山西省部分学校 2023-2024学年高二下学期3月金科大联考物理试题（原卷版+解析版）

这是一份山西省部分学校 2023-2024学年高二下学期3月金科大联考物理试题（原卷版+解析版），文件包含山西省部分学校2023-2024学年高二下学期3月金科大联考物理试题原卷版docx、山西省部分学校2023-2024学年高二下学期3月金科大联考物理试题解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共30页， 欢迎下载使用。

全卷满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.请按题号顺序在答题卡上各题目的答题区域内作答，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.选择题用2B铅笔在答题卡上把所选答案的标号涂黑；非选择题用黑色签字笔在答题卡上作答；字体工整，笔迹清楚。
4.考试结束后，请将试卷和答题卡一并上交。
一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共28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，一足球运动员踢一只质量为0.4kg的足球。若足球以12m/s的速率水平撞向球门门柱，然后以8m/s的速率反向弹回，这一过程持续时间为0.1s，下列说法正确的是（ ）
A. 这一过程中足球的动量改变量大小为
B. 这一过程中足球的动量改变量大小为
C. 门柱对足球的平均作用力大小为80N
D. 门柱对足球的平均作用力大小为16N
【答案】C
【解析】
【详解】AB．足球的初动量
足球的末动量
足球的动量改变量
故AB错误；
CD．足球受到的平均作用力，根据动量定理
解得
门柱对足球的平均作用力大小为80N，故C正确，D错误。
故选C。
2. 在某次演练中，一颗炮弹在斜向上飞行过程中爆炸，如图所示。爆炸后，炮弹分成两部分。若炮弹重力远小于爆炸内力，则关于爆炸后两部分的运动轨迹不可能的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】炮弹重力远小于爆炸内力，则炮弹爆炸过程中动量守恒， 炮弹爆炸前动量斜向右上，所以爆炸后瞬间两部分的动量矢量和也一定斜向右上。A图所示情况，爆炸后两部分的动量矢量和沿水平方向，所以是不可能的；B、C、D图所示情况，爆炸后两部分的动量矢量和可以斜向右上，所以是可能的。
故选A。
3. 某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，变压器可视为理想变压器，所有电表视为理想电表，原线圈输入有效值恒定的交流电压，图中R为输电线的总电阻。在用电高峰期，住户使用的用电器增加时，下列说法正确的是（ ）
A 电流表A1示数不变B. 电流表A2示数减小
C. 电压表V2示数增大D. 电压表V3示数减小
【答案】D
【解析】
【详解】C．变压器原线圈的输入电压不变，根据可知，变压器副线圈的输出电压
输出电压不变，V2示数不变，故C错误；
ABD．当住户使用的用电器增加时，即用户的总电阻变小，可得
副线圈的电流
电流表A2变大，又有
可知示数减小，由理想变压器的原理可知原线圈的电流
电流表A1示数变大，故AB错误，D正确。
故选D。
4. 一对平行金属板间存在如图所示的匀强电场和匀强磁场，一比荷为k的正离子以速度从左侧水平射入板间，恰好在板间做直线运动。下列粒子也能够在板间做直线运动的是（所有粒子均不考虑重力的影响）（ ）
A. 以速度从左侧水平射入板间的比荷为2k的正离子
B. 以速度从左侧水平射入板间的比荷为2k的负离子
C. 以速度从右侧水平射入板间的比荷为2k的正离子
D. 以速度从右侧水平射入板间的比荷为k的正离子
【答案】B
【解析】
【详解】AB．比荷为的正离子以速度从左侧水平射入，恰好做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足
解得
即该速度满足速度选择器的条件，说明速度选择器不选择电性和比荷而只选择速度。故A错误；B正确；
CD．粒子从右侧射入时，洛伦兹力与电场力方向相同，不可能做直线运动。故CD错误。
故选B。
