[物理]山西省天一大联考2023_2024学年高三下学期考前模拟考试试题(解析版)

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1．答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在试卷和答题卡上，并将考生号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题：本题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6~8题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。
1. 中山大学研制的宇宙射线缪子探测器由闪烁体和硅光电倍增器（SiPM）组成，其原理如图所示。当高能宇宙射线缪子穿过塑料闪烁体时，会激发闪烁体内的原子放出光子，光子进入硅光电倍增器后发生光电效应，可形成一定强度的电流信号输出。下列说法正确的是（ ）
A. 宇宙射线缪子在穿过塑料闪烁体后能量不变
B. 宇宙射线缪子使塑料闪烁体内的原子发生核反应放出光子
C. 硅光电倍增器并不适用于所有频率的光子
D. 硅光电倍增器中所有产生的电子的初动能相同
【答案】C
【解析】A．宇宙射线缪子在穿过塑料闪烁体后能量减小，故A错误；
B．宇宙射线缪子使塑料闪烁体内的原子发生能级跃迁放出光子，故B错误；
C．发生光电效应的条件是入射光的频率不小于金属的极限频率，所以硅光电倍增器并不适用于所有频率的光子，故C正确；
D．硅光电倍增器中所有产生的电子的初动能不相同，故D错误。
故选C。
2. 2023年9月，华为推出了搭载卫星通信功能的Mate60系列手机，它采用天通一号卫星移动通信系统。天通一号是地球静止轨道卫星（同步卫星），该卫星入轨后（ ）
A. 可以经过太原正上空
B. 运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度
C. 运行的速度大于地球的第一宇宙速度
D. 向心加速度等于地球表面的重力加速度
【答案】B
【解析】A．天通一号是地球静止轨道卫星，其轨道平面与赤道平面在同一平面上，可知，天通一号不可能经过太原正上空，故A错误；
B．根据
解得
天通一号轨道半径小于月球绕地球的轨道半径，可知，运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度，故B正确；
C．根据
解得
地球第一宇宙速度等于近地卫星的环绕速度，天通一号轨道半径大于近地卫星的轨道半径，可知，运行的速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误；
D．在地球表面有
解得
对天通一号有
解得
由于天通一号轨道半径大于地球的半径，可知，其向心加速小于地球表面的重力加速度，故D错误。
故选B。
3. 图1为一列沿x轴方向传播的简谐横波在时的波形图，Q是平衡位置为处的质点，图2为质点Q的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A. 该简谐横波的波长为
B. 该简谐横波沿轴负方向传播
C. 质点的振动方程为
D. 质点在内通过的路程一定为
【答案】C
【解析】A．根据图1可知，波长为，A错误；
B．质点Q在时，速度沿轴正方向，所以简谐横波沿轴正方向传播，B错误；
C．根据图2为质点Q的振动图像可得
周期为
的振动方程为
Ｃ正确；
D．如果质点在内初始位置在波峰波谷或则平衡位置时，通过路程为
又由起始时间未确定，所以质点在内通过的路程不一定为，D错误。
故选C。
4. 水底灯是一种常见的景观装饰灯，广泛应用于公园湖景、喷泉及鱼缸等场景。如图所示，某环形灯带可视为圆形线状光源，半径为R，水平安置于某液体内，和液面的间距为H=2R，液体的折射率为。该光源发出的光能直接从液面射出的区域面积为（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】光线从液面射出空气发生全反射的临界角满足
可得
如图所示
根据几何关系可得
该光源发出的光能直接从液面射出的区域面积为
故选D。
5. 如图MNPQ—M′N′P′Q′为正方体，MQ和M′N′处有完全一样的、均匀带正电的绝缘棒，O为正方体的中心。已知MQ产生的电场在O点处的场强大小为E0，则O点处的合场强大小为（ ）
A. E0B. C. D. 2E0
【答案】A
【解析】根据微元法可知，M′N′产生的电场在O点处的场强大小也为E0，且方向与MQ产生的电场在O点处的场强成120°，故O点处的合场强大小为E0。
故选A。
6. 如图所示，体育课上某同学在做引体向上，他两手握紧单杠，身体悬垂，接着用力上拉使下颌超过单杠（身体无摆动），稍作停顿后放松肩臂还原下降至起始位置。关于一次引体向上的过程，下列说法正确的是（ ）
A. 初始悬垂时若改变两手间的距离，两臂拉力的合力保持不变
B. 向上拉升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力
