2024届湖北省黄冈中学高三下学期5月第三次模拟考试物理试题

2023-2024学年湖北省黄冈中学模拟（第三次）考试物理试卷（5月） 一、单选题：本大题共6小题，共24分。 1.在文物鉴定过程中我们常用年代检测法推算文物产生的年代。已知的衰变方程为：，其半衰期为5730年。下列说法正确的是(    ) A. 的结合能小于的结合能 B. 随着文物中的含量逐渐减少，其半衰期逐渐变短 C. 质量为试验样品经历5730年后还剩下 D. 上述衰变过程为衰变 2.质量为2kg的物体在xOy平面内做曲线运动，图、图分别是其在x方向的速度-时间图像、在y方向的位移-时间图像。下列说法正确的是(    ) A. 物体的加速度方向与初速度垂直 B. 物体的初速度大小为 C. 时，物体的速度大小为 D. 物体所受合外力大小为4N 3.如图所示，某透明柱体的横截面是半径为R的半圆，圆心为O，AB为水平直径。现有一红色细光束从C点垂直AB界面射入，恰好在圆弧界面发生全反射。已知O、C间的距离为，光在真空中传播的速度为c，不考虑非全反射，下列说法正确的是(    ) A. 光在柱体内共发生两次全反射 B. 光在柱体内传播的时间为 C. 该透明柱体的折射率为 D. 将光束改成白光，出射时将形成彩色光带 4.如图是一个含有理想变压器的电路，其交变电源输出电压的有效值不变，电阻，，图中电压表、电流表均为理想电表。当开关S断开时，电压表示数为，电流表示数为当开关闭合时，电压表示数为，电流表示数为。则变压器原副线圈的匝数比为(    ) A. B. C. D. 5.如图所示，空间内有一垂直于x轴的足够大的平面M，M将的空间分成Ⅰ、Ⅱ两区域，两区域均存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，区域Ⅰ磁场沿y轴负向，区域Ⅱ磁场沿y轴正向。一带电粒子从O点以大小为v的速度射入区域Ⅰ，速度方向在xOy平面内且与x轴正向成，粒子在Ⅰ、Ⅱ两区域内运动后经过y轴上的P点。已知，，不计带电粒子的重力，则该粒子的比荷为(    ) A. B. C. D. 6.如图所示，水平面上放置着半径为R、圆心角为的圆弧轨道，一可视为质点的小球以初速度冲上圆弧轨道。已知圆弧轨道质量，小球质量，重力加速度大小为g，不计一切摩擦和空气阻力，小球从圆弧轨道飞出时，速度方向恰好跟水平方向成角，则(    ) A. 圆弧半径 B. 小球飞出时，圆弧轨道的速度为 C. 小球飞出时速度大小为 D. 若小球从圆弧轨道飞出时，圆弧向右运动的距离为x，则小球在轨道上运动时间为 二、多选题：本大题共4小题，共16分。 7.我国探月计划中嫦娥六号探测器于2024年5月1日出征月球，开启世界首次月球背面采样返回之旅。如图所示，为地球的球心、为月球的球心，图中的P点为地——月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置不变，以和月球相同的角速度绕地球做匀速圆周运动。由于月球总是只有一面正对地球，而嫦娥六号将要达到月球的另外一面，为了保持和地球的联系，我国已发射鹊桥二号中继通信卫星，让其在以P点为圆心、垂直于地月连线的圆轨道上运动。已知地球质量为M，月球质量为m，地球与月球球心距离为d，不考虑其它天体对该系统的影响，下列说法错误的是(    ) A. 位于拉格朗日点P的绕地球稳定运行的航天器，其向心加速度大于月球的向心加速度 B. 月球绕地球做匀速圆周运动周期 C. 以地球球心为参考系，鹊桥二号中继卫星做匀速圆周运动 D. 拉格朗日点P距月球球心的距离x满足关系式 8.战绳运动是健身房设计用来减脂的一项爆发性运动。人们在做战绳运动时，用手抓紧绳子，做出甩绳子的动作，使得绳子呈波浪状向右推进绳波可视为简谐横波，如图。时波形如图，绳上某质点的振动图像如图。下列说法正确的是(    ) A. 波源开始振动的方向向上 B. 