河北省部分地市2023-2024学年高三上学期2月期末联考物理试题（含答案）

河北省部分地市2023-2024学年高三上学期2月期末联考
物理试题
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为75分钟，满分100分
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.核磁共振仪器被誉为“尖端医疗设备皇冠上的明珠”，我国自主研发的核磁共振仪器于2023年7月开始量产。核磁共振的原理是跃迁的氢原子核在磁场中产生信号，从而给医生提供影像实现诊断病情的目的。图示左侧为氢原子能级图，右侧展示了氢原子从较高激发态跃迁到激发态时辐射的4条氢光谱线。光谱图中（ ）
A.最左侧谱线的波长最长 B.最左侧谱线的频率最小
C.最右侧谱线的波长最长 D.最右侧谱线的频率最大
2．如图所示，圆形铁丝圈蘸一些肥皂液后会形成肥皂膜，将铁丝圈竖直放置，肥皂膜呈现出水平彩色横纹。下列说法正确的是（ ）
A.此现象属于光的衍射现象
B.此现象属于光的偏振现象
C.由于表面张力作用，肥皂膜上部厚、产生条纹疏，下部薄、产生条纹密
D.此现象与透过狭缝看太阳呈现彩色条纹原理不同
3.如图所示，光滑水平桌面上有一能满足胡克定律的橡皮筋，一端可绕竖直轴转动，另一端与小球相连。当小球转动稳定后，发现橡皮筋的伸长量等于原长，此时小球的动能为。已知橡皮筋的劲度系数为，小球可视为质点。橡皮筋的原长为（ ）
A. B. C. D.
4.雀尾螳螂虾的“铁拳”在出击瞬间，可以像发射子弹一样以超过80公里/小时的速度挥出，出拳冲击力度可高达60公斤（可认为“铁拳”受到大小为的力），而整个出拳过程可以在3毫秒内完成。若“铁拳”挥出过程中，不考虑其他力的作用，则下列估算正确的是（ ）
A.“铁拳”所受合力的冲量大约为
B.“铁拳”的动量大约增大了
C.“铁拳”的质量约为
D.“铁拳”的加速度大约为
5.继2021年我国成功发射首颗太阳探测卫星“羲和号”之后，2022年10月9日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射了“夸父一号”综合性太阳探测卫星，“羲和号”可称为我国探日工程的“探路者”，而“夸父一号”则是观察太阳的“多面手”，首次实现在同一颗卫星上对太阳高能成像和大气不同层次变化的同时观测。“羲和号”和“夸父一号”均可视为绕地球做匀速圆周运动。已知“羲和号”的质量为，离地高度约为；“夸父一号”的质量为，离地高度约为。已知地球的半径，则根据以上信息可知（ ）
A.“羲和号”绕地球运行的线速度比“夸父一号”的小
B.“羲和号”绕地球运行的动能大于“夸父一号”的动能
C.“羲和号”和“夸父一号”绕地球运行的周期之比为
D.“羲和号”和“夸父一号”所在轨道处的重力加速度之比为
6.如图所示，理想变压器原线圈与输出电压有效值的正弦交流电源相连，原、副线圈的匝数比为，电表均为理想交流电表，电阻，，滑动变阻器的最大阻值为。在滑片从最上端滑向最下端的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.电压表示数的最大值为 B.电流表示数的最大值为
C.副线圈输出功率的最大值为 D.副线圈的输出功率先增大后减小
7.张三参加车模大赛，操纵小火车在平直轨道上从静止开始匀加速运动达到额定功率，随后以额定功率继续行驶。如图所示为小火车匀加速阶段的动量平方—位移图像，已知小火车的质量为，阻力是小火车重力的0.2倍，重力加速度取。下列说法正确的是（ ）
A.小火车在匀加速阶段的牵引力大小为
B.小火车的额定功率为
C.小火车在的位移内用时为
D.小火车在随后的运动过程中能达到的最大速度为
