[物理]湖北省武汉市江汉区2024-2025学年高三上学期开学新起点摸底考试试题(解析版)

这是一份[物理]湖北省武汉市江汉区2024-2025学年高三上学期开学新起点摸底考试试题(解析版)，共19页。试卷主要包含了考试结束后，将答题卡上交，5g没有衰变等内容，欢迎下载使用。
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.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。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。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，将答题卡上交。
一、选择题：本题共10小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题4分，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A. 给自行车打气越打越困难，主要是因为车胎内气体分子之间的相互排斥作用
B. 随着温度的升高，所有气体分子热运动的速率都增大
C. 当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小
D. 向一锅水中撒点胡椒粉，加热时发现水中胡椒粉在翻滚，说明温度越高布朗运动越剧烈
【答案】C
【解析】A．自行车打气越打越困难，主要是因为胎内气体压强增大，导致轮胎内外的压强差增大的原因，与分子之间的作用力无关。故A错误；
B．随着温度的升高，气体分子的平均速率增大，并不是所有气体分子热运动的速率都增大。故B错误；
C．当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离的增大过程中，分子力做正功，分子势能减小。故C正确；
D．胡椒粉的运动是由于水的对流形成的，不是布朗运动。故D错误。故选C。
2. 下列关于固体、液体的说法正确的是（ ）
A. 毛细管中出现毛细现象时，液体一定浸润该毛细管
B. 航天员在太空中会因为毛笔无法吸墨而写不成毛笔字
C. 晶体沿不同方向的导热性质一定不同
D. 液体的表面张力方向总是与液面相切
【答案】D
【解析】A．浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，都属于毛细现象，故A错误；
B．毛笔书写过程中，在毛细现象作用下，墨汁与可以被浸润毛笔材料发生相互作用力的平衡，于是墨汁便被吸入毛笔材料中，并牢牢“困”在毛笔内部；而当毛笔尖与纸张接触时，留在毛笔表面的墨汁，同样在毛细作用下，被吸附到纸上，其间根本无须重力作用。故B错误；
C．晶体具有各向异性，有些晶体沿不同方向的的导热性质不相同，有些晶体沿不同方向的导电性能不相同，但导热性能可能是相同的。故C错误；
D．表面张力使液体表面有收缩的趋势，它的方向跟液面相切。故D正确。
故选D。
3. 1977年发射的旅行者探测器到现在还可以与地球保持联络，该探测器使用了Pu元素制造的核动力电池。据悉，的半衰期约为88年，其衰变方程为＋X，则（ ）
A. 宇宙寒冷的温度会使的半衰期变长
B. 发生的是α衰变，α射线具有极强的穿透能力，可用于金属探伤
C. 2g的核经过264年，还剩余约0.5g没有衰变
D. 的比结合能大于的比结合能
【答案】D
【解析】A．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与环境温度没有关系。故A错误；
B．根据核反应中电荷数与质量数守恒，可知X的电荷数为2质量数为4，为α粒子。所以发生的是α衰变，α射线具有极强的电离能力，不可用于金属探伤。故B错误；
C．2g的核经过264年，未衰变的质量为
故C错误；
D．核反应中生成物的比结合能大于反应物的比结合能，所以的比结合能大于的比结合能。故D正确。
故选D。
4. 如图甲所示为LC振荡电路，图乙的图像表示LC振荡电路中，电容器上极板电荷量随时间变化的关系，下列说法正确的是（ ）
A. 时间内，线圈中磁场能在减少
B. 两时刻电路中电流最大
C. 时间内，电容器内的场强在增大
D. 增大电路的振荡周期，可以使该电路更有效地发射电磁波
【答案】A
【解析】A．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在增大，故电容器的电场能在增大，线圈中的磁场能在减少，故A正确；
B．从图像可知，两时刻电容器的电荷量最大，故电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，故B错误；
C．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在减少，电容器内的场强在减小，故C错误；
