2024-2025学年湖南省长沙市长郡中学高三（上）调研考试物理试卷（一）（含解析）

2024-2025学年湖南省长沙市长郡中学高三（上）调研考试物理试卷（一）
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.如图所示为某地的转盘路，汽车要想直行，到转盘路时，需要先做半径为的圆周运动，运动半个圆周后再直行。若汽车甲到达转盘路时，汽车乙恰好通过转盘路进入直行车道，以匀速行驶。已知汽车通过转盘路过程的速度不能超过，通过后在直行车道上的速度不能超过，加速度不能超过则汽车甲追上汽车乙所用的最短时间约为假设直行车道足够长，且没有通过红绿灯，另外不考虑汽车的变加速恒功率过程( )
A. B. C. D.
2.如图，一小孩在玩躲猫猫游戏时，徒手靠摩擦爬上墙壁地面有保护措施，已知该屋角两侧的竖直墙壁互相垂直，她爬升墙壁时利用手脚交替即双脚支撑时双手上移，双手支撑时双脚上移的方法，最后靠双脚与墙面作用停在某高度，假设此时双手不受力，双脚两个受力点受力均等，小孩重力为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是( )
A. 小孩单只脚受到墙壁的摩擦力大小为
B. 小孩受到墙壁的摩擦力方向竖直向上
C. 小孩脚与墙壁间的动摩擦因数大于
D. 若对称增加脚与墙壁的挤压力，则摩擦力不改变
3.如图所示，一足够大的空间内有一无限长的均匀带正电的导体棒水平放置，导体棒所在的竖直平面内放有三个质量相同、电荷量分别为、、的微粒，通过多次摆放发现，当三个微粒均静止时，它们距导体棒的距离之比总是，不考虑微粒间的相互作用。现撤去该三个微粒，在导体棒所在的竖直平面内距导体棒、处分别放有电子、不计重力，给它们各自一个速度使其以导体棒为轴做匀速圆周运动，则、做圆周运动的线速度之比为( )
A. B. C. D.
4.一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻的波形图如图甲所示，、、、是介质中的四个质点，时刻，该波刚好传播到点，质点的振动图像如图乙所示，则( )
A. 该波的传播速度为
B. 时，质点的位移大小
C. 再经过，质点刚好运动到点所在的位置
D. 再经过，质点第二次到达波谷
5.夏天的雨后经常可以看到美丽的彩虹，古人对此有深刻认识，唐代词人张志和在玄真子涛之灵中写道：“雨色映日而为虹”。从物理学角度看，虹和霓是两束平行太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，人们在地面上逆着光线看过去就可看到霓虹现象。如图甲所示，一束白光水平射入空中一球形的水滴，经过两次折射和一次反射后射出形成光带，出射光线与水平面的夹角称为彩虹角。如图乙所示，从球心的正下方点射出的某单色光的入射角，已知，，则下列说法正确的是( )
A. 该单色光的彩虹角
B. 该单色光在水滴内部点处发生全反射
C. 水滴对该单色光的折射率约为
D. 若分别用图甲中、所对应的两种光在同一装置上做双缝干涉实验，则所对应的光的条纹间距更大
6.如图所示，、端连接一个稳压交流电源，其有效值为，理想变压器的原线圈上接有定值电阻，副线圈上接有最大阻值为的滑动变阻器，原、副线圈匝数之比，电流表、电压表均为理想电表。初始时，滑动变阻器的滑片处于正中间位置，电流表、电压表示数分别为、，现将滑片逐步上移至最上端，电流表、电压表变化量的绝对值分别为、，下列说法正确的是( )
A. 滑片上移过程中电压表、电流表示数均增大
B.
