湖南省2023-2024学年高三下学期质量调研卷（三）物理试题（Word版附解析）

这是一份湖南省2023-2024学年高三下学期质量调研卷（三）物理试题（Word版附解析），共22页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．关于对原子、原子核的认识，下列说法正确的是（ ）
A．如果将放射性元素放在高压环境下，其半衰期将减小
B．核反应过程中的原子核质量守恒
C．β粒子是核外电子受激发形成的电子
D．原子核的比结合能越大，原子核结合得越牢固
2．春节贴“福”字是民间由来已久的风俗，新春佳节临近，某同学正写“福”字，他在水平桌面上平铺一张红纸，并在红纸左侧靠近边缘处用“镇纸”压住以防止打滑，整个书写过程中红纸始终保持静止，则该同学在书写过程中（ ）
A．提笔静止时，手对毛笔的摩擦力大小与握力成正比
B．向下顿笔时，毛笔对红纸的压力大于红纸对毛笔的支持力
C．向右行笔时，红纸对“镇纸”的静摩擦力方向向右
D．向右行笔时，红纸对桌面的静摩擦力方向向右
3．如图甲所示，弹跳鞋是一种新型体育用品鞋，其底部装有弹簧。使用时人对弹簧施加压力，使弹簧形变后产生竖直向上的弹力，将人向上弹离地面。某次上升过程中人的动能随重心上升高度h变化的图像如图乙所示，上升高度为时动能达到最大值，图中段为直线，其余部分为曲线，已知弹簧始终处于弹性限度内，空气阻力忽略不计，则（ ）
A．上升高度为时，人的加速度达到最大值
B．上升高度为时，弹跳鞋离开地面
C．在的上升过程中，人的机械能先增大后减小
D．在的上升过程中，人处于超重状态
4．如图，圆形水平餐桌面上有一个半径为r，可绕中心轴转动的同心圆盘，在圆盘的边缘放置一个质量为m的小物块，物块与圆盘间的动摩擦因数以及与桌面的摩擦因数均为µ。现从静止开始缓慢增大圆盘的角速度，物块从圆盘上滑落后，最终恰好停在桌面边缘。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，圆盘厚度及圆盘与餐桌间的间隙不计，物块可视为质点。则（ ）
A．小物块从圆盘上滑落后，小物块在餐桌上做曲线运动
B．物块随圆盘运动的过程中，圆盘对小物块做功为
C．餐桌面的半径为
D．物块在餐桌面上滑行的过程中，所受摩擦力的冲量大小为
5．如图所示，带电荷量为的球1固定在倾角为光滑绝缘斜面上的点，其正上方处固定一电荷量为的球2，斜面上距点处的点有质量为的带电球3，球3与一端固定的绝缘轻质弹簧相连并在点处于静止状态。此时弹簧的压缩量为，球间的静电力大小为。迅速移走球1后，球3沿斜面向下运动。为重力加速度，球的大小可忽略，下列关于球3的说法正确的是（ ）
A．由到一直做加速运动
B．运动至点的速度等于
C．运动至点的加速度大小为
D．运动至中点时对斜面的压力大小为
6．如图所示，光滑水平面上三个完全相同的小球通过两条不可伸长的细线相连，初始时B、C两球静止，A球与B球连线垂直B球C球的连线，A球以速度沿着平行于CB方向运动，等AB之间的细线绷紧时，AB连线与BC夹角刚好为，则线绷紧的瞬间C球的速度大小为（ ）
A．B．C．D．
二、多选题
7．近日根据国际报道，光纤通信速率创造出了新的记录，每秒可以传达1.84Pbit，这相当于每秒可以传输约236个1TB硬盘的数据。目前正常的网速想要传输1TB硬盘的数据，需要花费四到八小时以上，如果这项技术能大规模商用，网速将得到大幅提升。光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图甲所示，一束激光由光导纤维左端的点O以的入射角射入一直线光导纤维内，恰好在光导纤维的侧面（侧面与过O的法线平行）发生全反射，如图乙所示。下列说法中正确的是（ ）
A．光纤内芯的折射率比外套的小B．光从左端空中进入光纤内芯后，其频率不变
