2023届山西省忻州一中等高三第一次质量调研物理试题

2023届山西省忻州一中等高三第一次质量调研物理试题

注意事项

1．考生要认真填写考场号和座位序号。

2．试题所有答案必须填涂或书写在答题卡上，在试卷上作答无效。第一部分必须用2B 铅笔作答；第二部分必须用黑色字迹的签字笔作答。

3．考试结束后，考生须将试卷和答题卡放在桌面上，待监考员收回。

一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、如图所示为等边三角形ABC，在A、B两点放等量异种点电荷，已知A、B连线中点处的电场强度和电势分别为E、φ，则C点的场强和电势分别为（　　）

A．E、φ B．E、φ C．E、φ D．E、φ

2、如图所示，MN、PQ是倾角为的两平行光滑且足够长的金属导轨，其电阻忽略不计。空间存在着垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。导体棒ab、cd垂直于导轨放置，且与导轨接触良好，每根导体棒的质量均为m，电阻均为r，导轨宽度为L，与导轨平行的绝缘细线一端固定，另一端与ab棒中点连接，细线承受的最大拉力。现将cd棒由静止释放，当细线被拉断时，则（　　）

A．cd棒的速度大小为 B．cd棒的速度大小为

C．cd棒的加速度大小为gsin D．cd棒所受的合外力为2mgsin

3、质点在Ox轴运动，时刻起，其位移随时间变化的图像如图所示，其中图线0~1s内为直线，1~5s内为正弦曲线，二者相切于P点，则（　　）

A．0~3s内，质点的路程为2m B．0~3s内，质点先做减速运动后做加速运动

C．1~5s内，质点的平均速度大小为1.27m/s D．3s末，质点的速度大小为2m/s

4、如图所示，aefc和befd是垂直于纸面向里的匀强磁场I、II的边界，磁场I、Ⅱ的磁感应强度分别为B1、B2，且B2=2B1，一质量为m、电荷量为q的带电粒子垂直边界ae从P点射入磁场I，后经f点进入磁场II，并最终从fc边界射出磁场区域．不计粒子重力，该带电粒子在磁场中运动的总时间为（  ）

A． B．

C． D．

5、生活中常见的手机支架，其表面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整光滑的硬性物体时，会牢牢吸附在物体上。如图是一款放置在高铁水平桌面上的手机支架，支架能够吸附手机，小明有一次搭乘高铁时将手机放在该支架上看电影，若手机受到的重力为，手机所在平面与水平面间的夹角为，则下列说法正确的是（　　）

A．当高铁未启动时，支架对手机的作用力大小等于

B．当高铁未启动时，支架受到桌面的摩擦力方向与高铁前进方向相反

C．高铁匀速行驶时，手机可能受到5个力作用

D．高铁减速行驶时，手机可能受到3个力作用

6、通过实验研究通电长直导线间的相互作用规律。如图所示，为两根平行的长直导线，通过外接直流电源分别给两导线通以相应的恒定电流。为导线所在平面内的两点。下列说法中正确的是（　　）

A．两导线中的电流大小相等、方向相反时，点的磁感应强度为零

B．导线电流向上、导线电流向下时，导线所受安培力向右

C．点的磁感应强度一定不为零

D．两导线所受安培力的大小一定相等

二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、如图甲所示，门式起重机又叫龙门吊，门式起重机的场地利用率高、作业范围大，在港口得到广泛使用。其简易图如图乙所示，假设长为L的钢绳能承受的最大拉力为T，钢绳的上端栓接在滑轮上，另一端连接质量为m的集装箱，开始整个装置在横臂上以共同的速度做匀速直线运动，当其运动到图中O＇位置时，绳子上端的滑轮突然被锁定，集装箱开始以O＇为圆心摆动，假设滑轮与集装箱的大小可忽略不计，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）

A．如果，则上述过程中钢绳一定不会断裂

B．如果装置匀速运动的速度大小为v，则集装箱允许的最大质量为

C．如果集装箱的质量为2m，则装置匀速运动时的最大速度为

D．如果保持上端滑轮静止，加速向上提升集装箱（不摆动），集装箱加速上升允许的最大加速度为

8、如图所示，O是一固定的点电荷，虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线，负点电荷q仅在电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a处运动到b处，然后又运动到c处．由此可知(　　)

