江苏省南京市大厂高级中学2023-2024学年高三上学期12月阶段学情调研物理试卷（含答案）

大厂高级中学2023—2024学年第一学期阶段学情调研
高三 物理 2023.12
本试卷满分100分，考试时间75分钟，试卷共6页
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分。每小题只有一个选项符合题意。
1.矫正牙齿时，可用牵引线对牙施加力的作用。若某颗牙齿受到牵引线的两个作用力大小均为，夹角为如图，则该牙所受两牵引力的合力大小为( )
A. B. C. D.
2.某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察、两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上光相邻两亮条纹的间距比光的小。他们又将、光以相同的入射角由水斜射入空气，发现光的折射角比光的大。则( )
A. 在空气中传播时，光的波长比光的大
B. 在水中传播时，光的速度比光的大
C. 在水中传播时，光的折射率比光的小
D. 由水射向空气时，光的全反射临界角比光的小
3．年月日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为，运行一圈所用时间约为分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是( )
A. “夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为
B. “夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于
C. “夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D. 由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离
4.“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则( )
A. 衰变方程中的等于 B. 的穿透能力比射线强
C. 比的比结合能小 D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大
5.如图所示，与水平面夹角为的绝缘斜面上固定有光滑形金属导轨。质量为、电阻不可忽略的导体杆沿导轨向下运动，以大小为的速度进入方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场区域，在磁场中运动一段时间后，速度大小变为。运动过程中杆与导轨垂直并接触良好，导轨的电阻忽略不计，重力加速度为。杆在磁场中运动的此段时间内( )
A. 流过杆的感应电流方向从到
B. 杆沿轨道下滑的距离为
C. 流过杆感应电流的平均电功率等于重力的平均功率
D. 杆所受安培力的冲量大小为
6.密封于气缸中的理想气体，从状态依次经过、和三个热力学过程达到状态。若该气体的体积随热力学温度变化的图像如图所示，则对应的气体压强随变化的图像正确的是( )
A. B. C. D.
7.如图所示，是自感系数很大、电阻很小的线圈，、是两个相同的小灯泡，开始时，开关处于闭合状态，灯微亮，灯正常发光，断开开关( )
A. 与同时熄灭 B. 电流方向不变
C. 闪亮后再熄灭 D. 闪亮后再熄灭
8.如图所示，两个带等量正电的点电荷位于、两点上，、是连线中垂线上的两点，为、的交点，。一带负电的点电荷在点由静止释放后( )
A. 做匀加速直线运动
B. 在点所受静电力最大
C. 由到的时间等于由到的时间
D. 由到的过程中电势能先增大后减小
9. 如图所示为某水电站远距离输电的原理图．升压变压器的原、副线圈匝数比为，输电线的总电阻为，发电机输出的电压恒为，若由于用户端负载变化，使发电机输出功率增加了，升压变压器和降压变压器均视为理想变压器．下列说法正确的是
A. 电压表的示数与电流表的示数之比不变
B. 电压表的示数与电流表的示数之比变大
C. 输电线上损失的电压增加了
D. 输电线上损失的功率增加了
10.如图所示，一轻杆两端分别固定、两个半径相等的光滑金属球，球质量大于球质量，整个装置放在光滑的水平面上，设球离地高度为，将此装置从图示位置由静止释放，则下列判断不正确的是( )
A. 在球落地前的整个过程中，、及轻杆系统，动量守恒，机械能守恒
B. 在球落地前瞬间，球的速度大小为
C. 在球落地前的整个过程中，轻杆对的冲量竖直向上
D. 在球落地前的整个过程中，轻杆对球做的功为零
二、实验题（本大题共1小题，共15分）
11.利用图中所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。

除带夹子的重锤、纸带、铁架台含铁夹、电火花打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是( )
A.交流电源 刻度尺 直流电源 天平含砝码
实验中，先接通电源，再释放重锤，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重锤的质量为。从打点到打点的过程中。重锤的重力势能减少量_____，重锤动能增加量_____。
若某同学作出图像如图丙所示，则当地重力加速度____保留位有效数字
在实验中，某同学根据测得的数据，通过计算发现，重物动能的增加量略大于重物势能的减少量，若测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是( )
A.重物的质量偏大 交流电源的频率偏大 C.交流电源的频率偏小 重物下落时受到的阻力过大
三、计算题（本大题共4小题，共45分）
12.如图为氢原子的能级图，氢原子从某一能级跃迁到的能级，辐射出能量为的光子。
最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？
若用波长为的紫外线照射激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的德布罗意波长为多少？电子电荷量，普朗克常量，电子质量该结果保留两位有效数字
13.如图，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为，出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为。真空中光速为c，求：
（1）玻璃体的折射率；
（2）现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。