C. 初始用力开始上升时和下降过程最后停下前，该同学均处于超重状态
D. 在下降过程中人始终处于失重状态
【答案】AC
【解析】A．依据力的合成法则，初始悬垂时若增大两手间的距离，即增大两拉力的夹角，因两臂拉力的合力等于该同学的重力不变，故A正确；
BCD．在上升过程中，人先加速后减速，先超重后失重，则单杠对人的作用力先大于重力后小于重力；再下降运动中，身体先做加速运动，后做减速运动，人先处于失重状态，后处于超重状态，单杠对人的作用力先小于人的重力，后大于人的重力，故C正确，BD错误。
故选AC。
7. 福建舰是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，配置电磁弹射和阻拦装置。如图所示，某小组模拟电磁弹射实验，将两根间距为L的长直平行金属导轨MN、PQ固定在水平面上，左侧通过开关S接入电动势为E的电源，质量为m、电阻为R、长度为L的金属棒垂直导轨静止放置，导轨处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。闭合开关S，金属棒向右加速运动至达到最大速度，即完成“弹射”。已知金属棒始终与导轨接触良好，不考虑其他电阻，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒的速度为时，金属棒的加速度大小为
B. 金属棒能获得的最大速度为
C. 弹射过程中，流过金属棒电荷量为
D. 若弹射所用的时间为t，则金属棒的位移大小为
【答案】BD
【解析】A．金属棒的速度为时，回路中的感应电流为
金属棒加速度大小为
故A错误；
B．当回路中的感应电流为0时，金属棒受到的安培力为0，金属棒的速度达到最大，则有
解得金属棒的最大速度为
故B正确；
C．弹射过程中，设流过金属棒的电荷量为，由于金属棒产生焦耳热，根据能量守恒有
可得
故C错误；
D．若弹射所用的时间为t，对金属棒根据动量定理可得
其中
联立解得金属棒的位移大小为
故D正确。
故选BD。
8. 如图所示，原长为l的轻质弹性绳（遵循胡克定律），一端固定在O点，另一端与一质量为m的小球相连，重力加速度为g。小球套在竖直固定的粗糙杆上，杆上M、N两点与P点的距离均为l，P点到O点的距离为2l，OP与杆垂直，在弹性绳的上下两侧固定有两个光滑限位柱，限位柱处于OP的中点处。将小球拉至M点并由静止释放，当小球运动至P点时加速度大小为0.75g，方向竖直向下，小球从M运动至N点的过程中弹性绳始终在弹性限度内，小球与杆之间的动摩擦因数µ=0.5。下列说法正确的是（ ）
A. 小球运动至N点之前的过程中先加速后减速
B. 小球运动至N点之前的过程中一直加速
C. 小球运动至N点时的速率等于
D. 小球运动至N点时的速率大于
【答案】BC
【解析】AB．由题意可知，小球从M运动到N的过程中，弹簧始终处于拉伸状态，小球到达P点，有
联立可得
小球到达N点时，根据牛顿第二定律可得
解得
方向竖直向下，说明小球从M运动到N的过程中，速度方向与加速度方向始终相同，小球一直做加速运动，故A错误，B正确；
CD．根据以上分析可知，小球运动过程中所受的摩擦力不变，其大小为
小球从M到N，根据能量守恒定律可得
解得
故C正确，D错误。
故选BC。
二、非选择题；本题共14小题，共174分。
（说明：物理部分为第9～13题，共62分）
9. 某同学用教学用的大号量角器验证动量守恒定律和机械能守恒定律。如图所示，先将量角器固定在竖直黑板上（90°刻线沿竖直方向），再用两根长度相同的细绳，分别悬挂两个大小相同、质量分别为的金属小球A、B，且两球并排放置。已知重力加速度大小为g。
ⅰ．将A拉到细绳处于水平位置，由静止释放；
ⅱ．A在最低点与B碰撞后，A向左侧弹起、B向右侧弹起；
ⅲ．多次测量，记录下A弹起的最高点对应的角度平均值为α，记录下B弹起的最高点对应的角度平均值为β。
（1）为实现实验目的，两个小球的质量关系________（选填“<”“=”或“>”）；
（2）若表达式_________成立，则可以验证动量守恒定律；
（3）该同学在验证机械能守恒定律时，发现A、B碰撞前的总动能总是大于碰撞后的总动能，造成这个现象的原因可能是_______。
【答案】（1）< （2）
（3）小球碰撞过程有能量损失或空气阻力的影响等
【解析】【小问1详解】
实验中碰后A球反弹，则A球质量小于B球质量；
【小问2详解】
由机械能守恒有
碰撞过程动量守恒
联立可得
【小问3详解】
造成碰撞过程动能减少的原因可能是碰撞过程不是弹性碰撞，有能量损失，或者碰撞过程有空气阻力。
10. 电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表的电流的两倍，某同学利用这一事实测量电压表的内阻。实验室提供器材如下：
A．待测电压表V（量程，内阻约）
B．电流表A（量程，内阻约）
C．电阻箱（最大阻值为）
D．电阻箱（ 最大阻值为）
E．滑动变阻器（额定电流为）
F．电源E（电动势为，内阻不计）
G．开关两个，导线若干
