2024年北京市顺义区高三下学期高考三模物理试卷试卷含详解

这是一份2024年北京市顺义区高三下学期高考三模物理试卷试卷含详解，共31页。试卷主要包含了2A， 一正弦式交流电的图像如图所示等内容，欢迎下载使用。

本试卷分第一部分和第二部分。满分100分，考试时间90分钟。
第一部分
本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ）
A. 天然放射现象表明原子核内部是有结构的B. β 射线是原子核外电子形成的电子流
C. 升高温度可以减小放射性元素的半衰期D. β 射线比α射线的穿透能力弱
2. 如图所示，某人站上向右上行的智能电动扶梯，他随扶梯先加速，再匀速运动。在此过程中人与扶梯保持相对静止，下列说法正确的是（ ）
A. 扶梯加速运动阶段，人处于超重状态
B. 扶梯加速运动阶段，人受到的摩擦力水平向左
C. 扶梯匀速运动阶段，人受到重力、支持力和摩擦力
D. 扶梯匀速运动阶段，人受到的支持力大于重力
3. 如图所示，光束a射入玻璃三棱镜、出射光为b、c两束单色光。比较b、c两束光，下列说法正确的是（ ）
A. 玻璃对光束b的折射率较大
B. 光束b的频率更高
C. 光束b在玻璃中的传播速度较大
D. 经同一双缝干涉装置后光束b的干涉条纹间距较小
4. “拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上，如图所示。小罐倒扣在身体上后，在罐中气体逐渐冷却的过程中，罐中气体质量和体积均可视为不变。若罐中气体可视为理想气体，下列说法正确的是（ ）
A. 罐中气体的压强不变
B. 罐中气体的内能不变
C. 罐中气体分子的平均动能不变
D. 罐中单位体积内气体分子数不变
5. 如图，一交流发电机中，矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连。变压器原、副线圈匝数之比，副线圈接入一规格为“6V；12W”的小灯泡时，小灯泡恰好正常发光，导线框、输电导线电阻均不计，下列说法正确的是（ ）
A. 图示位置穿过导线框的磁通量最大
B. 导线框产生电动势的最大值为60V
C. 通过原线圈电流的有效值为0.2A
D. 原、副线圈中电流的频率之比为
6. 一正弦式交流电的图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 此交流电的频率为25Hz
B. 用其给100Ω的电阻供电，电阻消耗的功率为484W
C. 用其给以额定功率1000W工作的电吹风供电，电路中的电流约为3.2A
D. 用其给线圈电阻为10Ω的电动机供电，电动机正常工作时的电流为22A
7. 如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个带等量异种电荷小球M、N（可看成点电荷），O点为轻杆的中点。情境一：小球及轻杆处于静止状态；情境二：轻杆绕O点在竖直平面内逆时针匀速转动。下列说法正确的是（ ）
A. 情境一中，O点的电场强度为零
B. 情境一中，O点与无穷远处电势相等
C. 情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向外
D. 情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向里
8. 如图所示，斜面顶端在水平面上的投影为O点，斜面与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始下滑，停到水平面上的A点。已知小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数相同。保持斜面长度不变，增大斜面倾角，下列说法正确的是（ ）
A. 小木块沿斜面下滑的加速度减小
B. 小木块滑至斜面底端时重力的瞬时功率增大
C. 小木块滑至斜面底端的时间增大
D. A点到O点距离不变
9. 如图甲所示，水滴滴在平静的水面上，会形成水波向四周传播（可视为简谐波）。可利用两个能够等间隔滴水的装置、来研究波的叠加现象，图乙所示为以、为波源的两水波在某时刻叠加的简化示意图，已知、的振幅均为A，该时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。则下列说法正确的是（ ）
A. a处质点做简谐运动，振幅0
B. b处质点此刻的位移大小为2A
C. 若想观察到稳定的干涉现象，可将滴水间隔调小
D. 只要将的滴水间隔调至和的相等，c处质点就做振幅为2A的简谐运动
10. 如图是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的图像。已知气体在状态A时的压强是。下列说法正确的是（ ）
A. 气体在状态A的温度为200K
B. 气体在状态C的压强为
C. 从状态A到状态B的过程中，气体的压强越来越大
D. 从状态B到状态C的过程中，气体的内能保持不变
