2023-2024学年河南省商丘市夏邑县高中高三上学期12月阶段测试 物理试题（含解析）

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1、工地上甲、乙两人用如图所示的方法将带挂钩的重物抬起。不可伸长的轻绳两端分别固定于刚性直杆上的A、B两点，轻绳长度大于A、B两点间的距离。现将挂钩挂在轻绳上，乙站直后将杆的一端搭在肩上并保持不动，甲蹲下后将杆的另一端搭在肩上，此时物体刚要离开地面，然后甲缓慢站起至站直。已知甲的身高比乙高，不计挂钩与绳之间的摩擦。在甲缓慢站起至站直的过程中，下列说法正确的是( )
A．轻绳的张力大小一直不变B．轻绳的张力先变大后变小
C．轻绳的张力先变小后变大D．轻绳对挂钩的作用力先变大后变小
2、中国的面食种类繁多，其中“刀削面”堪称天下一绝。如图所示，厨师将小面圈沿锅的某条半径方向水平削出，小面圈距锅的高度，与锅沿的最近水平距离，锅可视为半径的半球壳（不计锅的厚度），水面到锅底的距离。不计一切阻力，小面圈的运动可视为平抛运动，重力加速度大小取，则直接落入水中的小面圈被削出的最大初速度是( )
A．3m/sB．4m/sC．5m/sD．6m/s
3、荡秋千是一项古老的休闲体育运动。某秋千简化模型如图所示，长度为L的两根细绳下端栓一质量为m的小球，上端固定在水平横梁上，小球静止时，细绳与竖直方向的夹角均为θ。保持两绳处于伸直状态，将小球拉高H后由静止释放，已知重力加速度为g，忽略阻力，以下判断正确的是( )
A．小球释放瞬间处于平衡状态
B．小球释放瞬间，每根细绳的拉力大小均为
C．小球摆到最低点时，每根细绳的拉力大小均为
D．小球摆到最低点时，每根细绳的拉力大小均为
4、如图甲所示，某多级直线加速器由n个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，各金属圆筒依序接在交变电源的两极M、N上，序号为C的金属圆板中央有一个质子源，质子逸出的速度不计，M、N两极加上如图乙所示的电压，一段时间后加速器稳定输出质子流。已知质子质量为m、电荷量为e，质子通过圆筒间隙的时间不计，且忽略相对论效应，则( )
A．质子在各圆筒中做匀加速直线运动
B．质子进入第n个圆筒瞬间速度为
C．各金属筒的长度之比为
D．质子在各圆筒中的运动时间之比为
5、如图甲所示为沿x轴传播的一列简谐横波在时刻的波形图，两质点P、Q的平衡位置分别位于、处，质点Q的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．该波沿x轴正方向传播
B．时刻，质点P正沿y轴负方向运动
C．质点P的振动方程为
D．当质点Q在波峰时，质点P的位移为
6、如图所示，水平放置足够长的光滑金属导轨abc和de，ab与de平行并相距为是以O为圆心、半径为r的圆弧导轨，圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图的匀强磁场，磁感应强度均为B，两端接有一个电容为C的电容器，金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上，金属杆MN质量为m，金属杆MN和OP电阻均为R，其余电阻不计，若杆OP绕O点在匀强磁场区域内以角速度ω从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有( )
A．杆OP产生的感应电动势恒为
B．电容器带电荷量恒为
C．杆MN中的电流逐渐减小
D．杆MN向左做匀加速直线运动，加速度大小为
7、汽车自动控制刹车系统（ABS）的原理如图所示．铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体（极性如图），M是一个电流检测器．当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即能实现自动控制刹车．齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向是( )
A．总是从左向右B．总是从右向左
C．先从右向左，然后从左向右D．先从左向右，然后从右向左
8、在抗击疫情期间，很多热心市民、企业等纷纷为湖北抗疫一线捐赠抗疫物资。以下是运送物资车辆送达抗疫现场后的一个场景简化图：车厢在液压机的作用下改变与水平面的夹角，用以卸下车厢中的货物。卸货车始终静止在水平地面上，当倾角增大到θ时，质量为M的木箱A与装在箱内的质量为m的抗疫物资B一起以共同的速度v沿车厢底匀速滑下，则下列说法正确的是( )
