精品解析：2025年湘西州高中理科知识竞赛物理试卷

2025年湘西州高中理科知识竞赛试卷 物理 注意事项： 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．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，将本试题卷和答题卡一并交回。 4．本试卷考试时间75分钟，试卷满分100分。 一、单选题（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. 根据宇宙大爆炸理论，138亿年前，宇宙中的全部物质都以中子的形式存在于温度和密度极高的“奇点”之中。爆炸时，中子经衰变转变成质子；随着宇宙温度降低，质子和中子聚变形成氘核；宇宙温度持续降低，此时将有更多的氘被合成，从而使氦以及其他一些轻元素的系列合成反应成为可能。根据以上材料，下列说法正确的是（　　） A. 中子衰变转变成质子的过程，属于衰变 B. 随着温度降低，中子的半衰期将变长 C. 质子和中子组成氘核的核反应方程为 D. 氘核形成氦核的过程属于裂变反应 【答案】A 【解析】 【详解】A．中子衰变为质子的过程会释放电子（β粒子），属于β衰变，故A正确； B．半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故B错误； C．氘核（）由1个质子和1个中子组成，反应方程应为，而非生成，故C错误； D．氘核与氚核结合生成氦核属于轻核聚变，而非裂变，故D错误。 故选A。 2. 钓鱼是一项深受广大群众喜爱的休闲活动，已知鱼竿可视为轻质弹性杆，鱼竿中任意部位所受的外力均可分解为沿竿身的切向张力和垂直于竿身的径向张力，如图甲所示。某次钓鱼时鱼竿的状态如图乙所示，鱼竿在a、b、c、d处的切线与水平方向的夹角分别为60°、0°、30°和45°，此时悬挂着质量为m的鱼且鱼线呈竖直状态，鱼竿每个部位所能承受的最大径向应力相同，已知径向应力越大鱼竿越容易断裂，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　） A. a处最容易断裂 B. b处所受的切向张力为mg C. c处所受的径向应力为 D. d处所受的切向张力为 【答案】C 【解析】 【详解】A．对鱼竿中的某点受力分析如下图，鱼竿中该处的力可分解为沿竿身的切向张力及垂直于竿身的径向应力，两个力的合力与鱼的重力mg等大反向，则夹角θ越小时越大，此时鱼竿越易断，由图可知b处鱼竿与水平方向的夹角θ最小，则最易断裂的是b处，故A错误； BD．由分析图可知 则b处所受的切向张力为0，d处所受的切向张力为，故BD错误； C．c处所受的径向应力为，故C正确。 故选C。 3. 如图所示，相距2L的A、B两处分别固定两个点电荷Q1、Q2，其中Q1=Q。已知O为A、B连线上一点，CO⊥AB，，，C处有一质量为m、电荷量为+q的带电微粒，其重力不计。给带电微粒一个初速度，使其以O点为圆心在垂直于AB连线的竖直平面内作匀速圆周运动。已知静电力常量为k，则下列说法正确的是（　　） A. Q1、Q2均为正电荷 B. C. 仅考虑Q1、Q2产生的电场，则O点的电场强度和电势均大于C点 D. 带电微粒的角速度大小为 【答案】B 【解析】 【详解】A．因带电微粒以O点为圆心在竖直平面内做匀速圆周运动，所以其所受两固定点电荷的库仑力的合力应指向CO方向，两固定点电荷对其都应该是吸引力，所以两固定点电荷均为负电荷，A错误； B． 对带电微粒进行受力分析，可知,即解得，B正确； C．因两固定点电荷均为负电荷，其单独在O处产生的电势均低于C处，求和后O处的电势仍低于C处，故C错误； D．根据，可得，故D错误。 故选B。 4. 为了增添氛围，在公园的水池底部往往会装上氛围灯，若水池底部（同一水平面）装上不同颜色的点光源，则在水面会形成大小不同的圆形光斑，若水池底部装上线状光源，则在水面会形成棒状光斑。已知一个装满水的足够大水池深度为h=1.5米，其底部装了不同颜色的灯泡（均可视为点光源），a灯泡在水面形成的圆形光斑的半径为R=2米，b灯泡在水面形成的圆形光斑的半径明显小于2米，则下列说法错误的是（　　） A. 水对a光的折射率为1.25 B. a光在水中的传播速度大于b光 C. 若用三条长度均为6m的a光源制成的细直灯管围成等边三角形装在该水池底部，则其在水面形成的光斑中心会出现三角形阴影区 D. 若用四条长度均为2m的a光源制成的细直灯管围成一个正方形装在该水池底部，则其在水面形成的光斑面积为 【答案】C 【解析】 【详解】A．光斑半径公式为 代入解得，故A正确，不符合题意； B．