A．O为正电荷

B．在整个过程中q的电势能先变小后变大

C．在整个过程中q的加速度先变大后变小

D．在整个过程中，电场力做功为零

9、封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（   ）

A．气体的密度增大 B．气体的压强增大

C．气体分子的平均动能减小 D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多

10、两根长直导线平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图，图中点为两根导线连线的中点，为的中垂线上的两点且与等距，两导线中通有恒定电流，已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度的大小跟该点到通电导线的距离成反比，则下列说法中正确的是（　　）

A．若中通以等大同向电流，点的磁感应强度为零

B．若中通以等大反向电流，则点和点的磁感应强度相同

C．若中通以大小不等的反向电流，则磁感应强度为零的点在之间的连线上

D．若中通以大小不等的同向电流，则磁感应强度为零的点在连线的延长线上

三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11．（6分）某兴趣小组用如图所示的办法来测玻璃的折射率，找来一切面为半球的透明玻璃砖和激光发生器。若激光垂直底面半径从点射向玻璃砖，则光线沿着___________射出；若将激光发生器向左移动，从点垂直底面射向玻璃砖，光线将沿着如图所示的方向从点射出，若想求此玻璃砖的折射率，需要进行以下操作：

（a）测玻璃砖的半径：____________。

（b）入射角的测量：__________，折射角的测量：_______。

（c）玻璃砖的折射率计算表达式：_______________。

（d）将激光束继续向左移动到点，刚好看不到出射光线，则临界角即等于图中_______。

12．（12分）如图甲所示，一根伸长可忽略的轻绳跨过轻质定滑轮，两个质量相等的砝码盘分别系于绳的两端。甲、乙两位同学利用该装置探究系统加速度与其所受合力的关系。共有9个质量均为m的砝码供实验时使用。

请回答下列问题：

(1)实验中，甲将左盘拉至恰好与地面接触，乙把5个硅码放在右盘中，4个底码放在左盘中。系统稳定后，甲由静止释放左盘；

(2)若要从(1)的操作中获取计算系统加速度大小的数据，下列器材中必须使用的是____（填正确答案标号）；

A．米尺       

B．秒表       

C．天平       

D．弹簧秤

(3)请说明用(2)中选择的器材要测量本实验中的必要物理量是：_________________；

(4)由(3)中测量得到的物理量的数据，根据公式________________（用所测量物理量的符号表示），可以计算岀系统加速度的大小：

(5)依次把左盘中的砝码逐个移到右盘中，重复(1)(3)(4)操作；获得系统在受不同合力作用下加速度的大小，记录的数据如下表，请利用表中数据在图乙上描点并作出a-F图象___________；

(6)从作出的a－F图像能得到的实验结论是：___________________。

四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13．（10分）如图所示，宽度为L、足够长的匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里．绝缘长薄板MN置于磁场的右边界，粒子打在板上时会被反弹(碰撞时间极短)，反弹前后竖直分速度不变，水平分速度大小不变、方向相反．磁场左边界上O处有一个粒子源，向磁场内沿纸面各个方向发射质量为m、电荷量为＋q、速度为v的粒子，不计粒子重力和粒子间的相互作用，粒子电荷量保持不变。

(1)要使粒子在磁场中运动时打不到绝缘薄板，求粒子速度v满足的条件；

(2)若v＝，一些粒子打到绝缘薄板上反弹回来，求这些粒子在磁场中运动时间的最小值t；

(3)若v＝，求粒子从左边界离开磁场区域的长度s。

14．（16分）如图所示，两平行长直金属导轨不计电阻水平放置，间距为L，有两根长度均为L、电阻均为R、质量均为m的导体棒AB、CD平放在金属导轨上。其中棒CD通过绝缘细绳、定滑轮与质量也为m的重物相连，重物放在水平地面上，开始时细绳伸直但无弹力，棒CD与导轨间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略其他摩擦和其他阻力，导轨间有一方向竖直向下的匀强磁场，磁场区域的边界满足曲线方程：，单位为。CD棒处在竖直向上的匀强磁场中。现从时刻开始，使棒AB在外力F的作用下以速度v从与y轴重合处开始沿x轴正方向做匀速直线运动,在运动过程中CD棒始终处于静止状态。

