2024-2025学年湖北省高三（下）壮行考试物理试卷（5月）（含解析）

2024-2025学年湖北省高三（下）壮行考试物理试卷（5月）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年月，我国第一款碳核电池，也是全球首款基于碳化硅半导体材料的核电池“烛龙一号”工程样机研制成功，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得重大突破。核电池的能量来源于衰变，已知经历一次衰变的产物中有，衰变半衰期为年。下列说法正确的是( )
A. 衰变是衰变
B. 衰变产生射线，射线穿透能力比射线强
C. 一个新的核电池，经过年，其总质量变为原来的一半
D. 高温高压下的半衰期会变短
2.随着科技的不断发展和环境保护意识的增强，中国的纯电动汽车市场正迅速壮大。相比传统燃油车，纯电动汽车能将汽车制动过程中的机械能转化为电能收集起来。如图甲所示，永磁铁在车轮和传动机构的带动下绕线圈旋转，在线圈中产生如图乙所示的感应电流回充到蓄电系统，使永磁铁受到阻力阻碍汽车前行。关于该过程下列说法正确的是( )
A. 甲图示磁铁位置对应着乙图电流时刻
B. 甲图示位置电流的方向由指向
C. 制动过程中永磁铁受到的阻力大小恒定不变
D. 制动过程中交变电流的周期越来越大
3.年月日晚，一道道“寒夜灯柱”在我国新疆克拉玛依市区上空闪现，与城市灯火交相辉映，美不胜收。“寒夜灯柱”是一种可与极光比肩的冰晕现象，因大气中的冰晶反射灯光而形成。简化光路如图所示，一束灯光复色光从左侧界面折射进入冰晶，分离成两束单色光和，再经右侧界面反射，又从左侧界面折射出来被游客看到。下列说法正确的是( )
A. 在冰晶中，光的速度比光大
B. 若在同一界面发生全反射，光的临界角比光大
C. 用同一装置做双缝干涉实验，光的条纹间距比光小
D. 单色光和与冰晶右侧的反射是全反射
4.随着我国航天事业的蓬勃发展，天问二号成功发射开启对小行星的探测之旅。假设天问二号在围绕某小行星做半径为的匀速圆周运动，为获取更多小行星数据，探测器在某点沿轨道切线方向短时间喷射气体，实现变轨到半径为的圆轨道。已知该小行星的半径为，引力常量为。下列说法正确的是( )
A. 探测器变轨时应沿速度方向喷射气体
B. 若探测器在近小行星表面做圆周运动时的周期为，则该小行星的平均密度为
C. 变轨后探测器的运行周期是变轨前运行周期的
D. 变轨后探测器的动能增加，引力势能增加，机械能增加
5.地面上的水龙头按如图所示的方式向上喷水，所有水珠喷出的速率相同，设喷射方向与地面夹角为，在到范围内，若喷出后水束的最高位置距地面，重力加速度取。下列说法正确的是( )
A. 时水束落地时的圆半径最大 B. 时水束落地时的圆半径最大
C. 水束落地时最大圆半径为 D. 水束落地时最大圆半径为
6.安全带能通过感应车的加速度自动锁定，其原理的简化模型如图所示。当敏感臂处于水平状态时，卡住卷轴外齿轮，锁定安全带。此时敏感臂对敏感球的压力大小为，敏感球的质量为，重力加速度大小为，设小车的加速度大小达到时，安全带刚好自动锁定。忽略敏感球受到的摩擦力。则( )
A. 小车匀速运动会触发安全带自动锁定 B. 小车向右加速会触发安全带自动锁定
C. 斜面倾角的正切值为 D. 斜面倾角的正切值为
7.在平面内有一列沿轴传播的简谐横波，波速为，振幅为，、是平衡位置相距的两个质点，如图所示。时，通过其平衡位置沿轴正方向运动，位于其平衡位置上方最大位移处，已知该波的周期大于。下列说法正确的是( )
A. 该波的周期为
B. 时，离开平衡位置的位移为
C. 从时起，点的振动方程为
D. 从到，的动能逐渐增大
