湖北省武汉市2024-2025学年高三上学期12月月考物理试卷（含解析）

2024-2025学年湖北省武汉高三（上）月考物理试卷（12月份）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是
A. 原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B. 原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C. 原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的
D. 原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的
2.如图所示是采用动力学方法测量空间站质量的原理图，若已知飞船质量为，其推进器的平均推力为900N，在飞船与空间站对接后，推进器工作5s内，测出飞船和空间站速度变化是，则空间站的质量为( )
A. B. C. D.
3.如图所示，入射光线1经的直角棱镜折射反射后，光线2沿着与入射光线相反的方向平行射出。现将棱镜沿顺时针方向转过一小角度后仍能从AB面射出，如图中虚线所示，则( )
A. 出射光线方向不变
B. 出射光线顺时针转过角
C. 出射光线沿逆时针方向转过角
D. 出射光线也沿顺时针方向转过角
4.如图所示，开关S闭合前平行板电容器的电容量为、带电量为，平行板电容器的电容量为、带电量为，闭合图中的开关S，静电平衡恢复，电容器的正极板上会储存多少电荷( )
A.
B.
C.
D.
5.“触摸屏”是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，触屏技术在现代生活中的应用非常广泛。手机常用的电容式触摸屏和电子白板常用的红外线式触摸屏工作原理简叙如下：如图甲当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。如图乙在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。下列说法正确的是( )
A. 如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上能正常操作
B. 电容式触摸屏的工作原理涉及到静电感应
C. 红外线式触摸屏实现多点触控的操作较难
D. 红外线式触摸屏的工作原理涉及到光的干涉
6.2024年11月21日，中国载人航天工程办公室发布了一部新的宣传片，首次以动画形式展示我国未来载人登月的详细构想。从宣传片中可以看出，中国的载人登月任务已经具备了完整的技术链条：从发射到对接，从登陆到返回，每一个环节都展现了中国航天的硬实力。请估算航天员乘坐宇宙飞船沿图示的狭长椭圆轨道从地表附近的近地点至达到月球公转轨道高度的远地点所用的时间约为已知地球同步卫星的轨道半径约为地球半径倍，月球公转的轨道半径约为地球半径的60倍( )
A. 5天 B. 10天 C. 1月 D. 5月
7.如图所示为设计过山车轨道路线的平面图，凹圆弧和凸圆弧的半径均为R，圆心角均为，B点与地面相切，A、C、E三点处于同一高度，且各段之间平滑连接。设想过山车从距地面高为H的P点由静止开始运动，安全行驶过山车对轨道一直有压力至F点，在理想的情况下可以认为运动过程中不受摩擦力及空气阻力，则H应满足( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图所示，虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴，相交于O点，两个等量异种点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上，下列说法中正确的是( )
A. A、B两处电势、场强均相同
B. C、D两处电势、场强均相同
C. 在虚线AB上O点的场强最大
D. 带负电的试探电荷在O处的电势能小于在B处的电势能
9.如图甲为一列简谐横波在t时刻的波形图，P，Q为波的传播方向上的两质点，图乙为x处的质点P的振动图像。下列说法正确的是( )
A. 波沿x轴负方向传播