D．根据电磁波发射的特点可知，要有效地发射电磁波，振荡电路必须要有足够高的振荡频率，需要减小电路的振荡周期，故D错误。
故选A。
5. 一定质量的理想气体从状态A开始，发生如图所示的一系列变化，最终回到状态A。其中，从状态B到状态C过程中气体对外界做功为W0（W0＞0）。下列说法错误的是（ ）
A. A→B过程中外界对气体不做功，气体从外界吸热
B. B→C过程中气体从外界吸热，且吸收的热量等于W0
C. 状态A与C相比，气体分子碰撞单位面积器壁的平均力更大
D. A→B→C→A整个过程中，气体总体从外界吸热
【答案】C
【解析】A．根据理想气体状态方程
由图像可知A→B过程中气体体积不变，外界对气体不做功；气体温度升高，则气体内能增大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确，不满足题意要求；
B．由图像可知B→C过程中气体的温度不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律可得
可得
可知气体从外界吸热，且吸收的热量等于W0，故B正确，不满足题意要求；
C．状态A与C相比，气体压强相等，根据
可知气体分子碰撞单位面积器壁的平均力一样大，故C错误，满足题意要求；
D．将A→B→C→A整个过程中变化转化为图像，如图所示
根据图像与横轴围成的面积表示做功，由图像可知，B→C过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，所以整个过程气体对外做的功，而内能变化为0，根据热力学第一定律可知，整个过程气体总体从外界吸热，故D正确，不满足题意要求。
故选C。
6. 图甲为某种桥式整流器的电路图，它是利用二极管单向导通性进行整流的常用电路。已知交流电源的输出电压如图乙所示，灯泡L的额定电压为10V，假设四个二极管正向电阻为0，反向电阻无穷大，电压表V为理想电压表，下列说法正确的是（ ）
A. t＝0.01s时，电压表示数为0
B. 电压表的示数始终为5V
C. 每个周期内通过灯泡的电流方向变化两次
D. 每个周期内通过灯泡的电流方向始终不变
【答案】D
【解析】CD．由图甲电路可知，电流从整流电路上端流入经右上二极管、灯泡、左下二极管形成回路，电流从整流电路下端流入经右下二极管、灯泡、左上二极管形成回路，即每个周期内通过灯泡的电流方向始终不变。故C错误；D正确；
AB．由CD选项分析可知，经整流电路后，流经灯泡的电流方向不再改变，电流大小仍按正弦规律变化，所以电压表示数即交流电源的输出电压有效值为
故AB错误。
故选D。
7. 有一种科普玩具由一枚强磁铁和一根厚铝管组成，铝管竖直放置，磁铁从铝管上端口由静止释放，在铝管内下落很慢。小明同学认为铝管可以等效成多个铝环叠放，所以用套在长玻璃管外的线圈代替铝环，结合传感器进行研究，如图甲所示。现将连接电流传感器的线圈套在竖直放置的长玻璃管上，如图甲所示。将强磁铁从离玻璃管上端高为h处由静止释放，磁铁在玻璃管内下落并穿过线圈。如图乙所示是实验中观察到的线圈中电流随时间变化的图像，则（ ）
A. 该科普玩具的原理是电流的磁效应
B. 若上下翻转磁铁，电流先负向后正向
C. 线圈匝数加倍后重复实验，电流峰值将加倍
D. h加倍后重复实验，电流峰值将加倍
【答案】B
【解析】A．该科普玩具的原理是电磁感应，故A错误；
B．磁铁上下翻转后重复实验，穿过圆环过程中，磁通量方向相反，根据楞次定律可知，将会产生负向电流后产生正向电流，故B正确；
C．若将线圈匝数加倍后，根据法拉第电磁感应定律
可知，线圈中感应电动势也加倍，由电阻定律
可知，线圈匝数加倍，长度也加倍，电阻加倍，由欧姆定律
可知，线圈中感应电流的峰值不会加倍，故C错误；
D．若没有磁场力，则由机械能守恒定律
可得
若将h加倍，速度并非变为原来的2倍，实际中存在磁场力做负功，速度也不是原来的2倍，则线圈中产生的电流峰值不会加倍，故D错误。
故选B。
8. 我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星已成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2eV），右图为氢原子的能级简图，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV，下列说法正确的是（ ）
A. 大量处于n=4能级的氢原子跃迁时，辐射出6种不同频率的光，其中有2种在可见光区
B. 大量处于n=3能级的氢原子跃迁时，辐射出3种不同波长的光，且有，则三者之间满足关系
C. 太阳望远镜探测到的谱线来源于太阳中氢原子n=3和n=1能级之间的跃迁
D. 用大量电子轰击一群处于基态的氢原子，可以使之发生跃迁并观测到不同频率的谱线，调高电子能量后观测到的谱线数目比原来多了4条，调高前电子的能量可能为13eV
【答案】AD
