山西省太原市五校2025届高三（下）模拟考试物理试卷（含解析）

2024-2025学年山西省太原市五校高三（下）模拟考试
物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共18分。
1.如图所示，飞机在空中某位置发射炮弹，打击前方斜坡上与飞机在同一竖直平面内的、两目标，两次发射的炮弹均做平抛运动，炮弹质量相等。以水平地面为重力势能的零势能面，两次的运动时间分别为、，初速度分别为、，末速度分别为、，运动到、两点时炮弹机械能分别为、，下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
2.甲、乙两站相距，某列车：从甲站以加速度匀加速出发，达到最大速度后匀速运动一段时间，再以加速度做匀减速运动，刚好于：到达乙站且到达乙站时速度恰好为零，则该列车匀速运动时的速度及起动阶段的加速度可能是( )
A. B.
C. D.
3.按照目前的科学理论，原子序数比铁元素小的元素大多是依靠恒星核聚变反应形成的，而原子序数比铁元素大的元素主要依靠超新星爆炸和中子星合并过程中铁原子核俘获中子产生的。铁元素原子核的比结合能最大，也最稳定。下列关于核反应说法正确的是( )
A. 属于聚变反应，释放能量
B. 属于聚变反应，可能发生在恒星中
C. 属于聚变反应，可能发生在中子星合并过程中
D. 属于裂变反应，释放能量
4.如图所示，一质量为的物体放置在静止升降机的水平底板上，对物体施加一水平向右、大小为的拉力，物体刚好不发生运动。当升降机开始运动时，发现物体沿升降机底板运动的水平加速度为。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，则下列关于升降机运动的描述可能正确的是( )
A. 以的加速度向上加速 B. 以的加速度向上加速
C. 以的加速度向下加速 D. 以的加速度向下加速
5.如图所示，两原长均为、劲度系数相等的绝缘轻弹簧悬挂于点，其另外一端各连接一个带电小球，平衡时球靠在光滑绝缘竖直墙上，长为且竖直；球悬于空中，长为。两小球的质量均为，重力加速度为，则两球间的库仑力大小为( )
A. B. C. D.
6.我国于年月日，在海南文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭搭载天问一号开启火星探测之旅。天问一号发射有一个窗口期，只有地球与火星在如图所示的位置关系时发射，经过地火转移轨道即霍曼转移轨道，才能在转移轨道远日点与火星相遇。地球、火星绕太阳运动的圆轨道半径分别为亿公里和亿公里，地球公转的周期为天。根据这些数据，下列说法正确的是( )
A. 火星的公转周期约为天
B. 每隔约天会出现一次发射窗口期
C. 发射天问一号时，地球、火星分别与太阳连线的夹角约为
D. 发射天问一号时，地球、火星分别与太阳连线的夹角约为
二、多选题：本大题共6小题，共30分。
7.如图所示，某同学设计了一个含副线圈匝数可调的理想变压器的电路，已知交流电源电压有效值，内阻不计，，，设原、副线圈的匝数比为，要使消耗的功率最大，则下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
8.在光滑绝缘水平面上固定两点电荷、，带电荷量分别为，，将两点电荷间的连线分为等长的份，如图所示。将一带电荷量为的小球从点处静止释放，经过点时，测得其动能为。取无穷远处为零电势点，在场源点电荷形成的电场中，试探电荷所具有的电势能为，其中为静电力常量，为场源点电荷所带电荷量，为试探电荷所带电荷量，为场源点电荷到试探电荷的距离。取无穷远处为零电势点，带电小球到达点时的电势能为，到达点时的动能为，则( )
A. B. C. D.
9.如图所示，在光滑的绝缘水平面上，三条相互平行、间距为的虚线间存在图示方向的匀强磁场，磁感应强度大小均为，一直角三角形导体框放在水平面上，边与虚线平行，边长度为，刚开始导体框的点刚好在最左侧的虚线上。现给导体框施加一水平向右的外力，使导体框向右做匀速直线运动。关于运动过程中产生的感应电动势的大小、感应电流的大小、外力的大小以及外力功率的大小随位移或位移的平方的变化规律正确的是( )