由于b光的光斑半径更小，说明，根据可知，a光在水中的传播速度大于b光，故B正确，不符合题意； C．等边三角形边长为6m，中心到各边的距离为 a光的光斑半径为2m，覆盖范围超过中心到边的距离（1.732m < 2m），因此中心区域被光斑覆盖，不会形成阴影区，故C错误，符合题意； D．四条2m长的线光源围成正方形，光斑由以下几个部分构成，四个边的矩形区域，每边向外扩展2m，面积为 中间正方形区域 四个角落的四分之一圆：合并为完整圆，面积 总面积为，D正确，不符合题意。 故选C。 5. 如图甲所示，在xOy平面内有两个横波波源S1、S2，波源S1位于坐标（0，6m）处，波源S2位于x轴的正半轴上（图中未画出），两波源振幅均为10cm，频率均为0.5Hz。波源S1的振动图像如图乙所示，以垂直纸面向外为z轴的正方向，t=1s时波源S2从平衡位置开始垂直纸面向外起振做简谐运动，两波源形成的机械波向四周传播，已知介质为均匀介质。t=3s时两波源发出的最远的波峰在点A（5m，2.25m）处相遇，且此时两波源发出的最远的波峰仅有一个交点，则下列说法正确的是（　　） A. 波源S2的坐标为（6m，0） B. 波的传播速度为2.5m/s C. 坐标原点处为振动减弱点 D. 在线段S1S2上（含端点）有5个振动加强点 【答案】B 【解析】 【详解】A．由题意可知S1、A、S2三点共线，且S2在x轴的正半轴上，所以波源S2的坐标为(8m,0)，A错误； B．由图乙可知波源S1第一次出现波峰的时刻为t=0.5s，t=3s时刻该波峰传到点A，传播时间=2.5s，由，B正确； C．由题意可知两波源振动步调相反，由公式可知，波长，S2O-S1O=2m，O点既不是加强点，也不是减弱点，C错误； D．因两波源振动步调相反，故某点到两波源的距离之差为的奇数倍时为振动加强点，两波源连线上的振动加强点有（1m，5.25m）、（3m，3.75m）、（5m，2.25m）、（7m，0.75m），共四个点，D错误。 故选B。 6. 如图所示，固定在水平面上的光滑斜面倾角为\theta，斜面底端有一垂直于斜面的固定挡板，质量分别为m1、m2的A、B两物块（可视为质点）系于劲度系数为k的轻弹簧两端置于斜面上。先对物块B施加一平行斜面向下的压力F（大小未知），使整个系统保持静止。某时刻撤去压力F，物块B沿斜面向上运动，当物块B运动到最高点时，物块A恰好没有离开挡板。已知弹簧始终处于弹性限度内，弹簧弹性势能的表达式为（x为形变量），重力加速度g，则下列说法正确的是（　　） A. 压力F的大小为 B. 挡板对A的最大支持力为 C. 弹簧的最大弹性势能为 D. 物块B的最大动能为 【答案】D 【解析】 【详解】A．分析可知，撤去压力F后，物块B在斜面上做简谐运动，当物块B到达最高点时，物块A恰好没有离开挡板，因此此时挡板对A无支持力，对物块A受力分析可得kx2=m1gsinθ 此时弹簧的伸长量 对物块B受力分析可知此时的回复力F回=kx2+m2gsinθ 刚撤去压力F时物块B的回复力F’回=F 由简谐运动的对称性可知F回=F’回，联立解得F=(m1+m2)gsinθ，A错误； B．压力F未撤去时挡板对物块A的支持力最大FN=F+(m1+m2)gsinθ=2(m1+m2)gsinθ，B错误； C．压力F未撤去时对物块B受力分析有kx1=F+m2gsinθ 此时弹簧的压缩量为 所以此时弹簧的弹性势能最大，C错误； D．当物块B所受合力为0时动能最大，设此时弹簧压缩量为x0，对B受力分析有kx0=m2gsinθ 解得 由机械能守恒定律可知 代入解得，D正确。 故选D。 二、多选题（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. 作为“国家名片”，中国高铁如今在世界范围内处于领先水平，短短三十年间以自主技术创新突破全球壁垒，其发展历程凝聚着中国科学家群体的智慧与担当。高铁本身是不带能源的，因此只能由电力牵引供电系统提供，且高铁速度越快，耗电量也越大，其供电系统可简化为下图所示。首先从电网引入电压为U1=220kV的变交电流到牵引变电所，通过理想变压器1将电压降到U2=25kV，最后动力车厢内的理想变压器2再把电压降到U4供动力系统使用。已知当高铁受电弓与牵引变电所之间导线上的电阻为r=5Ω，高铁时速为250km/h时，动力车厢每小时耗电量为4800度（1度=1kW·h），动力系统的电流为I4=400A．则下列说法正确的是（　　） A. 电网和架空线上的电流之比为 B. 理想变压器2的原副线圈匝数比为 C. 当r=5，高铁时速为250km/h时，r的功率为200kW D. 当高铁加速后（设r=5不变），r的功率将增大 【答案】CD 【解析】 【详解】A．