C．频率越大的光在光纤中传播的速度越大D．内芯对这种激光的折射率
8．如图a所示，下端附有重物的粗细均匀木棒浮在水中，已知水的密度为 ρ ，木棒的横截面积为 S ，重力加速度大小为 g ，将木棒向下按压一段距离后释放，木棒所受的浮力 F 随时间周期性变化，如图b所示，下列说法正确的是（ ）

A．木棒做简谐运动，重力充当回复力
B．0~0.25s 内木棒的加速度逐渐减小
C．木棒和重物的重力之和等于
D．木棒所受合外力与偏离初始位置的距离成正比
9．如图所示，真空中的正三棱柱，在A点固定一个电荷量为的点电荷，C点固定一个电荷量为的点电荷，已知，静电力常量为k，选取无穷远处电势为0。则下列说法正确的是（ ）
A．将一负试探电荷从点移到点，其电势能一直增大
B．将一正试探电荷沿直线从B点移到点，电场力做正功
C．、两点的电势差大于、两点的电势差
D．点的电场强度大小为
10．如图所示，倾斜光滑金属导轨的倾角为，水平导轨粗糙，两平行导轨的间距均为。质量为、电阻为、长度为的金属棒垂直水平导轨放置，两导轨间均存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小分别为和。现把质量为、电阻为、长度也为的金属棒垂直倾斜导轨由静止释放，重力加速度为，倾斜导轨无限长，金属棒始终静止，下列说法中正确的是（ ）
A．金属棒受到向左的摩擦力
B．金属棒受到的最大摩擦力一定为
C．金属棒的最大速度为
D．金属棒减小的机械能等于金属棒和金属棒中产生的总焦耳热
三、实验题
11．某物理兴趣小组利用传感器进行“探究向心力大小F与半径r、角速度、质量m的关系”实验，实验装置如图甲所示，装置中水平光滑直杆能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直杆一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。
（1）小组同学先让一个滑块做半径r为0.20m的圆周运动。得到图乙中②图线。然后保持滑块质量不变。再将运动的半径r分别调整为0.14m，0.16m，0.18m，0.22m，在同一坐标系中又分别得到图乙中⑤、④、③、①四条图线。
（2）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的
A．探究弹簧的弹力与形变量间的关系 B．探究两个互成角度的力的合成规律
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系 D．探究平抛运动的特点
（3）对②图线的数据进行处理，获得了图像，如图丙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是 （用半径r、角速度、质量m表示）。
（4）对5条图线进行比较分析，做图像，得到一条过坐标原点的直线，则该直线的斜率为 （用半径r、角速度、质量m表示）。
12．某实验小组要测量一节电池的电动势和内阻。
（1）先用多用电表的2.5直流电压挡粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电池的 （填“正”或“负”）极相连，黑表笔与电池的另一极相连，多用电表的示数如图甲所示，则粗测的电池电动势为 ；实验小组想利用多用电表的欧姆挡粗略测量电池的内阻，你认为 （填“可行”或“不可行”）。
（2）要精确测量电池的电动势和内阻，小组成员设计了如图乙所示的电路，为定值电阻，为滑动变阻器，两个直流电压表、均可视为理想电表。
①请根据图乙所示电路图，在图丙中用笔画线代替导线完成实物图连接 。
②实验中移动滑动变阻器的滑片，分别读出电压表和的多组数据、。利用测出的数据描绘出图像如图丁所示，图中直线的斜率为，截距为，可得电池的电动势 ，内阻 。（用、、表示）
