2023-2024学年湖南省长沙市大联考高三上学期1月月考（五）物理试卷（含解析）

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2023-2024学年湖南省长沙市大联考高三上学期1月月考（五）
物理试卷（含解析）
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试题卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共计24分。每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.“卡路里（calrie）是一种热量单位，被广泛使用在营养计量和健身手册上，其定义为在1个大气压下，将1克水提升1摄氏度所需要的热量。如果用国际单位制中的基本单位表示“卡路里”，正确的是（ ）
A. kg•m/s2B. kg•m2/s2C.kg•m2/s3D.kg•m3/s2
2.如图所示为长沙市一中生活区内的风杯式风速器，其感应部分由三个相同的圆锥形空杯组成，称为风杯。三个风杯对称地位于水平面内互成120°的三叉型支架末端，与中间竖直轴的距离相等。开始刮风时，空气流动产生的风力推动静止的风杯开始绕竖直轴在水平面内转动，风速越大，风杯转动越快。若风速保持不变，三个风杯最终会匀速转动，根据风杯的转速，就可以确定风速，则（ ）
A.任意时刻，三个风杯转动的速度都相同
B.若风速不变，风杯稳定运行时加速度为零
C.开始刮风时，风杯所受合外力沿水平方向指向旋转轴
D.风杯匀速转动时，其转动周期越大，测得的风速越小
3.如图所示，竖直平面内有一段固定的圆弧轨道：一小球以5m/s的初速度从A处沿切线方向入轨，离开圆弧轨道时速率为5m/s，若小球以4m/s的速度从A处沿切线方向入轨，则到达B点时速率为（ ）
A.小于4m/sB.等于4m/sC.大于4m/sD.不能确定
4.一简谐横波沿x轴正方向传播，图甲是t=7s时刻的波形图，图乙是介质中某质点的振动图像，则该质点的x坐标合理的是（ ）
甲乙
A.1mB.2mC.7mD.12m
5.格林童话《杰克与豌豆》中神奇豌豆一直向天空生长，长得很高很高。如果设想这颗豆秧长在赤道上，豆苗上结出的三颗果实与赤道共面且随地球一起自转，其中果实2在地球同步轨道上。下列说法正确的是（ ）
A.果实3的向心加速度最大
B.果实2成熟自然脱离豆秧后仍与果实1和果实3保持相对静止在原轨道运行
C.果实2的运动周期大于果实3的运动周期
D.果实1成熟自然脱离豆秧后将做近心运动
6.如图所示，长为的轻质绝缘不可伸长细线，一端固定在水平向右匀强电场中的O点→端系一质量为m，电量为+q的带电小球，小球能静止在位置A，OA与竖直方向成30°角，重力加速度为g。现将小球拉到位置B，OB呈水平且，然后静止释放，对于小球后续的运动，下列说法正确的是（ ）
A.匀强电场的电场强度
B.小球释放后可以做完整的圆周运动
C.小球的最大速度为
D.做圆周运动过程中，绳子的最大拉力为
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。每小题有多个选项符合题目要求。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.如图所示，矩形线圈面积为S、匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R，电表均为理想电表，在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.图示位置为中性面B.电压表的示数
C.电流表的示数为D.通过电阻R的电荷量为
