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2023-2024学年河北省邯郸市高三（第四次）调研考试物理试卷（含详细答案解析）
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这是一份2023-2024学年河北省邯郸市高三（第四次）调研考试物理试卷（含详细答案解析），共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料 94238Pu作为燃料，其原理为 94238Pu发生α衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为 94238Pu→X+24He，以Z和N分别表示X的电荷数和中子数，下列判断正确的是
A. Z=90，N=142B. Z=92，N=144
C. Z=92，N=142D. Z=90，N=144
2.如图甲所示，从M点到地面上的N点有Ⅰ、Ⅱ两条光滑轨道，轨道Ⅰ为直线，轨道Ⅱ为M、N两点间的最速降线，小物块从M点由静止分别沿轨道Ⅰ、Ⅱ滑到N点的速率v与时间t的关系图像如图乙所示。由图可知
A. 小物块沿轨道Ⅰ做匀加速直线运动
B. 小物块沿轨道Ⅱ做匀加速曲线运动
C. 图乙中两图线与横轴围成的面积相等
D. 小物块沿两条轨道下滑的过程中，重力的平均功率相等
3.一凿子两侧面与中心轴线平行，尖端夹角为θ，当凿子竖直向下插入木板中后，用锤子沿中心轴线竖直向下以力F敲打凿子上侧时，凿子仍静止，侧视图如图所示。若敲打凿子时凿子作用于木板1、2面的弹力大小分别记为F1、F2，忽略凿子受到的重力及摩擦力，下列判断正确的是( )
A. F1=FsinθB. F1=FcsθC. F2=FtanθD. F2=Ftanθ
4.一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图甲所示，平衡位置在x=2m处的质点P的振动图像如图乙所示，质点Q的平衡位置在x=4m处，下列说法正确的是( )
A. 该波的周期为5 s
B. 该波的波速为3m/s
C. 质点Q的振动频率为14Hz
D. 任意时刻P、Q两质点偏离平衡位置的位移相同
5.如图所示，一根跨过光滑轻滑轮的轻质细绳两端各系一个小球a、b，b球的质量是a球的2倍，用手托住b球，a球静止于地面，细绳刚好被拉紧，突然松手，b球落地后立刻静止，a球上升的最大高度为h，则松手前b球距地面的高度为
A. h2B. 2h3C. 3h4D. 4h5
6.如图甲所示，客家人口中的“风车”也叫“谷扇”，是农民常用来精选谷物的农具。在同一风力作用下，精谷和瘪谷(空壳)都从洞口水平飞出，结果精谷和瘪谷落地点不同，自然分开，简化装置如图乙所示。谷粒从洞口飞出后均做平抛运动，落在M点的谷粒速度方向和竖直方向的夹角为θ1，从洞口飞出时的速度大小为v1；落在N点的谷粒速度方向和竖直方向的夹角为θ2，从洞口飞出时的速度大小为v2。下列分析正确的是
A. N处是瘪谷，tanθ1tanθ2=v1v2B. N处是精谷，tanθ1tanθ2=v1v2
C. N处是瘪谷，tanθ1tanθ2=v2v1D. N处是精谷，tanθ1tanθ2=v2v1
7.CPU卡是一种基于芯片的智能卡，内部集成了处理器、存储器和加密模块等多个组件，正常工作电流约为5 mA，其天线为如图所示的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大，共3匝，其边长分别为2.0cm、2.2cm和2.4cm，正常工作时匀强磁场垂直穿过线圈，磁感应强度的变化率为103T/s，则CPU卡工作时的功率约为( )
A. 2.2mWB. 4.2mWC. 7.3mWD. 9.3mW
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.某车间的照明灯额定电压为12 V，利用理想降压变压器为照明灯供电，已知变压器副线圈的匝数为120匝，当原线圈的输入电压u=220 2sin100πt(V)时，照明灯正常发光，下列说法正确的是
A. 原线圈的输入电压为220 VB. 交变电流的频率为50 Hz
C. 副线圈两端电压的峰值为12 VD. 原线圈的匝数为1100匝
9.一位潜水爱好者在水下利用激光器向岸上救援人员发射激光信号时，发现激光束只有在如图所示的锥形范围内才能射出水面，已知圆锥的底面直径为6 m、母线长4 m，下列说法正确的是
