2024届湖南省长沙市雅礼中学高三下学期3月综合测试（一）物理试题 （解析版）

这是一份2024届湖南省长沙市雅礼中学高三下学期3月综合测试（一）物理试题 （解析版），共22页。
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
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. 小明利用手机传感器，测得电梯从静止开始运行的加速度－时间图像，如图所示。手机传感器中加速度向上时为正值，下列说法正确的是（ ）

A. 0.6s~0.8s电梯处于匀加速下降阶段
B. 0.9s~1.2s电梯处于匀速上升阶段
C. 0.9s~1.2s电梯处于匀加速上升阶段
D. 1.7s~2.3s电梯处于静止阶段
【答案】C
【解析】
【详解】A．0.6s~0.8s电梯加速度不断变化，不做匀加速运动，故A错误；
BC．0.9s~1.2s电梯加速度恒定且为正值，处于匀加速上升阶段，故B错误，C正确；
D．1.7s~2.3s电梯加速度为0，处于匀速运动阶段，故D错误。
故选C。
2. 据统计，我国发射的卫星已近600颗，位居世界第二位，这些卫星以导航、遥感、通信为主要类别，尤其是北斗导航卫星的发射使我国具备了全球精确导航定位、授时和短报文通信等能力。如图，A、B、C为我国发射的3颗卫星，其轨道皆为圆形，其中卫星A、B的轨道在赤道平面内，卫星C的轨道为极地轨道，轨道半径rC < rA < rB，下列说法正确的是（ ）
A. 卫星B一定与地球自转同步B. 卫星A的动能比卫星B的动能大
C. 卫星C的线速度大小可能为8.0km/sD. 卫星A的加速度比卫星B的加速度大
【答案】D
【解析】
【详解】A．地球同步卫星的轨道除了位于赤道平面内外，距离地面的高度、线速度和角速度的大小都是固定的，而B不一定是同步卫星，故A错误；
B．根据
可得
三颗卫星的质量大小关系不知道，无法比较动能的大小，故B错误；
C．第一宇宙速度为7.9km/s，是卫星的最大轨道速度，卫星C的线速度大小一定小于7.9km/s，故C错误；
D．三颗卫星的轨道半径rC < rA < rB，根据
，
则
aC > aA > aB
故D正确。
故选D。
3. 如图所示，将附有一层肥皂液膜的圆形铁丝圈竖直放置在红色光源的右侧，人在与光源同侧的位置观察液膜，下列说法正确的是（ ）

A. 若将该装置放在地球表面上观察，可看到竖直直条纹
B. 若将该装置放在空间站上观察，可看到水平直条纹
C. 若该装置在地球表面观察到的水平直条纹的间距为，在月球表面观察到的水平直条纹的间距为，则
D. 若将红色光源换为蓝色光源，在地球表面观察到的水平直条纹的间距将增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，当肥皂液膜竖直放置时，单色光垂直照射肥皂液膜，在前、后两面反射形成干涉条纹，若将该装置放在地球上观察，由于重力作用，在高度相等的位置的光程差相同，故可看到水平直条纹，故A错误；
B．若将该装置放在空间站观察，由于处于完全失重状态，肥皂液膜厚度均匀，所以观察不到干涉条纹，故B错误；
C．因为地球表面的重力加速度大于月球表面的重力加速度，该装置在地球表面薄膜上下厚度相差更大，该装置在地球表面观察到的水平条纹间距为，在月球表面观察到的水平直条纹间距为，则，故C正确；
D．若将光源换为蓝色光源，因为波长变短，所以在地球表面观察，可看到水平直条纹的间距将减小，故D错误。
故选C。
4. 老师采用图1所示的实验器材演示交变电流的产生，并联的两个发光二极管连接方式如图2所示，二极管两端正向电压大于0.7V时才能发光，反向电压超过20V将损坏。匀速转动手柄，1min内二极管闪烁100次。已知发电机中正方形线框的边长为10cm，匝数为1000，假设线圈所在处的磁场可视为匀强磁场，下列判断正确的是（ ）
A. 线框的转速为100r/s
B. 线框的电动势有效值可能是20V
C. 磁感应强度B不会超过0.4T
D. 若转速减半，1min内闪烁次数将变为50次
【答案】C
【解析】
【详解】A．正弦式交变电流一个周期内电流方向改变2次，所以1min内有50个周期，线框的转速为50r/min，故A错误；
B．若线框的电动势有效值是20V，则最大值为
二极管将被击穿，故B错误；
C．由最大值