5. 中国新一代粒子研究器“超级陶粲”装置近日正式启动，静电分析器是其重要组成部分。静电分析器的两电极之间存在如图所示的静电场，该静电场中任意一点电场方向均沿半径方向指向圆心，大小均满足（k为与装置有关的常数，r为该点到圆心O的距离）。某次实验中质量之比为2∶1，电荷量之比为1∶2的甲、乙两粒子由入射口P进入静电分析器，分别沿轨迹Ⅰ、Ⅱ仅在电场力作用下做圆心为O的匀速圆周运动，最后从Q射出，下列说法正确的是（ ）
A. 甲、乙两粒子运动时的速率之比为2∶1
B. 甲、乙两粒子运动时的角速度之比2∶1
C. 甲、乙两粒子运动时的动量大小之比为1∶1
D. 甲、乙两粒子运动时的动能之比为2∶1
【答案】C
【解析】
【详解】A．由电场力提供向心力可得
其中
解得
可知粒子运动时的速率之比为。故A错误；
B．根据
由于两粒子运动的半径之比未知，则角速度之比未知。故B错误；
C．动量
可得动量之比为。故C正确；
D．动能
可得动能之比为。故D错误。
故选C。
6. 为保证自行车夜间骑行安全，在自行车上安装了尾灯，其电源为固定在后轮的交流发电机，如图甲所示。交流发电机的原理图如图乙所示，线圈在车轮的带动下绕轴转动，通过滑环和电刷保持与尾灯连接，矩形线圈ABCD的面积为，共有100匝，线圈总电阻为1Ω，线圈处于磁感应强度大小为10T的匀强磁场中，尾灯灯泡电阻为3Ω，当线圈转动角速度为8rad/s时，下列说法正确的是（ ）
A. 线圈从图乙所示位置开始计时，其转动过程中产生的电动势为
B. 线圈每转一圈，尾灯产生的焦耳热为
C. 线圈从图乙所示位置转过过程中产生的电动势的平均值为
D. 线圈从图乙所示位置转过过程中流过尾灯电流的平均值为
【答案】C
【解析】
【详解】A．线圈在乙图中为中性面位置，产生的电动势为
可得
故A错误；
B．电动势有效值为
通过尾灯的电流有效值为
线圈每转一圈，尾灯产生的焦耳热为
故B错误；
C．根据
可知
故C正确；
D．由闭合电路欧姆定律，可得
故D错误。
故选C。
7. 如图所示，等腰梯形金属框的一个边与有界磁场边界平行，金属框在外力F作用下以垂直于边界的速度匀速进入磁场，则线框进入磁场的过程中，线框中的感应电流i、外力大小F、线框中电功率的瞬时值P、通过导体某横截面的电荷量q与时间t的关系可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】A．设线框底边长为，底角的正切值为，则切割磁感线的有效长度为
感应电流为
可知，感应电流随时间均匀减小。故A错误；
B．金属框匀速运动，外力与安培力平衡，外力大小为
可知，外力随时间的图像为曲线。故B正确；
C．电功率为
可知，电功率随时间减小，且斜率逐渐变小。故C错误；
D．根据
解得
磁场通过线框的有效面积随时间变化关系为
解得
可知，在进入磁场过程通过导体某横截面的电荷量随时间增大，且斜率逐渐减小。故D错误。
故选B。
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，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. 如图所示，图甲为LC振荡电路，通过A点的电流如图乙所示，规定通过A点向左的电流方向为正方向，下列说法正确的是（ ）
A. 在第1s末，线圈中的磁场能最小B. 在第1.5s末，电容器的电场能最小
C. 0~1s电容器正在充电，上极板带正电D. 1~1.5s电容器正在放电，上极板带正电
【答案】AB
【解析】
【详解】A．在第1s末，电流最小，而线圈中磁场能与电流同步变化，则在第1s末，线圈中的磁场能最小，故A正确；
B．在第1.5s末，电流最大，则线圈磁场能最大，所以电容器的电场能最小，故B正确；
C．由图乙可知，在0~0.5s内，电流增大，说明电容器正在放电，又因电流为正值，则电流为逆针方向，可知上极板带正电，下极板带负电；在0.5~1s内，电流减小，说明电容器正在充电，又因电流为正值，则电流为逆时针方向，可知下极板带正电，上极板带负电，故C错误；
D．在1~1.5s内，电流增加，说明电容器正在放电，又因电流为负值，则电流为顺时针方向，可知上极板带负电，故D错误。
故选AB。
9. 中国象棋的棋盘呈长方形，由九条竖线和十条横线相交组成，共有九十个交叉点，开局时红方和黑方各棋子的位置如图所示，现将电荷量为和的两个点电荷分别固定在黑方的“將”位置和红方的“帥”位置，两点电荷在棋盘网格线所在的平面内，下列说法正确的是（ ）
A. 棋盘左侧红方“炮”所在位置与右侧黑方“砲”所在位置的电场强度相同
B. 棋盘红方棋子所在位置的电势可能高于黑方棋子所在位置的电势
C. 质子从红方正中间“兵”所在位置运动到黑方正中间“卒”所在位置，静电力不做功
