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海南省海口市国兴中学2023-2024学年高三下学期4月月考物理试题 B卷（原卷版+解析版）
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一、选择题（共14小题，每小题3分，共42分）
1. 如图所示，取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气。观察发现橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾，下列说法正确的是（ ）
A. 打气过程中，瓶内气体的分子动能保持不变B. 打气过程中，瓶内气体的压强与热力学温度成正比
C. 橡胶塞跳出后，瓶内气体迅速膨胀，温度降低D. 橡胶塞跳出后，瓶内水迅速蒸发，出现白雾
【答案】C
【解析】
【详解】A．打气过程中，外界对气体做功，气体内能增加，瓶内气体的分子动能变大，故A错误；
B．打气过程中，若瓶内气体的质量不变，则根据查理定律，瓶内气体的压强与热力学温度成正比，但打气过程中，瓶内气体的质量增加，则瓶内气体的压强与热力学温度不再成正比关系，故B错误；
CD．橡胶塞跳出后，瓶内气体迅速膨胀，瓶内气体对外做功，内能减小，温度降低，水蒸气预冷液化成小水珠，出现白雾，故C正确，D错误。
故选C。
2. 如图所示，匀强磁场的左边界为OO'，磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B。时刻，面积为S的单匝三角形线圈与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕OO'以角速度ω匀速转动，产生感应电动势的有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据题意可知，当三分之二的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为
转动时间为，当三分之一的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为
转动时间为，设，产生感应电动势的有效值为，则有
解得
故选A。
3. 如图所示，质量为M的光滑半圆柱体紧靠墙根放置，质量为m的小球由长度为L的细线悬挂于竖直墙壁上的A点，静止在半圆柱体上，A点距离地面的高度为L，细线与竖直方向夹角为θ。已知半圆柱体的半径可变化（质量不变），小球可视为质点，重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 当时，细线对小球的拉力大小为
B. 当时，半圆柱体对小球的支持力大小为
C. 半圆柱体受到水平地面的弹力大小为
D. 半圆柱体受到竖直墙壁的弹力最大值为mg
【答案】C
【解析】
【详解】AB．对小球进行受力分析如图所示
由几何关系可知
小球受力平衡，有
故AB错误；
CD．对小球和半圆柱体整体进行受力分析，整体受地面的支持力FN，墙壁的弹力F，细线的拉力T，重力（m+M）g，整体受力平衡，则在竖直方向上有
水平方向上有
解得
则当时F最大，最大为，故C正确，D错误。
故选C。
4. 磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架，分子层之间具有弹性，可近似类比成劲度系数为的轻质弹簧。细胞膜上的离子泵可以输运阴阳离子，使其均匀地分布在分子层上，其结构示意如图所示。已知无限大均匀带电薄板周围的电场为匀强电场，静电力常量为k，介质的相对介电常数为，细胞膜的面积。当内外两膜层分别带有电荷量Q和-Q时，关于两分子膜层之间距离的变化情况，下列说法正确的是（ ）
A. 分子层间的距离增加了B. 分子层间的距离减小了
C. 分子层间的距离增加了D. 分子层间的距离减小了
【答案】B
【解析】
【详解】内外两膜层分别带有电荷量Q和-Q时，两膜层之间电场力为引力，在该引力作用下，分子层之间的距离减小，令距离减小量为，分子层之间具有弹性，可近似类比成劲度系数为的轻质弹簧，由于无限大均匀带电薄板周围的电场为匀强电场，细胞膜的面积，则膜层周围的电场也可近似看为匀强电场，令电场强度为E，可知单独一个极板产生的场强为，则有
根据电容的表达式有
，
根据电场强度与电势差的关系有
结合上述解得
即分子层间的距离减小了。
故选B。
5. 扇车在我国西汉时期就已广泛被用来清选谷物。谷物从扇车上端的进谷口进入分离仓，分离仓右端有一鼓风机提供稳定气流，从而将谷物中的秕粒a（秕粒为不饱满的谷粒，质量较轻）和饱粒b分开。若所有谷粒进入分离仓时，在水平方向获得的动量相同。之后所有谷粒受到气流的水平作用力可视为相同。下图中虚线分别表示a、b谷粒的轨迹，、为相应谷粒所受的合外力。下列四幅图中可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】从力的角度看，水平方向的力相等，饱粒b的重力大于秕粒a的重力，如图所示
从运动上看，在水平方向获得的动量相同，饱粒b的水平速度小于秕粒a的水平速度，而从竖直方向上高度相同
运动时间相等
所以
综合可知B正确。
