湖南省多校2024-2025学年高二下学期3月联考物理试卷

这是一份湖南省多校2024-2025学年高二下学期3月联考物理试卷，共15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。
1.如图所示为研究光电效应的实验装置，光电管的阴极K用某种金属制成。闭合开关S，用某种单色光照射阴极K时，微安表有示数。若只减弱该单色光的强度，则下列说法正确的是
A. 微安表的示数变大
B. 该金属的逸出功变小
C. 逸出的光电子的最大初动能不变
D. 从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加
2.如图所示，一辆装满石块的货车在水平道路上以加速度a向前做加速直线运动。货箱中石块B的质量为m，重力加速度为g，关于石块B周围与它接触的石块对石块B作用力的合力F，说法正确的是
A. F的大小为ma
B. F的大小为m(a+g)
C. 货车的加速度a越大，F的竖直分力越大
D. 货车的加速度a越大，F与水平方向的夹角越小
3.t=0时刻，质点O从平衡位置开始沿竖直方向做简谐运动，振动图像如图甲所示，其形成的简谐横波沿水平方向传播，a、b为介质中相距3 m的两个质点，如图乙所示。某时刻a、b两质点恰好都经过平衡位置，且a、b间只有一个波峰。下列说法正确的是
A. t=1s时，质点O的加速度为零
B. 质点O的振动方程为y=2sinπ2t+π2cm
C. 0∼40s内质点O运动的路程为40 cm
D. 该简谐横波的传播速度大小可能为0.75m/s
4.a、b所在水平直线垂直于均匀带正电的正方形薄板所在平面，且通过板的几何中心O，a、b两点关于薄板对称，Oc垂直于ab连线且abc构成等边三角形。若在c点固定一点电荷，a点电场强度大小为E，方向垂直于ab连线，则下列说法正确的是
A. c点的点电荷带正电
B. 薄板上电荷在b点产生的电场强度大小为 32E
C. a、b两点的电势相等
D. a、b两点的电场强度大小相等、方向相反
5.风洞通过人工产生和控制的气流，可以模拟物体周围气体的流动。在风洞实验室中，将质量为m的物体以大小为v0的初速度竖直向上抛出，该物体受到的空气阻力大小f与速率v成正比，比例系数为k，物体速度随时间变化的关系如图所示，在t1时刻速度为零，t2时刻落回抛出点，落回时速率为v1。已知物体上升的高度为h，重力加速度为g，下列说法正确的是
A. 物体上升和下落过程克服空气阻力所做的功相等
B. 物体上升过程所受空气阻力的冲量比下落过程的大
C. 物体上升过程所用的时间为v0g+khmg
D. 物体从抛出到落回所用的时间为v0+v1g
6.现代带电粒子设备常利用电场和磁场控制带电粒子的运动。如图所示，两竖直平行金属板AB间存在水平向右的匀强电场，水平金属板CD间存在竖直向上的匀强电场，CD右侧存在范围足够大、沿水平方向的匀强磁场，在磁场中沿CD的中心轴线方向放置足够长的粒子收集板P。一群质量为m、电荷量大小为q的带正电的粒子由静止开始，经AB之间的电场(电压为U1)加速后，沿CD的中心轴线方向进入偏转电场(电压为U2)，调节U1、U2的大小，使带电粒子均从金属板C的右边缘射出电场，再经磁场偏转后，所有粒子均能打在收集板P上。已知CD两板间距为d、板长为 33d，匀强磁场的磁感应强度大小为B，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是
A. 加速电压的最小值为qB2d236m
B. 调节U1、U2的大小，应使U1U2=13
C. 收集板P上所有位置均会收集到粒子
D. 带电粒子在磁场中运动的时间可能为5πm6qB
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7.风力发电前景广阔，发电机的简化模型如图所示，矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动。已知矩形线框的匝数n=100，面积S=0.01m2，匀强磁场的磁感应强度大小为B=2πT，线框转动的角速度ω=100πrad/s。发电机与理想变压器原线圈相连，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1:n2=2:1，副线圈连在电路中的电阻R=10Ω。电流表为理想电表，不计线框的电阻，下列说法正确的是
A. 副线圈电流的频率为50 Hz
B. 线框平面与磁场方向平行时，流经线框的电流为零
C. 发电机输出电压的有效值为100 2V
D. 副线圈中的电流表A示数为 2A
8.2024年8月16日15时35分，我国在西昌卫星发射中心使用长征四号乙运载火箭，成功将遥感四十三号01组卫星发射升空。如图为卫星发射的示意图，首先将卫星发射到低空圆轨道a，然后在M点实施变轨经椭圆轨道b进入预定圆轨道c，已知卫星在圆轨道a、c的半径之比为ra:rc=2:3。下列说法正确的是
A. 卫星在M点加速，在N点减速
B. 卫星在轨道a与轨道b的运行周期比为8:5 5
C. 卫星在轨道b过M点的速度小于在轨道c过N点的速度
D. 卫星在M点的加速度大于在N点的加速度
9.如图所示，AC⌢为一半径为R的14圆弧，O为圆弧的圆心，OABC构成正方形，图中阴影部分ABC为某种透明材料的横截面。在圆心O处放一激光发射器，发射器能够发出细光束OD垂直照射在14圆弧上，并且光束能够以一定的角速度从OA开始逆时针转过90∘，激光在真空中的波长λ0=650nm，在材料中的波长λ1=325nm，光在真空中的速度大小为c，不考虑光线的多次反射。若透明材料对该激光的折射率为n，光束在旋转过程中，AB、BC截面上没有光线直接射出部分的总长度为x，则
