广东省部分中学2023-2024学年高二上学期12月联考物理试题（含答案）

广东省部分中学2023-2024学年高二上学期12月联考
物理试题
本试卷共8页，15题。全卷满分100分。考试用时75分钟。
注意事项：
1. 答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2. 选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3. 非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4. 考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
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. 若雨滴在空中下落过程中受到的空气阻力与速度的平方成正比，则雨滴下落过程中，速度v或加速度a随时间t变化的图像可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
2. 如图所示，有一总质量为M的缆车在缆绳的作用下静止在空中，缆车两边的缆绳与水平方向的夹角均为。已知重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A. 此时缆绳的拉力大小为2Mg
B. 此时缆绳的拉力大小为
C. 若两边的缆绳与水平方向的夹角增大，则缆绳上的拉力将减小
D. 若两边的缆绳与水平方向的夹角增大，则缆绳上的拉力不变
3. 如图所示为我国载人飞船登月的简化示意图，首先从地球表面发射飞船至地月转移轨道，飞船在P点被月球捕获后沿椭圆轨道①绕月球运动，然后在P点变轨后沿圆形轨道②运动，下列说法正确的是（ ）
A. 飞船进入地月转移轨道的发射速度大于第二宇宙速度
B. 飞船在轨道①上经过P点时的速度与在轨道②上经过P点时的速度大小相等
C. 飞船在轨道①上经过P点时的加速度与在轨道②上经过P点时的加速度相同
D. 飞船在轨道①上运行的周期与在轨道②上运行的周期相等
4. 如图所示，由于大气层带正电荷，与地球表面之间可以近似看成匀强电场，电场强度大小为100V/m，方向竖直向下。在有人站立的地方，由于人体是导体，与地面会形成一个等势面，致使空间的等势面有所变化，a、b、c、d是图中4个点，则下列说法正确的是（ ）
A. a、b、c三点的电场强度大小关系为
B. a点的电场强度大小等于100V/m
C. d点的电场强度方向水平向右
D. 若一带负电的粒子从高空射向地面，则其电势能将增大
5. 如图所示为某款石墨烯超级电容器，标有“350F，2.7V”字样，现用电动势为1.5V的电源对该电容器充电，下列说法正确的是（ ）
A. 电容器充电后所带电荷量为945C B. 电容器充电过程中，电流一直减小
C. 电容器充电过程中，电容一直增大 D. 电容器充电过程中，是将电场能转化为电能
6. 将一节五号干电池的负极放在强磁铁上，强磁铁产生磁场的磁感线如图所示。将一矩形金属框与该电池组成闭合回路，在安培力作用下，线框发生转动，这样就构成一台简易“电动机”，下列说法正确的是（ ）
A. 图中强磁铁下端为N极 B. 从上向下看，图中金属框将逆时针转动
C. 调转磁极，再次接入后金属框将反向转动 D. 电池消耗的电能全部转化为金属框的动能
7. 在磁流体发电机燃烧室产生的高温燃气中加入钠盐，电离后的钠盐经喷管加速被高速喷入发电通道，如图所示。若喷入发电通道的离子速度，发电通道处在磁感应强度大小为的匀强磁场中，发电通道的截面是边长为的正方形，长为，其内导电离子可视为均匀分布，等效电阻率为，在PQ段接上阻值为R的电阻，忽略边缘效应，则下列说法正确的是（ ）
A. 电阻R中的电流方向为从Q到P