A．A、B间没有静摩擦力
B．B受到A的静摩擦力方向平行木箱底面向上
C．A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为
D．B与木箱底面间的动摩擦因数
9、如图所示，粗糙绝缘的水平面附近存在一平行于水平面的电场，其中某一区域的电场线与x轴平行，x轴上的电势φ与坐标x的关系如图中曲线所示，图中虚线为该曲线过点（0．15，3）的切线，现有一质量为0．20kg、电荷量为的滑块P（可视为质点），从处由静止释放，其与水平面的动摩擦因数为0．02，取重力加速度，则下列说法中正确的是( )
A．滑块P运动过程中的加速度先减小后增大
B．处的电场强度大小为
C．滑块P运动的最大速度为0．2m/s
D．滑块最终停在0．15m到0．3m之间某位置
10、如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，C为电容器，为定值电阻，电表均为理想电表，R为滑动变阻器，闭合开关后灯泡正常发光，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，下列判断正确的是( )
A．电压表、电流表示数均变大，灯泡L将变暗
B．定值电阻中将有从右向左的电流
C．电压表示数改变量与电流表示数改变量之比不变
D．电源输出功率一定变小
二、非选择题：本题共6小题，共70分。
11．（6分）某学校新进了一批传感器，小明在老师指导下，在实验室利用传感器探究物体做圆周运动的向心力与物体质量、轨道半径及转速的关系。实验装置如图甲所示。带孔的小清块套在光滑的水平细杆上。通过细杆与固定在转轴上的拉力传感器相连。小滑块上固定有转速传感器。细杆可绕转轴做匀速圆周运动小明先保持滑块质量和轨道半径不变来探究向心力与转速的关系。
（1）小明采用的实验方法主要是________。（填正确答案标号）
A．理想模型法B．控制变量法C．等效替代法
（2）若拉力传感器的示数为F，转速传感器的示数为n，小明通过改变转速测量出多组数据，作出了如图乙所示的图像，则小明选取的横坐标可能是______________________。
A．nB．C．D．
（3）小明测得滑块做圆周运动的半径为r，若F、r、n均取国际单位，图乙中图线的斜率为k，则滑块的质量可表示为_________。
12、（8分）如图甲所示是观察电容器的充、放电现象实验装置的电路图。电源输出电压恒为8V，S是单刀掷开关，G为灵敏电流计，C为平行板电容器。（已知电流）

（1）当开关S接_______时（选填“1”或“2”），平行板电容器充电，在充电开始时电路中的电流比较_______（选填“大”或“小”）。电容器放电时，流经G表的电流方向与充电时_______（选填“相同”或“相反”）。
（2）将G表换成电流传感器（可显示电流I的大小），电容器充电完毕后，将开关S扳到2，让电容器再放电，其放电电流I随时间t变化的图象如图乙所示，已知图线与横轴所围的面积约为41个方格，则电容器释放的电荷量Q为_______，可算出电容器的电容C为_______。
（3）在电容器放电实验中，接不同的电阻放电，图丙中a、b、c三条曲线中对应电阻最大的一条是_______（选填“a”“b”或“c”）。
13、（10分）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27°C。摄氏温度与热力学温度的关系为：，则：
（1）该气体在状态B，C时的温度分别为多少摄氏度？
（2）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
14、（12分）如图所示，轻质弹簧的劲度系数，用其拉着一个重力为的物体在水平面上运动，当弹簧的伸长量为时，物体恰在水平面上做匀速直线运动，求：
（1）物体与水平面间的动摩擦因数；
（2）当弹簧的伸长量为时，物体受到的水平拉力为多大？这时物体受到的摩擦力为多大？
（3）当弹簧的伸长量为时，物体受到的水平拉力为多大？这时物体受到的摩擦力为多大？
15、（16分）如图所示，倾角为的斜面体固定在水平面上，质量为m（已知量）的物块A放在斜面上，一根细绳绕过固定在斜面顶端的定滑轮和悬挂重物B的动滑轮，连接在竖直杆EF上的D点，此时整个装置静止，连接物块A的细绳段与斜面平行，连接竖直杆的细绳段与竖直方向的夹角，物块A与斜面间的动摩擦因数为，定滑轮C与D点之间的细绳段的长度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计滑轮摩擦，重力加速度为g。（，）
