湖南省怀化市第三高级中学2022-2023学年高三下学期期中考试物理试卷（含答案）

怀化市第三高级中学2022-2023学年高三下学期期中考试
物理试卷
一、单选题（每题4分，共24分）
1．在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学研究方法，如控制变量法、等效法、类比法、理想模型法、微元法等等，这些方法对我们学好物理有很大帮助。以下关于所用物理学研究方法的叙述中正确的是（　　）
A．在研究电场时，常用电场线来描述真实的电场，用的是微元法
B．在探究电阻与材料、长度和横截面积三者之间的关系时，应用了类比法
C．在电路中，用几个合适的小电阻串联来代替一个大电阻，这利用了控制变量法
D．在研究带电体时，满足一定条件可以把带电体看成点电荷，这利用了理想模型法
2．如图所示，竖直放置的轻弹簧下端固定，上端与物体A连接，物体A上方叠放物体B、C，三个物体的质量均为m，系统处于静止状态，弹簧处于弹性限度内，重力加速度大小为g。某时刻突然取走物体C，则（　　）
A．此瞬间B的加速度为0
B．此瞬间A对B的弹力大小为2mg
C．之后B可能脱离A
D．之后B对A弹力的最小值为
3．有一列沿x轴正方向传播的简谐横波，图甲是该简谐横波在时刻的部分波形图。时刻处的质点开始振动，该质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．波源的起振方向沿y轴正方向
B．该列波的波速为20m/s
C．该列波的周期为0.8s
D．该波遇到20cm的小孔时，不能发生明显的衍射现象
4．神舟十二号载人飞船与天和核心舱的对接过程示意图如下，天和核心舱处于半径为的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为的圆轨道Ⅰ，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与天和核心舱对接。则神舟十二号飞船（　　）。
A．在轨道I的A点加速可进入轨道Ⅱ，因此在轨道Ⅱ的运行速度始终大于在轨道Ⅰ的运行速度
B．沿轨道Ⅱ从A运动到对接点B过程中，速度不断增大
C．沿轨道Ⅱ运行的周期为
D．沿轨道Ⅰ运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期
5．如图所示为氢原子的能级示意图，大量处于n=4激发态的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射能量。下列说法正确的是（　　）
A．该过程会辐射出4种频率不同的光
B．从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光子动量最小
C．从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光最容易发生衍射现象
D．从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光照射逸出功为2.25eV的金属钾，产生的光电子最大初动能为10.50eV
6．如图，光滑杆和轻弹簧的一端均固定在点，小球A固定在轻弹簧的另一端，现使整个装置环绕竖直轴匀速转动，当角速度为时轻弹簧处于原长状态。则下列说法正确的是（　　）。
A．分别以不同的角速度转动，稳定时杆与小球间的作用力大小可能相同
B．角速度由逐渐增大，弹簧将对小球做负功，因此小球的机械能将减小
C．保持角速度为，仅增加小球的质量，稳定时弹簧将处于伸长状态
D．换质量不同的小球转动，若角速度为，稳定时弹簧仍为原长
二、多选题（每题5分，共25分）
7．某燃油汽车的电源（蓄电池）与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，则（ ）
电源两端电压减小
B．电源的输出功率减小
电源的效率减小
D．电源的总功率减小
8．下列说法中正确的是（　　）
A．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性
B．在完全失重的宇宙飞船中，水的表面仍存在表面张力
C．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