B. 洛伦兹力对高温粒子做了正功
C. 当外接电阻为时，电压表的示数为1200V
D. 当外接电阻为时，发电机的输出功率最大
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，有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 如图所示为一款落锤冲击试验机，将重锤从不同高度落到样本（片、薄膜、制品）上，以检测其在不同温度、湿度、冲击能量下的性能表现。现将一质量为100kg的重锤从高度处由静止释放，重锤与样本冲击时间约为0.05s，然后以5m/s的速度反弹。已知重力加速度，空气阻力忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A. 与样本冲击过程，重锤的动量变化量大小为
B. 与样本冲击过程，重锤的动量变化量大小为
C. 重锤对样本的冲击力大小约为24000N
D. 重锤对样本的冲击力大小约为25000N
9. 如图所示，竖直放置的空心圆柱体的中心有一粒子源，粒子源可以在水平面内向各个方向发射比荷均为的完全相同的带正电粒子，速率均为。圆柱体上下面为金属板，分别接在电源两端，使板间有了电场，板间电场可视为竖直方向的匀强电场，圆柱体底面半径，高，除上下极板外，侧面均为荧光屏（包括边缘）。不考虑粒子重力以及粒子间的相互作用力，粒子打到荧光屏上后被荧光屏吸收，不考虑荧光屏吸收粒子后的电势变化。下列说法正确的是（ ）
A. 若上极板的电势高于下极板的电势，则粒子向上偏转做类平抛运动
B. 粒子在两极板间运动过程中电势能增大
C. 保持两极板间电压不变，若粒子都能打到荧光屏上，则打在荧光屏上的亮斑形成一圆形
D. 要使得所有粒子均打到荧光屏上，则上、下极板间的电势差不大于100V
10. 某同学利用手机物理工坊测量当地地磁场的磁感应强度，如图甲所示，以手机显示屏所在平面为xOy平面，在手机上建立直角坐标系，该同学测量时z轴始终保持竖直向上，手机xOy平面绕z轴匀速转动，手机显示出各轴磁场的实时数据（如图乙所示）。当外界磁场分量与坐标轴正方向相同时则显示正值，相反则显示负值，根据图像可推知（ ）
A. 图中时刻x轴正方向指向地球北方 B. 图中时刻y轴正方向指向地球南方
C. 通过z轴数据可知测量地在南半球 D. 时间内手机刚好绕z轴转动了一周
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11.（6分）
某兴趣小组利用一端固定有弹簧装置的长木板和两个由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑块甲、乙做“验证动量守恒定律”的实验。操作如下：
①将长木板放置在水平桌面上，在长木板一侧固定有刻度尺，弹簧右端原长所在位置与刻度尺零点对齐，记为O点；
②用天平测得甲、乙两个滑块的质量分别为、；
③不放滑块乙，用力推滑块甲压缩弹簧，记录下释放滑块甲时滑块甲左侧面所在位置P点，滑块甲沿长木板滑行，当速度减为零后静止在长木板上，记下滑块甲静止时其左侧面对应的刻度；
④把滑块乙放在长木板上O点位置，用力推滑块甲压缩弹簧直到滑块甲左侧与P点对齐；
⑤释放滑块甲，滑块甲与滑块乙在发生碰撞后最终均静止在长木板上，当两滑块静止后，分别记下滑块甲、乙左侧面对应的刻度和。
（1）若关系式______成立，则表明滑块甲、乙碰撞过程中动量守恒。
（2）为了防止滑块甲反弹，本实验要求滑块甲的质量______（填“大于”或“小于”）滑块乙的质量；同一组实验中，滑块甲由静止释放的位置______（填“需要”或“不需要”）相同。
（3）长木板______（填“需要”或“不需要”）必须水平放置。
12.（9分）
