[物理]湖南省常德市沅澧共同体2023-2024学年高三下学期第一次联考试卷（解析版）

这是一份[物理]湖南省常德市沅澧共同体2023-2024学年高三下学期第一次联考试卷（解析版），共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1. 2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子一中子相互作用导致粒子形成概率显著增强的现象，如图所示为核中质子p-中子n相互作用导致粒子形成几率增强示意图，以下说法正确的是（ ）
A. 铀核发生核反应方程为，是核裂变反应
B. 若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同
C. 产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线
D. 衰变中产生的粒子若经过云室，易使空气电离，其径迹细而长
【答案】C
【解析】A．铀核发生核反应的方程为，此反应为衰变，选项A错误；
B．若静止的轴核发生衰变，根据动量守恒定律可知产生的新核速度方向与粒子速度方向相反，选项B错误；
C．产生的新核（）从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线，选项C正确；
D．衰变中产生的粒子若经过云室，易使空气电离，其径迹粗而直，选项D错误。
故选C。
2. 小爱同学发现了一张自己以前为研究机动车的运动情况而绘制的图像（如图）。已知机动车运动轨迹是直线，则下列说法合理的是（ ）
A. 机动车处于匀加速状态B. 机动车的初速度为
C. 机动车的加速度为D. 机动车在前3秒的位移是12m
【答案】B
【解析】ABC．根据题意，由公式可知，可将等式变形为
由图像斜率可得
由纵轴交点可得
可知，机动车处于匀减速状态，故AC错误，B正确；
D．机动车匀减速运动的总时间为
则3s车已经停下来了，则机动车在前3秒的位移是
故D错误。故选B。
3. 太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，当地球恰好运动到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示，则哪颗地外行星相邻两次冲日的时间间隔最短（ ）
A. 火星B. 木星C. 天王星D. 海王星
【答案】D
【解析】设相邻两次冲日的时间间隔为t，根据
解得
则行星做圆周运动的周期T越大，则相邻两次冲日的时间间隔最短；而根据开普勒第三定律
海王星的轨道半径最大，则周期最大，则海王星相邻两次冲日的时间间隔最短。
故选D。
4. 如图所示，光滑直硬杆1和粗糙硬杆2固定在水平面上，与水平面之间的夹角分别为、，轻质圆环套在杆2上，轻质细线两端分别连接着小球和圆环，细线绕过在杆1上可自由滑动的光滑滑轮，初始状态环和滑轮间的细线竖直。现缓慢移动滑轮至环和滑轮间的细线水平，在整个过程中圆环始终处于静止。则在该过程中（ ）
A. 圆环受到的摩擦力先减小再增大B. 圆环受到的支持力逐渐增大
C. 细绳对滑轮的作用力先增大再减小D. 细绳的拉力逐渐增大
【答案】A
【解析】AD．细线的张力大小始终等于小球的重力大小，初始时刻，圆环受到的摩擦力等于细线的张力沿杆2的分力，缓慢移动滑轮至细线与杆2垂直的过程中，细线的张力沿杆2的分力逐渐减小，根据平衡条件，圆环受到的摩擦力逐渐减小，缓慢移动滑轮从细线与杆2垂直至环和滑轮间的细线水平的过程中，细线的张力沿杆2的分力沿杆2向上，圆环受到的摩擦力大小等于细线的张力沿杆2的分力，圆环受到的摩擦力逐渐增大，故A正确，D错误；
B．圆环受到支持力等于细线的拉力垂直于杆2的分力，则圆环受到的支持力先增大后减小，故B错误；
C．细绳向上对滑轮的拉力和向下对滑轮的拉力均等于小球的重力，缓慢移动滑轮至环和滑轮间的细线水平的过程中，两边绳子拉力不变，两边绳子间的夹角在减小，对滑轮的合力在一直增大，故C错误。
故选A。
5. 如图甲所示的交变电路中，变压器可看作理想变压器，灯泡和电动机的额定电压相等，当原线圈两端接有如图乙所示的交流电压时，灯泡刚好正常发光，电动机也刚好正常工作。已知电动机的内阻，电动机的额定功率为2 W、效率为，灯泡正常发光时电阻为。下列说法正确的是（ ）
A. 灯泡的额定电压为1 VB. 原、副线圈的匝数比为
C. 原线圈中的电流为D. 灯泡中的电流1 s内方向改变50次
【答案】A
【解析】A．由题意可知，电动机的输出功率
则电动机热功率
Pr
又由
Pr
解得
由
解得
所以灯泡正常发光时两端的电压也为1V，则灯泡的额定电压为1V，A正确；
