2023-2024学年安徽省滁州市定远县育才学校高三（上）开学摸底检测物理试题(含解析)

2023-2024学年定远县育才学校高三（上）开学摸底检测试卷物理试题
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
1. 一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点、、，则 ( )
A. 此刻的加速度最小
B. 此刻的速度最小
C. 若波沿轴正方向传播，此刻向轴正方向运动
D. 若波沿轴负方向传播，比先回到平衡位置
2. 水平推力和分别作用于水平面上质量相等的、两物体上，作用一段时间后撤去推力，物体将继续运动一段时间后停下，两物体的图像分别如图中、所示，图中。则( )
A. 两物体受到的摩擦力大小相等 B. 两物体受到的摩擦力大小不等
C. 的冲量大于的冲量 D. 的冲量等于的冲量
3. 一列简谐横波沿轴正方向传播，波速为。时刻波形如图所示，且波刚传到点。下列说法正确的是( )
A. 波源振动的频率
B. 质点起振方向沿轴负方向
C. 在内，质点运动通过的路程为
D. 时，平衡位置在处的质点将运动到处
4. 如图所示，通电直导线和闭合矩形线圈在同一平面内，现让矩形线圈绕轴转动到虚线框位置，则( )
A. 转动过程中穿过线圈平面的磁通量先变小后变大
B. 初、末两个状态穿过线圈的磁通量一样
C. 如果直接将线圈平移到虚线位置，穿过线圈的磁通量与绕转动时一样
D. 如果让线圈以通电导线为轴转动，穿过线圈平面的磁通量变大
5. 如图所示是一种理想变压器的铭牌，根据上面标示的信息，以下判断正确的是( )
A. 这是一个升压变压器
B. 原线圈的匝数与副线圈的匝数之比为
C. 当原线圈输入交流电压时，副线圈输出直流电压
D. 当原线圈输入交流电压时，只要副线圈构成回路，则其电流一定为
6. 如图甲所示，矩形导线框放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度随时间变化的图象如图乙所示。设时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在时间内，选项图中能正确反映线框边所受的安培力随时间变化的图象是规定边所受的安培力向左为正( )
A. B.
C. D.
7. 如图甲所示，弹簧振子以点为平衡位置，在、两点间做简谐运动。取向右为正方向，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是( )
A. 在时，振子位于点
B. 从到时间内，振子的动能逐渐增大
C. 在与两个时刻，振子的速度方向相反
D. 在时，振子正在向左运动且速度最大
二、多选题（本大题共3小题，共18.0分）
8. 如图所示，有一圆形区域磁场边界无磁场，磁场方向垂直圆面向里，现有一带电荷量为、质量为、速度大小相同的粒子源位于点，可以沿圆面向磁场内各个方向射入磁场。已知磁场的磁感应强度大小为，所有粒子射出磁场边界的位置均处于某一段弧长为圆周长六分之一圆弧上，不计粒子的重力，则此粒子速度的大小和所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是 ( )
A. 粒子的速度大小为
B. 粒子的速度大小为
C. 所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是
D. 所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是
9. 如图所示，滑块、静止在粗糙水平面上，一根轻弹簧一端与滑块相连，另一端固定在墙上，弹簧处于原长。现使滑块以初速度向右运动，与滑块发生碰撞碰撞时间极短，碰后两滑块一起向右压缩弹簧至最短，然后在弹簧弹力作用下两滑块向左运动，两滑块分离后，最终都静止在水平面上。已知滑块、的质量分别为和，两滑块与平面间的动摩擦因数相同，下列说法中正确的是( )