A. 水的折射率为1.5
B. 潜水者不能看见岸上的救援人员
C. 救援人员看见潜水者的位置比潜水者的实际位置高
D. 潜水者在锥形范围内看见岸上的救援人员的位置比救援人员的实际位置高
10.2024年4月9日在北美洲南部能观察到日全食，此时月球和太阳的视角相等，如图所示。已知地球绕太阳运动的周期约为月球绕地球运动周期的13倍，太阳半径约为地球半径的100倍，地球半径约为月球半径的4倍，月球绕地球及地球绕太阳的运动均可视为圆周运动，根据以上数据可知
A. 地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为400:1
B. 地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为2:1
C. 太阳的质量约为地球质量的3.8×105倍
D. 地球与太阳的平均密度之比约为2:1
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某学习小组用如图甲所示的装置测量砝码盘的质量。左、右两个相同的砝码盘中各装有5个质量相同的砝码，每个砝码的质量均为m0，装置中左端砝码盘的下端连接纸带。现将左端砝码盘中的砝码逐一放到右端砝码盘中，并将两砝码盘由静止释放，运动过程中两盘一直保持水平，通过纸带计算出与转移的砝码个数n相对应的加速度a，已知交流电的频率f=50Hz。(结果均保留两位小数)
(1)某次实验，该组同学得到了如图乙所示的一条纸带，相邻两计数点间还有四个点未画出，则相邻两计数点的时间间隔为_______s，打下D点时纸带的速度大小为________m/s，纸带的加速度大小为_________m/s2。
(2)若该组同学得到的n−a图像为过原点、斜率为k的直线，则每个砝码盘的质量为_______。(用k、m0和重力加速度大小g表示)
12.为测量干电池的电动势E(约为1.5V)和内阻r(约为1Ω)，某同学将两节相同的干电池串联后设计了如图甲、乙所示的实验电路图。已知电流表的内阻约为1Ω，电压表的内阻约为3kΩ，滑动变阻器最大电阻为20Ω。
(1)按照图甲所示的电路图，将图丙中的实物连线补充完整。
(2)闭合开关S前，图丙中的滑动变阻器的滑片P应移至最_____(填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关S后，移动滑片P改变滑动变阻器接入的阻值，记录下多组电压表示数U和对应的电流表示数I，将实验记录的数据在坐标系内描点并作出U−I图像。
(4)在图丙中通过改变导线的接线位置，完成了如图乙所示电路图的实物连接，重复步骤(2)(3)。将实验记录的数据在同一坐标系内描点并作出对应的U−I图像，如图丁所示，图丁中U1、U2、I1、I2均已知。
(5)利用图丁中提供的信息可知，每节干电池的电动势E的准确值为_______，每节干电池的内阻r的准确值为_______。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.如图所示，粗细均匀的连通器左端用水银封闭长L=15cm的理想气柱，左、右两管水银面高度差H=15cm，已知外界大气压强p0=75cmHg，环境的热力学温度T0=300K，现要使左、右两管内的水银面相平。
(1)若仅在右管开口中缓慢注入水银，求需要注入的水银高度h；
(2)若仅缓慢升高左端气柱的温度，求左端气柱最终的热力学温度T。
14.如图所示，空间存在范围足够大、沿x轴负方向的匀强电场(图中未画出)，一质量为m、带电荷量为−q的带电粒子从坐标原点O沿y轴正方向以速度v0射出，带电粒子恰好经过点A(h, 3h)，不计粒子受到的重力及空气阻力。
(1)求匀强电场的电场强度大小E；
(2)若将匀强电场换为垂直xOy平面向里的匀强磁场，带电粒子仍恰好经过A点，求匀强磁场的磁感应强度大小B。
15.如图所示，可看成质点的物体A静置在木板C右端，物体B以v0=1.8m/s的速度沿水平地面向右运动，与木板C发生弹性正碰(碰撞时间极短)，最终物体A恰好能到达木板C的左端。已知物体A、B的质量都等于木板C质量的2倍，物体A与木板C之间的动摩擦因数μ=0.1，水平地面足够大且光滑，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
(1)碰撞后物体B的速度大小vB；