B. 在t内，质点Q的加速度先减小后增大
C. 在四分之一周期内，质点P和质点Q通过的路程相等
D. 在一个周期内，质点P和质点Q有两个时刻位移相同
10.如图所示，在距离水平地面高为的光滑平台上A、B、C三小球间距为，A距平台右边缘也为。三小球同时获得相同的初速度后向右运动。重力加速度大小为，不计空气阻力，小球落地后不反弹。当B在空中速度为时( )
A. A球恰好落地 B. C球恰好到达平台边缘
C. A、B球的水平间距为 D. A、C球的间距约为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学用图1所示装置探究“弹簧弹力与形变量的关系”。实验操作步骤如下：
A.将铁架台固定在水平桌面上，弹簧上端系在横杆上，在弹簧附近竖直固定刻度尺。
B.记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度。
C.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个……n个质量均为m的钩码，当钩码静止时，记下弹簧下端所对应的刻度L，并记录在表格内。
D.计算弹簧弹力为重力加速度，以F为横轴、L为纵轴建立直角坐标系，用描点法作出图像。
E.写出F与L的关系式。
某次测量如图2所示刻度尺的分度值，指针示数为______ cm；
根据实验记录，作出图像如图3所示，则弹簧的劲度系数______结果保留3位有效数字。
若以钩码个数n为横轴、弹簧下端对应刻度L为纵轴建立直角坐标系，拟合直线，测得直线斜率为，则弹簧劲度系数k的表达式为______。
12.某小组测量一个粗细均匀的细合金金属棒如图甲的电阻率，操作步骤如下：
用刻度尺测量金属棒的长度，用游标卡尺在不同部位测量金属环横截面的直径D，测量时金属环应卡在乙图游标卡尺的______部位选填“A”“B”或“C”，某次读数如图丙所示，示数为______ cm。
按图丁连接电路测金属棒的电阻，其中ab为金属棒，是保护电阻。调节电阻箱R，记录调节电阻箱的示数R，以及对应的理想电压表、的示数、，在坐标纸上描绘出图线，如戊图所示，则金属棒的电阻测量值______，该金属环的电阻率测量值______结果均保留2位有效数字。
如果考虑电压表内阻对实验的影响，通过该实验测量得金属丝的电阻率______金属丝电阻率的真实值选填“大于”、“等于”或“小于”。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.某兴趣小组发射自制的水火箭发射前瓶内空气的体积为，水的体积为，瓶内空气压强为3atm。打开喷嘴后水火箭发射升空，忽略瓶内空气温度的变化，外界大气压强为1atm，求：
当瓶内的水完全喷完瞬间，瓶内空气的压强p；
当瓶内空气压强与外界大气压强相等时，瓶内剩余空气质量与发射前瓶内空气质量之比。
14.如图所示，AB为倾角的粗糙斜面轨道，通过一小段光滑圆弧与水平轨道BC相连接，质量为的小球乙静止在水平轨道上B处，质量为的小球甲以速度与乙球发生弹性正碰。若：：3，且轨道足够长，两球与斜面轨道之间的动摩擦因数均为，两球与水平轨道之间的动摩擦因数均为，重力加速度，，。求：
发生弹性正碰后甲球与乙球的速度大小；
乙球在斜面轨道上运动的时间；
两球最终的间距。
15.如图所示，是位于竖直平面内、半径的半圆弧的光滑绝缘轨道，B为半圆轨道的中点，A与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度。今有一质量为、带电荷量的小滑块可视为质点，若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数，取重力加速度，。求：
要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C，滑块应在水平轨道上离A右侧多远处释放？
按中位置释放的滑块通过B点时对轨道压力是多大？
若小滑块从半圆轨道内侧B点由静止释放，小滑块在水平轨道上的总路程为多少？
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
核能的利用分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上。
