山西省阳泉市2024-2025学年高三上学期期末考试物理试题 含解析

这是一份山西省阳泉市2024-2025学年高三上学期期末考试物理试题 含解析，共20页。试卷主要包含了考试结束后，将答题卡交回等内容，欢迎下载使用。
高三物理
（考试时长：75分钟 满分：100分）
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B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，将答题卡交回。
一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题，只有一项符合题目要求，每小题4分，共28分；第8~10题，有多项符合题目要求，每小题6分，共18分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1. 2024年10月3日，中国科学院近代物理研究所某研究团队合成新核素钚，并测出该新核素的半衰期。已知钚的衰变方程为，下列说法正确的是（ ）
A. 10个钚原子核经过一个半衰期后还剩余5个
B. 改变环境压强或温度，钚原子核的半衰期发生改变
C. 原子核的比结合能比原子核的比结合能大
D. 钚原子核发生的是衰变
【答案】D
【解析】
【详解】A．半衰期是大量粒子的统计规律，10个钚原子核经过一个半衰期后不一定还剩余5个，故A错误；
B．半衰期由原子核内部结构决定，改变环境压强或温度，钚原子核的半衰期不会发生改变，故B错误；
C．原子核的衰变过程是释放能量的，比结合能增大，所以原子核的比结合能比原子核的比结合能小，故C错误；
D．根据电荷数和质量数守恒，可知Y的质量数为4，电荷数为2，可知Y为粒子，则钚原子核发生的是衰变，故D正确。
故选D。
2. 当今时代被称为低空经济元年，低空经济正迅猛崛起，成为全球瞩目的新兴力量。其中，无人机配送在部分城市展开试点，有效提升了物流配送的效率。下图为某无人机配送物资过程中在竖直方向运动的图像。若配送物资质量为2kg，以竖直向上为正方向，设水平方向速度始终为0，不计空气阻力，取。下列说法正确的是（ ）
A. 无人机在3~4s内处于超重状态
B. 无人机在第1s内和第4s内的加速度大小相等
C. 在1s末配送物资所受无人机的拉力大小为24N
D. 在此过程中无人机上升的最大高度为4m
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据图像可知，无人机在3~4s内竖直向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态，故A错误；
B．图斜率表示加速度，图像可知第1s内加速度大小
第4s内的加速度大小
可知两时段加速度大小不等，故B错误；
C．图像可知前2s内无人机做匀加速直线运动，设拉力大小为F，则由牛顿第二定律有
代入题中数据得
故C正确；
D．图像面积表示位移，图像可知4s末无人机达到最高点，故最大高度为
故D错误。
故选C。
3. 雨过天晴的天空经常会出现彩虹。彩虹是因为下雨后的空气中布满了小水珠，太阳光透过水珠后经过多次的折射和反射形成的。图为一束太阳光射到水珠上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，比较a、b两种单色光，下列说法正确的是（ ）

A. 若a光能使某金属发生光电效应，则b光也一定可以使该金属发生光电效应
B. 若a光是蓝光，则b光可能是红光
C. a、b两种光分别从同一种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的小
D. 在真空中，a、b两种光的速度相同，在水珠中，b光的光速比a光的大
【答案】A
【解析】
【详解】A．由图可知，太阳光进入水珠上时b光的偏折程度更大，即水珠对b光的折射率更大，即b光的频率更大，根据产生光电效应的条件，可知若a光能使某金属发生光电效应，则b光也一定可以使该金属发生光电效应，故A正确；
B．b光的频率更大，若a光是蓝光，则b光可能是紫光，故B错误；
C．根据发生全反射条件有
