湖南省普通高中2024-2025学年高三（下）学业水平选择性考试物理试卷（五）（含解析）

湖南省普通高中2024-2025学年高三（下）学业水平选择性考试物理试卷（五）
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.年月日，一家中国公司宣布研制出微型原子能电池，利用镍核同位素衰变技术和金刚石半导体，将原子能电池小型化、模块化、低成本化，新式核电池可以年稳定发电，无需充电，无需维护，不产生外部辐射，其原理利用了镍会发生衰变。已知镍半衰期约为年。下列判断正确的是( )
A. 放射性样品经过一个半衰期质量变为
B. 粒子来源于绕核运转的核外电子
C. 若电池在太空低温环境下工作，镍半衰期会延长
D. 衰变方程为
2.铁路弯道处，内外轨组成的斜面与水平地面倾角为，当火车以某一速度通过该弯道时，内、外轨恰不受侧压力作用，则下面说法正确的是( )
A. 转弯半径
B. 当火车质量改变时，安全速率不改变
C. 若火车速度小于时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内
D. 若火车速度大于时，内轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内
3.如图所示，水平面上有一均匀带电圆环，所带电荷量为，其圆心为点．有一带电荷量为、质量为的小球恰能静止在点上方的点，、间距为与圆环上任意点的连线与的夹角都为，重力加速度为，静电力常量为，以下说法错误的是( )
A. 点场强方向竖直向上 B. 点场强大小为
C. 点场强大小为 D. 点场强大小为
4.假设火星半径是地球半径的，质量是地球质量的已知地球表面的重力加速度为，地球的半径为，某人在地面上能向上竖直跳起的最大高度是，引力常量为，忽略自转的影响，下列说法正确的是( )
A. 火星的密度为
B. 火星表面的重力加速度为
C. 火星的“第一宇宙速度”与地球的“第一宇宙速度”之比为
D. 此人以与在地球上相同的初速度在火星上起跳后能达到的最大高度为
5.如图，平静水面上有、、三点，、两点处分别有两个小物块、均可视为质点静止在水面上，，。时刻，开始向下做振幅为的简谐运动，开始向上做振幅为的简谐运动，水面上形成以、为波源的两列水波简谐波，、振动周期均为，两列水波的波速均为，取向上为正方向，则点的振幅和时的位移分别为( )
A. ， B. ， C. ， D. ，
6.如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长的固定绝缘杆，小球套在杆上，已知的质量为，电荷量为，电场强度为，磁感应强度为，与杆间的动摩擦因数为，重力加速度为，小球由静止开始下滑，在运动过程中小球最大加速度为，最大速度为，则下列判断正确的是( )
A. 小球开始下滑时的加速度最大
B. 小球的速度由增大至的过程中，小球的加速度一直减小
C. 当时小球的速度与之比一定小于
D. 当时小球的加速度与之比一定小于
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为，图中电表均为理想电表，、和分别是光敏电阻其阻值随光强增大而减小、电感线圈和灯泡原线圈接入如图乙所示的正弦式交流电，电压为，下列说法正确的是( )
A. 交流电的频率为 B. 电压表的示数为
C. 有光照射时，电流表的示数变大 D. 抽出中的铁芯，灯泡变亮
8.物块、叠放在一起静止在粗糙水平地面上，各接触面均水平。物块、的质量分别为，，物块、之间的动摩擦因数为，物块与水平地面之间的动摩擦因数为，现对或施加水平恒力作用，分别如图甲、乙所示，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度。考虑、分离前的运动，下列说法正确的是( )
A. 甲图中若，、之间的摩擦力大小为
B. 甲图中若的加速度大小为，则
C. 乙图中若，、的加速度大小为
D. 乙图中若，对地面的摩擦力大小为
9.如图所示，一束平行于直径的光束射到透明介质球的表面点，经折射后射到点，已知，介质球的半径为，光在真空中的传播速度为，则( )
A. 介质球的折射率为 B. 介质球的折射率为
C. 光在点可能发生全反射 D. 光从传到点的时间为
10.如图所示，倾斜传送带以恒定速率顺时针转动，、分别为传送带的底端和顶端。将一质量为的小物体可视为质点轻放在处，小物体到达处时恰好与传送带共速；再将另一质量也为的小物体可视为质点轻放在处，小物体在传送带上到达处之前已与传送带共速，之后和传送带一起匀速到达处。则、两个物体从到的过程中
