河北省石家庄市第二中学2022-2023学年高三下学期开学考试物理试题

2020级高三下学期开学考试物理试卷（时间：75分钟，分值：100分，命题人崔建欣，审题人刘闪）一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合要求。）1．如图所示为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是（ ）A．氢原子由能级跃迁到能级时，氢原子的电势能减小B．如果能级的氢原子吸收某电子的能量跃迁到能级，则该电子的能量一定等于C．大量处于基态的氢原子吸收某频率的光子跃迁到能级时，可向外辐射两种不同频率的光子D．用氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为的金属时，逸出的光电子的最大初动能为2．如图，一名登山爱好者正沿着竖直崖壁缓缓下降，在下降过程中把人近似看做一根直杆，人的腿部保持与崖壁成60°夹角。绳的一端固定在较高处，另一端拴在人的腰间（重心处）。在某时刻绳与竖直方向的夹角为45°，从该位置开始到人下降到绳与竖直方向的夹角为15°的过程中，下列说法正确的是（ ）A．人的脚与崖壁的摩擦力逐渐增大B．人的脚与崖壁的弹力逐渐增大C．绳子承受的拉力先减小后增大D．绳子对人的拉力与人对绳子的拉力是一对平衡力3．现代都市高楼林立，高楼出现火情需要一种高架水炮消防车。如图所示，某楼房的65m高处出现火情，高架水炮消防车正紧急灭火中。已知水炮炮口与楼房间距为15m，与地面距离为60m，水炮的出水量为3m3/min，水柱刚好垂直打入受灾房间窗户。重力加速度g=10m/s2，水的密度kg/m3，则（ ）A．地面对消防车的作用力方向竖直向上B．水炮炮口的水流速度为10m/sC．水泵对水做功的功率约为3.8×104WD．若水流垂直冲击到窗户玻璃后向四周流散，则冲力约为1500N4．在轴的坐标原点固定一电荷量绝对值为的点电荷，在处固定另一点电荷，两者所在区域为真空，在两者连线上某点的电场强度与该点位置的关系如图所示。选取轴正方向为电场强度的正方向，无限远处电势为零，则下列说法正确的是（ ）A．处的电场强度大于处电场强度B．处的电势高于处的电势C．在处点电荷的电荷量的绝对值为D．电子沿轴从移动到过程中电势能先增加后减少5．北斗卫星导航系统由地球同步静止轨道卫星、与地球自转周期相同的倾斜地球同步轨道卫星，以及比它们轨道低一些的轨道卫星组成，它们均为圆轨道卫星。若轨道卫星与地球同步静止轨道卫星运动轨迹在同一平面内，已知卫星的离地高度为，地球自转周期为，地球半径为，地球表面重力加速度为，万有引力常量为，下列说法正确的是（ ）A．若卫星与卫星的周期之比为，某时刻两者相距最近，则经过时间后，两者再次相距最近B．卫星与卫星一定具有相同的机械能C．可以发射一颗地球同步静止轨道卫星，每天同一时间经过杭州正上空同一位置D．卫星的周期为6．“战绳”是一种近年流行的健身器材，健身者把两根相同绳子的一端固定在一点，用双手分别握住绳子的另一端，上下抖动绳子使绳子振动起来（图甲）。以手的平衡位置为坐标原点，图乙是健身者右手在抖动绳子过程中某时刻的波形，若右手抖动的频率是0.5Hz，下列说法正确的是（    ）A．该时刻P点的位移为B．再经过0.25s，P点到达平衡位置C．该时刻Q点的振动方向沿y轴负方向D．从该时刻开始计时，质点Q的振动方程为7．如图，在竖直平面内有光滑轨道段是竖直轨道，段是半径为R的半圆弧轨道，均与圆心等高，两个完全相同的小球（可视为质点）用一根长为的轻杆连接在一起，套在段轨道上，则从Q球在B点处由静止释放到两球第一次上升到最高点过程中，下列说法正确的是（ ）A．