四、解答题
13．气压传动是工业中常见的传动方式。如图所示，面积为的活塞A静止，与气缸右端相距。用力缓慢右移活塞A，通过压缩气体顶起竖直放置的面积的活塞B和上方高h的液柱（液体密度为），最终活塞A移到最右端。活塞缓慢移动过程中，气体温度保持不变。气体视为理想气体，大气压强为，忽略弯管中的气体体积，装置不漏气，不计摩擦和两活塞质量。
（1）最终活塞B上升的高度；
（2）若整个过程活塞A对封闭气体做正功W，忽略气体质量，求整个过程中气体对外放热Q为多少。
14．作为研制新一代飞行器的摇篮，我国JF-22超高速风洞可以创造出高度达几十千米、速度达约三十倍声速的飞行条件。若将一小球从风洞中地面上的A点以初速度竖直向上弹出，小球受到大小恒定的水平风力作用，到达最高点B时的动能为初始点A动能的，小球最后落回到地面上的C点，如图。不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）小球从弹出到落地所用的时间；
（2）小球运动的加速度大小；
（3）小球在空中的最小速度。
15．某粒子分析装置的部分简化结构如图所示，主要由粒子源、圆柱形磁场区和6面是荧光屏的长方体仪器OABC-DEFG构成，粒子打在屏上会被吸收。以长方体仪器的顶点O为坐标原点，建立三维坐标系O-xyz。长方体仪器的长AB、宽AO、高AD分别为2a、2a、a，长方体所在空间存在方向沿x轴正向的匀强磁场Ⅰ（图中未画出）。圆柱形区域的长为2a，底面圆半径为R，圆柱形位于长方体仪器的正上方，两者通过长方体正上方狭缝PQ连通，P为DE的中点，Q为GF的中点，圆柱形区域所在空间存在方向沿x轴正向的匀强磁场Ⅱ（图中未画出），在xz平面有一与圆柱体等高等长的长方形粒子源，能沿着y轴正方向发射速率均为v的正电粒子，所有进入圆柱体空间的粒子都恰能通过狭缝PQ再进入长方体仪器，恰好没有粒子打到BCFE面。已知带电粒子的比荷为k，不计粒子重力及粒子间相互作用，试求：
（1）匀强磁场Ⅰ磁感应强度的大小；
（2）打在顶面DEFG粒子数目和打在底面OABC的粒子数目之比；
（3）若仅将匀强磁场Ⅰ的方向调整为沿y轴正方向，大小不变，且其他条件不变，对于从Q点入射的粒子，能打到长方体仪器BCFE面上的粒子最长运动时间以及能打在BCFE面上的粒子数目与Q点入射的粒子总数N之比。（已知，则的大小可表示为）
参考答案：
1．D
【详解】A．半衰期只与原子核内部结构有关，外界条件不能改变放射性元素的半衰期，故A错误；
B．原子核衰变时电荷数和质量数守恒，但质量不守恒，故B错误；
C．粒子是原子核受激发，由原子核内部中子转变而来的电子，其转变方程为
故C错误；
D．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，核内的核子结合得越牢固，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】A．提笔静止时，手对毛笔的摩擦力为静摩擦力，大小等于重力，故A错误；
B．毛笔对红纸的压力与红纸对毛笔的支持力是一对相互作用力，大小相等，故B错误；
C．向右行笔时，镇纸相对于纸既没有相对运动趋势，也没有发生相对运动，红纸对“镇纸”没有静摩擦力，故C错误；
D．向右行笔时，红纸对桌面的静摩擦力方向向右，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】A．上升高度为时，人的动能最大，速度最大，加速度为零，选项A错误；
B．上升高度为时，弹跳鞋离开地面，人做上抛运动，选项B正确；
C．在的上升过程中，弹簧的弹性势能一直减小，弹力一直对人做正功，则人的机械能一直增大，选项C错误；
D．在的上升过程中，人离开地面做上抛运动，则人处于失重状态，选项D错误。
