2024届江苏省南京市大厂高级中学高三上学期1月一模前热身训练物理试题2（含解析）

2024届江苏省南京市大厂高级中学高三上学期1月一模前热身训练物理试题2
一、单选题：
1.如图所示，水平面上固定两排平行的半圆柱体，重为的光滑圆柱体静置其上，、为相切点，，半径与重力的夹角为。已知，，则圆柱体受到的支持力、大小为
( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
2.如图所示，置于管口前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿、两管传播到出口。先调节、两管等长，处探测到声波强度为个单位，然后将管拉长，在处第一次探测到声波强度最小，其强度为个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则( )
A. 声波的波长 B. 声波的波长
C. 两声波的振幅之比为 D. 两声波的振幅之比为
3.如图所示，太阳系外的一颗行星绕恒星做匀速圆周运动。由于的遮挡，探测器探测到的亮度随时间做如图所示的周期性变化，该周期与的公转周期相同。已知的质量为，引力常量为。关于的公转，下列说法正确的是( )
A. 周期为 B. 半径为
C. 角速度的大小为 D. 加速度的大小为
4.夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体( )
A. 分子的平均动能更小 B. 单位体积内分子的个数更少
C. 所有分子的运动速率都更小 D. 分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
5.如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是( )
A. 线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向
B. 线框出磁场的过程中做匀减速直线运动
C. 线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等
D. 线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等
6.如图所示电路，已知电源电动势为，内阻不计，电容器电容为，闭合开关，待电路稳定后，电容器上电荷量为( )
A. B. C. D.
7.如图，水平面内一绝缘细圆环的左、右半圆分别均匀分布着等量异种电荷在过圆心与环面垂直的轴线上点有一质量为电量为小球在外力的作用下恰能沿轴线运动，则( )
A. 点场强方向水平向左
B. 由至点场强先变大后变小
C. 小球运动过程电势能不变
D. 若小球沿轴线做匀变速运动，则外力方向不变
8.如俯视图所示，水平桌面上放着一根足够长的刚性折线形导轨，一根足够长的金属棒放在导轨上并与导轨接触良好，的角平分线垂直平分金属棒。整个空间中有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为。导轨及金属棒单位长度的电阻均为。导轨和金属棒的质量均为。不计一切摩擦。金属棒初始时紧靠点。给金属棒一个沿着角平分线向右的初速度，金属棒最终与点的距离为，下列说法正确的是( )
A. 金属棒开始运动之后，回路中的电流保持不变
B. 两端最终的电势差是初始时的一半
C. 越大，导轨上产生的总焦耳热越大
D. 若加倍，则加倍
9.如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为的匀强有界磁场，是其左边界，一面积为的匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线圈的圆心在上，线圈电阻为，若线框以角速度绕匀速转动，并从图示位置开始计时，则( )
A. 时，线框中的感应电流最大
B.到时间内，通过线框的电量为
C. 线框中产生的交变电动势的最大值为
D.线框中产生的交变电动势的有效值为
10.铀是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀既发生裂变，也发生衰变．铀裂变方程为：，衰变方程为：，则下列说法正确的是( )
A. 的质量数为，的电荷数为
B. 的比结合能小于的比结合能
C. 裂变过程温度升高，铀的半衰期会变小
D. 反应堆中镉棒吸收中子插入深一些将会加快核反应速度
二、实验题：
11.某班级在实验室里用图甲所示装置做“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”分组实验。