本题直接考查了氢弹和原子弹的原理，属于记忆性的知识，要注意区分。
【解答】
原子弹的核反应堆是利用重核裂变的链式反应中能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的，发生可控的链式反应的是核电站，不可控链式反应的是原子弹。氢弹则是利用轻核的聚变制成的。故ABD错误，C正确。
故选：C。
2.【答案】B
【解析】【分析】根据速度变化量可求加速度，根据牛顿第二定律可求质量。
本题是基本牛顿第二定律的考查，求解加速度，对整体列牛顿第二定律即可。
【解答】加速度：，
由牛顿第二定律可知，空间站的质量：
，故B正确，ACD错误；
故选：B。
3.【答案】A
【解析】解：当入射角等于时会发生全反射，将棱镜顺时针方向转过一个角度，则可知入射角大于，可以判断一定会发生全反射，光会经过两次全反射沿光线2射出，故A正确，BCD错误。
故选：A。
做出光的线路图，根据全反射的条件和光的反射定律、折射定律分析即可。
当光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折，且当光从空气斜射入其他透明介质时，折射角小于入射角，当从其他透明介质斜射入空气时，折射角大于入射角。
4.【答案】C
【解析】解：闭合开关S后，两电容器并联，稳定后两电容器的电压相等，根据可知，电容器、的带电量之比为
：：：：2
根据题意可得，
解得，则电容器的正极板上会储存电荷，故ABD错误，C正确。
故选：C。
闭合开关S后，两电容器并联，电荷重新分配，最终两者电压相等，根据求出电容器带电量之比，结合总电量不变，求出电容器的带电量。
解答本题时，要明确两电容器的连接关系，找出电压关系，根据解答。
5.【答案】B
【解析】解：电容式触摸屏的工作原理是用户手指和工作面形成一个耦合电容，然后吸收走一个很小的电流。绝缘笔是绝缘的就不能吸收电流，所以就不能在电容式触摸屏上正常操作。故A错误；
B.用户手指和工作面形成一个耦合电容，这就是静电感应的一种表现，故B正确；
C.红外线式触摸屏是通过判断手指挡住的红外线位置来确定触摸点的。如果同时有多个手指触摸屏幕，就会挡住多条红外线，每个位置都有对应的红外线，这时候要准确判断每个触摸点的位置并不困难，故C错误；
D.红外线式触摸屏的工作原理是通过判断红外线是否被阻挡来判断触摸位置的，和光的干涉没有关系，故D错误。
故选：B。
当手触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，红外线式触摸屏根据红外线被阻挡的位置确定触摸点的位置，据此分析。
本题是信息题，要读懂题意，明确基本的工作原理，同时要掌握电容器以及光的干涉相关知识，从而进行分析。
6.【答案】A
【解析】解：设地球的半径为R，根据题意，宇宙飞船运动椭圆轨道的半长轴为，根据开普勒第三定律，即，解得天，故航天员乘坐宇宙飞船沿图示的狭长椭圆轨道从地表附近的近地点至达到月球公转轨道高度的远地点所用的时间约为天天，故A正确，BCD错误。
故选：A。
根据题意先计算椭圆轨道半长轴，结合开普勒第三定律求解宇宙飞船的周期，再计算运动时间。
考查卫星在椭圆轨道的运动问题，结合开普勒第三定律列式求解相应的物理量。
7.【答案】B
【解析】解：过山车一直对轨道有压力，根据竖直面内的圆周运动知识，则经过D点时最大速度满足，即，此时对应过山车从P点下滑的最大高度，规定B点所在的水平面为零势能面，BD之间的高度差为BC之间高度差的2倍，而BC之间的高度差为，根据机械能守恒定律有，解得，当过山车恰能经过D点时，对应过山车从P点出发的最低高度，设为，根据机械能守恒定律有，解得，故H的取值应满足，即，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据对轨道一直有压力的条件结合竖直面内圆周运动知识，结合机械能守恒定律求解最大高度以及最低高度，再求解H的取值范围。
考查机械能守恒定律的应用以及竖直面内圆周运动的知识，会根据题意进行准确分析解答。
8.【答案】BD
【解析】解：两个等量异种点电荷的电场线与等势面的分布如下，其中两点电荷连线的中垂面也为等势面：