故选B。
6. 如图所示，两根长直导线a、b垂直放置，彼此绝缘，分别通有大小相同电流。固定的刚性正方形线圈MNPQ通有电流I，MN到a的距离与MQ到b的距离相等，线圈与导线位于同一平面内。已知通电长直导线在其周围某点所产生的磁感应强度大小，与该点到长直导线的距离成反比；线圈所受安培力的大小为F。若移走导线a，则此时线圈所受的安培力大小为（ ）
A. ，方向向左B. ，方向向右C. ，方向向左D. ，方向向右
【答案】A
【解析】
【详解】根据左手定则和右手螺旋定则，结合磁感应强度的叠加可得，线圈左右两侧受到的安培力合力方向水平向左，上下受到的安培力合力方向竖直向上，大小都为，合力大小为
故撤去导线a，则此时线圈所受的安培力为水平向左，大小为
故选A。
7. 为了使在磁场中转动的绝缘轮快速停下来，小明同学设计了以下四种方案：图甲、乙中磁场方向与轮子的转轴平行，图甲中在轮上固定闭合金属线圈，图乙中在轮上固定未闭合金属线圈；图丙、丁中磁场方向与轮子的转轴垂直，图丙中在轮上固定闭合金属线框，图丁中在轮上固定一些细金属棒。四种方案中效果最好的是（ ）
A. 甲B. 乙C. 丙D. 丁
【答案】C
【解析】
【详解】AB．图甲和图乙中当轮子转动时，穿过线圈的磁通量都是不变的，不会产生感生感应电流，则不会有磁场力阻碍轮子的运动，故AB错误；
C．图丙中在轮上固定一些闭合金属线框，线框长边与轮子转轴平行，当轮子转动时会产生感应电动势，形成感应电流，则会产生磁场力阻碍轮子转动，使轮子很快停下来，故C正确；
D．图丁中在轮上固定一些细金属棒，当轮子转动时会产生感应电动势，但是不会形成感应电流，则也不会产生磁场力阻碍轮子转动，故D错误。
故选C。
8. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。下列关于平衡位置在O处质点的振动图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】简谐横波沿x轴正方向传播，由波形图可知
解得
（n=0、1、2、3……）
n=0时T=4s；周期不可能是12s；当T=4s时，在t=2s时刻原点处的质点在平衡位置向上振动，则选项A正确，BCD错误。
故选A。
9. 2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生一种核反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（ ）
A. 核反应方程中X为电子
B. 的比结合能小于的比结合能
C. 核反应吸收的能量为
D. 核反应中的质量亏损为
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误；
B．核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则的比结合能大于的比结合能，故B错误；
CD．核反应放出的能量为
由能量守恒可得
解得
故C错误，D正确
故选D。
10. 如图所示，质量为M的拖车通过跨过定滑轮的绳子将质量为m的矿石从矿井提拉至地面。拖车以恒定功率从静止开始启动，经过时间，立刻关闭发动机，又经过时间拖车停止运动，此时矿石刚好上升至井口且速度减为0。已知整个过程拖车所受地面阻力恒为其重力的k倍，不计空气阻力和滑轮的摩擦力，绳子的质量可忽略，且绳子始终处于绷紧状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 拖车在加速阶段的平均速度大于减速阶段的平均速度
B. 整个过程矿石上升的高度为
C. 拖车在减速阶段其加速度大小为
D. 拖车刚关闭发动机时的速度为
【答案】AB
【解析】
【详解】A．设汽车的最大速度为v，减速阶段的平均速度为，加速阶段，由于加速度减小，结合v﹣t图象知，图象的斜率不断减小，此过程通过的位移大于匀加速运动到v的位移，所以其平均速度大于匀加速运动的平均速度，即大于，所以加速阶段的平均速度大于减速阶段的平均速度，故A正确；
B．设矿石上升的高度，由系统功能关系可得
联立得
故B正确；
C．拖车在减速阶段其加速度大小为
故C错误；
D．若经过时间拖车受到的阻力与牵引力等大反向，拖车刚关闭发动机时的速度为
故D错误。
故选AB。
11. 如图所示，半圆环竖直固定在水平地面上，光滑小球套在半圆环上。对小球施加一始终指向半圆环最高点B的拉力F，使小球从圆环最低点A缓缓移动到最高点B。下列说法正确的是（ ）
A. 拉力F一直减小B. 拉力F先增大后减小
C. 小球对圆环的压力大小始终不变D. 小球对圆环的压力先增大后减小
【答案】AC
【解析】
【详解】小球受力如图所示
根据相似三角形法可得
从圆环最低点A缓缓移动到最高点B过程中，小球与B点间的距离l逐渐减小，则拉力F减小，N的大小不变，根据牛顿第三定律可得小球对圆环的压力大小始终不变。
故选AC。
12. 质量、长度的木板静止在足够长的光滑水平面上，右端静置一质量的物块（可视为质点），如图（a）所示。现对木板施加一水平向右的作用力F，图像如图（b）所示。物块与木板间的摩擦因数，重力加速度g取。则（ ）
A. 6s末，物块刚好与木板分离B. 0~4s内，物块与木板不发生相对滑动