整个过程中小球P的机械能守恒B．两球第一次上升到最高点时，Q球可能位于C处C．当小球Q位于半圆弧轨道最低点时，小球Q的速度是小球P速度的2倍D．当小球P下降的速度为零时，连接小球的轻杆与成30°角二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）8．当光从空气照射到负折射率材料时，光在该材料表面发生折射，折射光线与入射光线分布在法线的同侧，折射角取负值。如图为一负折射率材料制成的棱镜的横截面，截面为一等边三角形，边长为。一束单色光在截面所在平面内，从中点D射入棱镜，入射角为，正好从界面的中点E射出，不考虑光线在棱镜中的反射，真空中光速为c，下列说法正确的是（ ）A．入射光在D点的折射角为 B．该材料的折射率为C．光在棱镜中的传播时间为 D．过E点的出射光线与在E点的入射光线垂直9．磁悬浮列车的运动原理如图所示，在水平面上有两根很长的平行直导轨，导轨间有与导轨垂直且方向相反的匀强磁场B1和B2，B1和B2相互间隔，导轨上有金属框abcd．当磁场B1和B2同时以恒定速度5m/s沿导轨向右匀速运动时，金属框也会沿导轨向右运动．已知两导轨间距L1=0.4m，两种磁场的宽度均为L2，L2=ab，．金属框的质量m=0.1kg，电阻R=2.0Ω．设金属框受到的阻力与其速度成正比，即，比例系数k=0.08kg/s．则下列说法正确的是（  ）A．在线框加速的过程中，某时刻线框速度v′=2m/s，此时电路中的感应电动势大小为1.2VB．在线框加速的过程中，某时刻线框速度v′=2m/s，此时线框的加速度a′的大小为8m/s2C．金属框的最大速度为4m/sD．当金属框达到最大速度时，装置消耗的功率为1.6W10．如图所示，生产车间有两个完全相同的水平传送带甲和乙，它们相互垂直且等高，两传送带由同一电机驱动，它们正常工作时都匀速运动，速度大小分别为、，并满足，式中为已知定值，即两传送带的速度可调但代数和始终不变。将一工件A（视为质点）轻放到传带甲上，工件离开传送带甲前已经与传送带甲的速度相同，并平稳地传送到传送带乙上，且不会从传送带乙的右侧掉落。已知工件的质量为，工件与传送带间的动摩擦因数为，重力加速度大小为。两传送带正常工作时，下列说法正确的是（ ）A．当时，工件在传送带乙上留下的滑动痕迹最短B．当时，工件与两传送带因摩擦而产生的总热量最小C．当时，驱动传送带的电机因传送工件需要额外做的功最小D．驱动传送带的电机因传送工件至少需要额外做的功为三、非选择题（共54分）11．（6分）实验小组同学利用气垫导轨、数字计时器和拉力传感器做“研究沿斜面下滑物体的机械能守恒”实验，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一带有刻度尺的倾斜气垫导轨，导轨上A点处有一带遮光条的长方形滑块，用天平测得其总质量为m。定滑轮与拉力传感器之间的细绳是竖直的，定滑轮与滑块之间的细绳平行于气垫导轨。实验步骤如下：①用图乙所示的游标卡尺测出测光条的宽度______cm；②安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数F，同时从气垫导轨刻度尺上读出遮光条中心与光电门之间的距离L；③烧断拉力传感器与滑块之间的细绳，让滑块滑向光电门并记录遮光条通过光电门的时间t；④多次改变滑块与光电门之间的距离，每次实验测量相应的L与t值，填入相应的表格中。试分析下列问题：（1）小组同学根据测得的L与t的值，用描点法作出如图丙所示的图像，如果不考虑空气阻力，若该图线的斜率______，即可验证滑块沿斜面下滑过程中机械能守恒；（2）考虑到实际存在的空气阻力，设小球在下落过程中平均阻力大小为f，根据实际数据绘出图像的斜率为k，则______（填“大于”、“等于”或“小于”）。