[物理]陕西省商洛市2023_2024学年高三下学期第五次模拟检测试题(解析版)

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一、选择题
1. 钍是一种放射性元素，广泛分布在地壳中。钍经中子轰击可得到核燃料铀（U），其反应方程为，此反应能将地球上现有的钍资源变成潜在的核燃料，是一种前景十分可观的能源材料。以Z、N、A分别表示铀的电荷数、中子数、质量数，下列判断正确的是（ ）
A. ，，B. ，，
C. ，，D. ，，
【答案】B
【解析】根据电荷数守恒，U的电荷数为
Z=
根据质量数守恒，U的质量数为
U的中子数为
故选B。
2. 一凿子两侧面与中心轴线平行，尖端夹角为，当凿子竖直向下插入木板中后，用锤子沿中心轴线竖直向下以力敲打凿子上侧时，凿子仍静止，侧视图如图所示。若敲打凿子时凿子作用于木板1、2面的弹力大小分别记为、，忽略凿子受到的重力及摩擦力，下列判断正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】将力在木板1、2面分解如图
可得
故选D。
3. 如图所示，虚线为电场中三条等势线，相邻等势线间的电势差相等，实线为一电子仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，电子经过P、Q两点时的加速度大小分别为、，动能分别为、，电势能分别为、，P、Q两点的电势分别为、，下列判断正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】CD
【解析】A．等差等势面P处密，P处电场强度大，电场力大，则电荷在P处加速度大，即
故A错误；
BC．电子受到的电场力指向轨迹的凹侧并与等势面垂直，显然电子从P点到Q点电场力做负功，动能减小，电势能增大，
故B错误，C正确；
D．电子所受电场力的方向与电场线的方向相反，则电场线大致向左，沿电场线电势降低，所以
故D正确。
故选CD。
4. CPU卡是一种基于芯片的智能卡，内部集成了处理器、存储器和加密模块等多个组件，正常工作电流约为，其天线为如图所示的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大，共3匝，其边长分别为、和，正常工作时匀强磁场垂直穿过线圈，磁感应强度的变化率为，则CPU卡工作时的功率约为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据法拉第电磁感应定律，可得
功率为
故选C。
5. 如图所示，在足够大的光滑水平地面上，静置一质量为的滑块，滑块右侧面的光滑圆弧形槽的半径为R，末端切线水平，圆弧形槽末端离地面的距离为。质量为m的小球（可视为质点）从圆弧形槽顶端由静止释放，与滑块分离后做平抛运动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A. 滑块的最大动能为
B. 小球离开滑块时的动能为
C. 小球落地时的动能为
D. 滑块对地面的最大压力为
【答案】A
【解析】AB．滑块、小球组成的系统水平方向动量守恒，则当小球运动至圆弧形槽末端时，滑块的动能最大，根据动量守恒以及机械能守恒可得
解得
滑块的最大动能为
小球离开滑块时的动能为
故A正确；B错误；
C．根据动能定理
解得小球落地时的动能为
故C错误；
D．当小球滑到圆弧形槽最低点时，滑块对地面的压力最大，对小球受力分析，由牛顿第二定律，可得
根据牛顿第三定律可知，小球对滑块压力为
对滑块受力分析，可得
联立，解得
根据牛顿第三定律可知，滑块对地面的最大压力为
故D错误。
故选A。
6. 随着节能减排的推进，水力发电站将代替部分火力发电站而成为发电主力。某水电站的电能输送示意图如图甲所示，升压变压器原、副线圈的匝数比为 QUOTE 1:10 1:10，升压变压器原线圈输入电压随时间的变化规律如图乙所示，降压变压器的副线圈电压为220V，发电机的输出功率为110kW，升压、降压变压器均为理想变压器，两者之间的输电线路的总电阻为，下列说法正确的是（ ）
A. 升压变压器副线圈的输出电压为2200V
B. 降压变压器原线圈的输入电压为2200V
C. 降压变压器原、副线圈的匝数比为
D. 用户消耗的电功率为99kW
【答案】ACD
【解析】A．由图乙可知，升压变压器原线圈输入电压的有效值
根据
得升压变压器副线圈的输出电压
故A正确；
B．输电线上的电流
输电线上的电压损失
降压变压器原线圈的输入电压
故B错误；
C．降压变压器原、副线圈的匝数比
故C正确；
D．输电线上的功率损失
用户消耗的电功率为
故D正确。故选ACD。
7. 如图甲所示，电阻不计，间距为0.5m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端连阻值为3Ω的定值电阻，虚线下方存在垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为2T的匀强磁场。现将电阻为1Ω的金属杆ab从上方某处由静止释放，金属杆ab下落过程中始终水平且与导轨接触良好，其速度大小v与下落时间t的关系图像如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A. 金属杆进入磁场后a端的电势较高