（1）求棒AB在运动过程中，外力F的最大功率；

（2）求棒AB通过磁场区域的过程中，棒CD上产生的焦耳热；

（3）若棒AB在匀强磁场中运动时，重物始终未离开地面,且满足：，求重物所受支持力大小随时间变化的表达式。

15．（12分）如图所示，MN和M′N′为两竖直放置的平行光滑长直金属导轨，两导轨间的距离为L。在导轨的下部有垂直于导轨所在平面、方向向里的匀强磁场，磁感应强度为B。在导轨的MM′端连接电容为C、击穿电压为Ub、正对面积为S、极板间可认为是真空、极板间距为d的平行板电容器。在t＝0时无初速度地释放金属棒ef，金属棒ef的长度为L、质量为m、电阻可忽略不计．假设导轨足够长，磁场区域足够大，金属棒ef与导轨垂直并接触良好，导轨和各接触处的电阻不计，电路的电感、空气的阻力可忽略，已知重力加速度为g。

(1)求电容器两端的电压达到击穿电压所用的时间；

(2)金属棒ef下落的过程中，速度逐渐变大，感应电动势逐渐变大，电容器极板上的电荷量逐渐增加，两极板间存储的电场能也逐渐增加。单位体积内所包含的电场能称为电场的能量密度。已知两极板间为真空时平行板电容器的电容大小可表示为C＝。试证明平行板电容器两极板间的空间内的电场能量密度ω与电场强度E的平方成正比，并求出比例系数(结果用ε0和数字的组合表示)。

参考答案

一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、A

【解析】
设等边三角形的边长为，、两点的电荷量大小为，、连线中点处的电场强度为

点的电场强度为

等量异种点电荷连线的中垂线是一条等势线，则有

故A正确，B、C、D错误

故选A。

2、A

【解析】
AB．据题知，细线被拉断时，拉力达到

根据平衡条件得：对ab棒

则得ab棒所受的安培力大小为

由于两棒的电流相等，所受的安培力大小相等，由

得

联立解得，cd棒的速度为

故A正确，B错误；

CD．对cd棒：根据牛顿第二定律得

代入得

故CD错误。

故选A。

3、D

【解析】
A．根据纵坐标的变化量表示位移，可知，内，质点通过的位移大小为3.27m，路程为3.27m。内，质点通过的位移大小为1.27m，路程为1.27m，故内，质点的路程为

A错误；

B．根据图像的斜率表示速度，知内，质点先做匀速运动，再做减速运动后做加速运动，B错误；

C．内，质点的位移大小0，平均速度大小为0，C错误；

D．3s末质点的速度大小等于1s末质点的速度大小，为

D正确。

故选D。

4、B

【解析】
粒子在磁场中运动只受洛伦兹力作用，故粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力，故有

则有

粒子垂直边界ae从P点射入磁场Ⅰ，后经f点进入磁场Ⅱ，故根据几何关系可得：粒子在磁场Ⅰ中做圆周运动的半径为磁场宽度d；根据轨道半径表达式，由两磁场区域磁感应强度大小关系可得：粒子在磁场Ⅱ中做圆周运动的半径为磁场宽度，那么，根据几何关系可得：粒子从P到f转过的中心角为，粒子在f点沿fd方向进入磁场Ⅱ；然后粒子在磁场Ⅱ中转过，在e点沿ea方向进入磁场Ⅰ；最后，粒子在磁场Ⅰ中转过后从fc边界射出磁场区域；故粒子在两个磁场区域分别转过，根据周期可得：该带电粒子在磁场中运动的总时间为

故选B。

5、D

【解析】
A．高铁未启动时，手机处于静止状态，受重力和支架对手机的作用力，根据平衡条件可知，支架对手机的作用力与重力大小相等、方向相反，A错误；

B．高铁未启动时，以手机和支架整体为研究对象，受重力和桌面的支持力二力平衡，不受桌面摩擦力，B错误；

C．高铁匀速行驶时，手机受重力、纳米材料的吸引力、支架的支持力和摩擦力，共4个力作用，C错误；

D．高铁减速行驶时，手机具有与高铁前进方向相反的加速度，可能只受重力、纳米材料的吸引力和支架的支持力共3个力作用，D正确。

故选D。

6、D

【解析】
A．两导线的电流方向相反，由安培定则知两电流在点产生的磁场方向相同，则合磁感应强度不为零，故A错误；

B．N导线电流向下，由安培定则知该电流在M导线处产生垂直纸面向里的磁场。M导线电流向上，由左手定则知M导线所受安培力向左，故B错误；

C．若两导线通以反向电流，由安培定则知在点产生相反方向的磁场。若M导线电流较强、N导线电流较弱，它们在点产生的磁感应强度的大小可能相等，则合磁感应强度可能为零，故C错误；