11. 2022年10月，我国发射的“夸父一号”太阳探测卫星成功进入距地面高度为720km、周期约为100分钟的太阳同步晨昏轨道，如图所示。所谓太阳同步晨昏轨道，从宇宙中看，卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳，可实现全天候对太阳磁场、太阳耀斑等进行观测。下列说法正确的是（ ）
A. “夸父一号”每绕地球1周，地球自转25°
B. “夸父一号”绕地球运动的向心加速度大于地球表面重力加速度
C. “夸父一号”绕垂直于地球自转轴旋转
D. “夸父一号”的发射速度大于
12. 电子束焊接机的核心部件内存在如图所示的高压电场，K极为阴极，电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点。下列说法正确的是（ ）
A. 高压电场中A、B两点电势相等
B. 高压电场中A点电场强度大于B点电场强度
C. 电子的电势能逐渐减小
D. 电子的加速度逐渐减小
13. 用如图所示装置作为推进器加速带电粒子。装置左侧部分由两块间距为d的平行金属板M、N组成，两板间有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。使大量电荷量绝对值均为q0的正、负离子从左侧以速度v0水平入射，可以给右侧平行板电容器PQ供电。靠近Q板处有一放射源S可释放初速度为0、质量为m、电荷量绝对值为q的粒子，粒子被加速后从S正上方的孔喷出P板，喷出的速度大小为v。下列说法正确的是（ ）
A. 放射源S释放的粒子带负电
B. 增大q0的值，可以提高v
C. PQ间距变为原来的2倍，可使v变为原来倍
D. v0和B同时变为原来的2倍，可使v变为原来的2倍
14. 在霍尔效应中，霍尔电压与通过导体的电流之比被定义为霍尔电阻，可用符号表示，通常情况下，霍尔电阻与外加磁场的磁感应强度成正比。但在超低温、强磁场的极端条件下，某些材料的霍尔电阻却随着强磁场的增加出现量子化现象：h是普朗克常数，e是电子的电量， v既可以取1、2、3…等整数，也可以取某些小于1的分数，这就是量子霍尔效应现象。实验发现，当霍尔电阻处于量子态时，材料中的电子将沿边缘带做定向运动，几乎不受阻力作用。2013年，清华大学薛其坤团队发现，在超低温（0.03K）环境条件下，具备特殊结构的拓补绝缘体材料可以自发地发生磁化，此时不需要外加磁场也会发生量子霍尔效应，这种现象被称为量子反常霍尔效应。结合以上资料，可以判断下列说法正确的是（ ）
A. 同欧姆电阻类似，霍尔电阻越大，表明材料对通过它的电流的阻碍越强
B. 要发生量子霍尔效应现象，外部环境条件有两个，一是要具备超低温环境，二是要具备超强的磁场
C. 具备量子反常霍尔效应的磁性拓补绝缘材料已成为新一代低能耗芯片的制造材料
D. 霍尔电阻的量子态表达式中的常数组合 与欧姆电阻具有相同的单位
第二部分
本部分共6小题，共58分。
15. 甲、乙两同学分别用不同的方案做“验证动量守恒定律”实验。
（1）甲同学用如图所示的装置研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让质量为的入射小球多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP（称为第一次操作）。然后，把半径相同质量为的被碰小球静置于斜槽末端，仍将入射小球从斜槽上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N，测出OM、ON（称为第二次操作）。在实验误差允许范围内，若满足关系式，则可以认为两球碰撞前后的动量守恒。
①下列关于本实验条件的叙述，正确的是______。（选填选项前的字母）
A.同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放
B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量
C.斜槽倾斜部分必须光滑
D.斜槽末端必须水平
②若第二次操作时，入射小球从斜槽上静止释放的位置低于S，其他操作都正确的情况下，实验结果为______（选填“>”“<”或“=”）。
（2）乙同学用如图所示实验装置进行实验，两个带有等宽遮光条滑块A、B间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定，将其置于气垫导轨上。接通充气开关，烧断细线，A、B由静止向相反方向运动。利用光电计时器可记录下两遮光条通过光电门C、D的时间分别为、。A、B的质量分别为、。
①在实验操作正确的前提下，若满足______与______近似相等（用所测物理量的字母表示），则可以认为两滑块被弹簧弹开前后动量守恒。
②本实验______（选填“需要”或者“不需要”）调节气垫导轨水平，判断气垫导轨水平的依据是______。
16. 某同学分别用图甲和乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
（1）利用图甲实验电路测电池的电动势E和内阻r，所测量的实际是下图中虚线框所示“等效电源”的电动势和内阻。若电流表内阻用表示，用E、r和表示__________；__________。