根据电流电压与匝数的比例关系可知，A错误； B．当r=5Ω，高铁时速为250km/h时，动力车厢每小时耗电量为4800度（1度=1kW·h），动力系统的电流为I4=400A 即 解得U4=12kV 且，， 联立解得，I3=200A，B错误； C．根据功率计算式可知200kW，C正确； D．当高铁加速后，动力车厢消耗的功率会增大，I4增大，I3增大，增大，D正确。 故选CD。 8. 卫星与地心的连线和地面的交点称为星下点（如图甲所示），由于地球的自转和卫星绕地球运动，星下点的位置会不断发生变化，形成星下点轨迹。A、B为两个绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，绕行方向与地球自转方向相同，且轨道均低于同步卫星轨道，其星下点轨迹图分别为图乙、图丙，已知两卫星星下点轨迹的最大纬度均为南北纬30°，地球半径为R，自转周期为T0，取同步卫星轨道半径为6R，则下列说法正确的是（　　） A. 卫星A的周期为 B. 两卫星的角速度之比为 C. 两卫星的轨道半径之比为 D. 卫星A的向心加速度为 【答案】BC 【解析】 【详解】A．根据图乙可知，卫星A的星下点在地球上由30°E转到150°E的过程中，卫星A转了一圈，比地球自转多转了120°，可知地球转动了 则有，故A错误； B．根据图丙可知，卫星B的星下点在地球上由30°E转到150°E的过程中，卫星B转了半圈，比地球自转多转了120°，可知地球转动了 则有 可得，，，故B正确； C．由开普勒第三定律有 可得，故C正确； D．由开普勒第三定律有 可得 所以，故D错误。 故选BC。 9. 如图所示，若考虑到空气阻力的影响，将重物（可视为质点）斜向上以一定的初速度抛出后，其运动轨迹不再是抛物线，而是一条弹道曲线。在某次军事训练中，将一炮弹（可视为质点）以初速度v0沿与水平方向成夹角斜向上发射，其落点d与与发射点O在同一水平面上，a、b、c为其运动轨迹上的三个点，a、c位于同一高度，b为轨迹的最高点。已知炮弹运动过程中所受空气阻力方向始终与速度方向相反，大小为f阻=kv（k为常数），炮弹的水平射程为s，从O运动到b所用时间为t1，从b运动到d所用时间为t2，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A. B. 炮弹上升的最大高度为 C. a、c两点水平分速度大小不等，竖直分速度大小相等 D. 从O到d炮弹克服空气阻力做功为 【答案】AB 【解析】 【详解】A．以竖直向上为正方向，则在竖直方向对炮弹上升阶段列牛顿第二定律方程有 同理在竖直方向对炮弹下降阶段列牛顿第二定律方程有 由此可知上升阶段竖直方向的平均加速度大于下降阶段竖直方向的平均加速度，所以t1＜t2，故A正确； B．上升阶段有 两边同时乘以时间微元得 求和有 整理得 解得，故B正确； C．由于空气阻力的作用，可知a点的水平分速度、竖直分速度均大于c点的水平分速度、竖直分速度，故C错误； D．下降阶段有 两边同时乘以时间微元得 求和有 整理得 代入解得 整个过程水平方向有 两边同时乘以时间微元得 求和有 整理得 代入解得 从O到d炮弹克服空气阻力做功为 代入可得，故D错误。 故选AB。 10. 如图所示，水平面内的光滑金属导轨AB、CD、EF、GH均相互平行且足够长，转角处均为直角，已知AB与CD的间距为2L，EF与GH的间距为L，整个区域内存在竖直向下的匀强磁场，BD左侧区域的磁感应强度为B1=B，右侧区域的磁感应强度为B2，电容器的电容为C，质量均为m的金属棒a、b接入电路部分的电阻均为R，轨道的电阻忽略不计，初始时，断开开关S2，闭合开关S1，现给金属棒a一水平向右的初速度v0，当其速度达到某一稳定值后，断开开关S1，同时闭合开关S2，经过一段时间后，金属棒a、b的速度再次达到稳定。金属棒a、b在运动过程中始终与导轨接触良好且与导轨的AC边保持平行，则下列说法中正确的有（　　） A. 金属棒a第一次达到稳定速度前，做匀减速运动 B. 金属棒a第一次达到稳定速度时，电容器两端的电压为 C. 闭合开关S2后，若金属棒a、b运动过程中系统动量守恒，则有 D. 若金属棒a、b最终能共速，则其共同速度为 【答案】BCD 【解析】 【详解】A．断开开关S2，闭合开关S1，金属棒a向右做切割磁感线运动，产生感应电流，给电容器充电，同时金属棒a因受安培力作用做减速运动，，，减小，增大，即电流减小，加速度减小，金属棒a做加速度减小的减速运动，故A错误； B．当时，金属a第一次达到稳定速度，根据，， 联立解得，，故B正确； C．断开开关S1，闭合开关S2后，金属棒a向右做减速运动，金属棒b从静止开始加速向右运动，若系统动量守恒，则金属棒a、b所受的安培力等大反向，即，因此，故C正确； D．