14.如图所示，电子在电势差为的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为的两块平行极板的中央，入射方向跟极板平行，已知极板长，间距，电子质量，电子电荷量为e，整个装置处在真空中，重力可忽略。求：
电子从加速电场出射时的速度
若电子恰好从板边缘出射，则为多少？
若在板间加上大小为如图所示的交变电压电压为正时板带正电，要使电子能从极板中央水平射出电场，则电压的周期应满足什么条件？在满足条件的周期取最大值时，大致画出电子的运动轨迹．
15.如图所示，在绝缘水平面上方，相距为L的竖直边界MP、NA之间存在水平向左的匀强电场，场强大小为。边界NA右侧有一半圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场和竖直向下的场强大小的匀强电场。在边界MP上的P点由静止释放一个质量为、电量大小为的带负电小球（大小忽略不计），小球从A点进入半圆形场区，最终从圆周上的S点离开半圆形区域。已知半圆形区域的半径为，，不计一切摩擦。
（1）小球刚进入磁场的速度
（2）求半圆形区域内的磁感应强度大小；
（3）求小球从P运动到S所需时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】根据平行四边形定则，作出该牙齿所受两牵引力的合力，如图所示
牙齿受到牵引线的两个作用力大小均为，则该平行四边形为菱形，对角线把角平分，
故两牵引力的合力，故B正确，ACD错误。
故选：。
以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个力邻边的对角线就代表合力的大小和方向。
本题考查了力的合成，要求会用平行四边形定则求合力，几何知识要熟练。
2.【答案】
【解析】A、在真空中传播时，光条纹间距小于光条纹间距，光的波长小于光，故A错误。
、将、光以相同的入射角由水斜射入空气，发现光的折射角比光的大，由知，光的折射率大，由知在水中传播时，光的速度比光的小。故BC错误。
D、根据，及因光的折射率大，则临界角小，而光的折射率小，临界角大，所以光的临界角比光的临界角小。故D正确。
故选：。
根据双缝干涉条纹的间距公式，即可确定波长的大小，再由特殊值代入法，即可进行判断，并由，来确定折射率与临界角的关系。
解决本题的关键在于掌握双缝干涉条纹的间距公式，并能理解公式的应用，注意本题使用特殊值代入，非常方便解题。
3.【答案】
【解析】【分析】本题考查了原子核衰变、半衰期、比结合能等知识点。对于这部分知识很多是属于记忆部分的，因此需要注意平时记忆与积累。
【解答】根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为；即衰变方程中的，故A错误；
B. 是粒子，穿透能力比射线弱，故B错误；
C.比结合能越大越稳定，由于 衰变成为了 ，故 比 稳定，即 比 的比结合能小，故C正确；
D.半衰期由原子本身的特点决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】A、根据右手定则可知，流过杆的感应电流方向从到，故A错误；
B、因为杆在运动过程中的加速度逐渐减小，所以，则杆沿轨道下滑的距离不等于，故B错误；
C、因为过程中只有安培力和重力做功，而最终导体杆的速度增加，说明合外力做正功，也就是说运动过程中导体杆克服安培力做的功小于重力做的功，同时因为时间相等，所以流过杆感应电流的平均电功率小于重力的平均功率，故C错误；
D、选择沿斜面向下的方向为正方向，根据动量定理可得：
解得：，故D正确。
故选：。
根据右手定则得出电流的方向；
理解导体杆的运动特点，结合运动学公式分析出对应的距离；
根据导体杆的速度变化特定得出重力和安培力的做功情况，结合功率的公式完成分析；
根据动量定理列式得出安培力的冲量大小。
本题主要考查了电磁感应的相关应用，熟悉电路构造的分析，结合右手定则判断出电流的方向，再根据动量定理即可完成分析，整体难度不大。
5.【答案】
【解析】A. 过程根据可知，坐标原点与上各点连线的斜率与压强成反比，故该过程斜率一定则为等压变化，且温度升高，故A错误；
过程等温变化，根据可知体积变大，压强变小，故BD错误；
过程等容过程，根据可知温度升高，则压强变大，故C正确。
故选：。
根据图像得到和的变化，根据一定质量的理想气体的状态方程分析出压强的变化。
本题主要考查了一定质量的理想气体的状态方程，根据公式理解图像的物理意义，难度不算大。
6.【答案】
【解析】由题知，开始时，开关闭合时，由于的电阻很小，灯正常发光，灯微亮，断开开关前通过灯的电流远大于通过灯的电流；断开开关时，所在电路未闭合，立即熄灭，由于自感，中产生感应电动势，与组成闭合回路，故灯闪亮后再熄灭。
故选：。
7.【答案】
【解析】带负电的点电荷在点由静止释放，将以点为平衡位置做往复运动，由场强叠加可知其在点所受电场力为零，故AB错误；
C.根据运动的对称性可知，点电荷由到的时间等于由到的时间，故C正确；
D.点电荷由到的过程中电场力先做正功后做负功，则电势能先减小后增大，故D错误。
故选：。
8. 【答案】
【解析】【分析】