因b光的折射率更大，可知b光的的临界角比a光的小，故C错误；
D．在真空中，a、b两种光速度相同，都为c；在水珠中，根据
因b光的折射率更大，可知b光的光速比a光的小，故D错误。
故选A。
4. 我国科研人员利用“探测卫星”获取了某一未知星球的探测数据，如图所示，图线P表示“探测卫星”绕该星球运动的关系图像，Q表示“探测卫星”绕地球运动的关系图像，其中r是卫星绕中心天体运动的轨道半径，T是对应的周期。“探测卫星”在该星球近表面和地球近表面运动时均满足，图中c、a、b已知，则（ ）
A. 该星球和地球的质量之比为
B. 该星球和地球的第一宇宙速度之比为
C. 该星球和地球的密度之比为
D. 该星球和地球表面的重力加速度大小之比为
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据万有引力提供向心力有
解得
可知图像的斜率为
故该星球和地球的质量之比
故A错误；
B．“探测卫星”在该星球近表面和地球近表面运动时均满足，即
可得
根据万有引力提供向心力有
解得
故该星球和地球的第一宇宙速度之比
故B正确；
C．星球的体积为
密度为
故该星球和地球的密度之比为
故C错误；
D．在星球表面，万有引力与重力的关系有
解得
故该星球和地球表面的重力加速度大小之比为
故D错误。
故选B。
5. 图甲为某感温式火灾报警器，其简化电路如图乙所示。理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为定值电阻，滑动变阻器用于设定报警温度。当流过的电流大于设定临界值时就会触发报警。那么出现火情时（ ）
A. 副线圈两端电压会随着副线圈电路端温度的变化而变化
B. 定值电阻两端电压减小
C. 滑片上移一点可以提高报警温度
D. 原线圈输入功率减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．副线圈两端电压由变压器原线圈电压和匝数比决定，与副线圈电阻变化无关，即与副线圈电路端温度的变化无关，故A错误；
C．R0滑片上移一点，其阻值变大，则要想报警，需减小热敏电阻RT，即提高温度，所以R0滑片上移一点可以提高报警温度，故C正确。
BD．当出现火情时，热敏电阻阻值变小，导致副线圈电流变大，根据
可知定值电阻两端电压增大，由
可知原线圈输入功率变大，故BD错误。
故选C。
6. 笔记本电脑机身和显示屏分别安装有磁体和霍尔元件，以此控制屏幕的熄灭。当显示屏闭合时霍尔元件靠近磁体，屏幕熄灭电脑休眠。如图为显示屏内的霍尔元件：宽为a、长为c，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速率为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面方向向下的匀强磁场中，此时元件的前后面间出现电压U，下列关于该元件说法正确的是（ ）
A. 前表面的电势比后表面的电势低
B. 开屏过程中，元件前、后表面间的电压变小
C. 前后表面间的电压U与c成正比
D. 前后表面间的电压U与所通电流成反比
【答案】B
【解析】
【详解】A．电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则可知，电子所受的洛伦兹力指向后表面，因此后表面积累的电子逐渐增多，前表面的电势比后表面的电势高，故A错误；
C．当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子不再发生偏转，此时前、后表面间的电压达到稳定，对稳定状态下的电子
又电场强度
联立解得前后表面间的电压
故前、后表面间的电压U与v成正比，与a成正比，与c无关，故C错误；
B．开屏过程中，磁感应强度与上表面的夹角在逐渐减小，最后平行，相当于垂直上表面的磁感应强度在减小，根据
可知元件前、后表面间的电压变小，故B正确；
D．设单位体积内的自由电子数为n，霍尔元件上下表面的高度为，根据电流的微观表达式有
解得
故前后表面间的电压
即前后表面间的电压U与所通电流成正比，故D错误。
故选B。
7. 如图所示，半径为R的光滑圆环竖直放置，环上套有质量分别为m和2m的小球A和B，A、B之间用一长为的轻杆相连．开始时A在圆环的最高点，现将A、B静止释放，则（ ）