（2）根据实验记录的数据得到如图所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是题图__________（选填“甲”或“乙”）。
（3）选择误差较小的实验电路，根据（2）图中对应的数据，该电池的电动势__________V（结果保留3位有效数字），内阻__________（结果保留2位有效数字）。
17. 下面是一个物理演示实验，它显示图中自由下落物体A和B经反弹后，B能上升到比初始位置高得多的地方。A是某种材料做成的实心球，质量为m1，在顶部的凹坑中插着质量为m2的棒B，已知m1=3m2，B只是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙。将此装置从A下端离地板的高度H处由静止释放。实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变；接着棒B脱离球A，A、B分别开始上升。不计空气阻力。
（1）已知球A上升的高度为h，求棒B上升的高度，重力加速度g=10m/s2。结果用H、h表示。
（2）实验发现，B的材料不同，A、B上升的高度不同，弹性越好，棒B上升的高度越高。试通过计算说明棒B上升的高度存在一个范围，即存在一个最大值和最小值，并求出这一最大值和最小值各是多少？结果只能用H表示，因为h在本问中是变化的。
18. 如图所示等腰直角三角形位于直角坐标系第一象限内，直角边与x轴重合，与y轴重合，直角边长度为d，在直角三角形内存在垂直纸面向外的匀强磁场，直角边上安装有一荧光屏。现有垂直边射入一群质量均为m，电荷量均为q、速度大小相等的带正电粒子，已知垂直边射出的粒子在磁场中运动的时间为，而这些粒子在磁场中运动的最长时间为（不计重力和粒子间的相互作用）。试通过计算回答下列问题：
（1）该匀强磁场的磁感应强度大小多大？
（2）粒子的速度和直角边上安装的荧光屏上发光的长度多大？
19. 跑酷不仅可以强健体质，也可使得自身反应能力更加迅速。现有一运动员在图示位置起跳，运动过程姿势不变且不发生转动，到达墙面时鞋底与墙面接触并恰好不发生滑动，通过鞋底与墙面间相互作用可以获得向上的升力。已知运动员起跳时速度为，与水平方向夹角为θ，到达墙壁时速度方向恰好与墙面垂直，运动员鞋底与墙面的动摩擦因数为μ（），最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，全过程忽略空气阻力影响。
（1）求运动员起跳时的水平分速度与竖直分速度；
（2）运动员与墙发生相互作用的时间为t，蹬墙后速度竖直向上，不再与墙发生相互作用，求蹬墙后运动员上升的最大高度H；
（3）若运动员蹬墙后水平方向速度大小不变，方向相反，为了能够到达起跳位置的正上方，且距离地面高度不低于蹬墙结束时的高度，求运动员与墙发生相互作用的最长时间。
20. 如甲图所示，有一边长l的正方形导线框abcd，质量，电阻，由高度h处自由下落，直到其上边cd刚刚开始穿出匀强磁场为止，导线框的v-t图像如乙图所示。此匀强磁场区域宽度也是l，磁感应强度，重力加速度g取10。求：
（1）线框自由下落的高度h；
（2）导线框的边长l；
（3）某同学认为，增大磁场的磁感应强度B，保持其它条件不变，导线框速度随时间变化图像与乙图相同，你是否同意该同学的说法，请分析说明。
2024北京顺义高三三模
物理
本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ）
A. 天然放射现象表明原子核内部是有结构的B. β 射线是原子核外电子形成的电子流
C. 升高温度可以减小放射性元素的半衰期D. β 射线比α射线的穿透能力弱
【答案】A
【详解】A．射线的放射表明原子核内部存在着复杂的结构和相互作用。例如α衰变过程中，2个质子和2个中子结合在一起形成α粒子。所以天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A正确；
B．发生一次β衰变，实际是原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故B错误；
C．原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故C错误；
D．放射性元素衰变时放出的三种射线，γ射线穿透能力最强，β射线穿透能力居中，α射线穿透能力最弱，故D错误。
故选A。
2. 如图所示，某人站上向右上行的智能电动扶梯，他随扶梯先加速，再匀速运动。在此过程中人与扶梯保持相对静止，下列说法正确的是（ ）
A. 扶梯加速运动阶段，人处于超重状态
B. 扶梯加速运动阶段，人受到的摩擦力水平向左
C. 扶梯匀速运动阶段，人受到重力、支持力和摩擦力
D. 扶梯匀速运动阶段，人受到的支持力大于重力
【答案】A
【详解】AB．依题意可知在加速运动过程中，人的加速度向右上方，加速度在竖直向上的方向上有分量和在水平向右方向有分量，可知人处于超重状态，人受到的摩擦力水平向右，故A正确，B错误；