Em=nBSω=nBS×2πf=1000×B×0.12×2×3.14×V＜20V
解得
B＜0.4T
故C正确；
D．若转速减半，交流电的最大值减半，如果这时的最大值小于0．7V，二极管将不会闪烁，1min内闪烁次数将变为0次，故D错误。
故选C。
5. 美国物理学家密立根于20世纪初进行了多次试验，比准确地测定了电子的电荷量，其实验原理图可简化为如图所示模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为的恒定电源两极相连，板的间距为、油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行板间。现有一质量为的带电油滴在极板间匀速下落，已知元电荷，重力加速度，则（ ）
A. 油滴带正电
B. 油滴中电子的数目为
C. 油滴从小孔运动到金属板B过程中，电势能减少
D 若将金属板A向上缓慢移动一小段距离，油滴将加速下降
【答案】D
【解析】
【详解】A．带电油滴在极板间匀速下落，可知带电油滴受到电场力方向竖直向上，与电场方向相反，故油滴带负电，A错误；
B．带电油滴在极板间匀速下落，根据受力平衡可得
解得油滴的电荷量为
可知等于油滴的电荷量，并不等于油滴中电子的数目，B错误；
C．油滴从小孔运动到金属板B过程中，电场力做功为
可知电场力做负功，电势能增加，C错误；
D．根据
若将金属板A向上缓慢移动一小段距离，极板间的距离增大，极板间的电压不变，则极板间的电场强度减小，油滴受到的电场力减小，故油滴受到的合力竖直向下，油滴将加速下降，D正确。
故选D。
6. 随着工作压力的增大以及生活水平的提高，越来越多的人选择在假期出行旅游放松身上放置一与地板成θ角的木板，木板上静置一木块。某段时间内，木块随车厢一起斜向上做加速度为a的匀加速运动。已知缆绳与水平方向夹角也为θ。若木板与车厢底板夹角缓慢增大稍许，木块、木板与车厢始终保持相对静止，则关于木块对木板的压力和木块对木板的摩擦，下列说法正确的是（ ）

A. 减小，减小B. 增大，增大
C. 减小，增大D. 增大，减小
【答案】C
【解析】
【详解】木块受力如图甲，支持力与静摩擦合力斜向右上，与重力的合力沿缆绳斜向右上。因为木块质量和加速度均不变，故三个力的合力不变，又木块重力不变，则支持力与静摩擦合力不变。木板与底板夹角缓慢增大稍许，如图乙，减小，增大。
故选C。
二、选择题（本题共4小题，每小题5分，共20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，有选错的得0分）
7. 近日根据国际报道，光纤通信速率创造出了新的记录，每秒可以传达1.84Pbit，这相当于每秒可以传输约236个1TB硬盘的数据。目前正常的网速想要传输1TB硬盘的数据，需要花费四到八小时以上，如果这项技术能大规模商用，网速将得到大幅提升。光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图甲所示，一束激光由光导纤维左端的点O以的入射角射入一直线光导纤维内，恰好在光导纤维的侧面（侧面与过O的法线平行）发生全反射，如图乙所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 光纤内芯的折射率比外套的小B. 光从左端空中进入光纤内芯后，其频率不变
C. 频率越大的光在光纤中传播的速度越大D. 内芯对这种激光的折射率
【答案】BD
【解析】
【详解】A．激光在内芯和外套界面上发生全反射，所以内芯是光密介质，外套是光疏介质，即光纤内芯的折射率比外套的大，故A错误；
B．光从左端空中进入光纤内芯后，波长和波速会发生变化，但频率和周期不变，故B正确；
C．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据
光在光纤中传播的速度越小，故C错误；
D．根据折射定律
根据全反射公式
联立解得
故D正确
故选BD。
8. 如图a所示，下端附有重物的粗细均匀木棒浮在水中，已知水的密度为 ρ ，木棒的横截面积为 S ，重力加速度大小为 g ，将木棒向下按压一段距离后释放，木棒所受的浮力 F 随时间周期性变化，如图b所示，下列说法正确的是（ ）

A. 木棒做简谐运动，重力充当回复力
B. 0~0.25s 内木棒的加速度逐渐减小
C. 木棒和重物的重力之和等于
D. 木棒所受合外力与偏离初始位置的距离成正比
