2023-2024学年湖北省武汉市二月调研考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖北省武汉市二月调研考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年，中国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分。如图是铀核俘获中子后，裂变成三个质量较大的核和一个质量较小的核时产生的径迹。下列说法不正确的是( )
A. 铀核裂变过程质量数守恒
B. 铀核裂变过程电荷数守恒
C. 铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量会有差异
D. 铀核中使核子紧密结合在一起的作用是弱相互作用
2.明代方以智在物理小识中记载：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱则必有一面五色”，这描述的是光的色散现象。如图，半圆是一宝石的横截面，是其直径，是圆弧上的一点。在横截面所在的平面，一束光自点射入宝石，折射为、两束单色光。下列说法正确的是( )
A. 宝石对光的折射率比对光的折射率大
B. 在宝石中光的传播速度比光的传播速度小
C. 若仅增大光在点的入射角，光可能在上发生全反射
D. 用同一双缝干涉装置做实验，光的干涉条纹间距比光的干涉条纹间距大
3.如图是空间某区域电势随位置变化的关系图，图中四个区域、、、内电场强度沿轴方向的分量大小分别为、、、。下列判断正确的是( )
A.
B.
C. 沿轴正方向
D. 电子沿轴正方向穿过区域的过程中电势能增大
4.如图，虚线圆形区域内、外均分布着垂直于纸面的匀强磁场图中未画出，磁感应强度大小相同、方向相反，一带电粒子从圆上的点正对圆心入射。仅改变带电粒子的入射速率，可分别得到图甲和图乙中实线所示的运动轨迹。则甲、乙两图中粒子的入射速率之比为( )
A. B. C. D.
5.轻绳的一端固定于点，另一端系一小球。现将轻绳拉直，让小球从与点等高的点静止释放。不计空气阻力，重力加速度大小为，小球从点运动到最低点的过程中
( )
A. 竖直方向上加速度的最大值为，最小值为
B. 竖直方向上加速度的最大值为，最小值为
C. 竖直方向上的加速度最小时，重力的瞬时功率最大
D. 竖直方向上的加速度最小时，重力的瞬时功率最小
6.如图是某同学设计的温控报警系统：交流电源输入有效值恒定的电压，变压器可视为理想变压器，和分别为定值电阻和滑动变阻器为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小为报警装置可视为阻值恒定的电阻，其两端电压超过设定值时报警器发出警报。现欲使在温度更低时报警，下列做法一定可行的是( )
A. 仅将滑片左移 B. 仅将滑片右移
C. 将滑片左移，同时将滑片下移 D. 将滑片右移，同时将滑片上移
7.某同学投掷篮球空心入筐，篮球的出手点与篮筐的距离为，篮球进入篮筐时的速度方向恰好与出手时的速度方向垂直。不考虑空气阻力，重力加速度大小取。则篮球从出手到入筐的时间为
( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.我国星际探测事业在一代代中国航天人的持续奋斗中不断开创新高度。下表是几颗星际探测器的相关信息：
名称 种类 发射时间 运行周期
东方红一号 首颗人造地球卫星 年月日 小时
嫦娥一号 首颗月球探测器 年月日 小时
天问一号 首颗火星探测器 年月日 小时
夸父一号 首颗太阳探测卫星绕地运行 年月日 小时
根据以上信息可确认
( )
A. “东方红一号”的轨道半径比“夸父一号”的轨道半径大
B. “东方红一号”的运行速度比“夸父一号”的运行速度大
C. “嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度小
D. “嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度大
9.一列简谐横波沿轴方向传播，时刻的波形如图所示，介质中处的质点的动能正在减小。，质点第一次到达波峰处。下列说法正确的是( )
A. 该波沿轴正方向传播
B. 该波的传播速度大小为
C. 时间内，质点运动的路程为
D. 质点振动的位移时间关系为
10.如图所示，上表面光滑的斜面静置于粗糙水平面上，斜面质量，倾角，斜面顶端固定有光滑轻质滑轮，质量的物块系于轻绳一端，轻绳另一端跨过滑轮系于地面上，斜面左侧的轻绳保持竖直，斜面上方的轻绳与斜面平行。已知重力加速度大小，，，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是