该波的波速为 C. 该质点与波源的距离为 D. 在的时间间隔内，某质点的路程可能为56cm 9.如图所示，足够长、间距为L的光滑平行金属导轨CD、EF倾斜放置，其所在平面与水平面间的夹角为，导轨下端并联着电容为C的电容器和阻值的电阻。一根质量为m，电阻不计的金属棒放在导轨上，金属棒与导轨始终垂直并接触良好，一根不可伸长的绝缘轻绳一端拴在金属棒中间，另一端跨过理想定滑轮与质量的重物相连。金属棒与定滑轮之间的轻绳始终在两导轨所在平面内且与两导轨平行，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上。已知重力加速度大小为g，不计导轨电阻，先用手托住重物，再由静止释放，下列说法正确的是(    ) A. 当、均断开时，金属棒向上做匀加速运动，加速度大小 B. 当闭合，断开时，金属棒向上运动的最大速度为 C. 当、均闭合时，电容器最大电荷量 D. 当断开，闭合时，t时刻导体棒速度 10.如图所示，一自然长度等于AB的弹性轻绳遵循胡克定律，一端固定在A点，另一端跨过由轻杆OB固定的定滑轮连接一个质量为m、电荷量为q的带正电小球。空间中同时存在着方向水平向右的匀强电场图中未画出，电场强度大小为。小球穿过水平固定的杆从C点由静止释放，运动到E点时速度恰好为零。已知A、B、C在一条竖直线上，C、E两点间距离为L，D为CE的中点，小球在C点时弹性绳的拉力为，小球与杆之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，弹性绳始终处在弹性限度内。下列说法正确的是(    ) A. 小球从C运动到E的过程中所受滑动摩擦力逐渐增大 B. 小球运动至D点时速度最大 C. 若在E点给小球一个向左的速度v，小球恰好能回到C点，则 D. 若保持电场强度不变，仅把小球电荷量变为4q，则小球到达E点时的速度大小 三、实验题：本大题共2小题，共18分。 11.某同学用图所示的装置进行“探究动能定理”实验。 用天平测得小车和遮光片的总质量为M，砝码盘的质量为。用游标卡尺测量遮光片的宽度d，读数如图，则__________cm。按图所示安装好实验装置，用刻度尺测量两光电门之间的距离L。 在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门1和光电门2的时间相等。 取下细线和砝码盘，记下砝码的质量m。 让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门1和光电门2所用的时间、。小车从光电门1运动至光电门2的过程中，小车动能的变化量__________用上述步骤中的物理量表示。小车下滑过程中，__________选填“需要”或“不需要”测量长木板与水平桌面的夹角，可求出合外力对小车做的功__________用上述步骤中的物理量表示，重力加速度大小为。 重新挂上细线和砝码盘，重复步骤，比较和的值，看两者在误差允许范围内是否相等。 不考虑空气阻力，请写出一条减小由遮光条宽度引起的误差的建议：__________。 12.某物理兴趣小组自制了图所示的水果电池组，为测量该电池组的电动势和内阻，实验室提供了以下器材： A.待测水果电池组约为，r约为 B.电流表，内阻约为 C.电流表，内阻约为 D.电压表，内阻约为 E.电压表，内阻约为 F.滑动变阻器 G.滑动变阻器 H.开关、导线各若干 他们选用图的实验电路进行实验： 实验中电流表应选用__________，电压表应选用__________，滑动变阻器应选用__________上述三空均填器材前代号。 根据实验电路连接实物，调节滑动变阻器滑片位置，记下多组电压表示数U与电流表示数I的数据，作出图像如图所示。根据图像和题中所给信息，该水果电池组的电动势__________V，内电阻__________。结果均保留3位有效数字。 