故选B。
4．D
【详解】A．小物块从圆盘上滑落后，沿切线方向飞出，小物块在餐桌上做匀减速直线运动，故A错误；
B．物块随圆盘运动的过程中，将要滑离圆盘时
则由动能定理圆盘对小物块做功为
故B错误；
C．物块在桌面上滑动的距离
餐桌面的半径为
故C错误；
D．根据动量定理，物块在餐桌面上滑行的过程中，所受摩擦力的冲量大小为
故D正确。
故选D。
5．D
【详解】B．由题意可知三小球构成一个等边三角形，小球1和3之间的力大于小球2和3之间的力，弹簧处于压缩状态，故小球1和3一定是斥力，小球1带正电，故小球3带正电，小球3运动至a点时，弹簧的伸长量等于，根据对称性可知，小球2对小球3做功为0；弹簧弹力做功为0，故根据动能定理有
解得
故B错误；
AC．小球3在b点时，设小球3的电荷量为q，有
设弹簧的弹力为F，根据受力平衡，沿斜面方向有
解得
小球运动至a点时，弹簧的伸长量等于，根据对称性可知
解得
方向与合外力方向一样，沿斜面向上，故a先加速后减速，故AC错误；
D．当运动至ab中点时，弹簧弹力为0，此时小球2对小球3的力为
斜面对小球的支持力为
根据牛顿第三定律可知，小球对斜面的压力大小为，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A、B、C系统动量守恒，设C球速度为 由于A球y方向动量不变，可知C与B在y方向动量等大反向，则
得
，，
A、B球沿之间的连线方向的速度相同，可得
在x方向系统动量守恒
解得
C球的速度为。
故选D。
7．BD
【详解】A．激光在内芯和外套的界面上发生全反射，所以内芯是光密介质，外套是光疏介质，即光纤内芯的折射率比外套的大，故A错误；
B．光从左端空中进入光纤内芯后，波长和波速会发生变化，但频率和周期不变，故B正确；
C．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据
光在光纤中传播的速度越小，故C错误；
D．根据折射定律
根据全反射公式
联立解得
故D正确。
故选BD。
8．BD
【详解】A．木棒做简谐运动的回复力是水的浮力与木棒重力的合力，故A错误；
B．0~0.25s内木棒的浮力减小，则木棒从最低点向平衡位置运动，其所受合外力逐渐减小，则其加速度逐渐减小，故B正确；
C．根据简谐运动的特点可知，木棒和重物在最高点和最低点的位置加速度大小相等，故在最低点有：
在最高点有：
联立可得：
故C错误；
D．设向下为正，则在初始位置时，由平衡条件可得
在偏离平衡位置x位置时，木棒所受合外力为：
则木棒所受合外力大小与偏离初始位置的距离成正比，且比值为，故D正确。
故选BD。
【点睛】浮力越大，物体浸没的深度越大。简谐运动的物体在位移最大处，加速度大小相等，在平衡位置，合外力为零。
9．AD
【详解】A．根据电荷的分布可知，负试探电荷从点移到点，电场力始终做负功，则其电势能增加，故A正确；
B．因为B点和点在等量异种电荷的中垂面上，而其中垂面为零等势面，因此电荷沿直线从B点移到点，电场力不做功，故B错误；
C．点和点关于等量异种电荷的中垂面对称，因此、两点的电势差等于、两点的电势差，故C错误；
D．根据场强叠加原理，如图所示
可得场强大小为
而
解得
故D正确。
故选AD。
10．AD
【详解】A．金属棒b沿导轨下滑时，由楞次定律可知，金属棒a中电流从近端流向远端导轨，根据左手定则，可知金属棒a所受安培力水平向右，又因为金属棒始终静止，所以其所受摩擦力向左，故A正确；
B．当金属棒b下滑速度最大时，对金属棒b分析，有
对金属棒a分析，有
可得
由于和的关系未知，所以金属棒受到的最大摩擦力大小不确定，故B错误；
C．由闭合电路欧姆定律可知
解得
故C错误；
D．由能量守恒定律可知，金属棒减小的机械能等于金属棒和金属棒中产生的总焦耳热，故D正确。
故选AD。
