安徽省滁州市定远县育才学校2022-2023学年高三下学期开学考试物理试题（Word版含答案）

定远县育才学校2022-2023学年高三下学期开学考试
物理
一、单选题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
1. 质量为的物块在光滑的水平面上受到水平拉力的作用，从静止开始做匀加速直线运动，计时开始的图像如甲所示，图像如图乙所示，据图像的特点与信息分析，下列说法正确的是( )
A. 图乙的斜率是图甲的斜率的倍 B. 水平拉力为
C. 前的中点时刻的速度为 D. 前中点位置的速度为
2. 质量为的小球，用和两根轻绳吊着，两轻绳与水平天花板的夹角分别为和，这时绳的拉力大小为，若烧断绳，当小球运动到最低点时，绳的拉力大小为，则等于( )
A. B. C. D.
3. 如图，质量为的小车静止在光滑的水平面上，小车段是半径为的四分之一光滑圆弧轨道，段是长为的水平粗糙轨道，两段轨道相切于点，一质量为的滑块在小车上从点静止开始沿轨道滑下，然后滑入轨道，最后恰好停在点。已知小车质量，滑块与轨道间的动摩擦因数为，重力加速度为。则( )
A. 全程滑块水平方向相对地面的位移
B. 全程小车相对地面的位移大小
C. 滑块 运动过程中的最大速度
D. 、、 三者之间的关系为
4. 如图所示，一均匀带正电圆环水平放置，环心为点，一带正电的小球从点正下方的点以某一初速度向上抛出，并穿过带电环，取点为坐标原点，竖直向上为正方向，取无限远处电势为零，关于小球从到过程中，加速度、重力势能、机械能、电势能电随位置变化的图象可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
5. 随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在骑车的各个系统中。其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情景简化如图所示，被测量转子的齿轮具有磁性每次经过霍尔元件时，都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的
B. 若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷
C. 在其它条件不变的情况下，霍尔元件的厚度越大，产生的霍尔电压越高
D. 若转速表显示，转子上齿数为个，则霍尔传感器每分钟输出个脉冲信号
6. 如图所示为远距离输电示意图，其中、为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻，灯、相同且阻值不变。现保持变压器的输入电压不变，滑片位置不变，当开关断开时，灯正常发光。则下列说法正确的是( )
A. 仅闭合开关，灯会变亮 B. 仅闭合开关，消耗的功率会变大
C. 仅将滑片下移，消耗的功率会变小 D. 仅将滑片上移，电流表示数会变大
二、多选题（本大题共4小题，每小题4分，共16分。全部选对的4分，选对但不全对的得2 分，有选错的得0分。）
7. 如图甲所示，用三颗同步卫星就可以实现全球通信。图乙是发射地球同步卫星的轨道示意图，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，然后经点火使其沿椭圆轨道Ⅱ运行，最后再次点火将卫星送入同步圆轨道Ⅲ，轨道Ⅰ、Ⅱ相切于点，轨道Ⅱ、Ⅲ相切于点。下列说法正确的是
A. 卫星在轨道Ⅲ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能
B. 卫星在轨道Ⅲ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期
C. 卫星在轨道Ⅱ上经过点时的速度小于在轨道Ⅰ上经过点时的速度
D. 卫星在轨道Ⅲ上经过点时的加速度等于它在轨道Ⅱ上经过点时的加速度
