2021届浙江省名校协作体高三（下）开学联考物理试题（解析版）

2020 学年第二学期浙江省名校协作体试题 高三年级物理学科 考生须知： 1．本卷满分 100 分，考试时间 90 分钟； 2．答题前，在答题卷指定区域填写学校、班级、姓名、试场号、座位号及准考证号。 3．所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效； 4．考试结束后，只需上交答题卷。 一、选择题Ⅰ（本题共 13 小题，每小题 3 分，共 39 分。每小题列出的四个备选项中只有一 个符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分） 1. 下列物理量是矢量，且单位用国际单位制表示正确的是（ ） A. 自感系数 V·s·A-1 B. 磁感应强度 Wb·m-2 C. 电容 C·V-1 D. 冲量 kg·m·s 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】自感系数和电容都是标量；磁感应强度和冲量是矢量；冲量的单位是 kg ∙ m/s，磁感应强度 单位 是 Wb·m-2，则选项 ACD 错误，B 正确。 故选 B。 2. 如图所示是我国时速 600 公里高速磁悬浮试验样车，在一节样车成功试跑的同时，5 辆编组的工程样车 研制也在稳步推进中，不久将下线调试。因为采用了磁悬浮原理，所以阻力比普通的高铁小很多，其速度 可达 600 公里/小时，可在大型枢纽城市间形成高速“走廊”。高速磁悬浮拥有“快起快停”的技术优点， 能发挥出速度优势，也适用于中短途客运。下列说法正确的是（ ） A. 因阻力比普通的高铁小很多，所以磁悬浮列车惯性比较小 B. 速度可达 600 公里/小时，这是指平均速度 C. 能“快起快停”，是指加速度大 D. 考查磁悬浮列车在两城市间的运行时间时可视为质点，这种研究方法叫“微元法” 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A．质量是惯性大小的量度，与阻力大小无关，因此磁悬浮列车惯性不变，A 错误； B．速度可达 600 公里/小时，这是指瞬时速率，B 错误； C．加速度是描述速度变化快慢的物理量，能“快起快停”，是指加速度大，C 正确； D．考查磁悬浮列车在两城市间的运行时间时可视为质点，这种研究方法叫“理想模型”，D 错误。 故选 C。 3. 在物理学的发展过程中，许多科学家做出了突出贡献，下列关于科学家和他们的贡献说法正确的是（ ） A. 牛顿开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系 B. 库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，并测出了自然界的最小带电单位 C. 安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质 D. 法拉第通过大量实验发现了电磁感应现象，并总结出法拉第电磁感应定律 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A．伽利略开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系，选项 A 错误； B．库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，密立根测出了自然界的最小带电单位，选项 B 错误； C．安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质，选项 C 正确； D．法拉第发现了电磁感应现象，但法拉第电磁感应定律不是法拉第总结出来的，故 D 错误； 故选 C。 4. 如图所示为学生手端餐盘准备用餐的情景，假设餐盘保持水平，盘里的碗、碟、水果的四周都留有空间， 并与餐盘保持相对静止，则下列说法正确的是（ ） A. 加速向前行走时，盘对碗的作用力水平向前 B. 减速行走时，水果受到 4 个力的作用 C. 将餐盘竖直向下放到餐桌上的过程中，食物都处于失重状态 D. 若途中停下看通知时，餐盘稍微倾斜，但盘和里面的东西都静止，则盘对碗的支持力垂直盘面向上 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A．