本题考查远距离输电。理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压有输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系，理想变压器电压和匝数关系。
本题难度大，始于题给信息是输出功率的变化量，围绕在变压器电路中分析电压、电流的变化量，注意体会。
【解答】
由于发电厂输出电压恒为，根据理想变压器的规律，对于升压变压器，，故电压表的示数不变，发电厂输出功率增加了，则发电厂输出电流增加了，根据理想变压器的规律，对于升压变压器，，示数增加了，由于示数增加，示数也将增加，降压变压器的输入电压将减少，故示数也将减小，则电压表的示数与电流表的示数之比变小，电压表的示数与电流表的示数之比也变小，故 AB错误；
C.根据欧姆定律，输电线上损失的电压增加了，故C正确；
D.输电线上损失的功率增加了，由于未知，故无法计算，D错误。
故选 C。
9.【答案】
【解析】A.由题图可知，“夸父一号”在极地轨道上随地球一起绕太阳转动，则在一年之内“夸父一号”的运行轨道平面转动角，即轨道平面平均每天约转动，故A正确；
B.第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，则“夸父一号”的速度小于，故B错误；
C.根据可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故C错误；
D.“夸父一号”绕地球转动，地球绕太阳转动，中心天体不同，则根据题中信息不能求解地球与太阳的距离，故D错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】解：、在球落地前的整个过程中，竖直方向有加速度，系统竖直方向的合外力不为零，而水平方向不受外力，所以系统的合外力不为零，系统的动量不守恒。由于只有重力做功，所以系统的机械能守恒，故A错误。
B、对两球及杆系统，根据系统水平方向动量守恒知，系统初始动量为零，则在球落地前瞬间，球的速度必定为零，根据系统的机械能守恒得：，可得，球的速度大小故B正确；
C、对球，水平方向上动量变化为零，由动量定理可知，杆对球的水平冲量为零。在竖直方向上，根据系统机械能守恒可知，落地时速度与只在重力作用下的速度一样，如图所示图象中斜线为球自由落体运动的图线，曲线为球竖直方向的运动图线，在竖直方向上运动的位移与落地速度相同，对比可知球落地所用时间相对自由落体运动的时间要长，由动量定理可知杆对球的竖直方向的冲量必定不为零，且冲量方向向上，所以杆对球的水平和竖直冲量可知，杆对球的冲量不为零，且方向竖直向上。故C正确；
D、设杆对球做功，对球做功，系统机械能守恒，则除了重力之外的力的功必定为零，即，对球，由动能定理可知，故故D正确。
本题选不正确的，故选A。
整个装置下落过程中，水平方向没有外力，系统水平方向的动量守恒。原来系统水平方向的动量为零，在球落地前瞬间，系统水平方向的动量仍为零，的速度一定为零。根据动量定理分别分析杆对球水平方向的冲量和竖直方向冲量，再确定杆对球的冲量。球原来速度为零，落地瞬间速度仍为零，根据机械能守恒求球落地前瞬间的速度大小。根据动能定理分析杆对做功为零。在球下落过程中，系统的机械能守恒，根据守恒条件分析杆对球和球做功关系，确定轻杆对球做的功。
本题是动量定理、动量守恒定律与机械能守恒定律的综合应用，关键在于分析轻杆对球的冲量。利用作图法是分析物体运动常用方法。
11.【答案】；；；。
【解析】【分析】本题主要考查“验证机械能守恒定律”的实验，明确实验原理是解决问题的关键。
根据实验原理分析即可；
根据重力做功与重力势能变化的关系求解重力势能的减少量；根据匀变速直线运动中一段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度求解打点时重锤的瞬时速度，根据动能的表达式求解重锤动能增加量；
根据机械能守恒定律列式可得与的关系式，结合图像的斜率求解当地重力加速度；
根据实验原理和误差来源分析即可求解。
【解答】打点计时器需要用到交变电流；验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两端都有质量，可以约去，不需要天平测量质量；测量点迹间的距离运用刻度尺。
根据重力做功的计算公式可知，
根据动能的计算公式可知。
根据机械能守恒定律有，变形可得，则图像的斜率为
解得
根据需要验证的机械能守恒定律的表达式可知，重物的质量可以约去，与重物的质量无关，故A错误；
根据匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，打下点的速度，
若交流电源的频率偏大，瞬时速度的真实值偏大，瞬时速度的测量值偏小，会使计算出的重物的动能的增加量小于重力势能的减少量；若交流电源的频率偏小，瞬时速度的真实值偏小，瞬时速度的测量值偏大，会使计算出的重物的动能的增加量大于重力势能的减少量，故B错误，C正确；
D.重物下落时受到的阻力过大，则重物动能的增加量应小于重力势能的减少量，故D错误。
故选C。
12.【答案】解：氢原子从某一能级跃迁到的能级，辐射出光子一定是从大于的能级跃迁的，辐射光子的频率满足
则
结合题图知
基态氢原子要跃迁到的能级，应吸收的能量为