某同学想用实验室现有器材测量某款手机电池的电动势及其内阻，经上网查表知该款手机电池电动势为4V左右，内阻小于。实验室现有器材可供选择如下：
A. 电压表（量程为0~5V，内阻几千欧）
B. 电压表（量程为0~15V，内阻几万欧）
C. 电流表（量程为0~3A，内阻约为）
D. 电流表（量程为0~0.6A，内阻约为）
E. 滑动变阻器（最大阻值为）
F. 滑动变阻器（最大阻值为）
G. 定值电阻
H. 导线、开关若干
（1）为使实验数据尽量精确，电压表应选择______，电流表应选择______，滑动变阻器应选择______。（均填器材前面的字母序号）
（2）按图甲连接电路，实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显，其主要原因是______（填正确答案标号）。
A. 电压表的内阻太大 B. 电流表的内阻太小 C. 待测电池的内阻太小
（3）为了解决上述问题，该小组利用定值电阻对实验电路甲进行了改进，请用笔画线代替导线把图乙中器材未完成部分进行连线。
（4）经连接正确后，改变滑动变阻器，得出几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出图像，如图丙所示。根据图像可知，手机电池的电动势为______V，内阻为______。（结果均保留两位有效数字）
（5）考虑电表内阻的影响，该实验测得手机电池的电动势比真实值______（填“偏大”或“偏小”）。
13.（11分）
摩托车飞越表演是一项惊险刺激的运动。一架摩托车的最大功率为，该摩托车（含驾驶员）的质量为128kg，前进过程中受到的阻力为重力的0.2倍，如图所示。假设在一次飞越河流的表演中，摩托车以最大功率启动，行驶200m后达到最大速度，之后保持该速度匀速行驶，接着从平台上水平飞离，刚好落到对面的平台上，测得两岸平台高度差为5m。若飞越过程中不计空气阻力，摩托车可以看成质点，重力加速度。求：
（1）摩托车的最大行驶速度；
（2）水面宽度不超过多长；
（3）摩托车启动后行驶多少时间达到最大速度。
14.（13分）
如图所示为某次斯诺克比赛的场景，球桌上只剩下白球和黑球，分别静止在P、Q两袋连线的A、B两点处，且B点位于PQ连线的中点，A点位于PB连线的中点，P、Q两点间的距离为l。已知白球的质量为，黑球的质量为（），两球在桌面上滚动前进过程可视为匀减速直线运动，加速度大小为a。现给白球一瞬时初速度，速度方向沿AB方向并与黑球发生弹性碰撞，求：
（1）白球与黑球碰撞后的瞬间各自的速度大小；
（2）若要求黑球被碰撞之后能进入Q袋，且白球反弹后未能进入P袋，则初速度的大小范围应是多少？
15.（15分）
在电子技术的研究过程中，科研人员经常通过在适当的区域施加电场或磁场控制带电粒子的运动。如图所示，两个质量均为m、电荷量均为＋q的粒子甲和乙（不计重力），在电压相同的加速器中加速后同时从M、N两点水平进入圆心为O、半径为R的圆形区域Ⅰ，该区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，并都从区域Ⅰ最下端A点射出，后进入区域Ⅱ。已知M、N两点到圆心O所在水平线的距离均为，区域Ⅱ的两边界平行，其中上边界在A点与区域Ⅰ相切，宽度为。两粒子通过区域Ⅱ后，甲粒子进入区域Ⅳ，该区域有水平向右的匀强电场，乙粒子进入区域Ⅲ，该区域分布有磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，此后乙粒子垂直打到OA延长线上的PQ靶上的K点（未画出），甲粒子也恰好打到K点。
（1）求加速器的电压为多少；
（2）求两粒子经过A点时速度方向与竖直方向间的夹角、分别多大及两粒子先后经过A点的时间差；
（3）求K点到P点的距离及区域Ⅳ中电场的电场强度大小。
广东省部分中学2023-2024学年高二上学期12月联考
