2023-2024学年湖北省七市州高三(下)联合统一调研测试物理试卷（3月）（含解析）

2023-2024学年湖北省七市州高三(下)联合统一调研测试物理试卷（3月）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年月，“中国环流三号”首次实现万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国在可控核聚变领域达到了国际领先水平。下列关于核聚变的说法正确的是( )
A. 轻核聚变过程，原子核的比结合能变大
B. 轻核聚变在常温常压下即可自发地进行
C. 轻核聚变过程，生成物的质量大于反应物的质量
D. 与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更低
2.将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出将激光水平射向塑料瓶小孔，观察到激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内，出现了“水流导光”现象。则下列说法正确的是( )
A. “水流导光”是一种光的行射现象
B. “水流导光”是一种光的全反射现象
C. 改用折射率较小的液体，更容易发生“水流导光”现象
D. 激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度
3.年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花，这就是最早发现的光电效应现象。用如图所示电路研究光电效应，下列说法正确的是( )
A. 爱因斯坦为了解释光电效应现象的实验规律，提出了“光子”说
B. 光照强度越大，电子从板逸出时的初动能越大
C. 光照条件不变时，闭合开关，滑片向右移动时，光电流会一直增大
D. 只要照射足够长的时间，任何频率的光都能够使板发出光电子
4.太极图的含义丰富而复杂，它体现了中国古代哲学的智慧。如图所示，为大圆的圆心，为上侧阳半圆的圆心，为下侧阴半圆的圆心，、、在同一直线上，为大圆的直径且与连线垂直，、为关于点对称的两点，在、两点分别固定电荷量大小相等的异种点电荷，整个空间只有、处点电荷产生的电场。下列说法正确的是
( )
A. C、两点电势相等
B. 把电子由沿直线移到的过程中，电子的电势能先增加后减小
C. 把质子由沿直线移到的过程中，质子所受电场力先增加后减小
D. 将一电子不计重力从点由静止释放，电子可以沿直线在间做往返运动
5.如图所示，光敏电阻、与恒压源输出电压不变串联，光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小，初始时、的光照强度相同，阻值相等。现保持的光照强度不变，改变的光照强度，则消耗的电功率变化情况为
( )
A. 无论增大还是减小，均变小
B. 无论增大还是减小，均变大
C. 增大时，变大，减小时，变小
D. 增大时，变小，减小时，变大
6.年月底投运的杭州柔性低频交流输电示范工程实现了杭州市富阳区、萧山区两大负荷中心互联互通，为杭州亚运会主场馆所在区域提供了最大功率为万千瓦的灵活电能支撑。如图所示是该输电工程的原理简图，海上风力发电站输出电压，经升压变压器转换为的高压后送入远距离输电线路，到达杭州电力中心通过降压变压器将电能分别输送给富阳和萧山负荷中心，降压变压器原副线圈的匝数比为。下列说法正确的是
( )
A. 升压变压器原副线圈的匝数之比为
B. 通过的电流与通过富阳负荷中心的电流之比
C. 仅当富阳负荷中心负载增加时，萧山负荷中心获得的电压增大
D. 当换用传统电网输电时，远距离输电线路等效电阻增大。若萧山和富阳负荷中心负载不变，则海上风力发电站输出功率减小
7.天问是屈原笔下的不朽诗篇，而“天问”行星探索系列代表着中国人对深空物理研究的不懈追求。如下图所示，半径均为的两球形行星的密度之比为，各有一个近地卫星，其绕行周期分别为、站在行星表面的宇航员从距行星表面高为处以水平抛出一物体，从距行星表面高为处以水平抛出另一物体。下列说法正确的是
( )
A. 绕运行的速度之比为
B. 绕运行的周期满足
C. 由于不知道与的质量，所以无法求出二者落地时速度之比
D. 、两物体从抛出到落地的位移之比为
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.一列简谐横波沿轴传播，时刻其波形图如图甲所示，、是介质中沿波的传播方向上的两个质点，质点振动的部分图像如图乙所示，其中、
