河北省多校2024-2025学年高三（上）省级联考期末物理试卷（含解析）

河北省多校2024-2025学年高三（上）省级联考期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年月日北京大学科研团队公布了我国在光学晶体理论方面的原创性突破一菱方氮化硼晶体，这是目前已知最薄的光学晶体。下列关于晶体的说法正确的是( )
A. 单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
B. 晶体熔化过程中，分子平均动能不变
C. 晶体熔化过程中，分子平均势能不变
D. 单晶体的光学性质一定各向异性
2.香烟中含有多种放射性物质，其中以钋最为危险，是吸烟者罹患肺癌的原因之一。钋可以放出射线，衰变成稳定的铅，半衰期为天。下列说法正确的是( )
A. 香烟燃烧时，由于高温的衰变将变快
B. 个原子核经过天，将有个原子核发生衰变
C. 衰变生成的铅原子核内的中子数为
D. 衰变产物的结合能之和比的结合能小
3.如图甲，一个质量为的物块在水平向左的外力作用下由静止开始沿粗糙水平面运动，时间内的图像为正弦曲线的一部分，如图乙所示。物块在时刻获得最大速度，下列说法正确的是( )
A. 时间内和时间内物块位移相等
B. 和两时刻物块的加速度相同
C. 时间内物块所受合力对物块做正功
D. 时间内外力做的功大于时间内外力做的功
4.小米含水率是影响贮存、加工和运输的重要指标，市场上有一种电容式小米水分测量仪，如图所示为其简化原理图，平行板电容器两极板通过导线连接在电压传感器两端，电压传感器与静电计等效，相当于断路且可实时显示电容器两极板间的电压。给电容器带上一定的电荷量后断开电源，将待测小米压实填充在两极板之间，已知内部含水量高的小米相对介电常数较大，忽略米粒之间的间隙，则填充小米后( )
A. 电容器两极板间的电场强度变小
B. 电容器两极板所带的电荷量会增加
C. 电容器的电容值将变小
D. 电压传感器示数越大说明小米的含水量越高
5.如图所示为横截面为四分之一圆的棱镜，光线从侧面上最高点点射入棱镜，折射光线在圆弧内侧面上恰好发生全反射，经过在圆弧内侧面上两次全反射后，光线恰好到达侧面上最右侧的点，并从点射出棱镜。则光线在点入射角的正弦值为( )
A. B. C. D.
6.目前很多手机都具备了无线充电的功能，其基本工作原理如图甲所示，手机充电时将无线充电器内部的线圈接在输出电压如图乙所示的交流电源上，把手机放置在无线充电器的上方，手机内部线圈产生交流电，再经转换电路转换为直流电对手机进行充电。无线充电器线圈与手机内部线圈匝数比为，假设由于漏磁造成手机内部线圈中磁通量为无线充电器线圈磁通量的，线圈电阻均不计，下列说法正确的是( )
A. 手机内部线圈中电流方向每秒变化次
B. 增加手机内部线圈与无线充电器线圈的匝数比，手机内部线圈两端获得的电压将减小
C. 手机内部线圈两端电压的最大值为
D. 手机内部线圈两端电压的有效值为
7.年月日至日，嫦娥六号顺利完成了在月球背面南极艾特肯盆地的智能快速采样，月日时分，嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面发射起飞，随后成功进入预定环月轨道，完成世界首次月球背面采样和起飞。已知嫦娥六号质量为，月球半径为，以无穷远处为零势能点，嫦娥六号在距月球表面高度为时的引力势能可表示为其中为引力常量，为月球质量。若忽略月球的自转，嫦娥六号自月球表面开始发射到进入距离月球表面高度为的预定环月轨道，至少需要对嫦娥六号做的功为( )
A. B.
C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图是沿轴传播的一列简谐横波的波形图，实线为时的波形图，虚线为再经过后的波形图，则处质点的图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
9.如图所示，边长分别为、的两个正方形金属线框、固定在水平桌面上，中心均在点且两线框的对应边两两平行，两线框之间区域内有垂直于桌面、磁感应强度大小为的匀强磁场图中未标出。一长度为的金属棒正以速度经过位置，、、、分别为所在边的中点。已知两金属线框和金属棒均由相同材质和粗细的金属丝制成，线框每边的电阻值均为，则下列说法正确的是( )
A. 边中的电流大小为
B. 金属棒所受的安培力大小为
C. 由于磁场方向有可能垂直桌面向上或向下，故金属棒所受的安培力方向不能确定
D. 线框的焦耳热功率为
10.如图所示，地面上方空间中存在水平向左的匀强电场，两根竖直的绝缘杆之间有一条绝缘轻绳系于、两点，一个带正电的小球通过光滑挂钩悬挂在轻绳上，小球处于静止状态。已知重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 将点沿杆上移，绳上拉力变小 B. 将点沿杆下移，绳上拉力大小保持不变
C. 将右侧杆右移，绳上拉力增大 D. 将右侧杆左移，绳上拉力增大