A. B球可以运动到圆环的最高点
B. A球运动到圆环的最低点时，速度为零
C. B球从开始运动至到达圆环最低点的过程中，杆对B球所做的总功不为零
D. B运动至右半圆弧上最高点时，其与圆心连线和竖直方向夹角约为37°
【答案】D
【解析】
【详解】AD．设B球到右侧最高点时，B与圆心连线和竖直方向夹角为，如图，圆环圆心处为零势能面，系统机械能守恒
代入数据得
所以B球在圆环右侧区域内能达到的最高点与竖直方向夹角约为37°，A错误，D正确。

B．在A、B运动的过程中，A、B组成的系统只有重力做功，机械能守恒，则有
又因为
得
故B错误；
Ｃ．对B球，根据动能定理可得
解得
W=0
故C错误。
故选D。
8. 一列简谐横波沿x轴传播，在时的波形如图甲所示，B、C、D、E为介质中的四个质点，已知质点E的平衡位置的横坐标为。图乙为质点C的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A. 该波沿x轴正方向传播
B. 该波的波速为90m/s
C. 质点D的平衡位置坐标为14m
D. 从开始，质点B与质点C第一次回到平衡位置时间差为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由图乙可知时质点沿轴正方形运动，根据同侧法可知该波沿x轴负方向传播，故A错误；
BC．由甲图可知，此简谐波振幅为20cm，而此时B位移为，故B与E两质点平衡位置之间距离与总波长的比例关系满足
解得，
则质点D的平衡位置坐标为
由图乙知，因此波速
故B正确，C错误；
Ｄ．从开始，由图乙可知，质点C第一次回到平衡位置的时间为
由于波沿x负方向传播，所以质点B向上振动到平衡位置。设任何质点从平衡位置振动到位移为10cm时所需时间为，根据
得
从开始，质点B第一次回到平衡位置的时间为
它们的时间差为
故D正确。
故选BD。
9. 已知电荷量为Q的点电荷产生的电场中，取无限远处电势为零时，距离该点电荷r处的电势为，其中k为静电力常量。多个点电荷产生的电场中某点的电势，等于每个点电荷单独存在时该点的电势的代数和。如图所示，光滑绝缘水平面上有A、B、C三个带电小球，A球的质量为m，电荷量为，B、C球质量均为2m，电荷量均为，用长为L的三根绝缘轻绳连接，稳定后呈等边三角形，a、b、c为三条边的中点。下列说法正确的是（ ）
A. a、b、c三点电势的大小关系为
B. a、c两点电场强度相同
C. A、B、C三个带电小球组成系统的电势能为
D. 若b处剪断，则之后小球A的最大速度为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据点电荷的电势公式结合几何关系可得，
则有
故A正确；
B．分别做出A、B、C三个带电小球在a、c两点的电场强度如图所示
根据对称性及平行四边形定则可知a、c两点的电场强度大小相同，方向不同，故B错误；
C．A球的电势能为
B球的电势能为
C球的电势能为
则整个系统的电势能为
故C错误；
D．当3个小球位置关系成一条直线时整个系统的电势能最小，动能最大，A球速度最大，此时A球的电势能
B球的电势能
C球的电势能
此时整个系统电势能最小为
对系统，根据能量守恒有
根据动量守恒有
联立解得小球A的最大速度为
故D正确。
故选AD。
10. 如图所示，匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的磁场方向均沿水平方向垂直纸面向外，两磁场边界水平，磁场宽度均为L，磁场Ⅰ下边界到磁场Ⅱ上边界的距离为4L，磁场Ⅰ的磁感应强度大小为B。边长为L、电阻为R的单匝正方形金属线框位于垂直于磁场的竖直平面内，开始时ab边到磁场Ⅰ上边界距离为L，由静止释放金属线框，线框在向下运动的过程中始终在竖直面内，且ab边始终水平，线框分别匀速穿过磁场Ⅰ、Ⅱ。重力加速度大小为g，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（ ）

A. 磁场Ⅱ的磁感应强度大小为
B. 线框经过磁场Ⅰ产生的焦耳热等于经过磁场Ⅱ产生的焦耳热
C. 金属线框的质量为