因为沿着电场线方向电势降低，所以A点电势比B点电势高；由题意，结合几何关系可知，C、D在两点电荷连线的中垂面上，则C、D两点电势相等；
由图，根据两个等量异种点电荷电场线分布的对称性可知，A、B两点电场强度大小相等，方向相反，C、D两点的电场强度大小相等、方向相同；
同一电场中，电场线越密集的地方电场强度越大，则由图可知，在虚线AB上O点的场强最小；
因为沿着电场线方向电势降低，所以O点电势比B点电势高，则带负电的试探电荷在O处的电势能小于在B处的电势能；故BD正确，AC错误；
故选：BD。
根据沿着电场线方向电势降低，可判断两点电势高低；根据电场线的分布，可判断两点电场强度关系；根据电势与电势能的关系，可判断电势能大小；据此即可判断ABCD正误。
本题考查了电荷性质、电势能和电势的关系，解答本题时需注意，正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小。
9.【答案】BD
【解析】解；A、根据乙图可知时质点P向下振动，所以波沿x轴正向传播，故A错误
B、时波形图可知t时质点Q向下振动，所以在t内，质点Q的加速度先减小后增大，故B正确
C、在四分之一周期内，由于质点Q的平均速率大于质点P的，则质点Q的路程大于质点P的路程，故C错误
D、根据质点Q与P的振动图像可知，在一个周期内，质点P和质点Q有两个时刻位移相同，故D正确
故选：BD。
时质点P的振动方向可知波的传播方向，根据时波形图推出0时刻的波形图从而确定Q质点振动情况
本题考查振动图像与波动图像结合问题，注意振动与波动图像需同一时刻的才可以正确推理波的传播方向。
10.【答案】AD
【解析】解：A、根据运动的合成与分解法可得，代入数据解得，则B球竖直下落的时间为，可求出A球下落的时间为，则A球下落的高度为，可知A球恰好落地，故A正确；
B、C球开始距离边缘为，运动的位移为，未到平台边缘边缘，故B错误；
C、A、B球的水平间距为，故C错误；
D、A、C球的间距，故D正确。
故选：AD。
根据B球的速度求解竖直方向的速度，进而求出其做平抛运动的时间，从而可求出A球竖直下落的时间和高度；A、B、C三小球在水平方向上都做速度的匀速直线运动，水平方向相对速度为零，在竖直方向上做自由落体运动，由自由落体运动的位移时间公式求出竖直方向的间距，再由勾股定理求解小球球的距离。
要掌握平抛运动的分解法，熟悉运动学公式，另一方面要抓住两球之间的位移关系、速度关系，特别是水平方向速度相同，相对速度为零。
11.【答案】
【解析】解：已知刻度尺的分度值，根据刻度尺的读数规则，其读数为；
图3中图像的斜率的倒数即为劲度系数的数值，有；
以钩码个数n为横轴、则nmg代表钩码重力大小，弹簧下端对应刻度L为纵轴建立直角坐标系，纵轴代表弹簧的长度，根据图像斜率的物理意义，，则劲度系数。
故答案为：；；。
根据刻度尺的读数规则完成读数；
根据图像斜率和劲度系数的关系列式求解；
根据所设置的坐标系的斜率和劲度系数的关系列式解答。
考查基本器材的使用和读数规则，结合胡克定律以及对应图像的斜率的物理意义求解相应的物理量。
12.【答案】C 等于
【解析】解：直径使用游标卡尺的外测量爪来测量，为C部位；游标卡尺的精确度为，其读数为；
金属棒两端电压为，流过金属棒的电流为，金属棒的阻值，由以上式子整理得，则由图像斜率的物理意义可知，，根据电阻定律可知，代入数据解得；
由分析可知，金属棒两端的电压和流过金属环的电流均为真实值，故不存在系统误差，由戊图计算出的阻值等于真实值。
故答案为：，；，；等于。
根据游标卡尺的结构及读数规则完成读数；
根据电路结构分析金属棒的电压和电流，结合欧姆定律导出相关表达式，利用对应图像的斜率的物理意义、电阻定律列式求解电阻和电阻率；
根据金属棒的电流和电压情况判断误差。
考查基本器材的使用和读数，测量电阻和电阻率的方法，结合图像的斜率的物理意义进行分析解答。
13.【答案】解：发射前，瓶内空气压强，体积；水喷完瞬间，瓶内空气体积。水喷完前，瓶内空气做等温变化，由玻意耳定律可得：，解得：；
当瓶内空气压强与外界大气压强相等时，设外界大气压，体积为，由玻意耳定律可得：
瓶内剩余空气质量与发射前瓶内空气质量之比为：
联立代入数据解得：。
答：当瓶内的水完全喷完瞬间，瓶内空气的压强为；
瓶内剩余空气质量与发射前瓶内空气质量之比为。
