2024岳阳高三下学期三模物理试题含解析

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本试卷共15道题，满分100分，考试用时75分钟
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的学校、班级、考号、姓名填写在答题卡上。
2．作答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔在答题卡上将对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案。答案不能答在试卷上。
3．非选择题必须用黑色字迹的钢笔或签字笔作答，答案必须写在答题卡各题目指定区域内相应位置上；如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新答案；不准使用铅笔和涂改液。不按以上要求作答无效。
4．考生必须保证答题卡的整洁。考试结束后，只交答题卡。
一、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，只有一项符合题目要求。
1. 世界上首个第四代核能技术的钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电，该反应堆以放射性较低的Th为核燃料。已知的半衰期为24天，下列说法正确的是（ ）
A. β衰变的电子来自于钍原子的核外电子
B. 通过物理方法或化学方法都能改变的半衰期
C. 4个经过48天后一定还剩余1个
D. 经过6次α衰变和4次β衰变可变成
【答案】D
【解析】
【详解】A．衰变是原子核自发的，是原子核的一个中子转变为一个质子和一个电子，β衰变的电子来自于原子核，故A错误；
B．半衰期由原子核自身决定，与物理环境和化学环境无关，所以通过物理方法或化学方法都不能改变的半衰期，故B错误；
C．半衰期是大量统计规律，所以4个不满足统计规律，故C错误；
D．衰变成，根据质量数守恒可得经过的α衰变次数为
根据电荷数守恒可得经过的β衰变的次数为
所以经过6次α衰变和4次β衰变可变成，故D正确。
故选D。
2. 筷子夹球游戏深受人们的喜爱，选手用筷子夹起乒乓球从一个容器放到另一个容器，在规定时间内搬运多者胜。某同学水平持筷（两根筷子及球心在同一水平面内）夹着乒乓球的俯视图如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 乒乓球受到四个力的作用
B. 如果乒乓球静止，则乒乓球受到筷子的摩擦力方向竖直向上
C. 如果乒乓球静止，减小筷子间夹角θ，筷子对乒乓球的作用力大小不变
D. 如果乒乓球加速运动，筷子对乒乓球的弹力大于乒乓球对筷子的弹力
【答案】C
【解析】
【详解】A．乒乓球受到重力、两个筷子对它的弹力、两个筷子对它的摩擦力五个力的作用，故A错误；
B．如图所示
如果乒乓球静止，两个筷子对乒乓球弹力的合力水平向左，所以两个摩擦力在水平方向都有分量，分量的合力向右，即
乒乓球受到筷子摩擦力方向不是竖直向上，故B错误；
C．如果乒乓球静止，两筷子夹角θ无论怎么变化，筷子给乒乓球的作用力总是与乒乓球的重力抵消，大小相等，即筷子给乒乓球的作用力保持不变，C正确；
D．筷子对乒乓球的弹力和乒乓球对筷子的弹力是一对作用力与反作用力，无论乒乓球是否有加速度，这两个力的大小总是相等的，故D错误；
故选C。
3. 一简谐横波沿x轴方向传播，已知时的波形如图甲所示，图乙是处的质点的振动图像，则下列说法正确的是（ ）
A. 该简谐波沿x轴正方向传播
B. 经过1s，处质点向前传播10m
C. 在时，处的质点速度方向与位移方向相同
D. 经过任意0.5s的时间，处的质点经过的路程一定为25cm
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图乙可知，处的质点在时沿y轴正方向振动，由图甲根据波形平移法可知，该简谐波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．质点只会在平衡位置上下振动，并不会随波的传播方向迁移，故B错误；
C．由图乙可知，周期为，则有