C. 滑动变阻器的滑片处于正中间位置时，电流表示数为
D. 当滑动变阻器接入电路的阻值为时，变压器输出功率最大且为
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7.年，岁的路易德布罗意在题为光学光量子、衍射和干涉的论文中提出：在一定情形中，任一运动质点能够被衍射，后来被扩展为任意物质都具有波动性，即每一个运动的物质都与一个对应的波相联系，这种与物质相联系的波被称为德布罗意波。下列说法正确的是( )
A. 电子束通过双缝后可以形成干涉图样
B. 物质波的波长越长，其动量一定越小
C. 中子穿过晶体时，一定可以发生明显的衍射现象
D. 电子显微镜可用于观测物质的微观结构，说明电子具有波动性
8.年月日，神舟十六号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮顺利进入太空，并与神舟十五号乘组会师，如图所示。若航天员在空间站中观测地球，忽略地球的公转，测得空间站对地球的张角为，记录到相邻两次“日落”的时间间隔为，简化模型如图所示，已知地球的半径为，引力常量为，则下列说法正确的是( )
A. 地球的自转周期为
B. 空间站的环绕速度为
C. 地球的平均密度为
D. 空间站环绕地球运行一周的过程，航天员感受黑夜的时间为
9.如图，间距为的、极板足够大，将一束频率恰等于阴极截止频率的光射向阴极，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为时，保持滑片位置不变，此时电流表有一定示数，已知电子的质量为，电荷量大小为。现在、间加一垂直纸面向里、平行于极板平面的可变磁场，调节磁场的磁感应强度大小的取值，下列磁场的磁感应强度大小的值可以使电流表示数变为零的是( )
A. B. C. D.
10.如图所示，表面光滑的圆锥体固定在水平面上，底面半径为，顶角为。有一个质量为的弹性圆环，圆环的弹力与形变量之间的关系满足胡克定律，且圆环始终在弹性限度内，圆环处于自然状态时的半径。现将圆环套在圆锥体上，稳定时圆环于水平状态，且到底面的距离为圆锥体高线的。已知重力加速度为，圆环的弹性能其中为圆环的劲度系数，为圆环的形变量，当角度很小时，可认为其正弦值与角度值相等。现将圆环从自然状态贴着圆锥体侧壁水平静止释放，则下列说法正确的是( )
A. 圆环的劲度系数
B. 圆环不会穿过圆锥体落向水平面
C. 下落过程中圆锥体对圆环的最小作用力
D. 圆环落到圆锥体中间高度时，圆锥体对圆环的作用力为
三、实验题：本大题共2小题，共22分。
11.如图所示为某实验小组利用单摆探究两小球一维对心碰撞时机械能变化的设计方案，在悬点处细绳与拉力传感器连接，通过传感器与计算机可以测量细绳中的拉力大小随时间的变化情况，细绳末端系有一个小球，质量为水平放置的炽热的电热丝固定在点的正下方，当细绳摆至电热丝处时被电热丝瞬间烧断；在悬点正下方处有一水平台面，质量为的小球静止放置于电热丝的下方图中球没有画出，球的大小与球相同。已知悬线长为，悬点到水平台面的距离，小球的质量。
电热丝必须放在悬点正下方，而小球必须放在悬点正下方略微偏右的位置，保证、两球在水平方向发生对心碰撞。
将小球向左拉起适当角度后自由释放，接着、两小球在水平方向发生碰撞，最后、两小球分别落到水平台面上的、点图中没有标出两点，，，在球下摆的过程中，计算机显示细绳中的拉力由增大为则碰撞前小球的动能__________，碰撞后小球的动能__________，碰撞后小球的动能__________。
在其他条件不变的情况下，移走小球，改变释放小球时细绳与竖直方向的夹角，小球落点与点的水平距离将随之改变，则和传感器的拉力之间的函数关系式为__________注意：以上每空中的表达式必须用题目中的字母表示。
12.李华同学查阅资料：某金属在内电阻值与摄氏温度的关系为，其中为该金属在时的阻值，为温度系数为正值。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻和值。可提供的实验器材有：
A.干电池电动势约为，内阻不计
B.定值电阻阻值为
C.定值电阻阻值为
D.滑动变阻器阻值范围
E.滑动变阻器阻值范围
F.电流计量程，内阻约
G.电阻箱最大阻值为
H.摄氏温度计
I.沸水和冷水各一杯
J.开关两个及导线若干
请回答下列问题：