8.如图所示，轻绳MN的两端固定在水平天花板上，轻绳OP系在轻绳MN的某处，光滑轻滑轮悬挂一质量为m的物体，并跨在轻绳MN上初始时用竖直向下的力F拉OP，使O点处于如图所示的位置，此时OM与水平方向的夹角为60°，与水平方向的夹角为30°，重力加速度为g。在保证O点位置不变的情况下，现使轻绳OP以O点为圆心顺时针缓慢转过90°的过程中.下列说法正确的是（ ）
A.力F的大小先增大后减小
B.轻绳OM的拉力一直减小
C.当力F竖直向下时，力F的大小为mg
D.当力F竖直向下时，轻绳的拉力大小为
9.如图所示，在光滑水平桌面上固定一光滑的圆形细杆轨道，轨道上有A、B两点，它们所对应圆心角为90°。在A、B两点分别放有质量为m1、m2两弹性等大小球（小球都穿在细杆上），最初处于静止状态。现给小球m1沿轨道切线方向的初速度v0，发现两小球第二次相碰恰好在A点，则m1：m2可能为（ ）
A.1:1B.1:3C.3:5D.7:1
10.如图所示，与水平面成θ=37°角的直棒上有一滑套，可以无摩擦地在棒上滑动。开始时滑套相对棒静止，此时与棒的上端相距L1=1.0m，与棒的下端相距L2=0.4m。现在使棒保持倾角θ=37°不变，以加速度a水平向右做匀加速直线运动，下列说法正确的是（取g=10m/s2，sin37°=0.6）（ ）
A.若加速度a=6m/s2，滑套恰好不会在棒上滑动
B.若加速度a=7.5m/s2，滑套恰好不会在棒上滑动
C.若加速度a=10m/s2，滑套经过t=1.0s会从棒的上端滑出
D.若加速度a=5m/s2，滑套经过t=0.5s会从棒的下端滑出
三、实验题：本题共2小题，11题6分、12题10分，共16分。
11、（6分）下列三个装置图都可以用来探究平抛运动的规律。
（1）用图甲装置实验时、要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要将钢球从斜槽上 （填“同一位置”或“不同位置”）由静止释放；
（2）用图乙装置实验时，为了获得稳定的细水柱以显示平抛轨迹，竖直管上端A一定要 （填“高于”或“低于”）水面：
图甲图乙图丙
（3）某同学用图甲所示的实验装置进行实验，得到如图丙所示的平抛运动轨迹的一部分，重力加速度g=10m/s2，由图中信息可求得小球平抛的初速度大小为v0= m/s（结果保留2位有效数字）。
12.（10分）在“测量电源的电动势和内阻”实验中，小顺和小利两位同学各设计了一种方案：
（1）小顺设计了方案一：利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，实验电路图如图甲所示。根据记录的数据作出的U-I图像如图所示。通过图像乙可求出电池的电动势E= V，内阻r= Ω。（计算结果保留2位有效数字）
甲乙
（2）小利同学设计了方案二：实验电路图如图丙所示。
丙
其中电流表A1和A2，电压表V1和V2都是非理想电表，且电表内阻未知。闭合开关S，通过调节滑动变阻器R1和R2，使灵敏电流计G的示数为0，读出电流表示数I1和I2，以及电压表示数U1和U2，多次测量获得多组数据，绘制图像，以（（I1+I2）为横坐标，以 为纵坐标，得到的图像为直线，其纵轴截距为b，斜率为k，则电源电动势E= ，电源内阻：r= 。从设计思路看，该方案电动势的测量值与真实值相比 （选填“偏小”“偏大”或“相等”）。
四、解答题：本题共3小题，共40分。其中第13题10分，第14题14分，第15题16分，写出必要的推理过程，仅有结果不得分。
13.（10分）如图，足够长的水平轨道ab表面光滑，质量分别为mA=2kg，mB=1kg的物块A、B（均可视为质点）静止在轨道上，B的左端水平拴接一条轻质弹簧。轨道左侧的光滑水平地面上停着一质量M=2kg，长L=0.5m的小车，小车上表面与ab等高，现让B物块以v0=3m/s的初速度向左运动。已知A滑上小车前已经与弹簧分离，弹簧的形变始终在弹性限度内，A与小车之间的动摩擦因数μ满足（0.1≤μ≤0.3，g取10m/s2，求
（1）A、B压缩弹簧时，弹簧的最大弹性势能Ep；
（2）A以多大的速度滑上小车；