A. 小物体与传送带间的动摩擦因数较小
B. 传送带对、两个物体做的功相等
C. 传送带因传送物体而多消耗的电能相等
D. 、两个物体与传送带间因摩擦产生的热量相等
三、实验题：本大题共2小题，共24分。
11.在“用单摆测当地重力加速度”实验中，甲、乙两同学为一小组。
两同学利用“手机物理工坊”中的“磁力计”来测单摆的周期。如图甲，先将小球磁化，小球上下分别为、极，将手机放在小球静止位置的下方，并让小球做简谐振动，手机测出其所在空间中磁感强度大小随时间变化，其中轴磁力计显示如图乙。该单摆的振动周期为点与___选填“”、“”、“”、“”点之间的时间差。
两同学在测单摆的摆长时，将绳长加小球直径做为摆长，测量了多组、数据，并分别处理数据。
甲同学利用计算法进行处理，其计算的表达式为___用、表示；
乙同学利用图像法进行处理，画“”图像，其图像应该是图丙的___选填“”、“”、“”；
甲的测量值将___选填“大于”、“等于”、“小于”真实值，乙同学的测量值将___选填“大于”、“等于”、“小于”真实值；
利用乙同学的图像，可求小球半径___用或表示。
12.某实验小组的同学利用实验室提供的实验器材，进行测量电池组电动势和内阻实验．可用器材如下：
A.电池组电动势约为，内阻约为
B.表头量程，内阻
C.电阻箱阻值调节范围
D.电阻箱阻值调节范围
E.开关个、导线若干
该小组同学设计的实验电路分别如图中的甲、乙所示，结合器材规格可知，电路图 填“甲”或“乙”较合适，且在实验过程中应将电阻箱 填“”或“”的阻值调为 ，使改装后电表的量程为表头初始量程的倍来完成实验．
结合所选电路图，在图中用笔画线代替导线将实物图连接完整．
连接电路后，通过改变另一电阻箱接入电路的阻值，记录多组电流表示数和的值，作出的关系图像如图所示，则电池组的电动势 ，内阻 结果均保留位小数
不考虑实验操作和读数带来的误差，电池组电动势的测量值 真实值，内阻的测量值 真实值．均填“大于”“小于”或“等于”
四、计算题：本大题共3小题，共32分。
13.如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求
最终汽缸内气体的压强。
弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
14.如图所示，某玩具滑道装置是由水平轨道、倾斜轨道、水平轨道、半圆弧轨道组成，整个轨道在同一竖直平面内且各部分之间均平滑连接。质量的滑块静止于水平轨道的点。长度、不可伸长的轻绳一端固定在点，一端与质量的物块相连，物块静止时恰好与水平轨道及滑块接触但无相互作用力。现将物块拉至左侧某一位置由静止释放，物块绕点做圆周运动至最低点时轻绳恰好被拉断，之后与滑块发生弹性碰撞，碰撞后滑块恰好能够通过半圆弧轨道最高点。已知半圆弧轨道的圆心为、半径，水平轨道与水平轨道之间的距离，物块、滑块均可以视为质点，不计任何阻力，取重力加速度。求：
碰撞后瞬间滑块的速度大小；
碰撞后物块沿轨道上升的最大高度；
轻绳能承受的最大拉力。
15.如图，光滑水平面上放有一个足够长的型导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻、质量的金属棒的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路。长度；初始时与相距。金属棒与导体框分别受到大小等于各自重力倍的恒定外力作用，同时由静止开始运动。金属框运动后进入一方向竖直向下的匀强磁场区域，磁场边界图中虚线与平行；导体框在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当离开磁场的瞬间，金属棒边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小，重力加速度大小取求：
导体框在磁场中运动时所受安培力的大小；
导体框的质量以及导体框与金属棒之间的动摩擦因数；
试通过计算判断金属棒是否匀速通过磁场。
答案和解析
1.【答案】
【解析】放射性样品经过一个半衰期质量变化很小，故A错误
粒子来源于原子核中的中子，故B错误
放射性元素的半衰期与温度无关，故C错误
根据核反应方程的电荷数守恒、质量数守恒可得，故D正确。
2.【答案】
【解析】、火车以某一速度通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，其所受的重力和支持力的合力提供向心力
由图可以得出
为轨道平面与水平面的夹角
合力等于向心力，故
