湖南省衡阳市2024届高三下学期第二次联考（二模）物理试题（Word版附解析）

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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。方改动，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、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 一列简谐横波在t＝0时的波形如图所示，介质中x＝4m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为，下列说法正确的是（ ）
A. 这列波的振幅为8cm
B. 这列波的传播速度为
C. 这列波沿x轴正方向传播
D. 经过1.1s，P点的位移为4cm
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图可知这列波的振幅为4cm，故A错误；
B．周期为
这列波的传播速度为
故B错误；
C．时刻，质点P向上振动，根据同侧法可知这列波沿x轴正方向传播，故C正确；
D．经过1.1s，即，P点位于波谷，的位移为cm，故D错误。
故选C。
2. 如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子的能量范围为1.63eV～3.10eV。现有大量处于n＝6能级的氢原子向低能级跃迁，则下列说法正确的是（ ）

A. 能辐射出6种频率的可见光
B. 从第6能级向第2能级跃迁辐射的可见光的波长最大
C. 从第3能级向第2能级跃迁辐射的可见光的频率最大
D. 几种可见光中，最大频率与最小频率之比约为8:5
【答案】D
【解析】
【详解】A．大量处于n＝6能级的氢原子向低能级跃迁时可产生15种频率的光子，其中可见光有：6→2（光子能量为3.02eV），5→2（光子能量为2.86eV），4→2（光子能量为2.55eV），3→2（光子能量为1.89eV），能辐射出4种频率的可见光，选项A错误；
B．从第6能级向第2能级跃迁辐射的可见光的能量最大，则波长最小，选项B错误；
C．从第3能级向第2能级跃迁辐射的可见光的能量最小，则频率最小，选项C错误；
D．几种可见光中，根据，可知最大频率与最小频率之比等于光子能量之比，即约为3.02:1.89=8:5，选项D正确。
故选D。
3. 2024年1月17日22时37分，天舟七号货运飞船发射升空，顺利进入近地点200km、远地点363km的近地轨道（LEO），经转移轨道与位于离地高度400km的正圆轨道上的中国空间站完成对接，整个对接过程历时约3小时，轨道简化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 天舟七号的发射速度大于7.9km／s
B. 天舟七号在LEO轨道的运行周期大于空间站的运行周期
C. 天舟七号在转移轨道经过N点时的加速度小于空间站经过N点时的加速度
D. 空间站的运行速度大于近地卫星的运行速度
【答案】A
【解析】
【详解】A．天舟七号绕地球运动，发射速度需大于7.9km／s，故A正确；
B．根据开普勒第三定律可知，天舟七号在LEO轨道的运行周期小于空间站的运行周期，故B错误；
C．根据万有引力提供向心力有
解得
则天舟七号在转移轨道经过N点时加速度等于空间站经过N点时的加速度，故C错误；
D．根据万有引力提供向心力有
解得
则空间站的运行速度小于近地卫星的运行速度，故D错误；
故选A。
4. 如图1所示，一质量为m、电荷量为q的正电荷从a点由静止释放，仅在电场力的作用下沿直线abc运动，其v-t图像如图2所示。已知正电荷在b点处速率为，斜率最大，最大值为k，在c点处的速率为v，斜率为0，则下列说法正确的是（ ）
A. 该正电荷在从a到c的运动过程中，电势能先减小后增大
B. b点的电场强度大小为，方向由b指向c
C. ab之间的电势差
D. 从a到c电势逐渐升高，c点的电势最大
【答案】B
【解析】
【详解】A．该正电荷由到的过程中，物块速度逐渐增大，电场力对物块做正功，物块的电势能逐渐减小，故A错误；