A. 两滑块发生碰撞的过程中，其动量守恒，机械能不守恒
B. 两滑块分离时，弹簧一定处于原长
C. 滑块最终一定停在出发点左侧的某一位置
D. 整个过程中，两滑块克服摩擦力做功的和小于
10. 如图甲所示电路中，把开关扳到，电源对电容器充电，待充电完华。把开关扳到，电容器与带铁芯的线圈组成的振荡电路中产生振荡电流，电流传感器能实时显示流过电容器的电流，电流向下流过传感器的方向为正方向。振荡电路做等幅振荡，损耗的能量由电源通过电子器件未画出补充。如图乙所示的、、、是某同学绘制的四种电流随时间变化的图像，下列说法正确的是( )
A. 扳到时电流如图线所示，扳到时电流如图线所示
B. 扳到时电流如图线所示，扳到时电流如图线所示
C. 换用电动势更大的电源，振荡电流的周期将变大
D. 拔出线圈的铁芯，振荡电流的频率将升高
三、实验题（本大题共2小题，共14.0分）
11. 小红做“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验，装置如图甲所示，双缝到屏的距离为，双缝间的距离为。
测得图乙中、位置条纹间的距离为，则光的波长___________用、、表示。
在不改变滤光片、双缝间距的情况下，若想增加从目镜中观察到的条纹个数，写出实验操作方法___________。
12. 在用单摆测量重力加速度的实验中：
单摆振动的回复力是___ 。
A.摆球所受的重力
B.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力
C.摆线对摆球的拉力
D.摆球重力在垂直摆线方向上的分力
小张同学在实验室用力传感器对单摆振动过程进行测量，如图所示为力传感器连接的计算机屏幕所显示的图像，已知单摆摆长，从时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为________，当地重力加速度为________。
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
13. 现要检测一块工业半球形玻璃砖的折射率。半球形玻璃砖的截面如图所示，是半球形玻璃砖的球心，是其中心轴，已知玻璃砖的半径，两束与中心轴平行的相同检测光、射入半球形玻璃砖，当光与中心轴的距离时，光从玻璃砖上点射出，出射光线与中心轴交于点，当光与中心轴距离时，光在玻璃砖右侧恰好发生全反射，求
玻璃砖对检测光的折射率；
点与点间的距离。取
14. 如图，左侧为一对平行金属板，平行金属板长度 ，极板间距也为 ，两金属板间电压为 ，上极板带正电荷。现有一质量为、电荷量为的负电荷从左侧中点处，以初速度沿平行于极板方向射入，然后进入右侧匀强磁场中。匀强磁场紧邻电场，宽度为 ，匀强磁场上下足够长，方向垂直纸面向里，磁感应强度不计粒子重力，不计电场、磁场的边缘效应。试求：
带电粒子射出金属板时速度的大小、方向；
带电粒子在磁场中运动的时间以及从匀强磁场射出时的位置。
15. 电磁弹射在电磁炮、航天器、舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用，图所示为电磁弹射的示意图。为了研究问题方便，将其简化为如图所示的模型俯视图。发射轨道被简化为两个固定在水平面上、间距为且相互平行的金属导轨，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场中。发射轨道的左端为充电电路，已知电源的电动势为，电容器的电容为。子弹载体被简化为一根质量为、长度也为的金属导体棒，其电阻为。金属导体棒垂直放置于平行金属导轨上。忽略一切摩擦阻力以及导轨和导线的电阻。

发射前，将开关接，先对电容器进行充电。
求电容器充电结束时所带的电荷量
充电过程中电容器两极板间的电压随电容器所带电荷量发生变化。请在图中画出图像并借助图像求出稳定后电容器储存的能量。