【解析】A．根据数学知识有
故能辐射出6种不同频率的光子，其中从n=4能级跃迁到n=1能级放出的光子的能量
从n=4能级跃迁到n=2能级放出的光子的能量
从n=4能级跃迁到n=3能级放出的光子的能量
从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子的能量
从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子的能量
从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子的能量
由题意可知从n=4能级跃迁到n=2能级和从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子的能量在可见光能量范围内，故A正确；
B．根据数学知识有
大量氢原子从n=3能级向下跃迁发出了3种不同波长的光，其能量关系满足
则波长关系应为
故B错误。
C．根据
可知太阳望远镜探测到的谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁，故C错误；
D．用大量能量范围为
的电子轰击大量处于基态的氢原子，最高可以跃迁到n=4能级，根据数学知识
调高后轰击基态氢原子到n=5时，根据数学知识有
可知恰好多四条，可知调高前电子的能量可能为13eV，故D正确。
故选AD。
9. 某种光电烟雾报警器的结构原理图如图甲所示，S为光源，可以向外发射某一频率的平行光束，C为光电管，光电管的结构原理图如图乙所示，无烟雾时S发出的平行光束不会进入光电管C，发生火情时如果有烟雾进入报警器内，S发射的光会被烟雾散射而改变方向进入光电管C，光照射到光电管的K极后若能发生光电效应，就会有电子从K极射向A极，报警系统在光电流作用下报警。当光电管K极为金属钾时，恰好发生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A. 光电烟雾报警器中换用发出任一频率光的光源均能正常工作
B. 若将K极换成逸出功更大的金属钙，可以通过减小光的波长的方式使报警器正常工作
C 报警器报警时，将滑片P向右移动后，警报有可能会被解除
D. 为提高光电烟雾报警器的灵敏度，可以将滑片P向右移动
【答案】BD
【解析】A．光电烟雾报警器要正常工作，光源S发出光子的能量必须大于金属的逸出功，光子的能量为
所以换用低于金属极限频率的光时就不会发生光电效应，故A错误；
B．换上逸出功大于金属钾的金属钙时，光源S发出光子的能量小于金属钙的逸出功，就不会发生光电效应，光子的能量为
所以应减小光源S发出光的波长才能使金属钙发生光电效应，光电烟雾报警器才能正常工作，故B正确；
C．报警器报警时，说明光电管已经发生了光电效应，将滑片P向右移动后，光电管两端的正向电压增大，导致通过报警系统的电流增加，警报不会被解除，故C错误；
D．触发报警系统的报警光电流临界值等于光电管中形成的光电流，光电管中形成的光电流取决于从K极打到A极的光电子数n，报警光电流临界值为定值，则n为定值，要提高烟雾报警器的灵敏度，就是当更少的烟雾进入报警器时就会报警，则要增大光的强度，或增大从K极打到A极的光电子数占产生总光电子数的比例，则滑片P需要向右滑动，增大两极间的电压，从而增大从K极打到A极的光电子数，故D正确。
故选BD。
10. 小明同学自制了如图所示的理想自耦变压器，接在正弦交流电源上，原线圈Ⅰ铁芯上只绕一组线圈，P为线圈的滑动触头，初始时位于中间位置，副线圈Ⅱ、Ⅲ可通过移动触头P各取其中一部分，Ⅱ、Ⅲ部分的线圈匝数之和等于原线圈Ⅰ的匝数，副线圈Ⅱ接一滑动变阻器R，最大阻值为2R0，其滑片开始时置于中间位置，副线圈Ⅲ接一定值电阻R0，图中A1、A2、V1、V2均为理想电表，不计导线电阻，则（ ）
A. 仅将滑动变阻器滑片向上移动，电压表V1的示数不变
B. 仅将滑动变阻器滑片向上移动，电压表V2的示数变大
C. 仅将线圈触头P向下移动，电流表A1的示数变大，电压表V1的示数变大
D. 仅将线圈触头P向上移动，电流表A1的示数变小，电压表V2的示数变大
【答案】AC
【解析】AB．仅将滑动变阻器滑片向上移动，Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ线圈匝数比不变，所以电压比均不变，电压表V1的示数和电压表V2的示数均不变。故AB错误；
D．仅将线圈触头P向上移动，n1不变，n2变小，n3变大，根据变压比有
，
可知，电压表V1的示数变小，电压表V2的示数变大，因
，
又
则
由数学知识可知，当
时，电流表A1的示数最小，即线圈触头P初始在中间位置时电流表A1的示数最小，仅将线圈触头P向上移动，电流表A1的示数变大。故D错误；
C．同理，仅将线圈触头P向下移动，电流表A1的示数变大，电压表V1的示数变大。故C正确。
故选AC。
二、非选择题（本题共5小题，共60分）