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.杨同学设计了如图所示的一个简易实验来验证动量守恒定律，将一个弹射装置固定在长水平板上，弹射器的弹簧原长时右端在点。物块和物块的质量分别为和，两者与长水平板间的动摩擦因数相同且较小。先不放物块，用物块压缩弹簧右端至点后由静止释放，物块运动到长水平板上的点后停下。在长水平板上点右侧某处标记点，将物块放置在点后，再次用物块压缩弹簧右端至点后由静止释放，两物块发生对心正碰，最终分别停在点和点。多次重复实验，确定、、的平均位置，得到、、的长度分别为、、，、、的长度分别为、、。两物块体积较小，重力加速度为。
在实验时，物块和物块的质量应符合_______填“”“”或“”。
杨同学需要验证的关系式为_______从、、、、、、、当中选择你认为必需的物理量表示。
将点的标记位置适当_______填“左移”或“右移”，可以进一步减小实验的误差。
12.物理兴趣小组用如图甲所示电路测量电流表量程为的内阻，可用器材如下：
A.电源电动势，内阻约几欧
B.滑动变阻器阻值
C.滑动变阻器阻值
D.电阻箱阻值
E.开关两个，导线若干
为使测量更精确，滑动变阻器应该选择_______填写器材前的代表字母“”或“”。
操作步骤如下：先闭合开关，调节，使电流表满偏；再闭合开关，保持不变，调节使电流表指针半偏，记下此时的值即为电流表内阻的测量值。偶然误差可忽略的情况下，测量值_______填“大于”“等于”或“小于”电流表内阻真实值。
为进一步提高测量的准确度，该小组将替换为电阻箱最大阻值与相同，在电源两端并联另一个完全相同的电源，采用图乙所示的电路再次测量电流表的内阻，操作步骤如下：
断开所有开关，先闭合开关，调节使电流表满偏，记录的阻值；再闭合开关、，调节为刚才的二分之一，调节使电流表指针再次满偏，此时的阻值为，则电流表的内阻测量值为_______，偶然误差可忽略的情况下，电流表的内阻测量值_______填“大于”“等于”或“小于”真实值。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.图甲是一种简易抽水设备，图乙是其结构原理示意图，地下水面与上面粗筒底面间的高度差，抽水时先将活塞推到粗筒底部，活塞到达粗筒底部时只能向上打开的上、下两个单向阀门均处于闭合状态，此时下面细管中气体压强等于大气压强。用力压手柄使活塞上移，上阀门处于闭合状态，下阀门自动开启，随着活塞上升细管中的液面就会上升。已知活塞的横截面积，细管内横截面积，，水的密度，取，地下水面处的压强恒为大气压强，抽水过程中装置内空气的温度均视为不变，不考虑阀门重力及地下水面高度的变化。
求当活塞第一次上移高度时细管中水柱的高度；
活塞第一次上移高度后，用力提升手柄使活塞下移，上阀门打开与大气相通，下阀门立即闭合，活塞下移至距离粗筒底部处时，用力压手柄使活塞第二次上移至距离粗筒底部处，求此时细管中的水柱高度。
14.航模小组进行螺旋桨飞机模型的下落表演，如图所示，质量为的飞机模型螺旋桨正常工作，悬停在高处的点。现关闭螺旋桨，飞机模型从点由静止开始自由下落，和为两段缓冲区，飞机模型进入到缓冲区后，受到方向竖直向上，大小与飞机模型速率成正比的缓冲力的作用已知，飞机模型通过、两点时加速度均恰好为。已知，，不计飞机模型所受空气浮力和阻力的影响，重力加速度为。求：
点到点的距离；
飞机模型在两个缓冲区内减少的总机械能；
若点下方至点均为缓冲区，飞机模型仍从点由静止开始自由下落，运动至点的总时间。
15.如图是一种控制带电粒子运动的装置示意图，在坐标系中，区域内存在沿轴负方向的匀强电场电场强度大小未知，区域内存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为。一带电粒子从坐标为的点以初速度沿轴正方向射出，经过电场偏转后恰经过坐标为的点。不计带电粒子的重力和带电粒子之间的相互作用。求：
带电粒子经过点时速度的大小和与轴正方向夹角的正弦值；
带电粒子从点到点的轨迹方程；
从点射出的带电粒子质量为，电荷量为，在第问中的轨迹上密集放置有个该种带电粒子，沿轴方向均匀分布。将区域内的匀强电场大小不变，方向改为沿轴正方向，轴上距离点的点放置有平行于轴且足够长的粒子收集器，能够捕获所有打到其表面的粒子。将带电粒子均以初速度沿轴负方向射出，粒子收集器最终能收集到的带电粒子个数为多少。
答案和解析
1.
【解析】A.单晶体和多晶体均有固定的熔点，故A错误；
B.晶体熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，故B正确；
C.晶体熔化吸收热量，内能增加，由于分子平均动能不变，所以分子平均势能必增加，故C错误；
D.单晶体在某些物理性质上是各向异性的，但其光学性质不一定各向异性，故D错误。
故选B。
2.
【解析】A.半衰期不受温度影响，故A错误；
B.半衰期为统计规律，对少量原子核不适用，不一定有个 原子核发生衰变，故B错误；
C. 发生衰变的核反应方程为
衰变生成的铅原子核内的中子数为
故C正确；
D.自发核反应放出能量，产物结合能之和比反应物结合能大，两者之差就是释放出核能的数值，故D错误。
故选C。
3.
【解析】A. 图像与横轴围成的面积表示位移，可知 内物块的位移小于 内物块的位移，故A错误；
B. 图像某点的斜率表示该点处的加速度， 与 时刻物块的加速度大小相等，方向相反，故B错误；
C.根据动能定理， 物块初末速度均为零，所受合力对物块做功为零，故C错误；
D.设 时间内外力 做功大小为 ，克服摩擦力 做功为 ，由动能定理得
整理得

