[物理]江苏省镇江市2023_2024学年高三下学期第三次模拟考试试卷(解析版)

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一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1. 激光可以冷却中性原子，此过程光子和原子的物质波波长近似相等，则二者具有相近的（ ）
A. 速度B. 动量C. 质量D. 能量
【答案】B
【解析】根据德布罗意波波长公式可知，若两个粒子产生的德布罗意波的波长相等，则两粒子一定具有相同的动量。
故选B。
2. 2024年4月25日，神舟十八号飞船与天宫空间站顺利对接。如图所示，飞船和空间站对接前在各自预定轨道运动，下列说法正确的是（ ）
A. 飞船的周期大于空间站的周期
B. 飞船的速度大于第一宇宙速度
C. 飞船在轨道上合适位置加速可实现与空间站对接
D. 飞船与地心连线、空间站与地心连线在相等时间扫过面积相等
【答案】C
【解析】A．根据万有引力提供向心力得
得
可知飞船的轨道半径小于天宫空间站的轨道半径，则飞船的周期小于天宫空间站的周期，故 A错误；
B．根据万有引力提供向心力得
得
飞船的轨道半径大于地球的半径，则飞船的线速度小于第一宇宙速度，故B错误；
C．对接时，飞船在合适位置加速做离心运动，轨道半径增大，当飞船的轨道半径增大到与天宫空间站的轨道半径相等时实现对接，故 C正确；
D．根据开普勒第二定律可知，在同一个轨道上的卫星与地心连线在相同时间扫过的面积相等，因此飞船与地心连线、空间站与地心连线在相等时间扫过面积不相等，故 D错误。
故选C。
3. 如图甲，O点为单摆的固定悬点，现将摆球拉到A点，释放摆球，摆球将在竖直面内的A、B之间来回摆动。图乙表示细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线，图中为摆球从A点开始运动的时刻，则该单摆的周期为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】小球在一个周期内两次经过最低点，对小球受力分析可知
在最低点时，细线对摆球的拉力F最大，结合乙图可得，小球的摆到周期
故选C。
4. 如图所示为一个半球形玻璃的截面，AB为直径且沿竖直方向，一束红黄复色光从直径上O点射入，在玻璃中分成a、b两束光，a光从玻璃球的最右端C点射出，下列说法正确的是（ ）
A. b光束可能在D点发生全反射
B. a为红光，b为黄光
C. a光的入射光和出射光不平行
D. a、b两束光在玻璃中传播时间
【答案】D
【解析】B．由图可知进入玻璃球后a光的偏折程度大，则a的折射率大，黄光的折射率较大，故a为黄光，b为红光，故B错误；
C．a光从玻璃球的最右端C点射出，a光在O点的折射角等于在C点的入射角，根据光路可逆性可知a光的入射光和出射光平行，故C错误；
D．设半球形玻璃的半径为R，过D点做AB的垂线，长度设为x，复色光的入射角为i，a光折射角为，b光折射角为，根据几何关系可得两光在玻璃中的传播路程分别为
，
根据
可得
，
则a、b两束光在玻璃中传播时间
，
则
故传播时间
故D正确；
A．根据
a折射率大，则a的临界角小，b的临界角大，根据几何关系可知b光在D点的入射角小于a光在C点的入射角，所以b光在D点的入射角一定小于b的临界角，b光束不可能在D点发生全反射，故A错误。
故选D。
5. 氢原子有多个谱线系，产生方式可借助能级图表达，如图所示，用某单色光照射大量处于基态的氢原子后，氢原子辐射的光对应谱线有一部分属于帕邢系，则该单色光的光子能量可能为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】从氢原子能级图知帕邢系是高能级向第3能级跃迁时辐射的光谱，当处于基态的氢原子吸收光子能量后应跃迁到第4、5、能级，故