，当I=0时，金属棒a、b的速度再次达到稳定，因a、b最终能共速，此时回路电流为零，感应电动势相等，即 解得 由C选项分析可知，此时系统所受合外力为零，动量守恒由前面的分析可知,金属棒a、b组成的系统动量守恒，由 可得，故D正确。 故选BCD。 三、实验题（本题每空2分，共16分） 11. 某实验小组利用如图所示的装置来验证动量守恒定律。实验时先将质量为m1的小球A从弧形槽上某点由静止释放，小球A离开弧形槽后落在斜面上的P点；然后将质量为m2的小球B放于弧形槽末端，使其保持静止，再将小球A从弧形槽上由静止释放，两小球发生碰撞后分别落在斜面上的M、N两点，已知斜面与弧形槽末端相接于O点。空气阻力可忽略不计。 （1）关于该实验，下列说法正确的是（　　） A. 两次释放小球A的位置应相同 B. 弧形槽末端既可以水平也可以倾斜 C. 两小球质量关系应满足m1>m2 D. 实验时应测出斜面倾角 （2）某次实验测得OM、OP、ON的长度分别为L1、L2、L3，则当满足___________（结果用m1、m2、L1、L2、L3表示）时，可验证两小球碰撞时系统动量守恒；若该碰撞为弹性碰撞，且，则___________。 【答案】（1）AC （2） ①. ②. 【解析】 【小问1详解】 A．实验中要保持A球两次到达弧形槽末端时速度相同，所以两次释放小球A的位置应相同，A正确； B．应使两小球离开弧形槽后做平抛运动，否则仅根据落在斜面上的位移无法判断碰前碰后的速度关系，因此弧形槽末端必须水平，B错误； C．要使两球碰撞后A球不能反弹（反弹后将无法确定其碰撞后的速度），因此A球的质量应大于B球质量，即m1＞m2，C正确； D．该实验只需测出小球质量及落点到O点距离即可，因此无需测出斜面倾角θ，D错误。故选AC。 【小问2详解】 [1]小球离开圆弧槽后做平抛运动，落在斜面上，则有， 联立解得 即 根据动量守恒定律有 代入得 [2]当该碰撞为完全弹性碰撞时有， 联立解得 因为 所以 即 解得。 12. 如图甲所示，某同学用压敏电阻设计了一个测量压力大小的电路。压敏电阻的阻值RV与所受压力大小的对应关系如图乙所示，当压力F在0～100N范围内时，其图线为直线。实验时先测量F=0时压敏电阻的阻值R0，再测出不同压力下的电流值，在电流表相应刻度处标记对应的压力值。主要器材如下： 压敏电阻RV 电源E（电动势E=12V，内阻不计） 电流表G1（最大量程15.0mA，内阻） 电流表G2（最大量程50.0mA，内阻约为） 定值电阻， 滑动变阻器R1（最大量程） 开关S1、S2及导线若干 （1）为了尽量准确测量压敏电阻的电阻值，开关S2右端应与_________点连接。（选填“A”或“B”） （2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1，当电流表G2示数为42.0mA时，电流表G1示数为12.0mA，可知R0=_________Ω。此时滑动变阻器R1的滑片在_________（选填“正中间”、“中间偏左”、“中间偏右”） （3）断开开关S2，继续调节滑动变阻器R1，当滑片刚好滑到最右端时，电流表G2达到满偏，满偏电流刻度处标记F=0.则G2的内阻Rg2=_________Ω。保持滑动变阻器R1阻值不变，改变压力F，当电流表G2的指针指在刻度盘正中间时，此时的压力F=_________N。（最后一空结果保留三位有效数字） 【答案】（1）A （2） ①. 150 ②. 中间偏右 （3） ①. 40 ②. 68.6 【解析】 【小问1详解】 因G1内阻已知，G2内阻未知，当开关S2右端导线接A点时，即可测出通过RV的电流，也可算出RV与R3两端的总电压，进而算出RV的阻值。 【小问2详解】 [1]由电路图可知 代入数据解得R0=150Ω [2]整个测量电路的总电压为 大于6V，超过路端电压的一半，因此滑动变阻器R1的滑片应在中间偏右位置。 【小问3详解】 [1]由题意可知=40Ω [2]当电流表G2的指针指在刻度盘正中间时=390Ω 由图乙结合以上计算结果可知 代入数据当Ω时，解得F=68.6N 四、解答题（共40分，须写出相应步骤及必要的文字说明，只写结果不给分） 13. 物理课堂上，老师给同学们表演了一个“瓶子吞鸡蛋”的“魔术”。如图所示，老师先将一个透明的广口玻璃瓶（瓶口内切面竖直）静置于桌面上，把一直径（短轴）略大于瓶口的去壳熟鸡蛋放于瓶口，在不损坏鸡蛋的情况下，无论如何用力鸡蛋都无法进入瓶内。然后，老师取下鸡蛋，往瓶中装满热水，再将热水倒掉，把鸡蛋放于瓶口，静置一会儿后只见鸡蛋缓慢“钻”进瓶内。