实验过程中存在电表系统误差。在下面四幅图像中，虚线代表没有电表误差情况下的电压、电流真实值关系的图像，实线是根据测量数据绘出的图像，则下列选项中图像及文字描述都正确的是__________填选项下面的字母。 表示电压为时通过电压表的电流 表示电流为时电流表两端电压 表示电压为时通过电压表的电流 表示电流为时电流表两端电压 四、计算题：本大题共3小题，共30分。 13.如图所示，竖直放置长为的粗细均匀的玻璃管上端开口、下端封闭，管内有一段长的水银柱封闭着一段长的空气柱。已知环境温度，大气压强。缓慢升高气体温度，当温度为时水银上表面恰好到达管口，继续缓慢升高气体温度，当温度超过时水银全部溢出。求和。 14.利用超弹性碰撞原理是未来发射宇宙飞船的一种可能方案，其原理为竖直排列从上向下质量依次增大的弹性球以相同速度撞击水平地面，经多次碰撞后最上面小球以极大速度向上弹出。如图所示， A、B、C三个弹性小球，质量分别为m、5m、15m，相邻小球间有极小间隙，三球球心连线竖直，从C球下部离地处由同时静止释放，所有碰撞均为弹性碰撞。。 球向上弹起时速度大小; 若重新分配B、C质量，但它们总质量还是20m，则B球质量为多少时A球向上弹起速度最大结果用根式表示。 15.如图所示，在平面直角坐标系xOy的x轴上方一矩形区域内存在一垂直平面向外的匀强磁场图中未画出磁感强度大小， x轴的下方存在一与平面平行的匀强电场。一质量、电荷量的带正电粒子从点以、方向与y轴正向夹角射入第三象限，粒子在电场中偏转后第一次经过x轴上Q点时速度大小也为，方向也与y轴正向夹角，经过x轴后立即进入磁场，直到第二次经过x轴上M点离开磁场。已知，不计粒子重力，求 电场强度的大小和方向; 点、M点的坐标; 矩形磁场区域的最小面积S。 答案和解析 1.【答案】D  【解析】【分析】 【分析】 本题考查放射性元素的衰变，涉及到半衰期的理解、结合能与比结合能等知识，解题的关键是要知道衰变前后，质量数守恒，核电荷数守恒，衰变产物更稳定，比结合能更大。 【解答】 【解答】 A、由于原子核衰变后的产物比结合能更大，故的结合能大于的结合能，A错误； B、原子核的半衰期仅由原子核本身决定，与反应物的含量多少无关，故文物中的含量逐渐减少，其半衰期不变，B错误； C、质量为试验样品经历5730年后还剩下一半的，样品质量大于，C错误； D、根据原子核衰变前后，质量数守恒，核电荷数守恒，可知衰变产物X的质量数为0，核电荷数为，故上述衰变故过程为衰变，D正确； 故选D。 2.【答案】C  【解析】【分析】 根据图象，质点在x方向做匀加速直线运动，可以求出x方向的加速度、合力以及任意时刻的速度；质点在y方向做匀速运动，可以求出y方向的速度；运用合成法可以得到各个时刻的速度，合力大小和方向。 本题关键是先分析x、y两个方向的分运动的情况，然后再合成合运动的情况。 【解答】 质点在x方向做初速度为的匀加速直线运动，其分加速度为： ， x方向的分力为：，沿方向； 质点在y方向做匀速运动，速度为，加速度为零，y方向的分力为零； 故合力，沿方向。 初速度：在x方向大小为，在y方向大小为，则质点初速度的大小为。方向与合外力方向不垂直 ，故ABD错误； C.2s末x方向分速度为，y方向分速度为，故合速度为：，故C正确； 故选C。 3.【答案】B  【解析】【分析】 本题为几何光学问题，做出光路图，根据全反射的条件结合临界角公式求出折射率，根据求光在柱体内传播的速度。 全反射的条件：只有光从光密介质折射率大射向光疏介质折射率小，且入射角大于等于临界角时，才会发生全反射现象。 【解答】画出光线从C点射入的光路图如图所示， 光线在柱体内共发生三次全反射，最终出射光线与入射光线平行，A错误； 由几何关系可知，临界角，根据，得，C错误； 在柱体内传播的速度为，传播距离为3R，故，B正确； 红光在所有可见光中折射率最小，发生全反射的临界角最大，因此所有的入射光均发生全反射，在出射点依然看到白光，D错误。 