2022届高考物理三模试卷及答案 (4)

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2022届高考物理三模试卷 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。1.北极光是出现于地球北极的高纬地区上空的一种绚丽多彩的发光现象，由来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生.下列关于氢原子光谱的说法正确的是(   )
 A.氢原子光谱是连续谱B.大量氢原子从激发态跃迁到基态最多能发出6种不同频率的光C.用能量为12 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使氢原子跃迁到能级D.已知可见光的光子能量为1.63 eV~3.10 eV，要使处于基态（）的氢原子被激发后可辐射出可见光，最少应给氢原子提供的能量为12.09 eV2.2021年10月15日，伴随着“三、二、一”的倒计时，“神舟十三号”在“长征二号”运载火箭的推动下顺利进入太空，“神舟十三号”航天员翟志刚、王亚平和叶光富也将开始为期6个月的“太空旅行”.如图所示为“长征二号”运载火箭，下列关于它在竖直方向加速起飞过程的说法，正确的是(   )
 A.火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力B.燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭升空C.保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后处于失重状态D.火箭喷出的热气流对火箭的作用力大于火箭对热气流的作用力3.第24届冬奥会在我国北京市和河北省张家口市联合举行，激发了广大冰雪运动爱好者的兴趣.其中，跳台滑雪比赛中的跳台由助滑坡、着陆坡、停止区组成，若着陆坡为倾角37°的斜面，运动员在坡顶以10 m/s的初速度水平飞出，最后落回着陆坡.若忽略一切阻力影响，则下列说法正确的是（取）(   )
 A.运动员在空中的飞行时间为1.5 s B.运动员落到着陆坡时的速率与下落高度成正比C.运动员落在着陆坡上时速度方向与水平方向的夹角为74°D.从飞出开始计时，运动员与着陆坡相距最远时所需时间与初速度无关4.某研究性学习小组用如图甲所示装置研究平行板电容器的放电现象，开关先置于1位置对电容器充电，稳定后，开关置于2位置，利用电流传感器记录电容器放电过程，作出图线如图乙所示，已知电源电动势为E，图线与坐标轴围成面积为S.下列说法正确的是(   )
 A.电容器放电时通过电流传感器的电流减小得越来越快B.电容器放电持续时间与电阻R的阻值没有关系C.电容C的大小等于D.电阻R的阻值会影响电容C的测量结果5.如图所示，竖直放置的板左侧为垂直纸面向里的匀强磁场，右侧为垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小均为，一质量，带电荷量的粒子（不计重力）从小孔1位置以垂直板方向，大小为的速度开始运动，依次通过小孔2、3、4，已知相邻两孔间的距离相等.则(   )
 A.粒子带负电B.相邻两孔间的距离为0.2m C.带电粒子从小孔1运动到小孔4所需时间约为D.带电粒子在板右侧匀强磁场中运动的时间约为6.如图所示，一绝缘细线竖直悬挂一小球A，在水平地面上固定一根劲度系数为的绝缘轻质弹簧，弹簧上端与小球C相连，在小球A和C之间悬停一小球B，当系统处于静止时，小球B处在两小球的中间位置.已知三小球质量均为m，电荷量均为q，电性未知.则下列判断正确的是(   )
 A.相邻两小球之间的间距为 B.弹簧的形变量为C.细线对小球A的拉力大小为 D.小球C受到的库仑力大小为7.汽车通过拱形桥面和凹形桥面是生活中常见的两种现象.如图所示，若在汽车中固定一力传感器，力传感器下端挂有一小球.当汽车通过拱形桥面的最高点和通过凹形桥面最低点时速度大小均为v.已知汽车的质量为M，小球的质量为m，桥面的圆弧半径均为r，重力加速度取g.下列说法正确的是(   )
 A.甲图中汽车对桥面的压力大于汽车所受的重力B.乙图中汽车对桥面的压力大于汽车所受的重力C.甲图中力传感器的示数大小为D.乙图中力传感器的示数大小为二、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，每题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。8.一探测器从某天体表面开始竖直向上做初速度为零的匀加速直线运动，上升的距离是此天体半径的，在此过程的起点、终点处探测器发动机提供的推力差值为。已知该天体表面的重力加速度为，引力常量为G，忽略天体的自转，下列说法正确的是(   )A.探测器的质量为B.若探测器的质量为m，探测器匀加速直线运动的加速度为C.若此天体的质量为M，则天体的第一宇宙速度为D.若天体的半径为R，探测器匀加速运动的加速度为a，则在终点探测器的动能为9.带电粒子在电场中会受到电场力的作用而进行加速或偏转，从而可以检验带电粒子的性质，某平行板两极间存在一匀强电场，其电压与时间关系如图所示，当时，在平行板中间由静止释放一个带负电粒子，设带电粒子只受电场力的作用，粒子在运动过程不会碰撞极板，则下列说法中正确的是(   )