D. 线框经过磁场Ⅰ、Ⅱ产生的总焦耳热为
【答案】BC
【解析】
【详解】AC．静止释放金属线框到ab边开始进入磁场Ⅰ，根据动能定理有
解得
匀速穿过磁场Ⅰ，则有，
解得
同理，金属线框从cd出磁场Ⅰ到ab进磁场Ⅱ过程，根据动能定理有
解得
匀速穿过磁场Ⅱ，则有，
解得
故A错误，C正确；
B．线框分别匀速穿过磁场Ⅰ、Ⅱ，则根据功能关系知线框经过磁场Ⅰ产生的焦耳热为2mgL，等于经过磁场Ⅱ产生的焦耳热2mgL，故B正确；
D．线框经过磁场Ⅰ、Ⅱ产生的总焦耳热为
故D错误。
故选BC。
二、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学用如图甲所示的双线摆测当地的重力加速度。两根悬线长均为a，均系于小球同一点，调节两悬点A、B在同一水平线上，A、B间距离也为a，小球为质量分布均匀的磁性小球，打开手机的磁传感器并将手机平放在小球的正下方，不考虑手机对小球运动的影响，空气阻力不计。

（1）先用螺旋测微器测小球的直径，示数如图乙所示，则小球直径______mm。
（2）使双线摆在垂直于摆线平面方向做小幅度摆动，某时刻起手机磁传感器测得磁感应强度随时间变化的规律如图丙所示，则小球振动的周期______（用表示）。
（3）由实验测得当地的重力加速度______（用a、d和表示），若两悬点A、B间的实际距离小于a，则测得的重力加速度与真实值相比______（填“偏大”“偏小”或“相等”）。
【答案】（1）4.700
（2）
（3） ①. ②. 偏小
【解析】
【小问1详解】
根据螺旋测微器读数规则小球直径
【小问2详解】
设磁场变化的周期为，则如图丙所示
则双线摆摆动的周期为
小问3详解】
[1]摆长为
根据单摆周期公式
联立解得
[2]若两悬点A、B间的实际距离小于a，则测得的摆长L偏小，测得的重力加速度偏小。
12. 某实验小组想利用热敏电阻自制一个简易的电子温度计。
（1）首先用“等效替代法”测量热敏电阻的阻值与温度t的关系曲线，实验装置为图甲，用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接图补充完整。______
（2）多次测量热敏电阻在不同温度t下的阻值，并描绘热敏电阻的阻值与温度t的关系图像如图乙所示，由图乙可知，温度t升高，热敏电阻的阻值______（填“增大”或“减小”）。
（3）利用该热敏电阻制作简易的温度计电路图如图丙所示，其中电源的电动势，内阻忽略不计，灵敏电流计G的量程为1mA、内阻为。已知在重新标刻表盘时，灵敏电流计0.5mA刻度处标刻的温度为，则电阻箱R的阻值应调节为______Ω。
（4）若使用过程中，由于电池老化，电源实际的电动势只有，内阻忽略不计，电阻箱R的阻值保持不变，当表盘显示温度为时，实际温度为______℃。（结果保留两位有效数字）
【答案】（1） （2）减小
（3）1100 （4）34
【解析】
【小问1详解】
电路连线如图
【小问2详解】
由图乙可知，温度t升高，热敏电阻的阻值减小。
【小问3详解】
温度为时RT=1.8kΩ
由电路可知
解得R=1100Ω
【小问4详解】
温度为时电流为0.5mA，则根据
解得
由图可知此时的温度约为34℃。
13. 如图所示，爆米花机是一种对谷物进行膨化加工的装置，主体为一导热良好的钢制罐体，罐体的容积为，两端分别焊接了支撑轴和摇柄。在（1个标准大气压）的气压，的干燥环境下打开阀门向罐体内放入的谷物，关闭阀门，将支撑轴和摇柄架设在火炉的支架上进行旋转加热，谷物内部分水分汽化成高压水蒸气与罐内空气形成混合气体（可视为理想气体）。当罐内混合气体温度为、压强达5atm时，打开阀门，因为压强突然变小，巨大的压强差使得谷物迅速膨胀，从而达到膨化的效果。忽略谷物间隙气体的体积和在罐体内加热过程中谷物体积的变化。已知绝对零度为。求：
（1）从开始加热到压强变为5atm时，罐体内水蒸气的分压强。（已知混合气体的压强等于在同温度同体积条件下组成混合气体的各成分单独存在时的分压强之和）
（2）打开阀门后的混合气体迅速膨胀对外做功使得谷物全部喷出，当混合气体温度为，罐体内剩余混合气体质量占原有混合气体质量的百分比。
【答案】（1）
（2）40%
【解析】
【小问1详解】