( )
A. 轻绳的拉力大小为
B. 水平面对斜面的弹力大小为
C. 水平面对斜面的摩擦力大小为
D. 剪断轻绳瞬间，为使斜面保持静止，斜面与水平面间的动摩擦因数至少为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某同学用如图甲所示的数字化实验装置测量当地的重力加速度。在滑块上安装一遮光条，将滑块放在水平气垫导轨上的处，让细绳跨过定滑轮与钩码相连，光电门固定安装在气垫导轨上的处，测得遮光条中心与处的距离为。将滑块由静止释放，遮光条通过光电门时光电门记录的挡光时间为。
用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，遮光条的宽度
实验时，光电门记录的挡光时间，则滑块通过光电门时的速度大小 结果保留位有效数字
改变距离，测量时间。多次测量，记录数据，描点并作出图像，如图丙所示。
测得钩码的质量，滑块含遮光条的质量，则当地的重力加速度 结果保留位有效数字。
12.某同学用图甲所示的电路测量电阻的阻值。实验步骤如下：
按照电路图连接好电路，将滑片置于电阻丝上的适当位置，闭合开关
将双刀双掷开关中间连杆为绝缘材料掷于触点、，调节电阻箱，使灵敏电流计的指针指零，读出电阻箱阻值，记为
保持滑片的位置不动，将掷于触点、，调节电阻箱，仍使灵敏电流计的指针指零，读出电阻箱阻值，记为
断开开关，整理器材。
回答下列问题：
实验过程中， 填“需要”或“不需要”测量滑片两侧电阻丝的长度
关于实验对电阻丝规格的要求，下列说法正确的是
A.总电阻必须已知，粗细必须均匀
B.总电阻必须已知，粗细无须均匀
C.总电阻无须已知，粗细必须均匀
D.总电阻无须已知，粗细无须均匀
某次测量中，，如图乙是电阻箱指示的的阻值，则待测电阻的测量值 结果保留位有效数字
若在步骤后、步骤之前，误将滑片向右移动了少许，继续进行测量，则的测量值 填“大于”“小于”或“等于”真实值。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.增压水枪通过注水压缩空气，以增加储水腔内空气的压强，打开喷水开关，水将喷射到远处。某水枪储水腔的容积，最初充满压强的空气，现向储水腔内注入体积的水。已知水的喷射速度与储水腔内空气的压强满足关系：，式中，。注水与喷水过程可忽略气体温度变化，储水腔内空气无泄漏，气体可视为理想气体。
求注水后储水腔内空气的压强
打开喷水开关，当储水腔内水的体积为时，求水的喷射速度结果保留位有效数字。
14.如图，倾角为的斜面足够长，区间光滑，长度为，其余部分粗糙程度相同。长为的轻绳连接两个相同的小滑块、。开始时处于点，轻绳恰好伸直。由静止同时释放、，经过一段时间后，、发生弹性碰撞。再经过一段时间轻绳突然绷紧，、达到共同速度，并一起匀速运动。已知重力加速度大小为，求
滑块与斜面粗糙部分之间的动摩擦因数
滑块从静止释放至运动到点的时间
滑块、一起匀速运动的速率。
15.如图，两平行轨道固定于水平面内，其中、是两小段绝缘材料，其余部分是金属材料，轨道间距为，轨道间分布着磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场。轨道左侧接入包含电动势为的直流电源、电容为的电容器、单刀双掷开关构成的电路，轨道右侧接入自感系数为的电感线圈。质量为、电阻为的金属棒垂直放置于轨道左侧某处，质量也为、电阻不计的金属棒垂直放置于绝缘材料上。现将接，待电容器充电完毕后，再将接。之后，运动达到稳定状态，再与发生弹性碰撞。不考虑其它电阻，不计一切摩擦，忽略电磁辐射，、均始终与轨道接触良好。
接通瞬间，求金属棒的加速度大小
求金属棒运动达到稳定状态时的速度大小
某同学查阅教材后得知，电感线圈的自感电动势正比于电流的变化率，由此他猜测金属棒在运动过程中做简谐运动。请证明。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了核裂变、核力；自然界有四种基本的相互作用力：万有引力、电磁作用力，强相互作用和弱相互作用。
铀核裂变过程中，质量数、电荷数守恒，反应前后有质量亏损；
知道自然界有四种基本的相互作用力。
【解答】
解：该反应质量数、电荷数守恒，释放出大量的能量，故AB正确，不合题意；
C.铀核裂变产物不同，释放的能量也有差异，故C正确，不合题意；
D.铀核中使核子紧密结合在一起的作用是强相互作用，故D错误，符合题意。
2.【答案】
【解析】【分析】本题考查了光的折射及折射定律、全反射、光的干涉；解决本题的关键是通过光路图比较出折射率，而得知频率大小，然后根据光学公式及全反射条件、光的干涉进行解答。