 A.带电粒子做单向的匀变速直线运动 B.4 s末带电粒子回到原出发点C.0~3 s内，电场力的冲量为零 D.0~3 s内，电场力做的总功为零10.如图所示，在倾角为的光滑绝缘斜面上以为界，其下方存在垂直斜面向上的匀强磁场，上方存在沿斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B.斜面上还有两个垂直于斜面方向固定的光滑立柱.用细线（图中虚线）拴住质量为m、宽为L的足够长U形光滑金属导轨固定于斜面上的两点上，段导轨电阻为R，其余段电阻不计.一电阻为R、质量为m、长度为L的导体棒始终被立柱挡住而静止放置在U形导轨上，构成矩形.烧断细线后，导轨向下运动过程中，导体棒始终与导轨垂直且接触良好，已知从烧断细线到导体棒与导轨间刚达到最小作用力的这一过程中，金属导轨在斜面上下滑的距离为x，则下列说法正确的是(   )
 A.金属导轨做匀加速直线运动B.金属导轨最终的速度为C.导体棒上产生的焦耳热为D.导体棒与导轨间的最小作用力三、非选择题：共54分。第11~14题为必考题，每个试题考生都必须做答，第15~16题为选考题，考生根据要求做答。（一）必考题：共42分。11.（6分）某实验小组要描绘小灯泡（2.5V0.5W）的伏安特性曲线，实验室提供以下器材可供选择：A.直流电源3V（内阻不计）B.直流电压表（量程为0~3V，内阻约为3kΩ）C.直流电压表（量程为0~15V，内阻约为25kΩ）D.直流电流表（量程为0~300mA，内阻约为5 Ω）E.直流电流表（量程为0~600mA，内阻约为1 Ω）F.滑动变阻器（最大阻值100 Ω，允许通过的最大电流为0.5A）G.滑动变阻器（最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2A）H.导线和开关实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.（1）实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________.（均填器材前的字母标号）（2）请在方框中画出实验使用的电路图，仪器用题目中的符号表示.
 （3）根据实验数据，作出的小灯泡图线如图所示.由此可知，当电压为1.5 V时，小灯泡的灯丝电阻为________（结果保留2位有效数字）.由图可知，随着电压的增大，小灯泡的电阻________（填“增大”或“减小”）.
 12.（8分）某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器（内壁光滑）等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量为m的弹丸（可看作质点）压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能：
 （1）甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意________；弹簧的弹性势能表达式为__________.（2）乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面左侧固定弹射器，右侧的位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连，并用刻度尺测得两点间的水平距离x.计时器记录下弹丸从A到B所用的时间t.
①弹丸被弹射出的速度大小的表达式是________；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能_______.（均用题中字母符号表示）
②弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_______（填“有”或“没有”）影响.
（3）请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：_______. 13.（12分）如图所示，一条轨道固定在竖直平面内，轨道水平且粗糙，段光滑，其中段是以点为圆心，半径的一小段圆弧.可视为质点的物体a和b分别静止在A和B，质量均为.现用与竖直方向成的斜向上的拉力拉动物体a，经位移后撤去拉力F，紧接着物体a与物体b发生碰撞，碰撞过程中无能量损失，碰后，物体b沿着轨道运动.已知a与段轨道的动摩擦因数为，重力加速度为.求：
 （1）碰撞前物体a的速度大小；（2）试通过计算说明在轨道上物体b在O点之后将做什么运动？      14.（16分）空间中存在上、下两个不同的匀强电场区域，已知上、下场区的水平长度为L，上、下场区的宽度均为d，如图所示.电荷量为、质量为m的带电小球从上边界距离O点距离为d的点以初速度垂直电场入射，小球第一次经过对称轴时离O点的距离为，小球进入下半区域的同时加上一恒定的垂直纸面向里的匀强磁场B，发现小球做圆周运动且恰好不越过下边界，并最终运动至上半区域水平射出，重力加速度为g，求：
 （1）上半区域中匀强电场的电场强度E的大小；（2）磁场的磁感应强度B的大小；（3）求小球在场区中运动的总时间.       （二）选考题：共12分。请考生从2道题中任选一题作答15.【选修3—3】（12分）（1）如图所示，一定量的理想气体由状态a经等压过程到达状态b，再经过程到达状态c.已知a的坐标为的坐标为的坐标为，由此可知，整个过程为_______（填“等容过程”“非等容过程”或“无法确定”），a至c整个过程中，气体_______（填“吸收”或“放出”）热量.
 （2）如图所示，一竖直放置的导热气缸被轻活塞和固定隔板分成两个装有同种气体的气室.已知外界大气压强为，气室1内气体压强为，两气室气柱长均为L，活塞面积为S，重力加速度为g，活塞与气缸间无摩擦，且外界温度始终不变.现在活塞上方缓慢释放质量为m的细砂.