故选B。 4.【答案】A  【解析】【分析】 设变压器原、副线圈匝数之比为k，根据交变电源输出电压U为变压器输入电压与电阻两端电压之和，结合欧姆定律对两种情况得电源输出电压U与电压表、电流表示数和匝数比的关系， 再根据当开关S断开时，原副线圈电流比， 联立可求得线圈匝数之比。 本题考查理想变压器原理及应用，要注意明确电路结构，知道开关通断时电路的连接方式；同时注意明确输入电压与总电压之间的关系。 【解答】 设变压器原、副线圈匝数之比为k， 当开关S断开时，原线圈电流为，副线圈电压为，则原线圈电压为 则交流电的输出电压为①； 当开关S闭合时，原线圈电流为，副线圈电压为，则原线圈电压为 则交流电的输出电压为②； ①②联立解得③ 当开关S断开时，原线圈电流为，副线圈电流为 ，解得④ 联立③④解得， 故 A正确。 5.【答案】A  【解析】【分析】 将速度分解到x轴方向和y轴方向，粒子在水平方向做匀速圆周运动，竖直方向做匀速直线运动，水平方向根据牛顿第二定律和周期公式联立求解周期，根据几何知识求解粒子在磁场中运动的圆心角，根据时间与周期关系求解时间，竖直方向根据运动学公式求解时间，两个方向运动时间相同，联立求解粒子的比荷。 本题考查带电粒子在磁场中的运动，要求学生能正确分析带电粒子的运动过程和运动性质，熟练应用对应的规律解题。 【解答】 将粒子的入射速度沿水平方向与竖直方向分解，则有 ， ，粒子水平方向的分运动为匀速圆周运动，竖直方向的分运动为匀速直线运动，假设粒子带正电，Ⅰ、Ⅱ两部分磁场方向分别沿y轴负方向与y轴正方向，作出粒子水平方向运动的俯视图如图所示， 粒子在水平方向中做匀速圆周运动，则有，粒子匀速圆周运动的周期，解得 ， ，粒子在左右磁场中圆周运动的半径相等，则有，粒子在水平方向圆周运动的时间，粒子在竖直方向做匀速直线运动的时间，根据分运动的等时性有，解得。 故选A。 6.【答案】D  【解析】【分析】本题考查了动量守恒定律、机械能守恒定律；本题关键要判断出系统水平方向的动量守恒，要注意系统的总动量并不守恒．对于光滑的情形，要考虑机械能守恒定律。 根据运动的分解得出速度关系，根据动量守恒和机械能守恒定律列式，联立方程即可求解； 根据矢量的运算求出速度变化量的大小。 【解答】 小球以初速度滑上圆弧轨道，小球与圆弧轨道产生相互作用，因此小球从滑上圆弧到飞离圆弧的运动中，小球与圆弧轨道组成的系统在水平方向动量守恒，机械能守恒，因此小球有两个分速度，其中是相对轨道的速度，与圆弧相切，是随轨道运动的速度，方向水平，如图所示： ； 由几何关系，可知与成角，v与成角，则与v成角，所以四边形是菱形，，则有， 由动量守恒定律可得： 系统的机械能守恒： 联立解得： 解得小球飞出时圆弧轨道的速度为： 解得小球飞出时速度为：，故ABC均错误； D.若小球从圆弧轨道飞出时，圆弧向右运动的距离为x，根据水平方向动量守恒可得，小球在水平方向运动的距离，故小球在轨道上的运动时间，D正确； 故选D。 7.【答案】CD  【解析】【分析】 本题考查万有引力定律的应用，知道向心力的来源是解题的关键。 结合题设和向心加速度公式分析即可判断；根据月球做圆周运动的向心力来源分析即可判断；根据匀速圆周运动圆心位置分析即可判断；分析P点航天器向心力来源列方程结合角速度与周期关系分析即可判断。 【解答】 A、航天器与月球具有相同的角速度，但航天器绕地球做圆周运动的半径较大，由知，位于拉格朗日点P的绕地球稳定运行的航天器，其向心加速度大于月球的向心加速度，故A正确，不符合题意； B、月球绕地球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律：，解得周期，故B正确，不符合题意； C、鹊桥二号中继通信卫星做圆周运动的圆心在P点，不在地球球心，则以地球球心为参考系，鹊桥二号中继卫星不做匀速圆周运动，故C错误，符合题意； D、P点航天器在地球、月球的万有引力作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律：，又，联立知，，故D错误，符合题意， 8.