已知瓶口直径为，鸡蛋质量为m=50g，大气压强为，环境温度为（始终不变），重力加速度为，当鸡蛋缓慢进入瓶内时，瓶对鸡蛋竖直向上的合力为F=9mg。（最终计算结果均保留整数） （1）若老师往瓶内装入热水后刚放上鸡蛋时瓶内空气的温度为，求鸡蛋刚开始缓慢进入瓶内时，瓶内空气的温度t2； （2）冷却至室温后，若要取出鸡蛋，也很简单，只需将瓶口竖直朝下，鸡蛋在重力作用下会紧贴瓶口，此时鸡蛋长轴刚好竖直，对瓶身加热，不一会儿鸡蛋就自己滑落出来了，已知鸡蛋滑落出来时瓶对鸡蛋的作用力与进入时相同。求鸡蛋刚好滑落出来时瓶内空气的温度t3。 【答案】（1）t2=44℃ （2）t3=39℃ 【解析】 【小问1详解】 刚进入时，对鸡蛋受力分析可知 放上鸡蛋后，瓶内空气发生等容变化，有 其中 代入解得，即。 【小问2详解】 刚要滑出时，对鸡蛋受力分析可知 鸡蛋贴紧瓶口后，瓶内空气发生等容变化，有 其中 代入解得，即 14. 如图所示，在平面坐标系中，圆形区域内及第一象限右下侧整个区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度均为B（具体值未知）；第一象限左上侧整个区域内及x轴下方整个区域内存在平行于纸面的匀强电场，电场强度的大小均为E（具体值未知），E1的方向水平向右，E2的方向竖直向上，E1和B2的分界线与x轴夹角为45°。坐标处有一粒子发射源S，可以发射质量为m、电荷量为+q的粒子，射出的粒子速度大小均为v0，方向与x轴夹角为范围内，且所有粒子均垂直于y轴进入第一象限，当粒子第一次进入磁场B2后，动能最大的粒子的轨道半径为2R，粒子所受的重力及粒子间的相互作用忽略不计。求： （1）磁感应强度B的大小； （2）所有粒子第一次到达x轴时横坐标的分布范围； （3）第一次进入磁场B2时动能最大的粒子从进入第一象限到第二次到达x轴所用的时间t。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 因所有粒子均平行于x轴进入第一象限，可知粒子在磁场B1中运动的轨迹圆半径跟磁场圆半径一样，即 根据粒子在磁场中做圆周运动时洛伦兹力提供向心力，可得 代入解得 【小问2详解】 分析可知，所有粒子进入电场E1的初速度均为，垂直y轴进入第一象限后先在电场E1中做匀加速直线运动，然后在磁场B2中做匀速圆周运动，在电场E1中加速距离越长，进入磁场B2后粒子动能越大，对应的轨道半径也越大，对动能最大的粒子分析有 由题意知 代入解得 对动能最小的粒子分析有 联立解得 如图甲所示 粒子第一次达到x轴的最远点为M点，其横坐标为，由几何关系可知 粒子第一次达到x轴的最近点为N点，其横坐标为，由几何关系可知 综上所示，所有粒子第一次到达x轴时横坐标的分布范围为 【小问3详解】 如图乙所示 粒子进入第一象限后在电场E1中做匀加速直线运动，设时间为t1，则有， 由几何关系，可知该粒子在磁场B2中做匀速圆周运动的圆心角为120°，对应时间为t2，则有， 由几何关系，可知该粒子进入电场E2时速度与x轴的夹角θ=60°，此后在电场E2中做类斜抛运动，再次回到x轴P点（横坐标为）的时间为，则有 第一次进入磁场B2时动能最大的粒子从进入第一象限到第二次到达x轴所用的时间为 15. 如图所示，轨道一为竖直平面内固定的光滑抛物线轨道，其方程为（其中y、x的单位均为m），轨道二为固定的竖直光滑轨道，其位置与轨道一的准线重合，A、B分别为穿在两轨道上的光滑圆环，B为质量不计的轻环，C为质量为mc=2kg的重物，D为位于轨道一焦点处的光滑定滑轮，将一轻绳一端系于B上，另一端穿过A跨过定滑轮D与C相连。先锁定A，使A、B、C均静止，此时AD连线与x轴正方向的夹角为60°，t=0时刻解除锁定，同时对圆环A施加一方向始终与轨道一相切的外力F，使得重物C恰好以v=2m/s的速度匀速上升。已知轨道和绳足够长，C始终在滑轮下方，取重力加速度为g=10m/s2。求： （1）若A的质量也忽略不计，则外力F的功率为多大； （2）t=6s时圆环A的速度大小； （3）若圆环A的质量mA=2kg，t=6s时撤去外力F，求当连接AC的细绳刚好变为竖直时A和C的速度大小。 【答案】（1）P=40W （2） （3）； 【解析】 【小问1详解】 对A、B、C整体分析，外力F做的功等于系统机械能的增加量，即C的重力势能增加量，故有：， 解得。 