对原有空气，根据查理定律
其中，
联立解得
代入数据得
从开始加热到压强变为时，罐体内水蒸气分压强为
【小问2详解】
设罐体的体积为，对混合气体分析，由理想气体状态方程可得
其中
可得
则有罐体内剩余混合气体质量占原有混合气体质量的百分比为
14. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E，在第三、四象限内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度等于。从y轴上坐标为的P点沿x轴正方向，以初速度射出一个带正电的粒子，粒子经电场偏转后从坐标为的Q点第一次经过x轴进入磁场。不计粒子的重力。求
（1）带电粒子的比荷；
（2）粒子从P点射入到第二次经过x轴所用的时间；
（3）粒子第n次经过x轴的位置离O点的距离。
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
粒子从P点射出后在电场中做类平抛运动，则，
根据牛顿第二定律有
解得
【小问2详解】
根据类平抛运动规律可知，穿过x轴时速度与水平方向夹角为，则有
解得
则进入磁场的速度为
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
根据几何关系可知粒子从O点射出磁场，如图
粒子在磁场中运动的周期为
粒子在磁场运动的时间为
其中
粒子从P点射入到第二次经过x轴所用的时间为
【小问3详解】
粒子第二次经过x轴的坐标为0，速度与x轴正方向夹角为，根据运动的分解可知，竖直方向先匀减速，再匀加速，水平方向做匀速运动，运动的时间为，水平方向的位移为
由上述分析可知第四次经过x轴的坐标为2L，第五次经过x轴的坐标为6L；如此循环运动；则粒子第n次经过x轴的位置离O点的距离为
15. 如图所示，半圆形轨道与光滑的水平台阶连接，直径PQ与水平面垂直，轨道的最低点Q与右侧光滑的台阶相切，台阶右侧紧靠着一个上表面与台阶平齐的足够长的长木板C。台阶上的两个小铁块A，B之间有一被压缩的微型弹簧（弹簧与铁块不栓接），某时刻，将压缩的微型弹簧释放，使A，B瞬间分离。释放后，铁块A恰好能够沿半圆形轨道运动到最高点P（之后被取走）。铁块B滑上木板C的上表面，当B，C恰好速度相同时，木板与弹性挡板碰撞。已知B，C接触面间的动摩擦因数0.1，其余摩擦均不计，木板C与弹性挡板在碰撞过程中没有机械能损失，半圆形轨道的半径，木板C的质量，铁块A、B与木板C的质量之比是，重力加速度取。求：
（1）释放前，微型弹簧的弹性势能；
（2）木板C与弹性挡板第一次碰撞前B在C上滑过的距离；
（3）从铁块B滑上木板C到C停止运动，木板C运动的总路程。（结果可用分数表示）
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
铁块A，B弹开过程，根据动量守恒有
铁块A弹开后恰好过半圆形轨道最高点P，由牛顿第二定律有
铁块A弹开后，一直运动到半圆形轨道最高点P，根据机械能守恒定律有
解得，
释放前，微型弹簧的弹性势能
解得
【小问2详解】
设木板C与弹性挡板碰撞前瞬间的速度为，铁块B滑上木板C后，铁块B和木板C整体动量守恒，有
解得
对木板C从开始运动到第一次碰撞弹性挡板的过程，对B、C系统，由能量守恒有
解得
【小问3详解】
由于木板C与弹性挡板碰撞过程没有能量损失，碰撞前后瞬间C的速度大小不变，方向相反，加速度大小不变，木板C第一次与弹性挡板碰撞后以大小为的速度返回出发点，在摩擦力的作用下，木板C先向左减速到零再向右加速到与铁块B共速；铁块B则一直向右匀减速到与木板C再次共速，根据
可得木板C碰撞后向左减速的路程大于碰撞前向右加速的路程，即木板C再次与弹性挡板碰撞之前已经与铁块B共速，依此类推，木板C每次与弹性挡板碰撞之前均已经与铁块B共速。对木板C与挡板第n次碰撞后到第次碰撞前的过程，由动量守恒定律有
解得
设木板C与挡板第n次碰撞后，木板C在速度减为0的过程中运动的位移大小为，则
由动能定理有
解得
则有
即是公比的等比数列，其中对C，第一次与墙壁碰撞前，有
解得
故
结合等比数列求和公式知，从铁块B滑上木板C到C停止运动，木板C运动的总路程。
解得