2021届湖南省长沙市长郡十五校高三(下)第一次联考物理试题

2182222182222021 届长郡十五校高三联考第一次考试物理试卷总分：100 分 时量：75 分钟注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干 净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。3.考试结束后，将本试题卷和答题卡一并交回。第卷 选择题（共 44 分）一、选择题：本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要 求的。1.近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理 知识下列说法正确的是（ ）A. 若氢原子从n =6能级向n =1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n =6能级向n =2能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应B.查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子C.玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念D. 钋（ Po ）是氡（ Rn ）的衰变产物之一，故钋（ Po ）的比结合能大于氡（ Rn ）的比结合能 84 86 84 862.湖南衡阳的西渡至界牌公路（简称西界公路）已于2019年12月27日全线通车，这将极大的促进当地的经济社会发展，如图所示。西界公路某一段道路实行区间测速，平均速率的高限为70km/ h ，交管部门在这段区间的两端各置一个自动计时点，用来确定两端点间的平均速率是否超限。有一辆汽车驶入这段长为4.2km的区间，该车司机注意到通过第一个计时点时的瞬时速率为66km/ h ，汽车匀加速行驶 36s 后瞬时速率达到74km/ h，紧接着以此速率行驶60s，然后匀减速行驶。将汽车视为质点，为使该车在这个区测速段的平均速率不超过高限70km/ h，该车通过第二个计时点时的最大瞬时速率为（ ）A.60km/ hB.62km/ hC.66km/ hD.68km/ h3.如图所示，有一带正电粒子沿着 x 轴正方向运动在 x 与 x 间只受到电场力1 2F ( x )作用，若不计该带电粒子的重力，电势j( x )与位置x关系为抛物线，其中x0处为抛物线最低点。如果规定电场力沿x轴正方向为正，在下列选项中，可定性反映该带电粒子在x1与x2之间所受电场力F ( x )与位置x的关系的是（ ）A. B. C. D.4.如图所示，在 yOz 平面的环形金属线圈以坐标系原点 O 为中心，xOy 平面为水平面，地球磁场指向 +y 方向。位于原点O 处的小磁针，可绕 z 轴在 xOy 平面内自由转动，环形线圈中的电流为2A 时，磁针与 +x 轴的夹角为37。已知环形电流环心处的磁感应强度与环形电流强度成正比，则为使磁针与+x轴的夹角变为45，环形线圈中的电流应该调整为多大（ ）（已知sin37 =0.6，cos37 =0.8）A.1AB.1.5AC.2AD.2.7A5.如图所示电路中，电源电动势E =24V，恒定内阻r =4W，定值电阻 R =8W ，定值电阻 R =12W1 2，定值电阻R =3W3。若在C、D间连接一个可调电阻R，调节范围为3W至15W，下列选项中正确的是（ ）A. 在调节范围内，若R =3W， R 上的功率最大B.在调节范围内，若R =15W，R上的功率最大C.在调节范围内，若R =15W，R上的功率最小D. 在调节范围内，若R =9W ， R 上的功率最大6. 2021 年 2 月 5 日，我国首个火星探测器“天问一号”传回了火星照片，如图所示。多年以后，小明作为一位火星移民，于太阳光直射赤道的某天晚上，在火星赤道上某处仰望天空。某时，他在西边的地平线附近恰能看到一颗火星人造卫星出现，之后极快地变暗而看不到了，他记下此时正是火星上日落后约4小时5分。