河北省部分学校2023-2024学年高三上学期五调考试物理试卷（含解析）

2023—2024学年度上学期高三年级五调考试
物理
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分．共8页，总分100分．
第Ⅰ卷（选择题 共46分）
一、选择题：本题共10小题，共46分．在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
1．已经证实，质子是由上夸克和下夸克两种夸克组成的，上夸克带电荷量为，电荷量为，为电子所带电荷量的大小．如果质子是由三个夸克组成的，各个夸克之间的距离都相等且在同一圆周上．如图所示，下列四幅图中能正确表示出各夸克所受静电力的是（ ）
A． B． C． D．
2．甲、乙两车在平直的公路上做匀变速直线运动，在时刻，两车恰好并排行驶，此后两车运动的速度与位移的关系图像如图所示．其中甲车加速度的大小为．关于两车的运动，下列说法中正确的是（ ）
A．时，乙车的速度大小为 B．两车在处再次并排行驶
C．内乙车运动的位移大小为 D．时刻两车再次并排行驶
3．有一种磁强计，可用于测定磁场的磁感应强度，其原理如图所示．将一段横截面为长方形的N型半导体（主要靠自由电子导电）放在匀强磁场中，两电极P、Q分别与半导体的前后两侧接触．已知磁场方向沿y轴正方向，N型半导体横截面的长为a，宽为b,单位体积内的自由电子数为n,电子电荷量为e，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流时，两电极P、Q间的电势差为U．下列说法正确的是（ ）
A．P为正极，Q为负极 B．磁感应强度的大小为
C．磁感应强度的大小为 D．其他条件不变时，n越大，电势差U越大
4．如图所示，半径为R的圆形区域内存在一垂直于纸面向外的匀强磁场，粒子源M位于磁场边界上，可平行于纸面沿各个方向向磁场区域内射入速率均为v的同种带正电的粒子，在磁场中运动时间最长的粒子速度方向偏转了．已知粒子的质量为m、电荷量为q,不计粒子重力及粒子之间的相互作用．则匀强磁场的磁感应强度大小为（ ）
A． B． C． D．
5．已知在电流为I的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁感应强度大小为，其中k为常量．现有四根平行固定的通电长直导线，其横截面恰好在一个边长为L的正方形的四个顶点上，电流方向如图所示．其中a、c导线中的电流大小为导线中的电流大小为,此时b导线所受的安培力恰好为零．现撤去b导线，在O处固定一长度为L、电流为的通电导体棒e，电流方向垂直于纸面向外，下列说法正确的是（ ）
A．b导线撤去前，电流的大小关系为
B．b导线撤去前，a导线所受的安培力也为零
C．b导线撤去后，导体棒e所受安培力方向沿y轴正方向
D．b导线撤去后，导体棒e所受安培力大小为
6．如图所示，矩形区域内存在如图所示的磁场，区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，一带正电的粒子由边的中点P处垂直于边射入磁场区域，粒子在区域内偏转后进入区域，粒子恰好未从边射出．已知边长为边长为．不计粒子重力，则粒子在区域内运动的半径为（ ）
A． B． C． D．
7．如图所示，厚度非常薄的铅板的上方、下方分别分布有垂直于纸面向外、磁感应强度分别为的有界匀强磁场，一比荷为k、电荷量为q的粒子（不计重力）从a点射入第一个磁场，经过铅板的b点射入第二个磁场，从c点射出第二个磁场，紧接着进入虚线（与平行）下方的与垂直的匀强电场，粒子到达d点时速度正好与平行．已知两个圆弧轨迹的圆心均在铅板的O点，，粒子与铅板的作用时间忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A．该粒子带正电 B．粒子从a到c的运动时间为
C．粒子与铅板碰撞产生的热量为 D．c点与d点的电势差为
8．如图所示，直角边长为L的等腰直角三角形金属框静止在光滑绝缘水平面上，平行边界M、N间有垂直于纸面（水平面）向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B,边界M、N之间的宽度大于L．现给金属框一个水平向右的恒定推力F,使金属框从静止开始向右运动，开始时线框c端距边界M距离为L,金属框运动过程中边始终与边界M平行，边刚要进磁场时的速度与边刚要出磁场时的速度大小均为v,金属框的电阻为R．则（ ）
A．金属框进磁场过程通过边横截面的电荷量为
