河北省联考2024-2025学年高三（下）模拟预测物理试卷（含解析）

河北省联考2024-2025学年高三（下）模拟预测物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.钷元素是“万能之土”稀土元素家族成员之一，被誉为人工“夜明珠”。钷可以由得到，钷元素不稳定，可以发生如下反应，钷元素的半衰期为年。下列说法中正确的是( )
A. 粒子为正电子
B. 粒子为电子，是核外电子逃逸的结果
C. 钷元素的半衰期不随温度变化而变化
D. 核内有个质子，个中子
2.如图所示，一束由、两种单色光组成的复色光照射到一截面为圆形的玻璃柱表面的点，折射光线分别为、，它们与直径的夹角分别为和。下列说法中正确的是( )
A. 玻璃柱对光的折射率小于对光的折射率
B. 光在玻璃柱中的传播速度为光在玻璃柱中传播速度的倍
C. 光在玻璃柱中的波长为光在玻璃柱中的波长的倍
D. 光在玻璃柱中的传播时间小于光在玻璃柱中的传播时间不考虑反射光线
3.某无人机研制单位测试无人机的试飞状态，他们测得无人机的加速度与时间的关系图像如图所示，竖直向上为正方向。已知时刻无人机从地面起飞，时刻无人机的速度为下列说法中正确的是( )
A. 时间内，无人机先处于超重状态后处于失重状态
B. 时间内，时刻无人机的动能最大
C. 时间内，无人机始终向上运动
D. 时刻无人机的升力一定是时刻无人机升力的倍
4.如图所示，力拉着质量为的物体沿倾角为的斜面向上匀速运动。物体与斜面之间的动摩擦因数，重力加速度为。下列说法中正确的是( )
A. 若水平向右，则 B. 若沿斜面向上，则
C. 的最小值为 D. 力与斜面成角斜向上时，最小
5.将电荷量大小为、、的三个点电荷固定在轴上的和三个位置，轴上各点的电势如图所示。已知选无穷远处为电势零点，距离点电荷为处的电势。下列说法中正确的是( )
A. 处固定的是的正电荷
B. 处电势为
C. 将一正试探电荷从处由静止释放，该电荷在静电力作用下沿轴正方向运动
D. 将一正试探电荷从处沿轴正方向移动过程中，静电力和电势能均减小
6.如图甲所示，一质量为、横截面积为的绝热活塞封闭着绝热气缸内有体积可忽略的加热丝内的一部分理想气体，封闭气体经过一系列过程从状态经状态到状态，气体的体积和温度的关系如图乙所示。已知外界大气压始终为，重力加速度为，不计摩擦。下列说法中正确的是( )
A. 从到的过程中，单个气体分子对气缸壁的平均撞击力先不变后增大
B. 从到的过程中，气体分子的数密度先减小后不变
C. 从到的过程中，气体从加热丝吸收的热量等于气体内能的增加量
D. 在状态的压强为
7.如图所示，、两个可视为质点的小球由两段不可伸长的细线连接，一同学用手握住细线上端，初始时刻两个球均静止，该同学通过晃动细线让两个小球动起来，系统稳定时两个小球均在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向成角。已知两段细线长度均为，、两小球的质量分别为、，两个小球做匀速圆周运动的角速度，重力加速度为，晃动细线过程中点高度没有发生变化，不计空气阻力，。他在晃动细线的过程中做功为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动，航天器在近地轨道离地面的高度可忽略上运动，周期为，两个天体的轨道面重合，绕行方向相同，航天器每经过时间经过卫星正下面一次。航天器通过转移轨道与卫星成功对接。地球半径为，引力常量为。下列说法中正确的是( )
A. 地球的密度约为
B. 地球表面重力加速度为
C. 卫星的轨道半径为
D. 航天器从轨道到轨道的最短时间为
9.原副线圈匝数比为的变压器接成如图所示的电路，，端接有效值为的交流电源。开关闭合，断开时，端的输入功率为。下列说法中正确的是( )
A. 当开关闭合，闭合时，端的输入功率为
B. 当开关断开，断开时，消耗的功率为
C. 当开关断开，断开时，端的输入功率为
D. 当开关断开，闭合时，端的输入功率为
10.如图所示，圆心为、半径为的圆形区域内外存在垂直纸面方向的匀强磁场，圆内的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为，圆外区域的磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为。质量为、带电量为的粒子从圆周上的点以某一速度沿半径方向进入圆形区域，粒子第一次离开圆形区域时速度偏转角为。不计粒子重力。下列说法中正确的是( )