C. 0~6s内，物块与木板组成系统机械能守恒D. 4~6s内，拉力F做功等于物块与木板系统动能增量
【答案】AB
【解析】
【详解】AB．物块的最大加速度为
解得
m/s2
当N时，假设木板和物块相对静止，则有
解得
m/s2则物块可以与木板相对静止，当N时，木板的加速度为
解得
m/s2>a
物块与木板在4s末的速度相等，根据位移—时间公式可知
代入数据解得
s
所以6s末，物块刚好与木板分离，故AB正确；
C．0~6s内，物块与木板组成的系统受拉力做功，机械能不守恒，故C错误；
D．根据功能关系可知，4~6s内，拉力F做功等于物块与木板系统动能增量与系统摩擦生热之和，故D错误；
故选AB。
13. 如图所示，足够长的平行金属导轨固定在水平面内，间距，电阻不计。与导轨左端连接的线圈面积，内阻，匝数匝。一根长，质量、电阻的导体棒ab垂直放置在导轨上，与导轨间的动摩擦因数。线圈内的磁场平行于轴线向上，磁感应强度的大小随时间变化的关系为；导轨之间的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度的大小。时刻闭合开关，当时导体棒已达到最大速度，重力加速度。则（ ）
A. 刚合上开关时导体棒的加速度为
B. 导体棒运动速度的最大值为4m/s
C. 内导体棒的位移大小为16m
D. 内整个电路产生的焦耳热为20.8J
【答案】BD
【解析】
【详解】A．根据法拉第电磁感应定律可知，左侧线圈产生的感应电动势为
刚合上开关时，电路中电流为
对导体棒有
解得
故A错误；
B．导体棒运动速度最大时，导体棒所受合力为零，即有
解得
设最大速度为，则有
解得
故B正确；
C．根据题意，对导体棒由动量定理有
则有
即
解得
故C错误；
D．对导体棒，由动量定理有
即
解得
由能量守恒定律有
解得
故D正确；
故选BD。
14. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，时的波形，如图甲所示。x轴正方向上的A点与坐标原点O之间的距离小于两个波长，以该处为平衡位置的质点的振动图像，如图乙所示。本题所涉及质点均已起振。下列说法正确的是（ ）
A. 该列波的波速为2.0m/sB. A点的x坐标可能为6.5m
C. 时，A处质点的加速度方向沿y轴负方向D. 时，A处质点的速度方向沿y轴负方向
【答案】AB
【解析】
【详解】A．由振动图像知，周期为
由波动图像知，波长为
则波速
故A正确；
B．由振动图像知，时A点振动方向沿y轴负方向，由波动图像知，波沿x轴正方向传播，则A点x坐标可能为6.5m，故B正确；
C．由振动图像知，t=0时A点与t=6s时的位置一样在y轴负半轴，根据简谐运动特征，A处质点的加速度方向沿y轴正方向，故C错误；
D．由振动图像可知，t=13s时，A处质点的速度方向沿y轴正方向，故D错误。
故选AB。
二、非选择题（共58分）
15. 如图甲所示，型活塞固定在水平面上，一定质量的理想气体被封闭在导热性能良好的、质量为的汽缸中，活塞截面积为，活塞与汽缸内壁无摩擦且不漏气，大气压强为。重力加速度取，改变环境温度，缸内气体体积随温度变化如图乙所示，求：
（1）从状态A变化到状态，气体温度升高多少；
（2）在状态时，活塞对卡口的作用力多大。
【答案】（1）200K；（2）3400N
【解析】
【详解】（1）由图分析可知从状态A变化到状态B，气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律有
解得
K
从状态A变化到状态，气体温度升高
K-200K=200K
（2）在状态B时，根据平衡条件有
从状态B变化到状态C，气体发生等容变化，根据查理定律有
解得
Pa
根据平衡条件有
解得
N
16. 实验小组准备测量某金属圆柱的电阻率，发现该电阻的阻值参数找不到，经小组成员讨论后设计了电阻的测量电路图，如图所示。实验室提供的器材中，电流表的量程为100mA，内阻为，另外一个电流表的量程为200mA。现在需要一个量程为0.6A的电流表。
（1）将电流表改装成量程0.6A的电流表，则应该并联一个阻值R'＝________Ω的电阻。
（2）图中E为学生电源，G为灵敏电流计，是改装后的电流表、为电阻箱、与均为滑动变阻器，为定值电阻，S为开关，为待测金属圆柱，实验操作如下：
A．按照如图所示电路图连接好实验器材；
B．将滑动变阻器的滑片、滑动变阻器的滑片均调至适当位置，闭合开关S；
C．调整，逐步增大输出电压，并反复调整和使灵敏电流计G的示数为零，此时电流表的示数为，的示数为，电阻箱的示数为；
D．实验完毕，整理器材。
实验中反复调整和使灵敏电流计G示数为零的目的是________
（3）待测金属圆柱的阻值为________（用、、表示）。
（4）电流表、的内阻对电阻的测量结果________（选填“有”或“无”）影响。
【答案】（1）2 （2）使和两端的电压相等
（3）
（4）无
【解析】
【小问1详解】
根据电流表改装原理
解得
【小问2详解】
调节电流计G的示数为零，目的是使和两端的电压相等。
【小问3详解】
和两端的电压相等，则
解得待测金属圆柱的阻值为
【小问4详解】
根据表达式
实验原理无误差，可知电流表、的内阻对电阻的测量结果无影响。