CD．扶梯匀速运动阶段，由平衡条件可知人受到自身重力，扶梯对它竖直向上的支持力，共计两个力的作用，且扶梯对人的支持力大小等于重力大小，故C、D错误。
故A。
3. 如图所示，光束a射入玻璃三棱镜、出射光为b、c两束单色光。比较b、c两束光，下列说法正确的是（ ）
A. 玻璃对光束b的折射率较大
B. 光束b的频率更高
C. 光束b在玻璃中的传播速度较大
D. 经同一双缝干涉装置后光束b的干涉条纹间距较小
【答案】C
【详解】A．根据光路图可知，在入射角相同的情况下，b光的折射角大于c光的折射角，由此可知，b光的折射率小于c光的折射率，故A错误；
B．折射率越大，则光的频率越大，由于光束b的折射率小于光束c的折射率，因此光束b的频率低于光束c的频率，故B错误；
C．根据光在介质中的传播速度与折射率之间的关系
可知，折射率越小，则光在介质中传播的速度越大，由于光束b的折射率小于光束c的折射率，因此光束b在玻璃中的传播速度大于光束c在玻璃中的传播速度，故C正确；
D．由于b光的频率小于c光的频率，而根据
可知，频率越小则波长越长，而根据双缝干涉的条纹间距公式
可知，在经同一双缝干涉装置后，波长大的光产生的条纹间距更大，因此光束b的干涉条纹间距要大于光束c的条纹间距，故D错误。
故选C。
4. “拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上，如图所示。小罐倒扣在身体上后，在罐中气体逐渐冷却的过程中，罐中气体质量和体积均可视为不变。若罐中气体可视为理想气体，下列说法正确的是（ ）
A. 罐中气体的压强不变
B. 罐中气体的内能不变
C. 罐中气体分子的平均动能不变
D. 罐中单位体积内气体分子数不变
【答案】D
【详解】罐中气体质量和体积均可视为不变，根据可知，气体逐渐冷却的过程中，压强逐渐减小，内能降低，平均动能减小，由于气体质量和体积均可视为不变，则罐中单位体积内气体分子数不变。
故选D。
5. 如图，一交流发电机中，矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连。变压器原、副线圈匝数之比，副线圈接入一规格为“6V；12W”的小灯泡时，小灯泡恰好正常发光，导线框、输电导线电阻均不计，下列说法正确的是（ ）
A. 图示位置穿过导线框的磁通量最大
B. 导线框产生电动势的最大值为60V
C. 通过原线圈电流的有效值为0.2A
D. 原、副线圈中电流的频率之比为
【答案】C
【详解】A．由图可知，图示位置线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，故A错误；
B．根据题意可知，副线圈电压的有效值为，根据变压器原副线圈电压之比等于匝数比可得
可得原线圈电压的有效值为
则导线框产生电动势的最大值
故B错误；
C．根据变压器原副线圈功率相等可得
可得通过原线圈电流的有效值
故C正确；
D．变压器不改变交流电的频率，所以原、副线圈中电流的频率之比为，故D错误。
故选C。
6. 一正弦式交流电的图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 此交流电的频率为25Hz
B. 用其给100Ω的电阻供电，电阻消耗的功率为484W
C. 用其给以额定功率1000W工作的电吹风供电，电路中的电流约为3.2A
D. 用其给线圈电阻为10Ω的电动机供电，电动机正常工作时的电流为22A
【答案】B
【详解】A．由图可知，此交流电的周期为0.02s，则此交流电的频率
故A错误；
B．此交流电电压的有效值
用其给100Ω的电阻供电，电阻消耗的功率
故B正确；
C．用其给以额定功率1000W工作的电吹风供电，电路中的电流约为
故C错误；
D．当电路中接入阻值为10Ω的电阻时，电路中的电流
接入电动机后，电路为非纯电阻电路，电路中的电流不等于22A，故D错误。
故选B。
7. 如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个带等量异种电荷的小球M、N（可看成点电荷），O点为轻杆的中点。情境一：小球及轻杆处于静止状态；情境二：轻杆绕O点在竖直平面内逆时针匀速转动。下列说法正确的是（ ）
A. 情境一中，O点的电场强度为零
B. 情境一中，O点与无穷远处电势相等
C. 情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向外
D. 情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向里
【答案】B
【详解】A．M在点的电场强度水平向右，N在点的电场强度水平向右，根据电场的叠加可知O点的电场强度不为零，故A错误；
B．等量异种电荷中垂线为等势面，其电势等于0，与无穷远处电势相等，故B正确；
CD．当杆绕O点在竖直平面内逆时针方向匀速转动，N形成的等效电流方向为顺时针，N形成的等效电流方向为逆时针，根据安培定则可知，M在O点的磁场方向垂直纸面向外，N在O点产生的磁场方向垂直纸面向里，M、N距离O点的距离相等，所以O点的合磁场的磁感应强度为零，故CD错误。
