山东省德州市2023-2024学年高三上学期期末考试物理试题

这是一份山东省德州市2023-2024学年高三上学期期末考试物理试题，共12页。

注意事项：
1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置．
2．选择题答案必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚．
3．请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效．保持卡面清洁，不折叠、不破损．
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分．每小题只有一个选项符合题目要求．
1．2023年12月14日，我国宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放﹐邀请全世界科学家来中国集智攻关，共同追逐“人造太阳”能源梦想．“人造太阳”物理本质就是核聚变，其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似﹐核反应方程为．下列说法正确的是（ ）．
A．X是质子B．该反应为链式反应
C．的比结合能比的大D．的结合能为
2．物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量单位之间的关系．下列选项中可以用来表示磁感应强度单位的是（ ）．
A．B．
C．D．
3．以下关于光学实验或应用说法正确的是（ ）．
A．图甲是双缝干涉实验装置，单色光通过狭缝时也会发生衍射
B．图乙中检验工件N的平整度，通过干涉条纹可推断出Q为凹处
C．图丙中的牛顿环干涉图样是一些等间距的亮暗相间的同心圆环
D．图丁中观看立体电影的眼镜镜片利用了光的干涉原理
4．如图所示的电路中，电源电动势E和内阻r保持不变，和均为定值电阻，，滑动变阻器．当的滑动触点在ab的中点时合上开关S，此时三个理想电表、和V的示数分别为、和U，现将的滑动触点向a端移动，则（ ）．
A．电源的输出功率增大B．消耗的功率增大
C．不变D．增大，减小，U减小
5．“地震预警”是指在地震发生以后，抢在地震波传播到设防区域前，向设防区域提前几秒至数十秒发出警报，以减少损失．科研机构对波的特性展开研究，图甲为简谐波在时的波形图，M是此波上的一个质点，平衡位置处于处，图乙为质点M的振动图像﹐则（ ）．
A．该列波沿x轴负方向传播
B．经过一段时间后，质点M将到达处
C．在时，质点M的加速度沿y轴负方向
D．在内，质点M通过的路程为
6．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为，磁场均沿半径方向．匝数为N的矩形线圈的边长、．线圈以角速度绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场．在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B，方向始终与两边的运动方向垂直，线圈的总电阻为r，外接电阻为R．则外接电阻R上电流的有效值为（ ）．
A．B．
C．D．
7．由玻璃材质制成的实心正四面体形吊灯，棱长为L，单色点光源嵌在其几何中心点．吊灯使用的玻璃对该单色光的折射率为，只考虑由点光源直接射向表面的光线，则有光出射的区域面积为（ ）．
A．B．C．D．
8．如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长的固定绝缘杆MN，小球Р套在杆上，已知P的质量为m，电荷量为，电场强度为E，磁感应强度为B，P与杆间的动摩擦因数为，重力加速度为g，小球由静止开始下滑，在运动过程中小球最大加速度为，最大速度为，则下列判断正确的是（ ）．
A．小球开始下滑时的加速度最大
B．小球的速度由增大至的过程中，小球的加速度一直减小
C．当时小球的速度v与之比一定小于
D．当时小球的加速度a与之比一定小于
二、多项选择题：本题共4小题，共16分．在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
9．2023年12月15日﹐德州发布低温橙色预警信号﹐人们积极应对极寒天气．某汽车在17℃的车库中，轮胎胎压为，出行后，长时间放置在温度为℃的室外，轮胎胎压为．若轮胎不漏气，轮胎内气体可视为理想气体﹐下列说法正确的是（ ）．
A．轮胎内气体分子平均动能减小
B．轮胎内气体状态变化符合查理定律
C．轮胎内气体放热
D．单位面积上气体分子与轮胎壁碰撞的平均作用力变大
10．光电效应用于癌细胞放射治疗取得新进展，某兴趣小组用如图甲所示电路研究光电效应中遏止电压与光的频率之间的关系，作出某金属的图像如图乙所示，已知电子电量，则（ ）．