或
故选C。
6. 我国的航母福建舰安装了自主研发的电磁弹射装置。其简化原理如图所示，电源供给恒定电流I，轨道水平，圆柱形弹射体GH垂直导轨放置，导轨电流在弹射体处产生磁场，磁场的大小与电流成正比，不计导轨电阻及一切阻力，忽略磁场的边缘效应。下列措施可以增大弹射速度的是（ ）
A. 增加轨道之间的距离
B. 减少弹射体的半径
C. 换用最大值为I的正弦交流电
D. 换用电阻率更小的材料制作弹射体
【答案】B
【解析】AB．由题意可知，设弹射体的质量为，在轨道上运动的距离为，对弹射体由动能定理则有
其中
可得
增加轨道之间的距离，弹射体质量等比例增大，故速度不变； 减少弹射体的半径，弹射体质量减小，速度增大，A错误，B正确；
C．换用最大值为I的正弦交流电，则有
安培力做功减小，速度减小，C错误；
D．换用电阻率更小的材料制作弹射体，因电源供给恒定电流，故速度不变，D错误。
故选B。
7. 我国特高压输电技术达到世界领先水平。采用超高压输电，输电电压为，输电功率为P，输电距离s；采用特高压输电，输电电压，输电功率2P，输电距离为。两次输电电线材质、粗细相同，为保证输电效率不变，两次输电电压与的比值为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】采用超高压输电
采用特高压输电
依题可得
解得
故选A。
8. 象棋是中国传统文化的典型代表之一，如图所示，水平面上有三颗相同象棋竖直叠放，上下边缘重合，最左侧与O点重合，所有接触面间的动摩擦因数均相同，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现用一直尺快速水平向右将中间棋子击出，稳定后，棋子的分布可能是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】设每颗棋子质量为m，根据题意三颗相同象棋竖直叠放，所有接触面间的动摩擦因数均相同，得一二两个棋子间最大静摩擦力为f，二三棋子间的摩擦力为2f，第三颗棋子与桌面间最大静摩擦力为
中间棋子被击出，第一颗棋子有向右的加速度，即有位移，第三颗棋子仍受力平衡，第三颗棋子位移为零。
故选D。
9. 一定质量的理想气体的压强p与温度t的关系如图所示，该理想气体从状态A依次经过的变化过程，其中AB段的连线过原点O，BC段与t轴平行，CA段与t轴垂直，则（ ）
A. 过程，气体分子的平均速率先减小后不变
B. 过程，气体分子间的平均距离先变小后变大
C. 过程，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少
D. 过程，气体内能增加量等于气体从外界吸收的热量
【答案】A
【解析】A．从温度先减小再不变，故气体分子的平均速率先减小后不变，故A正确；
B．由题意可知
由理想气体状态方程可得
故图像各点与连线斜率的倒数与体积成正比，故过程体积逐渐减小，气体分子间的平均距离逐渐减小，B错误；
C．过程，压强不变，温度减小，气体分子平均速率减小，则气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数增大，故C错误；
D．过程，温度增大，内能增大，体积减小，外界对气体做功，由可知气体内能增加量大于气体从外界吸收的热量，故D错误。
故选A。
10. 如图所示，正四面体的四个顶点ABCD分别固定一个点电荷，A点电荷量为，其余点电荷为，E、F、H点分别为AB、AD和BC的中点，下列说法正确的是（ ）
A. E点场强大于F点的场强
B. E点场强小于H点的场强
C. 正四面体中心的电势低于F点电势
D. 将正电荷沿直线从H点移到F点，电势能一直降低
【答案】D