【小问2详解】 因B为轻环，故A沿轨道一向上运动时，AB段轻绳始终保持水平状态，根据抛物线的定义，始终有AB=AD 设的水平分量和竖直分量为vx1、vy1，则有， 初始时，由抛物线方程，有，又由几何关系可知 联立解得（另一解舍去） 当t=6s时 此时A的横坐标为 由抛物线方程，可得纵坐标（另一解舍去） 此时，取一段时间微元，圆环A的横纵坐标变化量分别为、，则有：， 整理可得： 等号两边同时除以时间微元，有 当时，有，，即 又因时，，故有 ，变形可得 代入解得 合成可得 【小问3详解】 由第（2）问可知，时，圆环A所处位置的坐标为（9m，6m），分析可知撤去外力F后A、B、C先向上运动，速度减为0后向下运动，整个过程只有重力做功，当连接AC的细绳刚好变为竖直时圆环A所处位置的坐标为（1m，2m）， 同理可得 ，， A、C下降的高度分别为 ， 由动能定理得 联立解得： ， 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025年湘西州高中理科知识竞赛试卷 物理 注意事项： 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．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，将本试题卷和答题卡一并交回。 4．本试卷考试时间75分钟，试卷满分100分。 一、单选题（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. 根据宇宙大爆炸理论，138亿年前，宇宙中的全部物质都以中子的形式存在于温度和密度极高的“奇点”之中。爆炸时，中子经衰变转变成质子；随着宇宙温度降低，质子和中子聚变形成氘核；宇宙温度持续降低，此时将有更多的氘被合成，从而使氦以及其他一些轻元素的系列合成反应成为可能。根据以上材料，下列说法正确的是（　　） A. 中子衰变转变成质子的过程，属于衰变 B. 随着温度降低，中子的半衰期将变长 C. 质子和中子组成氘核的核反应方程为 D. 氘核形成氦核的过程属于裂变反应 2. 钓鱼是一项深受广大群众喜爱的休闲活动，已知鱼竿可视为轻质弹性杆，鱼竿中任意部位所受的外力均可分解为沿竿身的切向张力和垂直于竿身的径向张力，如图甲所示。某次钓鱼时鱼竿的状态如图乙所示，鱼竿在a、b、c、d处的切线与水平方向的夹角分别为60°、0°、30°和45°，此时悬挂着质量为m的鱼且鱼线呈竖直状态，鱼竿每个部位所能承受的最大径向应力相同，已知径向应力越大鱼竿越容易断裂，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　） A. a处最容易断裂 B. b处所受的切向张力为mg C. c处所受的径向应力为 D. d处所受的切向张力为 3. 如图所示，相距2L的A、B两处分别固定两个点电荷Q1、Q2，其中Q1=Q。已知O为A、B连线上一点，CO⊥AB，，，C处有一质量为m、电荷量为+q的带电微粒，其重力不计。给带电微粒一个初速度，使其以O点为圆心在垂直于AB连线的竖直平面内作匀速圆周运动。已知静电力常量为k，则下列说法正确的是（　　） A. Q1、Q2均为正电荷 B. C. 仅考虑Q1、Q2产生的电场，则O点的电场强度和电势均大于C点 D. 带电微粒的角速度大小为 4. 为了增添氛围，在公园的水池底部往往会装上氛围灯，若水池底部（同一水平面）装上不同颜色的点光源，则在水面会形成大小不同的圆形光斑，若水池底部装上线状光源，则在水面会形成棒状光斑。已知一个装满水的足够大水池深度为h=1.5米，其底部装了不同颜色的灯泡（均可视为点光源），a灯泡在水面形成的圆形光斑的半径为R=2米，b灯泡在水面形成的圆形光斑的半径明显小于2米，则下列说法错误的是（　　） A. 水对a光的折射率为1.25 B. a光在水中的传播速度大于b光 C. 若用三条长度均为6m的a光源制成的细直灯管围成等边三角形装在该水池底部，则其在水面形成的光斑中心会出现三角形阴影区 D. 若用四条长度均为2m的a光源制成的细直灯管围成一个正方形装在该水池底部，则其在水面形成的光斑面积为 5. 如图甲所示，在xOy平面内有两个横波波源S1、S2，波源S1位于坐标（0，6m）处，波源S2位于x轴的正半轴上（图中未画出），两波源振幅均为10cm，频率均为0.5Hz。波源S1的振动图像如图乙所示，以垂直纸面向外为z轴的正方向，t=1s时波源S2从平衡位置开始垂直纸面向外起振做简谐运动，两波源形成的机械波向四周传播，已知介质为均匀介质。t=3s时两波源发出的最远的波峰在点A（5m，2.25m）处相遇，且此时两波源发出的最远的波峰仅有一个交点，则下列说法正确的是（　　） A. 波源S2的坐标为（6m，0） B. 波的传播速度为2.5m/s C. 坐标原点处为振动减弱点 D. 在线段S1S2上（含端点）有5个振动加强点 6. 如图所示，固定在水平面上的光滑斜面倾角为\theta，斜面底端有一垂直于斜面的固定挡板，质量分别为m1、m2的A、B两物块（可视为质点）系于劲度系数为k的轻弹簧两端置于斜面上。