河北省沧州市2022-2023学年高三下学期期中考试物理试题（含解析）

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沧州市2022-2023学年高三下学期期中考试物
物理2023.4
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用2B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，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．如图所示为氢原子的能级图。大量处于能级的氢原子能级跃迁产生的光子照射某金属材料时，只有4种频率的光子能够使该金属材料发生光电效应，该金属材料的逸出功可能为（ ）
A．1.51eV B．2.51eV C．6.80eV D．10.20eV
2．如图所示为一含有理想变压器的电路，原线圈所接的正弦交变电压峰值为，灯泡L铭牌标有“24V 38.4W”字样，当电阻箱接入电路的阻值为3.75Ω时，灯泡L恰好正常发光，则理想变压器原线圈与副线圈的匝数之比为（ ）
A． B． C． D．
3．某质点沿x轴方向做匀变速直线运动，其位置坐标x随时间t变化的关系如图所示，则在0~4s内，下列说法正确的是（ ）
A．质点的加速度大小为 B．在时，质点的速度最大
C．在时，质点的速度大小为2m/s D．在0~4s内，质点的平均速度大小为2.5m/s
4．2022年11月30日，神舟十五号航天员顺利入驻中国空间站，与神舟十四号航天员“会师”太空，这是我国载人航天首次实现6名航天员同时在轨飞行的“新突破”。中国空间站和地球相关数据如下表，空间站绕地球的运动可视为匀速圆周运动，仅根据表中信息无法估算出（ ）
空间站的质量 180吨
空间站距地球表面的高度 400km
空间站轨道平面和赤道平面夹角 42°
地球的半径 6400km
地球表面的重力加速度大小
A．地球的质量 B．空间站的周期
C．空间站的线速度大小 D．地球与空间站间的万有引力大小
5．一小球在P点以15m/s的初速度斜向上抛出，抛出时的速度方向与水平方向的夹角为37°。小球飞行一段时间经过Q点，此时速度方向与抛出时的速度方向垂直。不计空气阻力，重力加速度g取，，，则小球从P点运动到Q点的时间为（ ）
A．3.0s B．2.5s C．2.4s D．1.8s
6．如图所示，某玻璃柱的横截面为四分之一圆，圆心为O，半径为R，折射率为．半径OA的中点为P，一细束单色光平行于横截面从P点以入射角射入该玻璃柱，光线经玻璃柱折射后从圆弧边AB上的Q点射出玻璃柱，设光线在Q点的折射角为，不考虑玻璃柱内的反射光线，则的数值为（ ）
A． B． C． D．
7．如图所示，真空中正方体的a、c、f三个顶点处固定着三个点电荷，电荷量均为。已知三个点电荷在顶点b处产生的电场强度矢量和的大小为，那么三个点电荷在h点处产生的电场强度矢量和的大小为（ ）
A． B． C． D．
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但选不全的得3分，有选错的得0分。
8．如图所示为一列简谐横波沿x轴方向传播的波形图，其中实线为时刻的波形图，虚线为时刻的波形图，已知简谐横波传播的速度大小，下列说法正确的是（ ）
A．该波沿x轴正方向传播
B．该波的周期为4s
C．在0~0.05s时间内，平衡位置处的质点运动的路程为10cm
D．在时刻，平衡位置处的质点沿y轴正方向运动
9．如图所示，固定光滑半圆形凹槽圆心为O，半径为R。质量为3m的小球A和质量为m的小球B用一长度为的轻杆相连后放置在凹槽中。对小球A施加一外力F，使连接两小球的轻杆刚好沿水平方向，重力加速度为g，两小球均可视为质点，下列说法正确的是（ ）
A．轻杆对小球A的作用力大小为
B．凹槽对小球B的作用力大小为
C．作用在小球A的外力F最小值为2mg
D．作用在小球A的外力F最小值为