该同学设计出如图所示的电路，按图连接实验器材后进行实验，主要操作步骤如下：
①将开关处于断开、开关处于闭合状态，滑动变阻器的滑片置于最左端
②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，让电压表达到满偏，此时电流表的示数为；
③保持滑动变阻器的滑片不动，断开开关，调节电阻箱，让电压表达到半偏，此时电阻箱的示数为，电流表的示数为。
（1）电阻箱应选择_________（填选项序号）；
（2）由实验可测得电压表的内阻________，此实验方案得到的电压表内阻的测量值________（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值；
（3）若电流表在制造的过程中，由于分流电阻的误差，使得其测量值比真实值偏大，则由此会造成电压表内阻的测量值________（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
【答案】（1）C （2）3000 等于 （3）等于
【解析】【小问1详解】
由实验原理可知，电阻箱与电压表串联在电路中，二者电阻相差不多才满足实验条件，所以应该选择最大阻值为的电阻箱。
故选C。
【小问2详解】
[1]断开开关前，根据欧姆定律，电流表所在之路电阻为
断开开关后，由并联电路特点，有
联立，解得
[2]由上面分析可知，此实验方案得到的电压表内阻不存在系统误差，其测量值等于真实值。
【小问3详解】
根据上一问分析可知，电流表的读数用于支路电阻和电压的计算，对电压表内阻的测量值没有影响。
11. 某中学在运动会开幕式上将放飞大量气球。工作人员用容积为、压强为的氦气罐利用压强差给气球充气，充气后每个气球的体积为压强为。气球释放飞向高空后，当体积膨胀到时就会爆裂。资料显示：高度每升高，大气温度下降；高度每升高，大气压强减小。已知在地面附近给气球充气时的温度为，大气压强为，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，且认为气球在上升过程中内部气体压强始终与外界大气压强相等。求：
（1）一个氦气罐可以给多少个气球充气；
（2）气球爆裂时离地面的高度约为多少（结果保留整数）。
【答案】（1）396个；（2）
【解析】（1）一个氦气罐全部充气完毕，罐内气体压强也变为，设总共充气个符合要求气球，根据玻意耳定律可得
其中，，，，代入数据解得
故能充气球个数为396个。
（2）当气球发生爆裂时，设此时离地面高度为，气球的压强为
体积为
温度为
由理想气体状态方程可得
代入数值，解得
12. 在平面内存在垂直于平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。在区间内存在着沿轴负方向的匀强电场。一带电荷量为、质量为的粒子从轴上的点以速率射出：当粒子沿轴正向射出时，粒子恰好做匀速直线运动；当粒子沿与轴负方向成夹角向上射出时，粒子到达轴上点时速度和轴正向的夹角为锐角，再经过一段时间后到达轴上的点。已知之间的距离，不计粒子重力，求：
（1）电场强度的大小；
（2）粒子在点时沿轴负方向的分速度的大小；
（3）点的纵坐标。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）沿轴正向时，粒子恰做匀速直线运动。粒子所受电场力和洛伦兹力平衡
解得
（2）粒子从点到点，洛伦兹力提供向心力
由几何关系
又
解得
（3）粒子从到的过程中，由动能定理
方向上，由动量定理
即
而
解得
13. 如图所示，在倾角、足够长的固定粗糙斜面上，放置着质量的木板B，木板的下端安装轻质挡板，木板上距离挡板处放置着质量的小物块，将同时由静止释放，第一次与挡板碰撞前保持静止状态。已知A、B之间的动摩擦因数,与斜面之间的动摩擦因数为，A与之间的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短，各接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小取。
（1）求B与斜面间的动摩擦因数至少为多大；
（2）若B与斜面间的动摩擦因数；
ⅰ．求发生第1次碰撞后A、B的速度分别为多大；
ⅱ．求发生第1次碰撞到发生第2次碰撞经过的时间。
【答案】（1）0.6；（2）ⅰ．0；4.8m/s；ⅱ．0.75s
【解析】（1）A沿木板下滑，A受到的摩擦力
A与碰撞前，B受到的摩擦力
B处于静止状态
解得
（2）ⅰ．，即开始相对B滑动时，B保持静止。如图1所示
对由牛顿第二定律
由运动学公式
与碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律
解得
ⅱ．如图2所示
第1次碰撞后，对由牛顿第二定律
得
由运动学公式
如图3所示
对B由牛顿第二定律
得
由运动学公式
A、B共速时，有
解得
A、B相对位移
如图4所示
A、B共速后，对由牛顿第二定律
可得
由运动学公式
如图5所示
对B由牛顿第二定律
得
由运动学公式
与发生第2次碰撞，有
解得
故所求时间