B．金属框进磁场过程克服安培力的冲量大小为
C．磁场的宽度为
D．金属框穿过磁场过程金属框中产生的焦耳热为
9．正四面体位于真空中，在顶点处分别固定电荷量为和的点电荷，其中．已知四面体的棱长为L,e、f分别为的中点，静电力常量为k,规定无穷远处电势为0．下列说法中正确的是（ ）
A．b、c两点电场强度方向相同 B．b点电场强度的大小为
C．电势差等于电势差 D．b、f连线上b点电势等于0，其余各点的电势均大于0
10．如图所示，坐标系中，的空间内存在沿x轴负方向的匀强磁场和沿x轴正方向的匀强电场，匀强磁场的磁感应强度大小为B,匀强电场的电场强度大小为E;的空间内存在沿x轴负方向、磁感应强度大小未知的匀强磁场．电荷量为、质量为m的带电粒子从坐标原点O以初速度运动，带电粒子第5次沿y轴负方向穿过平面时恰好经过x轴上的P点．不计带电粒子重力，下列说法正确的是（ ）
A．的空间内匀强磁场的磁感应强度的大小为
B．的空间内匀强磁场的磁感应强度的大小为
C．P点的x轴坐标为
D．P点的x轴坐标为
第Ⅱ卷（非选择题 共54分）
二、非选择题：本题共5小题，共54分．
11．（6分）某同学测量一量程为的电压表的内阻．实验所提供的器材有：待测电压表、滑动变阻器、电阻箱、定值电阻（阻值）、电池（电动势约,内阻可忽略不计）、导线和两个开关．
该同学设计了如图甲所示的电路图，正确连接电路后进行了如下操作：
甲
①把滑动变阻器的滑片滑到a端，闭合开关,并将电阻箱的阻值调到较大；
②闭合开关,调节滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持开关闭合、滑片的位置不变，断开开关,调整的阻值，当调节旋钮位置如图丙所示时，电压表的指针指在满刻度的处．
请回答下列问题：
（1）用笔画线代替导线将实物图乙补充完整．
乙
（2）图丙中电阻箱接入电路的阻值为____________．
丙
（3）该电压表内阻为____________．
（4）在操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值____________（填“大于“小于”或“等于”）真实值．在其他条件不变的情况下，若越大测量误差就越____________（填“大”或“小”）．
12．（8分）某实验小组选取两个体积相同、质量分别为和m的小球1、小球2来验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示，其右侧竖直挡板固定在水平地面上，其表面依次固定有复写纸和白纸．操作步骤如下：
甲 乙
①调节斜槽末端，使其水平；
②在白纸上标记与斜槽末端等高的点O;
③将小球1从斜槽顶端由静止释放，平抛后打在竖直挡板上；
④将小球2放在斜槽末端，再让小球1从斜槽顶端由静止释放，两球碰撞后平抛，分别打在竖直挡板上；
⑤将白纸上的印记依次记为A、B、C,如图乙所示，测出之间的距离分别为．
（1）已知仅将小球1从斜槽顶端由静止释放时，小球在白纸上留下的印记为B点，则小球1与小球2发生碰撞后，小球2在白纸上留下的印记为____________（填“A”“B”或“C”）点．
（2）若满足关系式____________（用题中所给物理量的字母表示），则说明碰撞中的动量是守恒的．
（3）若满足____________,或满足____________（用表示），即可知两小球的碰撞为弹性碰撞．
13．（10分）假定航天员在火星表面利用如图所示的装置研究小球的运动，竖直放置的光滑半圆形管道固定在水平面上，一直径略小于管道内径的小球（可视为质点）沿水平面从管道最低点A进入管道，从最高点B脱离管道后做平抛运动，后与倾角为的斜面垂直相碰于C点．已知火星的半径是地球半径的，质量为地球质量的，取,忽略星球自转影响．半圆形管道的半径为,小球的质量为．求：
（1）火星表面重力加速度的大小．
（2）C点与B点的水平距离．
（3）小球经过管道A点时，对管壁压力的大小．
14．（13分）在竖直平面内建立如图所示的直角坐标系,第一、二象限内有水平向左、大小相等的匀强电场，第三、四象限内有磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里的匀强磁场，在y轴的某个适当的位置放置有水平绝缘光滑的小支架，支架上静止放置一质量为m、不带电的金属小球a,另一与小球a一样大、质量为,带电荷量为q的金属小球b从x轴的某点，垂直于x轴以速度竖直向上射入第一象限，运动一段时间后以速度沿x轴负方向与小球a发生弹性碰撞且电荷量发生转移，过了一段时间小球a从x轴上的某点进入第三象限，不计两球间的库仑力及空气阻力，重力加速度大小为g．