17. 如图所示，竖直平面内固定一弯曲刚性细杆POQ，PO部分光滑，形状为四分之一圆；OQ部分粗糙，形状为抛物线，弯曲杆O点处的切线水平。小圆环穿在杆上，从P点由静止释放，到达Q点时恰好与杆之间无弹力。若以O点为坐标原点，沿水平和竖直方向建立直角坐标系xOy，则Q点的坐标为（5m，5m）。已知弯曲杆PO部分的半径，小圆环的质量，取重力加速度。求：
（1）小圆环在PO部分经过O点时对杆压力的大小；
（2）小圆环在OQ部分运动过程中克服摩擦力做的功。
【答案】（1）30N；（2）5.5J
【解析】
【详解】（1）小圆环从P到O，根据机械能守恒有
小圆环在PO部分经过O点时，根据牛顿第二定律有
联立解得，小圆环受到杆的支持力为
故小圆环在PO部分经过O点时对杆压力为30N。
（2）由于OQ部分形状为抛物线，到达Q点时恰好与杆之间无弹力，则可将小圆环从O到Q的运动等效为以初速度从O点抛出的平抛运动，由数学知识可得
根据平抛运动的抛物线方程
可得
即以初速度为5m/s从O点抛出的运动轨迹恰好与该抛物线重合，则Q点的竖直速度为
所以经过Q点时的速度大小为
从P到Q根据动能定理有
解得，小圆环在OQ部分运动过程中克服摩擦力做的功为
18. 如图甲所示，三维坐标系O-xyz所在的空间中，有平行于y轴且沿其正方向的匀强电场，电场强度的大小。一带正电的粒子由静止开始经加速电场加速后，沿xOy平面从x轴上的P（L，0，0）点进入匀强电场，经过P点时速度的大小为、与x轴负方向的夹角。当粒子运动一段时间到达Q（未画出）点时，匀强电场的方向突然变为z轴正方向，若以此刻为计时起点，且电场强度的大小随时间t的变化关系，如图乙所示，电场改变方向的同时加上沿z轴正方向的匀强磁场，磁感应强度的大小。已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，粒子的重力忽略不计，求：
（1）加速电场的电压U；
（2）Q点的位置及带电粒子到达Q点时的速度；
（3）当时带电粒子的位置坐标。
【答案】（1）；（2），，速度方向跟轴负方向的夹角为；（3）（，，）
【解析】
【详解】（1）在加速电场中，对带电粒子由动能定理得
解得
（2）对带电粒子，根据牛顿第二定律得
粒子在平面内的运动为类斜抛运动，如图所示
设粒子到达点时的速度大小为，跟轴负方向的夹角为，根据运动的合成与分解，点的位置坐标为
则有
可知速度方向跟轴负方向的夹角为。
（3）根据第（2）问计算结果可知，带电粒子到达点时的速度与连线垂直，电场变化后粒子的运动可以看成平面内的匀速圆周运动与轴方向变速直线运动的合成，由洛伦兹力提供向心力得
解得
与距离相等，即点为圆心位置，设粒子运动的周期为，则有
由于
可知该时刻粒子位置的、坐标值均为；在轴方向，设加速度大小为，根据牛顿第二定律得
该方向的坐标值为
可得
则当时带电粒子的位置坐标为（，，）。
19. 质量为m的小球以速度v0由水平地面竖直向上抛出，经多次与地面碰撞后，最终静止在地面上。已知小球与地面的碰撞为弹性碰撞，重力加速度记为g，运动过程中小球所受空气阻力视为恒定，大小为0.6mg。求小球
（1）从抛出到静止所经历的总路程；
（2）向上运动与向下运动的时间之比。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设从抛出到静止小球所经历的总路程为s，对整个过程，重力做功为零，根据动能定理得
解得
（2）小球上升和下降过程的加速度大小分别为
小球第1次向上运动的时间和位移大小分别为
设小球第1次向下运动的时间和末速度大小分别为t2和v1，则有
解得
由于小球与地面碰撞为弹性碰撞，则小球第2次以大小为v1的初速度开始向上运动，向上运动的时间和位移大小分别为
设小球第2次向下运动的时间和末速度大小分别为t4和v2，则有
解得
同理，小球第3次向上运动的时间和位移大小分别为
小球第3次向下运动的时间和末速度大小分别为
以此类推……
则小球向上和向下运动的时间分别为
t上= t1+ t3+ t5+…+ tn-1=+++…+==
t下= t2+ t4+ t6+…+ tn-2=+++…+==
故小球向上与向下运动的时间之比为
20. 图（a）为一种测量带电微粒速率分布的实验装置。图中直径为D的竖直圆筒壁上有一竖直狭缝S，高度为h，宽度忽略不计。紧贴圆筒内壁固定有高度为的半圆柱面收集板，用于收集带电微粒；板的一竖直边紧贴狭缝S，上边与狭缝S上端对齐，上边缘远离狭缝的顶点为P点，另有一距P点弧长为l的点Q，俯视图如图（b）所示。圆筒内存在一竖直向下的匀强电场，电场强度为E。令圆筒以角速度绕中心轴顺时针转动，同时由微粒源产生的微粒沿水平方向、以不同的速率射入圆筒，微粒质量均为m，电荷量均为，忽略微粒自身的重力及微粒间的相互作用。
（1）求Q点所在竖直线上收集到的微粒中，入射速率最大的微粒下落的距离；
（2）为了确保收集板任一竖直线上收集到的微粒速率相同，并且能收集到所有该速率的微粒，求圆筒转动角速度的取值范围。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）打在Q点所在竖直线上的微粒，入射速率最大时，圆筒转过的角度为
对应的时间为
加速度为
下落高度
求得
（2）带电微粒进入圆筒后，圆筒转过一圈的过程中，能收集到的速率最小的微粒下降的高度为，第一圈末时，过P点的竖直线上收集的微粒下落高度为
