精品解析：北京市中国人民大学附属中学2024-2025学年高三下学期3月统练物理试题

高三物理综合能力统练试题 考试时间：90分钟 一、单选题（每题3分，共14小题） 1. 2024年10月8日消息，本年度诺贝尔物理学奖授予约翰·霍普菲尔德和杰弗里·辛顿，“以表彰他们为利用人工神经网络进行机器学习作出的基础性发现和发明”。在物理学的探索和发现过程中，物理过程和研究方法比物理知识本身更加重要。以下关于物理学研究方法和物理学史的叙述中正确的是（ ） A. 惯性定律即牛顿第一定律，伽利略通过理想斜面实验直接验证了惯性定律 B. 美国科学家富兰克林命名了正电荷和负电荷，并通过油滴实验测得元电荷的数值 C. 自然界中的电和磁存在着某种神秘的联系，丹麦物理学家奥斯特通过不断地探索发现了电流的磁效应 D. 爱因斯坦认为微观粒子的能量是量子化的，最小的能量子称为光子，利用光子成功解释了光电效应现象 【答案】C 【解析】 【详解】A．伽利略通过理想斜面实验推论出物体在不受外力时会维持匀速直线运动，但惯性定律（牛顿第一定律）是由牛顿总结，且理想实验无法直接验证，需结合推理，故A错误； B．富兰克林命名了正负电荷，但元电荷的数值是通过密立根油滴实验测得的，故B错误； C．奥斯特通过实验首次发现电流的磁效应，揭示了电与磁的联系，故C正确； D．普朗克提出微观粒子的能量是量子化的，而爱因斯坦提出光子假说，并以此解释光电效应，故D错误。 故选 C。 2. 如图甲所示，把小球安装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球和弹簧穿在光滑的水平杆上。小球振动时，转动手把柄使纸筒沿垂直于振动方向以速度v匀速拉动纸带，纸带上可留下痕迹，a、b是纸带上的两点，不计阻力，如图乙所示．由此可判断（ ） A. t时间内小球的运动路程为 B. 小球通过a点时的速度大于通过b点的速度 C. 通过该实验纸带可得出操作员转动手把柄的速度大小 D. 如果小球以较小的振幅振动，周期也会变小 【答案】B 【解析】 【详解】A．依题意，vt是t时间内纸带运动的路程，并不是小球的运动路程，故A错误； B．由于小球做简谐运动，由图可知小球通过a点时更靠近平衡位置，由简谐运动规律可知其速度大于通过b点的速度，故B正确； C．通过该实验可得出纸带的速度，即纸筒边缘处的线速度，纸筒和手把柄的角速度相同，由 可知由于不知道纸筒与手把柄的半径关系，所以不能求出操作员转动手把柄的速度大小，故C错误； D．由于小球的运动为简谐运动，其振动周期与振幅无关，故D错误。 故选B。 3. 现用某款智能手机进行竖直上抛实验：用手掌托着智能手机，打开加速度传感器，把手机向上抛出，然后又在抛出点接住手机，以竖直向上为正方向，测得手机在竖直方向的加速度随时间变化的图像如图所示，则手机（ ） A. 在时间内手机先加速后减速 B. 在时刻手机到达最高点 C. 在时间内，手机处于失重状态 D. 在时间内手机受到的支持力逐渐减小 【答案】BD 【解析】 【详解】A．把手机向上抛出，手机初速度方向向上，以竖直向上为正方向，在时间内，加速度为正值，方向向上，加速度方向与速度方向相同，手机向上做加速运动，故A错误； B．以竖直向上为正方向，可知，时刻手机加速度恰好等于重力加速度，即时刻手机开始脱离手掌，手机向上做竖直上抛运动，根据图示，时刻之后，时间加速度不等于重力加速度，即时刻手机被接住，即时间做竖直上抛维持的时间为，根据对称性可知，手机竖直上抛至最高点经历的时间为，则手机到达最高点的时刻为 故B正确； C．结合图示可知，在时间内，手机的加速度方向先向上后向下，则在时间内，手机先处于超重状态后处于失重状态，故C错误； D．时间内，加速度方向向上，根据牛顿第二定律有 加速度减小，则手机受到的支持力减小，时间内，加速度方向向下，根据牛顿第二定律有 加速度大小增大，则手机受到的支持力减小，综合上述可知，在时间内手机受到的支持力逐渐减小，故D正确。 故选BD。 4. 北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中，苏翊鸣获得冠军，实现了中国单板滑雪在冬奥会上金牌零的突破。图为苏翊鸣第二跳的频闪照片，曲线为运动轨迹，飞行过程中最高点A离地（运动员的重心位置序号用图中字母表示），H点为运动员落地点，飞行过程不计空气阻力。已知：频闪频率为，曲线在O点的切线与水平方向成，．下列说法正确的是（ A. 运动员第二跳的全过程中是匀变速运动 B. 曲线在E点的切线与水平方向成 C. 运动员在I点的速度大小一定大于G点的速度大小 D. 运动员落地时，受到接触面的作用力方向与接触面垂直 【答案】B 【解析】 【详解】A．运动员在空中运动过程中只受重力，加速度为重力加速度g；在H点落地后的加速度不再是重力加速度g；所以运动员第二跳的全过程中不是匀变速运动，故A错误； B．由运动员在O点的速度方向，可知其在O点时的水平分速度与竖直分速度满足 频闪照相机的频率为5Hz，可知其任意两相邻位置之间的时间均为 由题意可知A点为空中离地最高点，则有 其在E点的水平分速度、竖直分速度满足 其中 联立解得 则曲线在E点的切线与水平方向成，故B正确； C．