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，有两个或两个以上选项符合题目要求。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.位于坐标原点处的波源从时刻开始起振，形成一列沿轴正方向传播的简谐横波。在时波源停止振动，时轴上间的波形如图所示，质点的平衡位置。下列说法正确的是（ ）
A.波源起振方向沿轴正方向
B.时，质点在处
C.时，质点正在沿轴正方向通过平衡位置
D.在内，质点运动的总路程为
9.如图所示，正三棱柱的底面边长等于棱高，、两点分别固定等量异种点电荷。下列说法正确的是（ ）
A.点与点的电场强度方向相同
B.点与点的电场强度大小相等
C.点与点的电势差小于点与点的电势差
D.将试探电荷由点沿棱移动到点再沿棱移动到点，其电势能先减小后增大
10.如图所示，不同金属材料围成的闭合矩形线框倾斜放置，线框平面与水平面成角，两长边很长，电阻不计，两短边长度为，电阻均为，在两长边中间正方形区域内存在垂直线框面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为，区域边长为。质量为的金属杆从磁场上边缘由静止释放，下滑出磁场时已经开始匀速运动。金属杆与线框长边始终垂直且接触良好，金属杆接入电路的电阻为，不计一切摩擦，重力加速度为，则从金属杆由静止释放到下滑出磁场的整个过程中，下列说法正确的是（ ）
A.金属杆中的电流方向从向
B.金属杆出磁场时的速率为
C.通过金属线框上侧短边的电荷量为
D.金属线框产生的焦耳热为
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11．（6分）某学习小组用图甲所示的实验装置探究匀变速直线运动的物体所受合力与速度的关系。他们在气垫导轨上安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从处由静止释放。
（1）某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则________。
（2）该实验________（选填“需要”或“不需要”）满足滑块和遮光条的总质量远大于钩码和力传感器的总质量。
（3）实验时保持滑块和遮光条的总质量不变，测量、间的距离并保持不变，改变钩码和力传感器的总质量，释放滑块使之沿气垫导轨运动，记录传感器的示数和遮光条通过光电门的时间。则滑块通过光电门时的速度大小为________（用所测物理量字母表示），某同学作出了图像，发现图像是过原点的直线，斜率为，则滑块和遮光条的总质量为________（用及所测物理量字母表示）。
12.（9分）在测量电源的电动势和内阻的实验中，某同学借助标准电源对实验原理做出创新，如图甲所示。实验室提供的器材如下：
待测电源；
标准电源（电动势，内阻）；
滑动变阻器（最大阻值为）；
电流表（量程为，内阻为）；
开关、，导线若干。
请完成下列问题：
（1）在图乙中用笔画线代替导线，补充完成实物图的连接。
（2）按图甲连接好电路后，闭合开关、断开开关，调节滑动变阻器的滑片位置，记录稳定后电流表的示数，保持滑动变阻器滑片位置不变，断开开关、闭合开关，记录稳定后电流表的示数。
（3）某次实验时，闭合开关、断开开关，调节完成后电流表示数稳定时如图丙所示，此时电流为________，则滑动变阻器接入回路的阻值为________。
（4）将测得的多组数据描绘在坐标系中，用直线拟合连接各点，如图丁所示。
（5）若得到的图线斜率，纵截距，则待测电源的电动势________V，内阻________。
13.（10分）现今乘热气球飞行已成为人们喜爱的一种航空体育运动，还常用于航空摄影和航空旅游。如图所示，热气球是一个比空气轻、上半部是一个底部开口的大气球、下半部是吊篮的飞行器。某热气球的总体积（忽略球壳体积），现对气球内气体加热，当球内气体温度上升至时热气球刚好可从地面升起。已知地球表面大气温度，密度，把大气视为理想气体，它的密度和温度几乎不随高度变化，不考虑热气球的体积变化。求：