后来小明得知这是我国火星基地发射的一颗绕火星自西向东运动的周期为T的探测卫星，查阅资料得知火星自西向东自转且周期约为 度的表达式为（ ）24 小时 30 分，已知万有引力常量为 G 。根据以上信息，分析可得火星密A.3p3GT 2B.24pGT 2C.8 3p3GT 2D.9 3pGT 2二、选择题：本题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求， 全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分。7.如图所示，阻值为 R 的电阻串联于光滑的等边三角形水平导轨 OPQ 上，导轨在 O 点断开。磁感应强度为B、方向竖直向下、宽度为d的条形磁场区域与PQ平行，质量为m的导体棒接在劲度系数为k的弹簧的一端，弹簧的另一端固定。导体棒始终与PQ平行，且与导轨保持良好接触，弹簧无伸长时，导体棒停于M处。现将导体棒拉至 N 处后自由释放，若 M 至顶点 O ，以及 M 、 N 到磁场边沿的距离均为 d ，导轨和导体棒的阻值忽略不计，已知弹簧的弹性势能 E 与形变量 x 的关系式为PE =p12kx2，则（ ）A. 导体棒释放后，第一次穿越条形磁场区域过程中，导体棒两端的电势差的绝对值大于电阻R 两端电压B.从导体棒第一次进入磁场至最后一次离开磁场的时间，回路中的平均电流为0 ，电流的有效值不为02C.导体棒释放后，第一次穿越条形磁场区域过程中，电阻 R 中通过的电荷量为 q = D. 整个过程中，导体棒克服安培力做的功为W =4.5kd5 33RBd28.解放军西部战区陆军在海拔4000m的青藏高原演练拔点作战。如图所示，装甲车在水平地面上沿直线前进，车上机枪的枪管水平，距地面高为1.8m。在车正前方竖直立一块高为2m的长方形靶，其底边与地面接触当装甲车以速度20m/ s运动到枪口与靶距离为L时，机枪手正对靶射出第一发子弹，子弹相对于枪口的初速度为 800m/ s 。在子弹射出的同时，装甲车开始减速运动，行进 280m 后停下装甲车停下后，机枪手以相同方式射出第二发子弹。不计空气阻力，子弹看成质点，重力加速度g =10m/ s2。则L为多大时，靶上只有一个弹孔（ ）A.482mB.558mC.666mD.777m9.如图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球A、B质量分别为m、km（k为待定系数）。A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B 球相撞，碰撞中无机械能损失重 力加速度为 g 。关于各种情况下 k 的取值，下列各项中正确的是（ ）A. 若0 k 0.2，则小球B第一次碰后就能够运动到圆轨道的最高点B.若0. 2 k 1 ，小球 B 不可能脱轨D. 若 k =3 ，小球 A 和小球 B 将在圆轨道的最低点发生第二次碰撞10.如图所示，MN、PQ为光滑水平面上的两条平行虚线，两虚线间的距离等于d。一根长度为2d的轻绳绕过一个动滑轮，绳的一端固定在MN上的A点，另一端固定在PQ上的B点，B点在虚线MN上的投影点与 A 点的距离等于 d 。光滑水平面上有一被动滑轮所带的钩子钩住的物体，初始时，对物体施加一与虚线 PQ 平行的恒力 F ，使之处于平衡状态。现在，保留 F ，额外再对物体施加一与虚线 PQ 垂直的力1 1F2，下列说法正确的是（ ）A. 若 F =233F1，稳定后两部分绳子间的夹角较初始时小B.若 F =23F1，稳定后两部分绳子间的夹角较初始时大C.若 F =F 2 1D. 若 F =F 2 1，稳定后绳子的张力大小较初始时不变，稳定后绳子张力大小为初始时的 3 倍第卷 非选择题（共 56 分）三、非选择题：共 56 分。第 11 至 14 题为必考题每个试题考生都必须作答；第 15 至 16 题为选考题，考生 根据要求作答。（一）必考题：共 43 分。11.（6 分）在高一年级举行的一次实验设计与操作比赛中，要求测量木块和木板之间的动摩擦因数。实验室提供的可能用到的器材只有：带滑轮的长木板一条、不同质量的方形木块两个、砝码1 盒、米尺、水平尺、天平、不可伸长的细绳一根。某小组的实验安装如图所示。请根据实验器材及要求回答下列问题：（1）实验中，下列哪些做法是正确的： 。