（ⅰ）求气室2的气柱长；（ⅱ）再将隔板缓慢抽去，两气室的气体均未漏气、进气，求稳定后气体的气柱长.      16.【选修3—4】（12分）（1）如图所示为一列向左传播的横波，当波传到的A质点时开始计时，经过2秒观察到A质点第2次到达波谷位置，则A质点振动的周期为_______s；该波的波速为_______m/s，经3.2秒，A质点运动的路程为_______cm.
 （2）如图所示，一截面是夹角为扇形的透明圆柱体，放置在水平桌面上.现有一束光平行于桌面从的中点A射到圆柱体表面上，折射进入后恰好从中点B处垂直截面射出；若将这束光平行于桌面从中点C处射到圆柱体表面上，则折射后从截面的D点射出，测得D距圆心O的距离为d.求：
 （ⅰ）透明圆柱体的折射率；（ⅱ）光束从C到D经历的时间.

                
答案以及解析1.答案：D解析：氢原子发射的光子的能量是不连续的，只能形成一些特殊频率的谱线，故A错误；大量氢原子从激发态跃迁到基态最多能发出不同频率的光的种类为，故B错误；光子的能量为12 eV，大于氢原子第1能级和第2能级的能量差，小于第1能级和第3能级的能量差，故处于基态的氢原子无法吸收12 eV的光子的能量而跃迁到能级，C错误；基态（）氢原子被激发后，从能级到能级跃迁产生的能量为，故至少被激发到能级后，跃迁才可能产生能量在1.63（eV）~3.10 eV的可见光，则最少应给氢原子提供的能量为，故D正确.2.答案：C解析：火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，由牛顿第三定律知航天员对座椅的压力大于自身重力，A错误；火箭受到重力、空气阻力以及内部燃料喷出时的作用力，燃料燃烧向下喷气，喷出的气体的反作用力推动火箭升空，B错误；保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后，由于具有竖直向上的速度，所受重力和空气阻力均竖直向下，合外力方向竖直向下，故加速度方向竖直向下，处于失重状态，C正确；火箭喷出的热气流对火箭的作用力与火箭对热气流的作用力是作用力和反作用力，二者等大反向，D错误.3.答案：A解析：由题意得，运动员起跳点后的腾空飞行可简化为平抛运动，由平抛运动规律有，水平方向，竖直方向.由题意可知，解得，故A正确；运动员从水平飞出至落到着陆坡时，由动能定理得，解得运动员落到着陆坡时的速率，与下落高度不成正比，故B错误；设运动员落在着陆坡上时速度与水平方向的夹角为θ，则有，解得.C错误；当运动员做平抛运动的速度方向与着陆坡平行时，运动员与着陆坡相距最远，有，所需时间为，即其与初速度成正比，故D错误.4.答案：C解析：由题图乙可知，图线的斜率的绝对值越来越小，说明流过电流传感器的电流减小得越来越慢，A错误；电阻R越大，电路中的电流越小，而电容器储存的电荷量一定，所以电容器放电持续时间与电阻R的阻值有关，B错误；图线与时间轴所围的面积表示电荷量，所以电容器储存的电荷量为S，根据电容的定义式，可得电容C的大小为，C正确；电阻R的阻值的大小会影响放电时间，但不会影响放电量的多少，也就不会影响电容C的大小的测量结果，D错误.5.答案：C解析：由左手定则可判断出粒子带正电，A错误；画出粒子的运动轨迹如图所示，由洛伦兹力提供向心力得，可得，则，B错误；，带电粒子从小孔1运动到小孔4所需时间等于，即约为，C正确；如图所示，带电粒子在板右侧匀强磁场中运动的时间等于T，约为，D错误.
 6.答案：B解析：如图甲所示，以小球B为研究对象，小球A和小球C分别对小球B的库仑力大小相等，且小球A和小球C对小球B的合力与小球B的重力等大反向，所以小球A和小球B带异种电荷，小球B和小球C带同种电荷，即小球A和小球C对小球B的库仑力大小均为，由库仑定律可得，解得小球A和小球B之间距离为，A错误；如图乙所示，以小球A为研究对象，受到小球B向下的库仑力为，受到小球C向下的库仑力是受到小球B的，即为，所以小球A受到的拉力为，C错误；如图丙所示，以小球C为研究对象，小球C受到小球B向下的库仑力为，受到A向上的库仑力为，则小球C对弹簧的压力为，小球C受到向上的弹力为，由胡克定律得，解得弹簧的形变量为，B正确，D错误.