通过光路图，判断出玻璃砖对两束光的折射率大小，从而知道两束光的频率大小，根据折射率和频率大小去判断出在玻璃砖中的速度大小；由公式，根据几何关系，结合光路可逆分析全反射现象；根据双缝干涉条纹的间距公式比较条纹间距。
【解答】解：、两光在点的入射角相等，因为光的折射角大于光的折射角，根据折射定律得知：玻璃砖对光的折射率小于对光的折射率，故A错误；
B.由可知，在宝石中光的传播速度比光的传播速度大，故B错误；
C.由公式
，
根据几何关系，结合光路可逆，入射到的光的入射角总是小于临界角，不会发生全反射故C错误；
D.由于折射率越大，光的频率越大，则光的频率比光的频率大，光的波长比光的波长小，根据双缝干涉条纹的间距公式，光的干涉条纹间距比光的大，故D正确。
3.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了图象的斜率即电场强度的大小、电场强度与电势差的关系、动能定理，图象是物理试题中最常见的题型之一，图象的斜率、截距、围的面积有其一定的物理意义，需要熟练判断和总结、记忆。
电场强度的大小可以根据图象的斜率判断，电场强度的方向可以根据电势的升降判断，根据电势确定电势能关系。
【解答】
解：因为图象的斜率，即为电场强度的大小；由图像可知：，，故A错误，B正确；
C.由于沿电场的方向电势逐渐降低，区域电势沿轴正方向增大，则沿轴负方向，故C错误；
D.由电势越大，负电荷电势能越小可知：电子沿轴正方向穿过区域的过程中电势能减小，故D错误。
4.【答案】
【解析】【分析】画出轨迹图，根据几何关系得出图轨迹半径之比，根据可求入射速率之比。
【解答】解：画出轨迹图
设虚线圆形区域半径为，根据几何关系得出图甲轨迹半径
图甲轨迹半径，据
则甲、乙两图中粒子的入射速率之比为，故选 A。
5.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查竖直平面内的圆周运动，结合动能定理以及瞬时功率的计算式即可解答。
【解答】
根据牛顿第二定律可知，竖直方向加速度最大时，则竖直方向合外力最大，在点时，竖直方向合力为重力，加速度为重力加速度；此后竖直方向先做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，因此竖直方向的加速度最小值为，在点时，竖直方向的加速度为，由动能定理可得，解得，则加速度的最大值为，故AB错误；
当在竖直方向加速度最小时，此时竖直方向速度最大，根据可知此时重力的瞬时功率最大，故C正确，D错误。
6.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了变压器，要明确变压器的电压是由输入决定输出，电流和功率式输出决定输入。
若要调低预设的报警温度，使热敏电阻的阻值较大时报警，需保持输出电流不变，据此分析。
【解答】
解：若要调低预设的报警温度，即热敏电阻的阻值较大，要保持流过的电流不变，则可减小滑动变阻器的阻值，即仅将滑片左移，故A正确，B错误；
C.将滑片下移，输入电压降低，将滑片左移，不一定能够保持流过的电流不变，故C错误；
D.将滑片上移，输入电压升高，将滑片右移，不一定能够保持流过的电流不变，故D错误。
7.【答案】
【解析】【分析】
本题考查斜抛运动的规律，解题关键是抓住斜抛运动的水平方向和竖直方向的运动规律，结合运动学公式灵活求解。
【解答】
设篮球出手时的速度方向与水平方向的夹角为，则篮球进入篮筐时的速度方向与水平方向的夹角为，
根据斜抛运动的规律可得：篮球在水平方向的位移为：，
篮球在竖直方向的位移为：，，，
由题意可知：，联立解得：，故C正确，ABD错误。故选C。
8.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查了人造卫星的运动，卫星的运动由万有引力提供向心力，根据人造卫星运动的规律即可求解。
【解答】
卫星绕地球作圆周运动，由得卫星的轨道半径为：，东方红一号的周期比夸父一号周期大，轨道半径大，A正确；
根据万有引力提供向心力得： ，得，东方红一号的轨道半径比夸父一号大，运行速度小，B错误；
轨道半径越大，具有的机械能越大，发射速度越大，由卫星的轨道半径可知，嫦娥一号比天问一号轨道半径小，故嫦娥一号的发射速度比天问一号的发射速度小，故D错，C正确。
故选 AC。
9.【答案】
【解析】【分析】
本题考查的是机械波的波形图，根据波形图求波长，由点的振动方向求波形的传播方向，再由题中的已知条件求波速和周期，进而得到点的振动方程，本题难度较小，同学们必须掌握住这类题目。
【解答】
A、时刻的波形如图所示，介质中处的质点的动能正在减小，点向下振，有同侧法得波形向轴负方向传播，故A错误；
B、根据波的图像得波长，即，，质点第一次到达波峰处，波峰传播的距离，该波的传播速度，故B正确；
、根据以上已知条件得质点的初相位为，质点振动的位移时间关系为：