某小组同学安装好实验装置后，首先要平衡摩擦力。将长木板右端适当垫高，不挂砝码盘时轻推小车，观察打点计时器打出的纸带，发现纸带上的点迹越来越密集，应将长木板下的垫块向__________选填“左”或“右”移动。反复调整垫块的位置，直到打点计时器在纸带上打出的点间距相等时，说明摩擦力已平衡；
该小组保持小车质量不变，研究与关系。图乙为该小组实验过程中打出的一条纸带，为计数点，每相邻两个计数点间还有个点未标出，测得、、、、、，所用交流电源频率为，小车加速度__________，由打出的纸带可知，当打下点时，小车已经运动了__________；计算结果均保留三位有效数字
在探究与的关系时，该小组根据实验数据描绘出的关系图像如图丙中，实验中所用小车质量为。另一小组描绘出的关系图像如图丙中，平行于横轴的直线与图线交点的横坐标如图，则另一小组实验所用小车的质量为__________；
该小组进一步研究保持不变，与的关系，砝码盘与盘中砝码的总质量为。该小组根据测得数据描绘出图线后，发现较小时图线发生了明显弯曲。为了进一步优化数据处理，得到更加理想的结果，下列做法正确的是__________。
A.改作图线 改作图线 C.改作图线 改作图线
三、计算题：
12.波长的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为的匀强磁场区域内做最大半径为的匀速圆周运动，已知，，，试求：
光电子的最大初动能；
金属的逸出功；
该电子的物质波的波长．
13.坐标原点处有一波源做简谐振动，它在均匀介质中形成的简谐横波沿轴正方向传播时，波源开始振动，时，波刚好传到处，波形图如图所示，其中为介质中的一个质点．
通过计算画出波源的振动图像．
再经过多长时间点的动能最大
14.如图所示是一传送装置，其中段粗糙，段长，与小球间的动摩擦因数；、段均可视为光滑，是半径的半圆形轨道，其直径沿竖直方向，位于竖直线上，间的距离恰能让小球自由通过。其中点又与足够长的水平传送带的右端平滑对接，传送带以的速率沿顺时针方向匀速转动，小球与传送带之间的动摩擦因数也为。左端竖直墙上固定有一轻质弹簧，现用一可视为质点的小球压缩弹簧至点后由静止释放小球和弹簧不粘连，小球刚好能沿圆弧轨道滑下，而始终不脱离轨道。已知小球质量，重力加速度取。试求：
弹簧压缩至点时所具有的弹性势能；
小球第一次在传送带上滑动的过程中，在传送带上留下的痕迹的长度；
小球第一次在传送带上滑动的过程中，小球与传送带因摩擦产生的热量和电动机多消耗的电能。
15如图所示，两根固定的水平平行金属导轨足够长，间距为L，两根导体棒ab和cd垂直导轨放置。已知两根导体棒ab和cd的质量分别为m和2m，电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。
(1)如图所示，若ab棒固定不动，现用平行导轨向右的恒力F（已知）拉动cd导体棒。求：cd导体棒的最大速度vm？
(2)如图所示，若初始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为2v0和3v0，求：
①从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的电能；
②当ab棒的速度大小变为v0时，cd棒的速度大小以及两棒与导轨所组成的闭合回路的面积与初始ab棒速度为2v0时相比增大了多少。
1.【答案】
【解析】【分析】
对光滑圆柱体受力分析，根据平衡条件求解即可。
本题考查了共点力平衡条件的应用，此类问题要正确对物体受力分析，根据平行四边形定则或正交分解法处理。
【解答】
对光滑圆柱体受力分析如图
由题意有；
故选D。
2.【答案】
【解析】【分析】本题主要考查波的干涉，知道发生干涉的条件。
【解答】分析可知、两管等长时，声波的振动加强，将管拉长 后，两声波在 点减弱，根据题意设声波加强时振幅为，声波减弱时振幅为，则，
可得两声波的振幅之比：，故C正确，D错误；
根据振动减弱的条件可得：
解得：，故AB错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】解：、根据图可知，的亮度变化的周期为：
则角速度的大小为：
故AC错误；
B、行星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律可得：
解得：，故B正确；
D、行星受到的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律可得：
解得
故D错误；
故选：。
根据题意解得角速度和周期的大小，根据万有引力提供向心力解得轨道半径和加速度大小。
本题关键掌握万有引力定律和万有引力等于向心力这一基本思路，结合题意进行解题．
4.【答案】
【解析】、夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确、C错误；