（1）时，热气球内气体的密度；
（2）时，球内剩余气体质量占原先球内气体质量的百分比。
14.（13分）如图所示，边长为的正方形的顶点处有质子源，沿边射出速率为的质子。正方形内有以正方形中心为圆心、半径为的圆形区域，正方形的对角线与圆形区域的交点分别为、，在圆外、正方形内区域（含边界）分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场。已知质子比荷为，不计重力。
（1）若质子恰能从点进入圆形区域，求磁场的磁感应强度大小；
（2）在圆形区域内加上匀强电场，方向与对角线平行，若质子恰能从点进入电场、从点离开电场回到磁场，求：
①电场的电场强度的大小；
②质子从点运动到点的时间。
15.（16分）如图所示，在光滑水平平台上有一轻弹簧一端固定在左侧的墙壁上，另一端与物块相连，初始时弹簧处于原长。平台的右侧有一个与平台相切且足够长的水平传送带，传送带以的速度逆时针运行，物块与传送带共速后一起运动，某时刻物块离开传送带滑上平台与物块发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞过程中没有机械能损失，每次物块与碰撞并分离后物块在极短的时间内，在外力作用下重新静止在弹簧原长位置。已知物块、的质量分别为、，物块与传送带间的动摩擦因数，初始时平台右端到物块的距离，重力加速度取。求：
（1）物块、第一次碰撞后瞬间物块的速度；
（2）物块、从第一次碰撞到第二次碰撞所经历的时间；
（3）在第一次碰撞之后的整个过程中，物块与传送带间因摩擦产生的热量。
物理参考答案
1.C【解析】根据能级跃迁规律及频率、波长的关系，可知四条谱线中，波长最长、频率最小的是最右侧的，波长最短、频率最大的是最左侧的，C正确。
2.D【解析】此现象属于光的薄膜干涉现象，A、B错误；铁丝圈竖直放置时，由于重力作用，膜的下部较厚、上部较薄，膜的纵截面如图所示，同一水平线上的膜厚度相同，在同一个干涉级次上，C错误；透过狭缝看太阳呈现彩色条纹是光的衍射现象，二者原理不同，D正确。
3.A【解析】设橡皮筋原长为，转动稳定后动能为时橡皮筋伸长，由向心力公式和牛顿第二定律得，根据题意，，又，解得，A正确。
4.B【解析】“铁拳”在挥出过程中所受合力的冲量，A错误；由动量定理得挥出过程中“铁拳”的动量增加量，B正确；“铁拳”的质量约为，C错误；“铁拳”的加速度约为，D错误。
5.C【解析】由可得，轨道半径小的“羲和号”线速度较大，A错误；卫星的动能，因，“羲和号”，绕地球运行的动能小于“夸父一号”的动能，B错误；根据开普勒第三定律，可得周期比，C正确；由，可得重力加速度之比，D错误。
6.C【解析】设变压器的输入电压为，输出电压为，原副线圈的匝数分别为、，有，，变压器及其右侧电路的等效电路如图所示，其等效电阻。当时等效电阻取最大值，为，则原线圈两端的电压最大为，由变压器原理可知，电压表示数的最大值为，A错误；当时，等效电阻取最小值，为，此时电流表示数最大，为，B错误；因，将看成电源内阻，则等效电阻消耗的电功率，当时，副线圈输出功率最大，为，且副线圈输出功率一直增大，C正确，D错误。
7.D【解析】由速度位移关系式得，两边乘以得，所以，结合图像可知，又，解得，由牛顿第二定律得，又，代入数据解得，A错误；小火车匀加速的末速度，又由题意可知车加速运动匀加速结束，且此时小火车的功率达到额定功率，所以小火车的额定功率，B错误；由于小火车在的过程中做匀加速直线运动，该过程小火车的运动时间，C错误；小火车达到额定功率后，随车速的逐渐增大，小火车的牵引力逐渐减小，当小火车的牵引力等于阻力时速度达到最大，则小火车的最大速度，D正确。
8.ACD【解析】从到的内波传播了，波速，波长，周期。内，振源振动4个周期向右形成4个波形，每间隔1个波形，振动形式出现重复，则波源的起振方向与图示处质点的振动方向相同，即沿轴正方向，A正确；质点不会随波迁移，平衡位置不变，B错误；由图知时质点恰好在波谷处，时恰好从波谷向平衡位置振动了，即，刚好回到平衡位置沿轴正方向振动，C正确；波从波源传到质点的时间，在内，质点振动了，故质点运动的总路程，D正确。