(2)物体A在木板C上的加速时间t；
(3)物体A、B在运动方向上的最小距离d。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了核反应中核子的质量数和电荷数守恒，进而用来判断参与反应的物质的电荷数和质量数。由核反应方程结合反应中质量数和电荷数守恒列方程组进行求解。
【解答】由题中的核反应方程： 94238Pu→X+24He
由质量数和电荷数守恒可得：238=A+4；94=Z+2
解得：Z=92，A=234，故中子数为N=A−Z=142
故C正确，ABD错误。
故选C。
2.【答案】A
【解析】【分析】
根据速率v与时间t图像的斜率可表示物体的加速度；根据图像与坐标轴所围的面积表示物体的路程；根据平均功率的定义确定重力的平均功率是否相等。
【解答】AB.由图乙可知，小物块沿轨道Ⅰ下滑过程中，做匀加速直线运动，小物块沿轨道Ⅱ下滑过程中，做加速度逐渐减小的加速运动，故 A正确，B错误;
C.速率v与时间t与坐标轴所围的面积表示物体的路程，根据甲图可知两者的路程不同，故C错误；
D.物块下滑的高度相同，根据WG=mgh可知物块重力势能减小，重力做的功相同，但沿Ⅱ下滑先到达N点，则重力的平均功率不相等，故D错误。
3.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查平衡条件的应用，正确受力分析是解题的关键。
对凿子受力分析，由平衡条件列方程分析即可判断。
【解答】
对凿子进行受力分析，
由平衡条件：F1′sinθ=F，F2′tanθ=F，则F1′=Fsinθ，F2′=Ftanθ，根据牛顿第三定律得F1=F1′=Fsinθ，F2=F2′=Ftanθ，故D正确，ABC错误。
4.【答案】C
【解析】【分析】
根据振动图象判断出周期，进而求出频率；根据波形图求出波长，由v=λT求解波传播的速度；
本题的关键要把握振动图象和波动图象的内在联系．
【解答】
A.由图乙得周期为4s，故A错误；
B.由甲图可知波长为4m，由图乙可知周期为4s，则这列波的波速为v=λT=44m/s=1m/s，故B错误；
C.周期为4s，由公式f=1T=14Hz，故C正确；
D.P、Q两质点间的距离为2m，振动步调完全相反，位移大小时刻相同，方向不同，故D错误。
5.【答案】C
【解析】设松手时b球距地面的高度为 hb ，b球着地时的速度大小为v，b球落地前的加速度为 a ，则有2mg−mg=m+2ma
解得a=13g
对b球有
hb=v22a b球落地后，对 a 球有h−hb=v22g
联立解得hb=3h4
故选C。
b球落地前a、b的加速度大小相同，根据牛顿第二定律求解a、b加速度的大小，根据竖直上抛运动学公式求解b落地前的速度，进而求解松手前b球距地面的高度。
6.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查的是在相同的风力，相同的位移，瘪谷(空壳)的木速度小，精谷质量大，加速度小，末速度小，下落相同的高度水平位移小，确定位置，根据速度偏转角的正切值确定，速度之比。
【解答】精谷和瘪谷(空壳)，在同一风力作用下，精谷质量大，加速度小，末速度小，下落相同的高度水平位移小，故N处为精谷，M处为瘪谷(空壳)，竖直方向速度相同，速度方向和竖直方向的夹角为θ，即tanθ=vxvy，tanθ1tanθ2=v1v2，故B正确，ACD错误。
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题取材近场通信(NFC)器件通讯原理，考查学生理解掌握法拉第电磁感应定律情况，关键要把握3匝线圈的连接关系，产生的感应电动势的电路联接方式，不能生搬硬套公式。
匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度均匀变化，则根据法拉第电磁感应定律，可计算出每匝线圈产生感应电动势。由于3匝线圈为串联关系，故线圈产生的感应电动势为3匝线圈产生的感应电动势之和。
【解答】根据法拉第电磁感应定律，感应电动势为：E=nΔΦΔt=nΔB⋅SΔt
本题3匝线圈面积各不同，每匝线圈相当于一个电源，3匝线圈为串联关系，故线圈产生的感应电动势为3匝线圈产生的感应电动势之和，则有：
E=E1+E2+E3=ΔB⋅S1Δt+ΔB⋅S2Δt+ΔB⋅S3Δt=ΔBΔt(S1+S2+S3)