、由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，BD错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】A.线框进磁场的过程中由楞次定律知电流方向为逆时针方向，A错误；
B.线框出磁场的过程中，根据 ，，，
联立有
线框出磁场过程中由左手定则可知线框受到的安培力向左，则减小，线框做加速度减小的减速运动，B错误；
C.由能量守恒定律得线框产生的焦耳热
其中线框进出磁场时均做减速运动，但其进磁场时的速度大，安培力大，产生的焦耳热多，C错误；
D.线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量
其中 ，
则联立有
由于线框在进和出的两过程中线框的位移均为，则线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等，故D正确。
故选：。
6.【答案】
【解析】【分析】若取电源负极为零电势点，根据欧姆定律求解电容器上、下极板的电势，由此得到两极板间的电压，再根据进行解答。
本题主要是考查含容电路的分析，关键是弄清楚电路的连接情况，根据欧姆定律求解电容器两极板间的电压。
【解答】
电路稳定后，由于电源内阻不计，则整个回路可看成、的串联部分与、的串联部分并联，若取电源负极为零电势点，则电容器上极板的电势为
电容器下极板的电势为
则电容两端的电压
则电容器上的电荷量为
故选：。
7.【答案】
【解析】A.由题知，发电机的输出电压 ，输出功率，则发电机的输出电流，A错误；
由题知，用户端电压 ，功率， ，解得 ，又根据，解得 ， ，则输电线上损失的功率为 ，且 。再根据 ，解得，BD错误；
C.根据理想变压器无功率损失有 ，代入可得输送给储能站的功率 ，C正确。
故选C。
8.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了点电荷的电场分布情况以及电场的合成，注意将均匀分布着等量异种电荷带电圆环看成若干个点电荷，依据点电荷的电场强度大小与方向特点，结合矢量的合成法则分析求解。
根据微元法，将带电圆环看成若干个点电荷，依据点电荷的电场强度方向与大小，结合矢量的叠加法则，即可判定场强大小关系；根据电场力做功情况判断电势能变化；根据小球运动情况，结合受力情况分析外力变化。
【解答】
A.将带电圆环看成若干个点电荷，取关于水平直径对称的两个点电荷，依据点电荷的电场强度大小与方向，结合矢量的合成法则，如下图所示：
；
那么点场强方向水平向右，故A错误；
B.如图；
；
根据，结合对称性、电场的合成可知：由至点场强将一直增大，故B错误；
C.小球运动过程，由至点电势不变，电场力做功为，电势能不变，故C正确；
D.若小球沿轴线做匀变速运动，小球受到的合力方向不变，而小球受到水平方向电场力的大小不断变化，因此外力水平方向的分力大小不断变化，而沿着轴线方向的分力大小恒定，因此外力方向会发生变化，故D错误。
9.【答案】
【解析】解：、由题可知，金属棒开始运动之后，某位置金属棒到的距离为时，金属棒的速度为，导轨的速度为，并设的角平分线与的夹角为，则回路中的电流为：

在运动过程中金属棒减速，导轨加速，故两者的相对速度减小，回路中的电流在减小，故A错误；
B、金属棒和导轨组成的系统，合外力为零，系统动量守恒，取向右为正方向，由动量守恒定律得：
解得稳定时系统的速度为：
根据动生电动势的表达式可知，两端最终的电势差是初始时的一半，故B正确；
C、由上分析可知，这个过程电路中的产生的热量等于这个过程中损失的机械能，即
，与的大小无关，故C错误；
D、取向右为正方向，对金属棒，在一小段时间内，根据动量定理得：
又通过金属棒的电荷量：
则整个过程有：
又
，，
联立解得：，故加倍，则是原来的倍，D错误。
故选：。
根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律得到回路中的电流金属棒到的距离的关系式，再分析金属棒的运动情况；对于金属棒和导轨组成的系统，合外力为零，系统动量守恒，由动量守恒定律求出系统最终的速度，由分析两端最终的电势差与初始电势差的关系；根据能量守恒定律得到导轨上产生的总焦耳热表达式，再分析总焦耳热与的关系；根据动量定理求通过金属棒的电荷量与回路面积变化量的关系，再分析与的关系。
解答本题时，要注意金属棒向右运动时，导轨也向右运动，与双杆问题类似，金属棒和导轨组成的系统，合外力为零，系统遵守动量守恒定律。利用动量定理可求出金属棒相对于导轨滑动的距离的表达式。
10.【答案】
【解析】A.当时，即时，线框回到图示位置，此时的感应电流最小，磁通量最大， A错误；