电容器充电结束后，将开关接，电容器通过导体棒放电，导体棒由静止开始运动，导体棒离开导轨时发射结束。电容器所释放的能量不能完全转化为金属导体棒的动能，将导体棒离开导轨时的动能与电容器所释放能量的比值定义为能量转化效率。若某次发射结束时，电容器的带电荷量减小为充电结束时的一半，不计放电电流带来的磁场影响，求这次发射过程中的能量转化效率。
答案和解析
1.【答案】
【解析】本题考查机械波的波动图像．波形图的横轴相当于简谐横波的平衡位置，质点在波峰或波谷处的速度为零，加速度最大，由题图可知质点此时处于波峰，其加速度最大，故A错误；质点在平衡位置处的加速度为零，速度最大，由题图可知质点此时处于平衡位置，其速度最大，故B错误；若波沿轴正方向传播，根据“上坡下，下坡上”的原则，此刻质点处于该波形图的“下坡”应向上振动，即此刻向轴正方向运动，故C正确；若波沿轴负方向传播，此刻向下振动，向上振动，由于比距轴远，所以比先回到平衡位置，故D错误．
2.【答案】
【解析】
【分析】
图像的斜率表示加速度，结合牛顿第二定律分析摩擦力的大小；根据动量定理分析整个过程可比较和的冲量。
【解答】
．图像的斜率表示加速度，根据题意可知，与平行，说明推力撤去后两物体的加速度相同，而撤去推力后物体的合力等于摩擦力，质量又相等，根据牛顿第二定律可知，两物体受到的摩擦力大小相等，选项A正确，B错误；
根据动量定理，对整个过程研究得，，由图看出，则有，即的冲量小于的冲量，选项CD错误。
故选A。

3.【答案】
【解析】
【分析】
由图得到波长，即可根据波速求得周期；根据波的传播方向得到质点开始振动方向；根据质点振动方程求质点位移；质点不会随波逐流。
机械振动问题中，一般根据振动图像或质点振动得到周期、质点振动方向；再根据波形图像得到波长和波的传播方向，从而得到波速及质点振动，进而根据周期得到路程。
【解答】
A.根据图像可知，波的波长 ，根据，解得，周期，A错误；
B.根据同侧法，可知波沿轴正方向传播，则质点的振动方向是沿轴正方向，则质点起振方向沿轴正方向，B错误；
C.根据，质点的振动方程为，在内，质点为位移，通过的路程为，C正确；
D.平衡位置在处的质点只能在平衡位置振动不能移动，D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了磁通量；对于非匀强磁场中线圈的磁通量，可以根据磁感线的条数，确定如何变化。对于匀强磁场，可以根据公式判断磁通量如何变化。
根据磁通量的物理意义：穿过磁场中某一面积的磁感线的条数，然后结合通电直导线的磁场的分布情况分析磁通量的变化情况。
【解答】
A.通电直导线的磁场的分布特点是绕导线的一簇同心圆，靠近导线处的磁场强；线圈转动过程中线圈平面与磁场之间的夹角在的过程中的磁通量先变小，线圈平面与磁场之间的夹角在的过程中磁通量变大，故A正确；
B.磁通量有方向，初末两个状态穿过线圈的磁通量方向相反，是不一样的，故B错误；
C.如果直接将线圈平移到虚线位置，穿过线圈的磁通量与绕转动时方向是相反的，故C错误；
D.如果让线圈以通电导线为轴转动时，由于通电直导线的磁场的分布特点是绕导线的一簇同心圆，所以线框平面始终与磁场的方向垂直，线框中的磁通量不发生变化，故D错误。
5.【答案】
【解析】
【分析】本题考查了变压器的构造和原理；解答本题的关键是知道理想变压器的电压之比等于匝数之比，。
变压器是根据磁通量的变化来工作的，故变压器的原、副线圈上的电压都为交流电压，而原副线圈的电压比等于匝数比。
【解答】根据铭牌上所提供的信息可知：变压器的输入电压为，输出电压为，该变压器为降压变压器，根据变压比可知，原线圈的匝数与副线圈的匝数之比为：，故A错误，B正确；
C.变压器的工作原理是电磁感应，故变压器的原、副线圈上的电压都为交流电压，故C错误；
D.副线圈输出电压一定，当负载不同时，电流不同，故D错误。