滑动变阻器应选用_________选填“”或“”，开关闭合前，滑动变阻器的滑片移到_________选填“”或“”端。
将电阻箱的阻值调为，闭合开关，读出电流计的示数，再闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合前、后电流计的示数没有变化，此时电阻箱的示数为，则电流计的内阻为_________。
利用上述电流计及电路测量该金属的电阻和值的步骤如下：
断开开关、，将取下换成该金属电阻，并置于沸水中；
闭合开关，读出电流计的示数；闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合开关前、后电流计的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数和温度；
多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤，可获得电阻箱的示数和温度的多组数据．
以电阻箱的示数为纵轴，温度为横轴，作出图像如图乙所示，则该金属电阻在时的阻值为_________，温度系数为_________。结果用表示
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.某位游客自驾游西藏，海拔到达时，大气压强为，环境温度为，该游客出现了高原反应，即刻取出一种便携式加压舱使用，该加压舱主要由舱体、气源箱组成。已知加压舱刚取出时是折叠状态，只打开进气口，气源箱将周围环境中的大气以的气流量输入到舱体中，充气达到压强的工作状态后，进气口和出气口都打开，维持舱内空气新鲜，且气压不变，温度维持在，病人在舱内的高压环境中吸氧，实现治疗目的。如图所示，充气后的加压舱舱体可视为长、底面积的圆柱体，舱内外气体均可视为理想气体。
求舱体充气到工作状态的时间；
该游客在舱内治疗一段时间后情况好转，他改设气压、温度的新模式加压舱会自动调节进出口气流量。已知此时外部的环境温度下降为，加压舱进气流量为，舱内环境在内达到新模式，求这段时间放出气体质量与进入气体质量之比。
14.如图所示，间距的粗糙倾斜金属轨道与水平面间的夹角，在其顶端与阻值为的定值电阻相连，间距相同的光滑金属轨道固定在水平面上，两轨道都足够长且在处平滑连接，至间是绝缘带，保证倾斜轨道与水平轨道间电流不导通。倾斜轨道处有垂直轨道向上、磁感应强度大小为的匀强磁场，水平轨道处有竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根导体棒、的质量均为，两棒接入电路部分的电阻均为。初始时刻，导体棒放置在倾斜轨道上，且距离足够远，导体棒静置于水平轨道上。已知倾斜轨道与导体棒间的动摩擦因数，。现将导体棒由静止释放，运动过程中未与导体棒发生碰撞。，，重力加速度取，两棒与轨道始终垂直且接触良好，导轨电阻不计，不计金属棒经过时的机械能损失。求：
导体棒滑至瞬间，导体棒的加速度大小；
整个运动过程中通过导体棒的电荷量。
15.如图甲所示，光滑小球、可视为质点的质量均为，用长为的轻杆连接后紧靠墙壁竖直立于水平面上，初始时均处于静止状态。现受到轻微扰动向右倾倒初速度视为，两球始终在同一竖直平面内运动，杆与水平方向的夹角为，重力加速度大小为。
求恰好离开墙壁时杆与水平方向夹角的正弦值；
求从受微扰后瞬间至落地前瞬间的过程，杆对做的功；
、和轻杆组成的系统在外力作用下竖直立于距墙壁足够远的光滑水平地面上，以的初始位置为原点在竖直平面内建立平面直角坐标系，如图乙所示。某时刻撤去外力，同时给一个轻微扰动使其向右倒下初速度视为，从受微扰后瞬间至第一次着地的过程，试求的速度最大时杆与水平面的夹角应满足的方程。
答案解析
1.
【解析】汽车甲到达转盘路时速度为 ，通过转盘的时间为
直线加速时间
假设甲匀速后追上乙，则路程关系
解得
有解，假设成立。则总时间为
故选B。
2.
【解析】对小孩受力分析，小孩受到竖直向下的重力，墙壁对每只脚的支持力为，对每只脚的摩擦力为，则手脚交替的弹力、摩擦力，摩擦力的方向斜向上，如图所示
设每个受力点受到的支持力为，摩擦力为，由图可知，不能确定小孩受到墙壁的支持力与重力的大小关系，但小孩受到墙壁的摩擦力大于重力的大小，小孩受到墙壁的摩擦力大于支持力，即
所以
故AB错误，C正确；
D.由图可知，若对称增加脚与墙壁的挤压力，则摩擦力增大，故D错误。
故选C。
3.