简谐波沿x轴负方向传播，由图甲可知，时处的质点从平衡位置向下振动，则在时，处的质点处于平衡位置到波谷的振动过程中，质点速度方向与位移方向均为负方向，故C正确；
D．由于
可知只有当计时位置在平衡位置和波峰或波谷位置时，经过0.5s的时间，处的质点经过的路程才为
如果计时位置不在平衡位置和波峰或波谷位置时，经过0.5s的时间，处的质点经过的路程不等于，故D错误。
故选C。
4. 如图所示，一半径为R的光滑大圆环竖直固定在水平面上，其上套一小环，a、b为圆环上关于竖直直径对称的两点，将a点下方圆环拆走，若小环从大圆环的最高点c由静止开始下滑，当小环滑到b点时，恰好对大圆环无作用力。已知重力加速度大小为g，若让小环从最高点c由静止下滑从a点滑离，小环滑离a点时竖直分速度大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据题意，设b点与O点的连线与竖直方向的夹角为，如图所示
从c到b由动能定理有
在b点，由牛顿第二定律有
解得
，
故小环滑离a点时的速度为
小环滑离a点时竖直分速度大小为
故选A。
5. 三峡大坝是目前世界上最大的水力发电站，装机容量达2250万千瓦，年发电量1000亿千瓦时。发电机发电的原理可作如图简化：KLMN是一个放在匀强磁场中的矩形导线框，线框绕垂直于磁场的固定轴以角速度沿逆时针方向（俯视）匀速转动。当MN边与磁场方向的夹角为时开始计时（图示位置），此时导线框中产生的电动势为E。下列说法正确的是（ ）
A. 时刻，电流沿KLMNK方向
B. 时刻，穿过线框的磁通量变化率最大
C. 该交流电动势的有效值为
D. 该交流电动势瞬时值表达式为
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据楞次定律，感应电流的方向总是阻碍线圈磁通量的变化，而时刻，MN边与磁场方向的夹角为，并且沿逆时针方向（俯视）匀速转动，向右的磁通量将要增大，所以感应电流产生的磁场方向向左，感应电流沿KNML方向，A错误；
B．时刻，转过角度为
所以此时线圈平面与磁场方向垂直，穿过线框的磁通量最大，但是磁通量变化率最小，B错误；
C．该交流电动势的有效值为峰值电动势除以根号二，当MN边与磁场方向的夹角为时的感应电动势为
而峰值电动势为
该交流电动势的有效值为
C错误；
D．该交流电动势瞬时值表达式为
D正确；
故选D。
6. 如图所示，光垂直照射倾斜木板，把一个质量为0.2kg的小球从倾斜木板顶端水平弹射出来做平抛运动，小球刚好落在倾斜木板底端。然后使用手机连续拍照功能，拍出多张照片记录小球此运动过程。通过分析照片可以得到小球的飞行时间为0.6s，小球与其影子距离最大时，影子A距木板顶端和底端的距离之比为，重力加速度。下列说法不正确的是（ ）
A. 飞行过程中，重力对小球做的功为3.6J
B. 小球与影子距离最大时，刚好是飞行的中间时刻
C. 木板的斜面倾角
D. 木板的长度为3.6m
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，根据匀变速直线运动位移时间公式有
根据功的公式，可得飞行过程中，重力对小球做的功为
故A正确；
B．经过分析可知，当小球与影子距离最大时，此时小球的速度方向与斜面平行，即速度方向与水平方向的夹角为，此时竖直方向的速度为
当小球落到斜面底端时，此时小球位移与水平方向的夹角为，令此时速度方向与水平方向的夹角为，则有
此时竖直方向的速度为
则有
则有
故小球与影子距离最大时，刚好是飞行的中间时刻，故B正确；
CD．将小球的运动沿斜面与垂直于斜面分解，建立直角坐标系如图所示
由题意可知
则有
可得
又由于
则y方向速度减为零需要的时间为
结合上述有
联立可得
可得
则有
故木板的长度为
故C错误，D正确。
本题选不正确的，故选C。
二、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. 我国光伏发电技术处于世界领先地位。为提高光伏发电效率，需要在光伏玻璃的上表面涂一层增透膜，而增透膜材料的折射率对透光率有明显影响。我国某厂家发明了空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率。若增透膜使用折射率为的实心纳米粒子材料制成，其最小厚度为；若增透膜使用折射率为的空心纳米粒子材料制成，其最小厚度为。则（ ）