能收集到的速率最小的微粒对应的弧长为
加速度为
设圆筒周期为T
联立求得
因为，所以自动满足，结果合理。
一、选择题（共14小题，每小题3分，共42分）
1. 如图所示，取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气。观察发现橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾，下列说法正确的是（ ）
A. 打气过程中，瓶内气体的分子动能保持不变B. 打气过程中，瓶内气体的压强与热力学温度成正比
C. 橡胶塞跳出后，瓶内气体迅速膨胀，温度降低D. 橡胶塞跳出后，瓶内水迅速蒸发，出现白雾
【答案】C
【解析】
【详解】A．打气过程中，外界对气体做功，气体内能增加，瓶内气体的分子动能变大，故A错误；
B．打气过程中，若瓶内气体的质量不变，则根据查理定律，瓶内气体的压强与热力学温度成正比，但打气过程中，瓶内气体的质量增加，则瓶内气体的压强与热力学温度不再成正比关系，故B错误；
CD．橡胶塞跳出后，瓶内气体迅速膨胀，瓶内气体对外做功，内能减小，温度降低，水蒸气预冷液化成小水珠，出现白雾，故C正确，D错误。
故选C。
2. 如图所示，匀强磁场的左边界为OO'，磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B。时刻，面积为S的单匝三角形线圈与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕OO'以角速度ω匀速转动，产生感应电动势的有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据题意可知，当三分之二的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为
转动时间为，当三分之一的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为
转动时间为，设，产生感应电动势的有效值为，则有
解得
故选A。
3. 如图所示，质量为M的光滑半圆柱体紧靠墙根放置，质量为m的小球由长度为L的细线悬挂于竖直墙壁上的A点，静止在半圆柱体上，A点距离地面的高度为L，细线与竖直方向夹角为θ。已知半圆柱体的半径可变化（质量不变），小球可视为质点，重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 当时，细线对小球的拉力大小为
B. 当时，半圆柱体对小球的支持力大小为
C. 半圆柱体受到水平地面的弹力大小为
D. 半圆柱体受到竖直墙壁的弹力最大值为mg
【答案】C
【解析】
【详解】AB．对小球进行受力分析如图所示
由几何关系可知
小球受力平衡，有
故AB错误；
CD．对小球和半圆柱体整体进行受力分析，整体受地面的支持力FN，墙壁的弹力F，细线的拉力T，重力（m+M）g，整体受力平衡，则在竖直方向上有
水平方向上有
解得
则当时F最大，最大为，故C正确，D错误。
故选C。
4. 磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架，分子层之间具有弹性，可近似类比成劲度系数为的轻质弹簧。细胞膜上的离子泵可以输运阴阳离子，使其均匀地分布在分子层上，其结构示意如图所示。已知无限大均匀带电薄板周围的电场为匀强电场，静电力常量为k，介质的相对介电常数为，细胞膜的面积。当内外两膜层分别带有电荷量Q和-Q时，关于两分子膜层之间距离的变化情况，下列说法正确的是（ ）
A. 分子层间的距离增加了B. 分子层间的距离减小了
C. 分子层间的距离增加了D. 分子层间的距离减小了
【答案】B
【解析】
【详解】内外两膜层分别带有电荷量Q和-Q时，两膜层之间电场力为引力，在该引力作用下，分子层之间的距离减小，令距离减小量为，分子层之间具有弹性，可近似类比成劲度系数为的轻质弹簧，由于无限大均匀带电薄板周围的电场为匀强电场，细胞膜的面积，则膜层周围的电场也可近似看为匀强电场，令电场强度为E，可知单独一个极板产生的场强为，则有
根据电容的表达式有
，
根据电场强度与电势差的关系有
结合上述解得
即分子层间的距离减小了。
故选B。
5. 扇车在我国西汉时期就已广泛被用来清选谷物。谷物从扇车上端的进谷口进入分离仓，分离仓右端有一鼓风机提供稳定气流，从而将谷物中的秕粒a（秕粒为不饱满的谷粒，质量较轻）和饱粒b分开。若所有谷粒进入分离仓时，在水平方向获得的动量相同。之后所有谷粒受到气流的水平作用力可视为相同。下图中虚线分别表示a、b谷粒的轨迹，、为相应谷粒所受的合外力。下列四幅图中可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】从力的角度看，水平方向的力相等，饱粒b的重力大于秕粒a的重力，如图所示
从运动上看，在水平方向获得的动量相同，饱粒b的水平速度小于秕粒a的水平速度，而从竖直方向上高度相同
运动时间相等
所以
综合可知B正确。
故选B。
6. 如图所示，两根长直导线a、b垂直放置，彼此绝缘，分别通有大小相同电流。固定的刚性正方形线圈MNPQ通有电流I，MN到a的距离与MQ到b的距离相等，线圈与导线位于同一平面内。已知通电长直导线在其周围某点所产生的磁感应强度大小，与该点到长直导线的距离成反比；线圈所受安培力的大小为F。若移走导线a，则此时线圈所受的安培力大小为（ ）