8. 如图所示，、两物块通过跨过轻质定滑轮的不可伸长的轻质细绳相连，物块穿在固定的光滑竖直杆上，物块、通过轻质弹簧相连，静止在地面上。初始时，用手托住，使连接的细绳水平伸直，此时细绳恰好无拉力，、质量均为，释放物块，当沿竖直杆滑至最低点时，连接的细绳与水平方向夹角为，且对地面恰好无压力，竖直杆与定滑轮的间距为忽略定滑轮的大小，重力加速度为，，，下列说法正确的是( )
A. 刚释放时，的加速度为
B. 物块的质量为
C. 弹簧的劲度系数为
D. 当物块下滑至连接的细绳与水平方向夹角为时，物块、的速度大小关系为
9. 如图甲所示，是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框，金属线框的质量为，电阻为在金属线框的下方有一匀强磁场区域，和是匀强磁场区域的水平边界，并与线框的边平行，磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从上方某一高度处由静止开始下落，如图乙是金属线框由开始下落到刚好运动到匀强磁场边界的图象，图中数据均为已知量。重力加速度为，不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A. 金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿方向
B. 磁场的磁感应强度为
C. 金属线框在一的时间内所产生的热量为
D. 和之间的距离为
10. 磁悬浮列车是高速低耗交通工具，如图甲所示，它的驱动系统简化为如图乙所示的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为，匝数为，总电阻为水平面内平行长直导轨间存在磁感应强度均为、方向交互相反、边长均为的正方形组合匀强磁场。当磁场以速度匀速向右移动时，可驱动停在轨道上的列车，则( )
A. 图示时刻线框中感应电流沿顺时针方向
B. 列车运动的方向与磁场移动的方向相反
C. 列车速度为时线框中的感应电动势大小为
D. 列车速度为时线框受到的安培力大小为
三、实验题（本大题共2小题，共15分）
11. （6分） 某同学设计了如图所示的实验装置来“探究甲物块的加速度与其所受合力的关系”．
按如上图所示连接好实验装置
将物块甲靠近打点计时器，先接通电源，再同时释放物块甲与乙，打出一条纸带，同时记录力传感器的读数。要使甲拖动纸带向上运动，则两物块的质量必须满足 _____ 填“”，“”，“”
某次实验中打出的纸带如下图所示。在纸带上取、、、、共个相邻的计时点，测出各点间的距离分别为 ，打点计时器打点周期为，则纸带加速度______________用字母 表示
改变_______物块质量填“甲”或“乙”重复步骤，记录每次力传感器的示数，并计算出对应该次纸带的加速度大小
以力传感器示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出如下图所示的图，不计轻质滑轮质量及摩擦。可得出甲物块的质量________用字母，表示乙物块质量越大，力传感器的示数越大，其最大值趋近于________用字母表示
12. （9分）卡塔尔世界杯开幕前一个月，由中国电建承建的阿尔卡萨兆瓦光伏电站顺利投产，为卡塔尔世界杯提供强劲的绿色能源。某物理小组对光伏发电很感兴趣，利用图所示电路对光伏电池的伏安特性进行了探究，图中定值电阻，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表。
实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合电键，调节滑动变阻器的阻值。通过测量得到该电池两端电压随电流变化如图中曲线所示。可知该电池内阻随电流增大而________选填“增大”“减小”或“不变”，电池的电动势大小为________结果保留三位有效数字。某时刻电压表示数如图所示，读数为________，由图像可知，此时电池的内阻为________；