【答案】BD
【解析】
【详解】A．木棒做简谐运动的回复力是水的浮力与木棒重力的合力，故A错误；
B．0~0.25s内木棒的浮力减小，则木棒从最低点向平衡位置运动，其所受合外力逐渐减小，则其加速度逐渐减小，故B正确；
C．根据简谐运动的特点可知，木棒和重物在最高点和最低点的位置加速度大小相等，故在最低点有：
在最高点有：
联立可得：
故C错误；
D．设向下为正，则在初始位置时，由平衡条件可得
在偏离平衡位置x位置时，木棒所受合外力为：
则木棒所受合外力大小与偏离初始位置的距离成正比，且比值为，故D正确。
故选BD。
【点睛】浮力越大，物体浸没的深度越大。简谐运动的物体在位移最大处，加速度大小相等，在平衡位置，合外力为零。
9. 如图所示，真空中的正三棱柱，在A点固定一个电荷量为的点电荷，C点固定一个电荷量为的点电荷，已知，静电力常量为k，选取无穷远处电势为0。则下列说法正确的是（ ）
A. 将一负试探电荷从点移到点，其电势能一直增大
B. 将一正试探电荷沿直线从B点移到点，电场力做正功
C. 、两点的电势差大于、两点的电势差
D. 点的电场强度大小为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据电荷的分布可知，负试探电荷从点移到点，电场力始终做负功，则其电势能增加，故A正确；
B．因为B点和点在等量异种电荷的中垂面上，而其中垂面为零等势面，因此电荷沿直线从B点移到点，电场力不做功，故B错误；
C．点和点关于等量异种电荷的中垂面对称，因此、两点的电势差等于、两点的电势差，故C错误；
D．根据场强叠加原理，如图所示
可得场强大小为
而
解得
故D正确。
故选AD。
10. 如图所示，倾斜光滑金属导轨的倾角为，水平导轨粗糙，两平行导轨的间距均为。质量为、电阻为、长度为的金属棒垂直水平导轨放置，两导轨间均存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小分别为和。现把质量为、电阻为、长度也为的金属棒垂直倾斜导轨由静止释放，重力加速度为，倾斜导轨无限长，金属棒始终静止，下列说法中正确的是（ ）
A. 金属棒受到向左摩擦力
B. 金属棒受到的最大摩擦力一定为
C. 金属棒的最大速度为
D. 金属棒减小的机械能等于金属棒和金属棒中产生的总焦耳热
【答案】AD
【解析】
【详解】A．金属棒b沿导轨下滑时，由楞次定律可知，金属棒a中电流从近端流向远端导轨，根据左手定则，可知金属棒a所受安培力水平向右，又因为金属棒始终静止，所以其所受摩擦力向左，故A正确；
B．当金属棒b下滑速度最大时，对金属棒b分析，有
对金属棒a分析，有
可得
由于和的关系未知，所以金属棒受到的最大摩擦力大小不确定，故B错误；
C．由闭合电路欧姆定律可知
解得
故C错误；
D．由能量守恒定律可知，金属棒减小的机械能等于金属棒和金属棒中产生的总焦耳热，故D正确。
故选AD。
三、填空题（本题共2小题，共16分）
11. 某物理兴趣小组利用传感器进行“探究向心力大小F与半径r、角速度、质量m的关系”实验，实验装置如图甲所示，装置中水平光滑直杆能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直杆一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。
（1）小组同学先让一个滑块做半径r为0.20m的圆周运动。得到图乙中②图线。然后保持滑块质量不变。再将运动的半径r分别调整为0.14m，0.16m，0.18m，0.22m，在同一坐标系中又分别得到图乙中⑤、④、③、①四条图线。
（2）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的______
A.探究弹簧的弹力与形变量间的关系 B.探究两个互成角度的力的合成规律
C.探究加速度与物体受力、物体质量的关系 D.探究平抛运动的特点
（3）对②图线的数据进行处理，获得了图像，如图丙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是_______（用半径r、角速度、质量m表示）。
（4）对5条图线进行比较分析，做图像，得到一条过坐标原点的直线，则该直线的斜率为_______（用半径r、角速度、质量m表示）。
【答案】 ①. AC##CA ②. ③.