A. B.
C. D.
10.如图所示，一质量为的斜面静止在水平面上，斜面高为，倾角为，在其最高点放置一质量也为的物块可看成质点，所有接触面均光滑。将物块由静止释放，最终物块运动至斜面底端。设运动过程中斜面和物块的加速度大小分别为、，物块运动到斜面底端时斜面和物块的速度大小分别为、，重力加速度为，，下列说法正确的是( )
A. B.
C. ， D. ，
11.如图所示，一开口向下的固定绝热容器内，用轻质绝热活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸无摩擦。现在外力作用下，将活塞缓慢向下拉动一小段距离后停止。关于这一过程下列说法正确的是( )
A. 气体体积增大，气体对外界做功
B. 分子的平均动能减小，气体温度降低
C. 气体的压强与气体分子的平均动能成正比
D. 气体体积增大，与外界无热量交换，内能减小
E. 气体分子单位时间撞击单位面积器壁的次数减少
12.一列简谐横波沿轴正方向传播，波源在坐标原点，时的部分波形图如图甲所示，图乙是这列波上处质点从时刻开始振动的图像。下列说法正确的是( )
A. 这列波传播的周期为
B. 该波的波速为
C. 波源在所取零时刻前开始振动
D. 时间内处的质点通过的路程为
E. 时，处的质点位移为
三、非选择题：本大题共7小题，共52分。
13.某同学想验证竖直面内物块做圆周运动向心力变化的规律，使用某一竖直面内的圆周轨道，轨道圆心为，半径，分别在距离最低点高度为、、、、、、处固定有压力传感器，其装置如图甲所示。
选择比较光滑的竖直轨道，以保证小球在运动过程中机械能变化可以忽略；
使一质量为的小球从点以速度开始沿内轨道向右运动，记录小球在各位置对轨道的压力与高度的对应数值，并在坐标系中描点连线得到如图乙所示的图象；
若物块在初始位置对轨道压力大小为，则与的函数关系可表示为______用、、、、、表示，若已知重力加速度，则结合图乙可知小球质量______，小球经过最低点时的初速度______可以用根式表示。
14.某同学想将一只量程为、内阻的电压表改装成有个倍率的欧姆表，设计了如图所示的电路虚线框内为改装的欧姆表，已知，，为理想电源，滑动变阻器的总电阻。
先闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表达到满偏，电压表满偏刻度对应欧姆刻度的____选填“”或“”刻度，保持滑片位置不变，用此表测量一个未知电阻，当电压表示数为时，测量的电阻值约为________；
闭合开关、，调节，使电压表指针达到______选填“满偏”“半偏”或“零”刻度，保持不变，用此表测量另外一个未知电阻，电压表示数为，该电阻阻值约为_______；
未闭合时，由于接入未知电阻，电路会因总阻值变化导致测量值与实际值相比有误差，接入未知电阻后通过的电流______选填“增大”或“减小”。
15.如图所示，将质量为的物块放在转盘上，物块与轻弹簧用一段穿过转盘圆心的不可伸长的轻绳相连，弹簧的劲度系数为且满足，为重力加速度。当物块随转盘一起转动的角速度为时，弹簧恰处于原长状态，物块距盘心的距离为。已知物块与转盘间的动摩擦因数，忽略轻绳与转盘间的摩擦，弹簧始终处于弹性限度内，且弹性势能。现让转盘以的角速度匀速转动，则当系统稳定时，求：
弹簧的弹力大小；
该过程摩擦力对物块做的功。
16.如图所示，间距为的光滑水平轨道和倾角为的倾斜光滑轨道平滑相连，整个空间存在竖直向下的、磁感应强度为的匀强磁场，分别在水平和倾斜轨道上放置质量均为、长均为、电阻均为的导体棒，某时刻从倾斜轨道足够高处由静止释放导体棒两导体棒始终没有滑离所在轨道，经时间两导体棒恰好达到稳定的匀加速运动状态，轨道电阻不计，重力加速度为，，求：
两导体棒运动状态恰好稳定时的加速度大小、；
两导体棒运动状态恰好稳定时的速度大小、。