10．如图所示，水平面内有两根足够长的光滑平行固定金属导轨，间距，右端接有的电容器，电容器初始不带电。导轨所在空间存在方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小。质量、长度、电阻不计的导体棒b垂直放置在导轨上。另一质量、长度的绝缘棒a以初速度匀速向右运动与导体棒b发生弹性正碰，且碰撞时间极短，两棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A．碰撞过程中绝缘棒a受到的冲量大小为
B．碰撞后瞬间导体棒b的速度大小为2.0m/s
C．导体棒b最终的速度大小为1.5m/s
D．电容器最终的带电量为1.5C
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
1．（6分）两个实验小组用如图甲所示的气垫导轨来探究“加速度与力、质量的关系”，气垫导轨自带的刻度尺能读出两个光电门之间的距离L，两个光电门可以测出遮光片经过光电门时的遮光时间。
（1）接通气源，将滑块放在气垫导轨上，并给滑块一个适当的初速度，发现滑块通过光电门1的时间总是大于通过光电门2的时间，则需要采取的操作是________。（填选项前的字母）
A．调节调平旋钮，将气垫导轨左端适当升高
B．调节调平旋钮，将气垫导轨右端适当升高
C．适当增大两个光电门之间的距离L
D．适当减小两个光电门之间的距离L
（2）正确完成（1）中的操作后，将一端拴接钩码的细线跨过定滑轮后拴接在滑块上，并将钩码的重力mg作为滑块受到的合外力，装置如图乙所示，图中明显的错误是________。
（3）用游标卡尺测量出遮光片的宽度d，测量结果如图丙所示，则遮光片的宽度________mm。
（4）纠正图乙中的错误后，让钩码拖动滑块先后通过两个光电门，测量出遮光片先后通过光电门2和光电门1的时间分别为、，则滑块的加速度大小的表达式为________（用题目中的物理量字母符号表示）。
12．（10分）某同学查阅资料发现二极管的实物图、电路符号以及二极管的正向伏安特性曲线如图甲所示，为了验证二极管的正向伏安特性，该同学在实验室找来电源、电流表、电压表、滑动变阻器R、二极管、开关和导线若干。
（1）该同学设计的实验电路图如图乙所示，为了描绘二极管的正向伏安特性曲线，电源a端应为电源的________（选填“正”或“负”）极；闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于________（选填“P”或“Q”）端。
（2）用笔画线代替导线，完成图丙实物图连线。
（3）闭合开关S，调节滑动变阻器滑片位置，测量多组电流值I和电压值U，并描绘二极管的正向伏安特性曲线如图丁所示，由图像可知，欧姆定律________（选填“适用”或“不适用”）二极管，在“死区电压”阶段二极管的阻值________（选填“非常大”或“几乎为零”），在正向电压时，二极管的阻值为________Ω（结果保留两位有效数字）。
（4）若将该规格的二极管与一个阻值为的定值电阻串联后接在一节电动势为、内阻不计的干电池上，如图戊所示，则稳定后二极管的实际功率为________W（结果保留两位有效数字）。
13．（10分）如图所示，竖直固定的汽缸由粗细不同的两部分组成，其中上部分的横截面积，下部分的横截面积，汽缸中有两个用轻质细杆相连的活塞，两个活塞将一定质量理想气体密封在汽缸内，两个活塞的总质量。初始时两个活塞静止，且到粗细两部分的拼接面MN的距离均为，汽缸内密封的气体的温度。外界大气压取，重力加速度g取，不计活塞与汽缸间的摩擦力。
（1）求初始时缸内气体的压强；
（2）若缓慢降低缸内气体的温度到，求稳定后缸内气体的压强。
14．（12分）如图所示，在平面直角坐标系xOy内且的区域存在垂直坐标平面的匀强磁场（图中未画出），在和的边界上分别放置一块垂直于y轴的金属挡板，粒子打在挡板上时即被吸收。在坐标原点O有一粒子源，可沿坐标平面各个方向发射速率均为的带电粒子，经磁场偏转后有一半的粒子被边界的挡板吸收，已知带电粒子的质量均为m，电荷量均为q，不计粒子重力及粒子间的相互作用，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）粒子在磁场区域内运动的最短时间和边界的挡板上能吸收粒子的区域长度。