D. 电子在棋盘红方棋子所在位置的电势能一定大于在黑方棋子所在位置的电势能
【答案】AD
【解析】
【详解】A．等量异种点电荷的电场分布如图所示，
由此可知，左侧红方“炮”所在位置与棋盘右侧黑方“砲”所在位置关于两电荷连线中点对称，则电场强度大小相等方向相同。故A正确；
B．棋盘黑方棋子所在位置更靠近正电荷，电势较高，棋盘红方棋子所在位置靠近负电荷，电势较低。故B错误；
C．质子从红方正中间“兵”所在位置运动到黑方正中间“卒”所在位置，静电力的方向与位移方向相反，静电力做负功。故C错误；
D．根据
得电子在棋盘红方棋子所在位置的电势能大于在黑方棋子所在位置的电势能。故D正确。
故选AD。
10. 如图所示，长为0.2m的轻质细杆两端固定两个质量均为1kg的小球a、b，开始时细杆直立在水平地面上，某时刻给小球b一微小扰动，使其开始下落，经过0.3s后小球b落地，已知重力加速度，两小球均可视为质点，不计一切阻力，下列关于小球b下落过程中的说法正确的是（ ）
A. 两小球组成的系统动量不守恒B. b球落地前瞬间的速度大小为1m/s
C. a球移动的距离为0.1mD. 轻杆对b球的冲量大小为
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．a、b组成的系统在水平方向上所受合力为零，动量守恒，竖直方向动量不守恒，故A正确；
B．系统水平方向的初动量为零，在球落地瞬间系统水平方向动量仍为零，此时球的速度方向竖直向下，球的速度为零，由
解得
故B错误；
C．根据动量守恒定律可知，水平方向有
解得
故C正确；
D．对球，水平方向上动量变化为零，由动量定理可知，杆对球的水平冲量为零，在竖直方向上，有
解得
故D正确。
故选ACD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学利用如图甲所示的单摆测量当地的重力加速度。
（1）下列说法正确的是___________（填字母）。
A. 测摆长时，摆线应接好摆球，使摆球处于自然下垂状态
B. 摆长等于摆线的长度加上摆球的直径
C. 测单摆的周期时，应从摆球经过最高点速度为0时开始计时
D. 如果有两个大小相等且都带孔的铜球和木球，应选用木球作摆球
（2）若用l表示单摆的摆长，T表示单摆振动周期，可求出当地重力加速度大小___________。
（3）某同学为了提高实验精度，在实验中改变几次摆长l，并测出相应的周期T，算出的值，再以l为横轴、为纵轴建立直角坐标系，将所得数据描点连线如图乙所示，并求得该直线的斜率为k，则重力加速度___________（用k表示）。
（4）地面上周期为2s的单摆经常被称为秒摆。若把该秒摆放在“天问一号”探测器中，则探测器刚发射离开地球表面时，此秒摆的周期___________2s（填“大于”“小于”或“等于”）。
【答案】（1）A （2）
（3）
（4）小于
【解析】
【小问1详解】
A．测摆长时摆线应接好摆球，使摆球处于自然下垂状态，否则，摆长的测量不准确。故A正确；
B．摆长等于摆线的长度加上摆球的半径。故B错误；
C．测单摆的周期时，应从摆球经过平衡位置时开始计时。故C错误；
D．摆球选择质量大一些，体积小一些的小球，如果有两个大小相等且都带孔的铜球和木球，应选用铜球作摆球。故D错误。
故选A。
【小问2详解】
根据
解得
【小问3详解】
根据
解得
结合乙图，可得
解得
【小问4详解】
探测器刚发射离开地球表面时处于超重状态，等效重力加速度g变大，由
可得周期变小，即秒摆的周期小于2s。
12. 某兴趣小组利用实验室的器材自制了一台电子秤，其原理如图甲所示。由电压表的读数可计算物体的质量。电阻不计的弹簧与托盘相连，当盘中无重物时，电压表的读数恰好为0。重力加速度，摩擦阻力、空气阻力可忽略不计，弹簧始终在弹性限度内。实验时提供的器材有：
A.电源E：电动势，内阻为；
B.电压表：量程为0~15V，内阻约为30kΩ；
C.电压表：量程为0~3V，内阻约为30kΩ；
D.滑动变阻器R：总电阻为，总长度为；
E.定值电阻：阻值0.9Ω；
F.弹簧：劲度系数为；
G.开关S，导线若干。
（1）电压表应选择___________（填“”或“”）。
（2）该台秤所能称量的最大质量为___________kg。
（3）当电压表指针如图乙所示时，读数为___________V，此时重物的质量为___________kg。
（4）若将电压表的电压刻度改写为质量刻度，下列表盘刻度可能正确的是___________（填字母）。
A.