碗与餐盘保持相对静止，加速向前运动，所以碗所受合力水平向前，对碗受力分析得碗受重力、 盘对碗的支持力、盘对碗向前的静摩擦力，故盘对碗的作用为支持力与静摩擦力的合力，故 A 错误； B．减速行走时，水果受到 3 个力的作用，重力、盘对水果的弹力、盘对水果的摩擦力，故 B 错误； C．将餐盘竖直向下放到餐桌上的过程中，由于不知道竖直向下是加速、匀速、还是减速，故 C 错误； D．支持力为盘得物体的弹力，弹力的方向垂直与接触面，故 D 正确。 故选 D。 5. 如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动。座舱的质量为 m，运动半径为 R，角速度 大小为ω，重力加速度为 g，一质量为 M 的小孩坐在座舱里，则（ ） A. 小孩运动周期为 2 R  B. 线速度的大小大于ωR C. 在 A 位置小孩受座舱作用力的大小为 Mg D. 小孩所受合力大小始终为 Mω2R 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A. 小孩运动周期为 2T   选项 A 错误； B. 线速度的大小 v=ωR 选项 B 错误； C. 在 A 位置，小孩在竖直方向受座舱的支持力 Mg，水平方向受到座舱弹力 Mω2R，则小孩受座舱作用力 的大小大于 Mg，选项 C 错误。 D. 小孩做匀速圆周运动，则所受合力大小始终为 F 合=Mω2R 选项 D 正确； 故选 D。 6. 中国海军服役歼-15 舰载机在航母甲板上加速起飞过程中，某段时间内战斗机的位移-时间（x－t）图线如 图所示，则（ ） A. 在 0~3s 内，歼-15 舰载机的平均速度大于 12 m/s B. 在 N 点对应的时刻，歼-15 舰载机的速度为 7.5m/s C. 在 M 点对应的位置，歼-15 舰载机的速度大于 20 m/s D. 歼-15 舰载机在甲板上做匀加速直线运动 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A．在 0~3s 内，平均速度 36 m/s 12m/s3 xv t    A 错误； B．在 x－t 图线中，斜率表示速度大小，由图线可得，物体做加速运动，在 0~2s 内的平均速度 15 m/s 7.5m/s2 xv t    因此 N 点的速度大于 7.5m/s ，B 错误； C．MN 段的平均速度 26 15 m/s 20m/s2.55 2 xv t    因此 M 点的速度大于 20m/s ，C 正确； D，假设歼-15 舰载机在甲板上做匀加速直线运动，根据 21 2x at 当 t=2s 时 2 2 1 1 22x a  当 t=3s 时 2 3 2 1 32x a  代入数据发现 1 2a a 因此不是匀加速运动，D 错误。 故选 C。 7. 2020 年 7 月 23 日 12 时 4，我国长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器发射升空并成功送入预定 轨道，开启火星探测之旅。按计划“天问一号”在到达火星附近后要一次性完成环绕、着陆、巡视探测的 目标。已知地球的质量约为火星质量的 10 倍，地球的半径约为火星半径的 2 倍，地球表面的重力加速度为 g＝10m/s2，则（ ） A. 火星的第一宇宙速度约 1.6km/s B. 火星表面的重力加速度约为 4m/s2 C. 探测器在火星表面附近降落着陆过程中机械能不变 D. 火星探测器从火星停泊轨道变轨进入科学探测轨道需要点火加速 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A．根据万有引力提供向心力 2 2 GMm vmR R  解得第一宇宙速度 GMv R  已知地球的质量约为火星质量的 10 倍，地球的半径约为火星半径的 2 倍，地球的第一宇宙速度为 7.9km/s， 火星第一宇宙速度为 3.5km/s，故 A 错误； B．根据重力等于万有引力可知 2 GMm mgR  解得重力加速度 2 GMg R  已知地球的质量约为火星质量的 10 倍，地球的半径约为火星半径的 2 倍，地球表面的重力加速度为 g=10m/s2，则火星表面的重力加速度：g′=4m/s2，故 B 正确； C．