对运动员落地时受力分析，即可知其在垂直于地面方向的速度会减为零，从H到I的过程，沿斜面方向加速，无法确定减小的分速度与增大的分速度哪个大，所以运动员在I点的速度大小不一定大于G点的速度大小，故C错误； D．运动员落地时，受到接触面的弹力方向垂直接触面，受到接触面的摩擦力方向沿接触面，则受到接触面作用力方向与接触面不垂直，故D错误。 故选B。 5. 北京某中学的教室有一朝南的合金窗，教室所处位置地磁场的磁感应强度水平分量大小为B，方向垂直于窗框水平边且指向室内。窗的窗扇竖直边长为，水平边长为，一学生在教室内将封闭的窗扇向外推开的过程用时为t。对该过程判断正确的是（ ） A. 窗扇的水平边上各点的线速度相等 B. 通过窗扇的磁通量大小在不断增大 C. 从学生视角，窗扇产生顺时针方向的电流 D. 窗扇的平均感应电动势大小为 【答案】D 【解析】 【详解】A．窗扇水平边上各点做同轴的圆周运动，其速度大小随距离的转轴的增大而增大，所以窗扇的水平边上各点的线速度不相等，故A错误； B．由于教室所处位置地磁场磁感应强度水平分量方向垂直于窗框水平边且指向室内，所以转到过程中与磁场垂直面积减小，故磁通量的大小不断减小，故B错误； C．根据右手定则可以判断出窗扇转动过程中竖直边切割磁场产生的电流方向从上到下，即窗扇产生逆时针方向的电流，故C答案错误； D．窗扇开始的磁通量为 转过磁通量为 由此可得 故D正确； 故选D。 6. 如图甲所示的洛伦兹力演示仪由励磁线圈、洛伦兹力管（玻璃泡部分）和电源控制部分组成的。励磁线圈能够在两个线圈间产生方向与两个线圈中心连线平行的匀强磁场，玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，玻璃泡内充有稀薄的气体，能让电子束通过时显示出运动的径迹。洛伦兹力演示仪的结构示意图如图乙所示，已知为装置中心点，电子枪处于位置，、点到点距离相等，直线与线圈轴线重合，直线与轴线垂直。现电子束的径迹显示为以为中心的一个圆，则下列说法正确的是（　　） A. 两励磁线圈内电流大小相等、方向相反 B. 电子束的径迹圆经过四点 C. 若只增大两励磁线圈的电流，可以使电子束的径迹圆半径增大 D. 电子束绕转方向与励磁线圈内电流绕转方向一致 【答案】D 【解析】 【详解】A．励磁线圈间是匀强磁场，由安培定则可知两励磁线圈内电流大小相等、方向相同，故A错误； C．根据 解得 可知若只增大两励磁线圈的电流，则励磁线圈间的磁感应强度变大，可以使电子束的径迹圆半径减小，故C错误； BD．若从右侧看励磁线圈中电流方向沿顺时针，则产生的磁场方向向左，从a点发射的电子若是绕O点运动，则说明发射方向垂直纸面向外，电子束的径迹圆应该垂直于四点所在的平面，从右侧看，电子做顺时针运动，与励磁线圈中电流方向一致，故B错误；D正确。 故选D。 7. 加速度计是无人机飞行控制系统中不可或缺的传感器之一。如图所示为加速度计测量竖直轴向加速度的部件示意图，质量块上下两侧与两根竖直的轻弹簧连接，两根弹簧的另一端分别固定在外壳上。外界从b、两接线柱通入稳恒直流电，方向如图．固定在质量块上的金属指针与信号系统中的金属滑线接触，指针可指示弹簧的形变情况，弹簧始终处于弹性限度内，通过信号系统显示出质量块受到除重力外的力产生的加速度a，加速度a的方向竖直向上时为正值。下列说法正确的是（ ） A. 当无人机悬停在空中时， B. 当无人机自由下落时， C. 当时，无人机处于失重状态 D 当信号系统显示正向加速度值越大时，滑线两端电压越大 【答案】C 【解析】 【详解】A．当无人机悬停在空中时，弹力合力等于mg，通过信号系统显示出质量块受到除重力外的力产生的加速度a=g，故A错误； B．当无人机自由下落时，弹力合力等于0，通过信号系统显示出质量块受到除重力外的力产生的加速度a=0，故B错误； C．当a=0.5g时，弹力合力等于0.5mg，弹力小于重力，无人机处于失重状态，故C正确； D. 当信号系统显示正向加速度值越大时，金属指针位置越靠下，则滑线两端电压越小，故D错误。 故选C。 8. 如图所示，一电容为的平行板电容器带电荷量为，上极板带正电，下极板带负电，规定无限远处的电势为零。两虚线把板间距离三等分，两点分别在虚线上，把带电荷量为的小球从无限远处移到点，把带电荷量为的小球从无限远处移到点。已知，则此过程中电场力对两个带电小球所做的总功为（　　） A. 0 B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】根据对称性和题目条件可知，两板间的中线上各点电势为零，因此把小球从无限远处移动到两点电场力对电荷做的功，与自中线分别移动至两点电场力对电荷做的功相等，则电场力对正电荷做功 同理电场力对负电荷做功 电场力做的总功 故选C。 9. 如图1所示，将横截面积相同、材料不同的两根金属丝a、b焊接成长直导体AB，A为金属丝a的左端点，B为金属丝b的右端点，P是金属丝上可移动的接触点。