11． AC/CA
【详解】（2）[1]根据题意及实验原理可知，本实验所采用的实验探究方法为控制变量法
A．根据胡克定律
可知探究弹簧弹力与形变量之间的关系，采用了控制变量法，故A符合题意；
B．探究两个互成角度的力的合成规律，即两个分力与合力的作用效果相同，采用的是等效替代的思想，故B不符合题意；
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法进行研究的，故C符合题意；
D．探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故D不符合题意。
故选AC。
（3）[2]对②图线的数据进行分析可以看出，当增大为原来的2倍时，增大为原来的4倍，当增大为原来的3倍时，增大为原来的9倍可知，与成正比，则图像横坐标x代表的是。
（4）[3]由（3）中分析可知，在一定时，与成正比，图像又是一条过坐标原点的直线，与成正比，同时也应与成比，归纳可知，图像的斜率为。
12． 正 1.30 不可行
【详解】（1）[1]用多用电表粗测电池的电动势，根据多用电表的使用要求，电流从红表笔流入，从黑表笔流出，故将多用电表的红表笔与电池的正极相连；
[2]用多用电表的直流电压挡粗测该电池的电动势，故测量时该表盘的分度值为，读数为；
[3]由于多用电表的欧姆挡本身已经有电源，用多用电表的欧姆挡测电阻时，被测电阻应与其他电源断开，所以不能测量电池的内阻。
（2）①[4]依据图乙所示电路图，将实物进行连线，如图所示
②[5][6]由闭合电路欧姆定律得
干路电流
联立解得
结合图丁可知当时
联立解得
13．（1）；（2）
【详解】（1）初始时，活塞A静止，封闭气体的压强为
最终封闭气体的压强大小为
活塞缓慢移动过程中，气体温度保持不变，由玻意耳定律可知
解得
（2）由于活塞缓慢移动过程中，气体温度保持不变，所以气体的内能不变，液柱重力势能增大
则整个过程中气体对外放热
14．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）竖直方向上，小球只受重力作用，到达最高点B时的时间
根据对称性，从最高点到落地的时间
则小球从弹出到落地所用的时间
（2）到达最高点B时的动能与A点的动能之比为9：16，则速度之比为
在最高点竖直方向速度为0，设从A到B需要时间t
小球运动的加速度大小为
联立得
（3）小球在重力和风力作用下做类斜抛运动，当小球速度方向与重力和风力的合力方向垂直时，速度最小，方向与合力方向夹角正切值为
最小速度
15．（1）；（2）；（3），
【详解】（1）带电粒子经圆柱体仪器磁场作用后聚焦于狭缝，再经过狭缝平行于平面沿各个方向均匀射入长方体仪器，以点射入粒子为例，其他点射入的情况相似。画出过点再面上的部分粒子运动轨迹图，如图所示。在长方体仪器中，由几何关系可知，粒子做圆周运动的半径为
由洛伦兹力提供向心力可得
结合带电粒子的比荷
可得匀强磁场Ⅰ磁感应强度的大小为
（2）由图中几何关系可知，射入长方体仪器的粒子，速度与轴正方向的夹角在和之间的粒子会打在底面上；速度与轴正方向的夹角在和之间的粒子会打在顶面上；则有
（3）当把匀强磁场Ⅰ的方向调整为沿轴正方向后，可将入射速度沿着轴和轴进行分解，入射速度与轴正方向的夹角设为，如图所示
则有
，
分析可知，可将带电粒子运动分解为平行于平面的面上做匀速圆周运动和平行于轴方向上做匀速直线运动，在平行于平面的面上，由洛伦兹力提供向心力可得
解得
结合几何关系，当在附近时，粒子打在顶面上，粒子的运动时间为
带电粒子在平行于轴方向上做匀速直线运动，则有
当略大于时，粒子打在面上，粒子的运动时间为
当时，粒子打在面上，此时
当时，粒子恰好打在面上，粒子有最长运动时间
当时，粒子打在面上，易知打在面上的粒子数目与点入射的粒子总数之比为