【解析】A．根据对称性可知E点场强大小等于F点的场强大小，故A错误；
B．由点电荷场强矢量叠加可知E点场强大于H点的场强，故B错误；
CD．对于A和D处的等量异种电荷，正四面体中心和F点电势相等，对于B和C处的等量正电荷而言，沿电场线方向电势降低（在连线上），正四面体中心比F点电势高，同理从H点到F点电势逐渐降低，则正电荷沿直线从H点移到F点，根据可知，电势能一直降低，故C错误D正确。
故选D。
11. 如图，边长为L的正方形金属线框，先做自由落体，刚进下方高度为2L的匀强磁场时，恰好做匀速运动。设线框底边离开磁场下边界的距离为x，线框加速度为（以竖直向上为正方向），不计空气阻力，下列图像不可能的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】设线框底边刚进入磁场时的速度为，则有
线框底边刚要离开磁场时，线框速度为v，根据运动学公式可得
线框底边离开磁场的过程做加速度减小的减速运动。
AB．若时加速度等于g，则离开过程平均加速度小于g，则线框全部离开磁场时的速度大于，线框出磁场的过程不会出现匀速过程，即加速度不会为零，故A图像不可能，B图像可能；
CD．若时加速度大于g，则离开过程平均加速度可能等于g也可能小于g，则线框全部离开磁场时的速度可能等于，也可能大于，线框出磁场的过程加速度可能减小到零，故CD图像可能。
故选A。
二、实验题：本大题共1小题，共9分。
12. 如图甲所示是验证机械能守恒定律的装置。气垫导轨上A处安装有一光电门，B处放置一滑块，滑块中央位置上固定一遮光条，气垫导轨的右端用若干块厚度相同的小木板垫起，重力加速度为。
（1）用螺旋测微器测得遮光条的宽度如图乙，则遮光条的宽度d为________。
（2）某次实验，滑块由静止释放，遮光条经过光电门，光电门测得时间t，滑块的速度为_______（用题中所给物理量的符号表示）。
（3）实验中，控制滑块静止释放位置到光电门距离不变。测量气垫导轨的总长度、每块小木板的厚度D和距离，记录所垫小木板的个数n及光电门对应测量的时间t，设滑块质量为m，此过程中滑块的重力势能减少量为_______。
（4）根据实验中的数据得到图像，由图像判断滑块下滑过程中机械能守恒的依据是______。
（5）某小组在实验中发现，滑块通过光电门时的动能总是大于其重力势能的减少量，则该小组实验中出现的问题可能是______。
A. 滑块向下运动过程中有阻力
B. 遮光片的宽度测量值偏小
C. 释放时滑块有向上的初速度
D. 小木板垫高的位置过于偏左
【答案】（1）4.631##4.632##4.633 （2） （3）
（4）图像为过原点的直线，其斜率为 （5）CD
【解析】【小问1详解】
遮光条的宽度
【小问2详解】
由于遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为
【小问3详解】
滑块的重力势能减少量为
【小问4详解】
如果机械能守恒则
整理得
所以图像为过原点的直线，其斜率为，则滑块下滑过程中机械能守恒。
【小问5详解】
A．滑块向下运动过程中有阻力，则滑块通过光电门时的动能小于其重力势能的减少量，故A不符合题意；
B．遮光片的宽度测量值偏小，速度测量值偏小，则滑块通过光电门时的动能小于其重力势能的减少量，故B不符合题意；
C．释放时滑块有向上初速度，初动能不为零，末动能偏大，则滑块通过光电门时的动能大于其重力势能的减少量，故C符合题意；
D．小木板垫高位置过于偏左，滑块下降高度偏大，滑块通过光电门的速度偏大，则滑块通过光电门时的动能大于其重力势能的减少量，故D符合题意。
三、计算题：本大题共4小题，共40分。
13. 1919年，卢瑟福用镭放射出的粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素和一种新的粒子。会发生衰变，形成新的核素