15．（16分）如图所示，竖直平面内固定光滑的四分之一圆弧轨道AB，其圆心为O，半径，轨道末端B切线水平。光滑水平地面上有一质量的长木板贴紧圆弧轨道AB，木板上表面与轨道末端B等高，在木板右侧的地面上有一固定的挡板C，木板右端到挡板C的距离。一质量的小物块（可视为质点）从圆弧轨道A点正上方高度的P点由静止释放，恰好沿切线从A点滑入圆弧轨道，然后从B点离开圆弧轨道且无能量损失地滑上木板，已知小物块与木板之间的动摩擦因数，木板与挡板C的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短，小物块始终未滑离长木板，重力加速度g取，求：
（1）小物块滑到B点时，对圆弧轨道的压力大小；
（2）木板从开始运动到最终停止运动的总路程；
（3）木板的最小长度。
物理参考答案及评分标准2023.4
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．B
【解析】大量处于能级的氢原子能级跃迁后能产生6种频率的光子，能量从高到低依次为12.75eV、12.09eV、10.20eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV，其中只有光子能量大于该金属的逸出功才能发生光电效应，所以该金属的逸出功W满足的条件为，B正确。
2．D
【解析】灯泡L的额定电流为，灯泡L正常工作时，电阻箱分压为，所以副线圈两端的电压为，原线圈的电压的有效值为，所以原线圈和副线圈的匝数比，D正确。
3．C
【解析】时，质点的初始坐标为，设t时刻，质点的位置坐标为x，由匀变速直线运动的规律可知，时，位置坐标为9m，时，位置坐标为0，代入方程解得，，A错误，C正确；由运动学公式可知，在时，质点的速度为0，B错误；0~4s内质点的平均速度大小为，D错误。
4．A
【解析】由地球表面万有引力和重力关系可知，万有引力提供空间站做圆周运动的向心力，有，联立解得空间站的线速度大小为，周期为，地球与空间站间的万有引力为，由于万有引力常量G未知，所以无法求出地球的质量，A正确。
5．B
【解析】小球在P点抛出时，竖直向上的分速度大小为，水平速度大小为。由题意可知，小球经过Q点时，速度方向与水平方向的夹角为53°，小球的水平速度不变，所以小球经过Q点时，水平方向有，竖直向下的分速度大小为，解得，所以小球从P点运动到Q点的时间为，B正确。
6．A
【解析】设光线在P点的折射角为，在Q点的折射角为，由折射定理可知，解得，由正弦定理可知，解得，在Q点有，解得，A正确。
7．B
【解析】设正方体的棱长为r，则每个点电荷在b点产生的电场强度大小均为，根据电场叠加原理可知。顶点c处的点电荷在h点形成的电场强度大小为，方向沿ch方向，其在gh和dh方向上的分量均为，同理可知a处的点电荷在h点产生的电场强度在dh和eh方向上的分量，以及f处的点电荷在h点产生的电场强度在eh和gh上的分量均为，所以三个点电荷在h点形成的电场强度之和大小为，B正确。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但选不全的得3分，有选错的得0分。
8．AC
【解析】由图像可知该波的波长为，若该波沿x轴正方向传播，波速大小为（，1，2，3……），若传播方向沿x轴负方向，波速大小为（，1，2，3……），由题意可知，波速大小为1.0m/s，所以该波一定沿x轴正方向传播，A正确；由波速公式可知，，B错误；，所以平衡位置处的质点在0~0.05s时间内运动的路程为，C正确；时刻，波形如图中实线所示，该波沿x轴正方向传播，所以平衡位置的质点正沿y轴负方向运动，D错误。
9．AD
【解析】轻杆水平时，由几何关系可知，受力分析如图所示，对小球B受力分析可知凹槽对小球B的支持力大小为，B错误；轻杆对小球A、B的作用力大小，A正确；设小球A受到的重力和轻杆对小球A的作用力的合力为，其大小为，设其与水平方向的夹角为，则，解得，受力分析可知，当作用在小球A上的外力F方向与凹槽对小球A的支持力方向垂直向上时，外力F有最小值，D正确。
10．BC
【解析】以水平向右为正方向，由弹性正碰的规律可知绝缘棒a碰后的速度为，导体棒b碰后的速度大小为，由动量定理可知绝缘棒a受到的冲量大小为，A错误，B正确；设导体棒b最终的速度大小为，则导体棒b稳定时两端的电压大小为，电容器带电量为，从碰后瞬间到导体棒b速度稳定的过程中，由动量定理可知，电容器带电量等于流过导体棒的电荷量有，联立解得，，C正确，D错误。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11．（6分）（1）B（1分）