A. n=2B. n= 2C. x=2(3− 3)R3D. x=2 3R3
10.如图甲所示，起重机从t=0时刻由静止开始竖直向上提升某物体，从开始运动到刚获得最大速度过程中，物体速度的倒数1v和牵引力F的关系图像如图乙所示，整个过程时间持续9 s，获得的最大速度为12m/s，不计其他阻力，取重力加速度g=10m/s2，以下说法正确的是
A. 物体的质量为180 kgB. 起重机牵引力的最大功率为15 kW
C. 物体做匀加速运动的时间为5 sD. 物体在9 s内上升的高度为70.8m
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某同学采用图甲所示的装置做“验证小球摆动过程中机械能守恒”的实验。细线上端固定在铁架台上的O点，下端悬挂一小球，将小球拉起一定角度，由静止释放，摆到最低点时，恰好通过固定在铁架台上的光电门。
请回答下列问题。
(1)用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=________mm。
(2)某次实验中，测得O点与小球之间细线的长度为L，初始位置细线与竖直方向的夹角为θ，小球通过光电门的时间为t，小球的质量为m，当地的重力加速度为g，小球从释放点运动到最低点过程中，重力势能的减少量为________，动能的增加量为________，若二者在误差允许范围内相等，则可验证机械能守恒。(均用m、g、t、L、d、θ表示)
(3)通过改变小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角θ，测出对应情况下小球通过光电门的时间t，作出csθ−1t2图像，若图像为直线且斜率的绝对值k=________，则可验证机械能守恒。(用m、g、t、L、d、θ表示)
12.李华同学查阅资料：某金属在0∼100∘C内电阻值Rt与摄氏温度t的关系为Rt=R0(1+αt)，其中R0为该金属在0∘C时的阻值，α为温度系数(为正值)。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻R0和α值。可提供的实验器材有：
A.干电池(电动势约为1.5V，内阻不计)
B.定值电阻R1(阻值为1kΩ)
C.电阻箱R(最大阻值为9999.9Ω)
D.滑动变阻器RP(阻值范围0∼4kΩ)
E.电流计G(量程0∼200μA，内阻500Ω)
F.摄氏温度计
G.沸水和冷水各一杯
H.开关两个及导线若干
实验步骤如下：
①断开开关S1、S2，将滑动变阻器的滑片P置于a端，电阻箱调至阻值最大，将金属电阻置于沸水中；
②闭合开关S1，将滑片P调至合适位置，再反复调节电阻箱的阻值，最终使得闭合开关S2前、后电流计G的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数R和温度t；
③多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤②，可获得电阻箱的示数R和温度t的多组数据。
(1)某次实验中，电阻箱的阻值R=100Ω，则对应金属电阻的阻值Rt=________Ω。
(2)以电阻箱的示数R为纵轴，温度t为横轴，作出图像如图乙所示，则该金属电阻在0∘C时的阻值为________Ω，温度系数为________ ∘C−1。
(3)李华同学利用上述金属电阻制作高温报警器，其电路的一部分如图丙所示。图中，E′为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过7 V时，便触发报警器(图中未画出)报警，则图中________(选填“R3”或“R4”)应使用金属电阻，若要求开始报警时环境温度为40∘C，另一固定电阻的阻值应为________Ω。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.“拔火罐”是一种中医的传统疗法，某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验。圆柱状汽缸(横截面积为S)被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于地面上质量为m的重物相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的阀门K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭阀门K，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为L。由于汽缸传热良好，随后重物会被缓慢吸起，最后重物稳定在距地面L4处。已知汽缸内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT，C为已知常数；环境温度为T0不变，S=5mgp0，g为当地重力加速度，p0为大气压强，汽缸内的气体可看作理想气体。求：
(1)酒精棉球熄灭时，汽缸内气体的温度T；
(2)从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中，汽缸内气体放出的热量Q。