实验二：换另一光源照射，重复上述实验，测得关系如图中曲线所示。若在“实验一”中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为，则在“实验二”中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为________计算结果保留两位有效数字。
四、计算题（本大题共4小题，共45分）
13. （9分）如图所示，在离地面高处以的速度竖直向上抛出一个可视为质点的小球，地面上有一长的小车，其前端距离抛出点的正下方，小球抛出的同时，小车由静止开始向右做匀加速直线运动。已知小球落地前最后内下落的高度为，忽略空气阻力及小车的高度，重力加速度取。
求小球从最高点下落到地面的时间及抛出点离地面的高度；
当小车末端到达抛出点正下方时，便立即做加速度大小恒为，方向与此时速度方向相反的匀变速直线运动，为了让小车接住小球，试确定的取值范围。
14. （10分）如图所示，质量、带电量的球用长度的不可伸长的绝缘轻线悬吊在点，点右侧有竖直向下的匀强电场，场强质量不带电的球静止在光滑水平轨道上，右侧紧贴着压缩并锁定的轻质弹簧，弹簧右端与固定挡板连接，弹性势能为现将球拉至左边与圆心等高处释放，将弹簧解除锁定，球离开弹簧后，恰好与第一次运动到最低点的球相碰，并结合为一整体，同时撤去水平轨道．、、均可视为质点，线始终未被拉断，求：
碰撞过程中球对球做的功；
碰后第一次离开电场时的速度；
每次离开最高点时，电场立即消失，到达最低点时，电场又重新恢复，不考虑电场瞬间变化产生的影响，求每次离开电场前瞬间绳子受到的拉力．
15. （12分） 如图所示，空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场，已知左侧匀强电场的场强大小为、方向水平向右，其宽度为；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外；右侧匀强磁场的磁感应强度大小也为、方向垂直纸面向里．一个带正电的粒子质量为、电荷量为，不计重力从电场左边缘点由静止开始运动，穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到了点，然后重复上述运动过程．求：
中间磁场区域的宽度．
带电粒子从点开始运动到第一次回到点时所用的时间．
16.（14分） 如图甲所示，相距的两根足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置，与水平面夹角，导轨电阻不计，质量、电阻为的导体棒垂直于导轨放置，导轨的两端接在外电路上，定值电阻阻值，电容器的电容，电容器的耐压值足够大，导轨所在平面内有垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场。在开关闭合、断开的状态下将导体棒由静止释放，导体棒的图象如图乙所示，，，取重力加速度。
求磁场的磁感应强度大小；
在开关闭合、断开的状态下，当导体棒下滑的距离时，定值电阻产生的焦耳热为，此时导体棒的速度与加速度分别是多大？
若导体棒电阻为零，其它条件不变，现在开关断开、闭合的状态下，由静止释放导体棒，求经过时导体棒的速度大小。
答案和解析
1. 【解析】根据匀变速直线运动规律可得，变形可得，而，
故图乙的斜率为，图甲的斜率为，图乙的斜率是图甲的斜率的倍
可知图像的斜率为
解得物块的加速度为
根据牛顿第二定律可知，故AB错误；
C.由图像可知，当时，物块的速度为
根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，前的中点时刻的速度为，故C正确；
D.前物块通过的位移为
前中点位置的速度为，故D错误。
2. 【解析】烧断水平细线前，小球处于平衡状态，合力为零，
根据几何关系得：；
烧断水平细线，设小球摆到最低点时速度为，绳长为小球摆到最低点的过程中，由机械能守恒定律得：
在最低点，有
联立解得；
故F：等于：，故D正确，ABC错误。故选D。
3.
【解析】、设全程小车相对地面的位移大小为，则滑块水平方向相对地面的位移大小。
由水平动量守恒得：，即，结合，解得，，故A错误，B正确。
