河南省平顶山市叶县高级中学2024-2025学年高三上学期9月开学物理试题（原卷版+解析版）

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全卷满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、班级、考场号、座位号、考生号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上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7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1. 2024年8月6日，我国发射了千帆极轨01组卫星。现代卫星采用的是星载氢原子钟，氢原子钟是一种精密的时钟，它是利用原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟如图所示为氢原子六个能级的示意图，n为量子数。已知红光光子的能量范围为1.61~2.00eV，绿光光子的能量范围为2.14~2.53eV，蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76~3.10eV。根据玻尔理论，下列说法正确的是（ ）
A. 使n=6能级的氢原子电离至少需要13.22eV的能量
B. 氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级放出的光子是紫光光子
C. 氢原子从n=3能级跃迁到n=6能级能量减小
D. 处于n=6能级的大量氢原子向低能级跃迁时辐射光的频率有30种
2. 北京时间2024年8月7日，中国选手吴艳妮迎来奥运首秀，她在女子100米栏预赛中以12秒97的成绩排名小组第6，接下来将进入复活赛。若测得吴艳妮在100米栏预赛过程中的速度与时间的关系图像如图所示，内可近似视为直线，下列说法正确的是（ ）
A. 在冲线时可以将吴艳妮看作质点
B. 时刻吴艳妮瞬时速度大于
C. 吴艳妮全程的平均速度小于时刻的瞬时速度
D. 时刻后，吴艳妮的加速度减小
3. 中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。如图所示，用起重机将一质量的重物竖直向上吊起，若重物上表面是边长为的水平正方形，四根长度均为的吊绳分别连接在正方形的四个角，另一端连接在吊索下端的点。取重力加速度，忽略空气阻力和吊绳的重力，起重机的吊索吊着重物匀速上升过程中，吊索上的拉力大小和每根吊绳上的拉力大小分别为（ ）
A. B.
C. D.
4. 如图所示，半圆为某种透明材料的截面，点到的距离等于半径的一半。一细光束从点以角射入材料，折射光线刚好照射在点，一细光束从点以平行于的方向射入材料，折射光线刚好照射在点。光在真空中传播的速度为，则细光束和在透明材料中传播的速度大小分别为（ ）
A. B. C. D.
5. 如图所示，在磁感应强度大小为的匀强磁场中，一边长为的单匝正方形线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为，矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，理想变压器与阻值为的负载电阻相连，不计其他电阻，变压器原、副线圈匝数之比为，图示位置线圈平面与磁场平行，下列说法正确的是（ ）
A. 当线圈平面与磁场垂直时，线圈中的电动势最大
B. 线圈中的电动势最大值为
C. 从图示位置开始计时，线圈中的电动势随时间变化的关系式为
D. 线圈转动过程中电阻的功率为
6. 如图甲所示，倾角为的光滑斜面体放置在光滑水平面上，与斜面平行的轻弹簧上端固定在斜面上，下端连接质量为的小球（视为质点）。现对斜面体施加一水平向右的推力，测得推力的大小随弹簧的形变量的变化规律如图乙所示（取弹簧伸长为正，压缩为负），整个过程不超过弹簧的弹性限度，取重力加速度.下列说法正确的是（ ）
A. 轻弹簧的劲度系数为
B. 斜面体的质量为
C. 轻弹簧的形变量为0时，斜面体的加速度大小为
D. 轻弹簧压缩时，小球单位时间内的速度增加量为
7. 如图所示，正方形四个顶点固定四个等量点电荷，其中处电荷带正电，处电荷带负电，分别为正方形四个边的中点，为正方形的中心，下列说法正确的是（ ）
A. 点的合场强为零，两点的合场强方向均为水平向左
B. 点的合场强一定大于点的合场强
C. 点电势比点电势高，将电子从点沿直线移动到点，电场力做负功
D. 将一带正电的试探电荷从点沿直线移动到点，试探电荷的电势能一直增大
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 一定质量的理想气体经历了过程，图像如图所示，其中的延长线经过坐标原点，段为双曲线的一支。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，下列说法正确的是（ ）
A. 在三个状态中，气体分子在状态时的平均动能最大
B. 气体在状态的内能是在状态内能的4倍
C. 在整个过程中，气体对外界做功为零
D. 过程中，容器壁单位时间单位面积内受到气体分子撞击的次数减少
9. 预计在2025年1月16日将发生火星冲日现象，即火星、地球、太阳三者处于同一直线，地球处于太阳、火星之间，此时是观察火星的最佳时间。已知地球到太阳距离为1个天文单位，火星到太阳距离约为1.5个天文单位，太阳系目前已知的八大行星按距日由近及远依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。设火星和地球在同一平面内沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 水星比火星更易发生冲日现象
B. 火星绕太阳公转的周期约为1.8年
C. 上一次出现火星冲日现象在2022年1月
D. 地球绕太阳公转的加速度大小约为火星绕太阳公转加速度大小的2.25倍