【解析】设、、所在位置对应的电场强度为 ，的由平衡条件得
即
而它们距导体棒的距离之比总是 ，可知某点电场强度的大小与该点到导体棒的距离成反比。则任意一点的电场强度大小可写成
为常量
由于电子绕导体棒做匀速圆周运动，则
解得
故选A。
4.
【解析】A.由乙图可知，质点的振动周期为，由甲图可知，波长，则波速为
故A错误；
B.由于时间关系
则 时，质点的位移大小 。故B错误；
C.质点做简谐运动不随波迁移。故C错误；
D.质点、平衡位置之间的距离为，由
解得
即经过质点第一次到达波谷，经过质点第二次到达波谷。故D正确。
故选D。
5.
【解析】在题图乙上标出各角度，如图所示
由几何关系可知
解得
根据折射定律有
故C正确；
A.由光路的可逆性可知，光在点的折射角依然为 ，故该单色光的彩虹角为
故A错误；
B.该单色光在水滴内发生全反射的临界角满足
又
则该单色光在水滴内部点不可能发生全反射。故B错误；
D.根据题图甲可知水滴对所对应的光的折射率大于对所对应的光的折射率，则、所对应的光分别为紫光和红光，紫光波长比红光短，又双缝干涉条纹间距
则所对应的光的条纹间距更小。故D错误。
故选C。
6.
【解析】A.由于理想变压器原线圈电路上含有电阻，则可把理想变压器和副线圈上的电阻等效为一个电阻，则电路变为简单的串联电路，如图所示
滑片逐步上移，使阻值增大，即
增大，则总电阻增大，根据
可知总电流减小，即通过 的电流减小，根据
可知，通过电流表的电流减小。根据
可知 增大。根据
可知电压表示数增大。故A错误；
B.根据理想变压器的变压、变流规律及闭合电路欧姆定律有
则
故B错误；
C.对副线圈
原线圈有
又
联立解得
故C错误；
D.分析可知变压器的输出功率为等效电路的功率，则
可知，当 时变压器输出功率最大，结合
解得
带入 得
故D正确。
故选D。
7.
【解析】A.电子具有波动性，因此电子束通过双缝后可以形成干涉图样，故A正确；
B.根据德布罗意波长理论 可知，物质波的波长越长，其动量一定越小，故B正确；
C.只有当中子形成的物质波的波长和晶体微粒的尺寸相差不多或物质波的波长比晶体微粒的尺寸更大时，才能发生明显的衍射现象，故C错误；
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的干涉现象，说明电子具有波动性，故D正确。
故选ABD。
8.
【解析】A.由于空间站相邻两次“日落”的时间为。则空间站绕地球运行的周期，而空间站不是地球的同步卫星，则地球的自转周期不为。故A错误；
B.空间站运行的轨道半径为
空间站的环绕速度为
故B错误；
C.对空间站由万有引力提供向心力
结合
解得
故C正确；
D.空间站环绕地球运行一周的过程，航天员感受黑夜的时间是从“日落”点到“日出”点，由几何关系得航天员从“日落”点到“日出”点轨迹所对应的圆心角为 ，则航天员感受黑夜的时间为
故D正确。
故选CD。
9.
【解析】一束频率恰等于阴极截止频率的光射向阴极，则溢出电子的初速度为，将溢出的电子速度分解为平行板向上的分速度 和平行板向下的分速度 ；其中平行板向上的分速度 受到的洛伦兹力与电场力平衡，则有
可得
可知电子在、间做两个分运动，其中一个分运动为平行板向上的匀速直线运动，另一个分运动以速度大小 在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得
可得
为了使电流表示数变为零，则电子不能到达板，则应满足
联立可得磁感应强度应满足
故选BC。
10.