设 时间内外力 做功为 ，则
整理得
则

故D正确。
故选D。
4.
【解析】B.电容器与电源断开，所带电荷量 保持不变，故B错误；
C.填充小米后，相对介电常数 变大，由 知电容器的电容值将变大，故C错误；
D.两极板间的电压 ，小米的含水量越高 越大， 越小，电压传感器示数越小，故D错误；
A.板间电场强度 ，板间距 不变，填充小米后， 增大， 减小，电容器两极板间的电场强度变小，故A正确。
故选A。
5.
【解析】做出折射光路如图所示，由几何关系易得全反射的临界角为
则棱镜折射率为
由角度关系得折射角
由折射定律
可得
计算可得

故选A。
6.
【解析】A.由图乙可知，交流电源的频率为，手机内部线圈中的电流每秒变化次，故A错误；
由于漏磁造成手机内部线图中磁通量为无线充电器线圈磁通量的 ，则有
即
故手机内部线圈两端电压的有效值为，最大值为 ，故D正确，C错误；
B.上式易得增加手机内部线圈与无线充电器线圈的匝数比，手机内部线圈两端获得的电压将增大，故B错误。
故选D。
7.
【解析】根据万有引力提供向心力，得
嫦娥六号在环月轨道绕月球做圆周运动的动能
联立以上两式解得
嫦娥六号在高度的引力势能为

在月球表面的引力势能为
根据功能关系，从开始发射到进入预定环月轨道需要对嫦娥六号做的功为
故选B。
8.
【解析】若波向右传播， 处的质点时振动方向沿轴正方向，且满足
解得
当 时，可得
时刻 处的质点在轴负方向距平衡位置最远处，故A错误，B正确；
若波向左传播， 处的质点时振动方向沿轴负方向，且满足
解得
当 时，可得
时刻 处的质点也在轴负方向距平衡位置最远处，故D错误，C正确。
故选BC。
9.
【解析】A.金属棒中产生的总感应电动势等于，两段产生的感应电动势之和以磁场垂直桌面向下为例，总感应电动势
整个电路的等效电路图如图所示
其中
则总电阻

