静摩擦力等概念，需要根据圆周运动的规律和受力分析来判断各个选项的正确性。
12.解：粒子在金属板、之间被加速的过程，根据动能定理得：
解得：
粒子在偏转电场中做类平抛运动，则有：
解得：
由牛顿第二定律得：
又有：
故出偏转电场的速度为：
联立解得：
粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得：
解得磁场中运动的轨道半径为：
设进入磁场时速度方向与水平方向的夹角为，则
，可得：
带电粒子在磁场中运动的周期为：
粒子在磁场中运动时间为：
解得：
从点进入电场到离开磁场的时间为：
解得：
答：粒子到达点的速率为；
粒子在磁场中运动轨迹的半径为；
粒子从点进入电场到最终离开磁场的运动时间为。
【解析】根据动能定理求解粒子到达点的速率。
粒子在偏转电场中做类平抛运动，将运动分解处理，由运动学公式与牛顿第二定律求出粒子在电场中的运动时间，以及粒子进入磁场时的速度大小与方向。粒子在磁场中做圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力求出运动半径。
由几何关系得到粒子在磁场运动轨迹的圆心角，结合运动周期求出在磁场中运动时间，进而可得从点进入电场到离开磁场的时间。
本题考查了带电粒子在电场和磁场中的运动问题。对于粒子在偏转电场中做类平抛运动，要将运动分解处理。粒子在磁场中做匀速圆周运动时，根据洛伦兹力提供向心力，结合几何关系解答。
13.解：由法拉第电磁感应定律可得，前产生的感应电动势：
由闭合电路欧姆定律：
代入数据解得：
根据楞次定律知，感应电流的方向为到
当导体棒达最大速度后匀速下滑，根据平衡条件有：
由动生电动势公式有：
根据欧姆定律：
其中：
代入数据解得：
导体棒滑到底端过程中
，，
解得：
设下滑过程中系统产生的热量，根据动能定理有：，
解得：
电阻产生的热量为：
答：内通过导体棒的电流的大小为、方向由流向；
导体棒滑到底部前的最大速度为；
导体棒由静止开始下滑到导轨底部的过程，电阻上产生的焦耳热为。
【解析】应用法拉第电磁感应定律求出感应电动势，应用闭合电路的欧姆定律求出感应电流，应用楞次定律判断感应电流方向。
应用平衡条件求出导体棒做匀速运动的速度大小；
由电流的定义结合题设条件求出下滑距离，再由能量守恒定律求出下滑过程回路产生的焦耳热。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
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