B．由题图2可知物块在点时加速度为
所以点的电场强度大小为
电场力方向由指向，正电荷的电场强度方向跟电场力方向相同，点的电场强度方向由指向，故B正确；
C．对正电荷从到的过程，根据动能定理有
解得
故C错误；
D．沿着电场线的方向电势逐渐降低，从到电势逐渐降低，故D错误。
故选B。
5. 如图所示，半径为R圆形区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。质量为m、电荷量为q的带正电粒子由M点沿与过该点的直径成30°角的方向射入磁场，经过圆心O，最后离开磁场。不计粒子重力，则（ ）
A. 粒子的运动速度大小为
B. 粒子在磁场中运动的时间为
C. 若仅改变粒子的入射方向，粒子离开磁场时的速度方向不变
D. 若仅增大粒子的入射速度，则粒子在磁场中的运动时间变长
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据题意作出粒子运动轨迹图
根据几何关系可知半径为
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
故A错误；
B．根据几何关系可知圆心角为120°，则运动时间为
故B错误；
C．只改变粒子的速度方向，不改变粒子的速度大小，则粒子轨迹圆的半径保持不变；则粒子轨迹圆的圆心、磁场区域圆的圆心、两个圆的交点构成菱形，故粒子出磁场时速度方向不变，故C正确；
D．若增大粒子的运动速度，则半径增大，轨迹如图
根据几何关系可知圆心角减小，则粒子在磁场中的运动时间变小，故D错误。
故选C。
6. 将一物体以某一初速度沿与水平方向成角从点斜向上抛出，经过点时速度与水平方向的夹角为。已知、之间的水平距离为，忽略空气阻力的影响，重力加速度为，，则下列说法正确的是（ ）
A. 从A点抛出时的速度大小为
B. 从A到B过程中速度的最小值为
C. 从A到B的时间为
D. A、B之间的高度差为
【答案】A
【解析】
【详解】设水平方向分速度为，物体在、位置的速度分解如图所示
A．由速度分解可知
根据竖直方向速度可知
解得
根据水平方向位移可知
解得
则A点的抛出速度为
A正确；
B．A到B过程中当竖直方向速度为0时，速度最小
B错误；
C．将代入中可得
C错误；
D．根据速度关系可知
根据竖直方向位移关系可知
代入数据可得
D错误。
故选A。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7. 如图所示，刚性轻杆一端固定一个小球，另一端固定在过O点的水平转轴上，使轻杆绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是（ ）
A. 小球在转动过程中，向心加速度不变
B. 在转动过程中经过某一位置时，杆对小球的弹力可能为0
C. 从最高点转到最低点的过程中，杆对小球的弹力做负功
D. 小球经过最高点时，所受杆的作用力一定竖直向下
【答案】BC
【解析】
【详解】A．小球在转动过程中，向心加速度方向时刻改变，故A错误；
BD．小球经过最高点时，合外力提供向心力，若满足
时，此时杆对小球的弹力，故B正确，D错误；
C．从最高点转到最低点的过程中，重力做正功，根据动能定理
故杆对小球的作用力做负功，故C正确。
故选BC。
8. 如图所示，物体A和B中间用一个轻杆相连，在倾角为θ的斜面上匀速下滑，杆与斜面平行。已知A物体光滑，质量为m，B物体与斜面间的动摩擦因数为μ，质量为2m，整个过程斜面始终静止不动。下列说法中正确的是（ ）
A. B物体与斜面间的动摩擦因数μ=tanθ
B. 轻杆对B物体的作用力沿斜面向上
C. 增加B物体的质量，A、B整体将沿斜面减速下滑
D. 增加A物体质量，A、B整体将沿斜面加速下滑
【答案】CD
【解析】
【详解】A．对A、B整体分析，根据平衡条件有
解得
故A错误；
B．规定沿斜面向下为正方向，设轻杆对B的作用力为T，单独对B分析，根据平衡条件有
解得
答案为正值，表示方向沿斜面向下，故B错误；
C．若增加B物体的质量，设增量为，则
上式说明此时A、B整体所受合外力将沿斜面向上，则A、B整体将沿斜面减速下滑，故C正确；