A. 、已知，下列说法正确的是( )
A.该波的周期为
B. 时刻，质点的速度为
C. 时刻，质点的加速度最大
D. 如果质点的平衡位置位于∽之间，则该波沿轴正方向传播
9.如图所示，间距均为的倾斜金属导轨、与水平金属导轨、在、两点用绝缘材料平滑连接。在平面内存在垂直于导轨平面向上、磁感应强度为的匀强磁场，在平面存在竖直向上、磁感应强度为的匀强磁场。在、间连接一电容为的电容器和一个自感系数为的电感线圈，在间接一小灯泡。开始时，开关断开，一质量为、长为的金属棒在倾斜导轨上从距水平地面高为的位置由静止释放，不计导轨和金属棒的电阻及一切摩擦，已知重力加速度为，电容器的耐压值足够高。则下列说法正确的是
( )
A. 金属棒在倾斜导轨上做匀加速运动
B. 金属棒在水平导轨上做匀减速运动
C. 金属棒进入区域后，闭合开关瞬间，通过的电流最小
D. 在整个过程中，通过小灯泡的总电荷量为
10.如图所示，质量分别为、、、、的圆弧槽、小球、小球均静止在水平面上，圆弧槽的半径为，末端与水平面相切，现将质量为的小球从圆弧槽上与圆心等高的位置由静止释放，一段时间后与发生弹性正碰，已知重力加速度为，不计、、大小及一切摩擦。下列说法正确的是
( )
A. 小球通过圆弧槽最低点时对圆弧槽的压力大小为
B. 若发生的是完全非弹性碰撞，取不同值时，碰撞损失的机械能不同
C. 若发生的是弹性正碰，当时，碰撞完成后小球的速度为
D. 取不同值时，最终的动量不同，其最小值为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.为验证机械能守恒定律，某小组同学设计的实验装置如图所示，细线的一端拴一个金属小球，另一端连在天花板处的拉力传感器上先用水平作用力将小球从最低点处缓慢拉至点，然后由静止释放，、的竖直高度差为，记录小球通过处光电门的遮光时间为，金属小球的直径为，整个过程中细线都处于绷直状态，已知当地重力加速度为。
小球从移至点过程中，拉力传感器的示数可能 。
A.一直变大一直变小保持不变
小球通过最低点的速度大小为
小球从静止释放到最低点的过程中，满足机械能守恒的关系式为 。
12.某同学要测量一段特制的圆柱形导体材料的电阻率，同时测电源的内阻，实验室提供了如下器材：
待测的圆柱形导体阻值未知 螺旋测微器
游标卡尺电流表内阻很小
电阻箱待测电源
开关、开关，导线若干
他用螺旋测微器测量该导体的直径，结果如图甲所示，可读出 ，用游标卡尺测得该导体的长度为。
他设计了如图乙所示的电路，并进行了如下的操作：
断开开关，闭合开关，改变电阻箱的阻值，记录不同对应的电流表示数
将开关、均闭合，改变电阻箱的阻值，再记录不同对应的电流表示数。
他画出了步骤记录的数据对应的图像，如图丙中两条图线、，则步骤对应的图线为 选填“”或“Ⅱ”，电源的内阻 。
若考虑电流表内阻的影响，则电源内阻的测量值相对真实值 选填“偏大”“偏小”“相等”。
若不考虑电流表内阻的影响，此导体材料的电阻率为 。结果保留位有效数字
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.某导热性能良好的葫芦形钢瓶中密封有一定质量、可视为理想气体的空气，瓶内初始温度，压强，已知大气压强。
若瓶内空气温度升高到，求瓶内空气的压强
若打开瓶盖，周围环境温度恒为，足够长时间后，求瓶内剩余的空气质量与原有空气质量的比值。
14.如图所示，质量为、左侧固定有竖直挡板的平板小车静置于光滑水平地面上，质量均为的甲、乙两物块均可视为质点紧挨着并排放置在小车的水平表面上，物块甲距左侧挡板，物块乙距小车右端足够远。已知甲、乙两物块与小车接触面间动摩擦因数分别为、，重力加速度。时刻开始用水平向右的恒力作用于小车，时撤去力。若物块与挡板发生碰撞，则碰后不再分开。求：
时，甲物块的加速度大小
小车的最终速度的大小
甲、乙两物块间的最终距离。
15.如图所示的平面直角坐标系中，轴水平向右、轴竖直向上，区域存在平行于平面的匀强电场，电场强度大小为，区域Ⅱ存在垂直于平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，区域Ⅲ存在竖直向上、场强大小为的匀强电场，和垂直于平面向外、宽度均为、磁感应强度大小依次为、的匀强磁场。在坐标原点将质量为、电荷量为的小球以大小为的初速度竖直向上抛出，小球运动过程中经过、两点，在点的速度大小为，方向与轴正方向相同，第一次经过时速度方向沿轴正方向、是相邻区域的边界且均与轴垂直，是与轴的交点，各区域竖直空间足够大。已知重力加速度为。求：