A. 必须测量竖直悬挂的木块质量 m1与放置在木板上面的木块质量m2B.在细绳拉直的情况下让两木块由静止释放，这之前必须测量竖直悬挂木块释放时其底部到地面的距离h ，在这之后必须测量放置在木板上面的木块从开始滑动到停止的距离xC.在细绳拉直的情况下让两木块由静止释放，但不能让竖直悬挂的木块落地，在离地还有一定距离处用手压住木板上的木块使两木块停止运动，然后测量此时木板上的木块离开出发点的距离x1D. 释放后，长木板上的木块应该先在拉力作用下加速，绳子松弛后自然滑行停下，不要碰到滑轮（2）请合理利用第（1）问中出现的物理量符号，推导出放置在长木板上的木块和长木板之间的动摩擦因数表达式为 。（3）本实验在操作完全规范的情况下，也会有系统误差，其导致真实值总是比测量值 （填“大” 或“小”）。12.（9 分）某同学要测量一较长金属丝的电阻率，他的实验步骤如下：图 1图 2（1）用螺旋测微器在金属丝不同部位测量截面直径D，以平均值D作为金属丝直径的测量值，其中一次测量螺旋测微器示数如图1 所示，由图可知这次测量的直径为mm。（2）利用悬垂法测金属丝的长度，细线系在金属丝上待用调节天平至工作状态，烧杯内盛适量水，放在天平的左盘，右盘加砝码m使天平平衡，将金属丝悬没于水中，在右盘增加砝码Dm使天平重新平衡，改变烧杯中水量，重复一次，取两次差量的平均作为被金属丝排开的水的质量Dm ；已知水的密度为 r ，则金0属丝长度的表达式L =。（3）刮去金属丝两端绝缘漆并焊上导线，按图2 连接电路，闭合开关S 、S ，调节电阻箱至检流计示数为1 2零，记下电阻箱示数R1。（电源内阻均不计）（4）将Rx与R在电路中位置互换，闭合开关S1、S2，重新调节电阻箱至检流计示数为零，记下电阻箱示数 R ，测出各量后，计算金属丝电阻率的公式是 （其中金属丝的长度用 L 表示）若某次测量中 2D =0.400mm ， Dm =3.80g，水的密度为r0=1.00g/ cm3，R =2.0 W ， R =12.5W 1 2，则这根金属丝的电阻率的数值为Wm（计算结果保留两位有效数字）。13.（12 分）如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E =20 3 N/ C，同时存在着垂直纸面向里的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B =4T 。有一带正电的小球，质量m =4 10-6kg ，电荷量 q =2 10 -6 C，正在图示的竖直面内向某方向做匀速直线运动，取g =10m/ s2，回答下列问题：（1）求出小球做匀速直线运动的速度的大小和方向；（2）当小球经过P点时，撤去原匀强电场而改加另一个电场（不计电场变化的影响）使得小球做匀速圆周运动，求此新电场的场强大小和方向及小球经多长时间第一次到达与 P 点相同的高度；（3）当小球经过 P 点时，撤去原匀强磁场（不计磁场变化的影响），求小球运动到与 P 点等高处时的水平 位移。14.（16 分）高一年级物理兴趣小组研究物体在约束条件下的运动，设计了如图所示的方案。一根符合胡克定律的弹性轻绳一端系于O1点，并绕过位于O2处的光滑小圆环，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿在一根倾斜放置的直杆上，直杆倾角为a=37，弹性轻绳的自然长度恰好与O O12之间距离相等，O 与直2杆之间的垂直距离为d，小球与直杆间的动摩擦因数为0.5，且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，最初用手捉住小球使其位于直杆上的O点，O点在O2的正下方，此时弹性绳的张力大小为2mg。某时刻释放小球，不计空气阻力，重力加速度为g。sin37 =0.6，cos37 =0.8。求：（1）小球从释放直至运动到最高点过程中的加速度a 与位移 x 的关系式；（2）小球运动过程中具有最大动能时的位置坐标和此时的动能Ekm；（3）小球向上到达最远处后应该给小球一个多大的沿杆向下的瞬时速度v使其恰好回到O点。（二）选考题：共 13 分。请考生从两道题中任选一题作答，如果多做，则按第一题计分。