山东省德州市优高十校联考2024-2025学年高三下学期4月月考 物理试题（含答案）

山东省德州市优高十校联考2024-2025学年高三下学期4月月考物理试题
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．在一次模拟未来太空基地能源供应的实验中，科学家利用新发现的超重元素进行核反应以获取能量，其核反应方程为。已知超重元素的比结合能为，粒子的比结合能为，生成核的比结合能为，真空中的光速为。下列说法正确的是（ ）
A．该核反应遵循质量和电荷数守恒
B．该核反应过程中释放的能量为
C．核的比结合能小于生成核的比结合能
D．若将该核反应放在太空微重力环境下进行，反应释放的能量会发生变化
2．制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象的原理。下列说法正确的是（ ）
A．薄膜前后表面的反射光发生了干涉
B．光在薄膜的后表面发生了全反射
C．光在薄膜处发生了衍射
D．如果薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色
3．目前，全球最快的机器狗是由浙江大学科创中心研发的“黑豹2.0”，其奔跑速度可达。某科技小组通过如下过程测试两个型号机器狗的性能：将甲、乙两机器狗放在平直路面上，甲机器狗匀加速通过检测起始点时，测速仪显示它的速度大小为，同时停在检测起始点旁的乙机器狗立即由静止开始加速追赶，直至追上甲时测试结束。不计乙的反应时间，已知乙机器狗加速度大小恒为，若从甲经过监测起始点时开始计时，测得在二者共速之前的一段时间甲与乙的速度大小之差与时间的关系图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．甲的加速度大小为
B．二者相距最远的距离为
C．时，乙恰好追上甲
D．乙追上甲时，乙通过的位移大小为
4．如图为医院继续式ZLY-B牙科X射线机，工作时需利用变压器将正弦交流电从220V升到峰值，变压器输出电流为。若将此变压器视为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．射线是原子核衰变产生的
B．该变压器的输入电流为
C．该变压器的输入功率为
D．该变压器的原、副线圈匝数比为
5．我国神州十九号航天员乘组3月21日圆满完成第三次出舱活动，即将于五一前后返回，神州一十号计划近日择机实施发射发射，天宫空间站将迎来航天员第6次会师。若空间站在离地面高度为的圆形轨道飞行，地球表面重力加速度为，万有引力常量，地球半径为，忽略地球自转的影响。下列说法正确的是（ ）
A．地球的密度
B．空间站在轨运行的周期为
C．宇航员出仓时，安全绳对他们的拉力提供宇航员的向心力
D．宇航员在空间站里处于完全失重状态，故宇航员所受重力为零
6．如图所示，在一定质量的理想气体压强随体积变化的图像中，气体先后经历了，其中和与圆心的连线与圆相切，切点为和。下列说法正确的是（ ）
A．气体在全过程中，气体的体积逐渐减小
B．气体在全过程中，气体是吸热的
C．气体在的过程中，外界对气体做功
D．状态下的气体分子单位时间撞击单位面积的分子数比状态下的少
7．如图所示，从高处以水平速度平抛小球，，同时从地面以初速度竖直上抛小球，，两球在空中相遇，碰撞后粘在一起。重力加速度取。下列说法中正确的是（ ）
A．从抛出到相遇所用的时间为
B．与在下降过程中相遇
C．、两球碰撞之后的速度大小为
D．两球抛出时的水平距离为
