北京市第四十三中学2021届高三上学期期中考试物理试题 Word版含答案

一、单项选择题（共21个小题，每小题2分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有

一个选项是符合题意的。）

1．碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是（ ） A．万有引力、核力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．核力、库仑力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力

2．由爱因斯坦创立的相对论，对现代物理学的发展和现代人类思想的发展有着巨大的影响，从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。下列关于相对论的说法中，正确的是（ ）

A．由质能方程E=mc2可知，质量就是能量

B．在任何参考系中，光在真空中的速度都保持不变

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快 D．火箭以0.5倍的光速从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度变短了

3．16年法国物理学家贝可勒尔发现天然放射性现象；17年，英国物理学家J.J.汤姆孙发现电子；1909年，英国物理学家卢瑟福指导学生进行α粒子散射实验；1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，发现了质子；1932年英国物理学家查德威克发现中子……人们对微观世界的探究一直在不停地深入。下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）

A．天然放射现象 B．光电效应现象 C．原子发光现象 D．α粒子散射现象

4．关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是（ ） A．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量 B．实验表明原子中心有一个较大的核，它占有原子体积的较大部分

C．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°

D．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的推斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

转

5．在下列四个核反应式中，X表示中子的是（ ）

171A．147N＋X→8O＋1H 234

B．23490Th→91Pa＋X 13C．X＋126C→7N

190136D．23592U＋0n→38Sr＋54Xe＋10X

6．氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级上，下列正确的是（ ） A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子

B．从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低 C．从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量 D．n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量

7．最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展。1996年科

1

-13.6

n

∞ 5 4 3 2

E/eV 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4

学家在研究某两个重核结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核AZX经过6次α衰变、

253Y。由此可以判定超重元素的原子序数和质量数分别是（ ） 2次β衰变后的产物为100

A．110，265 B．110，277 C．114，277 D．114，265

8．地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算。测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅）的铀原子数相对值 一半，铀238衰变后形成

铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所 示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总 原子数。由此可以判断出（ ） A．铀238的半衰期为90亿年 B．地球的年龄大致为90亿年

C．被测定的岩石样品在90亿年时，铀、铅原子数之比约为1∶3

D．根据铀半衰期可知，20个铀原子核经过一个半衰期后就剩下10个铀原子核 9．电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（ ） A．电磁炉是利用电磁波来工作的

B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的 C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的

D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

（N/N0）

1.00 0.75 0.50 0.25 0 0 45 90 135 180 亿年

10．以下说法正确的是（ ） A．太阳光谱是明线光谱 B．光的偏振现象说明光是纵波

C．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点 D．肥皂泡在阳光照射下呈现彩色，这是由于光的衍射造成的色散现象

11．2008年北京奥运会上，光纤通讯将覆盖所有奥运场馆为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光导纤维是由内芯和外套两层组成，光从一端进入，另一端传出，下列说法正确的是（ ） 外套 端面 A．内芯的折射率小于外套的折射率

空气 内芯 B．增大光从端面入射的入射角，在端面处可能发生全反射 C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不相同

D．若红光以如图所示的角度入射，恰能在内芯和外套界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，在内芯和外套界面上将不会发生全反射

12．一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是（ ）

13．a、b、c三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径，如图所示。光线b正好过圆心O，光线a、c从光线b的两侧对称入射，光线a、c从玻璃砖下表面进入空气后与光线b交于P、Q，则下列说法正确的是（ ） A．玻璃对三种光的折射率关系是na＜nb＜nc

B．玻璃对三种光的折射率关系是na＜nc，b光的折射率大小无法确定 C．用相同的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距比c光干涉 条纹间距小

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

a A

b b B

a a C

b b D

a a b c O P Q D．若a、c都能使某金属发生光电效应，则a打出的光电子的最大 初动能大于c光打出的光电子的最大初动能

14．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ） A．布朗运动就是液体分子的热运动

B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上 C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律