10. 如图所示，半径为d的金属圆形导轨固定在水平面内，金属圆形导轨内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小为B0，长度为d、阻值为R0的直导体棒ab置于圆形导轨上，a端处于导轨圆心处，导体棒ab绕过圆心的竖直轴OO′以角速度ω逆时针（从上向下看）匀速转动。两根足够长、相互平行且倾斜的光滑长直金属导轨PQ、MN与水平面的夹角为θ，导轨的间距为2d，顶端P点通过开关S1与圆形导轨相连，M点通过导线和竖直金属轴与a点接触，倾斜导轨处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，两导轨通过开关S2接人阻值为4R0的电阻R。闭合开关S1，断开开关S2，质量为m、长度为2d、阻值为2R0的导体棒cd恰好静止在倾斜导轨PQ、MN上，导体棒始终与导轨接触良好且导轨PQ、MN足够长。重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 导体棒a端的电势高于b端的电势
B. 倾斜导轨所在处匀强磁场的磁感应强度大小为
C. 断开开关S1、闭合开关S2，导体棒cd先做加速度减小的加速运动，再做匀速运动
D. 断开开关S1、闭合开关S2，导体棒cd所受重力的最大功率为
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学做观察电容器充、放电并估测电容器电容实验，采用8V的稳压直流电源、单刀双掷开关、电流传感器（与电脑相连，能描绘出电流i随时间t变化的图线）、定值电阻和导线若干，连成如图甲所示的电路。
（1）下列说法正确的是（ ）
A. 单刀双掷开关S掷向1端，电容器放电
B. 先将S掷向1端，然后掷向2端，电容器电容先增大后减小
C. 电容器带电时，两个极板只有一个板上有电荷
D. 电容器充电时，与电源正极相连的极板带正电
（2）用8V稳压直流电源对电容器先充满电，后电容器放电，电脑屏幕上显示出电容器在放电过程中电流随时间变化的i-t曲线如图乙所示，根据图像可估算出1s到4s内曲线下包含的小格的个数大约为40个，根据图像估算出释放的电荷量为____________C（结果保留两位有效数字）。
（3）根据前面的信息，计算出电容器的电容为___________F（结果保留一位有效数字）
（4）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时i-t曲线与横轴所围成的面积将__________（填“增大”“不变”或“变小”）；放电时间将___________（填“变长”“不变”或“变短”）。
12. 某实验小组的同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，一根长度为L、不可伸长的轻绳一端连接固定在铁架台上的拉力传感器，另一端连接小钢球，自然下垂时小钢球刚好位于光电门处。在铁架台上固定一角度测量仪（0刻度线水平），使轻绳的上端和角度测量仪的圆心重合。已知轻绳的长度远大于小钢球的半径，重力加速度为g。
（1）实验小组的同学用螺旋测微器测量小钢球的直径d，如图乙所示，该小钢球的直径d=_________mm。
（2）小组同学先将小钢球拉离最低点一个角度，由静止释放小钢球，使小钢球在角度测量仪0刻度线下方摆动，由角度测量仪读取轻绳与水平方向的夹角θ，由光电计时器记录小钢球的挡光时间t，多次改变角度重复实验。若该过程小钢球的机械能守恒，则满足_________（用题中所给的物理量符号表示）。
（3）小组同学再给小钢球一水平向左适当大小的初速度，使小钢球摆动到角度测量仪0刻度线上方，由光电计时器记录小球的挡光时间t，由角度测量仪读取拉力传感器示数为0时的角度α，改变小钢球的初速度大小，重复上述过程。通过记录的实验数据，以为纵轴，欲将图线拟合成一条直线，应以_________（填“sinα”“csα”或“tanα”）为横轴，若该过程小钢球的机械能守恒，则图线的斜率k=________（用题中所给的物理量符号表示）
13. 图甲为一列沿轴方向传播简谐横波在时刻的波形图，质点的位移为是平衡位置为处的质点，图乙为质点的振动图像，请回答下列问题：
（1）判断这列波的传播方向并求波速；
（2）推导坐标原点处质点做简谐运动的表达式；
（3）从开始计时，时质点a的位移和经过质点通过的路程。
14. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第二象限中，存在以A、C连线为界的匀强电场和匀强磁场，AC以及上方存在斜向右上方的匀强电场，方向与x轴的夹角θ=37°，AC下方和第一象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带正电粒子a从x轴上的A点由静止释放，经电场加速后从y轴上的C点进入匀强磁场，此时粒子a的速度大小为v0，O点到C点的距离为L。质量为m的不带电粒子b静止在x轴上的D点，粒子a在D点沿x轴负方向与粒子b碰撞，粒子a的一半电荷量转移给粒子b，碰撞后粒子a在磁场中运动时恰好再次经过C点。碰撞时间极短，不计粒子重力及碰撞后粒子间的相互作用，忽略电场和磁场的边缘效应。求：
（1）第二象限内电场强度E的大小；
（2）第一象限内磁感应强度B的大小和D点的位置坐标；
（3）从粒子a由静止释放到第二次经过C点的时间。
15. 如图所示，平板车C（上表面水平）静止在光滑的水平面上，在C的上表面放置两个紧挨着的小物块A和B（A、B可视为质点）。A的质量为m，B、C的质量均为2m，A、B两物块与C之间的动摩擦因数均为µ=0.3，t=0时刻在瞬时外力的作用下物块A获得大小v0=3m/s的速度水平向左运动，物块B获得大小为2v0的速度水平向右运动，两物块刚好不从平板车上滑落（不计空气阻力），重力加速度大小g=10m/s2，求：
（1）t=0时刻A、B、C加速度大小之比；
（2）平板车C的最大速度的大小和A、B、C三者共速时速度的大小；
（3）平板车C的长度。