【答案】BD  【解析】解：B、由图可知该波的波长为，由图可知该波的周期为1s，则波速为，故B正确； A、由图可知，该质点开始振动的方向向下，可知波源开始振动的方向向下，故A错误； C、该质点开始振动的时刻为，由，可知质点与波源的距离为，故C错误； D、是，若质点在平衡位置附近，运动路程会大于1个振幅40cm，不会超过，故D正确。 故选：BD。 由图读出波长，由图读出周期，再求解波速。由图读出质点开始振动的方向，即可知波源开始振动的方向。该质点开始振动的时刻为，由求出波在内传播的距离，从而得到该质点与波源的距离。 解答本题的关键要抓住波动图像与振动图像的内在联系，根据振动图像分析质点的运动情况，结合时间与周期的关系求质点通过的路程。 9.【答案】BCD  【解析】A、当、均断开时，金属棒向上做加速运动，由牛顿定律，，加速度，A错误； B、闭合，断开时，M由静止释放后拉动金属棒沿导轨向上做加速运动，金属棒受到沿导轨向下的安培力作用，设最大速度为，根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势， 根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流， 当金属棒速度最大时有：， 解得：，B正确； C、，均闭合时，电容器两板间的最大电压， 电容器的最大带电量，C正确； D、断开、闭合时，设从释放M开始经时间t金属棒的速度大小为v，加速度大小为a，通过金属棒的电流为i，金属棒受到的安培力，方向沿导轨向下， 设在时间t到内流经金属棒的电荷量为，也是平行板电容器在t到内增加的电荷量，， 根据运动学公式可得， 则， 设绳中拉力为T，由牛顿第二定律，对金属棒有：， 对M有：， 解得：， 可知M做初速度为零的匀加速直线运动，，D正确。 对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。 10.【答案】BC  【解析】【分析】 小球从C点运动到E点的过程先加速后减速，在合外力为零的位置速度最大，根据胡克定律和动能定理分析速度最大的位置。抓住摩擦力是恒力，利用动能定理求小球恰好能回到C点的初速度。 解决本题的关键要利用胡克定律和正交分解法分析知道弹性绳弹力的竖直分力是恒力，摩擦力也是恒力。弹性绳弹力的竖直分力与位移成正比，要利用弹力的平均值来弹力做功。 【解答】 A.设弹性绳的劲度系数为k，，设当小球运动到F点时，，BF与CE的夹角为， 此时弹性绳的弹力为，弹力沿水平方向的分力为：，知，弹力沿竖直方向的分力为： 小球在C点时，有，故定值，则小球所受的滑动摩擦力大小：，故小球从C运动到E的过程中所受滑动摩擦力为定值，A错误； B、小球从C运动到E的过程，根据动能定理得：，其中，W是弹性绳对小球做功大小。 而，联立解得 在D点，，故有，小球的合外力为零，速度最大，故B正确； C.由上可得，若在E点给小球一个向左的速度v，小球恰好能回到C点，从E到C的过程，根据动能定理得： 解得，故C正确； D.若保持电场强度不变，仅把小球电荷量变为4q，从C运动到E的过程，根据动能定理得：，解得，故D错误； 故选BC。 11.【答案】或 ；不需要；； 换宽度更小的遮光条；换更长的长木板，增加释放小车位置与光电门之间距离。  【解析】【分析】 根据游标卡尺读数规则读数； 取下细绳和砝码盘后，小车受到的合力即为砝码盘和盘中砝码的总重力，由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，从而求出动能的变化量； 根据光电门测速原理分析减小误差的方法。 