9.AB【解析】在连线的中垂面上，是等势面，面上各点的电场强度方向均垂直于等势面，方向相同，A正确；设两点电荷的电荷量均为，底面边长和棱高均为，正电荷在点的电场强度，在点的电场强度，，由对称性可得、两点的电场强度大小均为，方向不同，B正确；、两点关于过的中垂面（等势面）对称，点与上述等势面的电势差等于上述等势面与点的电势差，C错误；由到电势降低，试探电荷电势能减小，沿电势不变，电势能也不变，D错误。
10.BD【解析】根据右手定则，金属杆中的电流方向从向，A错误；金属杆匀速出磁场，安培力与重力沿斜面方向分力平衡，有，解得，B正确；通过金属杆的电荷量，而通过线框上侧短边的电荷量只是其中的一半，为，C错误；由能量守恒得电路中产生的总焦耳热，又内外电路的电阻之比为，可得线框产生的焦耳热，D正确。
11.（1）6.00（1分）
（2）不需要（1分）
（3）（2分） （2分）
【解析】（1）由题图知。
（2）拉力可通过力传感器直接测量，故不需要满足滑块和遮光条的总质量远大于钩码和力传感器的总质量。
（3）滑块通过光电门的速度大小为，根据动能定理有，则的图像斜率，由此可知滑块和遮光条的总质量。
12.（1）见解析（2分）
（3）300（1分） 17（2分）
（5）3.9（2分） 13.5（2分）
【解析】（1）实物图连接如图。
（3）由电表读数规则可知，电流表的示数为，则回路中的总电阻，又标准电源的内阻为，电流表的内阻为，则滑动变阻器接入回路的阻值为。
（5）闭合开关、断开开关和闭合开关、断开开关，回路中滑动变阻器和电流表的总阻值不变，则有，变式得，有，，可得，。
13.（1）
（2）
【解析】（1）设时，气球内的气体密度为，原来的气体温度升高后的体积变为，气体压强不变，根据盖—吕萨克定律有（2分）
根据质量相等，有（2分）
解得球内气体密度（1分）
代入数据解得（1分）
（2）气体加热膨胀后密度为时，总体积为，则留在气球内的气体体积为，
球内剩余气体质量占原先球内气体质量的百分比（2分）
代入数据解得（2分）
14.（1）
（2）①
②
【解析】（1）符合条件的质子运动轨迹的圆心在连线的中垂线与的交点，如图所示。根据对称性可知质子进入点时与夹角为，根据几何关系可知（2分）
设质子的电荷量为，质量为，则比荷
根据洛伦兹力提供向心力有（2分）
解得
即（1分）
（2）①质子在电场中做类斜上抛运动，在方向上（2分）
解得质子在电场中运动的时间
在电场方向上（1分）
又（1分）
解得加速度
联立解得（1分）
②质子在磁场中的运动时间（1分）
该质子从点运动到点的总时间（2分）
15.（1），方向水平向左
（2）
（3）
【解析】（1）物块离开传送带后在水平平台上做匀速运动，然后与发生碰撞，以水平向左为正方向
由动量守恒定律得（2分）
由机械能守恒定律得（2分）
解得碰后瞬间的速度，即速度大小为，方向水平向右（2分）
的速度，方向水平向左
（2）物块、第一次碰撞后物块在平台上匀速向右运动，
匀速运动时间（1分）
物块在传送带上向右做匀减速运动至零后返回，具有对称性
对物块，由牛顿第二定律得（1分）
向右做匀减速运动的时间（1分）
物块向左返回离开传送带时的速度小于传送带的速度，以速度向左离开传送带
物块、从第一次碰撞到第二次碰撞所经历的时间为
（1分）
（3）物块、第一次碰撞后，物块滑上传送带到离开传送带过程中，
与传送带的相对位移（1分）
第二次碰撞后物块、的速度
，（1分）
物块、第二次碰撞后物块滑上传送带到离开传送带过程中，
与传送带的相对位移（1分）
依此类推可知每次、碰撞后物块与传送带间发生相对滑动的路程为等比数列，
公比为，故整个过程发生相对滑动的总路程（1分）
整个过程产生的总热量（1分）
代入数据解得（1分）