（1）粒子X是什么？写出的衰变方程；
（2）取质子的质量为，中子的质量为，粒子的质量为m，光速为c，求粒子的比结合能。
【答案】（1）质子，；（2）
【解析】（1）根据质量数和电荷数守恒，可知核反应方程为
可知粒子X是质子，的衰变方程为
（2）2个质子与2个中子结合成粒子过程中的质量亏损为
粒子的比结合能为
14. 柴油打桩机由重锤汽缸、活塞桩帽等若干部件组成。重锤汽缸的质量为m，钢筋混凝土桩固定在活塞桩帽下端，桩帽和桩总质量为。汽缸从桩帽正上方一定高度自由下落，汽缸下落过程中，桩体始终静止。当汽缸到最低点时，向缸内喷射柴油，柴油燃烧，产生猛烈推力，汽缸和桩体瞬间分离，汽缸上升的最大高度为h，重力加速度为。
（1）求柴油燃烧产生的推力对汽缸的冲量；
（2）设桩体向下运动过程中所受阻力恒为f，求该次燃烧后桩体在泥土中向下移动的距离。
【答案】（1），方向竖直向上；（2）
【解析】（1）设燃烧使重锤汽缸获得的速度为，桩体获得的速度为 v，对分离后的重锤汽缸由机械能守恒，有
对分离瞬间重锤汽缸，由于内力远大于外力，故由动量定理，有
得
方向竖直向上。
（2）分离瞬间，由于内力远大于外力，所以重锤汽缸和桩体组成的系统动量守恒，有
分离后对桩体，由动能定理，有
得
15. 如图所示，一长为L的轻杆可绕过O点的轴在竖直平面内转动，轻杆一端固定一个质量为m的小球。一条不可伸长的轻绳跨过两个定滑轮，一端连接小球，另一端连接质量为2 m的物块物块A放置于倾角为的光滑斜面，连接A的轻绳与斜面平行。用一水平外力作用于小球P，可使小球P静止于图示位置，此时轻绳与竖直方向成，轻杆与竖直方向成撤去水平力后，轻杆可运动到竖直位置。取，，重力加速度为。求：
（1）水平外力的大小；
（2）撤去水平力瞬间绳上张力大小；
（3）杆运动到竖直位置时，小球的速度大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）对物体A受力分析，由平衡条件，绳中拉力
对小球P受力分析
由平衡条件
解得
（2）撤去水平拉力瞬间，物体 A和小球P具有相同大小加速度a，对物体A受力分析，由牛顿第二定律
对小球P受力分析，由牛顿第二定律
解得
（3）设杆运动到竖直位置时小球速度大小为v，由速度分解知，此时物体A的速度大小为0，由几何关系，右侧绳收缩长度
对物体A和小球P系统由能量守恒
解得
16. 如图，有一平行于y轴长为R的线状粒子发射器，其中心位于轴某处，可平行x轴方向发射出速度均相同的同种粒子。其右侧有一沿x轴正向的匀强电场，场强为E，宽为有一圆心在半径为R的圆形匀强磁场Ⅰ，其磁感应强度为B，方向垂直纸面向外。在第四象限下方有垂直向里的匀强磁场Ⅱ，其磁感应强度为。粒子的电荷量为，质量为已知从O点射入圆形磁场的粒子，刚好从圆形磁场最下端A点沿方向射出，忽略粒子的重力和粒子间的相互作用力。
（1）求粒子的初速度；
（2）求同时发射出的粒子离开磁场Ⅱ的最大时间间隔；
（3）若磁场Ⅱ的上边界可以上下调节，且不与磁场Ⅰ重叠，求粒子射出磁场Ⅱ上边界范围的最小值。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子在磁场Ⅰ中，轨迹半径与磁场半径R相等，由
得
粒子初速度为经过电场加速，根据动能定理可知
得
（2）粒子在磁场Ⅰ中进行磁聚焦，粒子会汇聚在A点，从圆形磁场最下端进入磁场和从最下端进入磁场的粒子时间间隔最大；运动图像如图所示，粒子的偏转角度差
时间间隔
，
在磁场Ⅱ中，粒子圆周运动的半径
粒子的偏转角度差
时间间隔
根据
则
（3）当磁场Ⅱ边界与圆形磁场Ⅰ相切时，粒子射出的宽度最小，两边粒子在磁场Ⅱ中向右移动的距离相同，所以粒子出射的距离等于粒子两边射出和直径粒子的距离差。
根据2
且
则