11. 在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，小明同学的实验步骤如下：
①取油酸1.0 mL注入容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面到达250 mL的刻度线为止，得到油酸酒精混合溶液；
②用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；
③取一滴混合溶液滴在浅盘内的水面上（已撒爽身粉），待油膜稳定后，数得油膜占面积为1 cm2小格子120格。
（1）请估算油酸分子的直径为________ m（结果保留2位有效数字）。
（2）该实验中的理想化假设是______ 。
A. 将油膜看成单分子层油膜
B. 不考虑各油酸分子间的间隙
C. 考虑各油酸分子间的相互作用力
D. 将油酸分子看成球形
（3）利用单分子油膜法可以粗测阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴纯油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为NA= __________ (用题中给出的物理量符号表示，可能用到π)。
（4）小明查阅资料后发现，计算结果明显偏小，可能由于________。
A. 爽身粉撒得太厚了
B. 将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间
C. 求每滴体积时，的溶液的滴数少记了10滴
D. 计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
【答案】（1） （2）ABD （3） （4）B
【解析】【小问1详解】
油膜面积约占120格，面积约为
一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
【小问2详解】
该实验中的理想化假设是：将油膜看成单分子层油膜、不考虑各油酸分子间的间隙、将油酸分子看成球形。
故选ABD。
【小问3详解】
设一个油酸分子体积为V，则
则阿伏加德罗常数
【小问4详解】
A．油酸分子直径
其中V是纯油酸的体积，S是油膜的面积
爽身粉撒得太厚油膜不容易散开，则S取值偏小，导致d偏大，故A错误；
B．油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间，酒精挥发使溶液浓度增大，则V取值偏小，导致d偏小，故B正确；
C．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数少记了10滴，由
可知，一滴油酸溶液的体积偏大，则纯油酸的体积将偏大，导致d偏大，故C错误；
D．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则S取值偏小，导致d偏大，故D错误。
故选B。
12. 小明同学利用如图甲所示装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化，螺线管的内阻r＝120 Ω，初始时滑动变阻器的滑片位于正中间60 Ω的位置，打开传感器，将质量为m的磁铁置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为N极。穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止（磁铁下落中受到的电磁阻力远小于磁铁重力，不发生转动），释放点到海绵垫的高度差为h。计算机屏幕上显示出如图乙所示的UI－t曲线。
（1）磁铁穿过螺线管的过程中，产生第二个峰值时线圈中的感应电动势约为________ V（保留两位有效数字）。
（2）图像中UI出现前后两个峰值，对此实验过程发现，这两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象相关说法正确的是 。
A. 磁铁从静止下落到穿过螺线管掉落到海绵垫上的过程中，线圈中的磁通量变化率先增大后减小
B. 如果仅将滑动变阻器的滑片从中间向左移动，坐标系中的两个峰值都会减小
C. 磁铁在穿过线圈过程中加速度始终小于重力加速度g
D. 如果仅略减小h，两个峰值都会减小
（3）在磁铁下降h的过程中，可估算由机械能转化的电能的大小约为_______ J（保留两位有效数字）。
【答案】（1）1.8 （2）BD （3）（均可）
【解析】【小问1详解】
由UI－t曲线可知，产生第一峰值时滑动变阻器功率为
线圈输出功率表达式为
根据闭合电路欧姆定律得
其中
、
联立解得
E=1.8V
【小问2详解】
A．由UI－t曲线可知，产生的感应电动势先增大后减小，再增大再减小，因此线圈中的磁通量的变化率先增大后减小，再增大再减小，A错误；