故选B。
8. 如图所示，斜面顶端在水平面上的投影为O点，斜面与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始下滑，停到水平面上的A点。已知小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数相同。保持斜面长度不变，增大斜面倾角，下列说法正确的是（ ）
A. 小木块沿斜面下滑的加速度减小
B. 小木块滑至斜面底端时重力的瞬时功率增大
C. 小木块滑至斜面底端的时间增大
D. A点到O点的距离不变
【答案】B
【详解】A．由牛顿第二定律可知
可知
所以增大斜面倾角，加速度增大，故A错误；
B．保持斜面长度不变，增大斜面倾角，由牛顿第二定律可知
由运动学公式可知，小木块滑到底端时
则小木块滑到斜面底端时重力的瞬时功率为
此为增函数，故倾角增大时滑到底端重力瞬时功率增大，故B正确；
C．由前面分析可知，倾角增大，加速度增大，但斜面长度不变，由
可知
即时间变短，故C错误；
D．对小木块运动的整个过程，根据动能定理有
解得
所以与无关，与高度成正比，由于长度不变，则倾角增大时高度增加，A点到O点的距离应该变大，故D错误。
故选B。
9. 如图甲所示，水滴滴在平静的水面上，会形成水波向四周传播（可视为简谐波）。可利用两个能够等间隔滴水的装置、来研究波的叠加现象，图乙所示为以、为波源的两水波在某时刻叠加的简化示意图，已知、的振幅均为A，该时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。则下列说法正确的是（ ）
A. a处质点做简谐运动，振幅为0
B. b处质点此刻的位移大小为2A
C. 若想观察到稳定的干涉现象，可将滴水间隔调小
D. 只要将的滴水间隔调至和的相等，c处质点就做振幅为2A的简谐运动
【答案】B
【详解】A．由题图可知，a处的质点此时刻处于两列波的波峰与波谷相遇的点，由波的叠加知识可知，此时刻a处速度为零。在同一介质中，不同的机械波的波速相等，根据
由图知波源波长小，所以波源的频率较大，即两列波的频率不同，两列波无法发生稳定的干涉现象，所以a处的质点并不是一直处于静止状态，即a处质点的振幅不为零，故A项错误；
B．由题图可知，b处的质点此时刻处于两列波的波谷与波谷相遇的点，由波的叠加知识可知，此时刻该处质点的位移大小为2A，故B项正确；
C．在同一介质中，不同的机械波的波速相等，根据
由图知波源的波长小，所以波源的频率较大，为观察到稳定的干涉图样，可将途中的频率调小，即将滴水间隔调大，故C项错误；
D．将两装置的滴水间隔调至相等，此时两列波的频率相同，会产生稳定的干涉现象，但是c出的质点其不一定处于振动加强点，即c处的质点不一定做振幅为2A的简谐运动，故D项错误。
故选B。
10. 如图是一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的图像。已知气体在状态A时的压强是。下列说法正确的是（ ）
A. 气体在状态A的温度为200K
B. 气体在状态C的压强为
C. 从状态A到状态B的过程中，气体的压强越来越大
D. 从状态B到状态C的过程中，气体的内能保持不变
【答案】A
【详解】AC．从A到B过程中，气体的体积与热力学温度成正比，所以气体发生等压变化，压强保持不变，即
根据盖-吕萨克定律
代入数据解得
故A正确，C错误；
B．从B到C过程中，气体发生等容变化，根据查理定律
代入数据解得
故B错误；
D．从状态B到状态C的过程中，气体温度升高，内能增加，故D错误。
故选A。
11. 2022年10月，我国发射的“夸父一号”太阳探测卫星成功进入距地面高度为720km、周期约为100分钟的太阳同步晨昏轨道，如图所示。所谓太阳同步晨昏轨道，从宇宙中看，卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳，可实现全天候对太阳磁场、太阳耀斑等进行观测。下列说法正确的是（ ）
A “夸父一号”每绕地球1周，地球自转25°
B. “夸父一号”绕地球运动的向心加速度大于地球表面重力加速度
C. “夸父一号”绕垂直于地球自转轴旋转
D. “夸父一号”的发射速度大于
【答案】A
【详解】A．地球自转一圈需要24h，“夸父一号”公转一圈需要100min，则“夸父一号”每绕地球1圈，地球自转的角度为
故A正确；
B．根据
，
可知
，
“夸父一号”的向心加速度小于地球表面重力加速度，故B错误；
C．根据题意：“卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳”，“夸父一号”绕地球运动的轨道平面绕地球自转轴旋转，且每天绕地球自转轴旋转，大约为1°，故C错误；
D．“夸父一号”的发射速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，故D错误。
故选A。
12. 电子束焊接机的核心部件内存在如图所示的高压电场，K极为阴极，电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点。下列说法正确的是（ ）