17.如图，在竖直面内的直角坐标系中，第Ⅰ、Ⅱ象限存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为第Ⅲ、Ⅳ象限存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为。一质量为、带电荷量为的小球，从轴正半轴上的某点以速率水平向左抛出，经过一段时间后恰能从点进入第Ⅱ象限，当它经过点时，触发一开关，使轴上方的磁场立即消失。已知进入轴下方后，带电小球做圆周运动，一段时间后通过轴，且能回到点，到点又触发点的开关，使轴上方的匀强磁场恢复，如此往复，该带电小球便在此区域内做周期性运动，重力加速度为。
求带电小球所带电性和电场强度的大小；
求点到点距离的最小值；
若间距离的最小值为，取，求与的比值、带电小球从点出发到第一次回到点所经历的时间用和表示。
18.如图所示，竖直面内有端封口、端开口的直角导热细玻璃管，两边管长均为，现在管内靠近端用水银封闭一段气柱，使得端气柱长恰与其相等，封闭端气柱长不变，测得这两段气柱长均为。现将该玻璃管逆时针缓慢旋转，使端在下端在上，测得此时端气柱长度是端气柱长度的倍，求管长转动过程两端气柱无气体交换，大气压强为。
19.如图所示，半径为的四分之一圆是某玻璃砖的横截面，该玻璃砖放置在真空中，两束单色光同时从点发出，光射出玻璃砖时平行于，已知两束光在玻璃砖中的传播路径平行，，，，光在真空中的传播速度为，求：
玻璃砖对光和光的折射率；
光从点出射到射出玻璃砖的时间。
答案解析
1.【答案】
【解析】A.炮弹在空中做平抛运动，由平抛运动的规律可知，竖直方向有：，
解得：，
由图可知，落到、两点的炮弹下落的高度满足：，
可得：，故A正确；
B.炮弹在空中做平抛运动，由平抛运动的规律可知，水平方向有：，
由图可知，落到、两点的炮弹水平位移满足：，
由前面分析可知：，
所以：，故B错误；
C.炮弹在空中做平抛运动的过程，只有重力做功，则机械能守恒，
由机械能守恒定律可得：，
解得：，
结合前面分析可知：，，
则末速度、大小关系不能确定，故C错误；
D.平抛运动过程中机械能守恒，在抛出点，等质量的两炮弹重力势能相等，初速度大的，初动能大，结合前面分析可知：，则的初动能更大，则：，故D错误；
故选：。
2.【答案】
【解析】设甲、乙两站相距，列车运动时间为：
设匀加速和匀减速的时间均为，则有：，
全程的平均速度大小为：
如果是全程先匀加速运动后匀减速运动准时到达乙站，则有，
故匀速时的速度一定大于且小于
如果，代入前面的计算公式可得，故B正确、ACD错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】A、核反应方程选项中，核是核通过“中子俘获”形成的，不属于聚变反应，故A错误；
B、该选项中的核反应是典型的轻核聚变，有可能发生在不断进行聚变反应的恒星中，故B正确；
C、该选项中的核反应是衰变，不属于核聚变反应，故C错误；
D、该选项中的核反应是衰变，不是裂变反应，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】对物体施加一水平向右、大小为的拉力，物体刚好不发生运动，根据平衡条件得：
代入数据解得：
当升降机开始运动时，物体沿升降机底板运动的水平加速度为，水平方向，由牛顿第二定律得：
代入数据解得：
对物体，竖直方向由牛顿第二定律得：
代入数据解得：
方向竖直向下，则升降机可能以的加速度竖直向上做减速运动，或竖直向下做加速运动，故C正确，ABD错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】【分析】
对球受力分析，由相似三角形求出弹簧的弹力，再对、两带电小球整体受力分析，求出两弹簧的夹角，再结合余弦定理求解库仑力的大小。
本题考查了共点力平衡问题，能够正确地受力分析，运用共点力平衡进行求解，数学知识的正确应用是求解的关键。
【解答】
设、夹角为，的受力如图甲所示，构成的力的矢量三角形与相似，则有，即，
可得，
对、两带电小球整体受力分析如图乙，根据平衡条件可得，两弹簧完全相同，，则，解得，
在力的矢量三角形中，应用余弦定理有，B正确，ACD错误。
6.【答案】
【解析】由于火星和地球都绕太阳做圆周运动，则由开普勒第三定律可得：，
由题知：亿公里，亿公里，天，
解得：天，