D．不管两导线中电流的大小、方向如何，两导线间相互作用的安培力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，故D正确。

故选D。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、BC

【解析】
A．装置被锁定后集装箱做圆周运动，那么在装置锁定瞬间，由牛顿第二定律得:

即

显然集装箱的重量等于T时，钢绳断裂，故A错误；

B．如果装置匀速运动的速度大小为v，由：

可知：

故B正确；

C．如果集装箱的质量为2m，由：

可知该装置匀速运动时的最大速度为：

故C正确；

D．加速向上提升集装箱，由牛顿第二定律有：

T－mg=ma

可得允许的最大加速度为：

故D错误。

故选BC。

8、CD

【解析】
粒子的所受合力的方向大致指向轨迹的弯曲的方向，知负电荷所受的电场力背离点电荷向外，知O为负电荷。故A错误。从a处运动b处，然后又运动到c处电场力先做负功再做正功，所以电势能先变大后变小，故B错误。越靠近点电荷，电场线越密，则电荷所受电场力越大，加速度越大，则加速度先增大后减小。故C正确。初末位置在同一个等势面上，两点间的电势差为零，根据W=qU，知电场力做功为零，故D正确。故选CD。

【点睛】

解决本题的关键掌握通过轨迹的弯曲大致判断合力的方向，会根据电场力做功判断动能的变化，知道在等势面上移动电荷，电场力不做功．

9、BD

【解析】

一定质量的气体，如果保持气体体积不变，根据密度公式得密度也就不变．故A错误．根据气体状态方程PV/T=C，如果保持气体体积不变，当温度升高时，气体的压强就会增大．故B正确．温度是气体分子平均动能变化的标志，当温度升高时，气体分子的平均动能增大，故C错误．气体压强是气体分子撞击器壁而产生的，由于气体的压强增大，所以每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多．故D正确．故选BD．

点睛：能够运用控制变量法研究多个物理量变化时的关系．温度是气体分子平均运动剧烈程度的标志，当温度越高时，分子平均动能增大；当温度越低时，分子平均减小．

10、AB

【解析】
A．若中通以等大同向电流，根据安培定则可知，两条导线在O点产生的磁场等大反向，则O点的磁感应强度为零，选项A正确；

B．若中通以等大反向电流，假设a电流向里，b中电流向外；根据安培定则以及磁场叠加原理判断得知，两根通电导线在MN两点产生的磁感应强度方向均向下且大小相等；同理若假设a电流向外，b中电流向里；根据安培定则以及磁场叠加原理判断得知，两根通电导线在MN两点产生的磁感应强度方向均向上且大小相等；故 B正确；

C．若中通以大小不等的反向电流，则两电流在之间的连线上各点的磁场方向相同，磁感应强度不可能为零，选项C错误；

D．若中通以大小不等的同向电流，则两电流在连线的延长线上各点的磁场方向相同，则磁感应强度不可能为零，选项D错误；

故选AB.

三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11、方向    在白纸上描出两点，并测出长    连接，入射光线与的夹角为    与出射光线的夹角为           

【解析】
[1]．当光线垂直质界面射入时，传播方向不发生改变，故从点垂直底面射向玻璃砖的光线将沿方向射出。

（a）[2]．记录出射点，连接，长即为半径。

（b）[3][4]．连接即为法线，入射光线与夹角为入射角，出射光线与夹角为折射角。

（c）[5]．由折射率公式知

（d）[6]．当光线从点入射时恰好发生全反射，即此时等于临界角。

12、AB    释放前，用米尺测量右盘离地面的高度h，用秒表记录右盘下落至地面的时间t            系统质量一定时，其加速度与所受合外力成正比   

【解析】
(2)[1]根据实验原理可知，砝码盘做匀加速直线运动，由公式可知，要得到加速度应测量释放前，用米尺测量右盘离地面的高度h，用秒表记录右盘下落至地面的时间t，故AB正确。