=103×(2.02+2.22+2.42)×10−4V=1.46V
因此CPU卡工作时的功率约P=EI=1.46V×5mA=7.3mW
故ABD错误，C正确。
故选：C。
8.【答案】AB
【解析】【分析】
根据交流电的瞬时值表达式计算有效值和频率，根据变压器的电压之比等于匝数之比。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道变压器的电压之比等于匝数之比，在只有一个副线圈的情况下的电流之比等于匝数的反比；知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等。
【解答】
A、根据交流电的瞬时值表达式，原线圈的输入电压为U=220 2 2V=220V，故A正确；
B、根据交流电的瞬时值表达式，交流电的周期T=2πω=2π100πs=0.02s，交变电流的频率为f=1T=50Hz;故B正确；
C、车间的照明灯额定电压为12 V，则副线圈两端电压的有效值为12 V，副线圈两端电压的峰值为12 2V，故C错误；
D、根据n1n2=U1U2可得副线圈匝数n1=U1U2n2=22012×120匝=2200匝，故D错误。
9.【答案】CD
【解析】【分析】
根据光的折射现象，结合全反射条件，并依据光的折射定律，即可求解．
考查光的折射现象，掌握光的全反射条件，理解折射成像的位置与位置的关系．
【解答】AB.设水的折射率为n，根据几何关系sinC=35，又sinC=1n，则水的折射率为n=53，只要折射光线能到达救援人员，潜水者能看见岸上的救援人员，故AB错误；
CD.物体发出的光斜射到水面上，由于光的折射，当光进入水中后发生折射，折射光线更靠近法线方向，折射光射入潜水员的眼睛，而潜水员看到物体的像，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，比实际位置高，而救援人员再看潜水者位置时，也会认为光线是沿直线传播的，所以看到的是潜水者的虚像，比潜水者的实际位置高，故CD正确。
10.【答案】AC
【解析】【分析】
本题主要考查了万有引力定律在天体运动中的应用，对于该类问题关键是明确两个关系：①星球表面，万有引力提供重力；②对于卫星，万有引力提供向心力。
【解答】
A、设此时月球和太阳的视角为2θ，则tanθ=R月r月地=R太r地太，故r地太r月地=R太R月=4001，故A正确；
C、对卫星绕中心天体做匀速圆周运动，有：GMmr2=mr2πT2，解得M=4π2r3GT2，故太阳的质量与地球质量的比值为M太M地=r地太3T地2⋅T月2r月地3=4003132≈3.8×105，故C正确；
B、根据F=GMmr2可知，地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比F地月F太月=M地M太⋅r月太2r月地2≈M地M太⋅r地太2r月地2=819，故B错误；
D、根据ρ=MV可得，ρ地ρ太=M地M太⋅R太3R地3=5019，故D错误。
11.【答案】(1)0.10；1.19；1.72；(2)km0g−5m0
【解析】【分析】
本题考查测量砝码盘的质量实验，能根据题设得出实验原理是解题的关键。
(1)计算相邻两个计数点间的时间间隔，利用某过程的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解D点的瞬时速度；由逐差法列方程求出加速度的大小；
(2)对左、右端砝码盘和盘中砝码整体，分别由牛顿第二定律列方程，联立得出n与加速度a的表达式，结合图像斜率的含义即可求出每个砝码盘的质量。
【解答】
(1)相邻两计数点间的时间间隔T=5×150 s=0.10s
打下D点时纸带的速度vC=sCD+sDE2T=1.19m/s
由匀变速直线运动推导公式a=(sCD−sAB)+(sDE−sBC)4T2=1.72m/s2
(2)设一个砝码盘的质量为M，由牛顿第二定律得M+5m0+nm0g−M+5m0−nm0g=2M+10m0a
整理得n=M+5m0m0ga
故n−a图线的斜率k=M+5m0m0g，解得：M=km0g−5m0
12.【答案】(1)(2)右；(5)U12；U12I2 。
【解析】【分析】本题考查了测量电源电动势和内阻的原理；解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题，难度不大，属于基础题。
(1)根据实物图连接电路图；