（1）求重物B的质量的大小范围；
（2）若重物B的质量为m，将竖直杆向右平移一小段距离，使物块A刚好不上滑，则竖直杆向右平移的距离为多少？
16、（18分）我国神舟十七号载人飞船已于2023年10月26日成功发射，中国空间站迎来新一批宇航员。如图（a）是一种防止宇宙射线危害宇航员的装置，在航天器内建立半径分别为R和的同心圆柱，圆柱之间加上沿轴线方向的磁场，其横截面如图（b）所示。宇宙射线中含有大量的质子，若质子沿各个方向运动的速率均为，质子的电荷量为e、质量为m。
（1）若设置磁感应强度大小使得正对防护区圆心入射的质子恰好无法进入防护区，求这种情况下磁感应强度的大小及质子在磁场中运动的时间t。
（2）假如入射质子的速度与磁场方向垂直，那么要使沿各个方向入射的质子都无法进入防护区，则磁感应强度B应满足的条件。
答案以及解析
1、答案：B
解析：如图
设轻绳的夹角为θ，则轻绳上的拉力
当甲缓慢站起至站直的过程中轻绳间的夹角θ先变大，当杆水平时轻绳间夹角最大，然后变小，轻绳的张力先变大后变小，故B正确，ACD错误。
故选B。
2、答案：A
解析：设锅沿到水面的高度为，则
所以锅内水面的半径为
对恰好以最大速度落入水中的小面圈，水平方向，有
竖直方向，有
联立解得
，
故选A。
3、答案：B
解析：AB．设每根绳的拉力大小为T，小球释放瞬间，受力分析如图1，所受合力不为0，不是平衡状态，由于速度为0，则有
如图2，由几何关系有
联立得
A错误，B正确；
CD．小球摆到最低点时，图1中的，此时速度满足
由向心力公式得
其中
联立解得
CD错误。
故选B。
4、答案：C
解析：A．金属圆筒中电场为零，质子不受电场力，做匀速运动，故A错误；
B．质子进入第n个圆筒时，经过n次加速，根据动能定理
解得
故B错误；
D．只有质子在每个圆筒中匀速运动时间为时，才能保证每次在缝隙中被电场加速，故D错误；
C．第n个圆筒长度
则各金属筒的长度之比，故C正确。
故选C。
5、答案：D
解析：由图乙可知，时刻质点Q在平衡位置沿y轴正方向运动，由此判断波沿x轴负方向传播，A项错误；波动周期为0．2s，因此时刻，质点P正沿y轴正方向运动，B项错误；质点P的振动方程为，C项错误；当质点Q在波峰时，需要经历，代入质点P的振动方程可得，此时，质点P的位移为，D项正确。
6、答案：C
解析：杆OP产生的感应电动势恒为，A错误；由右手定则知OP产生的感应电流方由O到P，则MN杆中电流方向为由M到N，由左手定则知MN杆受到向左的安培力，MN杆向左做加速运动，也产生感应电动势，与OP产生的电动势方向相反，根据，随着MN的速度增加，回路中电动势的和逐渐减小，电流减小，电容器的电压减小，则电容器带电荷量逐渐减小，B错误，C正确；回路中电流逐渐减小，杆MN受到的安培力逐渐减小，则杆MN向左做加速度逐渐减小的加速直线运动，D错误。
7、答案：C
解析：由图可得，线圈中磁场方向从右向左，有题可得当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使得通过线圈的磁通量增大，由楞次定律得到，线圈中感应电流产生的磁场抵抗磁场的增大，电流产生的磁场从左向右，通过右手螺旋定律可得，通过M的感应电流从左向右。同理可分析，铁齿离开线圈时又使磁通量减小，线圈中的感应电流产生的磁场从右向左，则通过M的感应电流从右向左．从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中是铁齿先离开线圈，下一个铁磁靠近线圈，则通过M的电流方向先从右向左，再从左向右。
A．总是从左向右，与分析结论不符，故A错误；
B．总是从右向左，与分析结论不符，故B错误；
C．先从右向左，然后从左向右，与分析结论相符，故C正确；
D．先从左向右，然后从右向左，与分析结论不符，故D错误。
8、答案：BD
解析：AB．对B沿斜面方向有
f方向沿斜面向上，即B受到A的静摩擦力方向沿斜面向上，故A错误，B正确；
C．A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为，故C错误；
D．根据平衡条件有
得
故D正确。
故选BD。
9、答案：ABD