物理参考答案及解析
一、单项选择题
1. A 【解析】设空气阻力大小为，根据牛顿第二定律可得，则雨滴做加速度减小的加速运动，最终做匀速直线运动，故A项正确，B、C、D项错误。
2. C 【解析】设缆绳的拉力大小为T，根据共点力平衡有，可得此时缆绳的拉力大小为，故A、B项错误；由可知，若两边的缆绳与水平方向的夹角增大，则缆绳上的拉力将减小，故C项正确，D项错误。
3. C 【解析】飞船没有脱离地球引力的范围，则发射速度小于第二宇宙速度，故A项错误；飞船由轨道①变轨至轨道②要点火减速，则飞船在轨道①上经过P点时的速度大于在轨道②上经过P点时的速度，故B项错误；根据牛顿第二定律可得，解得，则飞船在轨道①上经过P点时的加速度与在轨道②上经过P点时的加速度相同，故C项正确；根据开普勒第三定律可知飞船在轨道①上运行的周期大于在轨道②上运行的周期，故D项错误。
4. D 【解析】由图可知，a、b、c三点的电场强度大小关系为，故A项错误；由图可知，a点与相邻两等势面的距离小于1m，电势差等于100V，根据可知a点的电场强度大于100V/m，故B项错误；根据电场强度方向垂直于等势面，可知d点的电场强度方向不沿水平方向，故C项错误；带负电的粒子在电势高的地方电势能小，则一带负电的粒子从高空射向地面，粒子的电势能增大，故D项正确。
5. B 【解析】电容器充电后所带的电荷量为，故A项错误；电容器充电过程中，随着两板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，故B项正确；电容器的电容由电容器本身的结构决定，与电容器是否带电无关，故电容器充电过程中电容保持不变，故C项错误；电容器充电过程中，是将电能转化为电场能，故D项错误。
6. C 【解析】根据磁场的磁感线分布可知强磁铁下端为S极，故A项错误；由于金属框下方的磁感应强度比上方的大，研究金属框下方的受力情况，根据左手定则可知从上向下看，图中金属框将顺时针转动，故B项错误；调转磁极，安培力方向将反向，故再次接入后金属框转动方向将改变，C项正确；电池消耗的电能一部分转化为金属框的动能，一部分转化为内能，故D项错误。
7. D 【解析】根据左手定则可知高温正离子受到向上的洛伦兹力作用向上偏转，负离子受到向下的洛伦兹力作用向下偏转，故上极极为正极，下极板为负极，因此电阻R中的电流方向为从P到Q，故A项错误；洛伦兹力方向始终与速度垂直，只改变速度的方向不改变大小，洛伦兹力永不做功，故B项错误；磁流体发电机的等效内阻为，离子在发电通道中匀速运动时，由可得磁流体发电机的电动势为，则流过电阻的电流为，则电压表的示数为，故C项错误；根据电源输出功率和外电路总电阻的关系可知，当外电路总电阻时发电机的输出功率最大，故D项正确。
二、多项选择题
8. BD 【解析】设重锤与样本冲击前的速度为，由可得，与样本冲击过程，重锤的动量变化量大小为，故A项错误，B项正确；以竖直向上为正方向，根据动量定理可得，解得，故C项错误，D项正确。
9. CD 【解析】粒子射出后，在电场中向下偏转做类平抛运动，故A项错误；粒子射出后在电场中运动过程中电场力做正功，电势能减小，B项错误；在相同电压下，粒子沿电场方向运动的距离相等，故打在荧光屏上的亮斑形成一圆形，C项正确；当粒子恰好打在荧光屏上（或下）边缘，由几何关系可知，水平方向满足，可得，竖直方向有，可得，对带正电的粒子受力分析可知，，可得，D项正确。
10. ABD 【解析】地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，在南半球，地磁场方向斜向上，竖直分量竖直向上，水平分量指向北方；在北半球，地磁场方向斜向下，竖直分量竖直向下，水平分量指向北方。由图中z轴数据为负，即磁场有竖直向下分量且基本保持不变，可知测量地在北半球，故C项错误；根据北半球地磁场保持水平分量为向北，因此当手机绕z轴转动过程，地磁场水平分量在x轴和y轴的分量，将出现正弦或余弦式的变化，图中时刻x轴正方向磁场数值达到最大，说明此时刻x轴正方向指向地球北方，A项正确；图中时刻y轴负方向磁场数值达到最大，说明时刻y轴正方向指向地球南方，B项正确；时间内x轴方向磁场变化刚好一个周期，说明时间内手机刚好绕z轴转动了一周，故D项正确。