，即时间内，质点运动的路程
故C错误，D正确。
10.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了平衡条件的应用；关键是正确受力分析。
分析物块受力，由平衡条件得出轻绳的拉力；分析斜面受力，由平衡条件得出水平面对斜面的摩擦力；剪断轻绳瞬间，分析斜面受力，结合摩擦力影响因素得出斜面与水平面间的动摩擦因数。
【解答】
A.分析物块受力：重力、支持力、拉力，由平衡条件可知：，，故A错误；
分析斜面，受力如图：
；
由平衡条件可知：，，故B正确，C错误；
D.剪断轻绳瞬间，分析斜面，受力如图：
；
当斜面刚好静止时，由平衡条件可知：，，则斜面与水平面间的动摩擦因数，即斜面与水平面间的动摩擦因数至少为，故D正确。
11.【答案】；；均可
【解析】【分析】
本题主要考查测量重力加速度的实验，要掌握游标卡尺的读数由主尺与可动刻度组成，同时要熟练的掌握牛顿第二定律以及匀变速直线运动的规律。
【解答】
遮光条的宽度为；
通过光电门的速度为；
根据匀变速直线运动的规律可得，则可知图像的斜率代表，由图像可知，由牛顿第二定律可得，联立解得。
12.【答案】不需要；；均可；大于
【解析】【分析】
本题主要考查桥式电路法测量电阻，根据题中条件可知将双刀双掷开关中间连杆为绝缘材料掷于触点、时满足；保持滑片的位置不动，将掷于触点、时满足，与分别代表电阻丝左右测的电阻，即可得出，即，据此分析解答即可。
【解答】
根据实验原理可知，即，与电阻丝的两侧长度以及电阻丝的阻值无关，因此不需要测量滑片两侧电阻丝的长度；
由实验原理可知，电阻丝的电阻对实验结果无影响，因此总电阻无须已知，粗细无须均匀，故D正确；
的阻值为，由；
步骤中满足，步骤之前，误将滑片向右移动了少许，则可知变大，变小，即，则有，，两式相乘得出，则，因此测量值大于真实值。
13.【答案】解：注水后储水腔内空气的体积为
由玻意耳定律
解得
喷水后储水腔内空气的体积为
由玻意耳定律
由题意，水喷射的速度满足
解得：
【解析】本题主要考查了玻意耳定律，找出初末状态参量，关键是把变质量问题转化为恒质量问题即可。
把储水腔内的气体为研究对象，找出初末状态参量，根据玻意耳定律求得注水后储水腔内空气的压强；
储水腔内的气体做等温变化，找出初末状态参量，根据玻意耳定律求得水的喷射速度。
14.【答案】、一起匀速运动，对、整体有

解得
、一起下滑距离，对、整体有

由位移公式
此时、的速度为
从运动至，因绳子松弛，故对有

由位移公式
而
解得
运动至点后匀速运动，此时速度为

之后，、发生弹性碰撞，质量相等交换速度，直至轻绳绷紧，二者以相同的速度匀速运动。该过程
系统动量守恒

解得
【解析】对、整体为研究对象，根据、达到共同速度，并一起匀速运动，由平衡条件求解动摩擦因数；
、一起下滑距离，对、整体根据牛顿第二定律加速度，由位移公式求时间，根据求此时、的速度，
从运动至，绳子松弛，故对根据牛顿第二定律加速度，，由位移公式，
运动至点后匀速运动，由运动学公式求此时速度， 之后，、碰撞并交换速度，直至轻绳绷紧，二者以相同的速度匀速运动。该过程根据系统动量守恒求解滑块、一起匀速运动的速率。
本题考查牛顿运动定律、系统动量守恒及其相关知识点，正确进行受力分析，是解题的关键。
15.【答案】 (1) 开关S接1, 电容器充电，电容器上的电压U=E，开关S接2, 电容器通过金属棒a放电, 此时电流为I=
由安培力公式F=BId，由牛顿第二定律F=ma
解得a=
(2)当a棒产生的感应电动势等于电容器两端的电压时, a棒做匀速运动，即=
由法拉第电磁感应定律=，电容器两端的电压=E-
设在t∽t+t时间内,a棒的速度变化为v,而q=It
由动量定理得：BdIt=mv
对上式两边求和得：Bdq=mv，解得=
(3)a棒与b棒发生弹性碰撞,交换速度,即=。b棒运动后和电感线圈L构成回路。
b棒产生的感应电动势与电感线圈L产生的自感电动势始终大小相等。设在t~t+t时间内,
b棒的速度为v, 电流的变化为I，有Bdv-L=0
变形, 得I=t，即I=x
对上式两边求和得：I=x
b棒所受安培力F=BId，解得F=x
由楞次定律以及题意可知，安培力方向与b棒位移x方向始终相反,由以上分析可知，金属棒在运动过程中做简谐运动。
【解析】 (1) 根据电容可充放电规律，结合安培力和牛顿第二定律可求出金属棒加速度；
(2)根据法拉第电磁感应定律及动量定理求解金属棒稳定时的速度；
(3)根据电感线圈产生的电动势等于b棒的感应电动势，求出安培力与位移的关系，从而得出结论。
本题主要考查的是法拉第电磁感应定律的应用，难度较大。
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