解析：AB．图线切线的斜率的绝对值表示电场强度的大小，则处的场强大小为
滑块P在此处的电场力大小为
滑动摩擦力大小为
在前电场力大于摩擦力，做加速运动，加速度逐渐减小，在后电场力小于摩擦力，做减速运动，加速度逐渐增大，故AB正确；
C．在处，电场力等于摩擦力，速度最大，根据动能定理得
因为和处的电势差为，代入求解可得最大速度为0．1m/s，故C错误；
D．假滑块最终在0．3m处停下，到克服摩擦力做功大于电场力做功，所以滑块最终停在0．15m到0．3m之间某位置，故D正确。
故选ABD。
10、答案：BC
解析：电路稳定时，与电容器串联的电路没有电流，两端的电压为零．当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器电阻减小，外电阻减小，电路中总电流变大，则灯L将变亮，电流表示数变大，电源的内电压变大，则路端电压减小，电压表读数减小，选项A错误．而电容器的电压等于路端电压，所以电容器的电压减小，由分析可知其电荷量将减小．电容器放电，则定值电阻中将有从右向左的电流出现，选项B正确．根据闭合电路欧姆定律知，得，可得电压表示数改变量与电流表示数改变量之比保持不变．故C正确．因不清楚外电路电阻与电源内阻的大小关系，则不能确定电源输出功率的变化，选项D错误；故选BC．
11．答案：（1）B（2）D（3）
解析：（1）由题意可知，该实验是先保持小滑块质量和半径不变去测量向心力和转速的关系，是先控制一些变量，在研究其中两个物理量之间的关系，是控制变量法，故B正确，AC错误；
故选B。
（2）根据向心力与转速的关系有
可知小明选取的横坐标可能是，故选D。
（3）根据题意有
结合向心力与转速的关系可得
12、答案：（1）1；大；相反（2）；（3）c
解析：（1）电容器充电要与电源相连，所以当开关S接1时平行板电容器充电，由于极板上无电荷，刚开始在充电开始时电路中的电流比较大。电容器充电时电源正极接电容器上极板，放电时正电荷从上极板流出，所以电容器放电时，流经G表的电流方向与充电时相反。
（2）根据，可知放电电流随时间变化曲线与x轴所围面积即为通过的电荷量，每个小格的电荷量为，由此可知，电容器的电容。
（3）刚开始放电时，电容器极板上的电压与电源电压相同为8V，放电的最大电流为，所以最大电流较小对应的电阻较大，故c曲线符合要求。
13、答案：（1）27°C；（2）吸热；200J
解析：（1）气体从状态A变化到状态B是等容过程，根据盖—吕萨克定律，有
解得
即
气体从状态B到状态C，是等压过程，根据查理定律，有
解得
即
（2）气体从状态A到状态C体积增大，对外做功，即；，所以，A到状态C的过程中内能变化量为0，由热力学第一定律得，所以的过程中是吸热。从A到B过程，体积不变，气体不对外做功，外界也不对气体做功，只有B到C过程气体对外做功，故吸收的热量为
14、答案：（1）0．4（2），（3），
解析：（1）物体恰在水平面上做匀速直线运动，根据平衡条件可知，竖直方向
水平方向
根据
解得
（2）由于物体的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，则物体的最大静摩擦力
当弹簧的伸长量为时，拉力
此时物体没有被拉动，这时物体受静摩擦力，根据平衡条件
（3）当弹簧的伸长量为时，拉力
此时物体被拉动，这时物体受滑动摩擦力，则
15、
（1）答案：
解析：当物块A刚好不下滑时，设细绳中的张力大小为，重物B的质量为
对物块A研究：
对重物B研究：
求得
当物块A刚好不上滑时，设细绳中的张力大小为，重物B的质量为
对物块A研究：
对重物B研究：
求得
因此重物B的质量的大小范围为
（2）答案：
解析：由（1）问可知，当物块A刚好不上滑时，细绳中的张力大小为
竖直杆平移后，设连接竖直杆的细绳段与竖直方向的夹角为θ，对重物B研究，有
求得
根据几何关系，竖直杆没有移动时，定滑轮C到杆的水平距离
当竖直杆移动后，定滑轮C到杆的水平距离
因此竖直杆向右平移的距离
16、答案：（1）；；（2）
解析：（1）若正对防护区圆心入射的质子，恰好无法进入防护区，设带电粒子的轨迹半径为r，粒子运动轨迹如图
由几何关系得，解得。
由洛伦兹力提供向心力得，解得磁感应强度的大小。
由，解得。
带电粒子在磁场中的轨迹对应的圆心角为，质子在磁场中运动的时间。
（2）为使所有速度为的粒子都不进入防护区，半径最大的粒子轨迹如图
则粒子的半径最大为，
由洛伦兹力提供向心力，解得磁感应强度最大值。
则磁感应强度的大小应该满足的条件为。