设经时间再次出现发射窗口期，
则地球要比火星多转一圈，即：，
解得：天，故AB错误；
天问一号离开地球后，绕太阳做椭圆运动，需在其轨道的远日点与火星相遇，
设天问一号绕太阳运行轨道的半长轴为，周期为，
由几何关系及开普勒第三定律可得：，，
解得：天，
则其半个周期为天，在这段时间内火星转过的角度为：，
所以发射天问一号时，地球、火星分别与太阳连线的夹角为：，故C正确，D错误；
故选：。
7.【答案】
【解析】结合题意，由闭合电路欧姆定律、理想变压器两端的电压和电流与匝数的关系、欧姆定律可得：，
联立可得：，
则的功率为： ，
由数学知识可知，仅当时，消耗的功率最大，
解得：时，，故AC错误，BD正确；
故选：。
8.【答案】
【解析】根据题意可知，带电小球运动过程中只有电场力做功，所以电势能与动能之和不变。假设每一小段的距离均为，带电小球在点处，有：
当小球运动到点处时，有：
得：
所以带电小球在电场中的总能量：
解得
所以
解得故A错误，B正确；
当带电小球运动至点位置时，有
可得故C正确，D错误。
故选：。
9.【答案】
【解析】设，导体框匀速运动的速度为。
导体框向右运动的位移在的过程中，边切割磁感线，导体框产生的感应电动势为，其中，可得导体框产生的感应电动势大小为，
感应电动势的最大值为，
导体框中的感应电流为，
感应电流均匀增大到，
导体框所受的安培力大小为，
由平衡条件可得，外力的大小为，
外力的最大值为，
外力的功率为，
外力的功率最大值为；
导体框向右运动的位移在的过程中，导体框的边和边均切割磁感线，导体框产生的感应电动势从零均匀增大到，
导体框中的感应电流为，
感应电流均匀增大到，
导体框所受的安培力大小为，
导体框所受的安培力增大到，
外力的功率增大到；
导体框向右运动的位移在的过程与的过程情况相似，只是感应电流方向反向，各个量大小变化情况相同，故AD正确，BC错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】物块与斜面组成的整体水平方向所受合力为零，即二者水平方向所受的外力等大反向，满足，
可得。
物块相对斜面运动，故其相对斜面的加速度应沿斜面方向，则有，
联立解得
由物块与斜面组成的机械能守恒有
由匀变速直线运动规律有，
解得，故A错误，B正确；
、根据以上分析可得，
根据，，
可得，故C错误，D正确。
故选：。
11.【答案】
【解析】、外力将活塞向下拉动，气体体积增大，气体对外界做功，气缸、活塞均绝热，
根据热力学第一定律，可知气体内能减小，故AD正确；
B、气体内能减少，温度降低，分子平均动能减小，故B正确；
C、根据理想气体状态方程和温度是分子平均动能的标志，可知压强不仅与气体分子的平均动能有关，还与体积有关，故C错误；
E、体积增大，温度降低，气体压强减小，则气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数无法判断，故E错误。
故选：。
12.【答案】
【解析】由图甲可知，该波波长为：，
由题意及图乙可知，这列波上处质点从时刻开始振动，且起振方向向下，则所有质点起振方向都是向下的，
因为：，
则波传播到处所需要时间为，
设在之前，振源已经振动了的时间，
由题设条件可知：，，
可得：，
时，，，即时波向前传播了半个周期，结合图甲可知，不符合题意，
时，，，符合题意，则波速为：，故AC正确，B错误；
D.因为：，
则波从传到处所需要的时间为一个周期，则时间内，处的质点振动了一个周期，通过的路程为：，故D正确；
E.由以上分析可知，时刻波传到处，则时，
处的质点在波谷处，位移为，故E错误；
故选：
13.【答案】；；
【解析】解：设在任意高度处小球的速度为，由动能定理有
，
可得：，
在右侧轨道上，设小球在处和圆心的连线与的夹角为，当时，由牛顿运动定律有
，
，
在最低点有，
可得：，
当时该式仍成立；
根据图像可得，在点，，在处，，图像斜率，
可得：
在最低点由
可得。
故答案为：；；。
根据动能定理结合几何关系和牛顿第二定律分析出与的函数关系式，结合图像得出小球的质量和最低点时的初速度。