B．根据闭合电路欧姆定律可知，当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，本题中滑动变阻器的最大阻值与内阻相等，因此滑片从中间向左滑动时，两个峰值都会减小，B正确；
C．当磁铁全部在线圈中时，磁通量的变化率为零，此时的感应电流为零，只受重力，加速度等于g，C错误；
D．如果仅略减小h，磁铁进入线圈的速度减小，导致线圈中磁通量的变化率减小，因此两个峰值都会减小，D正确。
故选BD。
【小问3详解】
根据UI－t图像的物理意义可知，图像与横轴围成面积大小等于下落过程中电源输出的电能，图像与横轴围成的面积可由图像与横轴围成的虚线小方框的个数乘以每个小方框的面积求得，则由图像可得在磁铁下降h的过程中电源输出的电能
则由机械能转化的总电能为
（均可）
13. 如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴OO׳匀速转动。为了便于观察，图中发电机的线圈只画了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况。线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab边和cd边的长度L1=20cm，bc边和ad边的长度L2=30cm，匝数匝，线圈转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度。线圈的总电阻，外电路的定值电阻，其余电阻不计。电流表和电压表均为理想电表，图示位置线圈平面和磁场方向垂直。求：
（1）线圈从图示位置开始转过30°时的瞬时感应电动势e；
（2）电流表的示数I；
（3）线圈从图示位置转过180°的过程中流过电阻R的电荷量q。
【答案】（1）120V
（2）
（3）0.12C
【解析】（1）由题意，根据法拉第电磁感应定律可得线圈转动产生感应电动势最大值为
瞬时感应电动势
线圈从图示位置开始转过时
此时瞬时感应电动势
（2）线圈匀速转动过程中，电流表的示数为有效值，则有
则电流表的示数为
（3）线圈由如图位置转过的过程中，通过的电量为
代入数据解得
14. 如图所示，密封良好的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，其顶部固定且导热良好，其他部分绝热。质量为0.5kg的绝热活塞将理想气体分为A和B两部分，活塞横截面积为0.01，厚度不计，能无摩擦地滑动，活塞上表面和容器顶部与轻弹簧连接。初始时容器内两部分气体的温度相同，气柱的高度均为0.5，气体A的压强为，弹簧处于原长状态。加热气体B一段时间（加热装置未画出且体积可忽略），活塞缓慢上升0.1后，系统再次平衡，此时气体B的温度为原来的1.6倍。重力加速度g，试求：
（1）再次平衡时容器气体A的压强pA'；
（2）弹簧的劲度系数k。
【答案】（1）
（2）
【解析】【小问1详解】
气体A等温变化，则有
解得
【小问2详解】
初始状态，对活塞受力分析，可得
对气体B，由理想气体状态方程得
解得
末状态，对活塞受力分析，可得
联立，解得
15. 如图所示，两足够长平行金属直导轨的间距为L，固定在同一水平面内，直导轨在左端M、P点分别与两条竖直固定的圆弧导轨相切。MP连线与直导轨垂直，其左侧无磁场，右侧存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。在水平导轨某处放置一边长为L、由均匀金属丝制成的闭合正方形线框，左右两边分别记为b、c。线框质量为m，总电阻为8R，初始时处于静止状态。现让长度也为L、质量为2m、阻值为R的导体棒a从圆弧导轨上离水平导轨高为h处由静止释放，某时刻导体棒a与线框发生碰撞，并且碰后瞬间线框的速度是导体棒a进入磁场瞬间速度的 QUOTE 45 45，碰撞过程中的机械能损失与碰前回路产生的总热量相等。已知重力加速度为g，忽略导轨的电阻、所有摩擦以及线框的可能形变，且导体棒a和线框b、c边运动过程中始终与导轨垂直，导体棒和线框侧边与导轨始终接触良好。求：
（1）导体棒a刚进入磁场时的速度大小v0；
（2）碰后瞬间导体棒a的速度大小v；
（3）从最初到稳定，导体棒a上产生的焦耳热及最终导体棒a和线框b边的距离x。
【答案】（1）
（2）
（3）；
【解析】【小问1详解】
导体棒进入磁场前，有
解得
【小问2详解】
b、c边接入电路，并联电阻为
导体棒和线框受的安培力等大反向，导体棒a和线框，从a进磁场到碰后瞬间，动量守恒，可得
解得
【小问3详解】
碰后，动量守恒
解得
从释放导体棒a到碰后瞬间，系统损失总机械能
碰前回路中的焦耳热为
a棒产生的焦耳热为
碰后回路产生的总焦耳热为
a棒产生焦耳热为
故全程
碰后某瞬间，设导体棒的速度为，线框的速度为，对导体棒a，有
，
从碰后到稳定，设安培力的冲量为，对导体棒，由动量定理
综上所述，有
其中
解得