故选B。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题的是有关电磁感应图像的问题，根据楞次定律和法拉第电磁感应定律，判断出感应电流的方向和大小，再根据左手定则判断出边所受的安培力，再由安培力大小，即可求解。解决本题的关键掌握法拉第电磁感应定律求感应电动势、感应电流的大小，会用楞次定律判断感应电流的方向。本题要求学生能正确理解图的含义，才能准确的利用楞次定律、左手定律等进行判定；解题时要特别注意，，，虽然磁场的方向发生了变化，但因其变化为连续的，故产生的电流一定是相同的。
【解答】
内，磁场正向减小又反向增大，由楞次定律可知回路中的电流方向为顺时针方向，由左手定则可知边所受的安培力先向左后向右；又由法拉第电磁感应定律可知内线圈中产生的感应电动势：，由于磁场均匀变化，故感应电动势为定值，电流大小、方向恒定不变，由安培力表达式可知，由于磁感应强度先减后增，故安培力先减后增，且先正向后反向；
同理内，磁场反向减小又正向增大，由于感应电动势不变，回路中电流大小不变，方向为逆时针，故由安培力表达式可知安培力先向左后向右，大小先减小后反向增大，故C正确，ABD错误。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查弹簧振子和振动图像，弹簧振子做简谐运动，对运动过程中位移、速度、加速度、能量的变化情况要熟练掌握。
【解答】
A.由图乙知，在时，振子的位移为负向最大，振子位于点，故A错误；
B.从到时间内，振子的位移越来越大，速度越来越小，则动能逐渐减小，势能逐渐增大，故B错误；
C.在时，振子向正方向运动，在时，振子也在向正方向运动，即这两个时刻，振子的速度方向相同，故C错误；
D.在时，振子正在通过平衡位置向负方向运动，即振子正在向左运动，此时势能最小，动能最大，即速度最大，故D正确。
故选D。

8.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动；对于带电粒子在磁场中的运动情况分析，一般是确定圆心位置，根据几何关系求半径，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量；根据周期公式结合轨迹对应的圆心角求时间。
根据粒子出射范围得到粒子做圆周运动的轨道半径，从而由洛伦兹力做向心力求得速度大小；根据运动轨迹得到转过的最大角度，从而根据周期求得最长运动时间。
【解答】
假设粒子带正电，粒子射出磁场边界的位置距离点最远的位置到点的距离为粒子运动轨迹的直径，如图所示：
；
有
根据洛伦兹力做向心力可得
所以，粒子速度大小，故A正确，B错误；
粒子在磁场中运动时间最长对应粒子在磁场中运动做完整的圆周运动，故粒子在磁场中运动最长的时间，故C错误，D正确。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了动量守恒定律的应用，考查了动量守恒与机械能守恒的条件，分析清楚物体运动过程是解题的前提与关键，解题时要注意讨论：两滑块它们与水平面间的动摩擦因数是否相等，否则可能会出错。
系统所受合外力为零系统动量守恒，只有重力或弹力做功系统机械能守恒；
当、间弹力为零时它们分离，应用牛顿第二定律求出弹簧的形变量，然后分析答题；
由能量守恒定律分析判断最终停止位置与出发点间的关系，应用能量守恒定律分析克服摩擦力做功多少。
【解答】
A.两滑块碰撞过程系统内力远大于外力，系统动量守恒，两者碰撞后一起运动，碰撞不是弹性碰撞，碰撞过程机械能有损失，碰撞过程机械能不守恒，故A正确；
B.当、间弹力为零时两滑块分离，分离前瞬间它们的加速度相等，由牛顿第二定律，对：；
对：；解得：；
由题意知，帮，即弹簧处于原长状态，故B正确；
C.两滑块碰撞后在运动过程中要克服摩擦力做功，机械能减小，当回到两球碰撞位置时的速度大小一定小于碰撞前的速度大小，停止时的位置一定在其出发点的右侧，故C错误；
D.由于两滑块分离后继续向左做减速运动，当停止时弹簧处于伸长状态，在整个过程中，的机械能转化为弹簧的弹性势能与内能，由能量守恒定律可知：，；则两滑块克服摩擦力做功之和小于，故D正确。