（1）求小球a从x轴上某点进入磁场时的该点的位置坐标．
（2）若,求小球a第一次在磁场中运动离x轴的最远距离和最大速度．
15．（17分）如图所示，在的区域存在方向沿z轴负方向的匀强电场；在的区域存在沿y轴正方向、磁感应强度大小为B（未知）的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，从之轴上的P点沿x轴正方向以大小为的初速度射出．已知粒子第一次穿过x轴时速度与x轴正方向的夹角为．时刻，粒子经Q点第三次穿过x轴，此时撤去图中磁场，在平面下方加上沿x轴正方向、磁感应强度大小也为B的匀强磁场，不计粒子重力．求：
（1）电场强度的大小；
（2）B的大小；
（3）从时刻至粒子第6次穿过平面所用的时间；
（4）粒子第6次穿过平面时的位置坐标．
参考答案及解析
2023—2024学年度上学期高三年级五调考试·物理
一、选择题
1．D 【解析】质子带电荷量为,所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的，A、B错误；按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，设间距为l，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为,为斥力；上、下夸克之间的静电力,为吸引力；由力的合成知两上夸克所受的静电力的合力斜向外，下夸克受的静电力合力指向两上夸克连线中点，C错误，D正确．
2．D 【解析】设图中交点处速度大小为,则,解得,由,其中,解得,设当时乙车的速度大小为,则,解得,A错误；由图可知内甲车的平均速度小于乙车的平均速度，两车到达处所用时间不同，B错误；,乙车在时刻停止运动，内乙车运动的位移,C错误；时，甲车的位移,乙车运动的位移,可知时两车并排行驶，D正确．
3．C 【解析】根据左手定则，结合自由电子定向移动的方向与电流方向相反，可知，自由电子受到的洛伦滋力方向指向P,则自由电子偏向P,则P为负极，Q为正极，A错误；设自由电子定向移动的速率为v，则单位时间内移动的距离为v,则体积为,电荷量为,则．两电极P、Q间的电势差为U时，对自由电子，根据平衡条件得,联立解得,B错误，C正确；根据知，其他条件不变时，电势差U与n无关，D错误．
4．B 【解析】如图所示，设圆形磁场区域圆心为O,过O点作直径的垂线，与过M点速度方向的垂线交于点，即粒子轨迹的圆心，已知粒子速度偏转角为，故轨迹圆心角为，可知，由几何关系可知粒子轨迹半径,由,解得,解得,B正确．
5．D 【解析】b导线撤去前，b导线所受安培力为零，即b导线所在处的磁感应强度为零，即,解得,A错误；b导线撤去前，a导线所在处的磁感应强度为,由此可知，a导线所受的安培力不为零，B错误；b导线撤去后，O处的磁感应强度大小为，方向沿x轴负方向，所以导体棒e所受安培力大小为，方向沿y轴负方向，C错误，D正确．
6．A 【解析】由几何关系可知，粒子运动的轨迹如图所示，粒子在区域内偏转了，可知其圆心为b点，其运动的轨迹半径为L,设粒子在区域内运动的半径为r,由几何关系可知，解得,A正确．
7．D 【解析】由左手定则可知该粒子带负电，A错误；粒子从a到c运动的时间为，结合，综合计算可得，B错误；分析可知粒子在两个磁场中运动的圆弧轨迹半径相等，设为R,由洛伦滋力使向心力可得,综合可得，由能量守恒，粒子与铅板的碰撞所产生的热量为,结合，综合计算可得,C错误；分析可知粒子从c点到d点做类斜抛运动，粒子在c点的速度与的夹角为，把粒子在c点的速度分别沿着和电场线的方向分解，沿着方向的分速度为，粒子到达d点时沿电场线方向的分速度为0，由动能定理得,结合,解得,D正确．
8．CD 【解析】金属框进磁场过程中根据法拉第电磁感应定律有,则金属框进磁场过程中产生的感应电流为,则金属框进磁场过程通过边横截面的电荷量为,A错误；金属框进磁场过程克服安培力的冲量为，但由于金属框进入磁场过程中从逐渐增加到L,则,B错误；边刚要进磁场时的速度与边刚要出磁场时的速度大小均为v,且金属框进出磁场时安培力的冲量大小相同，则金属框c点刚要离开边界N时的速度与金属框c点刚要进入边界M时的速度相同，则金属框边刚进入磁场时到金属框c点刚要离开边界N时，有,解得,则磁场的宽度为,C正确；金属框穿过磁场过程中，根据动能定理有,由于克服安培力做的功即金属框中产生的焦耳热，则,D正确．