A. ，方向向左B. ，方向向右C. ，方向向左D. ，方向向右
【答案】A
【解析】
【详解】根据左手定则和右手螺旋定则，结合磁感应强度的叠加可得，线圈左右两侧受到的安培力合力方向水平向左，上下受到的安培力合力方向竖直向上，大小都为，合力大小为
故撤去导线a，则此时线圈所受的安培力为水平向左，大小为
故选A。
7. 为了使在磁场中转动的绝缘轮快速停下来，小明同学设计了以下四种方案：图甲、乙中磁场方向与轮子的转轴平行，图甲中在轮上固定闭合金属线圈，图乙中在轮上固定未闭合金属线圈；图丙、丁中磁场方向与轮子的转轴垂直，图丙中在轮上固定闭合金属线框，图丁中在轮上固定一些细金属棒。四种方案中效果最好的是（ ）
A. 甲B. 乙C. 丙D. 丁
【答案】C
【解析】
【详解】AB．图甲和图乙中当轮子转动时，穿过线圈的磁通量都是不变的，不会产生感生感应电流，则不会有磁场力阻碍轮子的运动，故AB错误；
C．图丙中在轮上固定一些闭合金属线框，线框长边与轮子转轴平行，当轮子转动时会产生感应电动势，形成感应电流，则会产生磁场力阻碍轮子转动，使轮子很快停下来，故C正确；
D．图丁中在轮上固定一些细金属棒，当轮子转动时会产生感应电动势，但是不会形成感应电流，则也不会产生磁场力阻碍轮子转动，故D错误。
故选C。
8. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。下列关于平衡位置在O处质点的振动图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】简谐横波沿x轴正方向传播，由波形图可知
解得
（n=0、1、2、3……）
n=0时T=4s；周期不可能是12s；当T=4s时，在t=2s时刻原点处的质点在平衡位置向上振动，则选项A正确，BCD错误。
故选A。
9. 2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生一种核反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（ ）
A. 核反应方程中X为电子
B. 的比结合能小于的比结合能
C. 核反应吸收的能量为
D. 核反应中的质量亏损为
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误；
B．核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则的比结合能大于的比结合能，故B错误；
CD．核反应放出的能量为
由能量守恒可得
解得
故C错误，D正确
故选D。
10. 如图所示，质量为M的拖车通过跨过定滑轮的绳子将质量为m的矿石从矿井提拉至地面。拖车以恒定功率从静止开始启动，经过时间，立刻关闭发动机，又经过时间拖车停止运动，此时矿石刚好上升至井口且速度减为0。已知整个过程拖车所受地面阻力恒为其重力的k倍，不计空气阻力和滑轮的摩擦力，绳子的质量可忽略，且绳子始终处于绷紧状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 拖车在加速阶段的平均速度大于减速阶段的平均速度
B. 整个过程矿石上升的高度为
C. 拖车在减速阶段其加速度大小为
D. 拖车刚关闭发动机时的速度为
【答案】AB
【解析】
【详解】A．设汽车的最大速度为v，减速阶段的平均速度为，加速阶段，由于加速度减小，结合v﹣t图象知，图象的斜率不断减小，此过程通过的位移大于匀加速运动到v的位移，所以其平均速度大于匀加速运动的平均速度，即大于，所以加速阶段的平均速度大于减速阶段的平均速度，故A正确；
B．设矿石上升的高度，由系统功能关系可得
联立得
故B正确；
C．拖车在减速阶段其加速度大小为
故C错误；
D．若经过时间拖车受到的阻力与牵引力等大反向，拖车刚关闭发动机时的速度为
故D错误。
故选AB。
11. 如图所示，半圆环竖直固定在水平地面上，光滑小球套在半圆环上。对小球施加一始终指向半圆环最高点B的拉力F，使小球从圆环最低点A缓缓移动到最高点B。下列说法正确的是（ ）
A. 拉力F一直减小B. 拉力F先增大后减小
C. 小球对圆环的压力大小始终不变D. 小球对圆环的压力先增大后减小
【答案】AC
【解析】
【详解】小球受力如图所示
根据相似三角形法可得
从圆环最低点A缓缓移动到最高点B过程中，小球与B点间的距离l逐渐减小，则拉力F减小，N的大小不变，根据牛顿第三定律可得小球对圆环的压力大小始终不变。
故选AC。
12. 质量、长度的木板静止在足够长的光滑水平面上，右端静置一质量的物块（可视为质点），如图（a）所示。现对木板施加一水平向右的作用力F，图像如图（b）所示。物块与木板间的摩擦因数，重力加速度g取。则（ ）
A. 6s末，物块刚好与木板分离B. 0~4s内，物块与木板不发生相对滑动
C. 0~6s内，物块与木板组成系统机械能守恒D. 4~6s内，拉力F做功等于物块与木板系统动能增量
【答案】AB
【解析】
【详解】AB．物块的最大加速度为
解得
m/s2
当N时，假设木板和物块相对静止，则有