(2)滑动变阻器采用限流式接法，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P移至阻值最大的那一端，据此分析作答；
(4)在测量电源电动势和内阻的实验中，采用电流表外接法(图甲)，电源电动势和内阻的测量值均小于真实值，但误差较小；采用电流表内接法(图乙)，电动势的测量值等于真实值，但内阻的测量值包含电流表的内阻，误差较大，测量值大于真实值；
(5)不管是采用图甲还是图乙实验电路，实验测出的电源内阻r均存在系统误差，结合电路图分析误差的大小，然后作答，根据采用电流表内接法对应于图线Ⅰ求电动势；根据采用电流表外接法对应于图线Ⅱ求短路电流；把定值电阻R0看作电源内阻的一部分，最后求电源的内阻；
【解答】(1)如图所示；
(2)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P移至最右端，保证开始时接入电路的滑动变阻器阻值最大，用以保护电路；
(5)对题图甲而言，根据闭合电路欧姆定律可得U=2E−2(URv+I)r，当U2为零时，I2为短路电流;对题图乙而言，根据闭合电路欧姆定律有U=2E−I(RA+2r)，当I为零时，U1=2E>U2，图线I对应的纵截距满足U1=2E，即E=U12；图线Ⅱ对应的横截距满足2r=U1I2，解得r=U12I2。
13.【答案】解：(1)左端气柱初态压强p=(75−15)cmHg，末态压强p0=75cmHg，则有
pL=p0L0
解得：L0=12cm
即相当于在左管中注入3 cm水银，在右管中注入18cm水银，所以有
h=3cm+18cm
解得：h=21cm；
(2)环境的热力学温度T0=300K，左端气柱温度缓慢升高，两管内的水银面相平时左端气柱末态压强p0=75cmHg，左管液面下降H2，右管液面上升H2
根据理想气体状态方程有
pLT0=p0(L+H2)T
解得：T=562.5K。
【解析】本题考查气体实验定律和理想气体状态方程。解决问题的关键是弄清封闭气体的状态参量及其变化，利用玻意耳定律和理想气体状态方程分析计算。
14.【答案】解：(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子从O点运动到A点所用的时间为t，则有
h=Eqt22m
3h=v0t
解得E=2mv023qh；
(2)根据洛伦兹力提供向心力结合几何关系有
qv0B=mv02R
3h2+(R−h)2=R2
解得B=mv02qh。
【解析】本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动。解决问题的关键是清楚带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动，利用类平抛运动的规律、洛伦兹力提供向心力分析计算。
15.【答案】解：(1)设木板C的质量为m，碰撞后木板C的速度大小为vC，根据动量守恒定律及能量守恒定律有
2mv0=mvC+2mvB
12×2mv02=12mvC2+12×2mvB2
解得vB=0.6m/s。
(2)物体B与木板C碰撞后，物体A与木板C构成的系统动量守恒，设物体A加速时的加速度大小为a，A和C的共同速度大小为v共，有
mvC=3mv共
2μmg=2ma
v共=at
解得t=0.8s；
(3)设木板C的长度为L，当物体A与物体B的速度相等时，A、B在运动方向上的距离最
小，有
12mvC2=12×3mv共2+2μmgL
d=L−vB22a
解得d=0.78m。
【解析】本题考查动量和能量的综合应用。解决问题的关键是清楚物体的相互作用过程及满足的规律，利用动量守恒定律及能量守恒定律，牛顿第二定律和功能关系分析计算。
1.放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料 94238Pu作为燃料，其原理为 94238Pu发生α衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为 94238Pu→X+24He，以Z和N分别表示X的电荷数和中子数，下列判断正确的是
A. Z=90，N=142B. Z=92，N=144
C. Z=92，N=142D. Z=90，N=144
2.如图甲所示，从M点到地面上的N点有Ⅰ、Ⅱ两条光滑轨道，轨道Ⅰ为直线，轨道Ⅱ为M、N两点间的最速降线，小物块从M点由静止分别沿轨道Ⅰ、Ⅱ滑到N点的速率v与时间t的关系图像如图乙所示。由图可知