先对物块B施加一平行斜面向下的压力F（大小未知），使整个系统保持静止。某时刻撤去压力F，物块B沿斜面向上运动，当物块B运动到最高点时，物块A恰好没有离开挡板。已知弹簧始终处于弹性限度内，弹簧弹性势能的表达式为（x为形变量），重力加速度g，则下列说法正确的是（　　） A. 压力F的大小为 B. 挡板对A的最大支持力为 C. 弹簧的最大弹性势能为 D. 物块B的最大动能为 二、多选题（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. 作为“国家名片”，中国高铁如今在世界范围内处于领先水平，短短三十年间以自主技术创新突破全球壁垒，其发展历程凝聚着中国科学家群体的智慧与担当。高铁本身是不带能源的，因此只能由电力牵引供电系统提供，且高铁速度越快，耗电量也越大，其供电系统可简化为下图所示。首先从电网引入电压为U1=220kV的变交电流到牵引变电所，通过理想变压器1将电压降到U2=25kV，最后动力车厢内的理想变压器2再把电压降到U4供动力系统使用。已知当高铁受电弓与牵引变电所之间导线上的电阻为r=5Ω，高铁时速为250km/h时，动力车厢每小时耗电量为4800度（1度=1kW·h），动力系统的电流为I4=400A．则下列说法正确的是（　　） A. 电网和架空线上的电流之比为 B. 理想变压器2的原副线圈匝数比为 C. 当r=5，高铁时速为250km/h时，r的功率为200kW D. 当高铁加速后（设r=5不变），r的功率将增大 8. 卫星与地心的连线和地面的交点称为星下点（如图甲所示），由于地球的自转和卫星绕地球运动，星下点的位置会不断发生变化，形成星下点轨迹。A、B为两个绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，绕行方向与地球自转方向相同，且轨道均低于同步卫星轨道，其星下点轨迹图分别为图乙、图丙，已知两卫星星下点轨迹的最大纬度均为南北纬30°，地球半径为R，自转周期为T0，取同步卫星轨道半径为6R，则下列说法正确的是（　　） A. 卫星A的周期为 B. 两卫星的角速度之比为 C. 两卫星的轨道半径之比为 D. 卫星A的向心加速度为 9. 如图所示，若考虑到空气阻力的影响，将重物（可视为质点）斜向上以一定的初速度抛出后，其运动轨迹不再是抛物线，而是一条弹道曲线。在某次军事训练中，将一炮弹（可视为质点）以初速度v0沿与水平方向成夹角斜向上发射，其落点d与与发射点O在同一水平面上，a、b、c为其运动轨迹上的三个点，a、c位于同一高度，b为轨迹的最高点。已知炮弹运动过程中所受空气阻力方向始终与速度方向相反，大小为f阻=kv（k为常数），炮弹的水平射程为s，从O运动到b所用时间为t1，从b运动到d所用时间为t2，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A. B. 炮弹上升的最大高度为 C. a、c两点水平分速度大小不等，竖直分速度大小相等 D. 从O到d炮弹克服空气阻力做功为 10. 如图所示，水平面内的光滑金属导轨AB、CD、EF、GH均相互平行且足够长，转角处均为直角，已知AB与CD的间距为2L，EF与GH的间距为L，整个区域内存在竖直向下的匀强磁场，BD左侧区域的磁感应强度为B1=B，右侧区域的磁感应强度为B2，电容器的电容为C，质量均为m的金属棒a、b接入电路部分的电阻均为R，轨道的电阻忽略不计，初始时，断开开关S2，闭合开关S1，现给金属棒a一水平向右的初速度v0，当其速度达到某一稳定值后，断开开关S1，同时闭合开关S2，经过一段时间后，金属棒a、b的速度再次达到稳定。金属棒a、b在运动过程中始终与导轨接触良好且与导轨的AC边保持平行，则下列说法中正确的有（　　） A. 金属棒a第一次达到稳定速度前，做匀减速运动 B. 金属棒a第一次达到稳定速度时，电容器两端的电压为 C. 闭合开关S2后，若金属棒a、b运动过程中系统动量守恒，则有 D. 若金属棒a、b最终能共速，则其共同速度为 三、实验题（本题每空2分，共16分） 11. 某实验小组利用如图所示的装置来验证动量守恒定律。实验时先将质量为m1的小球A从弧形槽上某点由静止释放，小球A离开弧形槽后落在斜面上的P点；然后将质量为m2的小球B放于弧形槽末端，使其保持静止，再将小球A从弧形槽上由静止释放，两小球发生碰撞后分别落在斜面上的M、N两点，已知斜面与弧形槽末端相接于O点。空气阻力可忽略不计。 （1）关于该实验，下列说法正确的是（　　） A. 两次释放小球A的位置应相同 B. 弧形槽末端既可以水平也可以倾斜 C. 两小球质量关系应满足m1>m2 D. 