14.如图，在绝缘水平面上固定两根光滑平行金属导轨，左右两侧导轨处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小分别为3B和B，导轨间距分别为d和3d，已知导体棒PQ的电阻为R、长度为d，导体棒MN的电阻为3R、长度为3d，MN的质量是PQ的3倍。初始时刻两棒静止，两棒中点之间拴接一压缩量为L的轻质绝缘弹簧，弹簧的劲度系数为k。释放弹簧后两棒在各自磁场中运动直至停止，弹簧始终在弹性限度内。两棒保持与导轨垂直并接触良好，导轨足够长且电阻不计。已知当弹簧的形变量为x时，对应的弹性势能Ep=12kx2。求：
(1)导体棒MN的速率为v时，导体棒PQ所受安培力的大小；
(2)整个过程中，通过导体棒PQ的电荷量；
(3)整个过程中，导体棒PQ产生的热量。
15.如图所示，在足够大的光滑水平地面上，静置一质量为M、半径为R且圆弧面光滑的半圆弧槽。一质量为m(m=3M)的小球从圆弧槽左端最高点A由静止释放，小球可视为质点，整个过程圆弧槽不翻转，重力加速度为g。以A点的初始位置为坐标原点，直径AC方向为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，建立直角坐标系xOy。
(1)求小球第一次运动到圆弧面右侧时，能够到达的最高处的位置坐标；
(2)求小球运动的轨迹方程；
(3)若小球从A点由静止释放前，地面上紧贴半圆弧槽左侧放有质量为m0(m0=2M)的滑块(与槽不粘连)，求小球运动到最低点B处时速度大小的可能值。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【解析】减弱该单色光的强度，单位时间内入射光的光子数目减少，从金属表面逸出的光电子数目将减少，微安表的示数变小，A错误;
金属的逸出功由金属本身决定，保持不变，B错误;
根据光电效应方程Ekm=hv−W0知，光电子的最大初动能不变，C正确;
发生光电放应时，光电子的逸出几乎是瞬时的，与光照强度无关， D错误。
2.【答案】D
【解析】AB.石块B周围与它接触的石块对石块B作用力的合力F向前方偏上，根据牛顿第二定律和勾股定理得F2=(ma)2+(mg)2，解得F=m g2+a2，A、B错误;
C.F的竖直分力与重力大小相等，保持不变，C错误;
D.设F与水平方向的夹角为θ，则有F合=mgtanθ=ma，货车加速度a越大，F与水平方向的夹角θ越小，D正确。
3.【答案】D
【解析】由图甲可知，t=1s时，质点O处于最大位移处，加速度最大，A错误;
由图甲可知，质点O的振幅和周期分别为A=2cm、T=4s，则质点O的振动方程为y=Asin2πTt=2sin(π2t)cm，B错误;
40s为10个周期，故路程s=10×4A=80cm，C错误;
由于a、b两质点恰好都经过平衡位置，且a、b间只有一个波峰，则两质点之间的距离可能为x=λ12、x=λ 2、x=3λ32，解得波长的可能值为λ 1=6m、λ 2=3m、λ 3=2m，对应的波速可能值为v1=λ1T=1.5m/s、v2=λ2T=0.75m/s、v3=λ3T=0.5m/s，D正确。
4.【答案】C
【解析】a点电场强度方向垂直ab连线，正方形薄板带正电，则c点的点电荷带负电，A错误;
a点电场强度大小为E，方向垂直ab连线，则薄板上电荷在a点产生的电场强度大小为E1=Etan30∘= 33E，根据对称性可知，薄板上电荷在b点产生的电场强度大小为 33E，B错误;
a、b两点的电势相等，C正确;
a、b两点的电场强度大小相等，方向相同，D错误。
5.【答案】D
【解析】A.根据题意可知f=kv，上升过程所受空气阻力的平均值较大，物体上升和下落过程位移大小相等，则上升过程克服阻力做功多， A错误：
B.物体上升过程所受空气阻力的冲量大小为I1= ft=∑kvt=kh，同理可知下降过程所受空气阻力的冲量大小I2=kh=11，即物体上升和下落过程所受空气阻力的冲量大小相等，B错误;
C.物体上升过程.根据动量定理有−mgt1−I1=0−mv0，解得t1=v0g−khmg，C错误;
D.物体下降过程，根据动量定理有mg(t2−t1)−I2=mv1−0，解得t2=v+v1g，D正确。
正确选项D
6.【答案】D
【解析】B.设带电粒子经加速电场加速后的速度为v0
根据动能定理得qU1=12mv02
在偏转电场中做类平抛运动，水平方向有 33d=v0t
垂直于金属板方向有12d=12at2
根据牛顿第二定律有a=qU2md
联立解得U1U2=16，B错误;
AC.设带电粒子进入磁场时速度方向与竖直方向的夹角为θ，根据几何关系有tanθ= 33d12d×2= 33
θ=π6
进入磁场时的速度大小为v=v0sinθ=2v0
当加速电压最小时，带电粒子的运动轨迹恰好与收集板相切，切点左侧收集不到粒子，设带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为 r，由几何关系得r+rsinθ=12d
由洛伦兹力提供向心力有qvB=mv2r
解得U1=qB2d272m，AC错误;
D.带电粒子在磁场中做圆周运动的周期T=2πrv=2πmqB
带电粒子的运动轨迹恰好与收集板相切时，由几何关系知，此时在磁场中运动的时间最长，为t1=5π32πT=5πm3qB
当半径无限大时，带电粒子在磁场中运动轨迹的圆心角为2π3
在磁场中运动的最短时间t2=2π32πT=2πm3qB
故带电粒子在磁场中的运动时间范围为2πm3qB