A. 小物块沿轨道Ⅰ做匀加速直线运动
B. 小物块沿轨道Ⅱ做匀加速曲线运动
C. 图乙中两图线与横轴围成的面积相等
D. 小物块沿两条轨道下滑的过程中，重力的平均功率相等
3.一凿子两侧面与中心轴线平行，尖端夹角为θ，当凿子竖直向下插入木板中后，用锤子沿中心轴线竖直向下以力F敲打凿子上侧时，凿子仍静止，侧视图如图所示。若敲打凿子时凿子作用于木板1、2面的弹力大小分别记为F1、F2，忽略凿子受到的重力及摩擦力，下列判断正确的是( )
A. F1=FsinθB. F1=FcsθC. F2=FtanθD. F2=Ftanθ
4.一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图甲所示，平衡位置在x=2m处的质点P的振动图像如图乙所示，质点Q的平衡位置在x=4m处，下列说法正确的是( )
A. 该波的周期为5 s
B. 该波的波速为3m/s
C. 质点Q的振动频率为14Hz
D. 任意时刻P、Q两质点偏离平衡位置的位移相同
5.如图所示，一根跨过光滑轻滑轮的轻质细绳两端各系一个小球a、b，b球的质量是a球的2倍，用手托住b球，a球静止于地面，细绳刚好被拉紧，突然松手，b球落地后立刻静止，a球上升的最大高度为h，则松手前b球距地面的高度为
A. h2B. 2h3C. 3h4D. 4h5
6.如图甲所示，客家人口中的“风车”也叫“谷扇”，是农民常用来精选谷物的农具。在同一风力作用下，精谷和瘪谷(空壳)都从洞口水平飞出，结果精谷和瘪谷落地点不同，自然分开，简化装置如图乙所示。谷粒从洞口飞出后均做平抛运动，落在M点的谷粒速度方向和竖直方向的夹角为θ1，从洞口飞出时的速度大小为v1；落在N点的谷粒速度方向和竖直方向的夹角为θ2，从洞口飞出时的速度大小为v2。下列分析正确的是
A. N处是瘪谷，tanθ1tanθ2=v1v2B. N处是精谷，tanθ1tanθ2=v1v2
C. N处是瘪谷，tanθ1tanθ2=v2v1D. N处是精谷，tanθ1tanθ2=v2v1
7.CPU卡是一种基于芯片的智能卡，内部集成了处理器、存储器和加密模块等多个组件，正常工作电流约为5 mA，其天线为如图所示的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大，共3匝，其边长分别为2.0cm、2.2cm和2.4cm，正常工作时匀强磁场垂直穿过线圈，磁感应强度的变化率为103T/s，则CPU卡工作时的功率约为( )
A. 2.2mWB. 4.2mWC. 7.3mWD. 9.3mW
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.某车间的照明灯额定电压为12 V，利用理想降压变压器为照明灯供电，已知变压器副线圈的匝数为120匝，当原线圈的输入电压u=220 2sin100πt(V)时，照明灯正常发光，下列说法正确的是
A. 原线圈的输入电压为220 VB. 交变电流的频率为50 Hz
C. 副线圈两端电压的峰值为12 VD. 原线圈的匝数为1100匝
9.一位潜水爱好者在水下利用激光器向岸上救援人员发射激光信号时，发现激光束只有在如图所示的锥形范围内才能射出水面，已知圆锥的底面直径为6 m、母线长4 m，下列说法正确的是
A. 水的折射率为1.5
B. 潜水者不能看见岸上的救援人员
C. 救援人员看见潜水者的位置比潜水者的实际位置高
D. 潜水者在锥形范围内看见岸上的救援人员的位置比救援人员的实际位置高
10.2024年4月9日在北美洲南部能观察到日全食，此时月球和太阳的视角相等，如图所示。已知地球绕太阳运动的周期约为月球绕地球运动周期的13倍，太阳半径约为地球半径的100倍，地球半径约为月球半径的4倍，月球绕地球及地球绕太阳的运动均可视为圆周运动，根据以上数据可知
A. 地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为400:1
B. 地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为2:1
C. 太阳的质量约为地球质量的3.8×105倍
D. 地球与太阳的平均密度之比约为2:1