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图所示，两个等量异种点电荷分别位于、两点，为的中点，、、、是连线及中垂线上的点，且。下列说法正确的是( )
A. 点电势比点电势低
B. 点电场强度比点电场强度大
C. 若两点电荷的电荷量均变为原来的倍，、两点间电势差不变
D. 若两点电荷的电荷量均变为原来的倍，点电场强度大小也变为原来的倍
9.如图所示，水平面纸面内有一间距的平行金属导轨，左端接一阻值为的电阻。以为界，右侧整个空间加垂直于纸面向里匀强磁场，左侧面积为的圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为、电阻为的导体棒垂直导轨置于两磁场之间的导轨上，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为。现导体棒获得瞬时冲量向右运动，在时刻以平行导轨的速度进入右侧磁场，为使导体棒在右侧磁场中能做匀速直线运动，立即让左侧圆形区域内匀强磁场的磁感应强度随时间按照是大于的未知常数规律变化。导轨电阻忽略不计。导体棒在右侧运动过程中。下列说法正确的是( )
A. 导体棒中的电流的方向由到
B. 导体棒中的电流大小为
C. 圆形磁场区域磁场变化的系数
D. 若左侧磁场在某一时刻停止变化，则导体棒做匀减速直线运动
10.如图所示，水平金属导轨左侧接电容为的电容器，最右侧用一段长度可忽略不计的绝缘材料与倾角为的倾斜金属导轨平滑连接，倾斜导轨上端接阻值为的电阻，两导轨宽均为。水平导轨处在垂直于导轨平面的匀强磁场中，倾斜导轨也处在垂直于导轨平面的磁场中，感应强度大小均为质量为的金属棒静置在水平导轨上，距水平导轨右端，质量为的金属棒放在倾斜导轨上，控制其不动，棒距导轨下端。对施加水平向右的大小为的恒力，同时静止释放。棒运动到水平导轨最右端时恰好与棒发生弹性碰撞，碰撞前瞬间撤去拉力。导轨均光滑且不计导轨和、的电阻，重力加速度大小为，则( )
A. 从开始运动到第一次碰撞前所用时间为
B. 从开始运动第一次碰撞前，上消耗的焦耳热为
C. 两棒第一次碰撞后瞬间，的速度大小为
D. 两棒第一次碰撞后瞬间，的速度大小为
三、实验题：本大题共2小题，共17分。
11.雅明干涉仪可以利用光的干涉来测定气体在各种压强下的折射率，其光路图如图所示。图中为光源，、为两块完全相同的平行玻璃板，彼此平行放置，每一块玻璃板都有一个镀银面。为两个等长度的玻璃管，长度均为测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入玻璃管中，在处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率。兴趣小组成员设计了如下实验：
保持温度不变，将待测气体充入管中，从开始进气至到达标准状态的过程中，在处看到恰好移过条干涉亮条纹，已知待测光在真空中的波长
为，该气体在标准状态下的折射率为 。
该兴趣小组研究了波长为的光通过气体，在温度一定的情况下气体的折射率与压强的关系，实验数据如下表：
通过分析关系，可判断折射率和压强的关系是 选填“线性”“非线性”“不确定”
已知玻璃管长度为，当压强时，气体的折射率为 结果保留位小数。
12.小李设计了如图甲所示的电路测量太阳能电池的电动势和内阻电动势约为，内阻较小。实验提供的器材如下：
A.电流表量程为，内阻为
B.电压表量程为，内阻约
C.滑动变阻器最大电阻
D.定值电阻
E.导线、开关若干
他的同学小明认为该电路不可行，其理由是
请利用上述提供的实验器材在原图甲补全改进后的实验电路。