A. 粒子的速度大小为
B. 粒子通过的路程后第一次返回点
C. 粒子运动的周期为
D. 若仅去掉圆形区域内的磁场，粒子经过时间第一次沿方向通过点
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学用单摆实验测重力加速度。他在家里找到了一块外形不规则的小金属挂件，在实验室找到了一个力传感器，将它固定在点，并将长度为的细线一端固定在力传感器上，另一端连接小金属挂件，制成了如图甲所示的单摆。
他将挂件拉离平衡位置一个角度，由静止释放后，通过与传感器连接的电脑得到了力传感器的示数与时间的关系，如图乙所示，则此时单摆的周期_________用题目中符号表示，若该同学用，求得，则该测量结果_________填“偏大”或“偏小”；
后来查资料得知，该单摆的实际摆长应该是摆件质心到悬点的距离，他用的方法分别在细线长为和时做了两次实验，测得单摆两次振动的周期分别为和，则重力加速度_________，摆件质心到点的距离_________；
为减小实验的偶然误差，该同学多次改变细线的长度，用的方法，测得多组细线长度和单摆对应的周期，以为横坐标，为纵坐标，将得到的数据描点连线后得到如图丙所示的图像，则重力加速度_________，摆件质心到点的距离_________用题目、图中的数据和字母表示。
12.某实验小组测一电源的电动势和内阻。他们采用了下面两种方法。
他们将电源和电阻箱和一电压表内阻未知接成如图甲所示电路，开关闭合后调节电阻箱，当电阻箱电阻为时，电压表满偏，当电阻箱电阻为时，电压表半偏，已知电压表量程为，在忽略电源内阻的条件下，该实验方案测得电压表内阻_________，电源的电动势_________用题目中的符号表示；
为了准确的测量电源的电动势和内阻，他们设计了如图乙所示的电路，用到了如下实验器材：
A.标准电源电动势，内阻
B.电阻箱
C.电阻箱
D.定值电阻，阻值为
E.灵敏电流计
F.开关两个，导线若干
断开开关，闭合开关，调节两个电阻箱的电阻，当、时，灵敏电流计示数为零，则待测电源的电动势_________；
同时闭合、两个开关，调节两个电阻箱的电阻，当、时，灵敏电流计示数为零，则待测电源的内阻_________。
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.如图所示，在水平向右的匀强电场中有一个倾角为的挡板，一质量为，带电量为的小球以初速度斜向上抛出，初速度与水平方向的夹角为。已知空气阻力忽略不计，重力加速度为，匀强电场的电场强度。求：
小球离挡板的最大距离；
小球落到挡板上的时间和发生位移的大小。
14.如图所示，边长为、质量为、电阻为的正方形导体框静止在光滑水平面上，空间存在垂直水平面向下、足够多的磁场带，磁场带的宽度为，相邻磁场带的间距为。磁场带整体以水平速度向右匀速运动。已知导体框的电阻。求：
当导体框边刚进入第一个磁场带时，两端的电压；
导体框离开第二个磁场带到进入第三个磁场带所用的时间；
导体框边刚进入第三个磁场带时导体框的加速度和导体框穿过第三个磁场带的过程中安培力对导体框做的功。
15.如图所示，在光滑水平面上有上表面为四分之一光滑圆弧的滑块和木板，圆弧的半径，圆弧在最低点与木板上表面水平相切，和锁定在一起，木板右端上方有固定弹性挡板，挡板的下表面略高于木板的上表面。小滑块从圆弧面上方由静止释放，刚好从圆弧面最高点沿切线方向滑进圆弧面，小滑块释放时离木板上表面的高度为，小滑块经过圆弧面最低点时和解除锁定，滑块滑到木板的右端时恰好与木板相对静止，碰撞过程中小滑块的动能没有损失。已知、、的质量关系为，滑块与木板间的动摩擦因数为，重力加速度，忽略空气阻力。求：
、解除锁定前，木板的位移；
木板的长度和从、解除锁定到小滑块与挡板碰撞所用的时间；
滑块在木板上相对滑行的总路程和相对滑行的总时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.设粒子质量数为，电荷数为，根据质量数守恒、电荷数守恒分别有
解得
粒子为负电子，故A错误；
B.同理，可知粒子质量数为，电荷数为，可知粒子为电子，它是原子核内的中子转化为质子时产生的，不是核外电子逃逸的结果，故 B错误；
C.半衰期是放射性元素的固有属性，由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件如温度、压强等无关，所以钷元素的半衰期不随温度变化而变化，故C正确；