故选AB；

(3)[2]由(2)可知，要测量本实验中的必要物理量，释放前，用米尺测量右盘离地面的高度h，用秒表记录右盘下落至地面的时间t

(4)[3]根据实验原理可知，砝码盘做匀加速直线运动，满足

(5)[4]根据表格数据描点如图

(6)[5]由图像可知，a－F图像为经过原点的一条直线，说明系统质量不变时加速度和合外力成正比。

四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13、（1）；（2）；（3）4

【解析】
(1)设粒子在磁场中运动的轨道半径为r1，则有

qvB＝m

如图(1)所示，

要使粒子在磁场中运动时打不到绝缘薄板，应满足

2r1＜L

解得

v＜

(2)粒子在磁场中圆周运动的周期

T＝

设运动的轨道半径为r2，则

qvB＝m

解得

r2＝L

在磁场中运动时间最短的粒子通过的圆弧对应的弦长最短，粒子运动轨迹如图(2)所示，

由几何关系可知最小时间

t＝2×

解得

t＝

(3) 设粒子的磁场中运动的轨道半径为r3，则有

qvB＝m

解得

r3＝2L

粒子在磁场中运动从左边界离开磁场，离O点最远的粒子运动轨迹如图(3)所示

则从左边界离开磁场区域的长度

s＝4r3sin 60°

解得

s＝4L

14、（1）

（2）

（3）①当 0<t≤时，FN=mg

②当<t<时， FN=(1+μ)mg-sin

​③当≤t<时， FN=mg

【解析】
（1）当棒AB运动到处时，棒AB的有效切割长度最长，安培力最大，则外力F最大，功率也最大，此时：

F=B1IL=，Pm=Fv

解得：

Pm=；

(2) 棒AB在匀强磁场区域B1的运动过程中，产生的感应电动势为：

E=B1Lvsinx

则感应电动势的有效值为：

E有效=，I有效=  t=

可以得到：

Q= Rt=​；

(3)当CD棒所受安培力F安=μmg 时，设棒AB所在位置横坐标为x0，对棒CD受力分析可得：

=μmg    y=Lsinx0

解得：

x0=，x1=L

则：

t1=，t2=

①当 0<t≤时，

则：

FN=mg

②当<t<时，则：

FN=mg+μmg -

即：

FN=(1+μ)mg-sin

​③当≤t<时，则：

FN=mg。

15、 (1)   (2)ε0，证明见解析

【解析】
本题为“单棒＋电容器＋导轨模型”，可以根据牛顿第二定律，使用“微元法”对棒列方程求解。

（1）在电容器两端电压达到击穿电压前，设任意时刻t，流过金属棒的电流为i，由牛顿第二定律知，此时金属棒的加速度a满足

mg－BiL＝ma

设在t到t＋Δt的时间内，金属棒的速度由v变为v＋Δv，电容器两端的电压由U变为U＋ΔU，电容器的带电荷量由Q变为Q＋ΔQ，由电流的定义、电荷量与电压和电容间的关系、电磁感应定律以及加速度的定义得

联立得

可知金属棒做初速度为0的匀加速直线运动，当电容器两端电压达到击穿电压时，金属棒的速度为

v0＝

所以电容器两端电压达到击穿电压所用的时间为

。

（2）当电容器两极板间的电荷量增加无穷小量ΔQi时，电容器两端的电压可认为始终为Ui，增加的电场能可用图甲中左起第1个阴影部分的面积表示；同理，当电容器两极板间的电荷量增加无穷小量ΔQi＋1时，电容器两端的电压可认为始终为Ui＋1，增加的电场能可用图甲中左起第2个阴影部分的面积表示；依次类推可知，当电容器的带电荷量为Q′、两端电压为U′时，图乙中阴影部分的面积表示两极板间电场能的大小W′，所以

W′＝U′Q′

根据题意有

ω＝

又

Q′＝U′C，U′＝Ed，C＝

联立解得

ω＝ε0E2

所以电场能量密度ω与电场强度E的平方成正比，且比例系数为ε0。