根据图甲所示设计的电路，电流表、电流表的示数分别为、，可分析推导出表达式： 用、、、和电源的电动势、内阻表示，忽略电压表分流影响。
小李调节滑动变阻器测得多组数据，描绘出光照一定情况下电压与电流的关系，如图乙，由图像知当输出电流
时，与成线性关系。则电池电动势 ，在满足与成线性关系的条件下，该电池的内阻 。结果均保留两位有效数字当电流大于时，随着电流增大，电池的内阻 选填“增大”“减小”“不变”当电压表的示数为时，电池的输出功率为 结果保留两位有效数字。
四、计算题：本大题共3小题，共43分。
13.如图所示，某同学用内部容积为的胶头滴管吸取某溶液做实验。该同学开始把空的胶头滴管竖直插入溶液中胶头滴管内没有空气溢出，不挤压胶帽的情况下，胶头滴管下方玻璃管内液面比外液面高度低现在挤压胶帽吸取溶液后胶帽恢复原状，玻璃管内内液面比外液面高度高，此时胶头滴管刻度显示吸取液体体积为。已知大气压强为，溶液密度为，重力加速度大小为，胶头滴管内空气看做理想气体，忽略温度变化。求：
胶头滴管竖直插入溶液后不挤压胶帽，进入玻璃管溶液的体积
挤压胶帽吸取溶液时，溢出的空气质量与原胶头滴管内空气总质量的比值。
14.一工人通过传送带输送质量的货物，传送带与水平面夹角，以的速度顺时针运行，传送带与转轴无相对滑动，转轴的半径。工人将货物轻放在传动带上切点处，货物与传送带间动摩擦因数为，货物到达传送带上切点时恰好与传送带相对静止。货物从传送带离开后掉落到静止在光滑水平地面的小车上，立即与小车共速并一起向右运动，小车碰到弹簧后停止运动，随后工人拿走货物。已知小车质量，弹簧劲度系数为，重力加速度为，弹簧的形变量为时，弹性势能为，货物可看成质点。求：
货物在传送带上运动时，电动机多消耗的电能
货物与小车一起向右运动时的速度
小车碰到弹簧后货物不相对小车滑动，货物与小车间的动摩擦因数不能小于多少
15.如图所示，边长为的正方形内、外充满磁感强度为、方向如图所示的匀强磁场边中点的粒子源不断发出速度不等，但方向均垂直于指向正方形内部的质子，质子电荷量为，质量为。若质子最终垂直于回到点。
质子的最大速率；
若质子速度分别为、，说明质子能否垂直回到点，若能，求质子从点出发第一次回到点的时间之差
若质子的速度大小在范围内，请写出全部符合条件的速率，不要求过程。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.衰变是原子核放出粒子的衰变，衰变产物中，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知衰变方程，是衰变，不是衰变，故A错误。
B.射线是高速电子流，射线是氦核流，射线穿透能力比射线强，故 B正确。
C.半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对单个或少量原子核无意义，一个新的核电池，经过年半衰期，不是总质量变为原来一半，而是有一半数量得原子核发生衰变，故 C错误；
D.半衰期由原子核内部自身因素决定，与外部的温度、压强等条件无关，高温高压下的半衰期不变，故 D错误。
2.【答案】
【解析】A. 图示位置，线圈平面与磁场方向垂直，磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，线圈的电流为零，乙图中时刻电流不为零，所以甲图示磁铁位置不对应乙图电流时刻，故A错误。
B.甲图示位置电流为，故B错误。
C.由乙图可知，感应电流是按正弦规律变化的。根据，由于电流在变化，所以制动过程中永磁铁受到的阻力大小是变化的，故 C错误。
D.制动过程中，汽车速度逐渐减小，永磁铁旋转的角速度逐渐减小。根据交变电流的周期，减小，则周期越来越大，故D正确。
3.【答案】