小球从到速度变化量的大小和区域Ⅰ中电场强度与轴正方向的夹角
小球经过点时的速度大小和在区域Ⅱ运动时的最大速度
若，小球在区域Ⅲ运动过程中最大的水平位移。
答案和解析
1.【答案】
【解析】略
2.【答案】
【解析】解：、光被完全限制在水流内，不能射入空气，说明光在水柱与空气界面上发生全反射，所以是一种光的全反射现象，不是衍射现象。故A错误，B正确；
C、光在水柱与空气界面上发生全反射，光从水中射向空气的入射角大于等于临界角，仅改用折射率更小的液体，根据临界角公式，知临界角增大，入射角可能小于临界角，光在水柱与空气界面上就不能发生全反射，故C错误；
D、根据公式分析可知，因为水的折射率大于，所以，，即激光在水中的传播速度小于其在空气中的传播速度，故D错误。
故选：。
让光完全限制在水束中，是由于发生了全反射，从全反射条件入手考虑，即可分析仅改用折射率更小的液体，激光束能否完全被限制在水流内。根据公式分析激光在水中的传播速度与其在空气中的传播速度的关系。
本题是光的全反射现象的应用，关键要掌握发生全反射现象的条件，并掌握临界角、光速与折射率的关系。
3.【答案】
【解析】【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，或入射光的波长小于金属的极限波长。
根据爱因斯坦光电效应方程分析最大初动能与入射光强度的关系。
本题考查光电效应基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记并理解这些基础知识点和基本规律，注意饱和电流的含义，光电子最大初动能与入射光的频率有关．
【解答】爱因斯坦为了解释光电效应现象的实验规律，提出了“光子”说；故A正确；
B.根据光电效应方程知，，可知最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；
C.光照条件不变时，闭合开关，仅向右移动滑动变阻器的滑片，光电管所加的正向电压增大，若光电流达到饱和状态，光电子数目不会增多，则光电流不会增大，故C错误；
D.根据产生光电效应的条件可知，入射光光子能量大于金属逸出功或入射光频率大于金属的极限频率时，发生光电效应现象，与入射光的强度无关，故D错误。
4.【答案】
【解析】略
5.【答案】
【解析】【分析】
本题考查电路动态分析，分析功率的变化，可以利用等效思维，把看成电源的内阻，根据外电路电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大的结论分析问题。
【解答】
把等效成电源内阻，由题意可知初始时、的光照强度相同，阻值相等，即外电路阻值等于等效电源内阻，此时电源输出功率最大，即的功率最大，则无论增大还是减小，均变小，故BCD错误，A正确。
故选A。
6.【答案】
【解析】略
7.【答案】
【解析】略
8.【答案】
【解析】略
9.【答案】
【解析】【分析】
本题综合考查了电磁感应中的力学问题和电路问题，难度较大。要掌握金属棒切割磁感线与电容器电容器相连时，加速度的推导方法和过程。金属框棒在水平轨道运动过程是加速度变化的过程，要掌握应用动量定理解答的原理。
【解答】
A.金属棒沿倾斜轨道向下滑行过程中有，，所以电流为，
则有，
又有，
则，
又因为，所以可求得金属棒加速度为为定值，故金属棒在倾斜导轨上做匀加速运动，故A正确；
B.金属棒进入水平导轨后与灯泡构成回路，金属棒切割磁感线产生感应电流，受到与速度方向相反的安培力，做减速运动，对金属棒受力分析有，可知金属棒加速度减小，金属棒做加速度减小的减速运动，最终停止，故B错误；
C.金属棒进入区域后，闭合开关瞬间，电容和电感构成振荡电路，此时电容器电荷量最大，故通过的电流最小，故C正确；
D.金属棒在倾斜导轨上做匀加速运动，运动到底部时速度为，设斜面倾角为，则有，金属棒在水平导轨上运动时对金属棒由动量定理：，解得，故D错误；
故选AC。
10.【答案】
【解析】【分析】
本题考查动量守恒定律的应用以及机械能守恒定律的应用，同时考查了牛顿第二定律以及向心力公式的应用，分析好各个过程，列式求解即可，其中选项的最值问题有一定的数学知识，难度较大。
【解答】
A、小球从释放到通过圆弧槽最低点，小球和圆弧槽系统水平方向动量守恒，系统机械能守恒，，，
解得，
对小球根据牛顿第二定律，解得，
根据牛顿第三定律球通过圆弧槽最低点时对圆弧槽的压力大小为，故A错误；