解得
m/s2
解得
m/s2>a
物块与木板在4s末的速度相等，根据位移—时间公式可知
代入数据解得
s
所以6s末，物块刚好与木板分离，故AB正确；
C．0~6s内，物块与木板组成的系统受拉力做功，机械能不守恒，故C错误；
D．根据功能关系可知，4~6s内，拉力F做功等于物块与木板系统动能增量与系统摩擦生热之和，故D错误；
故选AB。
13. 如图所示，足够长的平行金属导轨固定在水平面内，间距，电阻不计。与导轨左端连接的线圈面积，内阻，匝数匝。一根长，质量、电阻的导体棒ab垂直放置在导轨上，与导轨间的动摩擦因数。线圈内的磁场平行于轴线向上，磁感应强度的大小随时间变化的关系为；导轨之间的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度的大小。时刻闭合开关，当时导体棒已达到最大速度，重力加速度。则（ ）
A. 刚合上开关时导体棒的加速度为
B. 导体棒运动速度的最大值为4m/s
C. 内导体棒的位移大小为16m
D. 内整个电路产生的焦耳热为20.8J
【答案】BD
【解析】
【详解】A．根据法拉第电磁感应定律可知，左侧线圈产生的感应电动势为
刚合上开关时，电路中电流为
对导体棒有
解得
故A错误；
B．导体棒运动速度最大时，导体棒所受合力为零，即有
解得
设最大速度为，则有
解得
故B正确；
C．根据题意，对导体棒由动量定理有
则有
即
解得
故C错误；
D．对导体棒，由动量定理有
即
解得
由能量守恒定律有
解得
故D正确；
故选BD。
14. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，时的波形，如图甲所示。x轴正方向上的A点与坐标原点O之间的距离小于两个波长，以该处为平衡位置的质点的振动图像，如图乙所示。本题所涉及质点均已起振。下列说法正确的是（ ）
A. 该列波的波速为2.0m/sB. A点的x坐标可能为6.5m
C. 时，A处质点的加速度方向沿y轴负方向D. 时，A处质点的速度方向沿y轴负方向
【答案】AB
【解析】
【详解】A．由振动图像知，周期为
由波动图像知，波长为
则波速
故A正确；
B．由振动图像知，时A点振动方向沿y轴负方向，由波动图像知，波沿x轴正方向传播，则A点x坐标可能为6.5m，故B正确；
C．由振动图像知，t=0时A点与t=6s时的位置一样在y轴负半轴，根据简谐运动特征，A处质点的加速度方向沿y轴正方向，故C错误；
D．由振动图像可知，t=13s时，A处质点的速度方向沿y轴正方向，故D错误。
故选AB。
二、非选择题（共58分）
15. 如图甲所示，型活塞固定在水平面上，一定质量的理想气体被封闭在导热性能良好的、质量为的汽缸中，活塞截面积为，活塞与汽缸内壁无摩擦且不漏气，大气压强为。重力加速度取，改变环境温度，缸内气体体积随温度变化如图乙所示，求：
（1）从状态A变化到状态，气体温度升高多少；
（2）在状态时，活塞对卡口的作用力多大。
【答案】（1）200K；（2）3400N
【解析】
【详解】（1）由图分析可知从状态A变化到状态B，气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律有
解得
K
从状态A变化到状态，气体温度升高
K-200K=200K
（2）在状态B时，根据平衡条件有
从状态B变化到状态C，气体发生等容变化，根据查理定律有
解得
Pa
根据平衡条件有
解得
N
16. 实验小组准备测量某金属圆柱的电阻率，发现该电阻的阻值参数找不到，经小组成员讨论后设计了电阻的测量电路图，如图所示。实验室提供的器材中，电流表的量程为100mA，内阻为，另外一个电流表的量程为200mA。现在需要一个量程为0.6A的电流表。
（1）将电流表改装成量程0.6A的电流表，则应该并联一个阻值R'＝________Ω的电阻。
（2）图中E为学生电源，G为灵敏电流计，是改装后的电流表、为电阻箱、与均为滑动变阻器，为定值电阻，S为开关，为待测金属圆柱，实验操作如下：
A．按照如图所示电路图连接好实验器材；
B．将滑动变阻器的滑片、滑动变阻器的滑片均调至适当位置，闭合开关S；
C．调整，逐步增大输出电压，并反复调整和使灵敏电流计G的示数为零，此时电流表的示数为，的示数为，电阻箱的示数为；
D．实验完毕，整理器材。
实验中反复调整和使灵敏电流计G示数为零的目的是________
（3）待测金属圆柱的阻值为________（用、、表示）。
（4）电流表、的内阻对电阻的测量结果________（选填“有”或“无”）影响。
【答案】（1）2 （2）使和两端的电压相等
（3）
（4）无
【解析】
【小问1详解】
根据电流表改装原理
解得
【小问2详解】
调节电流计G的示数为零，目的是使和两端的电压相等。
【小问3详解】
和两端的电压相等，则
解得待测金属圆柱的阻值为
【小问4详解】
根据表达式
实验原理无误差，可知电流表、的内阻对电阻的测量结果无影响。
17. 如图所示，竖直平面内固定一弯曲刚性细杆POQ，PO部分光滑，形状为四分之一圆；OQ部分粗糙，形状为抛物线，弯曲杆O点处的切线水平。小圆环穿在杆上，从P点由静止释放，到达Q点时恰好与杆之间无弹力。若以O点为坐标原点，沿水平和竖直方向建立直角坐标系xOy，则Q点的坐标为（5m，5m）。已知弯曲杆PO部分的半径，小圆环的质量，取重力加速度。求：