A. B. C. D.
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率，故，故B正确，A错误；
CD．增透膜的厚度只使反射的光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为光在膜中波长的，使光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的光系和光速与波长及频率的关系得
得
解得增透膜厚度
则
则
故C正确，D错误。
故选BC。
8. 如图所示，嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。探测器完成对月球表面的取样任务后，样品将由上升器携带升空进入环月轨道，与环月轨道上做匀速圆周运动的轨道器返回器组合体（简称“组合体”）对接。为了安全，上升器与组合体对接时，必须具有相同的速度。已知上升器（含样品）的质量为m，月球的半径为R，月球表面的“重力加速度”为g，组合体到月球表面的高度为h。取上升器与月球相距无穷远时引力势能为零，上升器与月球球心距离r时，引力势能为，G为引力常量，月球的质量为M（未知），不计月球自转的影响。下列说法正确的是（ ）
A. 月球的质量
B. 组合体在环月轨道上做圆周运动的速度v的大小为
C. 上升器与组合体成功对接时上升器的能量为
D. 上升器从月球表面升空并与组合体成功对接至少需要的能量为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．月球表面的“重力加速度”为g，根据
解得月球的质量
故A正确；
B．根据
结合上述，解得组合体的线速度
故B错误；
C．上升器与组合体成功对接时上升器的动能为
引力势能
则上升器的能量为
故C错误；
D．上升器从月球表面升空并与组合体成功对接至少需要的能量为
结合上述解得
故D正确。
故选AD。
9. 如图所示，古代起重的一个辘轳由两个直径不同，固定在同一轴上的圆柱体组成，一根轻绳绕在两圆柱上，摇把匀速转动时，小圆柱体上绳子下降，大圆柱体上绳子上升，从而提起重物，不计摩擦、滑轮和摇把重力的影响，已知重物重力大小为G，小圆柱和大圆柱体的半径分别是r和R，摇把的半径为L，摇把匀速转动的角速度为ω，则（ ）
A. 摇把匀速转动时，重物上升的速度为
B. 摇把匀速转动时，重物上升克服重力做功的功率为
C. 摇把匀速转动时，作用在摇把上的力最小为
D. 摇把上的力对摇把做的功等于重物动能的增加量
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由题可知大圆柱体绳子上升的速度
小圆柱体绳子下降的速度
故绳子实际上升的速度
故重物上升的速度
A错误；
B．根据功率的公式
可知，物体克服重力的功率
B正确；
C．摇把转动一周所做的功为,施加在摇把上的力为,克服重力所做的功为，则有
摇把转动一周，绳子上升的距离
则重物上升的高度
故克服重力所做的功
由功能原理可知
所以最小力为
C正确；
D．摇把上的力所做的功，除了使重物的动能增加，还使重物的重力势能也增加了，D错误。
故选BC。
10. 如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L。abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上。初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度向右运动。磁场内的细金属杆N处于静止状态，且到cd的距离为。两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为，两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。金属杆M质量为2m，金属杆N质量为m，两杆在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A. M刚进入磁场时M两端的电势差
B. N在磁场内运动过程中N上产生的热量