所以最少给基态氢原子提供 的能量。
辐射跃迁图如图所示。
波长为 的紫外线一个光子所具有的能量
由能量守恒得电子飞到离核无穷远处时的动能
电子动量：
电子的德布罗意波长：
代入数值解得：
答：最少要给基态的氢原子提供电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子；
画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图如图。
德布罗意波长为。
【解析】能级间跃迁时，辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，根据该关系求出该激发态的能量，确定出在第几能级。从而求出从基态跃迁到该能级所需吸收的能量。
由跃迁的可能性分析，然后画图即可；
根据能级与之间的关系求出电子飞出后的动能，然后求出德布罗意波长。
解决本题的关键知道能级间跃迁吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，即。
13.【答案】由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设光在下端与竖直方向的偏角为，此时
可得
又因为
所以
根据题意要使下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示

则玻璃丝下端面到被测物体距离的相应范围应该为
当距离最近时有
当距离最远时有
根据可知
联立可得，
所以满足条件的范围为

【解析】见答案
14.【答案】解：
由动能定理得
电子在电场力作用下做类平抛运动
加速度为
运动时间为
偏转的侧位移为
解得：
加上图示电压时，电子在不撞到极板时，一个周期内在电场中先做类平抛，后做反类平抛，再反向类平抛和反类平抛，即经过一个周期后速度方向恰好沿电场中央水平向右，因此要让电子从中央水平向右射出电场，电子在电场中运动的时间恰好为电压周期的整数倍，即 ，所以 ，当 时，
此时轨迹如图

【解析】本题主要考察带电粒子在电场中的运动规律，一类是在匀强电场中做匀变速速直线运动，此过程是电势能与带电粒子动能之间的转化；第二类是带电粒子在匀强电场中偏转，带电粒子垂直进出入匀强电场时做匀变速曲线运动，分解为两个方向的直线运动，分别用公式分析、求解运算，是这类问题的最基本解法。
电子在加速电场中，在电场力的作用下，做匀加速直线运动，可由动能定理求出射出加速电场时的速度；
电子在水平放置的平行板之间，因受到的电场力的方向与初速度的方向垂直，故电子做类平抛运动．运用平抛运动的竖直方向的初速度为零匀加速与水平方向的匀速直线运动，联立求解；
一个周期内在电场中先做类平抛，后做反类平抛，再反向类平抛和反类平抛，即经过一个周期后速度方向恰好沿电场中央水平向右，因此要让电子从中央水平向右射出电场，电子在电场中运动的时间恰好为电压周期的整数倍。
15. 【答案】（1）；（2）
【详解】（1）带负电小球在电场中加速运动，根据动能定理可得
解得小球进入磁场的速度为
粒子进入磁场和电场，小球受到的电场力竖直向上，由于
可知电场力与重力平衡，小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图所示
根据图中几何关系可知，粒子轨迹对应圆心角为
粒子轨迹半径为
根据洛伦兹力提供向心力可得
联立解得
（2）小球在电场中的时间为，则有
，
小球在磁场中的时间为，则有
小球从P运动到S所需时间为
联立解得