8．如图所示在木箱中，小球置于固定于水平面上的光滑半圆柱体上，小球用水平轻弹簧拉着系于木箱上，两小球、通过光滑固定滑轮用轻质细线相连，木箱处于电梯中且整体相对静止状态，电梯处于失重状态以的恒定加速度竖直方向运动。已知球质量为，是滑轮与细线的交点，且点在半圆柱体圆心的正上方，与竖直方向成角，长度与半圆柱体半径相等，与竖直方向成角，两个小球可视为质点，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A．细绳的拉力为
B．轻绳对滑轮的作用力
C．光滑半圆柱对小球的支持力
D．小球的质量
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．如图所示，轻弹簧一端固定在点，另一端系一小球，小球穿在固定于竖直面内、圆心为的光滑圆环上，在的正上方，是的连线和圆环的交点，将小球从圆环上的点无初速度释放后，发现小球通过了点，最终在、之间做往复运动。已知小球在点时弹簧被压缩。下列说法正确的是（ ）
A．从点到点过程小球机械能守恒
B．弹簧在点时的弹性势能大于在点时的弹性势能
C．从点到点过程小球速率先增大再减小
D．小球在点时动能最大
10．在同一均匀介质中有两列简谐横波沿轴相向传播，两波源分别位于轴和处，波源振幅均为，沿轴正向传播的简谐波的波速为。时刻波的图像如图所示，此时平衡位置在轴和的两个质点、刚好开始振动，质点、的平衡位置分别为、。下列说法正确的是（ ）
A．后两个波源之间有7个振动加强点
B．两列波叠加后质点的振动频率为
C．时，处质点的位移为
D．前内处质点运动的路程为
11．如图，真空中电荷量为和的两个点电荷分别位于轴上的点和点，为坐标原点，且，形成一个点为球心，电势为零的等势面（取无穷处电势为零），等势面交轴于、两点。已知距离点电荷处的电势为。下列说法正确的是（ ）
A．点位置坐标为
B．之间，点场强最大且方向沿轴正方向
C．若仅增大右侧电荷的电荷量，则点沿轴右移
D．一电荷从无穷远处仅在电场力作用下以一定初速度沿轴负方向运动至点过程中，它的加速度一直增大
12．如图所示，两根足够长的平行金属导轨水平放置，间距。整个装置均处于磁场区域，导轨虚线左侧部分光滑，右侧部分粗糙。在区域，存在方向竖直向上，磁感应强度为的匀强磁场；在区域，存在方向竖直向上，磁感应强度大小随坐标变化的磁场，变化规律为。一质量为的形框，它由三边长度均为，阻值的金属棒和两根绝缘棒、构成，最初形框左端静止在处。质量为，长为，阻值的金属棒，在处以的初速度开始运动。金属棒和形框与导轨的动摩擦因数均为。经过一段时间后，金属棒与形框发生完全非弹性碰撞并粘在一起，又经过后线框停止。金属棒和棒始终与导轨接触良好，不计金属导轨及接触点的电阻，。下列说法正确的是（ ）
A．在棒释放瞬间，两点间电势差
B．棒和形金属框发生碰撞时已进入区域
C．金属框在处停止（停止时边的位置）
D．整个过程中，金属棒上产生的焦耳热为
三、非选择题：本大题共6小题，共60分。
13．（6分）某实验小组用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的轻质细线的两端分别悬挂质量均为的重物、且处于静止状态，与纸带连接，纸带通过固定的打点计时器（电源频率为），在的下端再挂质量为的重物。由静止释放重物，利用打点计时器打出的纸带可研究系统（由重物、、组成）的机械能守恒，已知重力加速度大小为，回答下列问题：
（1）关于该实验，下列说法正确的是________。
A．实验时应先释放纸带再接通电源
B．若，系统的加速度趋近于
C．此实验存在系统误差，系统的总动能的增加量略小于总重力势能的减少量
D．计算速度时应该利用
（2）选取纸带后对数据测量如图乙所示，则系统的加速度大小为________（利用、、表示）