B．由以上分析可知副线圈的输出电压为1V，又由题图乙可知变压器原线圈两端电压的有效值，则由变压器的工作原理
可知
故B错误；
C．灯泡正常发光时，流过灯泡的电流
则流过副线圈的电流
由变压器的工作原理
解得原线圈中的电流
故C错误；
D．由题图乙可知该交流电的周期，由于变压器不改变交流电的周期，则流过灯泡的电流的变化周期也为，一个周期内电流方向改变两次，则1 s内流过灯泡的电流方向改变100次，故 D错误。
故选A。
6. 如图，半径的圆形区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，为磁场边界上的一点，大量相同的带正电粒子，在纸面内沿各个方向以相同的速率从点射入磁场，这些粒子射出磁场时的位置均位于圆弧上且点为最远点。已知圆弧长等于磁场边界周长的四分之一，不计粒子重力和粒子间的相互作用，则该圆形磁场中有粒子经过的区域面积为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】设轨迹圆的半径为，由几何关系
则粒子做圆周运动的半径为
圆形磁场中有粒子经过的区域面积如图所示
圆形磁场中有粒子经过的区域面积为
故选A。
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7. 如图所示，甲图是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在时的波形，乙图是该波传播方向上介质中处的质点从时刻起的振动图像，a、b是介质中平衡位置为和的两个质点。下列说法正确的是（ ）
A. 该波的波速是
B. 从开始，质点a比质点b先回到平衡位置
C. 处的观察者沿轴负方向运动时，接收到该波的频率一定为
D. 若该波在传播过程中遇到尺寸为16 m的障碍物，会发生明显的衍射现象
【答案】AB
【解析】A．由图可知，该波波长8m，周期为4s，根据公式

故A正确；
B．因为该波沿x轴正方向传播，所以a向上振动，b向下振动，因此质点a先回到平衡位置，故B正确；
C．根据周期可知该波频率为，但观察者沿x轴负方向运动时，靠近波源，因此接收到该波的频率一定大于 ，故C错误；
D．因为该波波长为8m，小于障碍物尺寸，因此不会发生明显的衍射现象，故D错误。
故选AB。
8. 高楼都装有避雷针。某次雷雨天气闪电击中避雷针，避雷针发生尖端放电现象。若避雷针放电时的电场线分布如图所示，在空间取一条水平线abc和一条圆弧线adc，bd连线为ac连线的中垂线，电场线关于直线bd对称，以下说法正确的是（ ）
A. adc是一条等势线
B. b点电势高于d点电势
C. a、c两点的电场强度不同
D. 同一负点电荷的电势能在b点比在d点大
【答案】CD
【解析】A.由图，a处与c处连线adc与电场线不垂直，所以不是等势线，故A错误；
BD.由图，沿着电场线方向，电势逐渐降低，则b点的电势低于d点的电势，根据负电荷在电势高处的电势能小，则负电荷在b点比在d点的电势能大，故B错误，D正确；
C.电场强度是矢量，其方向沿电场线的切线方向，结合图可知，a、c两点的电场强度方向不相同，所以a、c两点的电场强度不相同，故C正确。
故选CD。
9. 新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源的新型汽车。比如纯电动汽车以电池模组和电动机为主要动力装置，有节能减排、低噪音、高效率等优点，是未来汽车产业的重要发展方向。现已知质量为M的新能源汽车由静止出发做匀加速直线运动，经过时间t后，该汽车的运行里程为L，此时发动机恰好到达额定功率P，汽车所受的阻力恒定，达到额定功率后，汽车保持额定功率做变加速运动，最后以匀速运动，对此下列说法正确的是（ ）
A. 汽车所受阻力为B. 汽车做匀加速运动时的加速度
C. 到达速度时，发动机做功D. 存在关系式
【答案】ABD
【解析】A．由题意，汽车最后以匀速运动，则有
整理可得有轨电车所受阻力为
A正确；
B．因为电车由静止出发做匀加速直线运动，经过时间 t后，该有轨电车的运行里程为L，根据位移与加速度的关系可得
解得有轨电车做匀加速运动时的加速度为
B正确；
C．到达速度时，发动机做功转化为电车的动能和克服阻力做的功，可知发动机做功大于动能的增加量
C错误；
D．由题意，根据牛顿第二定律可得
整理可得有轨电车所受阻力为
当电车匀速运动时，阻力和动力相等，故可得
D正确。故选ABD。