，解得，与火车质量无关，，
故A错误，B正确；
C、当转弯的实际速度小于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力，火车有向心趋势，故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内，故C错误；
D、当转弯的实际速度大于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力，火车有离心趋势，故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外，故D错误。
因此选B。
3.【答案】
【解析】将圆环分为等份每一份可以认为是一个点电荷，则每份带的电荷量为，每份在点产生的场强大小为，根据对称性可知，点处水平方向的合场强为零，则点的电场强度方向竖直向上，大小为，故 A、D正确，C错误；因小球在点静止，由二力平衡可得，解得点场强大小，故 B正确．
4.【答案】
【解析】设地球质量为，对地球表面的物体，有，得，火星的密度为，选项 A正确；对火星表面的物体，有，得，选项 B错误；火星的“第一宇宙速度”与地球的“第一宇宙速度”之比，选项 C错误；此人在地球和火星上以相同的初速度起跳，分别有和，得在火星上能达到的最大高度为，选项 D错误．
5.【答案】
【解析】由题意有，两列波周期相同，频率相同，起振方向相反，在相遇区域满足干涉的条件，针对点，由于，故点为振动减弱点，振幅，，， 时，向右传播的波引起点振动的位移为，向左传播的波引起点振动的位移为，实际位移，故选C。
6.【答案】
【解析】解：小球刚开始下滑时受到水平向左的电场力，水平向右的弹力以及竖直向上的滑动摩擦力，竖直向下的重力，且此时滑动摩擦力
竖直方向根据牛顿第二定律有
而随着小球速度的增加，根据左手定则可知洛伦兹力的方向水平向右，小球所受洛伦兹力由逐渐增大，则在小球运动后水平方向有
可知随着小球速度的增加，杆对小球的弹力减小，致使杆对小球的摩擦力减小，而当洛伦兹力的大小等于小球所受电场力大小时，杆对小球的弹力为零，此时小球在竖直方向仅受重力，加速度为重力加速度，达到最大，即，而随着小球速度的进一步增大，洛伦兹力将大于电场力，杆上再次出现弹力，摩擦力再次出现，竖直方向的合外力减小，加速度减小，直至摩擦力等于小球重力时，小球速度达到最大值，此后小球将做匀速直线运动，因此小球开始下滑时的加速度不是最大，故A错误；
B.小球刚开始运动时根据牛顿第二定律有
解得
而根据中分析可知，在整个过程中加速度先由逐渐增大到，再由逐渐减小为，假如开始时加速度是由开始增加的，则根据运动的对称性可知，当加速度最大时，小球速度恰好达到，但实际上加速度并不是由开始增加的，因此，当加速度最大时小球的速度还未达到，而加速度最大之后由于摩擦力的再次出现，小球开始做加速度减小的加速运动，由此可知，小球的速度由增大至的过程中，小球的加速度一直减小，故B正确；
C.当时小球可能正在做加速度增大的加速运动，也可能正在做加速度减小的加速运动，根据中分析可知，若小球正在做加速增大的加速运动，则与之比一定小于，但若小球正在做加速减小的加速运动，则与之比一定大于，故C错误；
D.由中分析可知，小球的加速度时，即加速度达到最大时，小球的速度还不到，因此当时小球的加速度一定小于，当速度时对小球由牛顿第二定律有
即
而当小球速度最大时有
两式联立可得
化简可得
故D错误。
故选：。
对小球进行受力分析，再根据洛伦兹力的变化，分析各力的变化，可以找出合力及加速度的变化，即可以找出小球最大加速度的大小，进而也可求出此时速度的大小；根据牛顿第二定律和已知条件求出加速度与速度对应的关系。
本题的关键要正确分析小球的受力情况，抓住洛伦兹力的变化，引起其它力的变化，来分析合力的变化，从而判断小球的运动情况。要明确加速度为零时速度最大，但加速度最大时速度不为零。
7.【答案】
【解析】由题图乙可知，所以频率，故 A正确；电压表测副线圈两端电压，原线圈接入电压的最大值是，所以原线圈接入电压的有效值，理想变压器原、副线圈匝数比为，所以副线圈两端电压的有效值为，即电压表的示数为，故 B错误；有光照射时，的阻值减小，副线圈所在电路电流增大，副线圈输出功率增大，所以原线圈输入功率增大，原线圈所在电路电流增大，电流表的示数变大，故 C正确；抽出中的铁芯，电感线圈的自感系数减小，电感线圈对交变电流的阻碍减小，所以灯泡变亮，故D正确．
8.【答案】
【解析】A.物块、之间的最大静摩擦力
物块与水平地面之间的最大静摩擦力
假设、恰好发未生相对运动，对、整体进行分析，根据牛顿第二定律有