D．增加A物体的质量，设增量为，则
上式说明此时A、B整体所受合外力将沿斜面向下，则A、B整体将沿斜面加速下滑，故D正确。
故选CD。
9. 2023年6月11日，宁夏至湖南±800kV特高压直流输电工程正式开工建设，这是我国首条以输送“沙戈荒”风电光伏大基地新能源为主的电力外送大通道，该工程将于2025年末建成投产。±800kV指两根导线对地之间的电压分别为正800kV和负800kV，两根导线之间是1600kV。受端在衡阳换流站以500kV接入湖南电网交流系统。输电线路流程可简化为如图所示，若直流输电线的总电阻为10，不计变压器与整流等造成的能量损失，直流变交流时，有效值不变。输电功率为时，下列说法正确的是（ ）
A. 输电线路中电流为
B. 衡阳换流站的输入功率为
C. 衡阳换流站的输入电压为±800kV
D. 若保持输送功率不变，用±500kV输电，衡阳换流站的输入功率比用±800kV输电时减少
【答案】AB
【解析】
【详解】A．两根导线之间是1600kV，则输电功率为时，输电线路中电流为
故A正确；
B．输电线损耗的电功率为
W
则衡阳换流站的输入功率为
W
故B正确；
C．输电线的内阻两端有电压，则衡阳换流站的输入电压小于±800kV，故C错误；
D．若保持输送功率不变，用±500kV输电，则电流为
输电线损耗的电功率为
W
则衡阳换流站的输入功率为
W
衡阳换流站的输入功率比用±800kV输电时减少
W
故D错误；
故选AB。
10. “道威棱镜”是一种用于光学图像翻转的仪器。如图所示，等腰梯形ABCD是“道威棱镜”的横截面，底角为45°，光1和光2均沿与BC平行的方向射入棱镜，且均在BC面上发生一次全反射后从CD面射出。已知棱镜对光1的折射率为，对光2的折射率，BC=L，光在真空中的传播速度为c，则（ ）
A. 光1和光2经过棱镜后从CD边射出时均与BC边平行
B. 光1在棱镜中的传播时间为
C. 光1在棱镜中经过的路程小于光2在棱镜中经过的路程
D. 光1在棱镜中传播的时间小于光2在棱镜中传播的时间
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据几何关系可知，光在AB界面上的折射角等于在CD界面上的入射角，根据光路可逆可知，光在AB界面上的入射角等于在CD界面上的折射角，即光在CD界面上的折射角等于45°，即光1和光2经过棱镜后从CD边射出时均与BC边平行，故A正确；
B．由于光1的折射率为，对光2的折射率，根据折射率的定义式可知，光1在AB界面上的折射角大于光2在AB界面上的折射角，由于两光入射点的间距不确定，作出可能的光路如图所示
对光1，根据正弦定理有
则有
由于光在AB界面上的折射角等于在CD界面上的入射角，结合上述求解原理有
则光1在介质中传播的路程
根据折射率的关系式有
，
光1在棱镜中传播时间为
解得
故B错误；
C．根据正弦定理，结合上述求解光1在介质中传播路程的原理，可知，光2在介质中传播的路程
由于
则有
可知
即有
即光1在棱镜中经过的路程大于光2在棱镜中经过的路程，故C错误；
D．根据折射率的关系式有
，
光2在棱镜中的传播时间为
结合上述有
，
由于空气中的入射角为，则折射角与均小于，结合上述可知
则有
可知
即光1在棱镜中传播的时间小于光2在棱镜中传播的时间，故D正确。
故选AD。
三、非选择题：本题共5小题，共56分。
11. 某实验小组做验证牛顿第二定律的实验，所用的实验装置如图1所示，滑块（含遮光条）的质量用M表示，砝码的质量用m表示。
（1）本实验________（填“需要”或“不需要”）满足。
（2）通过气垫导轨上的刻度尺读出两个光电门之间的距离L，通过数字计时器测量遮光条从光电门1到光电门2的时间t。实验小组保持光电门2的位置及滑块在气垫导轨上的释放位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，测得多组L和t数据，根据测验数据，作出了图像如图2所示，若图线斜率的绝对值为k，图线在纵轴上的截距为b，根据图线可求出滑块加速度的大小为________，经过光电门2的速度大小为________。
（3）由以上实验即可验证牛顿第二定律。
【答案】 ①. 不需要 ②. ③.