10. 2023年9月21日，“天宫课堂”第四课在中国空间站正式开讲，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮进行授课，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课。在天宫课堂上，航天员老师在太空实验室中做如图所示的实验。一根长为L的不可伸长的轻绳，一端固定于O点，另一端系一质量为m的小球可视为质点。开始时，小球位于位置M，O、M间距离，绳子处于松弛状态。小球突然受到一瞬时冲量后以初速度垂直于OM向右运动，设在以后的运动中小球到达位置N，此时小球的速度方向与绳垂直，则小球从M运动到N的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球的机械能守恒B. 轻绳对小球做功不为零
C. 小球始终做匀速圆周运动D. 小球在N点时的速度大小为
【答案】BD
【解析】AC．因空间站内的物体都处于完全失重状态，小球以初速度先向右做匀速直线运动至轻绳恰好伸直，轻绳在绷紧瞬间产生拉力，使小球沿绳方向的速度立刻减为零，只剩下垂直于绳方向的速度分量，即此时小球的机械能有损失，之后小球绕O点以速度大小做半径为L的匀速圆周运动，故AC错误；
BD．因小球在N点时已做匀速圆周运动，其速度大小
又
故
因轻绳在细紧瞬间造成小球机械能的损失，故轻绳对小球做功不为零，故 BD正确。
故选BD。
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11. 如图为双缝干涉的实验装置，将双缝干预仪按要求安装在光具座上，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。
（1）调理仪器使分划板的中心刻度瞄准一条亮条纹的中心
A．示数如图所示，其读数为___________mm。移着手轮至另一条亮条纹的中心；
B．读出其读数为。
（2）写出计算波长的表达式____________（用、、L、d表示）。
（3）若将滤光片由绿色换成红色，其余条件不变，则屏上干预条纹的间距将___________。填“增大”“减小”或“不变”
【答案】（1）11.2 （2） （3）增大
【解析】（1）由图乙所示可知，游标尺是10分度，其精确度为；游标卡尺读数是主尺+游标尺，即示数为
（2）根据双缝干涉条纹的间距公式
知
（3）将滤光片由绿色的换成红色的，波长变长，根据双缝干涉条纹的间距公式
知条纹间距增大。
12. 小明同学想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路。他用了以下的实验器材中的一部分，设计出了图（a）的电路图。
a、电流表A1（量程0.6 A，内阻很小）；电流表A2（量程300μA，内阻rA=1000Ω）；
b、滑动变阻器R（0~20Ω）
c、两个定值电阻（R1=1000Ω，R2=9000Ω）
d、待测电阻Rx
e、待测电源E（电动势约为3 V，内阻约为2Ω）
f、开关和导线若干
（1）根据实验要求，与电流表A2串联的定值电阻为___________；（填“R1”或“R2”）
（2）小明先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关S1，调节滑动变阻器，分别记录电流表A1、A2的读数I1、I2，得I1与I2的关系如图（b）所示。根据图线可得电源电动势E=___________V，电源内阻r=___________Ω；（计算结果均保留两位有效数字）
（3）小明再用该电路测量定值电阻Rx的阻值，进行了以下操作：
①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表A1示数Ia，电流表A2示数Ib；
②断开开关S2，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表A1示数Ic，电流表A2示数Id，后断开S1；
③根据上述数据可知计算定值电阻Rx的表达式为___________；若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值与其真实值相比___________。（填“偏大”“偏小”或“相等”）
【答案】（1）R2 （2）3.0 2.1 （3）（rA＋R2） 相等
【解析】（1）[1]由于电源电压为3V，应将A2改装成量程为3V的电压表，因此串联的电阻
因此与R2串联。
（2）[2]理论上，当I1为零时，加在改装电压表两端的电压就是电动势，电源电动势
[3] 根据闭合电路欧姆定律，可知
由于
上式简化为
由图像可知
代入数据可得
（3）[4]滑动变阻器接入电路的阻值
待测电阻的阻值