 7.答案：A解析：当汽车通过凹形桥面最低点时，根据曲线运动特点可知，汽车处于超重状态，凹形桥面对汽车的支持力大于汽车所受到的重力，当汽车通过拱形桥面的最高点时，汽车处于失重状态，桥面对汽车的支持力小于汽车所受到的重力，故A正确，B错误；对题图甲中的小球受力分析如图1所示，根据牛顿第二定律得，则力传感器的示数，故C错误；对题图乙中的小球受力分析如图2所示，根据牛顿第二定律得，则力传感器的示数，故D错误.
 8.答案：AD解析：本题考查万有引力与航天。设在匀加速运动的起点、终点处发动机的推力分别为，由题意可得，设天体的半径为R，质量为M，探测器的质量为m，探测器匀加速上升的加速度为a，由万有引力定律与牛顿第二定律可得，，又，联立解得，A正确；由已知条件无法求出探测器做匀加速直线运动的加速度，B错误；由，可得，与联立解得该天体的第一宇宙速度，C错误；探测器受到的合力，由动能定理得，结合，解得在此过程的终点处，探测器的动能，D正确。9.答案：CD解析：作出带电粒子在交变电场中的图像如图所示，不难发现，3 s末粒子回到了出发点，3 s后重复这样运动，一直做往复运动，并非单向的匀变速直线运动，AB错误；0~3 s内，对粒子由动量定理得，故0~3 s内电场力的冲量为零，C正确；0~3 s内，对粒子由动能定理得，故0~3 s内电场力做的总功为零，D正确.
 10.答案：BD解析：烧断细线后，对导轨，由牛领第二定律知，随着v增大，加速度a减小，时，最大，即，则导轨先做加速度减小的加速运动，后做匀速运动，B正确，A错误；设从烧断细线到导体棒与导轨间刚达到最小作用力的过程中，导体棒上产生的焦耳热为，则回路总焦耳热为，由能量守恒知，又，则，C错误；对导体棒受力分析知，正垂直斜面方向，导体棒受到的安培力始终等于导轨边受到的安培力，即，得，D正确.11.答案：（1）B；D；G（2）如图所示
 （3）8.6 Ω；增大解析：（1）小灯泡的额定电压为2.5 V，电压表的量程为0~3 V便可，故选B；小灯泡的额定功率为0.5 W，可知小灯泡的额定电流，为了保证电流表读数的准确性，电流表选择D；实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，并能进行多次测量，滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器最大阻值较小时，采用分压式接法能使小灯泡两端电压变化更加均匀，作出的图像更加准确，所以选择G.（2）滑动变阻器用分压式接法，由于小灯泡的电阻比较小，电流表用外接法.故实验电路图如答图所示.（3）根据题图线可知，当电压为1.5 V时，电流为0.175 A，根据欧姆定律可知小灯泡的内阻为；根据欧姆定律可知，在图像中点某与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电压的增大，小灯泡电阻增大.12.答案：（1）弹射器必须水平；（2）①；
②没有（3）甲组实验中，在不改变高度h的情况下，进行多次实验，测量多组水平射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差（或：乙组实验中，x的距离要多次测量取平均值）解析：（1）在安装弹射器时应注意弹射器必须保持水平，以保证弹丸初速度沿水平方向；弹丸被抛出后做平抛运动，根据机械能守恒定律得，弹丸出射的动能由弹簧的弹性势能转化而来，由平抛运动规律有水平方向，竖直方向，联立解得弹丸水平抛出的速度，由机械能守恒定律有弹簧的弹性势能为.（2）①弹丸被弹射出去后做平抛运动，所以弹丸被弹射出的速度大小的表达式为；弹簧的弹性势能等于弹丸被弹射后的动能，由机械能守恒定律得静止释放物块时，弹簧的弹性势能；②由力作用的独立性可知，重力不影响水平方向的速度，则弹丸的水平速度始终保持不变，故重力对实验结果没有影响.13.答案：（1）3 m/s（2）见解析解析：解：（1）对物体a受力分析可知①
②
根据匀变速直线运动公式可得③
解得碰前物体a的速度大小④
（2）物体a与b碰撞瞬间，根据动量守恒定律可得⑤
根据机械能守恒定律可得⑥
联立④⑤⑥可得⑦
物体b由B至O，根据动能定理可得⑧
在O点，根据牛顿第二定律可得⑨
联立⑦⑧⑨，代入数据可得轨道对物体b的支持力⑩
综合以上分析可知，在轨道上物体b在O点之后做平抛运动⑪14.答案：（1）（2）（3）解析：解：（1）小球第一次在上半区域电场中运动时做类平抛运动如图所示，又由题意知，
则过对称轴时合位移与水平方向夹角的正切值为