【解析】
【详解】（1）[1]当实验中调节气垫导轨水平且细线与气垫导轨平行时，力传感器的示数F等于细线的拉力，结合上述可知，该示数即为滑块的合力，可知实验中不需要使力传感器和钩码的总质量远小于滑块及遮光条的总质量。
（2）[2][3]滑块释放位置不变，光电门2的位置不变，则无论光电门1位置如何变化，经过光电门2的速度大小不变，设为，则根据匀变速直线运动中平均速度的规律，两光电门之间的间距为
整理可得
则图像中斜率绝对值为，则
解得滑块加速度的大小为
截距为，可得经过光电门2的速度大小为
12. 某实验小组要测量一节干电池的电动势E和内阻r，已知电流表内阻与电源内阻相差不大。
（1）先用多用电表2.5V量程粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电池的________（填“正”或“负”）极相连，黑表笔与电池的另一电极相连，多用电表的示数如图1所示，则电源电动势为________V（结果保留3位有效数字）。
（2）某同学设计了如图2所示的实验电路，连接好实验电路，闭合开关S，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数，建立U-I坐标系，并描绘出U-I图像。
另一同学仍使用图2中的实验器材，设计了如图3所示的实验电路，实验操作步骤与前一位同学相同，在同一坐标系中分别描点作出U-I图像，图2对应的U-I图线是图4中的________线（填“P”或“Q”）。若每次测量操作都正确，读数都准确，则由图4中的P和Q图线，可得电动势和内阻的真实值为E＝________V，r=________Ω（结果均保留3位有效数字）。
【答案】（1） ①. 正 ②. 1.45
（2） ①. P ②. 1.45 ③. 1.45
【解析】
【小问1详解】
[1]用多用电表粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电源的正极相连，黑表笔与电池的另一电极相连。
[2]由图1所示，用多用电表2.5V量程电压档，最小刻度值是0.05V，则粗测电源电动势为1.45V。
【小问2详解】
[1][2][3]由图3所示电路可知，电压表有分流作用，图2所示电路，电流表有分压作用，从而导致实验结果存在系统误差。图3所示电路，可把电压表与电源看做一个等效电源，由闭合电路欧姆定律知可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，作出的U-I图线是Q线，图2所示电路，可把电流表与电源看做一个等效电源，由闭合电路欧姆定律可知，电动势测量值等于真实值，U-I-图线应是P线，电动势为
E=UP=1.45V
图3所示电路，当外电路短路时，电流的测量值等于真实值，则短路电流
内阻
13. 如图所示，将一个粗细均匀的小玻璃瓶装入适量的水后，开口向下倒扣入塑料水瓶中，使小玻璃瓶中封闭一段空气，拧紧塑料水瓶的瓶盖。用手挤压塑料水瓶，小玻璃瓶会缓慢下沉到底部；适当减小挤压塑料水瓶的程度，小玻璃瓶会缓慢上浮。已知小玻璃瓶的质量为7.5克，瓶子的底面积为2.5cm2，外界大气压强为p0。环境温度始终保持不变，忽略小玻璃瓶的厚度及小玻璃瓶上升到水面时对塑料瓶内气体体积的影响，小瓶中的空气视为理想气体，水的密度。
（1）在初始不用手挤压塑料水瓶时，小玻璃瓶中气柱的长度至少为多少厘米，小玻璃瓶才会浮在水面上？
（2）若某时刻小玻璃瓶内气体压强为，瓶内气柱长为5.2厘米，再用力缓慢挤压塑料瓶，当小玻璃瓶内气体压强稳定在时，小玻璃瓶内气柱长度为多少厘米？
【答案】（1）3cm；（2）4.4cm
【解析】