C、滑块刚滑到点时速度最大，由动量守恒定律和机械能守恒分别得：，联立解得，故C错误。
D、对整个过程，由动量守恒定律得：，得，由能量守恒定律得，得，故D错误。故选：。
4. 【解析】A、圆环中心场强为零，无限远处场强也为零，则从无穷远到圆环中心的过程中，场强先增大后减小，由于没有给出点的具体位置，因此从到，电场强度可能先增大后减小，由于电场力的方向与重力的方向相同，根据牛顿第二定律，可得加速度先增大，后减小，且方向向下，为负值；
从到，电场强度先增大后减小，由于电场力的方向与重力的方向相反，根据牛顿第二定律，可能先减小到零为负值，然后反向正向增加，到达电场力最大的位置时，加速度正向最大，过了这一位置，加速度又开始减小，电场强度不是均匀变化的，因此图像不是直线，可能正确；
B、上升过程重力势能应该增大才对，故B错误；
C、电场力做的功等于机械能的变化量，故E图像的切线斜率表示电场力，结合选项分析可知电场力可能先增大后减小，也可能一直减小，而点以下图像的切线斜率一直增大，矛盾，故C错误；
D、电场力做功量度电势能的变化，故电图像的切线斜率表示电场力，结合选项分析可知D错误。故选A。
5. 【解析】A. 载流子受磁场力而偏转，故A错误；
B. 由左手定则可判断出载流子受力向前端偏转，若前端电势变低，意味着载流子带负电，故B正确；
C. 霍尔电压，越大，越小，故C错误；
D. 每个轮齿经过，都会引发一次脉冲，则每分钟脉冲数量为个，故D错误。故选B。
6. 【解析】A.仅闭合开关，用户总功率变大，降压变压器副线圈电流变大，降压变压器原线圈电流变大，输电线损失的电压变大，升压变压器输出电压即输电电压不变，降压变压器输入电压减小，降压变压器输出电压减小，灯泡两端电压减少，灯泡实际功率减小，灯泡亮度变暗，故A错误；
B.由的分析可知，仅闭合开关，输电电流变大，即流过电阻的电流增大，消耗的功率变大，故B正确；
C.仅将滑片下移，升压变压器的输出电压变大，整个电路总电阻不变，流过的电流变大，电阻消耗的功率变大，故C错误；
D.仅将滑片上移，理想变压器的输出电压减少，电路中总电流减少，输电功率减小，理想变压器输入功率减少，理想变压器输入电压不变，则的输入电流减少，电流表示数会变小，故D错误。故选B。
7. 【解析】A、卫星从低轨道到高轨道需要点火加速，机械能变大；则卫星在轨道Ⅲ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能；故A正确；
B、根据开普勒第三定律可知，卫星在轨道Ⅲ上运行的周期大于在轨道Ⅱ上运行的周期，故B错误；
C、卫星从轨道Ⅰ变轨到到轨道Ⅱ上要加速使其做离心运动，则在轨道Ⅰ上的经过点时的速度小于它在轨道Ⅱ上经过点时的速度，故C错误；
D、根据牛顿第二定律和万有引力定律得：，所以卫星在轨道Ⅲ上经过点时的加速度等于它在轨道Ⅱ上经过点时的加速度，故D正确。
8. 【解析】A.刚释放时，只受重力，所以加速度为，故A正确
B.初始时弹簧被压缩，弹簧的弹力大小等于，当沿竖直杆滑至最低点时，弹簧被拉伸，弹簧的
弹力大小仍等于，所以初、末两状态弹簧形变量相等，弹簧的弹性势能相等，、、弹簧组成的系统中，从初态到末态只有重力做功，系统机械能守恒，，由几何关系知，，所以，故B错误
C.从初态到末态，物块上升的高度为，，解得，故C正确
D.当物块下滑至连接的细绳与水平方向夹角为时，由、沿绳方向的速度大小相等，可得，解得，故D错误。
9.
【解析】A.金属线框刚进入磁场时，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿方向，故A错误；
B.在金属框进入磁场的过程中，金属框所受安培力等于重力：
又
联立解得：，故B正确；
C.金属框在进入磁场过程中金属框产生的热为，重力对其做正功，安培力对其做负功，由能量守恒定律得：
金属框在磁场中的运动过程中金属框不产生感应电流，所以金属线框在一的时间内所产生的热量为
，故C正确；
D.由图象可知，金属框进入磁场过程中是做匀速直线运动，速度为，运动时间为所以金属框的边长：，和之间的距离要大于金属框的边长，故D错误。故选BC。
10.