实验时应测出斜面倾角 （2）某次实验测得OM、OP、ON的长度分别为L1、L2、L3，则当满足___________（结果用m1、m2、L1、L2、L3表示）时，可验证两小球碰撞时系统动量守恒；若该碰撞为弹性碰撞，且，则___________。 12. 如图甲所示，某同学用压敏电阻设计了一个测量压力大小的电路。压敏电阻的阻值RV与所受压力大小的对应关系如图乙所示，当压力F在0～100N范围内时，其图线为直线。实验时先测量F=0时压敏电阻的阻值R0，再测出不同压力下的电流值，在电流表相应刻度处标记对应的压力值。主要器材如下： 压敏电阻RV 电源E（电动势E=12V，内阻不计） 电流表G1（最大量程15.0mA，内阻） 电流表G2（最大量程50.0mA，内阻约为） 定值电阻， 滑动变阻器R1（最大量程） 开关S1、S2及导线若干 （1）为了尽量准确测量压敏电阻的电阻值，开关S2右端应与_________点连接。（选填“A”或“B”） （2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1，当电流表G2示数为42.0mA时，电流表G1示数为12.0mA，可知R0=_________Ω。此时滑动变阻器R1的滑片在_________（选填“正中间”、“中间偏左”、“中间偏右”） （3）断开开关S2，继续调节滑动变阻器R1，当滑片刚好滑到最右端时，电流表G2达到满偏，满偏电流刻度处标记F=0.则G2的内阻Rg2=_________Ω。保持滑动变阻器R1阻值不变，改变压力F，当电流表G2的指针指在刻度盘正中间时，此时的压力F=_________N。（最后一空结果保留三位有效数字） 四、解答题（共40分，须写出相应步骤及必要的文字说明，只写结果不给分） 13. 物理课堂上，老师给同学们表演了一个“瓶子吞鸡蛋”的“魔术”。如图所示，老师先将一个透明的广口玻璃瓶（瓶口内切面竖直）静置于桌面上，把一直径（短轴）略大于瓶口的去壳熟鸡蛋放于瓶口，在不损坏鸡蛋的情况下，无论如何用力鸡蛋都无法进入瓶内。然后，老师取下鸡蛋，往瓶中装满热水，再将热水倒掉，把鸡蛋放于瓶口，静置一会儿后只见鸡蛋缓慢“钻”进瓶内。已知瓶口直径为，鸡蛋质量为m=50g，大气压强为，环境温度为（始终不变），重力加速度为，当鸡蛋缓慢进入瓶内时，瓶对鸡蛋竖直向上的合力为F=9mg。（最终计算结果均保留整数） （1）若老师往瓶内装入热水后刚放上鸡蛋时瓶内空气的温度为，求鸡蛋刚开始缓慢进入瓶内时，瓶内空气的温度t2； （2）冷却至室温后，若要取出鸡蛋，也很简单，只需将瓶口竖直朝下，鸡蛋在重力作用下会紧贴瓶口，此时鸡蛋长轴刚好竖直，对瓶身加热，不一会儿鸡蛋就自己滑落出来了，已知鸡蛋滑落出来时瓶对鸡蛋的作用力与进入时相同。求鸡蛋刚好滑落出来时瓶内空气的温度t3。 14. 如图所示，在平面坐标系中，圆形区域内及第一象限右下侧整个区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度均为B（具体值未知）；第一象限左上侧整个区域内及x轴下方整个区域内存在平行于纸面的匀强电场，电场强度的大小均为E（具体值未知），E1的方向水平向右，E2的方向竖直向上，E1和B2的分界线与x轴夹角为45°。坐标处有一粒子发射源S，可以发射质量为m、电荷量为+q的粒子，射出的粒子速度大小均为v0，方向与x轴夹角为范围内，且所有粒子均垂直于y轴进入第一象限，当粒子第一次进入磁场B2后，动能最大的粒子的轨道半径为2R，粒子所受的重力及粒子间的相互作用忽略不计。求： （1）磁感应强度B的大小； （2）所有粒子第一次到达x轴时横坐标的分布范围； （3）第一次进入磁场B2时动能最大的粒子从进入第一象限到第二次到达x轴所用的时间t。 15. 如图所示，轨道一为竖直平面内固定的光滑抛物线轨道，其方程为（其中y、x的单位均为m），轨道二为固定的竖直光滑轨道，其位置与轨道一的准线重合，A、B分别为穿在两轨道上的光滑圆环，B为质量不计的轻环，C为质量为mc=2kg的重物，D为位于轨道一焦点处的光滑定滑轮，将一轻绳一端系于B上，另一端穿过A跨过定滑轮D与C相连。先锁定A，使A、B、C均静止，此时AD连线与x轴正方向的夹角为60°，t=0时刻解除锁定，同时对圆环A施加一方向始终与轨道一相切的外力F，使得重物C恰好以v=2m/s的速度匀速上升。已知轨道和绳足够长，C始终在滑轮下方，取重力加速度为g=10m/s2。求： （1）若A的质量也忽略不计，则外力F的功率为多大； （2）t=6s时圆环A的速度大小； （3）若圆环A的质量mA=2kg，t=6s时撤去外力F，求当连接AC的细绳刚好变为竖直时A和C的速度大小。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $