湖南省怀化市2023届高三物理下学期仿真考试（二模）试题（Word版附解析）

怀化市中小学课程改革教育质量监测试卷

2023年上期高三二模仿真考试物理

一、选择题：本题共6小题，每小题4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. 中国“嫦娥五号”在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的，是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。有关聚变的核反应方程如下：①，②；下列说法正确的是（　　）

A. X为质子，核反应①、②又称热核反应

B. 的比结合能比的比结合能大

C. 方程①中：反应前后原子核总质量相等

D. 方程②中：核子平均释放的能量约为2.14MeV

【答案】D

【解析】

【详解】A．由电荷数守恒和质量数守恒可知，X的质量数为

核电荷数为

可知X为中子，核反应①、②为聚变反应，又称热核反应，A错误；

B．由核反应方程②可知，由于该核反应释放出核能，所以生成物比反应物更稳定，比结合能也更大，即比结合能比的比结合能小，B错误；

C．由质能方程可知，反应式①中有核能放出，一定有质量亏损，因此方程①中：反应前后原子核总质量不相等，C错误；

D．方程②中，每个含有三个核子，因此每个核子平均释放的能量为

即核子平均释放的能量约为2.14MeV，D正确。

故选D。

2. 高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被人们尊称为光纤之父。光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射。如图所示，一条长直光导纤维的长度，纤芯的折射率，在纤芯与包层的分界面发生全反射的临界角。现一束细光从左端面中点射入，下列说法正确的是（　　）

A. 光导纤维中纤芯材料的折射率应小于包层材料的折射率

B. 为使射入的光在纤芯与包层的界面恰好发生全反射，光在左端面的入射角应为

C. 若从左端射入的光能够传送到右端（无损失），则光在光导纤维内传输的最长时间约为

D. 若从左端射入的光能够传送到右端（无损失），则光在光导纤维内传输的最短时间约为

【答案】C

【解析】

【详解】A．为了在内芯与包层的分界面发生全反射，光导纤维中内芯材料的折射率应大于包层材料的折射率，故A错误；

B．为使射入的光在内芯与包层的界面恰好发生全反射，设光在左端面的入射角为，则有

又

可得

解得

故B错误；

C．光在内芯的传播速度为

当光射到芯层与包层分界面的入射角等于临界角时，光在光导纤维内传输的时间最长，此时光传播的路程为

则最长时间

故C正确；

D．当光射向左端面的入射角为时，光在光导纤维内传输的时间最短，则有

故D错误。

故选C。

3. 为了激发同学们的学习兴趣和探究精神，某学校建有节能环保风力发电演示系统，该系统由风力发电机、交流电变压器和用户三部分构成，简易示意图如下。时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈以每秒50转的转速转动，已知发电机线圈面积，匝数为匝，内阻不计；匀强磁场的磁感应强度为。变压器部分，理想变压器原、副线圈的匝数比为。在用户部分电路中电表均为理想电表，定值电阻，D为理想二极管（该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大），则（　　）

A. 发电机产生的瞬时电动势

B. 电压表的示数为

C. 电流表的示数为

D. 原线圈的输入功率为

【答案】C

【解析】

【详解】A．发电机产生的最大电动势有

因为时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直，所以其瞬时电动势为

故A项错误；

B．因为线圈无内阻，所以原线圈两端的电压为

因为理想变压器，所以副线圈两端的电压为

又因为电压变的示数为有效值，所以电压表的示数为40V，故B项错误；

C．因为二极管为理想二极管，电流表的示数也为有效值，所以有

解得

故C项正确；

D．电阻的功率为

电阻的功率为

副线圈功率为

因为是理想变压器，所以

故D项错误。

故选C。

4. 当物体从高空下落时，在无风的条件下，空气对物体的阻力会随物体速度的增大而增大，因此物体下落一段距离后将会匀速下落，这个速度称为此物体下落的稳态速度。物理学习兴趣小组探究发现，在相同的环境条件下，球形物体的稳态速度仅与球半径及质量有关，下表是某学习兴趣小组探究的实验数据（g取）

试根据表中的数据分析判断下列说法正确的是（　　）

A. 探究球形物体所受空气阻力f与球的速度v关系时应该选择B、C两球

B. 探究球形物体所受空气阻力f与球的半径r关系时应该选择A、B两球

C. 由上表实验数据可得出球形物体所受空气阻力f与球的速度v及半径r的关系式为

D. B、C两球达到稳态速度时所受空气阻力之比为

【答案】C

【解析】

【详解】A．对于每个球，在达到稳态速度时，阻力与质量成正比，对于A、B球，半径相同，由A、B球数据可知，质量与终极速度成正比，从而可得，阻力与终极速度成正比，所以探究球形物体所受空气阻力f与球的速度v关系时应该选择A、B两球，故A错误；

B．由B、C两球数据分析可知阻力与半径的平方成正比，所以探究球形物体所受空气阻力f与球的半径r关系时应该选择B、C两球，故B错误；

C．阻力与终极速度成正比，阻力与半径的平方成正比，可得

代入一组数据得

k=5

所以

故C正确；

D．达到稳态速度时

f=mg

所以

故D错误。

故选C。

5. 如图甲所示为利用霍尔元件制作的位移传感器。将霍尔元件置于两块磁性强弱相同、同名磁极相对放置的磁体正中间，以中间位置为坐标原点建立如图乙所示的空间坐标系。当霍尔元件沿轴方向移动到不同位置时，将产生不同的霍尔电压 U，通过测量电压U 就可以知道位移。已知沿轴方向磁感应强度大小（为常数，且>0），电流 I沿方向大小不变。该传感器灵敏度，要使该传感器的灵敏度变大，下列措施可行的是（　　）

A. 把霍尔元件沿方向的厚度变小 B. 把霍尔元件沿 方向的高度变大

C. 把霍尔元件沿方向的长度变大 D. 把霍尔元件沿 方向的高度变小

【答案】A

【解析】

【详解】设霍尔元件沿y轴反向的高度为d，沿x轴方向的厚度为l，电流的微观表达式为

得

自由电荷受洛伦兹力和电场力平衡

得

由磁感应强度大小

得

则

可知，要使该传感器的灵敏度变大，应把霍尔元件沿方向的厚度l变小。

故选A。

6. 如图所示，质量为m的小球A从地面上斜抛，抛出时的速度大小为25m/s，方向与水平方向夹角为53°角，在A抛出的同时有一质量为3m的黏性小球B从某高处自由下落，当A上升到最高点时恰能击中竖直下落中的黏性小球B，A、B两球碰撞时间极短，碰后A、B两球粘在一起落回地面，不计空气阻力，，g取。以下说法正确的是（　　）

A. 小球B下落时离地面的高度是20m

B. 小球A上升至最高处时离地面40m

C. 小球A从抛出到落回地面的时间为3s

D. 小球A从抛出到落回地面的水平距离为60m

【答案】C

【解析】

【详解】AB．A球竖直方向做竖直上抛运动至最高点，B球做自由落体落体运动，则两球运动的高度相同，均为为

小球B下落时离地面的高度是40m，AB错误；

C．两球竖直方向的运动是互逆的，相遇时小球A竖直速度为0，小球B的速度为

根据两球在竖直方向上的动量守恒

两球粘在一起后的竖直速度为

继续下落，有

得

则小球A从抛出到落回地面的时间为3s，C正确；

D．小球A从抛出到与小球B相撞的水平距离为

根据两球在水平方向上的动量守恒

得

相撞后两球的水平位移为

小球A从抛出到落回地面的水平距离为

D错误。

故选C。

二、选择题：本题共5小题，每小题5分，共25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5分，选对但不全的得3分。

7. 赤道上某处固定有很长的竖直索道，太空电梯可沿索道上下运动。电影《流浪地球2》有这样一个片段，太空电梯沿索道匀速上升，某时刻站在太空电梯地板上的人突然飘起来了，下列说法正确的是（　　）（已知地球半径，地球表面重力加速度g取）

A. 太空电梯沿索道匀速上升时，太空电梯绕地心运动的角速度变大

B. 太空电梯沿索道匀速上升时，太空电梯绕地心运动的线速度变大

C. 站在太空电梯地板上的人突然飘起来时，太空电梯离地面的高度约为

D. 站在太空电梯地板上的人突然飘起来时，太空电梯离地面的高度约为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．太空电梯和地球要保持相对静止，则电梯各处必有相同的角速度，故A错误；

B．由公式可知，太空电梯沿索道匀速上升时，做圆周运动的半径变大，则太空电梯绕地心运动的线速度变大，故B正确；

CD．站在太空电梯地板上的人突然飘起来时，人所受万有引力恰好提供做圆周运动向心力，设此时太空电梯离地面的高度为，则有

，

地球表面物体受到的重力

联立解得

故C错误，D正确。

故选BD。

8. 一匀强电场的方向平行纸面，纸面内A、B、C三点的位置如图所示，AB=AC=1m，∠BAC=90°。带正电的粒子P，其电荷量为，粒子P以速度从A点出发能过B点，在A到B的过程中粒子P的电势能减少2.4J。若让粒子P以速度从A点出发则能过C点，在A到C的过程粒子P的动能增加3.2J。粒子P在所有运动过程只受电场力，下列结论正确的是（　　）

A. B、C两点的电势相等 B.

C. 匀强电场的大小为 D. 若将粒子P从B移动到C，电场力做功0.8J

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．带正电的粒子从A点到B点，电势能减少2.4J，从A点到C点，动能增加3.2J，则电势能减少3.2J，所以B点的电势高于C点的电势，故A错误；

B．从A点到B点，电势能减少2.4J，即

从A点到C点，电势能减少3.2J，即

又

所以

故B正确；

C．电场强度方向如图

分别过B、C两点作垂直于电场线的垂线，由于

所以

得

代入数据得，电场强度

E=

故C正确；

D．粒子P从B移动到C，电场力做功

故D正确。

故选BCD。

9. “战绳”是一种时尚的健身器材，有较好的健身效果。如图1所示，健身者把两根相同绳子的一端固定在P点，用双手分别握住绳子的另一端，然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来。某次锻炼中，健身者以2Hz的频率开始抖动绳端，t=0时，绳子上形成的简谐波的波形如图2所示，a、b为右手所握绳子上的两个质点，二者平衡位置间距离为波长的，此时质点a的位移为8cm。已知绳子长度为12m，下列说法正确的是（　　）

A. a、b两质点振动的相位差为

B. 时，质点a的位移仍为cm，且速度方向向下

C. 健身者增大抖动频率，将减少振动从绳子端点传播到P点的时间

D. 健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s振动恰好传到P点

【答案】AB

【解析】

【详解】A．a、b两质点二者平衡位置间距离如果为一个波长，则其相位差为2，依题意其平衡位置相距波长，则振动的相位差为

故A正确；

B．由题意可知振动频率为2Hz，则周期为0.5s，则从图示位置开始计时，则质点a的位移与时间的关系为

可知当时，质点a的位移仍为cm，且由图2可知此时质点a从波峰向平衡位置运动，故B正确；

C．波速由介质而定，则增大抖动频率，不会改变振动从绳子端点传播到P点的时间，故C错误；

D．从图中可以得到，波长为8m，周期为0.5秒，则波速为

经0.4s，传播的距离为

即健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s振动不能传到P点，故D错误。

故选AB。

10. 如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨间距l=0.9m，与水平面夹角，正方形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度B=2T，方向垂直于斜面向上。甲、乙是两根质量相同、电阻均为的金属杆，垂直于导轨放置。甲置于磁场的上边界ab处，乙置于甲上方l处，现将两金属杆由静止同时释放，并立即在甲上施加一个沿导轨方向的拉力F，甲始终以的加速度沿导轨向下运动，乙进入磁场时恰好做匀速运动，g取。则（　　）

A. 甲穿过磁场过程中拉力F随时间均匀增大

B. 每根金属杆的质量为0.3kg

C. 乙穿过磁场过程中安培力的功率是3W

D. 乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量为

【答案】AC

【解析】

【详解】A．甲在磁场中做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得

可知

即外力F始终等于安培力F安，由于电路中的感应电流为

则有安培力

因此甲穿过磁场过程中拉力F随时间均匀增大，A正确；

B．由题意可知，乙杆进入磁场前做初速度是零的匀加速直线运动，则有加速度为

乙进入磁场时的速度是

乙进入磁场后做匀速直线运动，由平衡条件可得

解得

B错误；

C．乙穿过磁场过程中安培力的功率是

C正确；

D．乙进入磁场后做匀速直线运动，则有乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量是

D错误。

故选AC。

11. 如图所示，小物块质量，长木板质量（假设木板足够长），各接触面摩擦系数从上至下依次为，，小物块以初速度向右滑上木板，木板初始受力F为14N，初速度为0，F维持1.5s后撤去，以初始状态为计时起点，，则（　　）

A. 经过1s二者速度第一次大小相等

B. 速度第一次大小相等后二者一起加速，再一起减速

C. 小物块相对长木板向右最远运动3m

D. 经过1.625s二者速度第二次大小相等

【答案】AC

【解析】

【详解】A.对物块应用牛顿第二定律得物块加速度大小

对木板应用牛顿第二定律得

则二者速度相等时，有

可得

故A正确；

B.第一次速度相等后，由于木板的加速度大于小物块的加速度，所以小物块相对于木板向左运动，则小物块受到的摩擦力向右，大小不变，开始向右做加速度大小不变的加速运动，木板继续加速，再次共速后一起减速，故B错误；

C.速度第一次相等时，小物块位移是

木板的位移

这个过程中位移差为3m，之后小物块相对于木板向左运动，则木板的加速度

再经过0.5s，

撤去F后，木板开始减速，直到再次共速时，小物块速度都小于木板的速度，所以1s之后，小物块相对于木板一直向左运动，故小物块相对长木板向右最远运动3m，故C正确；

D.撤去F后，两物体再次共速前木板加速度大小

可得

则

故D错误。

故选AC。

三、非选择题：本题共5小题，共51分。

12. 某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如

①固定好手机，打开录音功能；

②从一定高度由静止释放乒乓球；

③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间（单位：s）的变化图像如图所示。

根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示。

根据实验数据，回答下列向题：

（1）利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起瞬间的速度大小为_____（保留2位有效数字，当地重力加速度）。

（2）设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的______倍（用k表示），第2次碰撞过程中______（保留2位有效数字）。

【答案】    ①. 1.96    ②.     ③. 0.95

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1]由表可知从第3次碰撞到第四次碰撞用时0.4s，则碰后弹起的时间为0.2s，根据匀变速直线运动位移与时间关系，有

（2）[2][3]设碰撞后弹起瞬间的速度为，该次碰撞前瞬间速度大小为，则碰撞后的动能为，该次碰撞前的动能为，所以每次碰撞损失的动能为，则碰撞前后动能的比值为

第3次碰撞前的速度

第3次碰撞后速度

所以

13. 某小组测量某金属细杆（如图甲）的电阻率，应用了学生电源E、定值电阻、电压表和、电阻箱R等器材，操作步骤如下：

（1）用刻度尺测量金属细杆的长度L，用游标卡尺在不同部位测量金属环横截面的直径D，读数如图乙所示，示数为______cm；

（2）按图丙连接电路，a、b间器件表示金属环，闭合开关，调节电阻箱，记录两块电压表和电阻箱的读数，绘制出丁图，可计算出金属环的阻值______，用L、D、表示出该金属环的电阻率______；

（3）从系统误差角度看，由丁图计算出的阻值______真实值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