探测器在火星表面附近降落过程中，探测器会开动反冲发动机，反冲力做负功，机械能减小，故 C 错误； D．火星探测器从火星停泊轨道变轨进入科学探测轨道，即从高轨道变为低轨道需要减速，探测器在高轨道 上机械能较大，故 D 错误。 故选 B。 8. 如图所示，劲度系数为 k 的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于倾角为 的斜面上质量为 m 的物体 A 连接（另有一个完全相同的物体 B 紧贴着 A，不粘连），弹簧与斜面平行且处于静止状态。现用沿斜面的 力 F 缓慢推动物体 B，在弹性限度内弹簧长度被压缩了 x0，此时物体 A、B 静止。撤去 F 后，物体 A、B 开 始向上运动，已知重力加速度为 g，物体 A、B 与斜面间的动摩擦因数为μ（μ 2m ）之比为 ______。 （3）若只用其中一个小球进行实验，则该装置也可用于探究做功与物体速度变化的关系。实验过程中，小 球从斜槽不同高度处静止释放，释放点离桌面的高度用 H 表示，落地点和抛出点之间的水平位移为 x。斜 槽水平部分对小球的摩擦力不可忽略。下列图像中，关于 H 和 x 的关系正确的是（ ） 【答案】 (1). CD (2). 3.5 (3). D 【解析】 【分析】 【详解】（1）[1]A．为了保证每次小球都做平抛运动，则斜槽末端必须水平，而不是为了使两球碰撞时动能 无损失，故 A 错误； B．为了保证小球碰撞为对心碰撞，且碰后不反弹，两小球应该等大，且入射小球的质量大于被碰小球的质 量，故 B 错误； C．为了保证碰撞前的速度相同，所以入射小球每次都要从斜槽同一高度由静止释放，故 C 正确； D．入射小球在下滑过程中虽然受摩擦力的作用，但只要保证保证入射小球到达斜槽末端的速度相同即可， 所以实验结果不会因此产生系统误差，故 D 正确。 故选 CD。 （2）[2]小球做平抛运动抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，根据动量守恒定律有 1 0 1 1 2 2m v t m v t m v t  即 1 1 2m OP m OM m ON  代入纸带数据有 1 2 35 3.522.50 12.50 m ON m OP ON     （3）[3]设小球与斜槽间的动摩擦因数为  ，斜槽与水平面夹角为 ，桌面到地面的高度为 h，斜槽水平部 分对小球的摩擦力做的功为 0W ，对小球根据功能关系可得 2 0 0 1cos sin 2 HmgH mg W mv      又因为落地点和抛出点之间的水平位移为 x，则有 0x v t 21 2h gt 联立三式整理得 2 01 4 1 1tan tan WH x h mg                选项 D 符合。 故选 D。 18. 某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用多用电表的直流电压挡测量小灯泡“2.5V、1.2W”两 端的电压。 (1)图 1 中多用电表的红表笔应与________（填“a”或“b”）连接； (2)该同学将多用电表正确连入电路，但在实验前进行电路检查时发现仍有导线连接错误。请你写出有连接 错误的导线的序号_______； (3)该同学将导线正确连接后进行实验，如图 2，滑片移在某一位置时，电流表读数为______A； (4)小灯泡的伏安特性曲线如图 3 所示，若取两个这样的小灯泡串联，再与一阻值为 14.0 Ω的定值电阻串联， 然后接在电动势为 6.0 V、内阻为 1.0Ω的直流电源两端，则每个小灯泡消耗的实际功率应为________ W；（计 算结果保留两位有效数字） (5)多用电表用久以后，表内干电池的电动势会减小而内阻会增大。那么，用久以后的多用电表测得的电压 与真实值相比________（填“偏大”、“偏小”或“相同”）。 【答案】 (1). b (2). ③④ (3). 0.36 (4). 0.23 (5). 