B. 金属杆释放位置到的距离为0.8m
C. 金属杆进入磁场后两端的电压为4V
D. 金属杆的质量为0.1kg
【答案】BD
【解析】A．金属杆进入磁场后，根据右手定则可知，电流方向沿逆时针方向，b端为等效电源的正极，则a端的电势较低，故A错误；
B．金属杆释放位置到过程做自由落体运动，则有
故B正确；
C．金属杆进入磁场后做匀速直线运动，感应电动势为
感应电流为
金属杆两端电压U=IR
进入的速度为自由落体运动的末速度，则有
解得
U=3V
故C错误；
D．金属杆进入磁场后做匀速直线运动，则有
结合上述解得
m=0.1kg
故D正确。
故选BD。
8. 预计在2025年1月16日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。如图所示，火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为，地球与火星的质量之比约为，地球与火星的半径之比约为，已知半径为R的球的体积，取，根据以上信息结合生活常识可知（ ）
A. 火星与地球的平均密度之比约为
B. 火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
C. 火星与地球表面的重力加速度大小之比约为
D. 相邻两次“火星冲日”的时间间隔约为801天
【答案】AD
【解析】B．根据
解得
代入数据可知，火星与地球绕太阳运动周期之比约为，故B错误；
A．根据
代入数据可知，火星与地球的平均密度之比约为4：5，故A正确；
C．根据
解得
代入数据可知，火星与地球表面的重力加速度大小之比约为2:5，故C正确；
D．根据火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
已知地球的公转周期为
则火星的公转周期为
设经过时间t出现下一次“火星冲日”，则有
解得
故D正确。
故选AD。
二、非选择题
9. 在探究加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图甲所示的装置。
（1）在补偿小车与长木板之间的阻力后，打出了一条纸带，每五个点取一个计数点，量出A、B、C三点到O点的距离如图乙所示，已知打点计时器所接电源的频率为50Hz，则打点时小车的速度大小vB=______m/s，小车的加速度大小a=______m/s2。（结果均保留两位有效数字）
（2）改变砝码的质量，重复实验，得到多组小车的加速度a及对应的力传感器示数F，根据质量数据作出的a—F图线为如图丙所示的直线，图像不过原点的原因是______。
【答案】（1）0.19 0.40 （2）平衡摩擦力不足
【解析】【小问1详解】
[1]由于每五个点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为
匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度与全程的平均速度相等，则打B点时小车的速度大小
[2]匀变速直线运动中，相邻时间间隔内的位移差相等，则有
【小问2详解】
根据图丙可知，在绳上拉力较小时，小车的加速度仍然为0，可知，图像不过原点的原因是平衡摩擦力不足。
10. 某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示的电路，所用器材如下：
A.干电池一节；
B．电压表（量程为0~3V，内阻较大）；
C．电阻箱（阻值为0~999.9Ω）；
D．开关一个和导线若干。
（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实物图补充完整 。
（2）调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电压表的示数U。根据记录的数据作出的图像如图丙所示，则该干电池的电动势E=_________V、内阻r=_________Ω。（结果均保留两位小数）
（3）由于电压表的内阻不是无穷大的，因此本实验干电池的内阻的测量值_________（填“偏大”或“偏小”）。
【答案】（1） （2）1.56 0.40 （3）偏小
【解析】【小问1详解】
电路连线如图
小问2详解】
由电路可知
可得
可得
，
解得
E=1.56V
r=0.40Ω
【小问3详解】
由于电压表的内阻不是无穷大的，因此实验中测得的电池的内阻是电压表的内阻与电源内阻并联后的阻值，即
即本实验干电池的内阻的测量值偏小。
11. 如图所示，在足够大的水平地面上静置一木板，可视为质点的物块以的速度滑上木板，最终物块恰好到达木板的右端，木板沿地面运动的距离恰好等于木板的长度，已知物块的质量，物块与木板间的动摩擦因数，木板与地面间的动摩擦因数，取重力加速度大小，求：
（1）木板的长度L；
（2）木板的质量M。
【答案】（1）；（2）