（3）对选取的纸带，若第1个点对应的速度为0，重物上升的高度为，通过计算得到三个重物酌速度大小为，然后描绘出（为纵坐标）关系图像，图像为经过原点的一条倾斜直线，若，当倾斜直线的斜率________，就可以验证系统的机械能守恒。
14．（8分）某校学生实验小组查阅资料了解到某电车的电池采用的是比亚迪刀片电池技术，整块电池是由10块刀片电池串联而成，其中每块刀片电池又由10个电芯串联而成。现有一个该型号的电芯，实验小组利用所学物理知识测量其电动势和内阻。已知电芯的电动势约为、内阻约为，还有下列实验器材供选用：
A．电阻箱阻值可调范围为
B．滑动变阻器，阻值变化范围为
C．滑动变阻器，阻值变化范围为
D．表头，量程为、内阻为
E．电压表，量程为、内阻约为
F．电压表，量程为、内阻约为
（1）由于表头的量程较小，现将表头改装成量程为的电流表，则电阻箱的阻止的为________。
（2）该小组设计了两个实验电路图，你认为最合理的是________（填正确答案标号）
（3）为方便调节，滑动变阻器应该选用________（填“”或“”），为读数更准确，电压表应该选用________（填“”或“”）。
（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，测得多组电压表和灵敏电流计的数据，并绘制了图线如上图，由图线可知，该节电芯的电动势________，内阻________（结果保留两位有效数字）。
15．（7分）如图所示，光从一种介质射入另外一种介质中，满足（为折射率，为入射角或者折射角）。如图所示，一束光线射向半球状介质，沿半球的半径射入，与水平面的夹角为（未知），经折射进入光纤，已知半球的半径为，光纤的长度为。半球的折射率，光纤的折射率，真空中光速为。
（1）当为多少时，光线在光纤内部恰好发生全反射；
（2）当在光纤内部恰好发生全反射时，光在半球状介质以及光纤中传播的总时间是多少？
16．（9分）爆米花酥脆可口，是许多人喜欢的零食。如图所示为老式爆米花机。其原理为：加热封闭铁炉时，炉内产生高压，炉中玉米粒内存有高压水蒸气。当铁炉顶盖被快速打开时，炉内气体迅速膨胀，压强迅速减小，使得玉米粒内外压强差变大，导致玉米粒内高压水蒸气急剧膨胀，瞬时爆开玉米粒。为使玉米粒爆开，铁炉内外压强差至少为0.8个大气压。已知加热前封闭铁炉内气体（可视作理想气体）的温度为，铁炉密闭良好，不计炉中玉米粒体积和玉米粒内产生水蒸气影响，大气压强恒为。则
（1）求打开铁炉顶盖前铁炉内的最低温度；
（2）炉内温度达到最低温度时，快速打开顶盖，炉内气体温度瞬间降为原来的，炉内压强变为，求开盖前后瞬间炉内气体的质量比。
17．（14分）如图所示，在坐标系中的的区域内存在着周期性变化的匀强电场（未画出），该电场前半个周期电场强度大小为、方向沿轴负方向，后半个周期电场强度大小为、方向沿轴正方向。在处有一块与轴垂直的足够大绝缘薄挡板，挡板的中心开有小孔且在轴上，在，区域内存在着垂直于坐标平面向外的匀强磁场I，磁感应强度大小为，在，区域存在着垂直于坐标平面向外的匀强磁场II（未画出），磁感应强度为（，具体数值未知）时刻一质量为、电荷量为的粒子以初速度从点沿轴正方向进入电场区域，经电场变化的一个周期时间恰好从坐标原点进入磁场区域。不计粒子重力。
（1）求；
（2）若带电粒子在匀强电场前半个周期末时刻的速度与轴正方向的夹角正切值为，求：
（I）若粒子进入磁场中后第一次在两个磁场中运动的时间相等，则等于多少；
（II）若值为2，带电粒子最终恰好从点飞离，带电粒子在I、II磁场中运动的总时间。