保持金属丝中电流不变，接触点P从A点向B点滑动全过程中，电压表示数U随间距离x的变化关系如图2所示。金属丝a、b的电阻分别是、；电阻率分别是、；内部电场强度分别是、；内部电子定向移动速度分别是、．则它们之间的大小关系正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】金属丝中电流不变，由，可得第一段直线表达式为，第二段直线表达式为，其中为金属丝a的总长，根据图像中两直线的斜率比，可求得。 A．如图2可知，两电阻的长度之比为，由得，A错误； B．由上面分析可知，B正确； C．金属丝中的场强可看成匀强电场，由可得，C错误； D．金属丝中电流不变，两根金属丝材料不同，自由电子数密度不同且未知，横截面积相同，故由不能求出内部电子定向移动速度之比，D错误。 故选B。 10. 光电倍增管是检测微弱光信号的光电转换元件，具有极高的灵敏度和超快的时间响应。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（　　） A. 光电倍增管正常工作时，每个极板都发生了光电效应 B. 光电倍增管中增值的能量来源于相邻两个倍增电极间的加速电场 C. 图中四块极板的电势为 D. 每个光电倍增管都适用于检测各种频率的光 【答案】B 【解析】 【详解】A．光电倍增管正常工作时，光电阴极受光照后释放出光电子，发生了光电效应，而每个倍增电极上的电子是由于被加速后的电子撞击而逸出的，并未发生光电效应，故A错误； B．电子在光电倍增管运动的过程中只有电场力做功，光电倍增管中增值的能量来源于相邻两倍增电极间的加速电场，故B正确； C．电子带负电，加速电场的方向应与电子运动方向相反，所以图中四块极板的电势为，故C错误； D．只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，故D错误。 故选B。 11. 如图所示，A为一足够长的固定斜面，物块B由静止释放后能沿斜面匀加速下滑，现使物块B在t=0时由静止释放，并同时受到一随时间变化规律为F=kt的垂直于斜面的作用力，x、v、f和E分别表示物块位移、速度、所受的摩擦力和机械能，下列图像中可能正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】AB．由于F随时间均匀增大，物块沿斜面下滑过程中，物块对斜面的压力均匀增大，物块所受的滑动摩擦力均匀增大，所以物块所受的合力先沿斜面向下均匀减小，然后沿斜面向上均匀增大，物块停止运动前，物块先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动，故A错误，B正确； C．时刻所受的摩擦力不为零，故C错误； D．物块沿斜面下滑过程中，滑动摩擦力一直做负功，物块机械能减小，但滑动摩擦力大小在随时间变化，物体速度大小也在随时间变化，所以滑动摩擦力所做的功并非随时间均匀增大，物块的机械能也并非随时间均匀减小，故D错误。 故选B。 12. 新能源汽车日趋普及，其能量回收系统可将制动时的动能回收再利用，当制动过程中回收系统的输出电压（U）比动力电池所需充电电压（）低时，不能直接充入其中。在下列电路中，通过不断打开和闭合开关S，实现由低压向高压充电，其中正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】A．该电路中当开关S断开时，整个电路均断开，则不能给电池充电，选项A错误； B．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，当S断开时L产生自感电动势阻碍电流减小，L相当电源，电源U与L中的自感电动势共同加在电池两端，且此时二极管导通，从而实现给高压充电，选项B正确； C．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，但当S断开时L也与电路断开，还是只有回收系统的电压U加在充电电池两端，则不能实现给高压充电，选项C错误； D．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，但当S断开时电源U也断开，只有L产生的自感电动势相当电源加在充电电池两端，则不能实现给高压充电，选项D错误。 故选B。 13. 我国设想的登月载人飞船运行轨迹如图所示。飞船在圆形“停泊轨道”的P点加速进入椭圆“过渡轨道”，该轨道离地球表面最近距离为，飞船到达离P点最远距离为L的Q点时，被月球引力“俘获”后，在距月球表面的圆形“绕月轨道”上飞行。已知地球半径为R，月球半径为r，地球表面重力加速度为g（是月球的6倍），飞船在“过渡轨道”运行时忽略月球引力影响。下列说法正确的是（ ）． A. 飞船的发射速度大于 B. 飞船在“过渡轨道”上P点加速度小于“停泊轨道”上P点的加速度 C. 飞船在“停泊轨道”与“绕月轨道”上的运行速率之比为 D. 飞船从P点运动到Q点的时间为 【答案】D 【解析】 【详解】A．