B.当，即时，线圈转到与图示垂直位置，此时磁通量为零，则到时间内产生的感应电动势的平均值为
则到时间内，通过线框的电量为
B错误；
C.线框中产生的交变电动势的最大值为
C错误；
D.线框中产生的交变电动势的有效值为
D正确。
故选D。
11.【答案】
【解析】A.根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得的质量数为，的电荷数为，故A错误；
B.由于不稳定，裂变时释放核能，所以的比结合能小于的比结合能，故 B正确；
C.裂变过程温度升高，但铀的半衰期不变，故C错误；
D.由于镉吸收中子的能力很强，将镉棒插入深一些，让其多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，即减慢反应速度，故D错误。
故选B。
12.【答案】左；；；；。
【解析】【分析】
本题考查了“探究物体的加速度与质量、所受合外力的关系”的实验。
根据打点情况分析小车运动，分析受力，确定长木板下的小垫块的移动方向；
根据逐差法计算加速度，先利用的平均速度计算点的速度，再根据匀变速直线运动速度与时间关系式结合相邻计数点的时间间隔计算运动到点的时间；
根据图像斜率为解答；
为了更直观，应该做直线图像，为了避免图线发生弯曲，应该选取、整体为研究对象。
【解答】
不挂砝码盘时轻推小车，若打点计时器在纸带上打出的点越来越密集，说明小车做减速运动，重力的沿斜面的分力小于摩擦力，所以应将长木板下的小垫块向左移动。
电源的频率为，且每两个相邻计数点间还有个点未标出，则两个计数点之间的时间间隔，根据逐差法可得；
打下点时小车的速度，则打下点时小车已经运动了。
根据可得，所以图像斜率，
对于，设图丙中横虚线对应的纵坐标为，
则，解得，
对于，
解得。
对实验方案进行修正，为避免图线末端发生弯曲的现象，可选取、整体为研究对象，由牛顿第二定律可得：，因此在一定的条件下，，所以改作图线，故C正确，ABD错误。
13.【答案】解：电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，有：
得：
电子的最大初动能为：
入射光子的能量为：
根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为：
物质波的波长为：
答：光电子的最大初动能；
金属的逸出功；
该电子的物质波的波长是
【解析】电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功，根据德布罗意物质波长公式求波长．
本题是个小型的综合题，考查了洛伦兹力充当向心力，爱因斯坦光电效应方程和物质波．
14.【答案】解：根据同侧法可知，处的质点的振动方向向上，所以所有质点的起振方向向上，
简谐横波传播的速度为：
由图象得：
简谐波的周期为：
波源的振动图象为：
简谐波的表达式
而图示时刻，质点的位移为：
则，
因为质点在图示时刻的振动方向向下，则质点振动的初相位为：
则从图示时刻开始，质点的振动方程为：
当质点的位移为零时，质点到达平衡位置，动能最大，即，所以得到达点的时间为
根据简谐运动的对称性及周期性可得点运动到动能最大的时间为： 、、、
答：波源的振动图象如图所示；
再经过、、、，点的动能最大。
【解析】根据求解传播速度，根据求解周期，根据同侧法分析质点的起振方向，从而分析判断波源的振动图象；
当质点到达平衡位置时的动能是最大的，分析质点的振动方程，从而求解到达平衡位置的时间。
解决该题的关键是知道所有质点的起振方向是相同的，掌握用同侧法分析质点的振动方向，知道质点振动到平衡位置时的动能是最大的。
15.【答案】解：“小球刚好能沿轨道滑下”，在圆周最高点点必有：

得：
从点到点，由能量守恒定律得：
联立以上两式并代入数据得：
从到，根据机械能守恒可得：
解得：
在传送带上小球运动的加速度大小：
小球向左减速的时间：
小球向左运动的位移：
传送带向右运动的位移为：
留下的痕迹长度为：
小球向右加速到与传送带共速过程，用时：
位移：
传送带向右运动的位移为：
留下的痕迹长度为：
所以在传送带上留下的痕迹总长为：
小球与传送带因摩擦产生的热量
解得：
电动机多消耗的电能：
解得：
【解析】小球刚好能沿圆弧轨道滑下，在点，由重力充当向心力，由此列式可求得小球通过点时的速度，再根据能量守恒规律即可求解弹簧的弹性势能。
根据机械能守恒定律可求得的速度，再根据牛顿第二定律可求得加速度，再根据运动学公式即可求得在传送带上的痕迹长度。
根据相对位移，可求得小球与传送带因摩擦产生的热量。电动机多消耗的电能等于传送带克服摩擦力做的功，由功能关系求解。
本题是复杂的力学综合题，分析清楚物体运动过程，把握圆周运动的临界条件是正确解题的前提与关键，应用牛顿第二定律、运动学公式、能量守恒定律与机械能守恒定律即可正确解题。