【解析】A.对到底面的距离为圆锥体高线的 位置的圆环，取一小段进行受力分析，受重力、圆锥体侧壁的支持力剩余部分圆环对两侧的拉力，其俯视图和截面图分别如图、图所示，则根据力的合成规律可知
根据平衡条件有
根据胡克定律有
根据几何关系有
又
由于 很小，则
联立解得圆环的劲度系数
故A正确；
B.假设圆环能穿过圆锥体落向水平面，则从圆环静止释放至运动到圆锥体底面的过程，重力势能的减少量
弹性势能的增加量
由于
故假设成立，即圆环能穿过圆锥体落向水平面，故B错误；
C.设圆环下降到某高度时半径为 ，根据图由垂直于圆锥体侧璧受力平衡有
则
圆锥体对圆环作用力的竖直分量
又根据对称性可知，圆锥体对圆环作用力的水平分量
则圆锥体对圆环的作用力
又圆环处于自然状态时半径为 ，则
所以当 时，圆锥体对圆环的作用力最小，此最小作用力
故C正确；
D.当圆环下落到圆锥体中间高度时，有
代入项中的表达式可知，此时
故D错误。
故选AC。
11.；；；。
【解析】碰撞前对小球，在最低点根据牛顿第二定律
碰撞前小球的动能为
小球碰撞后做平抛运动，在竖直方向
在水平方向
联立可得碰撞后小球的动能为
碰撞后小球做平抛运动，在竖直方向
在水平方向
联立解得碰撞后小球的动
小球在最低点，根据牛顿第二定律
小球做平抛运动，在竖直方向
在水平方向
联立解得和传感器的拉力之间的函数关系式为
12.
【解析】 闭合、 断开时，干路中的最大电流约
滑动变阻器两端的电压最小值约为
滑动变阻器的最小电阻约为
滑动变阻器应选用 。
为了保护电流计 不被损坏，开关 闭合前，应将滑动变阻器的滑片向下移动到 端。
闭合 前、后电流计 的示数没有变化，则电流计 中的电流与 的电流相等， 中的电流与 中的电流相等， 与 两端的电压相等，电流计 与 两端的电压相等，可得电流计的内阻
将 取下换成该金属电阻的情况下，同理可得
由图乙得
即
又
则
，
解得
13.设将周围环境中体积为 的大气输入到舱体中打到工作状态，根据理想气体状态方程可得
其中
，
， ，
解得
则舱体充气到工作状态的时间为
根据
可得
可知工作状态时，舱体内气体的摩尔数为
新模式下舱体内气体的摩尔数为
内进入气体的摩尔数为
其中
，
则放出气体的摩尔数为
则这段时间放出气体质量与进入气体质量之比
联立解得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.导体棒在倾斜轨道匀速时的电流
受力分析可知
解得
导体棒滑至 瞬间：，
解得
导体棒、最终在水平轨道上以相同的速度匀速运动，利用动量守恒
对导体棒利用动量定理
则

【解析】本题首先要理清两棒的运动情况，把握各个过程所遵守的力学规律，知道动量定理是求导体棒在磁场中做非匀变速运动的速度常用的方法，而能量守恒定律求焦耳热常用方法。
15.对 从开始运动至其到达某一位置此时未离开墙壁的过程，由动能定理有
离开墙壁前， 绕静止的做圆周运动，对 由牛顿第二定律有
联立解得
则随着 的减小， 逐渐减小，当 时， 恰好离开墙壁，此时 ，有
即
离开墙壁后， 、组成的系统在水平方向上动量守恒，在 落地前瞬间，杆水平，根据关联速度可知此时 、水平方向的速度相同，则有
分析可知从 受微扰后瞬间至 落地前瞬间的过程， 、组成的系统机械能守恒，则杆对 、做的总功为零，所以
联立解得
解法一：速度最大时，杆的弹力为零，设此时的速度大小为 ， 的水平速度和竖直速度大小分别为 、 ，以为参考系，对 由牛顿第二定律有
对 、组成的系统由机械能守恒定律有
根据关联速度有
、组成的系统水平方向上动量守恒，则有
联立解得
解法二： 、组成的系统水平方向上动量守恒，则有
根据关联速度有
由机械能守恒定律有
联立解得
令 ，则
则
当 时，的速度 有最大值，有
则 满足的方程为

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
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