三、非选择题
11.（1）（2分）
（2）大于（1分） 需要（1分）
（3）不需要（2分）
【解析】（1）若滑块A、B碰撞过程中动量守恒，则有，对滑块甲由动能定理可得，，可得滑块甲与滑块乙碰撞前和碰撞后的速度大小分别为，，对滑块乙由动能定理可得，可得滑块乙碰撞后的速度大小为，联立可得。
（2）为防止滑块甲与滑块乙碰后反弹，则滑块甲的质量必须大于滑块乙的质量；为保证滑块甲每次到达O点的初速度相同，则同一组实验中，滑块甲由静止释放的位置需要相同。
（3）因为两滑块的材料相同，表面的粗糙程度相同，则由牛顿第二定律可得，可得，可知无论长木板是否水平，则两滑块在长木板上运动的加速度都相同，滑块的速度仍和滑行距离的算术平方根成正比，所以长木板不需要必须水平放置。
12.（1）A（1分） D（1分） E（1分）
（2）C（1分）
（3）实物图如图所示（2分）
（4）3.9（1分） 0.30（1分）
（5）偏小（1分）
【解析】（1）该款手机电池电动势为3.7V左右，为了使电压表读数相对误差小，电压表应选择A；结合图丙给出的信息可知，电流表量程过大，故电流表应选择D；为了保证电路的安全和便于调节的原则，滑动变阻器应该选择E。
（2）电压表示数的变化范围比较小，原因是外电阻比电源内阻大得多，即干电池内阻较小，而与电压表内阻太大和电流表内阻太小无关，故C项正确。
（3）改进后的实验电路如图所示，实物图如答案图所示。
（4）设电池组的电动势为E，内阻为r，根据闭合电路欧姆定律有，变形得。结合图像可知，，则。
（5）由于电压表的分流作用，该实验测得手机电池的电动势比真实值偏小。
13.【解析】（1）摩托车以最大速度匀速行驶时有
（1分）
又（1分）
联立可得（2分）
（2）摩托车飞离平台后做平抛运动
竖直方向有（1分）
水平方向有（1分）
解得（2分）
则摩托车成功落到对面的平台上，故水面宽度不超过25m
（3）设摩托车启动后行驶时间后达到最大速度，此过程根据动能定理有
（2分）
解得（1分）
14.【解析】（1）设白球与黑球碰撞前的速度为，由运动学公式可得（1分）
设白球与黑球碰撞后的速度大小分别为、，白球和黑球发生弹性碰撞，由动量守恒定律可得
（2分）
由机械能守恒定律可得
（2分）
解得，
故白球与黑球碰撞之后，白球的速度大小为
（1分）
黑球的速度大小为（1分）
（2）碰后黑球能进入Q袋，则（2分）
碰后白球不能进入P袋，则（2分）
若要求黑球碰撞之后能进入Q袋，且白球反弹后不能进入P袋，则初速度的取值范围为
（2分）
15.【解析】（1）两粒子在加速器中加速过程，有
（1分）
作出甲、乙两粒子的运动轨迹，圆心分别为、，由几何关系可得、均为菱形，可知两粒子在区域Ⅰ中做圆周运动的轨道半径为R，由洛伦兹力提供向心力可得
（1分）
联立解得（1分）
（2）由几何关系得
，
可得，（2分）
两粒子在磁场中运动的周期（1分）
由几何关系可知甲、乙两粒子在区域Ⅰ中的运动轨迹所对圆心角分别为、
因此它们从射入到离开区域Ⅰ所用时间分别为，（1分）
两粒子先后经过A点的时间差（1分）
联立可得（1分）
（3）如图所示，作出乙粒子在区域Ⅲ中的弧形运动轨迹BK，K为粒子击中PQ靶上的位置，圆心为，其圆心角为，可得PK的距离为（2分）
对甲粒子，进入区域Ⅳ后，根据运动独立性，沿电场方向做匀变速直线运动，垂直于电场方向做匀速直线运动，有（1分）
（1分）
粒子在电场中，根据牛顿第二定律可得（1分）
联立解得（1分）