[5]由于电流表A1的内阻并入到滑动变阻中，不会对测量结果产生误差，因此测量值等于真实值。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13. 气体弹簧的原理是在一个密闭容器内充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现类似弹簧的作用，其简化结构如图乙所示。直立圆柱形密闭汽缸导热良好，面积为S的活塞通过连杆与椅面连接。初始时汽缸内密闭一段长度为、压强为的理想气体。质量为m的人静坐在椅子上，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计，气体温度保持不变，忽略椅面、活塞及连杆的重力，重力加速度为g。
（1）求人坐在椅面上稳定后汽缸内密闭气柱的长度；
（2）已知大气压强为，为使椅面升到初始位置，求需向汽缸内充入的与汽缸温度相同的大气的体积。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设人坐在椅面上后稳定时汽缸内气体压强为p1，则
气体做等温变化，则
解得
（2）设充入的气体的体积为V，则有
解得
14. 如图所示，间距为的平行金属导轨AB、CD构成倾角为的斜面，通过BE和DG两小段光滑绝缘圆弧（长度可忽略）与间距也为d的水平平行金属导轨EF、GH相连，AC端接一个电容器，质量为的金属棒P从离水平轨道处由静止释放。金属棒P和导体棒Q始终与导轨垂直并与导轨接触良好，金属棒P和导轨的电阻忽略不计，导体棒Q的电阻为R，质量为2m，金属棒P和倾斜轨道间的动摩擦因数，不计P、Q与水平轨道间的摩擦力，水平轨道足够长，且P、Q没有发生碰撞，电容器的电容，整个装置处于与导轨平面垂直的匀强磁场当中，磁感应强度大小为，重力加速度为。求：
（1）金属棒P到达BD时的速度；
（2）金属棒P滑到水平轨道后通过导体棒Q的电荷量和导体棒Q产生的热量。
【答案】（1），方向沿斜面向下；（2）0.08C，
【解析】（1）对P受力分析，结合牛顿第二定律有
其中
，
解得
所以金属棒P在倾斜轨道上做匀加速运动，根据运动规律有
解得
方向沿斜面向下。
（2）当金属棒P进入水平导轨后P、Q组成的系统动量守恒，当二者速度相等时，它们之间的距离保持不变，此时有
在此过程中对导体棒Q应用动量定理有
解得
由能量守恒可知导体棒Q产生的热量
解得
15. 一倾角为的斜面固定在地面上，斜面上静止放置两个物块A、B，间距为，B离斜面底端的距离为11m，如图所示。现同时由静止释放物块A、B，之后物块A、B发生的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短。已知物块A的表面光滑，物块B与斜面间的动摩擦因数为，且，物块A的质量为m、物块B的质量。不计空气阻力，重力加速度为，两物块均可看作质点。求：
（1）两物块第一次碰撞后瞬间，物块A的速度大小；
（2）两物块前两次碰撞的时间间隔；
（3）两物块前两次碰撞的位置间距离；
（4）在物块B到达斜面底端前，两物块会发生几次碰撞。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）5次
【解析】（1）设沿斜面向下为正方向，释放后物块B受力恰好平衡，保持静止，物块A自由下滑，根据机械能守恒定律有
解得两物块第一次碰撞前瞬间物块A的速度
物块A以速度与静止的物块B发生弹性碰撞，根据能量守恒定律和动量守恒定律分别有
解得第一次碰撞后物块A的速度为
负号说明方向沿斜面向上；物块B的速度为
方向沿斜面向下。
（2）第一次碰撞后，物块 A沿斜面向上做匀减速运动，物块 B受力平衡，沿斜面向下做匀速运动，从第一次碰撞到第二次碰撞的过程中，两个物块的位移相等，则有
即
解得
（3）此时物块A的速度为
物块B的速度仍为，这段时间内物块B下滑的位移为
（4）第二次碰撞时，根据动量守恒定律和能量守恒定律有
联立解得
，
同理可得当位移相等时
即
，
解得
物块B向下运动了
此时物块B距斜面底端16l，之后两物块发生第三次碰撞，碰前物块A的速度
由
可得第三次碰后物块A、B的速度分别为
，
两物块从第三次碰撞到第四次碰撞的过程中，有
即
解得
在这段时间内，物块 B下滑的位移
此时物块B距离斜面底端的距离为
此时可得出物块B每次碰撞后到下次碰撞前，下滑距离逐渐增加1m，故若发生下一次碰撞，物块B将下滑的距离
则会发生第5次碰撞，而不会发生第6次碰撞，因此在物块B到达斜面底端前，物块A与物块B的碰撞次数为5次。
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
轨道半径R/AU
1.0
1.5
5.2
9.5
19
30