飞船只是从地球轨道转移到绕月轨道，没有脱离地球引力束缚，发射速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故A错误； B．根据题意，由牛顿第二定律有 解得 可知，飞船在“过渡轨道”上P点加速度等于“停泊轨道”上P点的加速度，故B错误； C．根据题意，由万有引力提供向心力有 又有 整理可得 则飞船在“停泊轨道”与“绕月轨道”上的运行速率之比为 故C错误； D．飞船在“停泊轨道”的周期为 由开普勒第三定律有 解得 则船从P点运动到Q点的时间为 故D正确。 故选D。 14. 实验室中发现小磁体在金属管中的下落会明显慢于在塑料管中的下落。本题对金属管中的落磁运动进行讨论。如图所示，小磁体在竖直放置的金属管内下落，管中的磁通量发生变化，会产生涡流，从而对小磁体的下落造成影响。若该阻力与速度成正比，可表示为，k为阻尼系数，假设阻尼系数k可用函数关系表示，其中是真空磁导率，单位是，p是描述小磁铁性质的物理量，单位是；R为整个金属管的等效电阻，a为金属管半径。小磁体在金属管口静止释放，且始终保持竖直下落，金属管足够长，经加速后，最终小磁体下落近似看成以收尾速度做匀速直线运动。其中小磁体质量为m，重力加速度为g，则下列分析正确的是（ ） A. 实验中小磁铁在下落过程中受到的阻力主要来源于空气作用 B. ， C. 由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能减少等于其动能和金属管中焦耳热的增加 D. 某同学通过理论计算得下落过程中速度的大小为 【答案】BC 【解析】 【详解】A．题目中明确说明小磁体在金属管中下落时，管中的磁通量发生变化会产生涡流，涡流会对小磁体下落造成影响，且阻力与速度成正比。而不是主要来源于空气作用。因为如果主要是空气阻力，在金属管和塑料管中下落情况应相近，但实际小磁体在金属管中的下落明显慢于在塑料管中的下落，所以阻力主要是涡流产生的，故A错误； B．根据可得k的单位为 又由 得， 结合阻尼系数 得 整理可得 由此可以得出， 解得 故B正确； C．根据能量守恒定律可以得出，小磁铁由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能减少等于金属管中焦耳热的增加，故C正确； D．对小磁铁受力分析可以得出 所以小磁铁在运动过程中的速度 解得，故D错误； 故选BC。 二、实验题（每空2分，共2小题，计18分） 15. 在各种实验中，同学们的一些操作处理对实验结果造成了影响，请认真分析，对实验结果的误差作出判断。 （1）在进行“油膜法测量油酸分子大小”实验中，某实验小组直接使用前面组清洗后未干的量筒进行实验，在后续所有操作步骤无误情况下，所得实验结果将__________（填“偏大”、“不变”或“偏小”）。 （2）在测量“玻璃折射率”实验中，若该组同学在正确画出两界面后，不小心触碰将玻璃砖平行于边界平移了一些，如图1所示（虚线表示平移后玻璃砖边界），其他操作无误，则测得的折射率将__________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 （3）用“双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，若测量头中观察到的图样如图2所示，波长的测量值__________真实值（填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】（1）偏大 （2）不变 （3）大于 【解析】 【小问1详解】 在油膜法测油酸分子大小的实验中量筒用于量取油酸酒精溶液的体积。若使用清洗后未干燥的量筒，残留的水会稀释油酸酒精溶液。可知，油酸体积的测量值偏大，由 可得，所得实验结果将偏大。 【小问2详解】 如图所示 实线表示玻璃砖平移后实际的光路虚线表示实验中得到的光路，可知实验中得到的入射角、折射角与实际的入射角、折射角分别相等，由折射定律可知，测出的折射率不变。 【小问3详解】 由图2计算得到的条纹间距偏大，由公式 可知，波长的测量值大于真实值。 16. 有一块长方体金属元件，长、宽、高三边分别为c、b、a，如图甲所示。为了测量该金属元件的电阻率，进行了如下操作。 （1）用游标卡尺测量该元件尺寸过程中，某次测量结果如图所示，则本次读数_________cm。 （2）用多电电表测量电阻，沿垂直边所构成平面的方向测得的电阻为，沿垂直边所构成平面的方向的电阻如图乙所示，由图读出沿方向的电阻为_________。 （3）某同学根据如图丙所示的电路图连接实物图丁，请判断连接错误的区域是_________。 （4）在第（3）中，用图丙电路图测量元件沿垂直边所构成平面的方向的电阻时，手头有三个滑动变阻器，应选择__________。 A. 滑动变阻器：最大阻值为 B. 滑动变阻器：最大阻值为 C. 滑动变阻器：最大阻值为 （5）接通开关前，滑动变阻器滑片应放在__________（填“最左端”或“最右端”）。 （6）测量小电阻时，用微安表（量程，内阻约为），测得电阻率为，测量大电阻时，用电流表（量程，内阻约为），测得电阻率为，小明说，沿方向的电阻小，所测量的误差小，请判断是否正确，并简述理由__________。 【答案】（1）5.015 （2） （3）A （4）B （5）最右端 （6）不正确，见解析 【解析】 【小问1详解】 由图可知，游标尺为分度，且第3个小格与主尺对齐，读数为 【小问2详解】 由图乙读出沿方向的电阻为 【小问3详解】 根据图丙所示的电路图，可判断图丁连接错误的是A区域内电压表的左边接线柱应该连接到电阻的左端。 小问4详解】 由于沿bc方向的电阻约为，滑动变阻器为限流接法，所以测量bc方向的电阻时，应该选用最大阻值为的滑动变阻器B。 【小问5详解】 滑动变阻器为限流接法，接通开关前，滑动变阻器接入电路电阻应最大，即滑片应放在最右端。 【小问6详解】 沿ab方向的电阻约为10Ω，若用内阻约为4Ω的微安表测量，其误差要比内阻约为1Ω电流表测量较大的bc间的约300Ω电阻误差肯定较大，则小明的说法错误。 三、计算题（4小题，共计40分） 17. 将一个质量为的小球以的速度从的高度水平抛出，与水平地面碰撞时间后反弹，第一次反弹高度为，最终落地静止，不计空气阻力，g取。求小球： （1）第一次落地前的速度； （2）第一次落地前运动的位移s大小，并在图中画出； （3）第一次与地面碰撞过程中垂直于地面所施加的平均压力大小。 【答案】（1），方向与水平面夹角斜向右下方 （2）， （3） 【解析】 【小问1详解】 物体做平抛运动，竖直方向上有 解得 物体落地的速度大小 方向与水平面夹角斜向右下方。 【小问2详解】 物体做平抛运动，则有， 物体运动的位移大小 解得 作出落地位移示意图，如图所示 【小问3详解】 以竖直向上为正，碰前竖直速度 碰后竖直速度 对小球分析，由竖直方向动量定理得 得 由牛顿第三定律得球对地面竖直向下的平均压力为 负号表方向竖直向下。 18. 图1为某同学设计的电子束曝光简易原理图，电子枪K单位时间均匀逸出N个初速度可忽略的电子，经M、N间电场加速后恰能沿半径为R的圆弧虚线通过静电分析器，随后沿两水平金属板P、Q的中心线射入存在匀强电场的束偏移区，最后打在中轴线沿竖直方向的记录桶表面上并被全部吸收。已知静电分析器中存在圆心为O的辐向电场，圆弧虚线处电场强度大小为。P、Q两板长度为L，间距为d，板右侧到记录桶表面水平距离为，记录桶的半径为r，竖直方向足够长．电子的电荷量为e，质量为m。整个装置处在真空环境中，忽略电子间的相互作用和极板的边缘效应，电子穿过束偏移区时间远小于偏转电场的变化周期。 （1）求加速电场的电压U0； （2）若电子均能穿过束偏移区，则P、Q两板间电压的最大值和电子束对记录桶垂直桶壁方向的冲击力大小F； （3）若P、Q两板间电压随时间t周期性变化的关系如图2所示．记录桶按图示方向匀速转动，其周期为。经足够长时间电子点迹在记录桶表面形成稳定图案，将记录桶表面展开，并以时电子打在记录桶表面上的位置为坐标原点，以顺着转动方向为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向，建立坐标系，如图3所示。请在答题纸图3中画出电子打在记录桶上的点迹形成的图像。 【答案】（1） （2）， （3） 【解析】 【小问1详解】 静电分析器区由电场力提供向心力 可得 加速区由动能定理 可得 【小问2详解】 恰能通过束偏移区时满足 又，， 联立，可得 对电子束由动量定理 由牛顿第三定律知冲击力 【小问3详解】 图案如图3所示 19. 守恒是物理学的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： （1）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。 （2）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅，为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度表示波在单位时间内流过垂直单位面积的平均能量。若简谐波沿直线传播的速度为v a．证明波的能流密度； b．球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源和处的振幅之比。 【答案】（1）见解析；（2）a．见解析，b． 【解析】 【详解】（1）设散射后X光子的动量为，根据碰撞过程动量守恒和平行四边形定则（或三角形定则），画图如图所示 （2）a．沿传播方向，任取于传播方向垂直的横截面，面积为S。在时间内流过S面的能量 单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量 联立解得 b．在之前的基础上，时间内流过面上的能量 时间内流过面上的能量 由能量守恒 联立解得 20. 