（3）A在小车上滑动过程中产生的热量Q（计算结果可含有μ）。
14.（14分）如图甲所示，粒子源靠近水平极板M、N的M板，N板下方有一对长为L，间距为d=1.5L的竖直极板P、Q，在下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场，磁场上边界的部分放有感光胶片，水平极板M、N中间开有小孔，两小孔的连线为竖直极板P、Q的中线，与磁场上边界的交点为O，水平极板M、N之间的电压为U0；竖直极板P、Q之间的电压UPQ随时间t变化的图像如图乙所示，磁场的磁感强度，粒子源连续释放初速不计、质量为m、带电量为+q的粒子，这些粒子经加速电场获得速度进入竖直极板P、Q之间的电场后再进入磁场区域，都会打到感光胶片上，已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期，粒子重力不计。求：
（1）带电粒子进入偏转电场时的动能Ek；
（2）已知带电粒子若在时进入竖直极板P、Q之间的电场，在磁场中能够产生竖直方向的最大距离，求该最大距离；
（3）带电粒子打到磁场上边界感光胶片的落点范围。
甲乙
15.（16分）如图所示，边长为L=1m、质量为m=1kg、电阻为R=1Ω的匀质正方形刚性导体线框ABCD和直角坐标系xOy（x轴水平，y轴竖直）均处于竖直平面内。在第一象限的空间内存在垂直于纸面向里的磁场，磁感应强度在x方向均匀分布，y方向上满足B=2+ky（各量均采用国际单位，k为大于0的未知量）。初始时，线框的A点与坐标原点O重合，AB边与x轴重合（记为位置1）。现给线框一个沿着x轴正方向的速度v0=1m/s，并且给线框一个竖直向上的恒力，当线框A点下降的高度为H=1.25m（记为位置2）时，可以认为线框恰好达到最大速度，且线框中的电流I=2.5A。此后恒力F保持大小不变，方向改为x方向，线框继续运动到位置3（位置3和位置2中A点的横坐标相距3.5L），此后轨迹是抛物线。若整个运动过程中，线框始终处于同一竖直平面内，AB边始终保持水平，不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）k的数值；
（2）线框从位置1运动到位置2的时间t1；
（3）线框从位置2运动到位置3的竖直高度差h。
物理参考答案
一、二选择题（1~6每小题4分。7~10每小题5分，选对但不全得3分）
1. B
2. D【解析】任意时刻三个风杯的线速度大小相同，方向不同；若风速不变，三个风杯最终做匀速圆周运动，其加速度不为零；开始刮风时，风杯加速转动，所受合外力沿水平方向，并不指向旋转轴；当风杯匀速转动时，根据可知，其转动周期越大，测得的风速越小。
3. C
4. B【解析】由图乙可知，t=7s时刻，该质点在y轴的下半轴，并且正沿着y轴的负方向向着波谷振动，对比甲图，t=7s时刻x=1m和x=7m的质点已经分别到达波谷和波峰，故AC错误；因为该波沿x轴正方向传播，根据同侧法可知，甲图中，x=2m的质点正沿着y轴负方向向着波谷振动，而x=12m的质点正沿着y轴正方向向着平衡位置振动，故B正确，D错误。
5. B【解析】三颗果实随地球一起自转，角速度相等，果实1的向心加速度最大；果实2在同步轨道上，受到的万有引力等于随地球自转所需的向心力，故脱离后仍在原轨道运行；三颗果实随地球一起自转，周期相同；果实1受到的万有引力不足以提供果实1随地球自转所需的向心力，故脱离后将做离心运动。
6. D
7. AD【解析】图示位置线圈平面与磁感线垂直，所以图示位置为中性面，故A正确；线圈在磁场中转动，产生的电动势的最大值为，有效值为，电压表测量的是外电路电压的有效值，所以电压表的读数为，故B错误；电流表的示数，故C错误；由，，，得通过电阻R的电荷量，故D正确。