所以，合速度v与水平方向的夹角的正切值

解得

小球在A点的合速度
竖直方向速度大小为
由运动学公式有
解得小球做类平抛运动的加速度为
由牛顿第二定律有
解得上半区域中匀强电场的电场强度E的大小为
（2）由分析可知当小球进入下半部分电场和磁场重叠区域时，小球做圆周运动，则电场力与重力平衡，
由洛伦兹力提供向心力，有
解得
因为小球恰好不越过下边界，由几何关系得

联立解得
（3）由分析可知小球先做类平抛运动，再做四分之一个圆的匀速圆周运动，接着做类斜抛运动至速度水平，此为一个完整的运动周期；设小球经历N个周期后从场区出来
小球第1次做类平抛运动的时间为

小球第1次在下半区域做圆周运动的时间为

由对称关系得小球第1次在上半区域做类斜抛运动的时间为
匀速圆周运动阶段在方向的总弦长为

小球在一个周期内水平方向的总位移为

小球在场区中运动的周期次数

故小球在场区中运动的总时间
 15.答案：（1）非等容过程；放出（2）见解析解析：（1）根据坐标可知，所在直线不经过原点，根据理想气体状态方程可知，过程为非等容过程；整个过程，初末温度相同，因此，根据理想状态方程可知，气体体积减小，外界对气体做功，即，又，故，因此气体在整个过程放出热量.（2）解：（ⅰ）对于气室2气体，根据玻意耳定律可得
活塞上方加入细砂后，对活塞受力分析有
联立以上两式可得气室2的气柱长
（ⅱ）由于两气室气体均为相同气体，当把隔板缓慢抽去时，以气室1和气室2的气体整体为研究对象，
根据玻意耳定律得
可得此时气体的气柱长16.答案：（1）1.6；0.025；16（2）见解析解析：（1）根据题意得时观察到A质点第2次经过波谷，故，解得；由于波长为，则波速为；经过3.2 s即的路程为.（2）解：（ⅰ）如图所示，由几何关系得

则透明圆柱体的折射率
（ⅱ）如图所示，由几何关系得
得

可得
光在圆柱体内传播的速度
则光束在圆柱体内从C到D经历的时间