15.【物理选修 3-3】（13 分）（1）（5分）在某一带有活塞的密闭容器内质量为10g 的理想气体在 27 时的 p -V 图线为图中的曲线乙。若X为此容器内充满质量为10g的该理想气体在温度为327时的曲线；Y为此容器内充满20g该理想气体在温度为27时的曲线。分子平均动能与热力学温度关系为E =k3kT2，k是一个常数；理想气体状态方程pV =nRT，n为气体物质的量，R为理想气体常数。下列说法中哪些是正确的 。（填正确答案标号，选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分，每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分）A. X 、 Y 均为曲线丙B. X 为曲线丙， Y 为曲线丁C.在同一体积时，气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，X曲线代表的气体较Y曲线代表的气体多D. 在同一压强时，气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，X曲线代表的气体较Y曲线代表的气体少E.曲线 X 与曲线 Y 代表的气体在相同体积时，温度均加热至1200K ，则压强之比为1: 2（2）（8 分）如图所示，圆柱形汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体。汽缸的高度为l 、缸内的底面积为S，重力为G。弹簧下固定在桌面上，上端连接活塞，活塞所在的平面始终水平。当热力学温度为T0时，缸内气体高为0.5l，已知大气压强为p0，不计活塞重力及活塞与缸体的摩擦。现缓慢升温至活塞刚要脱离汽缸，求：此时缸内气体的温度；该过程缸内气体对汽缸的压力所做的功；若该过程缸内气体吸收热量为Q，则缸内气体内能增加量为多少？16.【物理选修 3-4】（13 分）（1）（5 分）如图所示，在某均匀介质中的一条直线上有两个振源A、B，相距6m，C点在A、B的中间位置t =0时，A、B以相同的频率开始振动，且都只振动一个周期，振幅也相同，图甲为A的振动图象，乙为B的振动图象，t =0.3s1时，A产生的向右传播的波与B产生的向左传播的波在C点相遇，则下列说法正确的是 。（填正确答案标号，选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分，每选错1 个扣 3 分，最低得分为 0 分）甲乙A. 两列波的频率都是0.2HzB.两列波在 A 、 B 间的传播速度大小为10m/ s4mC.两列波的波长都是D. 在两列波相遇过程中，中点C为振动减弱点E.t =0.7s2时，B经过平衡位置且振动方向向下1（2）（8 分）如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同，截面为 圆周，半径均为4R，对接成半圆。一光束从A点垂直射入甲中，OA =22R，在B点恰好发生全反射，从乙介质D点（图中未画出）射出时，出射光线与BD连线间夹角为15。已知光在真空中的速度为c，求：乙介质的折射率；光由B到D传播的时间。1 3 2 2021 届长郡十五校高三联考第一次考试物理参考答案一、选择题：本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要 求的。题号123答案DBA1.D【解析】氢原子从能级4Bn =65D跃迁至6Cn =1时辐射的光子能量大于从n =6跃迁至n =2辐射的光子能量，故 A 错；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克发现了中子，故 B 错；玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规 律，故 C 错；衰变产物新核更稳定，比结合能更大，故 D 对。2.B【解析】若区间限速段平均速度恰为v +v1 2 tt =0.01h 内， x =在1 12v =70km/ h。