金属棒上产生的感应电流
边中的电流大小为

故A正确；
B.金属棒所受的安培力大小为
故B错误；
C.虽然磁场方向有可能垂直桌面向上或向下，但由楞次定律可知，金属棒所受的安培力方向必定向左，故C错误；
D.线框的焦耳热功率为

故D正确。
故选AD。
10.
【解析】设小球带电荷量为，对小球受力分析如图所示
将电场力与重力合成后等效为新的重力，过、两点作虚线与平行，虚线与两绳的夹角为，设左边绳长为，右边绳长为，过、两点的虚线间的垂直距离为，则有
可得
绳中的张力大小为
将点沿杆上移，再次稳定后，、两点沿垂直虚线方向的距离减小，减小，则绳中拉力减小，同理，将点沿杆下移，、两点沿垂直虚线方向的距离增大，则绳中拉力增大，故A正确，B错误；
将右侧杆右移，增大，则绳中拉力增大，将右侧杆左移，减小，则绳中拉力减小，故C正确，D错误。
故选AC。
11.

左移

【解析】为保证物块碰撞物块后一定不反弹，物块和物块的质量应符合 ；
物块从 点到 点，根据动能定理得
得碰撞前物块到 点时速度的大小
同理可得，碰撞后物块和物块的速度分别为
，
若动量守恒定律成立，则应满足
即
将点的标记位置适当左移，碰撞的初速度较大，碰后减速的位移较大，有利于减小测量的偶然误差。
12.
小于
等于

【解析】表头的满偏电流为 ，对应的电路中总电阻为
所以滑动变阻器应选择。
由于 闭合后，总电阻减小，则总电流增大，所以通过电阻箱的真实电流大于，即

故 小于 。
闭合开关，设电源内阻为 ，干路电流可表示为
闭合 、 后两电源并联，等效为一个电动势为 ，内阻为 的新电源，干路电流可表示为
可知电流表的内阻测量值等于 ，无系统误差，在忽略偶然误差的情况下，两者相等。
13.活塞第一次上移高度 时，封闭气体的压强为
根据玻意耳定律有
解得
活塞第二次从距离粗筒底部处上移至距离粗筒底部 处，设细管中空气柱长，根据玻意耳定律有
其中
解得
可知此时细管中的水柱高度为

14.飞机模型在段自由下落，到达、两点时加速度均恰好为，则
表明这两点处速度相等，故在和做完全相同的减速运动，且以相同的速度收尾，则
， 点时加速度为零，则有
由 运动到 ，有
由 运动到 ，有
联立解得
飞机模型由 运动到 ，动能不变，机械能减少
同理，由 运动到 ，机械能减少
故飞机模型在两个缓冲区内减少的总机械能
由于缓冲区加长，飞机模型到达 点的速度仍为 ，保持不变，重力的冲量为
缓冲力的冲量为
由动量定理可得
且
联立解得

15.带电粒子射出后在电场中沿 轴方向做匀速直线运动，有
沿 轴负方向做匀加速直线运动，设加速度大小为 ，有
联立解得
粒子在 点时沿 轴方向的速度大小
粒子在 点时的速度大小
与 轴正方向夹角的正弦值
解得
，
粒子在运动过程中，纵坐标可表示为
横坐标可表示为
解得
带电粒子从轨迹上 点射出后，沿 轴正方向做匀加速直线运动，到达磁场下边界时有
粒子沿 轴负方向运动的距离为
可知，所有粒子经电场偏转后均从点进入稵场，其中从 点射出的粒子，到达点时有
速度与 轴负方向夹角最大为 。设粒子从点进入磁场与 轴负方向夹角为 时，其轨迹恰好与粒子收集器相切，粒子经过点速度
根据洛伦兹提供向心力
粒子做圆周运动的半径
根据几何关系可得
解得
该粒子在轨迹上发射时的纵坐标为 ，则
解得
经分析，在点进入磁场与 轴负方向夹角大于 的粒子都将打在粒子收集器上，故粒子收集器最终能收集到的带电粒子个数为

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