D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J

15．由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图象，取r趋近于无穷大时Ep为零。r0

Ep 表示分子间引力和斥力平衡的位置。

通过功能关系可以从分子势能的图象中得到有关分子力

O 的信息，则下列说法正确的是（ ） A．图中r1是分子间的引力和斥力平衡的位置 B．假设将两个分子从r=r2处释放，它们将相互靠近 C．当分子间的距离r=r3时，分子间只有引力没有斥力 D．当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都会增大

r1 r2 r3 r 16．把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周，给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，如图所示。不开电动机让这个筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s，在某电压下，电动偏心轮的转速是50 r/min。已知增大电动偏心轮

电压可使其转速提高，而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期。为使共振筛的振幅增大，以下做法可行的是（ ）

①降低输入电压 ②提高输入电压 ③增加筛子质量 ④减小筛子质量 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 17．振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波如右图所示， 则在波传播到细绳上一点P时开始计时，下列图乙的 四个图形中能表示P点振动图象的是（ ）

A P 不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

x t A x t B x t C x t D

18．一列简谐横波某时刻波形如图甲所示。由该时刻开始计时，质点L的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是（ ） A．该横波沿x轴负方向传播 B．质点N该时刻向y轴负方向运动 C．质点L经半个周期将沿x轴正方向移动 D．该时刻质点K与M的速度、加速度都相同

19．关于静摩擦力做功和滑动摩擦力做

功，下列说法正确的是（ ）

甲

M 乙

y K L N x y O O t A．静摩擦力总是做正功，滑动摩擦力总是做负功

B．静摩擦力对物体一定不做功，滑动摩擦力对物体可能不做功 C．静摩擦力对物体可能做功，滑动摩擦力对物体一定做功 D．静摩擦力和滑动摩擦力都可能对物体不做功

20．如图，游乐场中，从高处P到水面Q处有三条不同的光滑轨道，图中甲和丙是两条长度相等的曲线轨道，乙是直线轨道。甲、乙、丙三小孩沿不同轨道同时从P处自由滑向Q处，下列说法正确的有（ ）

A．甲的切向加速度始终比丙的小

B．因为乙沿直线下滑，所经过的路程最短，

丙 P 甲 乙 Q 所以乙最先到达Q处

C．虽然甲、乙、丙所经过的路径不同，但它们 的位移相同，所以应该同时到达Q处 D．甲、乙、丙到达Q处时的速度大小是相等的

21、在同一竖直平面内，3个完全相同的小钢球（1号、2号、3号）悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。以下分析正确的是（ ）

A．将1号移至高度h释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度

1 不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

2 3 h。若2号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3号仍能摆至高度h

B．将1、2号一起移至高度h释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都守恒

C．将右侧涂胶的1号移至高度h释放，1、2号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒，3号仍能摆至高度h

D．将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度h释放，碰撞后，2、3号粘在一起向右运动，未能摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都不守恒

二、实验题（共18分。）

22．某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律实验。先让a球从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下，在水

h a 定位卡 入射球 b 靶球 平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰

O 重垂线记录纸 H A B C 后两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。多

次实验完成后，应该用一个尽量小的圆把多次落点圈在其中，其圆心为落点的平均位置。图中A、B、C是各自10次落点的平均位置。

（1）本实验必须测量的物理量有以下哪些？ 。（多选） A．小球a、b的半径ra、rb B．小球a、b的质量分别为ma、mb C．斜槽轨道末端到水平地面的高度H

D．小球a、b在离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h （2）下列说法中符合本实验要求的是 。（多选） A．安装轨道时，轨道末端必须水平 B．需要使用的测量仪器有秒表和刻度尺 C．两球相碰时，两球心必须在同一水平面上

D．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放

（3）若入射小球a质量为ma，半径为ra，被碰小球b质量为mb，半径为rb，则实验中要求ma mb，

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

ra rb。（选填“＜”、“＞”、“=”）

（4）放上被碰小球b后，两小球碰后：a球的落地点是图中水平面上的 点，b球的落地点是图中水平面上的 点。（选填“A”、“B”、“C”）

为测定未放小球b时，小球a落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐，如图给出了小球a落点附近的情况，由图可得小球a落点到O点的距离应为 cm。

（5）甲同学测量所得入射球a的质量为ma，被碰撞小球b的质量为mb。图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，测得图中A、B、C与O点的距离分别为xA、xB、xC。用这些测量数据，写出下列相应表达式：