新能源电动车由电动机驱动，电动机的动力来源于电流与磁场间的相互作用，其内部工作原理可借助图（a）所建立的模型来理解：粗糙水平金属导轨宽度，处于竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场中，质量、电阻的金属棒MN置于导轨上，电源电动势，不计电源及导轨电阻．接通电源后，沿导轨由静止开始运动，在运动过程中始终与导轨保持良好接触，所受阻力大小恒为，图（b）为金属棒的加速度倒数与速度的关系图像，图中右侧虚线为该图像的渐近线。 （1）判断导体棒MN的运动方向（回答“水平向左”或“水平向右”）；及电源接通瞬间金属棒MN的加速度； （2）求最终趋近的最大速度大小； （3）求金属棒MN从静止启动到速度为的过程中，电源消耗的电能。（图像中速度从0至的图像可近似处理为线性关系） 【答案】（1）水平向右； （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 接通电源后，电流方向由M到N，由左手定则可知安培力水平向右，故金属杆的运动方向水平向右。由牛顿第二定律得 又 解得 方向水平向右。 【小问2详解】 当金属棒加速度为零时，达到最大速度，此时金属棒产生的反电动势为，回路电流为，则， 又 联立，解得 【小问3详解】 设当金属棒速度为时，其加速度为，电流为，从静止启动到速度为所用时间为t，电路通过电源的电荷量为q。则 由牛顿第二定律得 由图像的面积可知 对金属棒从静止启动到速度为过程，由动量定理得 又 电源消耗的电能为 联立，解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高三物理综合能力统练试题 考试时间：90分钟 一、单选题（每题3分，共14小题） 1. 2024年10月8日消息，本年度诺贝尔物理学奖授予约翰·霍普菲尔德和杰弗里·辛顿，“以表彰他们为利用人工神经网络进行机器学习作出的基础性发现和发明”。在物理学的探索和发现过程中，物理过程和研究方法比物理知识本身更加重要。以下关于物理学研究方法和物理学史的叙述中正确的是（ ） A. 惯性定律即牛顿第一定律，伽利略通过理想斜面实验直接验证了惯性定律 B. 美国科学家富兰克林命名了正电荷和负电荷，并通过油滴实验测得元电荷的数值 C. 自然界中的电和磁存在着某种神秘的联系，丹麦物理学家奥斯特通过不断地探索发现了电流的磁效应 D. 爱因斯坦认为微观粒子的能量是量子化的，最小的能量子称为光子，利用光子成功解释了光电效应现象 2. 如图甲所示，把小球安装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球和弹簧穿在光滑的水平杆上。小球振动时，转动手把柄使纸筒沿垂直于振动方向以速度v匀速拉动纸带，纸带上可留下痕迹，a、b是纸带上的两点，不计阻力，如图乙所示．由此可判断（ ） A. t时间内小球的运动路程为 B. 小球通过a点时的速度大于通过b点的速度 C. 通过该实验纸带可得出操作员转动手把柄的速度大小 D. 如果小球以较小的振幅振动，周期也会变小 3. 现用某款智能手机进行竖直上抛实验：用手掌托着智能手机，打开加速度传感器，把手机向上抛出，然后又在抛出点接住手机，以竖直向上为正方向，测得手机在竖直方向的加速度随时间变化的图像如图所示，则手机（ ） A. 在时间内手机先加速后减速 B. 在时刻手机到达最高点 C. 在时间内，手机处于失重状态 D. 在时间内手机受到的支持力逐渐减小 4. 北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中，苏翊鸣获得冠军，实现了中国单板滑雪在冬奥会上金牌零的突破。图为苏翊鸣第二跳的频闪照片，曲线为运动轨迹，飞行过程中最高点A离地（运动员的重心位置序号用图中字母表示），H点为运动员落地点，飞行过程不计空气阻力。已知：频闪频率为，曲线在O点的切线与水平方向成，．下列说法正确的是（ A. 运动员第二跳的全过程中是匀变速运动 B. 曲线在E点的切线与水平方向成 C. 运动员在I点的速度大小一定大于G点的速度大小 D. 运动员落地时，受到接触面作用力方向与接触面垂直 5. 北京某中学的教室有一朝南的合金窗，教室所处位置地磁场的磁感应强度水平分量大小为B，方向垂直于窗框水平边且指向室内。窗的窗扇竖直边长为，水平边长为，一学生在教室内将封闭的窗扇向外推开的过程用时为t。对该过程判断正确的是（ ） A. 窗扇的水平边上各点的线速度相等 B. 通过窗扇的磁通量大小在不断增大 C. 从学生视角，窗扇产生顺时针方向的电流 D. 窗扇的平均感应电动势大小为 6. 如图甲所示的洛伦兹力演示仪由励磁线圈、洛伦兹力管（玻璃泡部分）和电源控制部分组成的。励磁线圈能够在两个线圈间产生方向与两个线圈中心连线平行的匀强磁场，玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，玻璃泡内充有稀薄的气体，能让电子束通过时显示出运动的径迹。洛伦兹力演示仪的结构示意图如图乙所示，已知为装置中心点，电子枪处于位置，、点到点距离相等，直线与线圈轴线重合，直线与轴线垂直。现电子束的径迹显示为以为中心的一个圆，则下列说法正确的是（　　） A. 