B、小球与小球发生弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒，
，
解得
若发生的是完全非弹性碰撞，
解得
因此取不同值时，碰撞损失的机械能不同，故B正确；
C、若发生的是弹性正碰，当时，根据动量守恒和机械能守恒，
，
解得，故C正确；
D、当与发生完全非弹性碰撞时，最终动量，根据数学知识知，当时，最终的动量最小为，故D正确。
11.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了验证机械能守恒定律的实验。关键是弄清楚小球的受力情况和机械能守恒的应用方法，掌握机械能的概念。
小球摆动过程机械能守恒；根据牛顿第二定律求出拉力传感器的示数变化，然后求出线圈从静止释放运动到最低点的过程中机械能守恒定律的关系式；
根据在极短时间内物体的瞬时速度等于该过程的平均速度求出小球通过最低点的速度大小。
【解答】
小球从缓慢移至点过程中，由动态平衡知识可知，拉力传感器的示数一直变大；
金属小球的直径，通过光电门的遮光时间为，则小球通过最低点的速度大小为 注意：不能写成 ， ；
满足机械能守恒的关系式为 ，题中未给小球的质量，则 或 或
12.【答案】；
Ⅱ；；
偏大；

【解析】 【分析】
本题考查测量金属丝的电阻率实验。
根据螺旋测微器读数规则进行解题。
根据闭合电路欧姆定律分析解题。
根据闭合电路欧姆定律分析解题。
结合图像分析求解。
【解答】
由图甲可知该导体材料的直径为；
在步骤中，由闭合电路欧姆定律有，
即，
在步骤中，由闭合电路欧姆定律有，
即，
对比以上结果可知，步骤对应的图线为应为Ⅱ，
由图线Ⅱ及，可得，，
可解得电源内阻；
若考虑电流表内阻的影响，则步骤中，由闭合电路欧姆定律有，
即电源内阻测量值，故测量值相对真实值偏大；
在图像中，设，，，
则由图像及、，
可得，
则材料电阻率为，
代入数据计算得。
13.【答案】由题意可知钢瓶中的气体发生等容变化：
根据查理定律得：，
代入数据解得：；
打开瓶盖后经过足够长的时间后，钢瓶内压强和大气压强相等，设钢瓶体积为，以最初钢瓶内所有气体为研究对象，其最终总体积为：
根据玻意耳定律得：，
则剩余空气的质量与原有空气的质量之比为：
解得：。
【解析】本题考查理想气体状态方程，根据气体的等温变化及玻意耳定律、气体的等容变化及查理定律，根据题目中的已知条件，判断出气体是做等温变化还是等容变化，列出公式即可求解。
14.【答案】规定水平向右为正
当，假设甲、乙、车保持相对静止，
则有，解得：
对甲受力分析得，得
，故甲与车发生相对滑动。
又假设乙和车保持相对静止
，解得：
对乙受力分析得，得
，故乙与车保持相对静止。
故，
时，
，
，
撤后，甲、乙、车系统动量守恒，有
得
或者，
时，解得：
时，甲和车相碰，有，得
对乙受力分析得，
对甲、车系统受力分析得，
整个过程甲、乙相对运动位移
甲、乙两物块间的最终距离

【解析】本题考查板块模型动力学问题及动量守恒定律的应用
通过假设法判断物块与小车是否发生相对运动，进而计算加速度；
先利用运动学公式计算时两物块的速度，再利用动量守恒定律计算最终速度；
利用运动学公式结合动量守恒计算出甲与小车碰后的速度，再利用牛顿第二定律计算后续运动中的加速度，再利用运动学公式计算相对位移，即可得出甲乙的最终距离。
15.【答案】解：设小球合力方向与竖直方向夹角为，则速度变化量的方向与合力方向相同，
有，，，
，由平行四边形定则可知；
轴正方向：初速度，加速度大小的类竖直上抛运动，上升
时间设为，则
，，
轴正方向：初速度，加速度大小的匀加速直线运动
，，
，，
设小球从点运动到最低点，下落高度为。当小球运动到最低点时，速度方向水平向右，速度有最大值。在水平方向上，根据动量定理，有
，
，
根据动能定理，有，
根据已知条件，联立解得：，
由题意可知，小球进入区域Ⅲ的速度水平向右，大小为，
小球在的磁场中，沿竖直方向，根据动量定理：
，
同理可得小球在的磁场中，沿竖直方向，根据动量定理：
，
小球在的磁场中，有：，
小球在的磁场中，有：，
则小球乙经过个磁场后，竖直方向有
，
代入，可得：，
当时，可得：，
当时，可得：，
可知小球在的磁场中速度方向变为竖直方向，设小球在的磁场中沿水平
方向通过的位移为，
则有，解得：，
则小球在区域Ⅲ运动过程中最大的水平位移为
。
【解析】本题考查带电小球在组合场和叠加场中的运动问题，搞清楚每个区域内的运动状态是解题的关键，难度较大。
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