（2）滑轮与滑块之间的细线与导轨不平行（1分）
（3）3.00（2分）
（4）（2分）
【解析】（1）气垫导轨不需要平衡摩擦力，不加外力时，滑块应该在气垫导轨上匀速运动。滑块通过光电门1的时间总是大于通过光电门2的时间，说明滑块通过光电门1的速度小于通过光电门2时的速度，滑块从光电门2到光电门1在做减速运动，应将气垫导轨的右端调高或左端调低，B正确。
（2）钩码的重力作为滑块受到的合外力，拴接滑块的细线应该与气垫导轨平行。
（3）游标卡尺的读数为。
（4）滑块通过光电门2的速度大小为，通过光电门1的速度为，有运动学公式，联立解得。
12．（10分）（1）负（1分） Q（1分）
（2）（2分）
（3）不适用（1分） 非常大（1分） 40（2分）
（4）（也给分）（2分）
【解析】（1）研究二极管的正向伏安特性曲线，二极管的正极应该接高电势，负极接低电势，所以电源a端应为电源的负极；闭合开关前，为了保护电路，应该让分压电路的电压值为零，所以滑动变阻器的滑片应滑到Q端。
（2）连接电路如图所示。
（3）根据描绘的伏安特性曲线可知，二极管正向伏安特性曲线为非线性电阻，不适用欧姆定律；在“死区电压”阶段，二极管正向电压增大，但是电流值几乎为0，所以二极管在“死区电压”阶段阻值非常大；正向电压为0.8V时，电流为20mA，所以此时二极管的电阻为。
（4）将电池和定值电阻R看作一个电池，由闭合电路欧姆定律可知，在二极管的正向伏安特性曲线图中描绘出电流I和电源的路端电压U的变化关系曲线如图所示，可知此时二极管两端的电压为，电流为，所以二极管的实际功率为。
13．（10分）
解：（1）初始时，设密封气体的压强为，两活塞整体受力平衡有
（2分）
解得（2分）
（2）初始时，缸内气体的体积为（1分）
设气体温度降为的过程中，两活塞下降的距离刚好为L，此时缸内气体的体积为（1分）
该过程为等压变化，根据盖—吕萨克定律可知（1分）
解得（1分）
由于，所以气体温度从降到T的过程中，气体的体积不变，根据查理定律可知（1分）
解得（1分）
14．（12分）
解：（1）设粒子在磁场中运动的半径为r，由几何关系可知
粒子在磁场中运动的半径为（2分）
粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力（2分）
解得（1分）
（2）粒子在磁场中做圆周运动的周期为（2分）
粒子从y轴上位置离开磁场区域的粒子在磁场中运动的时间最短，由几何关系可知（1分）
所以粒子在磁场中运动的最短时间为（1分）
由几何关系，在的区域内，挡板上能吸收粒子的区域长度为（1分）
在的区域内，挡板上能吸收粒子的区域长度为（1分）
则边界的挡板上能吸收粒子的区域长度为（1分）
[若粒子旋转方向与图中相反，则为，为d，则边界的挡板上能吸收粒子的区域长度仍为]
15．（16分）
解：（1）小物块从P点运动到B点的过程，由动能定理可知（2分）
在B点合外力提供小物块做圆周运动的向心力有（2分）
解得
由牛顿第三定律可知，小物块对圆弧轨道的压力大小为（1分）
（2）设木板与挡板C碰撞前，小物块和木板已经共速，共速的速度大小为，由动量守恒定律可知（1分）
解得
小物块滑上木板后，木板的加速度大小为（1分）
设木板与挡板C碰撞前，木板一直加速，木板与挡板C碰撞前瞬间速度大小为，则有（1分）
由于，所以木板与挡板C碰撞前，小物块与木板已经共速，木板第一次碰撞挡板C的速度大小为，木板与挡板C第一次碰撞后，向左减速到速度为0运动的距离为
（1分）
然后向右匀加速运动直到与物块共速（1分）
由于，所以物块和木板会先共速，再以速度大小与挡板C发生第二次碰撞，碰后木板速度反向，大小不变，加速度不变，向左运动位移为（1分）
同理，可知木板和物块会再次共速，然后和挡板C发生碰撞反弹向左运动（1分）
……
木板的总路程……
解得（1分）
（3）木板与右侧挡板C的碰撞过程中没有机械能损失且碰撞时间极短可忽略，由动量守恒与机械能守恒可得，每次碰撞后，木板速度大小不变，方向反向。碰撞数次后小物块、木板最终均静止，物块相对木板一直向右运动，根据能量守恒有（2分）
解得木板的最短长度（1分）