9．ABD 【解析】设中点为g点，则平面为零势面，可知b、c两点电场强度方向必相同，A正确；电荷量为和的点电荷单独作用时在b点产生的电场强度大小均为,且两电场强度方向夹角为可知b点电场强度的大小为，B正确；f点电势大于0，e点电势低于0，b、c两点电势均等于0，可知,C错误；b点在零势面上，其电势为0，b、f连线上其余各点的电势均大于0，D正确．
10．BD 【解析】设粒子在磁场中转动的半径为,在磁场中转动的半径为,根据题意可知，粒子在磁场中偏转五次，在磁场中偏转四次，根据几何关系可知,在磁场中，根据洛伦滋力提供向心力有,可得，结合,可得,B正确，A错误；粒子在x轴方向，在的区域做初速度为零的匀加速运动，加速度，在区域，做四次匀速运动，每一次匀速运动的时间，在区域运动的时间,做匀加速运动的位移,做匀速运动的位移点的x轴坐标,D正确，C错误．
二、非选择题
11．（1）见解析图（2分） （2）596.0（1分） （3）1192.0（1分） （4）大于（1分） 小（1分）
【解析】（1）根据电路图将实物图连接如图所示．
（2）电阻箱的读数为．
（3）根据串联电路的分压特点有,代入数据解得．
（4）实验中断开,调整电阻箱接入电路阻值时，电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得，可知总电流减小，滑动变阻器的左边部分电压增大，则电压表的指针指在满刻度的处时，电阻箱两端的电压大于,则有,可得，则实际测出的电压表内阻的测量值大于真实值；若越大，滑动变阻器的左边部分电压变化小，电阻箱两端的电压越接近满偏电压的三分之一，测量误差就越小．
12．A（2分） （2）（2分） （3）（2分） （2分）
【解析】（1）两小球碰撞后，小球2的速度大于小球1的速度，故小球2留下的印记必在小球1之上，可知小球2在白纸上留下的印记为A点．
（2）由可知,设斜槽末端到挡板的水平距离为x,则,可知小球在斜槽末端的遮度正比于；可知若满足,即满足，则小球碰撞过程中动量守恒．
（3）若两球碰撞满足弹性碰撞，必有，可解得，整理可得．
13．（1） （2） （3）
【解析】（1）在地球表面上
（1分）
在火星表面上
（1分）
解得 （1分）
（2）小球与斜面垂直相碰，由几何关系得
（1分）
解得 （1分）
C点与B点的水平距离
（1分）
（3）小球从A到B,由动能定理得
（1分）
在A点由牛顿第二定律得
（2分）
由牛顿第三定律得
（1分）
14．（1） （2）
【解析】（1）小球b从进入电场到与小球a碰撞这一过程，水平方向上做匀加速直线运动，竖直方向上做竖直上抛运动，故在竖直方向有
设电场强度为E,在水平方向上有
（1分）
（1分）
小球b与小球a发生弹性碰撞，有
（1分）
（1分）
因为两球碰撞，根据接触带电的电荷分配规律，小球α带电荷量为，小球b带电荷量为．小球a在第二象限竖直方向做自由落体运动，水平方向做匀加速直线运动，根据运动的对称性可知，小球a在到达x轴负半轴所用时间与小球b从进入电场到与小球a相碰时间相同，即时间为．竖直方向上的速度也为,在水平方向上有
（1分）
解得
所以其进入磁场的位置坐标为 （1分）
（2）由上一问分析可知小球a竖直方向速度为（方向水平向下），水平方向速度为（方向水平向左）．小球a进入磁场时，受到洛伦兹力以及重力，将小球a的速度分解为水平向右的大小为的速度和方向与x轴负半轴成角，大小为
（1分）
其中有
（1分）
（1分）
解得
（1分）
即粒子在磁场中的运动可分解为水平向右的匀速直线运动和入射速度为、方向与x轴负半轴夹角的正切值为的在磁场中的匀速圆周运动，由牛顿第二定律得
（1分）
解得
由几何关系可知，小球第一次在磁场中运动离x轴最远距离为
（1分）
此时小球a的速度最大，为
（1分）
15．（1） （2） （3） （4）
【解析】（1）设粒子第一次穿过x轴时z轴方向上的分速度为
z轴方向上有 （1分）
x轴方向上有 （1分）
且 （1分）
由牛顿第二定律有 （1分）
（1分）
解得 （1分）
（2）设粒子第二次穿过x轴时的横坐标为,有
则粒子第一次与第二次穿过x轴之间的距离 （1分）
解得
设粒子在磁场中做圆周运动的半径为,且知粒子第一次穿过x轴时速度大小为，有 （1分）
则弦长 （1分）
解得 （1分）
（3）磁场方向改变后，粒子在平面下方运动的时间 （1分）
粒子在平面上方运动的时间 （1分）
设该段时间为,则
解得 （1分）
（4）设粒子在平面下方磁场中运动的半径为,有 （1分）
解得
则粒子第6次穿过平面时在y轴上的坐标为 （1分）
则粒子第6次穿过平面时在x轴上的坐标为 （1分）
则粒子第6次穿过平面时的位置坐标为 （1分）