10.【答案】
【解析】
【分析】振荡电路中，电容器放电过程是电场能向磁能转化，电流从正极板流出且逐渐增大；由振荡电路的周期公式分析周期与频率。
本题考查电容器的充电、振荡电路。振荡电路的振荡过程从能量转化的角度入手比较容易；振荡电流的周期由振荡电路本身决定，与外部因素无关。
【解答】扳到时电源给电容器充电，电流沿正向逐渐减小，图线符合，扳到时产生振荡电流，时刻电流为零，前半个周期电容器先逆时针放电再逆时针充电，电流方向为负，图线符合，A正确，B错误；
C.由振荡电流的周期可知周期与电动势无关，C错误；
D.振荡电流的频率为，拔出线圈的铁芯，线圈自感系数减小，频率将升高，D正确。
故选AD。

11.【答案】；
将屏向靠近双缝的方向移动
【解析】
【分析】
本题为双缝干涉实验，实验原理为条纹间距公式。
【解答】
根据题意，由图乙可知，相邻条纹间距为
由公式可得，光的波长为；
根据题意可知，想增加从目镜中观察到的条纹个数，即让相邻条纹间距变小，由公式可知，由于不改变滤光片、双缝间距，则减小屏到双缝间的距离，将屏向靠近双缝的方向移动。

12.【答案】；
；
【解析】
【分析】
本题考查“单摆测量重力加速度”的实验。
单摆振动的回复力是重力的切向分力；
单摆摆动到最低点时，绳子拉力最大，根据图像可得单摆周期，根据单摆的周期公式即可求重力加速度。
【解答】
单摆振动的回复力是摆球重力在垂直摆线方向上的分力，故D正确，ABC错误；
摆到最低点时速度最大，绳上拉力最大，故从时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为，
两次拉力最小最大的时间间隔为半个周期，可知，
根据单摆的周期公式，
代入数据可解得重力加速度为
13.【答案】由题意知，当光与中心轴距离时，发生全反射，
根据几何关系有
解得
由题意，光光路图如图所示
光从点射出，其入射角，由
解得折射角
在中，，，根据正弦定理有
解得

【解析】光在玻璃砖右侧恰好发生全反射，可求出玻璃砖对检测光的折射率。
根据折射定律和几何关系可求出距离。
14.【答案】【小题】带电粒子在电场中受电场力
粒子沿平行于极板方向射入做类平抛运动，设粒子射出金属板时速度的大小、方向与水平方向夹角为，则有
，
又，，
联立解得
，，
【小题】粒子进入磁场做圆周运动，则有洛伦兹力提供向心力：
，
解得：
因，，磁场宽度为，则由几何关系可知：粒子恰好从上极板向右延长线与磁场右边界交点处射出，如图所示
又
所以带电粒子在磁场中运动时间


【解析】 略
略
15.【答案】解：、电容器充电完毕后，电容器两端的电压等于电源的电动势，所以电容器的带电量：
、根据电容器的定义式：
所以：，电压与电量成正比，所以画出的图线如图：
充电的过程中克服电场力做的功：
所以图线与横坐标围成的面积即为电容器储存的能量，有：
设从电容器开始放电至导体棒离开轨道时的时间为，放电的电荷量为，平均电流为，导体棒离开轨道时的速度为
以导体棒为研究对象，根据动量定理
根据电流定义可知，
根据题意有
联立以上各式解得
导体棒离开轨道时的动能
电容器释放的能量
联立解得能量转化效率。
答：求电容器充电结束时所带的电荷量为；
如图所示；稳定后电容器储存的能量为。
这次发射过程中的能量转化效率为。
【解析】、根据即可求出求电容器充电结束时所带的电荷量；
结合电容的定义式即可画出电压随电容器所带电荷量变化的图象；根据电势能的定义，然后借助图象求出稳定后电容器储存的能量；
根据求出电容器的放电电量，然后结合动量定理即可求出求解速度，再根据能量关系进行求解。
本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，解答的关键是由电路的串联关系先求出电容器两端的电压，再求出电子所受的电场力与导体棒最大速度之间的关系。
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