A. 高压电场中A、B两点电势相等
B. 高压电场中A点电场强度大于B点电场强度
C. 电子的电势能逐渐减小
D. 电子的加速度逐渐减小
【答案】C
【详解】A．由题知，电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点，则图中虚线为电场线，且方向由B指向A，根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知，φB > φA，故A错误；
B．电场线越密集电场强度越大，可知高压电场中A点电场强度小于B点电场强度，故B错误；
C．由题知，电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点，则电场力做正功，电子的电势能逐渐减小，故C正确；
D．电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点，电场线越来越密集，则电子的加速度逐渐增大，故D错误。
故选C。
13. 用如图所示装置作为推进器加速带电粒子。装置左侧部分由两块间距为d平行金属板M、N组成，两板间有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。使大量电荷量绝对值均为q0的正、负离子从左侧以速度v0水平入射，可以给右侧平行板电容器PQ供电。靠近Q板处有一放射源S可释放初速度为0、质量为m、电荷量绝对值为q的粒子，粒子被加速后从S正上方的孔喷出P板，喷出的速度大小为v。下列说法正确的是（ ）
A. 放射源S释放的粒子带负电
B. 增大q0的值，可以提高v
C. PQ间距变为原来的2倍，可使v变为原来倍
D. v0和B同时变为原来的2倍，可使v变为原来的2倍
【答案】D
【详解】A．根据左手定则可知，正负离子进入MN区域，正离子受到向下的洛伦兹力，负离子受到向上的洛伦兹力，所以正离子打到N板，负离子打到M板，N板电势高于M板，即Q板电势高于P板，S释放的粒子受到向上的电场力，电场力方向与场强方向相同，则粒子带正电，故A错误；
BC．根据力的平衡可得
S释放的粒子，加速过程有
联立可得
由此可知，粒子射出的速度与q0、PQ间距无关，故BC错误；
D．由以上分析可知，当v0和B同时变为原来的2倍，可使v变为原来的2倍，故D正确。
故选D。
14. 在霍尔效应中，霍尔电压与通过导体的电流之比被定义为霍尔电阻，可用符号表示，通常情况下，霍尔电阻与外加磁场的磁感应强度成正比。但在超低温、强磁场的极端条件下，某些材料的霍尔电阻却随着强磁场的增加出现量子化现象：h是普朗克常数，e是电子的电量， v既可以取1、2、3…等整数，也可以取某些小于1的分数，这就是量子霍尔效应现象。实验发现，当霍尔电阻处于量子态时，材料中的电子将沿边缘带做定向运动，几乎不受阻力作用。2013年，清华大学薛其坤团队发现，在超低温（0.03K）环境条件下，具备特殊结构的拓补绝缘体材料可以自发地发生磁化，此时不需要外加磁场也会发生量子霍尔效应，这种现象被称为量子反常霍尔效应。结合以上资料，可以判断下列说法正确的是（ ）
A. 同欧姆电阻类似，霍尔电阻越大，表明材料对通过它的电流的阻碍越强
B. 要发生量子霍尔效应现象，外部环境条件有两个，一是要具备超低温环境，二是要具备超强的磁场
C. 具备量子反常霍尔效应的磁性拓补绝缘材料已成为新一代低能耗芯片的制造材料
D. 霍尔电阻的量子态表达式中的常数组合 与欧姆电阻具有相同的单位
【答案】D
【详解】A．设半导体的与电流垂直方向长为a，宽为b，处于磁感应强度为B的磁场中，电子定向运动的速率为v，则半导体两端的霍尔电压为
根据霍尔电阻定义有
则霍尔电阻不能反映对电流的阻碍作用，故A错误；
B．由题意可知，在超低温、强磁场的极端条件下，某些材料的霍尔电阻却随着强磁场的增加出现量子化现象，并不是所有的材料都会发生，故B错误；
C．具备量子反常霍尔效应的磁性拓补绝缘材料，有望成为新一代低能耗芯片的制造材料，故C错误；
D．根据功率的表达式，，结合牛顿第二定律，整理得
则欧姆电阻的基本单位表示为；
根据能量子表达式，功的表达式，牛顿第二定律，结合电流的定义式，整理得
则常数组合的基本单位表示为，故D正确。
故选D。
第二部分
本部分共6小题，共58分。
15. 甲、乙两同学分别用不同的方案做“验证动量守恒定律”实验。
（1）甲同学用如图所示的装置研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让质量为的入射小球多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP（称为第一次操作）。然后，把半径相同质量为的被碰小球静置于斜槽末端，仍将入射小球从斜槽上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N，测出OM、ON（称为第二次操作）。在实验误差允许范围内，若满足关系式，则可以认为两球碰撞前后的动量守恒。