【详解】（1）初始时，为保证小玻璃瓶会浮在水面上，则至少应保证刚好完全浸没时，浮力与重力相平衡，设小玻璃瓶中气柱的长度为h，则有
解得
h=3cm
（2）由于环境温度始终保持，则为等温变化，可得
解得
l2=4.4cm
14. 水平面内固定有两根平行光滑导轨，其中AD、EF段用绝缘材料制成，其余部分为金属。两平行导轨的间距为L＝2m，导轨的左侧连接一阻值为R＝2Ω的定值电阻，右侧接有一电容的电容器，电容器不带电。水平导轨的MNPQ区域存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.5T，MA和NE的长度均为x＝3.6m。金属棒a垂直放置在导轨的MN处，质量为，接入电路的电阻为r＝1Ω，金属棒b垂直导轨放置于DF左侧，质量。现使金属棒a以初速度向右运动，与静止的金属棒b发生弹性碰撞，碰撞后金属棒b向右运动，最终速度稳定。不计金属导轨的电阻，求：
（1）金属棒a与金属棒b碰撞后的速度大小各是多少；
（2）整个运动过程中金属棒a上产生的焦耳热；
（3）金属棒b稳定运动时电容器所带的电荷量。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】
详解】（1）金属棒a第一次出磁场时，根据动量定理
其中
解得
金属棒a与金属棒b碰撞，根据动量守恒以及机械能守恒可得
解得
，
则金属棒a与金属棒b碰撞后，金属棒a的速度大小为，金属棒b的速度大小为。
（2）碰撞后，金属棒a向左运动，若金属棒a向左能通过磁场，以向左为正方向，根据动量定理
其中
解得
可知假设不成立，金属棒a停在磁场中，根据能量守恒整个运动过程中产生的热量为
整个运动过程中金属棒a上产生的焦耳热为
（3）金属棒b稳定运动时，根据动量定理
其中
电容器的电势差为
解得电容器所带的电荷量为
15. 如图所示，倾角为30°的绝缘粗糙斜面在B点与光滑绝缘的水平面平滑连接，B点左侧的斜面上方存在平行于斜面向下的匀强电场，电场强度，B点右侧有一缓冲装置，劲度系数足够大的绝缘轻弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，轻杆与槽间的滑动摩擦力，轻杆向右移动的距离不超过l时，装置可安全工作。在斜面上有一质量为m、电荷量为＋q且可视为质点的滑块，滑块与斜面间的动摩擦因数，若将滑块由距B点x＝4.5l处的A点静止释放，滑块撞击弹簧后将导致轻杆向右移动，已知重力加速度为g，轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
（1）求滑块第一次到达B点时的速度大小；
（2）在保证装置安全工作的前提下，求滑块的静止释放点距B点的最远距离；
（3）在缓冲装置安全工作的前提下，试讨论该滑块第一次被弹回后上升到距B点的最大距离s＇与释放时距B点的距离s之间的关系。
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）由动能定理有
得
（2）因杆是轻杆，故当杆开始移动后弹簧的形变量就保持不变，设弹簧压缩到最短时弹簧的弹性势能是。从滑块接触弹簧到减速为0的过程中，根据能量守恒定律有
得
当释放点距B点最远，即滑块速度最大，对应轻杆移动的距离为时，滑块速度减为0，弹性势能仍为，则
对滑块，从距B点处由静止释放到速度最大，由动能定理得
得
（3）设滑块从距B点时由静止下滑，轻杆刚好没被推动，弹簧压缩到最短时，弹簧弹性势能为，则
结合
得
当释放点距B点的距离
滑块接触弹簧后以原速率反弹回来，由能量守恒定律得
得
当释放点距B点的距离时，滑块被弹簧弹回，弹簧的弹性势能转化为动能，设速度为，有
得
即当时；当时，。