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某学习小组用如图甲所示的装置测量砝码盘的质量。左、右两个相同的砝码盘中各装有5个质量相同的砝码，每个砝码的质量均为m0，装置中左端砝码盘的下端连接纸带。现将左端砝码盘中的砝码逐一放到右端砝码盘中，并将两砝码盘由静止释放，运动过程中两盘一直保持水平，通过纸带计算出与转移的砝码个数n相对应的加速度a，已知交流电的频率f=50Hz。(结果均保留两位小数)
(1)某次实验，该组同学得到了如图乙所示的一条纸带，相邻两计数点间还有四个点未画出，则相邻两计数点的时间间隔为_______s，打下D点时纸带的速度大小为________m/s，纸带的加速度大小为_________m/s2。
(2)若该组同学得到的n−a图像为过原点、斜率为k的直线，则每个砝码盘的质量为_______。(用k、m0和重力加速度大小g表示)
12.为测量干电池的电动势E(约为1.5V)和内阻r(约为1Ω)，某同学将两节相同的干电池串联后设计了如图甲、乙所示的实验电路图。已知电流表的内阻约为1Ω，电压表的内阻约为3kΩ，滑动变阻器最大电阻为20Ω。
(1)按照图甲所示的电路图，将图丙中的实物连线补充完整。
(2)闭合开关S前，图丙中的滑动变阻器的滑片P应移至最_____(填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关S后，移动滑片P改变滑动变阻器接入的阻值，记录下多组电压表示数U和对应的电流表示数I，将实验记录的数据在坐标系内描点并作出U−I图像。
(4)在图丙中通过改变导线的接线位置，完成了如图乙所示电路图的实物连接，重复步骤(2)(3)。将实验记录的数据在同一坐标系内描点并作出对应的U−I图像，如图丁所示，图丁中U1、U2、I1、I2均已知。
(5)利用图丁中提供的信息可知，每节干电池的电动势E的准确值为_______，每节干电池的内阻r的准确值为_______。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.如图所示，粗细均匀的连通器左端用水银封闭长L=15cm的理想气柱，左、右两管水银面高度差H=15cm，已知外界大气压强p0=75cmHg，环境的热力学温度T0=300K，现要使左、右两管内的水银面相平。
(1)若仅在右管开口中缓慢注入水银，求需要注入的水银高度h；
(2)若仅缓慢升高左端气柱的温度，求左端气柱最终的热力学温度T。
14.如图所示，空间存在范围足够大、沿x轴负方向的匀强电场(图中未画出)，一质量为m、带电荷量为−q的带电粒子从坐标原点O沿y轴正方向以速度v0射出，带电粒子恰好经过点A(h, 3h)，不计粒子受到的重力及空气阻力。
(1)求匀强电场的电场强度大小E；
(2)若将匀强电场换为垂直xOy平面向里的匀强磁场，带电粒子仍恰好经过A点，求匀强磁场的磁感应强度大小B。
15.如图所示，可看成质点的物体A静置在木板C右端，物体B以v0=1.8m/s的速度沿水平地面向右运动，与木板C发生弹性正碰(碰撞时间极短)，最终物体A恰好能到达木板C的左端。已知物体A、B的质量都等于木板C质量的2倍，物体A与木板C之间的动摩擦因数μ=0.1，水平地面足够大且光滑，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
(1)碰撞后物体B的速度大小vB；
(2)物体A在木板C上的加速时间t；
(3)物体A、B在运动方向上的最小距离d。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了核反应中核子的质量数和电荷数守恒，进而用来判断参与反应的物质的电荷数和质量数。由核反应方程结合反应中质量数和电荷数守恒列方程组进行求解。
【解答】由题中的核反应方程： 94238Pu→X+24He
由质量数和电荷数守恒可得：238=A+4；94=Z+2
解得：Z=92，A=234，故中子数为N=A−Z=142
故C正确，ABD错误。
故选C。
2.【答案】A
【解析】【分析】
根据速率v与时间t图像的斜率可表示物体的加速度；根据图像与坐标轴所围的面积表示物体的路程；根据平均功率的定义确定重力的平均功率是否相等。
【解答】AB.由图乙可知，小物块沿轨道Ⅰ下滑过程中，做匀加速直线运动，小物块沿轨道Ⅱ下滑过程中，做加速度逐渐减小的加速运动，故 A正确，B错误;
C.速率v与时间t与坐标轴所围的面积表示物体的路程，根据甲图可知两者的路程不同，故C错误；