C. N在磁场内运动过程中的最小加速度的大小
D. N在磁场内运动的时间
【答案】CD
【解析】
【详解】A．根据题意，M刚进磁场，感应电动势为
由右手定则可知
则M两端的电势差
故A错误；
B．根据题意可知，两导体棒在磁场中运动过程中，M、N系统动量守恒，则有
解得
由能量守恒定理可得，此过程整个电路产生的热量为
则N上产生的热量为
故B错误；
C．根据题意可知，N在磁场内运动过程中加速度最小时，所受安培力最小，此时感应电流最小，N出磁场瞬间，感应电动势最小，则有
又有
，
联立解得
故C正确；
D．根据题意，对N由动量定理有
又有
联立得
又有
解得
又有
可得
代入得
故D正确。
故选CD。
三、非选择题：本题共5小题，共56分。
11. 某款多功能转动平台能显示转速，兴趣小组的同学利用该平台测量一螺母与转盘间的动摩擦因数。（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取）
（1）用螺旋测微器测量螺母宽度如图所示，则螺母宽度______mm。
（2）将螺母置于转盘上，测量出螺母做圆周运动半径为R。
（3）缓慢调节转动平台转速至螺母恰好滑动，读出此时平台转速n。则______。（用题中所给字母表达）改变螺母位置多次测量求出的平均值。
（4）有同学认为很难准确判断螺母恰好运动时的状态，于是他们提出了另一个探究方案。在螺母上固定一个无线力传感器（螺母和传感器总质量）并用轻绳连接传感器与转轴。调节平台转速，测出五组数据如下表所示：他们在坐标纸中已经描出四个实验点，请将剩余一个点在坐标纸中描出，并画出图像。______。
根据绘制图像可测定螺母与转盘间的动摩擦因数______。（保留两位有效数字）
【答案】 ①. 5.800 ②. ③. 见解析 ④. 0.29
【解析】
【详解】（1）[1]螺母宽度
（3）[2]设螺母质量为，螺母恰好滑动，最大静摩擦力提供向心力，有
得
（4）[3][4]做出如下
由牛顿第二定律有
得
可知图线的纵截距为
得
12. 如图所示，电学实验室的“黑盒子”表面有A、B、C三个接线柱，盒内总共有两个电学元件（一只定值电阻和一只半导体二极管），为了探明盒内元件的连接方式，小华同学用多用电表进行了如下探测：用多用电表欧姆挡进行测量，把红黑表笔分别与接线柱A、B、C连接，测量结果如下表，
（1）在虚线框中画出黑箱内的电路结构图______；
小华为了精确测量黑箱内二极管的正向电阻值和定值电阻阻值，又进行了如下实验：
（2）将电源（电动势未知，内阻不计）、电阻箱、开关连接如图，将e、f按照正确方式与A、B相连，并在A、B之间再接入一个电压表，闭合开关，改变电阻箱R的大小，读出多组对应的电压表读数，记录为；
（3）将e、f按照正确方式与A、C相连，电压表改接入A、C间，闭合开关，改变电阻箱R的大小，读出对应的电压表读数，记录为；
（4）分别作出和图像，发现两图像均为直线，若直线纵截距分别为，；斜率分别为，，则电源电动势为______，黑箱内定值电阻阻值为______，二极管正向电阻值为______。
【答案】 ①. ②. ③. ④.
【解析】
【详解】（1）AB与BA间电阻相同，说明AB间是定值电阻，在测量BC之间电阻时，黑表笔接B时电阻很小，接C时电阻很大，说明BC之间有二极管，而且B接二极管正极，则电路如图所示：
（2）将e、f按照正确方式与A、B相连时，设电源电动势为E，定值电阻为R0，则
即
则
将e、f按照正确方式与A、C相连，此时AC之间的电压表测的是二极管和定值电阻的总电压，设电源电动势为E，二极管正向电阻的电压为RD，定值电阻阻值为R0，则由题意得：

则
故电源电动势
电阻
二极管正向电阻
13. 2023年12月21日，神舟十七号航天组完成了天和核心舱太阳翼修复任务。如图所示，气闸舱有两个气闸门，内闸门A与核心舱连接，外闸门B与外太空连接。气闸舱容积，核心舱容积，开始气闸舱和核心舱的气压都为p0（标准大气压）。航天员要到舱外太空行走，需先进入气闸舱。为节省气体，用抽气机缓慢将气闸舱内的气体抽到核心舱内，当气闸舱气压降到和外太空气压相同时才能打开外闸门B，该过程中两舱温度不变，不考虑漏气、新气体产生、航天员进出舱对气体的影响。求：