D.对于 核，可知质子数为，根据质量数质子数中子数，可得中子数为，故D错误。
故选C。
2.【答案】
【解析】A.图像可知光偏折更大，故光折射率比折射率大，故A错误；
B.图像可知两光的入射角相同设为 ，则光折射率分别
故
根据
可知
故B正确；
C.根据
可得光在介质中波长
可知光在玻璃柱中的波长与光在玻璃柱中的波长之比为
由于
故
故C错误；
D.光线在玻璃柱中的传播路程为
其中 为点折射角，所以光线在玻璃柱中传播的时间
因为
所以
故D错误。
故选B。
3.【答案】
【解析】A.图像可知 时间内加速度始终向上，故无人机一直处于超重状态，故A错误；
B.图像可知 时间内无人机竖直向上做加速运动， 无人机竖直向上做减速运动直至 时刻无人机的速度为，故 时刻无人机速度最大，动能最大，故B错误；
C.由选项可知 无人机一直向上运动， 时间内，无人机从速度开始向上加速运动，故 时间内，无人机始终向上运动，故C正确；
D.设无人机质量为， 时刻有
解得无人机升力
时刻有
解得无人机升力
数学关系可知， 时刻无人机的升力不一定是 时刻无人机升力的倍，故D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】A.若 水平向右，对物体，由平衡条件有
代入题中数据，解得
故A错误；
B.若 沿斜面向上，对物体，由平衡条件有
故B错误；
力 与斜面成 角斜向上时，有最小值，由平衡条件有
整理得
可知 时，有最小值，且最小值
故C错误，D正确。
故选D。
5.【答案】
【解析】A.图像可知 处电势无穷大， 处电势无穷小，可知 处均为电荷量大小为的正电荷， 处为电荷量大小为的负电荷，故A错误；
B.根据电势叠加原理可知， 处电势为
故B错误；
C.随着电场线方向电势降低，可知 处的电场方向沿轴负方向，故正试探电荷从 处由静止释放，该电荷受到的静电力方向沿 轴正方向，故该正电荷沿 轴正方向运动，过了处电场线反向，电场强度反向，电场力反向，电荷做减速运动直至速度均为，之后反向沿轴负方向运动，最终电荷在轴上往复运动，故C错误；
D.图像可知 处右侧电势降低，可知其右侧电场方向沿轴正方向，该电荷受到的静电力方向沿 轴正方向，故该正电荷沿 轴正方向运动，电场力一直做正功，故电势能一直减小，且 图像斜率表示场强大小，图像可知 处右侧图像斜率绝对值一直减小，故电场力一直减小，因此静电力和电势能均减小，故D正确。
故选D。
6.【答案】
【解析】A.温度是分子平均动能的标志，从到过程中，气体温度一直升高，分子平均动能增大，所以单个气体分子对气缸壁的平均撞击力一直增大，并非先不变后增大，故A错误；
B.从到，体积增大，分子数密度减小；从到，体积不变，分子数密度不变，所以从到的过程中，气体分子的数密度先减小后不变，故 B正确；
C.从 到 过程，温度增大，气体内能增大，同时气体体积增大，气体对外做功，故从 到 的过程中，气体从加热丝吸收的热量等于气体内能的增加量与气体对外做功之和，故C错误；
D.在状态时，对活塞有
从到，由理想气体状态方程有
联立解得
故D错误。
故选B。
7.【答案】
【解析】设与竖直方向夹角为 ，如图
对有牛顿第二定律定理有
代入题中数据，联立解得
故B增加的重力势能
增加的动能
故A增加的重力势能
增加的动能
代入题中数据，联立解得系统增加的机械能
由能量守恒可知，他在晃动细线的过程中做功为 。
故选A。
8.【答案】
【解析】A.对卫星，根据万有引力提供向心力
地球的密度
联立解得
故A错误；
B.航天器在近地轨道上运动有
故地球表面重力加速度为
故B正确；
C.题意可知航天器每经过 时间经过卫星正下面一次，则有
解得
由开普勒第三定律有
联立解得
故C正确；
D.由开普勒第三定律有
联立解得
则航天器沿转移轨道运行半个周期，则从轨道到轨道的最短时间为
故D错误。
故选BC。
9.【答案】
【解析】A.开关 闭合， 断开时，则变压器输入端电压 ，则
则端的输入功率
当开关 闭合， 闭合时，端的输入功率为
故A正确；
当开关 断开， 断开时，设原副线圈电流分别为 ，将原线圈等效为电阻 ，则有
因为
整理得
则 消耗的功率为
端的输入功率为
故BC错误；
D.当开关 断开， 闭合时，设原副线圈电流分别为 ，将原线圈等效为电阻 ，则有
因为
整理得
则端的输入功率为
故D正确。
故选 AD。
10.【答案】
【解析】A. 的粒子从圆周上的 点以某一速度沿半径方向进入圆形区域，粒子第一次离开圆形区域时速度偏转角为 ，可知粒子扫过的圆心角为 ，如图所示