A．图甲中，电源的a端为正极
B．该金属的逸出功约为
C．用频率为的光入射到该金属时，遏止电压约为
D．其它金属的图像与该金属的图像平行
l1．在如图所示的电路中，理想变压器的匝数比，定值电阻，，滑动变阻器R的最大阻值为．在c、d两端输入正弦式交变电流，电压的表达式为．当滑片P从a端滑到b端的过程中，下列说法正确的是（ ）．
A．电阻的功率一直增大
B．理想变压器的最大输出功率为
C．当滑片Р滑至b端时，整个电路的功率达到最大
D．电流表示数的最小值为
12．如图所示，导体棒a、b放置在足够长的光滑平行金属导轨上，导轨左右两部分的间距分别为l，，导体棒a、b的质量为m和，接入电路的电阻分别为R和，其余部分电阻均忽略不计．导体棒a、b均处于方向竖直向上的匀强磁场中，感应强度大小为B，a，b两导体棒均以的初速度同时水平向右运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接触，导体棒a始终在窄轨上运动，导体棒b始终在宽轨上运动，直到两导体棒达到稳定状态．下列说法正确的是（ ）．
A．开始导体棒a中的电流为Q→PB．导体棒中的最大电流为
C．稳定时导体棒a的速度为D．从开始至稳定状态，电路中产生的焦耳热为
三、非选择题：本题共6小题，共60分．
13．（6分）
（1）在“用单摆测定重力加速度”的实验中，某同学利用一组测量数据计算发现得到的g值偏大．其原因可能是（ ）．
A．测摆长时只测量了摆线长度而忘记考虑小球半径
B．测定周期时振动次数多计了一次
C．开始计时时，秒表过迟按下
D．摆线上端未系牢固，在振动中出现松动导致摆线长度增加
（2）某同学设计实验在家里测重力加速度．他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图所示．他又找到一把量程为的刻度尺，并使用手机的秒表功能测时间．由于锁的形状不规则，无法准确测量其摆长，于是他在细线上的A点作了一个标记，使得悬点О到A点间的细线长度小于刻度尺量程．保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长．实验中，当O、A间细线的长度分别为、时，测得相应单摆的周期为、．由此可得重力加速度__________（用、、、表示）．
（3）摆钟是利用本实验的原理制成的．从广州购买的走时准确的摆钟在德州使用，要调准它，需要将摆钟的摆长调__________（选填“长”或“短”）．
14．（8分）某实验小组要测量某电池的电动势和内阻．主要实验步骤如下：
（1）该实验小组首先用如图甲所示的电路测量一粗细均匀的直电阻丝的总电阻，图甲中部分器材的参数如下：
电源：电动势为，内阻不计
所测电阻丝：总电阻大约为
电压表：量程为时，内阻大约为；量程为时，内阻大约为
电流表：量程为时，内阻大约为；量程为时，内阻大约为
①D实验中所选电压表的量程应为__________V，所选电流表的量程应为__________A．
②实验中要求电压表示数从零开始变化，请在甲图中将测量电路补充完整．
（2）该实验小组在第（1）步中测得的直电阻丝的总电阻为R，他们又用刻度尺测量了该直电阻丝的长度为L．利用此直电阻丝又设计了如图乙所示的电路，其中的电源为待测电池﹐使金属滑片接触直电阻丝的不同位置，分别记录直电阻丝接入电路的有效长度x及对应的电流表示数I，根据记录的数据作出图像，如图丙所示，图乙中电流表内阻不计，则所测电池的电动势_________，内阻_________．（选用R、L、a，b表示）
15．（8分）在公园经常看到小朋友手里牵着充有氦气的气球在玩耍．有个容积为、压强为的氦气罐给气球充气，充气后每个气球的体积均为，当充满个同样的气球时，氦气罐内部压强降为．地面附近的温度为27℃，大气压强．假设充气前后气球内和氦气罐内的气体温度不发生变化，且充气过程没有漏气．求：
（1）小朋友手里的气球内的压强；
（2）脱手飞走的气球上升至高度时发生爆炸，爆炸时气球内气体的体积．（已知高度每增加，气温下降6℃，气球爆炸时，球内气体的压强，气球上升过程中没有发生漏气现象）
16．（8分）某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个LED灯和一段光导纤维进行研究．查阅资料发现，LED灯是一块用环氧树脂密封的发光半导体材料．光导纤维由内芯和外套两层组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．
（1）有一LED灯结构如图甲所示，发光区域为直径（MN之间）的圆盘（厚度不计），发光面上覆盖折射率的半球形环氧树脂，发光圆盘的圆心与球心重合．要使发光区域发出的所有光线在球面上都不发生全反射，求环氧树脂半径R满足的条件；