12．（9分）某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻的阻值变化范围为50Ω~250Ω。供选择的实验器材如下：A．电源E（电动势为3V，内阻不计）B．电流表（量程为3mA，内阻）C．电流表（量程为30mA，内阻约为1Ω）D．电压表V（量程为15V，内阻约为5kΩ）E．电阻箱（0~9999.9Ω）F．定值电阻G．开关S及导线若干（1）为了较准确地测量电阻，请在图甲中虚线框内将测量电阻的实验电路图补充完整，并在图中标出所选器材的符号。________（2）要测量电阻，在电阻上加一个竖直向下的力F，闭合开关S后，根据所设计的电路需要测量和记录的物理量有________。A．通过电流表的电流      B．通过电流表的电流I2C．电压表V两端的电压U      D．电阻箱的电阻（3）该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻随所加外力F的–F图像，如图乙所示。该同学将这种压敏电阻与一个量程为3V的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为0~100N，压力为100N时对应电压表3V的刻度，则定值电阻________Ω，电压表2V刻度对应压力表________的刻度。13．（10分）跳楼机是现代大型游乐场内常见的游乐设施，如图为气动式跳楼机中气动部分工作原理简图。气缸内有一密闭薄活塞将气缸分成上下两部分，活塞上下面分别与钢丝绳连接，两钢丝绳跨过滑轮与外部座椅连接。气缸上下两端各有一个阀门A和B，通过阀门可给气缸充气或抽气。已知气缸高，活塞质量，横截面积，座椅及乘客总质量。启动前活塞卡在距顶部的位置，A、B两阀门均已打开，气缸与外界大气相通。重力加速度，大气压强，整个过程缸内气体温度不变，钢丝绳重力及所有摩擦均不计。（1）将气泵与阀门A连接，向气缸内充气，当座椅刚要向上运动时，求从外界抽取的压强为的气体的体积；（2）为了提高运行效率，气泵通过管道连接A、B阀门，将活塞下方的气体抽到活塞上方的气缸内，从而提升座椅，管道内的气体体积不计。当座椅刚要向上运动时，求气泵从活塞下方抽取的气体体积（换算成状态下）。14．（13分）如图所示，水平地面上静置一质量为M=2kg的箱子，箱子与地面间的动摩擦因数，箱子内左侧为粘合性材料，右侧固定有劲度系数足够大的轻质弹簧，一质量m=1kg的光滑小球压紧弹簧并被锁定，小球到箱子左侧的距离L=3.2m。现解除锁定，弹簧瞬间恢复形变，小球获得的速度。不计空气阻力，，求：（1）弹簧原来具有的弹性势能；（2）箱子与小球相碰粘合后瞬间的速度大小；（3）箱子运动的路程。15．（16分）如图所示为某离子实验装置结构图。Ⅰ区为电加速区，由间距为d的中间有小孔S、O的两正方形平行金属板M、N构成，金属板边长为，其中离子源紧贴小孔S；Ⅱ、Ⅲ区为长方体形状的磁偏转区，水平间距分别为d、，其竖直截面与金属板形状相同。Ⅲ区左右截面的中心分别为、，以为坐标原点，垂直长方体侧面和金属板建立x、y和z坐标轴。M、N间匀强电场大小为E，方向沿方向；Ⅱ、Ⅲ区的匀强磁场大小相同、方向分别沿、方向。某时刻离子源有一电量为、质量为m的粒子无初速的飘入小孔S，经过一段时间后恰好能返回到小孔S，不考虑粒子的重力。（1）求粒子经过小孔O时的速度大小；（2）求粒子在磁场中相邻两次经过小孔O时运动的时间及磁场B的大小；（3）若在Ⅱ区中方向增加一个附加匀强磁场，可使粒子经过小孔O后恰好不能进入到Ⅲ区、并直接从Ⅱ区前表面（方向一侧）P点飞出，求P点坐标为。