全程历时 t =xv=0.06h在t =2160h内，x =v t2 2 2在t =t -t -t 3 12内，x =x -x -x 3 12v +v x = 2 3 t23综合以上各式得v =32 (x-x -x 1t -t -t 1 22)-v2，代入数据解得v =62 km/ h 33.A【解析】只有当F ( x ) 与 x 关系为一次函数关系时，电场力累积做功W 与位置 x 关系为抛物线（二次函数），电势能E ( x )p与位置x关系为抛物线，电势j( x )与位置x关系为抛物线，结合F正方向与x正方向相同，故选 A。4.B【解析】 B =B cot 37 x 1 yB =B cot 45 x 2 y解得B 3 I 3 x 2 = ，即 2 =B 4 I 4x 1 1，I =1.5A2。5.D【解析】原电源与 R1串联视为等效电源1，E =24V1，r =r +R =12 W 1 1等效电源等效电源12与与R2R3并联视为等效电源串联视为等效电源23，E =12V2E =12V3，R rr = 2 1 =6WR +r2 1r =r +R =9W 3 2 32 2 R p 3 故为R =9W 时， R 上有最大功率P =mE 234R。故选 D。6.C【解析】火星自转周期为24 小时 30 分，日落后4小时5分，即转过 60，由图知Rr=cos30 ，Mm 2p G =m rr T ，r=43M 8 3p，解得 r= 。故选 C。 3GT 2二、选择题：本题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求， 全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分。题号答案7AC8BC9ACD10BD7.AC【解析】导体棒在闭合电路外还有一部分在切割磁感线，故 A 对； I =初在磁场左侧，最后在磁场右侧，因此DS 0 ，故 I 0 ，故 B 错；E DF B DS = =R tR tR。导体棒最q =It =BDS B 2 3d cot60 3d 2 2 d cot60 2d = -R R 2 2=5 33RBd2。故 C 对。克服安培力做功W等于弹性势能的减小量，弹簧最后在磁场右侧与O之间来回运动，即W =1 1k (3d )2 - kd 2 =4kd 2 22，故 D 错。故选 AC。8.BC【解析】子弹飞行时间 t =第一发子弹恰好落在靶子底部时2hg=0.6s其水平射程x =(v+u)t=492m 1 0。第二发子弹恰好落在靶子底部时其水平射程x =v t =480m 2 0。为只留一个弹孔，则x L x +280m 1 20 A A B A 即492m L 760m，故选 BC。9.ACD【解析】A下滑到最低点的过程中： mgR =12mv 20A 碰 B ： mv =mv +kmv0 AB1 1 1 mv 2 = mv 2 + kmv2 2 22B知v =B2 2gR1 +k，1 -kv = 2 gR1 +k。B恰运动至轨道顶点：1 1 kmv 2 =kmg 2R + kmv2 22B 在顶点： v = gR所以k =2 105-1 0.265当 k 0.265 时， B 球可运动至轨道最高点，故 A 对；当0.265 k 0.2，不一定脱轨，B 错；Bk 1当时，运动不到圆心等高处，不脱轨，C 对； 1 1k =3v =2gR ， v =- 2 gR当时，。D 对。B2 210.BD【解析】设初始时，两段轻绳夹角为q 。张力为 T ，0sinq d=2 2d，得q=60。2T cos0q2=F1，得T =033F1。若F =233F ，由图1 可知： 1sinq12=d 2d=2d cos15 12d 2得q160，A 错。图 11 若F =23F ，由图 2 可知：q d sin 2 = =2 2 d2d cos15 12d 2得q260 ，B 对。若F =F2 1，由图3可知：2T cos45 = 2 F1得T =F1故TT0= 3，故 C 错。D 对。图 2图 3三、非选择题：共 56 分。第 11 至 14 题为必考题，每个试题考生都必须作答；第 15 至 16 题为选考题，考 生根据要求作答。（一）必考题：共 43 分。11.