①当所测物理量满足表达式 时，即说明两球碰撞中动量守恒。 ②当所测物理量满足表达式 时，即说明两球碰撞为完全弹性碰撞。 （6）乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球a、球b与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球a从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为O′；然后将木

O a b 木条 O′ A′ B′ C′ HA HB HC 49 50 51 单位：cm

条平移到图中所示位置，入射球a从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点；再将入射球a从斜轨上起始位置由静止释放，与球b相撞，确定球a和球b相撞后的撞击点。这些撞击点分别对应图中的A′、B′、C′，测得A′、B′、C′与O′的高度差分别为HA、HB、HC。若所测物理量满足表达式 时，即说明球a和球b碰撞中动量守恒。

三、计算题（本题共4小题，9分+9分+10分+12分=40分。）

23．无人机在距离水平地面高度h处，以速度υ0水平匀速飞行并释放一包裹，不计空气阻力，重力加速度为g。

（1）求包裹释放点到落地点的水平距离x； （2）求包裹落地时的速度大小υ；

（3）以释放点为坐标原点，初速度方向为x轴方向，竖直向下为y轴方向，建立平面直角坐标系，写出该包裹运动的轨迹方程。

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

24．如图，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放，A与B碰撞后结合为一个整体，并沿桌面滑动。已知A的质量mA=1kg，B的质量mB=2kg，圆弧轨道的半径R=0.45m，圆弧轨道光滑，A和B整体与桌面之间的动摩擦因数μ=0.2。取重力加速度g=10m/s2。 （1）求碰撞前瞬间A的速率υ；

（2）求碰撞后瞬间A和B整体的速率υ′和碰撞过程中A、B系统损失的机械能E损； （3）A和B整体在桌面上滑动的距离L。

25．物体中的原子总是在不停地做热运动，原子热运动越激烈，物体温度越高；反之，温度就越低。所以，只要降低原子运动速度，就能降低物体温度。“激光致冷”的原理就是利用大量光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体温度。

使原子减速的物理过程可以简化为如下情况：如图所示，某原子的动量大小为p0。将一束激光（即大量具有相同动量的光子流）沿与原子运动的相反方向照射原子，原子每吸收一个动量大小为p1的光子后自身不稳定，又立即发射一个动量大小为p2的光子，原子

通过不断吸收和发射光子而减速。（已知p1、p2均远小于p0，普朗克常量为h，忽略原子受重力的影响）

（1）若动量大小为p0的原子在吸收一个光子后，又向自身运动方向发射一个光子，求原子发射光子后动量p的大小；

（2）从长时间来看，该原子不断吸收和发射光子，且向各个方向发射光子的概率相同，原子吸收光

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

A R O B 原子

p1激光

子的平均时间间隔为t0。求动量大小为p0的原子在减速到零的过程中，原子与光子发生“吸收-发射”这一相互作用所需要的次数n和原子受到的平均作用力f的大小；

（3）根据量子理论，原子只能在吸收或发射特定频率的光子时，发生能级跃迁并同时伴随动量的变化。此外，运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响，即光源与观察者相对靠近时，观察者接收到的光频率会增大，而相对远离时则减小，这一频率的“偏移量”会随着两者相对速度的变化而变化。

a．为使该原子能够吸收相向运动的激光光子，请定性判断激光光子的频率ν和原子发生跃迁时的能量变化ΔE与h的比值之间应有怎样的大小关系；

b．若某种气态物质中含有大量做热运动的原子，为使该物质能够持续降温，可同时使用6个频率可调的激光光源，从相互垂直的3个维度、6个方向上向该种物质照射激光。请你运用所知所学，简要论述这样做的合理性与可行性。

26．某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。

a（m·s2） a车 图1所示为该列车在进站停车过程中设定的0.7 0.6 加速度大小a车随速度υ的变化曲线。

0.5 0.4

0.3 （1）求列车速度从20m/s降至3m/s经过的时间0.2 0.1 t及行进的距离x。

O 3 20

（2）有关列车电气制动，可以借助图2模型来

P 40 60 图1

80 100 υ（m·s1）

理解。图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导轨的电阻。MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的P点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线。