D．用气筒给自行车打气，越压缩越费劲，这是因为气体分子之间斥力变大
9．如图所示，在正三棱锥的顶点O处固定一负点电荷，、、分别是三条棱的中点。则下列说法正确的是（　　）
A．所在平面为等势面
B．点的电场强度大小是A点的4倍，且方向相同
C．将一正的试探电荷从点沿直线移到，再沿直线移到，静电力做功为0
D．若点电势为，则B点电势为
10．质量分别为、的A、B两物体连接在轻质弹簧两端，用轻质细线拴住A、B，弹簧被压缩，整体放置在光滑的水平面上处于静止状态。如图甲所示，若A靠在墙角，突然烧断细线，当弹簧恢复原长时，B的速度为v，如图乙所示，若A不靠在墙角，也突然烧断细线。规定水平向右为正方向，下列说法正确的是（　　）
A．烧断细线之前弹簧的弹性势能为
B．对甲图，烧断细线后当弹簧压缩量最大时，弹簧的弹性势能为
C．对乙图，烧断细线后当弹簧恢复原长时，A、B的动能之比
D．对乙图，烧断细线后当弹簧恢复原长时，A的动量为
11．如图所示，用金属制作的曲线导轨与水平导轨平滑连接，水平导轨宽轨部分间距为3L，有竖直向下的匀强磁场，窄轨部分间距为2L，有竖直向上的匀强磁场，两部分磁场磁感应强度大小均为B。质量均为m金属棒M、N垂直于导轨静止放置，现将金属棒M自曲线导轨上h高度处静止释放，两金属棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触，两棒接入电路中的电阻均为R，其余电阻不计，导轨足够长，M棒总在宽轨上运动，N棒总在窄轨上运动，不计所有摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．M棒刚进入磁场时N棒的加速度
B．N棒的最终速度大小
C．通过M棒的电量
D．N棒产生的热量
三、实验题（12分）
12．（6分）在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图1所示的装置。实验操作的主要步骤如下：
A．在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直
B．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A
C．将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B
D．再将木板水平向右平移同样距离x，让小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，在白纸上得到痕迹C
若测得，A、B间距离，B、C间距离，已知当地的重力加速度g取
（1）根据上述直接测量的量和已知的物理量可以计算出小球平抛的初速度______；
（2）关于该实验，下列说法中不正确的是______
A．斜槽轨道不一定光滑
B．每次释放小球的位置必须相同
C．每次小球均需由静止释放
D．小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h，再由机械能守恒求出
（3）另外一位同学根据测量出的不同x情况下的和，令，并描绘出了如图2所示的图像，若已知图线的斜率为k，则小球平抛的初速度大小与k的关系式为__________。
13．（6分）某同学利用图a电路测量量程为的电流表内阻（内阻大约为几十欧），可供选择的器材有：滑动变阻器（最大值50Ω），滑动变阻器（最大阻值5kΩ），电阻箱（最大值999.9Ω），电源（电动势6V，有内阻），电源（电动势30V，有内阻），开关1个，导线若干。实验步骤如下：
①按照a电路原理图连接电路；将图a中电阻箱阻值调为最大，将滑动变阻器的滑片移到最大阻值位置，闭合开关；
②调节滑动变阻器，使电流表指针偏转到满刻度；
③闭合开关，保持滑动变阻器的滑片位置不动，调节电阻箱，使电流表的示数为，记录电阻箱的阻值；
回答下列问题：
（1）实验步骤③中记录电阻箱的阻值为，若认为调节电阻箱时滑动变阻器中的电流不变，则电流表内阻的测量值为______。
（2）要求得到较高的实验精度，认为闭合开关调节电阻箱时滑动变阻器中的电流基本不变，以上备选器材中，滑动变阻器应选用______（填“R1”或“R2” ），电源应选用______填（“ E1”或“E2”）。
四、解答题（39分）