①下列关于本实验条件的叙述，正确的是______。（选填选项前的字母）
A.同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放
B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量
C.斜槽倾斜部分必须光滑
D.斜槽末端必须水平
②若第二次操作时，入射小球从斜槽上静止释放的位置低于S，其他操作都正确的情况下，实验结果为______（选填“>”“<”或“=”）。
（2）乙同学用如图所示实验装置进行实验，两个带有等宽遮光条的滑块A、B间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定，将其置于气垫导轨上。接通充气开关，烧断细线，A、B由静止向相反方向运动。利用光电计时器可记录下两遮光条通过光电门C、D的时间分别为、。A、B的质量分别为、。
①在实验操作正确的前提下，若满足______与______近似相等（用所测物理量的字母表示），则可以认为两滑块被弹簧弹开前后动量守恒。
②本实验______（选填“需要”或者“不需要”）调节气垫导轨水平，判断气垫导轨水平的依据是______。
【答案】（1） ①. ABD ②. >
（2） ①. ②. ③. 需要 ④. 见解析
【小问1详解】
[1] A．为了确保入射小球每次碰撞前的速度大小一定，同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放，故A正确；
B．为了避免碰撞时入射小球发生反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故B正确；
C．当入射小球每次均从同一位置静止释放时，小球每次滚下克服阻力做功相同，碰撞前的速度大小不变，可知，斜槽的摩擦对实验没有影响，即斜槽倾斜部分不需要确保光滑，故C错误；
D．为了确保小球飞出后做平抛运动，斜槽末端必须水平，故D正确。
故选ABD。
[2]小球平抛运动竖直高度相等，根据
，
解得
如果两次高度相同，入射球碰前的落地点为P，碰后的落地点为M，被碰小球碰后的落地点为N，则有
结合上述有
，，
解得
但是第二次释放位置偏低导致第二次对应的总动量小于第一次操作的总动量，即
【小问2详解】
[1][2]若令遮光条宽度为d，则滑块A、B的速度分别为
，
根据动量守恒定律有
解得
可知，若满足与近似相等（用所测物理量的字母表示），则可以认为两滑块被弹簧弹开前后动量守恒。
[3]滑块在气垫导轨上运动的摩擦力可以忽略不计，结合上述可知，为了验证动量守恒，光电门测出的速度与滑块弹开时的速度应该相等，即需要使滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，即本实验需要调节气垫导轨水平。
[4]单独让滑块A处在导轨上，轻推滑块A，使A先后经过两个光电门，若两光电门的挡光时间相等，表明滑块A通过两光电门的速度相等，即滑块A做匀速直线运动，表明气垫导轨处于水平状态。
16. 某同学分别用图甲和乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
（1）利用图甲实验电路测电池的电动势E和内阻r，所测量的实际是下图中虚线框所示“等效电源”的电动势和内阻。若电流表内阻用表示，用E、r和表示__________；__________。
（2）根据实验记录的数据得到如图所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是题图__________（选填“甲”或“乙”）。
（3）选择误差较小的实验电路，根据（2）图中对应的数据，该电池的电动势__________V（结果保留3位有效数字），内阻__________（结果保留2位有效数字）。
【答案】（1） ①. ②.
（2）乙 （3） ①. 1.50 ②. 0.75
【小问1详解】
[1]图甲电路，根据闭合电路的欧姆定律
整理得
图线纵截距表示电动势，则等效电源的电动势为
[2]图线斜率的绝对值表示内阻，等效电源的内阻为
【小问2详解】
图甲电路，误差在于电流表的分压，所测内阻等于电源内阻与电流表内阻之和，所以内阻测量值比真实值偏大；图乙电路，误差在于电压表的分流，所测内阻等于电源内阻与电压表内阻并联的总电阻，所以内阻测量值比真实值偏小。由于图线斜率的绝对值表示内阻，直线I平缓一些，可知图中直线I对应电路是题图乙。
【小问3详解】
[1]图甲电路，所测电动势为电流表与电源串联后整体的等效电源的电动势，当时，图甲电路，电动势的测量值等于真实值，即有
[2]由于电源内阻较小，用图乙电路测量电源内阻误差小，根据图线的斜率绝对值为电源内电阻可得，电源内电阻为
17. 下面是一个物理演示实验，它显示图中自由下落的物体A和B经反弹后，B能上升到比初始位置高得多的地方。A是某种材料做成的实心球，质量为m1，在顶部的凹坑中插着质量为m2的棒B，已知m1=3m2，B只是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙。将此装置从A下端离地板的高度H处由静止释放。实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变；接着棒B脱离球A，A、B分别开始上升。不计空气阻力。