结合关系可知其轨迹圆半径
粒子在圆形磁场区内有
联立解得
A错误；
B.粒子在圆外区域磁场的轨迹半径
粒子在圆内磁场运动的圆心角
则运动的弧长
根据几何关系可知，粒子在圆外区域磁场的圆心角
对应的弧长
粒子第一次返回点的轨迹如图所示
粒子第一次返回点经过的路程
B正确；
C.粒子在圆内磁场运动的周期
运动时间
粒子在圆外磁场运动的周期
运动时间
故粒子的运动周期为
C错误；
D.去掉圆内磁场时，粒子在圆内做匀速直线运动，如图所示
运动的时间为
结合上述结论可得
解得
由于粒子在圆形区域外偏转的圆心角为 ，根据几何知识可知，对应圆形区域的圆心角为 ，粒子在圆形区域外运动的时间为
要使粒子第一次沿 方向通过 点，粒子恰好沿圆形区域运动一周，故粒子总共沿圆运动的次数
故粒子第一次沿 方向通过 点所需要的时间
D正确。
故选BD 。
11.【答案】 偏小
【解析】当挂件处于最高点时，力传感器的示数最小，挂件处于最低点时，力传感器的示数最大，由图乙可知
解得周期为
若该同学用 ，求得 ，由于 为细线的长度，可知代入的摆长偏小，使得重力加速度测量值偏小。
根据单摆周期公式可得 ，
联立解得重力加速度为
摆件质心到 点的距离为
根据单摆周期公式可得
整理可得
可知 图像的斜率为
解得重力加速度为
由 图像的纵轴截距可得
可得摆件质心到 点的距离为
12.【答案】
【解析】根据闭合电路欧姆定律有
联立解得 ，
由题意可知断开开关 ，闭合开关 ，当 、 时，灵敏电流计示数为零，此时 的电压等于电动势，则有
同时闭合 、 两个开关，当 、 时，灵敏电流计示数为零，此时 的电压等于 的电压，则有
联立解得
13.【答案】解：将物体的受力和运动均沿挡板分解和垂直挡板分解，如图
根据牛顿第二定律，可知垂直挡板分解可得其加速度
则小球离挡板的最大距离
联立解得
结合以上分析可知，小球离挡板的最大距离时用时
对称性可知小球落到挡板上的时间
根据牛顿第二定律，可知沿挡板方向的加速度
则小球落到挡板上时发生位移的大小
联立解得
14.【答案】解：由右手定则可知点电势小于点电势，可知 ，故当导体框 边刚进入第一个磁场带时， 两端的电压
导体框进入第一个磁场带的过程中，安培力的冲量有
同理导体框离开第一个磁场的过程安培力的冲量
所以当导体框穿过第一个磁场条的过程中，由动量定理有
所以当导体框穿过第二个磁场条的过程中，由动量定理有
解得
此时导体框边与第三个磁场条右边界的距离为，所以导体框离开第二个磁场带到进入第三个磁场条所用时间
导体框边刚进入第三个磁场带时，对导体框学力分析并结合牛顿第二定律有
其中
解得 方向向右
导体框穿过第三个磁场带的过程中，由动量定理有
由动能定理有
联立解得
15.【答案】解：物块从开始下落到经过圆弧面最低点过程中水平方向动量守恒，规定向右为正方向，设物块滑到圆弧面最低点时和整体水平方向速度分别为 、 ，水平方向位移分别为 、 ，水平方向动量守恒列式
可得
能量守恒列式
联立以上方程可得 ，
下滑过程中满足人船模型，列式可得
联立以上方程可得 ，方向向右
，方向向左
则、解除锁定前，木板的位移为 ，方向向左
、解除锁定后，、的运动为完全非弹性碰撞板块模型，规定向右为正方向，由第问解析结果可知，、的初始速度分别为 ， ，动量守恒列式
解得
设木板的长度为 ，能量守恒列式
解得
由第一问人船模型可知，相互作用开始时，的右端距离为 ，之间的摩擦力
相互作用过程中的加速度
设相互作用到第一次共速的位移为 ，规定向右为正方向，的运动满足匀变速直线运动公式
解得
则第一次共速时，右端距离的总长度为
共速到第一次碰撞为匀速直线运动，时间
设相互作用到第一次共速所用时间为 ，则满足
则从、解除锁定到小滑块与挡板碰撞所用的总时间
与碰撞过程中不损失能量，、解除锁定后，、的初始速度分别为 ， ，则损失的能量全都为二者的相对摩擦生热，设滑块在木板上相对滑行的总路程为 ，则满足
解得
A、的初始速度分别为 ， ，设第次共速速度为 ，第次共速速度为 第 次共速速度为 ，动量守恒列式
解得
解得
解得
则速度结果满足等比数列
设第一次相互作用过程所用时间为 ，第次相互作用过程所用时间为 第 次相互作用过程所用时间为 。相互作用过程均为匀变速直线运动，选C为研究对象，且加速度为
则
则总时间为
当 时，
则滑块在木板上相对滑行的总时间
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