（6 分）（1）ABD（2 分）m h（2） （3 分）m x +m x -m h1 2 1（3）小（1 分）【解析】（1）从释放至m落地v2=2ahm g -mm g a = 1 2m +m1 2绳子松后m2滑行至停下0 2 -v 2 =-2a (x -h )2 a=mg得m hm= 1m x +m x -m h 1 2 1故须测量 m 、 m 、 h 、 x ，故选 ABD。 1 2m hm= 1。（2）由（1）知m x +m x -m h1 2 1（3）因为空气阻力，滑轮有质量等因素导致 x 变小，故0.397(0.395 0.399)12.（9 分）（1）（2 分）4Dm（2）（2 分）rpD 20m测m真。（4）r=pD2 R R1 24 L（3 分）2.1 10-8（2 分）【解析】（1）D =0.01mm39.7 =0.397mm0.395mm 0.399mm皆对。（2）悬没于水中，右盘需增加砝码质量 Dm 。说明左盘中浮力为DmgDmg =r0gVV =pD42L得L =4DmrpD20。（4）由题意知R R1 = xR Rx 2，故R = R Rx 1 2。R =rxpLD 2得r=pD2 R R1 24 L代入数据：r=2.1 10-8W m。13.（12 分）【解析】（1）对小球进行受力分析，如图1 所示，则tanq=mgqE（1 分）Bqv sinq=mgmg（1 分）得v =10m/ s，方向与水平方向成60斜向右上方（1 分）图 1（2）换新电场后E q=mg（1 分）得E =20N/ C，方向竖直向上（1 分）由图2知s =43pr =vt（1 分）得Bqv =mvr2（1 分）得t =23ps（1 分）图 2（3）撤去磁场后，竖直方向匀减速至0 后，再匀加速下落。t=2v sin60 g（1 分）Eq =max（1 分）x x =v sin30 t1+ a t22（1 分）得x =20 3 m（1 分）14.（16 分）【解析】过 O 作 Ox 线交于 D ，当小球运动至与 Ox 成q 角时2x方向T cosq- f -mg sin37 =ma（1 分）T =kdsinq（1 分）f =mN（1 分）垂直杆方向T sinq=N +mg cos37 （1 分）初始T =2mg =k 0dsin53 （1 分）几何关系，x =d cot53 -dcotq（1 分）由得a =0.2 g -8g5dx（1 分）（2）具有最大的动能时，将 a =0 代入得 x =18d（1 分）从释放后的a -x关系知a随x线性变化，则F =ma合随x线性变化。被释放时a =0.2 g0（1 分）由动能定理和变力做功得ma +0 1 0 d =E 2 8km（2 分）由得E =km180mgd（1 分）（3）由式知，达到最远处时，a =-0.2 g得x =14d（1 分）由最远处给小球沿杆向下的初速度后，若能到达O 点，就也能再次返回最远处。由能量守恒得：1 1 mv 2 = f 2 2 4d（2 分）由得v =10 gd5（1 分）图 2甲 15.（13 分）（1）ADE（5 分）（2）（8 分）【解析】气体等压变化，由盖一吕萨克定律得：0.5lS lS=T T0解得：T =2T0。（3 分）对气缸，由平衡条件得：G +p S = pS0气体做功：W =Fx = pS ( l -0.5l )解得：W =(G+p S )l 02（3 分）由热力学第一定律得： W =-WDU =Q +W 气体内能增加量：DU =Q -(G+p S )l 02（2 分）16.（13 分）（1）BDE（5 分）（2）（8 分）【解析】如图，由几何关系知，甲介质中，临界角为C =45甲甲介质折射率n =甲1sin C甲解得n =甲2乙介质中，光束在D点发生折射，入射角i =45，折射角r =60得乙介质折射率n =乙sin r 6=sin i 2（2 分）光在甲介质中传播速度为c 2v = = cn 2甲光在甲介质中传播距离为x =甲22R光在甲介质中的传播时间为t =甲x甲v甲解得t =甲Rc（2 分）乙 v光在乙介质中传播速度为C 6v = = cn 3乙光在乙介质中传播距离为x =乙22R光在乙介质中传播时间为xt = 乙乙乙解得t =乙3R2c（2 分）因此光由B到D传播的总时间为t =t +t = 甲 乙(2 + 3) R2c