【解析】
【详解】（2）[1]根据题意及实验原理可知，本实验所采用的实验探究方法为控制变量法
A．根据胡克定律
可知探究弹簧弹力与形变量之间的关系，采用了控制变量法，故A符合题意；
B．探究两个互成角度的力的合成规律，即两个分力与合力的作用效果相同，采用的是等效替代的思想，故B不符合题意；
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法进行研究的，故C符合题意；
D．探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故D不符合题意。
故选AC。
（3）[2]对②图线的数据进行分析可以看出，当增大为原来的2倍时，增大为原来的4倍，当增大为原来的3倍时，增大为原来的9倍可知，与成正比，则图像横坐标x代表的是。
（4）[3]由（3）中分析可知，在一定时，与成正比，图像又是一条过坐标原点的直线，与成正比，同时也应与成比，归纳可知，图像的斜率为。
12. 某实验小组要测量一节电池的电动势和内阻。
（1）先用多用电表的2.5直流电压挡粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电池的_________（填“正”或“负”）极相连，黑表笔与电池的另一极相连，多用电表的示数如图甲所示，则粗测的电池电动势为_________；实验小组想利用多用电表的欧姆挡粗略测量电池的内阻，你认为_________（填“可行”或“不可行”）。
（2）要精确测量电池的电动势和内阻，小组成员设计了如图乙所示的电路，为定值电阻，为滑动变阻器，两个直流电压表、均可视为理想电表。
①请根据图乙所示电路图，在图丙中用笔画线代替导线完成实物图连接_________。
②实验中移动滑动变阻器的滑片，分别读出电压表和的多组数据、。利用测出的数据描绘出图像如图丁所示，图中直线的斜率为，截距为，可得电池的电动势_________，内阻_________。（用、、表示）
【答案】 ①. 正 ②. 1.30 ③. 不可行 ④. ⑤. ⑥.
【解析】
【详解】（1）[1]用多用电表粗测电池电动势，根据多用电表的使用要求，电流从红表笔流入，从黑表笔流出，故将多用电表的红表笔与电池的正极相连；
[2]用多用电表的直流电压挡粗测该电池的电动势，故测量时该表盘的分度值为，读数为；
[3]由于多用电表的欧姆挡本身已经有电源，用多用电表的欧姆挡测电阻时，被测电阻应与其他电源断开，所以不能测量电池的内阻。
（2）①[4]依据图乙所示电路图，将实物进行连线，如图所示
②[5][6]由闭合电路欧姆定律得
干路电流
联立解得
结合图丁可知当时
联立解得
四、计算题（本题共3小题，共40分。写出必要的推理过程，仅有结果不得分）
13. 某半径为r的类地行星表面有一单色点光源P，其发出的各方向的光经过厚度为、折射率的均匀行星大气层射向太空。取包含P和行星中心O的某一截面如图所示，设此截面内，一卫星探测器在半径为的轨道上绕行星做匀速圆周运动。忽略行星表面对光的反射。求：
（1）从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角；
（2）大气外表面发光区域在截面上形成的弧长；
（3）卫星探测器运行时，只能在轨道某些部分观测到光，则这部分轨道弧长。
【答案】(1)30°；(2)；(3)
【解析】
【分析】
【详解】(1)从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角满足
解得
(2)当P点发出的光线在大气外表面恰好发生全反射时，光路如图所示
由正弦定理可得
解得
故从P点射出的光线在大气外表面恰好发生全反射时光线PB与OP延长线的夹角为45°，在大气外表面发光区域对应的圆心角为
故发光区域在截面上形成的弧长为
(3)如图所示，临界光线从B点射向卫星轨道上的C点，在直角中，由几何关系可得