8. BC【解析】对O点进行受力分析，在F顺时针旋转90°的过程中，T的方向不变，F1大小方向均不变，根据矢量三角形法可知F先减小，后增大，当F与T垂直时具有最小值，而T在一直减小，故A错误，B正确；根据同一根绳子拉力处处相等可知，O点位置不变，则O'点位置也不变，对O'进行受力分析，根据共点力平衡得，得，F1是大小不变的恒力，故D错误；当F向下时，不变，T和竖直方向夹角为30°，OO'和竖直方向的夹角为60°，，，则，故C正确。
9. CD【解析】两球发生弹性碰撞，则；，解得；；两小球第二次相碰恰好在A点，若，则两球相碰满足解得；若，则两球相碰满足，则，故选CD。
10. BC【解析】设棒以加速度a0向右匀加速时，滑套不在棒上滑动，由，，得，选项A错误，B正确；当时，滑套会沿棒上滑，设滑套相对棒的加速度大小为a1，经时间t1滑套滑出直棒，满足：，，，解得，，选项C正确；当时，滑套会沿棒下滑，设滑套相对棒的加速度大小为a2，经时间t2滑套滑出直棒，有：，，，解得，，故选项D错误。
三、实验题：本题共2小题，11题6分、12题10分，共16分。
11.（6分，每空2分）（1）同一位置（2）低于（3）2.0
【解析】（2）用图乙装置实验时，为了获得稳定的细水柱以显示平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面，这样在管口处的压强是恒定不变的，则水流速度不变。
（3）根据，可得，则水平速度。
12.（10分）（1）1.5（1分）0.83（1分）
（2）（2分）b（2分）（2分）相等（2分）
【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律：，结合图像斜率和截距可得：，；
（2）根据题意灵敏电流计G的示数为0，则，，根据闭合电路欧姆定律：
整理可得：，故以为纵坐标，得到的图像为直线。
且，。由于本设计思路考虑了所用电表的内阻，并没有系统误差，电动势的测量值与真实值相比相等。
四、解答题：本题共3小题，共40分。其中第13题10分，第14题14分，第15题16分，写出必要的推理过程，仅有结果不得分。
13.（10分）【解析】（1）A、B压缩弹簧时，当A、B共速时，弹性势能最大，根据动量守恒定律有：
由能量守恒可得：
联立解得：
（2）从B撞向A到A、B分开的这个运程，可以看成为广义的弹性碰撞，由动量守恒定律可得：
由能量守恒可得：
联立解得：
（3）设时，A恰好能滑到小车左端，其共同速度为v，
由动量守恒定律有：
由能量关系：
解得：
讨论：
（i）当满足时，A和小车不共速，A将从小车左端滑落，产生的热量为
（ii）当满足时，A和小车能共速，产生的热量为
，解得：
14.（14分）【解析】（1）粒子从粒子源发出进入加速电场做匀加速直线运动，根据动能定理可得
（2）加速后的带电粒子以v1的速度进入竖直极板P、Q之间，若在U=0时进入竖直极板P、Q之间的电场，则不发生偏转，沿中心线进入磁场，所以
解得
（3）粒子运动轨迹如图所示：
若t=0时进入偏转电场，在电场中匀速直线运动进入磁场时，打在感光胶片上距离中心线最近为
设某偏转电压下出偏转电场时的速度为vn，速度偏角（与v1的夹角）为，根据几何关系有：，
打在感光胶片上的位置和射入磁场位置间的间距（轨迹弦长）：
可见该间距与偏转电压无关，在感光胶片上的落点范围宽度等于粒子在电场中的偏转距离，设带电粒子在电场中最大偏转距离y，则
所以粒子在感光胶片上落点距O点的长度范围是2L到之间
15.（16分）【解析】（1）线框位于位置2时恰好达到平衡状态，设下边所在处磁感强度为B2，上边所在处为B1，则有：
解得
（2）由闭合电路的欧姆定律有：
又
解得
线框从位置1到位置2，在y方向由动量定理得：
又
联立可得
即
解得
（3）线框从位置2到位置3，水平方向做匀加速运动，由牛顿第二定律
，得
又，得
轨迹为抛物线，则y方向为匀速运动，有，得
从位置2到位置3，y方向列动量定理
即
代入数据可解得：题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
D
C
B
B
D
AD
BC
CD
BC