B.
C.
（5）若使用一段时间后，电池电动势降低，则质量的测量值与真实值相比___________（填“偏大”“相等”或“偏小”）。
【答案】（1）
（2）1 （3） ①. 1.50 ②. 0.1
（4）B （5）偏小
【解析】
【小问1详解】
由于电源电动势为，故应选电压表；
【小问2详解】
由电阻的决定式可知
根据胡克定律有
可得该台秤所能称量的最大质量为；
【小问3详解】
[1][2]由闭合电路欧姆定律
电压表示数
联立求解得
将数据代入公式可得
当时，解得
【小问4详解】
根据（3）的分析可知图B符合U和m的关系。
故选B。
【小问5详解】
电池电动势降低，则对应同一物体，电压表示数偏小，故测量值偏小。
13. 如图所示，两根互相平行、间距为2m的粗糙金属导轨与水平方向的夹角为，导轨上端与阻值为的定值电阻相接、下端开口，导轨置于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的关系为。一长度为、质量为的导体棒垂直导轨静止在导轨上，且与导轨保持良好接触，此时与导轨上端的距离为，导体棒与导轨间的动摩擦因数为，导轨与导体棒的电阻忽略不计。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加。求：
（1）时导体棒受到的安培力；
（2）导体棒开始运动的时刻。
【答案】（1）12N，方向沿导轨向上；（2）8s
【解析】
【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律
可知，通过导体棒的感应电流
根据楞次定律可知，通过闭合回路的电流方向从上往下看为顺时针，所以导体棒受到的安培力方向沿导轨向上，导体棒受到的安培力大小
（2）导体棒所受安培力逐渐增大，当其开始运动时，有
其中
解得
14. 如图所示，左侧圆弧光滑导轨与右侧足够长的平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计。金属棒b和c静止放在水平导轨上，b、c两棒均与导轨垂直。图中虚线de右侧存在方向竖直向上、范围足够大的匀强磁场。绝缘棒a垂直于圆弧导轨由静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为，之后与静止在虚线de处的金属棒b发生弹性碰撞，金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞，已知金属棒b和绝缘棒a的质量均为，金属棒c质量为，重力加速度取，求：
（1）绝缘棒a与金属棒b碰撞后瞬间金属棒b的速度大小；
（2）整个过程两金属棒b、c上产生的总焦耳热；
（3）若右侧磁场的磁感应强度大小，导轨间距，则整个过程通过回路横截面的电荷量。
【答案】（1）6m/s；（2）18J；（3）3C
【解析】
【详解】（1）设绝缘棒滑上水平导轨时，速度为，下滑过程中绝缘棒机械能守恒，有
绝缘棒与金属棒发生弹性碰撞，由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
联立解得金属棒的速度大小
（2）最终两金属棒以相同速度匀速运动，由动量守恒定律有
由能量守恒定律有
得两金属棒上最终产生的总焦耳热
（3）由动量定理，对有
即
解得
15. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。为了准确地注入离子，需要在一个有限空间中用电磁场对离子的运动轨迹进行调控。如图所示，在空间直角坐标系内的长方体区域，，粒子源在y轴上区域内沿x轴正方向连续均匀辐射出带正电粒子。已知粒子的比荷，初速度大小为，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。
（1）仅在长方体区域内加沿z轴正方向的匀强电场，所有的粒子从边射出电场，求电场强度的大小；
（2）仅在长方体区域内加沿y轴正方向匀强磁场，所有的粒子都经过面射出磁场，求磁感应强度大小的范围；
（3）在长方体区域内加沿x轴正方向的匀强电场、匀强磁场，已知磁感应强度，电场强度，求从面射出的粒子数占粒子源射出粒子总数的百分比。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）所有的粒子都从边射出，设粒子在电场中运动的时间为，则有
联立解得
（2）所有粒子都经过面射出磁场，临界状态分别从边射出当粒子从边射出时，则有
解得
当粒子从边射出时
解得
则磁感应强度大小的范围为
（3）设粒子在磁场中偏转的半径为，周期为，粒子从发出到面射出的运动时间为，则有
解得
根据洛伦兹力提供向心力有
可得
由
粒子在时间内偏转的示意图如图所示
设偏转角度为，则有
则有
代入数据解得