解得
即轨道上能观测到光的部分对应的圆心角为60°，对应的轨道弧长为
14. 如图甲所示，固定在水平面上的滑道由A、B、C三部分组成，其中A部分为“”形平台，其上表面光滑，上方有一与其等长轻质弹簧，弹簧左端固定，右端自然伸长；B部分为质量，长的长木板，其上表面粗糙、下表面光滑；C部分为半径的竖直光滑半圆轨道，其直径竖直。现用质量的小物块将弹簧压缩至点，由静止释放后，小物块沿滑道运动至点水平抛出后恰好落在A的最右端。已知小物块与B上表面的动摩擦因数，。求：
（1）小物块运动至点时对竖直半圆轨道C的压力；
（2）弹簧压缩至点时的弹性势能；
（3）如图乙所示，将竖直半圆轨道C向右移动一段较长的距离后固定，并解除对长木板B的固定。再次将小物块压缩弹簧至点由静止释放，改变小物块与B上表面的动摩擦因数使小物块滑上B且恰好未滑下，此后B与C碰撞，小物块冲上竖直半圆轨道C。求小物块冲上竖直半圆轨道C至落地过程中上升的最大高度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知，小物块从点飞出做平拋运动，设小物块在点的速度为，水平方向上有
竖直方向上有
小物块在点，由牛顿第二定律有
联立代入数据解得
由牛顿第三定律可得，小物块运动至点时对竖直半圆轨道C的压力为
（2）根据题意，设弹簧压缩至点时的弹性势能为，小物块由点到点的过程中，由能量守恒定律有
解得
（3）设小物块滑上B的速度为，有
解得
之后小物块与B共速由动量守恒定律有
解得
根据题意，设小物块脱离轨道时速度大小为，方向与竖直方向夹角为，在脱离位置，由牛顿第二定律有
小物块冲上C到脱离轨道位置，由动能定理有
解得脱离轨道时
，
脱离轨道后，小物块做斜抛运动，则上升的最大高度为
则小物块冲上竖直半圆轨道C至落地过程中上升的最大高度
联立代入数据解得
15. 某粒子实验装置的基本结构如图（a）所示。两块圆弧形金属板间存在方向指向圆心的辐射状电场，一质量为m，电荷量为＋q的粒子从粒子源射出后沿纸面垂直该电场方向射入两金属板间，并恰好做半径为的匀速圆周运动，所经圆弧上的电场强度大小均为。在圆弧形金属板右侧有一三维坐标系，在的空间中，存在着沿y轴正方向的匀强电场，电场强度为，在的空间中存在沿z轴正方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在的区域存在着沿x轴负方向的磁场和沿y轴正方向的磁场，磁感应强度和的大小均随时间周期性变化（磁场、均未画出）。足够大的荧光屏垂直于x轴放置并可沿x轴水平移动。粒子从金属板间射出后从沿x轴正方向进入匀强电场，然后进入匀强磁场，刚进入匀强磁场时的速度方向与x轴正方向的夹角为60°，刚射出匀强磁场时速度方向沿x轴正方向，不计粒子重力。
（1）求匀强电场的电场强度的大小；
（2）求匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（3）从粒子射出匀强磁场开始计时，的区域内和的大小随时间周期性变化的规律如图（b）所示，为已知量。若粒子到达荧光屏时的速度方向与荧光屏的夹角为30°，求荧光屏所在位置的x轴坐标的可能取值。
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）粒子在圆弧形金属板间做匀速圆周运动，有
在的空间中做类平抛运动，则有
联立可得
（2）粒子进入匀强磁场区域做匀速圆周运动，其轨迹如图所示
根据洛伦兹力提供向心力有
根据几何关系有
联立可得
（3）粒子在的区域内做匀速圆周运动的周期为
轨迹半径为
a．若粒子射出时与z轴负方向的夹角为30°，则粒子在该区域内运动轨迹沿y轴负方向的俯视图如图所示
由图可得
（n=1，2，3…）
b．若粒子射出时与z轴正方向的夹角为30°，则粒子在该区域内运动轨迹沿y轴负方向的俯视图如图所示
由图可得