本题主要考查了牛顿第二定律和动能定理，结合几何关系和图像的物理意义即可完成分析。
14.【答案】；；满偏；；增大
【解析】只闭合开关，调节，使电压表达到满偏，此时外电路断开，阻值无穷大，所以电压表满偏时的刻度对应欧姆表的无穷大刻度，此时与电压表串联，二者两端电压之和为，用此表测量电阻，由于滑动变阻器的阻值与和电压表所在支路总阻值相比很小，可认为滑动变阻器下端部分两端的电压为不变，电压表示数为时，两端电压为，有
可得。
同时闭合、，则与并联，并联后电阻为，再与串联，当调节滑动变阻器使电压表达到满偏时，两端电压为，总电压为，保持滑动变阻器滑片位置不变，用此表测电阻，当电压表示数为时，有
解得
接入未知电阻后，电压表所在支路的电阻减小，滑动变阻器与其并联部分的电阻减小，回路中总电阻减小，总电流增大，滑动变阻器下端部分两端的电压减小，电流减小，则通过的电流增大。
15.【答案】解：物块随转盘以角速度匀速转动时，最大静摩擦力等于滑动摩擦力提供向心力有，
可得，
由于角速度增加，物块将向外滑动，导致弹簧伸长，直到能再次随转盘一起匀速转动，
设系统稳定时弹簧的弹力大小为，则有，为稳定时物块到盘心的距离，
根据胡克定律有，
解得，；
已知，，根据功能关系分析有，
解得。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
16.【答案】解：当两导体棒运动状态恰好达到稳定时两导体棒的加速度保持不变，
对棒，由牛顿第二定律得
对棒，由牛顿第二定律得
要使两导体棒运动状态达到稳定后，回路中电流保持不变，必须要保持两导体棒水平方向的速度差恒定，
在水平方向两导体棒的加速度大小相等，即时，
解得，
两棒运动状态恰好稳定时电路电流恒定，由闭合电路的欧姆定律得
对棒，由牛顿第二定律得
从开始运动到恰好稳定，经历时间为，以向右为正方向，
对、棒，由动量定理得，
解得，

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
17.【答案】解：带电小球在轴下方做匀速圆周运动，应有
所受电场力方向向上，所以小球带正电
解得
带电小球在轴上方匀强磁场中运动时，竖直方向做自由落体运动，水平面内做匀速圆周运动，仅当小球自由下落的时间等于做圆周运动周期的整数倍时，小球能过点。当下落时间为一个周期时点到点的距离最小，有
小球在轴上方磁场中运动的周期
解得
若，结合第问解析可得
当小球到点时竖直分速度
速度与轴负方向的夹角的正切值为
解得
到达点时的速度
小球在轴下方做匀速圆周运动，其轨迹半径
设小球再次经过轴时过点
从点到点，水平方向做匀速运动，有
联立解得
从点到点，小球的运动时间为
从点到点，运动时间为
从点到点的时间为
有
解得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
18.【答案】解：玻璃管导热，又由于缓慢旋转，此过程气体状态变化可看成是等温变化。
设末态时，端气柱长为，则端气柱长为
有
可得
对端气柱，有
对端气柱，有
又
，
联立可得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
19.【答案】解：画出光路图如图所示，对光，根据题设条件：
可得
光的入射角，则
由几何知识可知
可得
光的折射率
两光束在玻璃砖中的传播路径平行，则光的折射角也为
光的入射角
光的折射率
由几何关系可得，
为等腰三角形，故
光在玻璃砖内传播速度为
故光从点出射到射出玻璃砖的时间为
解得
答：玻璃砖对、光的折射率分别为、；
光从点出射到射出玻璃砖的时间为。
【解析】画出光路图，根据几何关系求出光和光的入射角和折射角，再求玻璃砖对、光的折射率；
根据几何知识求光在玻璃砖内传播的距离，由求出光在玻璃砖内传播速度，从而求出光从点出射到射出玻璃砖的时间。
本题考查折射定律的应用，要记住两个公式，，结合几何知识即可求解，关键要正确画出光路图，根据几何知识求解相关角度和距离。
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