两励磁线圈内电流大小相等、方向相反 B. 电子束的径迹圆经过四点 C. 若只增大两励磁线圈的电流，可以使电子束的径迹圆半径增大 D. 电子束绕转方向与励磁线圈内电流绕转方向一致 7. 加速度计是无人机飞行控制系统中不可或缺的传感器之一。如图所示为加速度计测量竖直轴向加速度的部件示意图，质量块上下两侧与两根竖直的轻弹簧连接，两根弹簧的另一端分别固定在外壳上。外界从b、两接线柱通入稳恒直流电，方向如图．固定在质量块上的金属指针与信号系统中的金属滑线接触，指针可指示弹簧的形变情况，弹簧始终处于弹性限度内，通过信号系统显示出质量块受到除重力外的力产生的加速度a，加速度a的方向竖直向上时为正值。下列说法正确的是（ ） A. 当无人机悬停在空中时， B. 当无人机自由下落时， C. 当时，无人机处于失重状态 D. 当信号系统显示正向加速度值越大时，滑线两端电压越大 8. 如图所示，一电容为的平行板电容器带电荷量为，上极板带正电，下极板带负电，规定无限远处的电势为零。两虚线把板间距离三等分，两点分别在虚线上，把带电荷量为的小球从无限远处移到点，把带电荷量为的小球从无限远处移到点。已知，则此过程中电场力对两个带电小球所做的总功为（　　） A 0 B. C. D. 9. 如图1所示，将横截面积相同、材料不同的两根金属丝a、b焊接成长直导体AB，A为金属丝a的左端点，B为金属丝b的右端点，P是金属丝上可移动的接触点。保持金属丝中电流不变，接触点P从A点向B点滑动全过程中，电压表示数U随间距离x的变化关系如图2所示。金属丝a、b的电阻分别是、；电阻率分别是、；内部电场强度分别是、；内部电子定向移动速度分别是、．则它们之间的大小关系正确的是（ ） A. B. C. D. 10. 光电倍增管是检测微弱光信号的光电转换元件，具有极高的灵敏度和超快的时间响应。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（　　） A. 光电倍增管正常工作时，每个极板都发生了光电效应 B. 光电倍增管中增值能量来源于相邻两个倍增电极间的加速电场 C. 图中四块极板的电势为 D. 每个光电倍增管都适用于检测各种频率的光 11. 如图所示，A为一足够长的固定斜面，物块B由静止释放后能沿斜面匀加速下滑，现使物块B在t=0时由静止释放，并同时受到一随时间变化规律为F=kt的垂直于斜面的作用力，x、v、f和E分别表示物块位移、速度、所受的摩擦力和机械能，下列图像中可能正确的是（　　） A. B. C. D. 12. 新能源汽车日趋普及，其能量回收系统可将制动时的动能回收再利用，当制动过程中回收系统的输出电压（U）比动力电池所需充电电压（）低时，不能直接充入其中。在下列电路中，通过不断打开和闭合开关S，实现由低压向高压充电，其中正确的是（　　） A. B. C. D. 13. 我国设想登月载人飞船运行轨迹如图所示。飞船在圆形“停泊轨道”的P点加速进入椭圆“过渡轨道”，该轨道离地球表面最近距离为，飞船到达离P点最远距离为L的Q点时，被月球引力“俘获”后，在距月球表面的圆形“绕月轨道”上飞行。已知地球半径为R，月球半径为r，地球表面重力加速度为g（是月球的6倍），飞船在“过渡轨道”运行时忽略月球引力影响。下列说法正确的是（ ）． A. 飞船的发射速度大于 B. 飞船在“过渡轨道”上P点加速度小于“停泊轨道”上P点的加速度 C. 飞船在“停泊轨道”与“绕月轨道”上的运行速率之比为 D. 飞船从P点运动到Q点的时间为 14. 实验室中发现小磁体在金属管中的下落会明显慢于在塑料管中的下落。本题对金属管中的落磁运动进行讨论。如图所示，小磁体在竖直放置的金属管内下落，管中的磁通量发生变化，会产生涡流，从而对小磁体的下落造成影响。若该阻力与速度成正比，可表示为，k为阻尼系数，假设阻尼系数k可用函数关系表示，其中是真空磁导率，单位是，p是描述小磁铁性质的物理量，单位是；R为整个金属管的等效电阻，a为金属管半径。小磁体在金属管口静止释放，且始终保持竖直下落，金属管足够长，经加速后，最终小磁体下落近似看成以收尾速度做匀速直线运动。其中小磁体质量为m，重力加速度为g，则下列分析正确的是（ ） A. 实验中小磁铁在下落过程中受到的阻力主要来源于空气作用 B. ， C. 由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能减少等于其动能和金属管中焦耳热的增加 D. 某同学通过理论计算得下落过程中速度的大小为 二、实验题（每空2分，共2小题，计18分） 15. 在各种实验中，同学们的一些操作处理对实验结果造成了影响，请认真分析，对实验结果的误差作出判断。 （1）在进行“油膜法测量油酸分子大小”实验中，某实验小组直接使用前面组清洗后未干的量筒进行实验，在后续所有操作步骤无误情况下，所得实验结果将__________（填“偏大”、“不变”或“偏小”）。 （2）在测量“玻璃折射率”实验中，若该组同学在正确画出两界面后，不小心触碰将玻璃砖平行于边界平移了一些，如图1所示（虚线表示平移后玻璃砖边界），其他操作无误，则测得的折射率将__________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 （3）用“双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，若测量头中观察到的图样如图2所示，波长的测量值__________真实值（填“大于”、“小于”或“等于”）。 16. 有一块长方体金属元件，长、宽、高三边分别为c、b、a，如图甲所示。为了测量该金属元件的电阻率，进行了如下操作。 （1）用游标卡尺测量该元件尺寸过程中，某次测量结果如图所示，则本次读数_________cm。 （2）用多电电表测量电阻，沿垂直边所构成平面的方向测得的电阻为，沿垂直边所构成平面的方向的电阻如图乙所示，由图读出沿方向的电阻为_________。 （3）某同学根据如图丙所示的电路图连接实物图丁，请判断连接错误的区域是_________。 （4）在第（3）中，用图丙电路图测量元件沿垂直边所构成平面的方向的电阻时，手头有三个滑动变阻器，应选择__________。 A. 滑动变阻器：最大阻值为 B. 滑动变阻器：最大阻值为 C. 滑动变阻器：最大阻值为 （5）接通开关前，滑动变阻器滑片应放在__________（填“最左端”或“最右端”）。 （6）测量小电阻时，用微安表（量程，内阻约为），测得电阻率为，测量大电阻时，用电流表（量程，内阻约为），测得电阻率为，小明说，沿方向的电阻小，所测量的误差小，请判断是否正确，并简述理由__________。 三、计算题（4小题，共计40分） 17. 将一个质量为的小球以的速度从的高度水平抛出，与水平地面碰撞时间后反弹，第一次反弹高度为，最终落地静止，不计空气阻力，g取。求小球： （1）第一次落地前速度； （2）第一次落地前运动的位移s大小，并在图中画出； （3）第一次与地面碰撞过程中垂直于地面所施加的平均压力大小。 18. 图1为某同学设计的电子束曝光简易原理图，电子枪K单位时间均匀逸出N个初速度可忽略的电子，经M、N间电场加速后恰能沿半径为R的圆弧虚线通过静电分析器，随后沿两水平金属板P、Q的中心线射入存在匀强电场的束偏移区，最后打在中轴线沿竖直方向的记录桶表面上并被全部吸收。已知静电分析器中存在圆心为O的辐向电场，圆弧虚线处电场强度大小为。P、Q两板长度为L，间距为d，板右侧到记录桶表面水平距离为，记录桶的半径为r，竖直方向足够长．电子的电荷量为e，质量为m。整个装置处在真空环境中，忽略电子间的相互作用和极板的边缘效应，电子穿过束偏移区时间远小于偏转电场的变化周期。 （1）求加速电场的电压U0； （2）若电子均能穿过束偏移区，则P、Q两板间电压的最大值和电子束对记录桶垂直桶壁方向的冲击力大小F； （3）若P、Q两板间电压随时间t周期性变化的关系如图2所示．记录桶按图示方向匀速转动，其周期为。经足够长时间电子点迹在记录桶表面形成稳定图案，将记录桶表面展开，并以时电子打在记录桶表面上的位置为坐标原点，以顺着转动方向为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向，建立坐标系，如图3所示。请在答题纸图3中画出电子打在记录桶上的点迹形成的图像。 19. 守恒是物理学的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： （1）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。 （2）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅，为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度表示波在单位时间内流过垂直单位面积的平均能量。若简谐波沿直线传播的速度为v a．证明波的能流密度； b．球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源和处的振幅之比。 20. 新能源电动车由电动机驱动，电动机的动力来源于电流与磁场间的相互作用，其内部工作原理可借助图（a）所建立的模型来理解：粗糙水平金属导轨宽度，处于竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场中，质量、电阻的金属棒MN置于导轨上，电源电动势，不计电源及导轨电阻．接通电源后，沿导轨由静止开始运动，在运动过程中始终与导轨保持良好接触，所受阻力大小恒为，图（b）为金属棒的加速度倒数与速度的关系图像，图中右侧虚线为该图像的渐近线。 （1）判断导体棒MN的运动方向（回答“水平向左”或“水平向右”）；及电源接通瞬间金属棒MN的加速度； （2）求最终趋近的最大速度大小； （3）求金属棒MN从静止启动到速度为的过程中，电源消耗的电能。（图像中速度从0至的图像可近似处理为线性关系） 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$