【解析】A.根据折射定律，光从一种介质进入另一种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。从图中可以看出，复色光进入冰晶后，光的折射角小于光的折射角，根据折射定律可知，光的折射率大于光的折射率。根据公式其中是光在介质中的速度，是真空中的光速，是介质的折射率，可知在冰晶中，折射率越大，光的速度越小，所以光的速度比光小，故 A错误；
B.根据全反射临界角公式其中是临界角，是介质的折射率，可知折射率越大，临界角越小。因为光的折射率大于光的折射率，所以光的临界角比光小，故 B错误；
C.根据双缝干涉条纹间距公式其中是条纹间距，是双缝到屏的距离，是光的波长，是双缝间距，可知在和相同的情况下，波长越小，条纹间距越小。光的频率越高，波长越短，而折射率越大，光的频率越高，由于光的折射率大于光的折射率，所以光的频率大于光的频率，光的波长小于光的波长，因此用同---装置做双缝干涉实验，光的条纹间距比光小，故 C正确；
D.全反射发生的条件是：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。从图中可以看出，光在冰晶右侧的反射是在冰晶内部进行的，不满足光从光密介质射入光疏介质这一条件，所以不是全反射，故 D错误。
4.【答案】
【解析】A.天问二号从低轨至高轨，需要做离心运动，则需要增大速度，故探测器变轨时应沿速度的反方向喷射气体，故A错误；
B.若探测器在近小行星表面做圆周运动时的周期为，由万有引力提供向心力可得：，由得该小行星的平均密度为，故B错误；
C.由开普勒第三定律得：，变形得：，故变轨后探测器的运行周期是变轨前运行周期的，故C正确；
D.由万有引力提供向心力可得：，解得：，变轨后半径变大，速度变小，则变轨后探测器的动能变小，从低轨变至高轨，引力做负功，引力势能增加，由于变轨过程中需要通过发动机点火提供额外能量燃料燃烧将内能转化为机械能，导致探测器的机械能增加，故D错误。
5.【答案】
【解析】喷射角为时喷射高度最大，有，得，设某水珠喷射角为，水珠喷出到落地时间为，则水平射程故当时水束落地圆半径最大，有故答案为。
6.【答案】
【解析】A.小连匀速运动时，敏感球所受合力为零，敏感臂不会发生转动，不会触发安全带自动锁定，故 A错误。
B.当小车向左加速时，敏感球由于惯性相对小车底座向右运动，会使敏感臂转动卡住卷轴外齿轮，锁定安全带而小车向右加速时，敏感球相对小车向左运动，不会触发安全带锁定，故 B错误。
对敏感球受力分析，如图，由牛顿第二定律可得
解得，故D正确，C错误。
7.【答案】
【解析】A、由题，通过其平衡位置沿轴正方向运动，位于其平衡位置上方最大位移处，周期大于，
若该波向轴正方向传播，则、平衡位置间的距离等于 ， ，，，，，
由 ，求出周期，
故该波向轴负方向传播，、平衡位置间的距离等于 ，可求出波长，由 ，求出周期，由于周期大于，故，，选项错误；
，根据时刻，质点位于其平衡位置上方最大位移处，可以写出质点的振动方程，，时，，故C正确，B错误；
D、由于，故四分之一个周期为，质点在时刻位于平衡位置，时位于其平衡位置上方最大位移处，因此从到这段时间内，质点先向最大位移处运动，后向平衡位置运动，动能先减小后增大，D错误；
故选C。
8.【答案】
【解析】等量异种点电荷连线的中垂线是等势面，且电势为零，即、两点的电势相等为零，在等量异种点电荷连线上，电场方向由正电荷指向负电荷，电势沿电场线方向降低，点的电势比点的电势高，所以点电势比点电势高，故 A错误。
B.根据等量异种点电荷电场线的分布，连线上中点的电场强度最小，中垂线上点的电场强度最大，且离点越远电场强度越小。点在连线上，点在中垂线上，且点离点的距离小于点离点的距离，所以点电场强度比点电场强度大，故B正确。