14．（10分）如图，内壁光滑且高为L的导热汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为S，质量为m的绝热活塞封闭一定量的理想气体。开始时，活塞被一根轻绳吊住，恰好位于卡口处且不与卡口挤压。现剪断轻绳，活塞再度平衡时汽缸内气体的长度变为。已知汽缸外界为恒温环境，大气压强为，重力加速度为g。求
（1）剪断轻绳前，绳子上的拉力为多大？
（2）若给汽缸涂上绝热材料后用电热丝对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢上升，若电热丝的电阻为R，加热时电流为I，经t时间活塞恰好回到卡口处，假设电阻的产热全部传给气体，则内能的变化量是多少？
15．（14分）如图所示，xOy坐标系中，第三象限存在沿x轴正向的匀强电场，第四象限与x轴和y轴相切的半径为R=0.2m的圆形区域内存在匀强磁场B1，磁感应强度B1=0.1T，方向垂直纸面向里，x轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场B2，磁感应强度B2=0.3T。在第三象限x=-40cm，y=-8cm至-36cm间存在粒子源，比荷k=108C/kg的相同带正电粒子由粒子源无初速度释放后进入电场，在电场中加速后进入圆形磁场，其中正对圆心入射的粒子经B1偏转后恰好以垂直于x轴的方向经切点P点进入磁场B2，带电粒子最终都打到放置在x轴上的收集板上。不计粒子的重力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
（1）第三象限中加速电场的电场强度E；
（2）收集板最小长度L；
（3）带电粒子在磁场B1、B2中运动的总时间范围（用含π的分数式表示）。
16．（15分）如图所示，长为的水平传送带以的速度逆时针匀速转动，紧靠传送带两端各静止一个质量为的物块B和C，在距传送带左端的水平面上放置一竖直固定挡板，物块与挡板碰撞后会被原速率弹回，右端有一倾角为且足够长的粗糙倾斜轨道de，斜面底端与传送带右端平滑连接。现从距斜面底端处由静止释放一质量的滑块A，一段时间后物块A与B发生弹性碰撞，碰撞时间忽略不计，碰撞后B滑上传送带，A被取走，已知物块B、C与传送带间的动摩擦因数，与水平面间的动摩擦因数，物块A与斜面间的动摩擦因数，物块间的碰撞都是弹性正碰，不计物块大小，g取。，。求：
（1）物块A从轨道滑下到底端与物块B碰前的速度；
（2）物块B与物块C第一次碰撞前，物块B在传送带上滑行过程中因摩擦产生的内能；
（3）整个过程中，物块B在传送带上滑行的总路程。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】A．在研究电场时，常用人为假设的电场线来描述真实的电场，这用的是假设法，故A错误；
B．在探究电阻与材料、长度和横截面积三者之间的关系时，应用了控制变量法，选项B错误；
C．在电路中，用几个合适的小电阻串联来代替一个大电阻，这利用了等效法，选项C错误；
D．在研究带电体时，满足一定条件可以把带电体看成点电荷，这利用了理想模型法，选项D正确。
故选D。
2．D
【详解】A．开始三个物体受力平衡，弹簧弹力大小为
取走C物体瞬间弹簧弹力不变，A、B整体受到的合力大小为
之后A、B一起做简谐运动，最大加速度为，故选项A错误；
B．取走C瞬间B受到的弹力大小
解得
选项B错误；
CD．当A、B运动到上方最大位移处时加速度a向下，大小为，B对A的弹力最小，对B物体有
解得
B不可能脱离A，选项C错误、D正确。
故选D。
3．B
【详解】A．各质点起振方向与波源起振方向相同，由图乙可知，处质点的起振方向沿y轴负方向，则波源起振方向沿y轴负方向，故A错误；
B．由图甲可知，该波的波长为
将时刻波的波形补充完整，由于波源起振方向沿y轴负方向，且此时波形并未传播到的位置，由此可知需要补充个波长的波形，即此时波前位置为
经过时间
波前传播到处，所以波速为
故B正确；
C．该波的周期
故C错误；
D．小孔的尺寸为20cm，比波长小，由发生明显衍射条件可知，能发生明显的衍射现象，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】A．飞船在轨道Ⅲ上经过B点的速度大于在轨道Ⅱ上经过B点的速度，而在轨道I上的速度大于在轨道Ⅲ上的速度，所以飞船在轨道I上的速度大于在轨道Ⅱ上经过B点的速度，故A错误；