18．（16分）如图所示，半径的光滑圆弧轨道在最低点与传送带上表面相切，但不粘连。传送带长度为，以的速度顺时针匀速转动。传送带右侧接一型固定轨道，轨道右侧平台足够长。质量，长的长木板置于轨道内，传送带、木板上表面与轨道上表面等高，木板右端距轨道右侧平台，其上放置质量的滑块。轨道右侧上方固定一根足够长水平细杆，其上穿有一质量的滑块，滑块与通过一轻弹簧连接，开始时弹簧处于竖直方向。质量的滑块自圆弧轨道最高点由静止滑下，经传送带滑上木板，与轨道碰撞后即粘在一起不再运动。随后继续向右运动滑上平台，与滑块碰撞并粘在一起向右运动。已知和传送带间的动摩擦因数为，滑块与木板间动摩擦因数为，其它接触面均光滑忽略所有滑块大小及空气阻力的影响。，重力加速度，求：
（1）滑块到达圆弧最低点时受到的支持力的大小；
（2）滑块在传送带上运动的过程中产生的热量；
（3）滑块和碰前瞬间的速度大小；
（4）若弹簧第一次恢复原长时，的速度为，方向向左，则随后运动过程中弹簧的最大弹性势能是多大？
德州市优高联盟十校联考物理答案
一、选择题
1．C 2．A 3．D 4．B 5．A 6．B 7．C 8．D
9．BC 10．AD 11．AC 12．CD
三、非选择题：本大题共6小题，共60分。
13．（6分）（1）BC（2分，选对一个得1分，错选不得分）
（2）（2分） （3）（2分）
14．（8分）（1）0.5（2分） （2）B（2分） （3）（1分） （1分） （4）3.6（1分） 4.5（1分）
15．（7分）解：（1）如图，设光线在、界面上的入射角为，折射角为
因为（1分）
又因为在光纤上恰好可以发生全反射，有
（1分）
且
得（1分）
（2）根据公式（1分）
在半球介质中的速度
在光纤中的速度
在半球中的时间（1分）
在光纤的路程
时间（1分）
所以总时间（1分）
16．（9分）解：（1）加热前铁炉内气体温度为，设打开铁炉盖前铁炉内的最低温度为，得
（2分）
为使玉米粒爆开，则
（1分）
解得（1分）
（2）对铁炉内密闭的气体
（2分）
开盖前后瞬间炉内气体质量比
（2分）
解得（1分）
或，解得
17．（14分）解：（1）由牛顿第二定律得：
（1分）
由运动学公式得在时刻
在一个周期内粒子在竖直方向的位移为零，即
（1分）
解得：（1分）
（2）（I）末粒子速度与轴正方向的夹角正切值为，则在末，
（1分）
经过一个周期从坐标原点进入磁场区域（1分）
由以上各式可得粒子在原点时沿轴正方向的分速度
所以粒子在原点进入磁场时速度大小为，方向与轴正方向成角（1分）
粒子在磁场中运动轨迹如图所示
由于粒子第一次在两个磁场中运动的时间相等，有
（1分）
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有
（1分）
可得（1分）
（II）若值为2，则，，粒子在一个周期内运动轨迹如图所示
可知（1分）
带电粒子在I磁场中做匀速圆周运动的半径为
（1分）
设粒子运动的完整周期次数为，因为恰好从点飞离有
（1分）
解得
带电粒子在I、II磁场中运动的总时间（1分）
解得（1分）
18．（16分）解：（1）从点到圆弧最低点，根据动能定理得：
（1分）
在最低点，由牛顿第二定律得：
（1分）
得：（1分）
（2）滑上传送带的速度，假设达到与传送带速度相同的时间为，位移为，
由牛顿第二定律：
（1分）
由运动学公式有：
，，（1分）
，假设成立
（1分）
解得：（1分）
（3）由（2）可知，滑上的速度为，假设与共速后撞击轨道，对系统，由动量守恒定律得：
（1分）
由能量守恒定律得：
（1分）
解得：
从开始滑动到、共速的过程中，对由动能定理得：
（1分）
解得：，假设成立，
撞平台后，在上继续向右运动，设滑下时速度即撞击的速度为。
由动能定理得：
（1分）
解得：（1分）
（4）对和组成的系统，取向右为正方向，由动量守恒定律得：
（1分）
三者速度相同时弹性势能最大，由动量守恒定律得：
（1分）
由能量守恒定律得：
（1分）
解得：（1分）