（2）一段长直光导纤维由内芯和外套组成，其剖面如图乙，其中内芯的折射率，外套的折射率．已知光从折射率为的介质射入折射率为的介质时，入射角与折射角间满足关系．试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去．
17．（14分）高温超导磁悬浮列车技术在我国已有相关研究．其原理如图所示﹐金属框放置于足够长的水平固定平行直导轨PQ和MN上，导轨间有竖直方向等间距的匀强磁场和，二者大小相等、方向相反．金属框的ad边宽度与每个磁场宽度相等，当匀强磁场和同时以恒定速度沿导轨方向向右运动时，金属框在磁场力作用下沿导轨运动．已知金属框总电阻为R，金属框的质量为m，垂直导轨的ab边长为L，匀强磁场，磁场运动的恒定速度为，金属框运动时受到恒定的阻力为f．不考虑磁场运动时产生的其它影响．
（1）当金属框的速度为零时，求金属框受到的磁场力F的大小和方向﹔
（2）求金属框的最大速率；
（3）金属框以最大速度做匀速运动时，为维持金属框运动，求外界需提供的总功率Р．
18．（16分）物理学家在科研时经常利用电磁场加速和约束高能粒子．在如图所示的空间直角坐标系中，的空间内充满匀强磁场，大小为B，方向可调，初始时沿x轴负方向．坐标为的M点有一粒子源，可沿不同方向发射速率相等的同种粒子．初始时粒子从平面的第一象限射入﹐速度方向与z轴负方向成角，第一次运动到平面时轨迹恰好与之相切．已知粒子源发射的粒子质量为m，电荷量为，初速度大小为（未知）．不计粒子重力和粒子间的相互作用，B、L、m、q为已知条件．
（1）求初速度的大小．
（2）保持粒子入射速度不变，仅将磁场方向调整为z轴正方向，求此粒子经过平面的x坐标与y坐标．（可用三角函数表示）
（3）保持粒子入射速度不变，空间的磁场也不变，在此空间再充满沿z轴负方向的匀强电场，大小满足，求此粒子运动过程中距平面的最大距离d．
（4）调整空间的磁场B沿z轴负方向，此空间再充满沿z轴正方向的匀强电场，并在的空间内充满沿x轴正方向的匀强电场．调整粒子入射方向使其沿x轴正方向，求此粒子第N次到达平面时的坐标和．
高三物理试题参考答案
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3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．C 2．A 3．A 4．C 5．D 6．B 7．C 8．B
二、多项选择题：本题共4小题，共16分．在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
9．AC 10．BD 11．BC 12．BCD
三﹑非选择题：本题共6小题，共计60分．
13．（1）BC（2分） （2）（2分）（3）长（2分）
14．（1）3（1分）0.6（1分）（2分）
（2）（2分）（2分）
15．解：（l）对充气过程，由玻意耳定律（2分）
解得（2分）
（2）气球爆炸时，温度为，由理想气体方程（2分）
解得（2分）
16．（1）如图所示﹐从半圆弧上任取一点P，
从M、N两端发出的光入射角最大，取N点光线，连接OP，NP，则入射角为，
在中，，（1分）
即，
当时取最大值，（1分）
由题意，（1分）
解得．（1分）
（2）如图所示，作出光路图．
由得，
解得，（1分）
由折射定律得，（1分）
由几何关系得，越大，越大，越小，
当时，，．（1分）
说明光信号不会通过外套“泄漏”出去．（1分）
17．（1）当线框的速度为零时，线框中产生感应电动势，有，（1分）
根据闭合电路欧姆定律，（1分）
安培力，（1分）
解得，（1分）
根据楞次定律可判断磁场力方向水平向右．（1分）
（2）实验车最大速率为时，（1分）
，（1分）
，（1分）
，（1分）
解得．（1分）
（3）线框以最大速度做匀速运动时，克服阻力的功率为，（1分）
金属框中的热功率为，（1分）
总功率，（1分）
解得．（1分）
18．（1）由洛伦兹力提供向心力，（1分）
由几何关系得，（1分）
解得．（1分）
（2）粒子做螺旋运动，可分解为沿z轴负方向的匀速直线运动和沿平面的匀速圆周运动，
设到平面的时间为t，做匀速圆周运动的半径为，周期为T，则
，（1分）
，（1分）
，（1分）
，（1分）
．（1分）
（3）由已知条件得，（1分）
将初速度分解为如图所示的和，令，
由平行四边形定则得，（1分）
粒子的运动可以看成是的匀速直线运动和的匀速圆周运动两种运动的合成，
设匀速圆周运动半径为，则，（1分）
由几何关系得．（l分）
（4）粒子每次在空间的时间，
每次在空间的时间，（1分）
，，
……
当n为奇数时
当n为偶数时，（1分）
第一次在空间z轴方向的位移为，
第一次在空间z轴方向的位移为，
第二次在空间z轴方向的位移为，
第二次在空间z轴方向的位移为，（1分）
．（1分）