B．沿轨道Ⅱ从A运动到对接点B过程中，万有引力做负功，速度不断减小，故B错误；
C．根据开普勒第三定律，有
解得
故C正确；
D．飞船绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有
解得
所以沿轨道Ⅰ运行的周期小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期，故D错误。
故选C。
5．D
【详解】A．一群处于激发态的氢原子在向低能级跃迁时，放出种光子频率，因为，所以这群氢原子能发出6种频率不同的光，A错误；
B．这群氢原子能发出6种频率不同的光，其中从n=4跃迁到n=1所发出的光子频率最高，
根据
其动量最大，B错误；
这群氢原子能发出6种频率不同的光，其中从n=4跃迁到n=1所发出的光子频率最高，根据
可知频率最高的光子，波长最短，最不容易发生衍射现象，C错误；
D．氢原子跃迁时产生的最大光子能量
根据光电效应方程知，产生的光电子最大初动能为
产生的光电子最大初动能为10.50eV，D正确。
故选D。
6．D
【详解】CD．令杆与竖直方向夹角为，当角速度为时，对球体有
则有
可知，换质量不同的小球转动，若角速度为，稳定时弹簧仍为原长，C错误，D正确；
B．角速度由逐渐增大，则所需向心力增大，假设弹簧仍然处于原长状态，根据上述可知，单独由杆的弹力与重力的合力已经不足以提供圆周运动的向心力，此时小球一定向上运动，弹簧处于拉伸状态，由杆的弹力、弹簧的拉力与重力的合力提供圆周运动的向心力，此时弹簧将对小球做负功，由于小球沿杆上升，则小球的重力势能增大，又由于角速度增大，轨道半径增大，则线速度增大，即动能增大，可知小球的机械能增大，B错误；
A．根据上述，角速度若增大，由于小球竖直方向合力为0，此时杆对小球弹力增大，若角速度由逐渐减小，则所需向心力减小，假设弹簧仍然处于原长状态，根据上述可知，杆的弹力与重力的合力已经大于圆周运动所需要的向心力，此时小球一定向下运动，弹簧处于压缩状态，由杆的弹力、弹簧的拉力与重力的合力提供圆周运动的向心力，由于小球竖直方向合力为0，此时杆对小球弹力减小，可知分别以不同的角速度转动，稳定时杆与小球间的作用力大小不可能相同，A错误。
故选D。
7．AC
【详解】A．开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，即车灯两端电压减小，即路端电压U变小，根据
电路的总电流I增大，选项A正确；
B．电源的输出功率
P出=IU
则由题目条件不能判断电源输出功率的变化，选项B错误；
C．根据
路端电压U变小，则电源的效率减小，选项C正确；
D．根据
电路的总电流I增大，电源的总功率P变大，选项D错误。
故选AC。
8．AB
【详解】A．液晶是一种特殊的物态，液晶具有液体的流动性，特殊液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故A正确；
B．液体表面层内分子较为稀疏，分子力表现为引力，故在完全失重的宇宙飞船中，水的表面依然存在表面张力，故B正确；
C．第二类永动机没有违反能量守恒定律，也没有违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；
D．气体分子之间的作用力可以忽略不计，用气筒给自行车打气，越压缩越费劲，这是因为车轮胎的内外压强差变大，故D错误。
故选AB。
9．BC
【详解】A．由于所在平面到顶点O处的距离不相等，由等势面的概念可知，所在平面不是等势面，故A错误；
B．由于点到O点的距离是点到O点的距离的，根据场强公式可知，点的电场强度大小是A点的4倍，方向相同都沿指向点，故B正确；
C．因为、、三点离顶点 O处的的距离相等，故三点处的电势均相等，由静电力做功特点可知，此过程静电力做功为0，故C正确；
D．因为离点电荷越近，场强越大，等差等势面越密集，则间电势差大于电势差；可知若点电势为，则B点电势小于，故D错误。
故选BC。
10．BD
【详解】A．根据能量守但定律可得，烧断细线之前弹簧的弹性势能为
故A错误；
B．对甲图，烧断细线后当A离开墙角后，系统的动量守恒，当弹簧压缩量最大时A、B达到共同速度，由动量守恒定律可得