【解析】A.线框相对磁场向左运动，由右手定则可知：感应电流沿顺时针方向，故A正确；
B.当磁场以速度匀速向右移动时，列车相对磁场向左，于是金属框中产生感应电流，根据右手定则和左手定则判断得知：列车左、右两边受到安培力方向向右，可驱动停在轨道上的列车，故B错误；
C.由于前后两个边产生的电磁感应顺次相加，根据电磁感应定律可知：列车速度为时线框中的感应电动势：，故C错误；
D.列车速度为时线框受到的安培力，故D正确。
故选AD
11. ； ； 乙 ； ，
【解析】要使甲拖动纸带向上运动，则两物块的质量必须满足，才能使甲物体向上运动，满足实验条件；
纸带上，两段所用时间相等，由匀变速直线运动的推论可得：

本实验探究甲物块的加速度与其所受合力的关系，要保证甲物块的质量不变，改变乙物块的质量就可改变甲物块所受的合力，进行多次实验；
对甲物块，根据牛顿第二定律有：，又，解得：，
可知图线的斜率，解得： ；
对甲乙整体分析，根据牛顿第二定律得：，
解得：，
设力传感器示数为，对甲物体由牛顿第二定律得：，
解得：，故当乙物块质量越大时，越来越小，故而最大值趋近于
由图象可知，轴截距，故F最大值趋近于
12.增大；；；；
。
【解析】由图像可知，因图像的斜率等于电源的内阻，斜率在不断增大，可知电池内阻在不断增大；由图像可知，图像与纵轴的截距值为电池的电动势，可得：；由图可读数得：；
由图中读出，此时电路中的电流为，可得此时电源的内阻：
；
由图像可知，当 时，，
由欧姆定律得：
代入数据得：， ；
则在实验二中，滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻为，
将此电阻的线画在此电源的图像中，直线与的交点为电路的工作点，如图：
此时，则滑动变阻器消耗的电功率为：。
13.解：设小球从最高点下落到地面所用的时间为，最大高度为，根据位移时间公式得：
代入数据解得：，
小球从抛出到最高点的时间为
小球从抛出点到最高点的位移为
则抛出点离地面的高度
设小车车尾到达抛出点正下方的时间为，根据位移时间公式得：
代入数据解得：
小车车尾到达抛出点正下方时速度为
若小车车尾刚好回到抛出点正下方，则
代入数据解得：
若小车车头刚好回到抛出点正下方，则
代入数据解得：
加速度的范围是
答：小球从最高点下落到地面的时间为，抛出点离地面的高度为；
为了让小车接住小球，加速度的取值范围为 。
14.解：由动能定理得：碰前的速度：，解得：，
碰前的速度：，解得：，
A、碰撞后结合为一体，规定水平向右为正，
则由动量守恒得：，解得：
所以由功能关系得对所做的功；
碰后，整体受到电场力：，结合后的重力为：，
因，则小球做类平抛运动，
水平方向上的位移：，
竖直方向上：，
其中，
而，
解得：，，
刚好在圆心等高处绳子拉直，设此时向上的速度为，
设小球运动到最高点速度为，
由动能定理得：，
解得：；
设小球从最高点运动到最低点时的速度为得：，解得： ，
由，
可知，所以小球能一直做圆周运动，
设经过最高点次数为，
，
，
解得：，其中 ，，

15.解：电场中加速过程，根据动能定理，有：
解得：；
粒子在两磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有：
故；
画出粒子的运动轨迹，如图所示，三段圆弧的圆心构成的三角形是等边三角形，边长为；
故中间磁场的宽度为：；
粒子在电场中做匀变速直线运动，加速阶段由运动学公式
可得：
在中间磁场中所用时间；
在右侧磁场中的运动时间
则。
答：中间磁场区域的宽度为；
带电粒子从点开始运动到第一次回到点时所用的时间为。
16.解：由题图乙可知，导体棒的最大速度；
对应的感应电动势；
感应电流；
当速度达到最大时，导体棒做匀速运动，导体棒受力平衡，有；
解得：。
导体棒和电阻串联，由公式可知：；
则导体棒产生的焦耳热；
导体棒下滑的距离，导体棒减少的重力势能转化为动能和回路中的焦耳热，由能量守恒定律有；
得导体棒的速度，；
此时感应电动势，
感应电流，
对导体棒有；
解得加速度。
开关断开、闭合时，任意时刻对导体棒，根据牛顿第二定律有；
感应电流，；
时间内，有，，
解得；
表明导体棒下滑过程中加速度不变，导体棒做匀加速直线运动，时导体棒的速度大小。