（1）已知球A上升的高度为h，求棒B上升的高度，重力加速度g=10m/s2。结果用H、h表示。
（2）实验发现，B的材料不同，A、B上升的高度不同，弹性越好，棒B上升的高度越高。试通过计算说明棒B上升的高度存在一个范围，即存在一个最大值和最小值，并求出这一最大值和最小值各是多少？结果只能用H表示，因为h在本问中是变化的。
【答案】（1）；（2），
【详解】（1）AB一起下落到地面时，由
解得
此后A原速率反弹，和B发生碰撞，有动量守恒可知
根据速度和位移关系可知
解得
（2）当AB发生弹性碰撞时，B的速度最大，反弹的高度也最高
解得
上升的高度为
解得
当AB碰后粘合在一起，此时B的速度最小，上升的高度也最小
解得
上升的高度为
解得
所以B上升的高度的最大值为
B上升的高度的最小值为
18. 如图所示等腰直角三角形位于直角坐标系第一象限内，直角边与x轴重合，与y轴重合，直角边长度为d，在直角三角形内存在垂直纸面向外的匀强磁场，直角边上安装有一荧光屏。现有垂直边射入一群质量均为m，电荷量均为q、速度大小相等的带正电粒子，已知垂直边射出的粒子在磁场中运动的时间为，而这些粒子在磁场中运动的最长时间为（不计重力和粒子间的相互作用）。试通过计算回答下列问题：
（1）该匀强磁场的磁感应强度大小多大？
（2）粒子的速度和直角边上安装的荧光屏上发光的长度多大？
【答案】（1）；（2），
【详解】（1）根据题意可知，垂直边射出的粒子运动轨迹的圆心角为，则由牛顿第二定律有
又有
则有
解得
（2）根据题意，设运动时间最长的粒子在磁场中的运动轨迹所对圆心角为，则有
解得
画出该粒子的运动轨迹如图所示
由几何关系有
解得
由几何关系可知，粒子垂直边射出时，是粒子从边飞出离点的最远距离，则直角边上安装的荧光屏上发光的长度
又有
解得
19. 跑酷不仅可以强健体质，也可使得自身反应能力更加迅速。现有一运动员在图示位置起跳，运动过程姿势不变且不发生转动，到达墙面时鞋底与墙面接触并恰好不发生滑动，通过鞋底与墙面间相互作用可以获得向上的升力。已知运动员起跳时速度为，与水平方向夹角为θ，到达墙壁时速度方向恰好与墙面垂直，运动员鞋底与墙面的动摩擦因数为μ（），最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，全过程忽略空气阻力影响。
（1）求运动员起跳时的水平分速度与竖直分速度；
（2）运动员与墙发生相互作用的时间为t，蹬墙后速度竖直向上，不再与墙发生相互作用，求蹬墙后运动员上升的最大高度H；
（3）若运动员蹬墙后水平方向速度大小不变，方向相反，为了能够到达起跳位置的正上方，且距离地面高度不低于蹬墙结束时的高度，求运动员与墙发生相互作用的最长时间。
【答案】（1），；（2）；（3）
【详解】（1）水平方向分速度
竖直方向分速度
（2）设墙对运动员平均弹力大小为N，平均最大静摩擦力为f，蹬墙后运动员获得竖直向上的速度为，人质量为m，设水平向右为正方向，由动量定理得
设竖直向上为正方向，由动量定理得
其中
联立得
运动员蹬墙结束后竖直方向做匀减速直线运动至速度为零，由
得
（3）设墙对运动员平均弹力大小为，平均最大静摩擦力为，蹬墙后运动员获得竖直向上的速度为v，与墙发生相互作用的时间为，人的质量为m，设水平向右为正方向，由动量定理得
设竖直向上为正方向，由动量定理得
其中
联立得
设运动员起跳位置离墙面水平距离为x，到达墙面所需时间为，离墙后到达起跳位置正上方的运动时间为，起跳后水平方向做匀速直线运动，得
，
运动员离墙后水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为v，加速度为g的匀变速直线运动，当竖直位移为0时，水平位移不小于x。根据上述分析，得
，
联立式
作用的最长时间为
20. 如甲图所示，有一边长l的正方形导线框abcd，质量，电阻，由高度h处自由下落，直到其上边cd刚刚开始穿出匀强磁场为止，导线框的v-t图像如乙图所示。此匀强磁场区域宽度也是l，磁感应强度，重力加速度g取10。求：
（1）线框自由下落的高度h；
（2）导线框的边长l；
（3）某同学认为，增大磁场的磁感应强度B，保持其它条件不变，导线框速度随时间变化图像与乙图相同，你是否同意该同学的说法，请分析说明。
【答案】（1）0.2m；（2）0.1m；（3）不同意，详见解析
【详解】（1）导线框下落h的过程中做自由落体运动
解得
（2）导线框穿过磁场过程中合力为零，则根据感应电动势和安培力的表达式得
，，
联立可得
（3）不同意该同学的说法。题中导线框释放后先做自由落体运动，当ab边进入磁场后，导线框所受重力与安培力大小相等，导线框做匀速直线运动，v-t图像为与t轴平行的直线。
若增大磁感应强度，导线框释放后仍然先做自由落体运动，当ab边进入磁场后，由于安培力的表达式为
所以导线框所受的安培力与重力大小不等，导线框不再做匀速直线运动，因此v-t图像不可能与t轴平行。