【解析】分析好变化前后的压强和体积，利用玻意耳定律列式求解即可。
根据玻意耳定律求出体积，再结合质量和体积的关系即可求出质量比。
本题主要是考查了一定质量的理想气体的状态方程；解答此类问题的方法是：找出不同状态下的三个状态参量，分析一定质量的理想气体发生的是何种变化，选择合适的气体实验定律解决问题。
14.【答案】解：因为质量为的小球甲以速度与乙球发生弹性正碰，所以甲、乙系统动量守恒，且动能无损失，以水平向左为正方向，可得：
，
，
联立可得：，，则发生弹性正碰后甲球与乙球的速度大小均为；
乙球沿斜面上滑到最高点的过程，
由运动学公式可得：，
由牛顿第二定律可得：，
乙球沿斜面下滑到底端的过程，
由运动学公式可得：，
由牛顿第二定律可得：，
联立可得：，，，
由运动学规律可得，乙球沿斜面上滑到最高点的时间为：，
乙球沿斜面下滑到底端的时间为：，
则乙球在斜面轨道上运动的时间为：，
联立可得：，，；
由牛顿第二定律可得，乙球在水平轨道上运动的加速度大小为：，同理可得，甲球在水平轨道上运动的加速度大小也为，
则当乙球回到B点时，，
两球间距：，
联立可得：，；
假设乙球回到B点后，甲、乙两球不相撞，则甲球先停，乙球后停，由运动学规律可得：
，
，
，
由知：，
联立可得：，，，
因为，所以假设成立，乙球回到B点后，甲、乙两球不相撞，则两球最终的间距为；
答：发生弹性正碰后甲球与乙球的速度大小均为；
乙球在斜面轨道上运动的时间为3s；
两球最终的间距为。
【解析】因为质量为的小球甲以速度与乙球发生弹性正碰，所以甲、乙系统动量守恒，且动能无损失，据此列式，即可分析求解；
对乙球沿斜面上滑到最高点的过程、乙球沿斜面下滑到底端的过程，分别根据运动学公式、牛顿第二定律列式，即可分析求解；
由牛顿第二定律及运动学公式，先确定当乙球回到B点时两球间距，再运用假设法，即可分析判断。
本题主要考查动量守恒与能量守恒共同解决实际问题，解题时需注意挖掘临界条件：在与动量相关的临界问题中，临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系，即速度相等或位移相等时。
15.【答案】解：要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C，设滑块应在水平轨道上离A右侧d处释放，
则该过程，由动能定理得：，
其中：，，，
因小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C，
则在C处，由牛顿第二定律得：，
联立可得：；
按中位置释放的滑块通过B点时，
该过程由动能定理得：，
在B处，由牛顿第二定律得：，
结合联立可得：，
由牛顿第三定律可知，滑块通过B点时对轨道压力大小为；
结合前面分析可知，滑块水平轨道上所受摩擦力大小为：，
由题知，滑块所受电场力大小为：，方向水平向左，
物块所受重力大小为：，方向竖直向下，结合矢量合成法则，由“等效重力法”，可得下图：
其中“等效地面”与“等效重力”垂直，与A关于对称，
因为，所以滑块最终在圆弧轨道的部分上做往复运动，
设若小滑块从半圆轨道内侧B点由静止释放，小滑块在水平轨道上的总路程为x，
由能量守恒可得：，
联立可得：；
答：要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C，滑块应在水平轨道上离A右侧5m处释放；
按中位置释放的滑块通过B点时对轨道压力大小为；
若小滑块从半圆轨道内侧B点由静止释放，小滑块在水平轨道上的总路程为2m。
【解析】要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C，由动能定理、牛顿第二定律分别列式，即可分析求解；
结合的分析，由动能定理、牛顿第二定律分别列式，根据牛顿第三定律，即可分析判断；
结合前面分析，先确定滑块水平轨道上所受摩擦力大小、滑块所受电场力、物块所受重力，结合矢量合成法则，由“等效重力法”画图，结合能量守恒，即可分析判断。
本题主要考查从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题，解题时需注意功能关系、动能定理、能量守恒、机械能守恒定律、电场力做功与电势能的变化等的综合应用。