相同 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]图 1 中多用电表的红表笔接高电势，应与 b 连接； (2)[2]有连接错误的导线的序号③④，正确如图所示； (3)[3]电流表读数为 0.36A； (4)[4]小灯泡的伏安特性曲线如图 3 所示，若取两个这样的小灯泡串联，再与一阻值为 14.0 Ω的定值电阻串 联，然后接在电动势为 6.0 V、内阻为 1.0Ω的直流电源两端，根据闭合电路欧姆定律得  2U E I R r   代入数值得 2 6 15U I  1 0U  时 1 0.4AI  2 3.0VU  时 2 0I  做出图像如图所示 每个灯泡的功率为 0.3 0.75W 0.23WP UI    (5)[5]电压表是灵敏电流计与电阻串联后制成的，与干电池无关，所以测得的电压与真实值相比相同。 19. 城市高层建筑越来越多，高空坠物事件时有发生，我国《民法通则》及《侵权责任法》中都有规定，建 筑物上的搁置物发生脱落造成他人损害的，其所有人或管理人应承担民事责任，能够证明自己没有过错的 除外。假设某高楼距地面高 H=47m 的阳台上的花盆因受扰动而掉落，掉落过程可看做自由落体运动。有一 辆长 L1=8m、高 h=2m 的货车，在楼下以 v0=9m/s 的速度匀速直行，要经过阳台的正下方，花盆刚开始下落 时货车车头距花盆的水平距离为 L2=24m（示意图如图所示，花盆可视为质点，重力加速度 g=10m/s2） （1）若司机没有发现花盆掉落，货车保持 v0=9m/s 的速度匀速直行，通过计算说明货车是否会被花盆砸到？ （2）若司机发现花盆掉落，采取制动（可视为匀变速，司机反应时间 1st  ）的方式来避险，使货车在 花盆砸落点前停下，求货车的最小加速度； （3）若司机发现花盆掉落，采取加速（可视为匀变速，司机反应时间 1st  ）的方式来避险，则货车至 少以多大的加速度才能避免被花盆砸到？ 【答案】（1）会，计算见解析；（2）2.7m/s2；（3）2.5m/s2 【解析】 【分析】 【详解】（1）花盆从 47m 高处落下，到达离地高 2m 的车顶过程，位移为 h（472）m45m 根据自由落体运动位移—时间公式，有 21 2h gt 得 2 2 45s 3s10 ht g    3s 内汽车位移为 0 27mx v t  2 1 2( 24m) ( 32m)L x L L     则货车会被花盆砸到 （2）货车匀减速的距离为 2 0 15mL v t   制动过程中于是制动最小加速度  2 0 0 2 02v a L v t   解得：a02.7m/s2 （3）司机反应时间内货车的位移为 1 0 9mx v t   此时车头离花盆的水平距离为 dL2x115m 采取加速方式，要成功避险，则有 2 1 0 1( ) ( )2d L v t t a t t       代入相关数据解得：a=2.5m/s2，即货车至少以 2.5m/s2 的加速度加速才能避免被花盆砸到 20. 如图所示，O 点用长为 l=1m 的细线悬挂一质量为 m=0.5kg 的小球 A，细线能承受的最大拉力 T=10N， O 点正下方O 处固定一根钉子，MN 为一抛物线形状的管道（内径略大于小球半径，内壁铺设粗糙棉布）， M 点位于 O 点正下方且切线水平，OM=1m，抛物线管道 h=2.5m，s=3m，抛物线与粗糙平面 NP 在 N 点平 滑连接，NP 间动摩擦因数µ=0.2，长度为 L=2.5m，P 点右侧光滑，一弹簧右端固定在竖直挡板上，自由状 态下弹簧左端恰好位于 P 点，另有一与 A 相同的小球 B 置于 N 点，现将小球 A 拉至与竖直方向成θ=37º由 静止释放，细线摆至竖直位置时恰好断裂，从 M 点进入轨道，在水平轨道上与小球 B 碰撞后粘连在一起； 两球碰后立即撤去棉布，管道内壁可视为光滑。已知弹簧压缩到最短时弹性势能 Ep =1.125J，求： （1）小球摆至 M 点时的速度和OO间的距离； （2）管道阻力对小球做的功； （3）若小球 A、B 之间发生的是弹性碰撞，最终 B 球停在距 N 多远的位置。 