【答案】    ①. 1.07    ②. 2.6    ③.
    ④. 大于

【解析】

【详解】（1）[1]游标卡尺的分度值为0.1mm，根据游标卡尺读数规则可得，示数为

10mm+7×0.1mm=10.7mm=1.07cm

（2）[2]由题意及电路图可得

图线斜率即为金属环的电阻大小，即

[3]由题意可得，金属环的电阻率为

（3）[4]由上述电路图分析可得，由丁图计算出的电路金属环两端的电压准确，通过的电流比真实值小，忽略了电压表V1的电流，因此由丁图计算出的阻值大于真实值。

14. 气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，其总质量为。横截面积为的柱状气动杆与底座固定连接，可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体，稳定后测得封闭气体柱长度为。设汽缸气密性、导热性能良好，不计摩擦，已知大气压强为，室内温度，取。若质量为的人盘坐在椅面上，室内温度保持不变。求：

（1）稳定后椅面下降的高度；

（2）稳定后，室内气温缓慢升高至，此过程中封闭气体吸收热量，求封闭气体内能的变化量。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）初始状态时，以圆柱形气缸与椅面整体为研究对象，根据平衡条件有

当人坐上后，稳定时有

根据波意耳定律有

下落高度为

（2）根据

外界对气缸内气体做功为

根据热力学第一定律有

解得        

15. 如图所示，M、N为等离子体发电机的两个极板，分别通过导线与平行板电容器的两个极板P、Q相连。M与N、P与Q的间距均为d，M、N中间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v沿垂直于磁场的方向喷入磁场。P、Q间加一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为。一电荷量为q、质量为m的正离子以某一速度（未知）沿平行于极板方向从A点射入电容器。不计离子的重力和电容器的边缘效应。

（1）已知离子在P、Q间恰好做匀速直线运动，求离子速度的大小；

（2）若撤去P、Q间的磁场，离子从A点以原来的速度入射后恰好从下极板的右侧边缘射出电场，射出电场时速度方向与水平方向成30°角，求A点离下极板的距离h；

（3）以极板Q右侧边缘O点为原点建立如图所示的直角坐标系xOy，在第一、四象限内存在磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场。若在第（2）问的情形中，离子能够经过点，求第一、四象限内匀强磁场的磁感应强度的大小。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设磁流体发电机两极板之间的电压为U，等离子体的电荷量为，则有

离子在P、Q间做匀速直线运动的过程中

解得

（2）设离子射出板间电场时速度大小为，根据动能定理得

离子在电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，则有

解得

（3）设x为离子在一、四象限磁场中每次偏转圆弧所对应的弦长，由运动的对称性可知，离子能到达C点需满足

设离子的轨道半径为R，圆弧所对应的圆心角为60°，则有

可得

由洛伦兹力提供向心力，有

解得

16. 图甲是一种智能减震装置的示意图，轻弹簧下端固定，上端与质量为m的减震环a连接，并套在固定的竖直杆上，a与杆之间的智能涂层材料可对a施加大小可调节的阻力，当a的速度为零时涂层对其不施加作用力．在某次性能测试中，质量为0.5m的光滑环b从杆顶端被静止释放，之后与a发生正碰；碰撞后，b的速度大小变为碰前的倍、方向向上，a向下运动2d时速度减为零，此过程中a受到涂层的阻力大小f与下移距离s之间的关系如图乙。已知a静止在弹簧上时，与杆顶端距离为4.5d，弹簧压缩量为2d，重力加速度为g。求：

（1）与a碰前瞬间，b的速度大小；

（2）的值；

（3）在a第一次向下运动过程中，当b的动能为时a的动能。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）小环b下落的过程为自由落体，则

解得与a碰前瞬间，b的速度大小为

（2）ab发生碰撞，设向下为正方向，根据动量守恒定律可知

a向下运动2d时速度减为零的过程中，由动能定理可知

由题可知a静止在弹簧上时，弹簧压缩量为2d，根据胡克定律可知

联立解得

（3）当b的动能为时，b的速度为

根据动量定理可知

解得

在a第一次向下运动过程中，取一段时间，根据动量定理可知

当Δ时

当Δt=时

此时a的动能为