N 图2

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

M R

（3）制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从100m/s减到3m/s的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强？ （注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

参考★★★答案★★★

1B 2D 3A 4C 5D 6C 7B 8C 9A 10C 11C 12D 13B 14C 15D 16C 17A 18B 19D 20D 21D

22、（1）BE （2）ACD （3）ma ＞ mb，ra = rb （4）A B 50.10cm （5）①maxB=maxA+mbxC ②xA+xB=xC （6）

mammab HBHCHA23、【详解】(1)包裹脱离无人机后做平抛运动，在竖直方向做自由落体运动，则

h解得

t12gt 22h g水平方向上做匀速直线运动，所以水平距离为

xv0tv0(2)包裹落地时，竖直方向速度为

2h gvygtg落地时速度为

2h g222vv0vyv02gh (3)包裹做平抛运动，分解位移

xv0t

y两式消去时间得包裹的轨迹方程为

12gt 2yg2x 22v024、【详解】（1）对A，从释放→碰撞前，由动能定理得：

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

mAgR1mAv20 2v2gR3m/s

（2）对A、B组成的系统，在碰撞过程中，由动量守恒得：

mAv0mAmBv v碰撞之前的机械能为E前mAv1m/s

mAmB1mAv204.5J 212碰撞之前的机械能为E后mAmBv1.5J

2∴碰撞过程中损失的机械能为E损=E前－E后=3J （3）A和B整体在桌面上做匀减速直线运动，有

mAmBgmAmBa

ag2m/s2

又0v22aL v2L0.25m2a25、【详解】（1）原子吸收和放出一个光子，由动量守恒定律有：p0p1=pp2

原子放出光子后的动量为：pp0p1p2

（2）由于原子向各个方向均匀地发射光子，所以放出的所有光子总动量为零。设原子经n次相互作用后速度变为零。

对原子和所有光子组成的系统，由动量守恒定律得：

p0np10

∴ np0 p1原子从初动量为p0开始，到动量减为零，所用的总时间为n·t0。 在n·t0时间内，对原子，由动量定理得：

f·nt0=p0

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

可得：fp0p1 nt0t0说明：若由f(n-1)t0=p0解得fp0p1不扣分。

(p0p1)t0（3）a．静止的原子吸收光子发生跃迁，跃迁频率应为0E，考虑多普勒效应，由于光子与原h子相向运动，原子接收到的光子频率会增大。所以为使原子能够发生跃迁，照射原子的激光光子频率E hb．①对于大量沿任意方向运动的原子，速度矢量均可在同一个三维坐标系中完全分解到相互垂直的3个纬度上；

②考虑多普勒效应，选用频率E的激光，原子只能吸收反向运动的光子使动量减小。通h过适当调整激光频率，可保证减速的原子能够不断吸收、发射光子而持续减小动量；

③大量原子的热运动速率具有一定的分布规律，总有部分原子的速率能够符合光子吸收条件而被减速。被减速的原子通过与其他原子的频繁碰撞，能够使大量原子的平均动能减小，温度降低。

所以，从彼此垂直、两两相对的6个方向照射激光，能使该物质持续降温，这样做是可行的，合理的。

26、【详解】（1）由图1可知，列车速度从20m/s降至3m/s的过程加速度为0.7m/s2的匀减速直线运动，由加速度的定义式

a得

v tt由速度位移公式

v203170ss24.3s a0.772v2v02ax

得

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

2v2v032202xm279.3m

2a20.7（2）由MN沿导轨向右运动切割磁场线产生感应电动势

EBLv

回路中感应电流

IMN受到的安培力

E RFBIL

加速度为

a结合上面几式得

F mB2L2v amR所以棒的加速度与棒的速度为正比例函数。又因为列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，所以列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过P点的正比例函数。画出的图线如下图所示。

(3)由（2）可知，列车速度越小，电气制动的加速度越小。由题设可知列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。所以电气制动和空气阻力产生的加速度都随速度的减小而减小。由图1 中，

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

列车速度从20m/s降至3m/s的过程中加速度大小a车随速度v减小而增大，所以列车速度从

20m/s降至3m/s的过程中所需的机械制动逐渐变强，所以列车速度为3m/s附近所需机械制动

最强。

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