【答案】（1）2m/s；0.6m；（2）1.25J；（3）2.25m 【解析】 【分析】 【详解】（1）小球摆至最低点过程中，根据机械能守恒定律奶 21(1 cos ) 2 Mmgl mv  解得 vM2m/s 在最低点小球受力为 2 MmvT mg r   解得 r0.4m，所以 O 离 O 点 0.6m （2）设小球 A 到达 N 点时速度为 vN，与 B 球碰撞过程中动量守恒 mvN2mv 共 从 N 点至弹簧最大压缩量过程中，由能量守恒    2 p 1 2 22 m v m gL E 共 可得 vN2v 共 7m/s 小球 A 从 M 到 N 的过程中 2 21 1 2 2f N Mmgh W mv mv   解得 Wf1.25J （3）若 A、B 之间发生弹性碰撞，则两球在 N 点发生速度交换，B 球第一次被弹回时的动能为 2 k 1 22 NE mv mgL mgh   故 A 球不会从 M 点飞出 A 球第一次与 B 碰撞至两球静止，B 在 NP 间通过的路程设为 x，则 21 2 Nmv mgx 解得 12.25m 4 2.25mx L   即 B 球停在距 N2.25m 的位置 21. 如图所示，有一间距 L =1m 的足够长光滑平行倾斜金属导轨 ABA B  、倾角 30   ，AA＇处接有阻值 0.3R   的电阻，在底端 BB＇处通过光滑圆弧绝缘件连接平行光滑金属导轨 BDB D  其中轨道 BCB C  部 分间距为 L、轨道CDC D 部分（左端略伸出外面，如图）间距为 2 L ，在右端 DD处通过光滑圆弧绝缘件 连接足够长的光滑平行倾斜金属导轨 DED E  , 倾角 30   ，在 EE 端接有阻值为 0.3R   的电阻和电 容为 C 的电容器。金属棒 a b、 质量均为 0.1kgm  、阻值均为 r=0.2Ω，长度均为 L，垂直导轨放置，金属 棒b 初始被锁定在CC 处，金属棒 a 从某一高度上方任意位置静止释放，都能以恒定速度经过 BB'处且经过 BB处时b 的锁定装置解除，之后棒 a b、 在各自轨道上运动足够长时间，当棒 a 运动到CC 处与两固定在 CC 处的金属立柱相撞并粘在一起，最终棒b 恰能通过 DD处光滑圆弧绝缘件进入倾斜轨道 DED E  。在 ABA B  导轨间区域存在垂直导轨向上的匀强磁场，其他导轨间区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度 均为 B= 1 2 T。两棒始终保持与导轨垂直且接触良好，不计其它电阻，不计所有摩擦，忽略连接处能量损失。 重力加速度 g 取 10 m/s2。求： (1)棒 a 运动至 BB处时的速度大小及两端电势差大小 U； (2)棒 a 进入水平轨道后棒 a 上产生的焦耳热； (3)试分析棒b 进入倾斜轨道 DED E  的运动情况。 【答案】(1)1m/s； 3 V10 U ；(2) 23 750 J；(3)先变加速运动，后匀速下滑 【解析】 【分析】 【详解】(1)当棒 a 运动至 BB处时，产生的感应电动势、感应电流分别为 0E BLv 0 ( ) BLvI R r   由题意知当运动至 BB处时已处于平衡状态，可得 mgsin BIL 可解得 v0=1m/s，两端电势差大小 3 3 V5 10 EU   (2)棒 a b、 在各自轨道上运动足够长时间，达到稳定时满足 1 22 LBLv B v 由动量定理可得， a b、 分别满足 1 0BIL t mv mv    22 LBI t mv   解得 v1=0.2m/s，v2=0.4m/s，到稳定时，由能量守恒可得 2 2 2 0 1 21 1 1 1 1 J2 2 2 25Q mv mv mv   总 对 a 杆有 1 1 2 2 J3 75aQ Q 总 a 棒撞CC 后，b 恰能进入斜轨，vD=0，由能量守恒可得 2 22 1 1 J2 125Q mv 总 2a 2 1 1 J2 250Q Q 总 可得棒 a 进入水平轨道后，棒 a 上产生的焦耳热为 Qa Q1 总 Q2 总  23 750 J (3)稳定后，电容器不再充放电，由平衡条件可得 sin cos2 Lmg BI  回路产生的感应电流为 cos2 2 LB v I rR       联立代入数据可解得 64 m/s15v  ， 故棒b 进入倾斜轨道 DED E  的运动情况运动情况为：先变加速运动，后匀速下滑。 22. 如图甲所示，一半径为 R 的圆形边界内部（不含其边界）存在一磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面 向外的匀强磁场。磁场边界最低点 P 点处有一个粒子源，该粒子源向磁场区域内同一时刻向各个方向均匀 发射大量速度大小不等，质量均为 m、电荷量均为 q 的同种带电粒子，然后立即停止发射，粒子的速度范 围是 0