光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法，由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。 【解答】 遮光片的宽度； 由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度， 滑块通过光电门1速度，滑块通过光电门2速度， 小车动能变化量：， 由实验原理可知，小车受到的合力大小等于砝码盘和盘中砝码的总重力，故不需要测量长木板与水平桌面的夹角， 小车从光电门1下滑至光电门2过程合外力做的总功为：； 减小误差的方法可以为：换宽度更小的遮光条；换更长的长木板，增加释放小车位置与光电门之间距离。 12.【答案】、D、G 、   【解析】【分析】 本题考查实验：伏安法测量电源的电动势和内阻。解题的关键是要根据实验的原理选择合适的实验器材，根据实验测得的数据图像结合实验原理分析得出电源的电动势和内阻。 根据实验原理及需要测量的数据选择实验器材； 由闭合电路欧姆定律结合图像的截距和斜率求电动势和内阻； 根据实验原理结合实验电路分析选项的正误。 【解答】 实验采用的水果电池组的阻值较大，通过的电流比较小，故电流表选择，电池的电动势约为，故电压表选择，本实验滑动变阻器采用限流式接法，滑动变阻器要起到调节作用只能选择 根据闭合电路欧姆定律结合图像的截距点，，解得：，，结果可以允许有一定的误差； 根据电路图分析可知，电流表测量的是通过电源的电流，但电压表测量的并不是路端电压，实际路端电压应为电压表示数加上电流表两端的电压，即，故没有电表误差情况下的电压、电流真实值关系应为，，U为电压表示数，综合分析四个选项可知，D选项正确，ABC均错误，故选D。 13.【答案】解：设玻璃管截面积为S，对气体从开始到温度为过程有 解得 继续加热，令在水银溢出时管内水银柱的长度为x，对应的温度为， 对气体有： 解得 当时，最大，解得 即  【解析】对于理想气体状态方程的应用，关键是确定气体状态的变化过程，找准初状态与末状态各个参量，然后根据理想气体状态方程列式求解。 缓慢升高气体温度，当温度为时水银上表面恰好到达管口，玻璃管内封闭气体作等压变化，根据盖-吕萨克定律求解。继续加热，对封闭气体，根据理想气体状态方程结合数学知识求最值可得。 14.【答案】解：、B、C一起下落H时，设速度为，取竖直向下方向为正 得 C与地碰后立即以的速度与B碰撞，设碰后速度分别为、 解得 对A、B碰撞同理可得，A球向上弹起时速度大小 设B的质量为，则C的质量为 对B、C碰撞前后瞬间有，设碰后速度分别为、 解得 对A、B碰撞同理可得 化简得 当时最大，此时B的质量为  【解析】本题主要考查了动量守恒定律和机械能守恒定律的综合应用，要求同学们能正确分析物体的运动情况，掌握弹性碰撞的特点，注意使用动量守恒定律时要规定正方向。 15.【答案】解：对粒子从P到Q运动过程中，初末速度及速度变化矢量图如图所示 由几何知识得 代入数据得①，方向沿x轴正向 ② ③ 则电场方向沿x轴正向， 故粒子从P到Q运动过程可看成沿方向匀速直线运动到x轴上F和沿x轴方向匀加速直线运动，则沿方向匀速直线运动到x轴有 得④ 联立①②③④得，方向沿x轴正向 粒子P到Q运动过程x轴方向匀加速直线运动有 ⑤ 联立①②⑤得 故Q点坐标为 对粒子在磁场中运动有 qv0 得 则 得M点坐标为 粒子在磁场中运动轨迹如图所示，对应轨迹圆心为，D为OM中点， 连线延长交圆弧于C点，作其圆弧的外切矩形 在中， 解得 解得 矩形面积 代入数据得  【解析】考查组合场问题，电场中运动是类斜抛运动，结合运动分解计算； 磁场中做圆周运动，结合题意画出轨迹求解。 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$