由能量守恒定律可得弹簧的弹性势能为
联立解得
故B正确；
C．对乙图，烧断细线后系统的动量守恒且为0，则A、B的动量总是等大反向，当弹簧恢复原长时设A、B的动量大小均为p，由能量守恒定律可得
联立解得
故C错误；
D．由能量守恒定律可得
又
联立解得
又
联立解得
则A的动量为，故D正确。
故选BD。
11．AD
【详解】A．M棒在曲线导轨滑下过程，根据动能定理可得
M棒刚进入磁场时，回路电动势为
回路电流为
对N棒，根据牛顿第二定律可得
解得
故A正确；
BCD．两金属棒最终分别匀速直线运动，则有
，，
可得
分别对M、N应用动量定量，对M有
对N有
解得
、，
全过程能量守恒
且
解得
故BC错误，D正确。
故选AD。
12． 2 D
【详解】（1）[1]小球在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动，所以
解得
小球平抛的初速度为
（2）[2]ABC．实验中需要小球每次做平抛运动的轨迹相同，即从斜槽末端抛出时的初速度相同，所以每次释放小球的位置必须相同，且每次小球均需由静止释放，而斜槽轨道并不一定要光滑，故ABC正确；
D．由于斜槽不可能完全光滑，且存在空气阻力，所以不能由机械能守恒求解小球的初速度，故D错误。
本题选错误的，故选D。
（3）[3]根据（1）题分析可知
整理得
所以
解得
13． 60 R2 E2
【详解】（1）[1]由并联电路特点可知
可得电流表内阻的测量值为
（2）[2]闭合S2后，并联部分的电阻减小，总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律知，电路中的电流增大，为了使通过滑动变阻器的电流几乎不变，则开关S2闭合前后，电路中的变化要很小，因此滑动变阻器选择最大阻值较大的R2；
[3]为了保证电流表满偏，由
所以电源选择E2。
14．（1）；（2）
【详解】（1）设绳子剪断前气体压强为，体积为，绳子剪断后气体压强为，体积为，根据玻意耳定律
绳子剪断后，对活塞由平衡条件
联立解得
绳子剪断前，对活塞根据平衡条件
解得
（2）根据热力学第一定律
根据焦耳定律，可得气体吸收的热量
气体对外界做的功
联立解得
15．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）由几何关系，粒子在电场加速后进入中匀速圆周运动的半径
粒子在中圆周运动
对粒子在电场中运动由动能定理
解得
，
（2）粒子均将从P点进入磁场，粒子在中圆周运动
作出粒子源上下边界粒子的轨迹如图
由几何关系知
故，
则从粒子源下端进入再进入的粒子打在收集板最左端
垂直轴进入的粒子打在收集板最右端
所以收集板长度
（3）粒子进入时的位置越靠下，进入点与连线弦切角越大，在中运动时间越长，同时粒子在中的运动轨迹从劣弧向优弧变化，在中转过圆心角变大，因此粒子源上下边界入射的粒子在磁场中运动的时间即为边界时间情况由进入磁场粒子在磁场中运动时间最短
由进入磁场粒子在磁场中运动时间最长
粒子在磁场中运动时间
16．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）物块A在下滑到斜面底端的过程中，由动能定理得
代入数据可得
（2）A、B两物块发生弹性碰撞，设碰后A的速度为，B的速度为，根据动量守恒和机械能守恒可得
代入数据解得
物块B刚滑上传送带的速度小于传送带速度，物块B做匀加速运动，对物块B，根据牛顿第二定律可得
解得
设物块B经时间后，速度与传送带速度相等，向左运动的位移为，则有
，
物块B与传送带速度相等后一起与传送带做匀速运动，则共速前物块B与传送带发生的相对位移为
物块B与物块C第一次碰撞前，物块B在传送带上滑行过程中因摩擦产生的内能为
（3）物块B与物块C在传送带左端发生弹性碰撞，取向左为正方向，有
代入数据解得
，
由此可知，以后每次B与C相碰，速度都发生交换。对物块C，设来回运动了次，由动能定理可知
代入数据得
物块C第次返回至传送带左端时速度平方大小为，由运动学公式得
（，，）
物块B获得速度后在传送带上先向右做匀减速运动，后向左做匀加速运动，回到传送带左端时速度大小不变，物块B第次在传送带上来回一次运动的路程
（，，）
所以整个过程物块B在传送带上滑行的总路程
代入数据得