【解析】1）设物块在木板上滑动时的加速度大小为，它们相对静止一起减速时的加速度大小为，图中两部分的阴影面积相等，有
设两者共同速度为，有
得
所以1s后两者的速度大小均为 QUOTE 1m/s 1m/s，由题意知木板的长度
（2）由图知，两者共速前，木板的加速度大小
有
解得
12. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第三象限内存在沿y轴正方向，电场强度大小为E的匀强电场，图中有一半径为R的绝缘刚性圆环，圆环经过坐标原点O（O点开有小孔），圆环圆心在直线y=x上，环内存在垂直坐标平面向里的匀强磁场。电场中的粒子发射源P能沿x轴正方向发射质量为m、带电荷量为q、速度为v0的带正电粒子，粒子恰好从O点以速度v0进入磁场，粒子与圆环碰撞时无能量损失且电荷量不变，不计粒子受到的重力。
（1）求发射源P的坐标；
（2）调整圆环内匀强磁场的磁感应强度大小可以控制粒子与绝缘圆环的碰撞次数，求粒子在磁场中运动的最短时间tmin及此时的磁感应强度大小B。
【答案】（1）；（2），
【解析】（1）设P点的坐标为（x，y），带电粒子做类平抛运动的时间为t，则有
解得
，
所以P点的坐标为。
（2）设粒子进入磁场后做半径为r的圆周运动，粒子与绝缘圆环相碰次后恰好从O点射出，设粒子做匀速圆周运动的周期为T，结合图中几何关系有
解得
，
由数学知识知（严密论证过程如下），当n=3时，t有最小值，此时，。
证明：令
令
则有
可知
所以在定义域内先单调递增，后单调递减，故，即，故在定义域内为增函数，当x=3时，有最小值。
13. 两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示，图中为分子力的零点，为分子力的极值点；两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0，为分子势能的零点，为分子势能的极值点，极小值为。下列判断正确的是（ ）
A.
B.
C.
D. 两分子间的距离为时，分子力表现为斥力
E. 分子间距离从减小到的过程中，分子势能的减少量小于
【答案】CDE
【解析】ABC．当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小，所以，故AB错误，C正确；
D．从减小到的过程中，分子势能增大，分子间距离小于平衡位置，分子间作用力为斥力，故D正确；
E．由图可知从无穷远到或时，电势能变化量为，则分子间距离从减小到的过程中，分子势能的减少量小于，故E正确。
故选CDE。
14. 一定质量理想气体由状态M→N变化的p—V图像为如图所示的直线。已知气体在此过程中的最高热力学温度Tmax=320K，气体内能的变化满足，常量=1000J/K，求：
（1）此过程中气体对外界做的功W；
（2）气体在状态M时的热力学温度TM及此过程中气体从外界吸收的热量Q。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）气体p—V图线与横轴所围的面积就是气体对外界做的功，有
解得
（2）设气体在状态N时的热力学温度为TN，某状态时的气体对应的压强、体积、热力学温度分别为p、V、T，则有
当V=2m3时，T取最大值，代入上式解得
所以气体从M→N的过程，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功，即
15. 沿x轴正方向传播的一列简谐横波如图所示，实线是在t=0时刻的波形图，虚线是在t=0.5s（小于一个周期）时刻的波形图，下列说法正确的是（ ）
A. 这列波的周期为4s
B. 这列波的波速为20m/s
C. 0~5s内，x=0处的质点运动的路程为1m
D. 相邻的振动步调总是相同的两个质点间的距离为一个波长
E. t=0时，平衡位置在x=5m处的质点的速度和加速度均沿y轴正方向
【答案】ADE
【解析】AB．根据题意可得（n=0，1，2……），
所以（n=0，1，2……）
由于
解得
所以 QUOTE T=4s T=4s， QUOTE v=2m/s v=2m/s
故A正确，B错误；
C．0~5s内，x=0处的质点运动的路程为
故C错误；
D．相邻的振动步调总是相同的两个质点间的距离为一个波长，故D正确；
E．根据“上下坡”法可知，t=0时，平衡位置在x=5m处的质点的速度和加速度均沿y轴正方向，故E正确。故选ADE。
16. 如图所示，某均匀透明体由半球体和圆柱体拼接而成，O为球心，E为最高点，从D点射入的光线1恰好从N点射出，从C点射入的光线2从F点（图中未画出）射出，已知C、D两点将弧ME三等分，单色光线1，2均平行于MN，不考虑光线在透明体中的反射，求：
（1）该透明体对单色光的折射率n；
（2）光线1、2在透明体中传播的时间的比值k。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）光路图如图所示
根据几何关系可知，光线1在D点的入射角为60°，折射角为30°，则有
解得
（2）光线2在C点的入射角为30°，设折射角为γ，分析知F点在N点上方，则有
解得