C.两点电荷的电荷量均变为原来的倍，根据电势差与电场强度的关系以及电场强度与电荷量的关系，、两点间电势差会改变，故 C错误。
D.设两点电荷的电荷量为，到的距离为，根据电场强度的叠加，点的电场强度，其中为电场线与中垂线的夹角，当电荷量变为原来的倍时，，即点电场强度大小变为原来的倍，故 D正确。
9.【答案】
【解析】A、导体棒向右匀速运动，安培力和摩擦力等大反向，由左手定则可判断出导体棒中的电流方向是由到，故A正确；
B、因为导体棒在右侧磁场中做匀速直线运动，所以导体棒受力平衡，其所受的安培力与摩擦力大小相等，方向相反。安培力公式为，摩擦力公式为，由可得，则电流，故B错误；
C、时刻导体棒、导轨与电阻所围面积的磁通量为，则，又则，故C正确；
D、若左侧磁场在某一时刻停止变化，导体棒在右侧磁场中切割磁感线产生感应电动势，导体棒在摩擦力和安培力的共同作用下做加速度越来越小的减速运动，故D错误。
10.【答案】
【解析】A.由于金属棒、同时由静止释放，且恰好在两导轨连接处发生弹性碰撞，则说明、在到达连接处所用的时间是相同的，对金属棒和电容器组成的回路有
对根据牛顿第二定律有
其中，
联立有
则说明金属棒做匀加速直线运动，则有，
联立解得，，，故A正确
B.金属棒下滑过程中根据动量定理有
其中，
可求得碰前瞬间的速度为，则根据功能关系有
联立解得，故B错误
由于两棒发生弹性碰撞，取棒碰前瞬间运动方向为正，有
联立解得，，故D正确。
故选AD。
11.【答案】
线性
【解析】每看到一条亮条纹移过，一定是光程差增大了一个波长，时间差为一个周期。由于移动条干涉亮纹，时间差为，有，又，得
根据解得。
从第一问中折射率的表达式和表格中数据可知，图像是一条不过原点倾斜的直线。当压强为时，移动条纹数为，。
12.【答案】，超出了电流表的量程。
如图所示
增大之间给分
【解析】，超出了电流表的量程。
改装电流表并联小电阻，电流表量程放大约倍。
根据闭合电路欧姆定律可得
取坐标和坐标代入上式，可得，
当电流大于时，随着电流增大，图像斜率变大，所以内阻增大，当电压表的示数为时，电流为，电池的输出功率为：。
13.【解析】设胶头滴管的横截面积为，不挤压胶帽时，玻璃管内气体的压强为，插入溶液后，玻璃管内液面比外液面高度高，此时玻璃管内气体的压强。因为忽略温度变化，气体做等温变化，根据玻意耳定律其中为胶头滴管内部容积，为插入溶液后管内气体的体积，将代入可得：，
，
那么进入玻璃管溶液的体积；
设挤压胶帽后，管内气体压强为，体积为，
设溢出气体在压强下的体积为，
以胶头滴管内原有气体为研究对象，
根据玻意耳定律，
将代入可得：，
解得，
则溢出的空气质量与原胶头滴管内空气总质量的比值。
14.【解析】货物在传送带上受力如图所示，
则有，
货物放上传送带到速度与传送带相同，位移为，有，
可得，
这段时间内传送带位移为
货物加速到与传送带速度相同过程中机械能增加了，则
货物与传送带间内能增加量为，
电动机多消耗的电能。
货物随传送带到达转轴最高点时，恰好有，可知货物从点水平抛出。
随后落入小车后立即与小车共速，货物与小车水平方向动量守恒
则有
小车碰到弹簧后，若弹簧压缩至最短时货物恰不与小车发生相对滑动，
则有
可得，
货物与小车间动摩擦因数不能小于。
15.【解析】如图所示，最终垂直能回到点的质子，
做圆周运动的半径最大，速率最大
，
得：，
由，得
由，得
轨迹如图所示：垂直于回到点。
周期，与速度无关，
如图
得：
由知，
时，
时，
时，
时，
时，
时，
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