（1）内闸门A的表面积是S，每次抽气的体积为，缓慢抽气过程中，抽气机内气体压强与气闸舱内剩余气体压强始终相等。第1次抽气到核心舱后，两舱气体对内闸门A的压力差ΔF大小；
（2）每次抽气的体积还是，抽气几次后气闸舱内压强小于。
【答案】（1）；（2）4次
【解析】
【详解】（1）第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为p1，由玻意耳定律有
解得
第1次对核心舱充气后，核心舱气压变为p2，则有
解得
所以两舱气体对内闸门A的压力差为
（2）根据题意，第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为
第2次对气闸舱抽气，有
所以
第n次对气闸舱抽气，有
解得
由此可知，抽气4次后气闸舱内压强小于0.7p0。
14. 在如图所示的三维空间中，的区域存在沿y轴正方向的匀强电场，在区域内存在半圆柱体空间区域，半圆柱沿y轴方向足够高，该区域内存在沿y轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小，平面在yOz平面内，D点（0，0，0）为半圆柱体底面圆心，半圆柱体的半径为。一质量为m、电荷量为的带电粒子，从A点（-L，0，0）以初速度大小，方向沿着x轴正方向射入匀强电场，经过C点（0，L，0）后进入半圆柱体磁场区域，不计粒子的重力。求：
（1）电场强度E的大小；
（2）带电粒子在半圆柱体内运动的时间；
（3）带电粒子从半圆柱体射出时的位置坐标。
【答案】（1）；（2）；（3）（，，）
【解析】
【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，有
，
根据牛顿第二定律
联立解得
（2）在磁场中，粒子的运动可以分解为垂匀速圆周运动和沿正方向的匀速直线运动，垂直磁场方向，根据洛伦兹力提供向心力
解得
如图所示
根据几何关系可知粒子在磁场中运动的圆心角为，粒子在磁场中运动的周期
则带电粒子在半圆柱体内运动的时间
联立解得
（3）在磁场中，沿着轴正方向的速度大小
轴方向
轴方向
轴方向
带电粒子从半圆柱体射出时的位置坐标为（，，）。
15. 如图所示，质量为2kg的物体A静止于光滑水平面MN上，水平面与MN右端与倾斜传送带平滑连接，传送带长，倾斜传送带与水平方向夹角为，传送带以8m/s的速度顺时针转动，物体A与传送带间的动摩擦因数为，倾斜传送带上端与光滑水平面PQ平滑连接，上方加有光滑曲面转向装置，使物体在倾斜传送带上端速度方向变为水平方向而大小不变，足够长的薄板C静止在PQ下方光滑水平面EF上，薄板C的质量为3kg，薄板C的上表面与水平面PQ的高度差，物体A与薄板C的上表面的动摩擦因数为，重力加速度取，质量为1kg的物体B以某一水平向右的初速度撞向A，与A发生弹性碰撞，求：
（1）若使物体A到达传倾斜传送带上端速度大小为5m/s，B的初速度多大；
（2）若使物体A从水平面上Q点平抛轨迹相同，B的初速度取值范围；
（3）当B的初速度大小为12m/s时，若物体A与薄板C每次碰后竖直方向速度与碰前等大反向，则A与C碰撞几次后，A在C上碰撞位置将会相同（每次碰撞时间极短）。
【答案】（1）4.5m/s；（2）；（3）8
【解析】
【详解】（1）A与B发生弹性碰撞，根据动量守恒定律和能量守恒定律有
解得
物块A在传送带上，根据牛顿第二定律
根据运动学公式
解得
（2）若使物体A从水平面上口点平抛轨迹相同，则到达顶端的速度与传送带速度相同，即
若物体A在传送带上一直加速
解得
由可得
若物体A在传送带上一直减速，根据牛顿第二定律
根据运动学公式
解得
由可得
B的初速度取值范围
（3）由（2）分析可知B的初速度12m/s，则A到点平抛速度
根据
解得
则
A与C相撞时根据动量定理：对A
对C
A与C水平速度相等时
联立解得
组数
物理量
1
2
3
4
5
绳子拉力
0.40
045
1.00
1.71
2.58
转速
60
90
120
150
180
转速平方
1.0
2.3
4.0
6.3
9.0
红表笔
A
B
B
C
A
C
黑表笔
B
A
C
B
C
A
阻值
有阻值
阻值同AB测量值
很大
很小
很大
略大于AB间电阻