（1）小圆环在PO部分经过O点时对杆压力的大小；
（2）小圆环在OQ部分运动过程中克服摩擦力做的功。
【答案】（1）30N；（2）5.5J
【解析】
【详解】（1）小圆环从P到O，根据机械能守恒有
小圆环在PO部分经过O点时，根据牛顿第二定律有
联立解得，小圆环受到杆的支持力为
故小圆环在PO部分经过O点时对杆压力为30N。
（2）由于OQ部分形状为抛物线，到达Q点时恰好与杆之间无弹力，则可将小圆环从O到Q的运动等效为以初速度从O点抛出的平抛运动，由数学知识可得
根据平抛运动的抛物线方程
可得
即以初速度为5m/s从O点抛出的运动轨迹恰好与该抛物线重合，则Q点的竖直速度为
所以经过Q点时的速度大小为
从P到Q根据动能定理有
解得，小圆环在OQ部分运动过程中克服摩擦力做的功为
18. 如图甲所示，三维坐标系O-xyz所在的空间中，有平行于y轴且沿其正方向的匀强电场，电场强度的大小。一带正电的粒子由静止开始经加速电场加速后，沿xOy平面从x轴上的P（L，0，0）点进入匀强电场，经过P点时速度的大小为、与x轴负方向的夹角。当粒子运动一段时间到达Q（未画出）点时，匀强电场的方向突然变为z轴正方向，若以此刻为计时起点，且电场强度的大小随时间t的变化关系，如图乙所示，电场改变方向的同时加上沿z轴正方向的匀强磁场，磁感应强度的大小。已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，粒子的重力忽略不计，求：
（1）加速电场的电压U；
（2）Q点的位置及带电粒子到达Q点时的速度；
（3）当时带电粒子的位置坐标。
【答案】（1）；（2），，速度方向跟轴负方向的夹角为；（3）（，，）
【解析】
【详解】（1）在加速电场中，对带电粒子由动能定理得
解得
（2）对带电粒子，根据牛顿第二定律得
粒子在平面内的运动为类斜抛运动，如图所示
设粒子到达点时的速度大小为，跟轴负方向的夹角为，根据运动的合成与分解，点的位置坐标为
则有
可知速度方向跟轴负方向的夹角为。
（3）根据第（2）问计算结果可知，带电粒子到达点时的速度与连线垂直，电场变化后粒子的运动可以看成平面内的匀速圆周运动与轴方向变速直线运动的合成，由洛伦兹力提供向心力得
解得
与距离相等，即点为圆心位置，设粒子运动的周期为，则有
由于
可知该时刻粒子位置的、坐标值均为；在轴方向，设加速度大小为，根据牛顿第二定律得
该方向的坐标值为
可得
则当时带电粒子的位置坐标为（，，）。
19. 质量为m的小球以速度v0由水平地面竖直向上抛出，经多次与地面碰撞后，最终静止在地面上。已知小球与地面的碰撞为弹性碰撞，重力加速度记为g，运动过程中小球所受空气阻力视为恒定，大小为0.6mg。求小球
（1）从抛出到静止所经历的总路程；
（2）向上运动与向下运动的时间之比。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设从抛出到静止小球所经历的总路程为s，对整个过程，重力做功为零，根据动能定理得
解得
（2）小球上升和下降过程的加速度大小分别为
小球第1次向上运动的时间和位移大小分别为
设小球第1次向下运动的时间和末速度大小分别为t2和v1，则有
解得
由于小球与地面碰撞为弹性碰撞，则小球第2次以大小为v1的初速度开始向上运动，向上运动的时间和位移大小分别为
设小球第2次向下运动的时间和末速度大小分别为t4和v2，则有
解得
同理，小球第3次向上运动的时间和位移大小分别为
小球第3次向下运动的时间和末速度大小分别为
以此类推……
则小球向上和向下运动的时间分别为
t上= t1+ t3+ t5+…+ tn-1=+++…+==
t下= t2+ t4+ t6+…+ tn-2=+++…+==
故小球向上与向下运动的时间之比为
20. 图（a）为一种测量带电微粒速率分布的实验装置。图中直径为D的竖直圆筒壁上有一竖直狭缝S，高度为h，宽度忽略不计。紧贴圆筒内壁固定有高度为的半圆柱面收集板，用于收集带电微粒；板的一竖直边紧贴狭缝S，上边与狭缝S上端对齐，上边缘远离狭缝的顶点为P点，另有一距P点弧长为l的点Q，俯视图如图（b）所示。圆筒内存在一竖直向下的匀强电场，电场强度为E。令圆筒以角速度绕中心轴顺时针转动，同时由微粒源产生的微粒沿水平方向、以不同的速率射入圆筒，微粒质量均为m，电荷量均为，忽略微粒自身的重力及微粒间的相互作用。
（1）求Q点所在竖直线上收集到的微粒中，入射速率最大的微粒下落的距离；
（2）为了确保收集板任一竖直线上收集到的微粒速率相同，并且能收集到所有该速率的微粒，求圆筒转动角速度的取值范围。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）打在Q点所在竖直线上的微粒，入射速率最大时，圆筒转过的角度为
对应的时间为
加速度为
下落高度
求得
（2）带电微粒进入圆筒后，圆筒转过一圈的过程中，能收集到的速率最小的微粒下降的高度为，第一圈末时，过P点的竖直线上收集的微粒下落高度为
能收集到的速率最小的微粒对应的弧长为
加速度为
设圆筒周期为T
联立求得
因为，所以自动满足，结果合理。
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