对进行分析，根据牛顿第二定律有
解得 ，
甲图中若 ，该力小于，此时、没有发生相对运动，则有 ，
解得，故A正确；
B.甲图中若的加速度大小为 ，该加速度大于 ，结合上述可知，、之间发生了相对运动，对进行分析，根据牛顿第二定律有
解得，故B错误；
C.乙图中，由于
可知，无论恒力多大，物块始终处于静止状态，的加速度始终为，故C错误；
D.乙图中若 ，结合上述，对进行分析，根据牛顿第二定律有
解得
相对于向右运动，处于静止，对进行分析，根据平衡条件有
根据牛顿第三定律可知，对地面的摩擦力大小为 ，故D正确。
故选AD。
9.【答案】
【解析】根据几何关系，光在点入射角，折射角，根据折射定律，解得，选项A错误、B正确
根据光路可逆，光在点不可能发生全反射，选项C错误
光在介质球中的传播速度为，传播距离为，光从传到点的时间为，解得，选项D正确。
10.【答案】
【解析】 设传送带速率为，、相距，对根据牛顿第二定律有 ，设全程加速时间为，则有，对根据牛顿第二定律有 ，设全程加速时间为，则有，由可得，则有，解得，正确；
小物体从到，根据动能定理有 ，由于克服重力做的功相等，动能的增加量相等，所以传送带对、两个物体做的功相等，正确；
与传送带的相对位移大小，， ，摩擦生热 ，与传送带的相对位移大小，加速过程的位移大小，， ，摩擦生热 ，由于，所以，错误；
由能量守恒定律知，传送带因传送物体而多消耗的电能为 ，所以电电，错误。
故选 AB
11.【答案】
大于 等于
【解析】由图乙图像知，在 运动时，磁感应强度由小变大，说明 点在最低点，在 运动时，磁感应强度由大变小，说明 点在最高点，在 运动时，磁感应强度由小变大，说明 点在最低点，在 运动时，磁感应强度由大变小，说明 点在最高点，刚好完成一个完整的周期，符合题意；
故选D。
根据单摆周期公式知
变形得
根据单摆周期公式知
摆长为
解得
由此得到的 图像是图乙中的，正确；
故选。
甲同学利用计算法进行处理，根据单摆周期公式知
变形得
由实验知， 偏大，则计算结果 偏大，故填“大于”。
乙同学利用图像法进行处理，由 图像知斜率不变，重力加速度的测量值不变，故填“不变”。
由图像得
当 时，代入得
即，在横轴截距为半径，故利用乙同学的图像，可求小球半径为 。
12.【答案】乙
等于 等于
【解析】结合所给器材规格可知，若采用电路图甲，电阻箱的最大阻值接入电路时，该电路中的电流约为，大于表头的量程，不能完成实验，所以电路图乙较合适．结合电表改装原理，有，解得，则应将电阻箱的阻值调为．
实物图连接如图所示．
由闭合电路欧姆定律得，整理得，结合题图得，，解得，．
结合上述分析可知，在不考虑实验操作和读数带来的误差时，也不存在系统误差，故电池组电动势的测量值和内阻的测量值均等于真实值．
13.【解析】对左右气缸内所封的气体，初态压强
体积
末态压强，体积
根据玻意耳定律可得
解得
；
对右边活塞受力分析可知
解得
对左侧活塞受力分析可知
解得
。

14.【解析】碰撞后滑块恰好能够通过半圆弧轨道最高点，即滑块在点时，重力恰好提供向心力
解得
设滑块碰撞后瞬间的速度大小为 ，滑块从点到点，根据动能定理
代入数据，解得
设碰撞前物块的速度大小为 ，碰后的速度大小为 ，物块与滑块发生弹性碰撞，则
解得
设碰撞后物块沿轨道上升的最大高度为 ，假设此时物块在斜面上，根据动能定理
解得
所以，假设成立；
物块做圆周运动至最低点时轻绳恰好被拉断，拉断前的瞬间，拉力和重力的合力提供向心力
代入数据，解得

15.【解析】进入磁场前，金属棒与导体框一起做初速度为零的匀加速直线运动，设导体框的质量为，
由牛顿第二定律得
代入数解得
导体框进入磁场时，设导体框与金属棒的速度大小为 ，由
解得
导体框切割磁感线产生的感应电动势
由欧姆定律可知，感应电流
导体框在磁场中运动时受到的安培力大小
导体框在磁场中匀速运动
代入数据有
金属棒 在磁场外做匀加速直线运动
代入数据有
设金属棒 以速度 进入磁场
代入数据有
金属棒 进入磁场后做匀速直线运动
代入数据有
联立解得： ， ， ，
金属棒 在磁场外做匀加速直线运动
解得
可知磁场的宽度
导体框 离开磁场后做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得
代入数据解得
导体框 加速到与金属棒 速度相等的过程，金属棒 做匀速直线运动
由导体框 在磁场外匀加速直线运动，有 ，解得
金属棒 做匀速直线运动
金属棒 在磁场中先匀速后加速运动。
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