D.物块下滑的高度相同，根据WG=mgh可知物块重力势能减小，重力做的功相同，但沿Ⅱ下滑先到达N点，则重力的平均功率不相等，故D错误。
3.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查平衡条件的应用，正确受力分析是解题的关键。
对凿子受力分析，由平衡条件列方程分析即可判断。
【解答】
对凿子进行受力分析，
由平衡条件：F1′sinθ=F，F2′tanθ=F，则F1′=Fsinθ，F2′=Ftanθ，根据牛顿第三定律得F1=F1′=Fsinθ，F2=F2′=Ftanθ，故D正确，ABC错误。
4.【答案】C
【解析】【分析】
根据振动图象判断出周期，进而求出频率；根据波形图求出波长，由v=λT求解波传播的速度；
本题的关键要把握振动图象和波动图象的内在联系．
【解答】
A.由图乙得周期为4s，故A错误；
B.由甲图可知波长为4m，由图乙可知周期为4s，则这列波的波速为v=λT=44m/s=1m/s，故B错误；
C.周期为4s，由公式f=1T=14Hz，故C正确；
D.P、Q两质点间的距离为2m，振动步调完全相反，位移大小时刻相同，方向不同，故D错误。
5.【答案】C
【解析】设松手时b球距地面的高度为 hb ，b球着地时的速度大小为v，b球落地前的加速度为 a ，则有2mg−mg=m+2ma
解得a=13g
对b球有
hb=v22a b球落地后，对 a 球有h−hb=v22g
联立解得hb=3h4
故选C。
b球落地前a、b的加速度大小相同，根据牛顿第二定律求解a、b加速度的大小，根据竖直上抛运动学公式求解b落地前的速度，进而求解松手前b球距地面的高度。
6.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查的是在相同的风力，相同的位移，瘪谷(空壳)的木速度小，精谷质量大，加速度小，末速度小，下落相同的高度水平位移小，确定位置，根据速度偏转角的正切值确定，速度之比。
【解答】精谷和瘪谷(空壳)，在同一风力作用下，精谷质量大，加速度小，末速度小，下落相同的高度水平位移小，故N处为精谷，M处为瘪谷(空壳)，竖直方向速度相同，速度方向和竖直方向的夹角为θ，即tanθ=vxvy，tanθ1tanθ2=v1v2，故B正确，ACD错误。
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题取材近场通信(NFC)器件通讯原理，考查学生理解掌握法拉第电磁感应定律情况，关键要把握3匝线圈的连接关系，产生的感应电动势的电路联接方式，不能生搬硬套公式。
匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度均匀变化，则根据法拉第电磁感应定律，可计算出每匝线圈产生感应电动势。由于3匝线圈为串联关系，故线圈产生的感应电动势为3匝线圈产生的感应电动势之和。
【解答】根据法拉第电磁感应定律，感应电动势为：E=nΔΦΔt=nΔB⋅SΔt
本题3匝线圈面积各不同，每匝线圈相当于一个电源，3匝线圈为串联关系，故线圈产生的感应电动势为3匝线圈产生的感应电动势之和，则有：
E=E1+E2+E3=ΔB⋅S1Δt+ΔB⋅S2Δt+ΔB⋅S3Δt=ΔBΔt(S1+S2+S3)
=103×(2.02+2.22+2.42)×10−4V=1.46V
因此CPU卡工作时的功率约P=EI=1.46V×5mA=7.3mW
故ABD错误，C正确。
故选：C。
8.【答案】AB
【解析】【分析】
根据交流电的瞬时值表达式计算有效值和频率，根据变压器的电压之比等于匝数之比。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道变压器的电压之比等于匝数之比，在只有一个副线圈的情况下的电流之比等于匝数的反比；知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等。
【解答】
A、根据交流电的瞬时值表达式，原线圈的输入电压为U=220 2 2V=220V，故A正确；
B、根据交流电的瞬时值表达式，交流电的周期T=2πω=2π100πs=0.02s，交变电流的频率为f=1T=50Hz;故B正确；
C、车间的照明灯额定电压为12 V，则副线圈两端电压的有效值为12 V，副线圈两端电压的峰值为12 2V，故C错误；
D、根据n1n2=U1U2可得副线圈匝数n1=U1U2n2=22012×120匝=2200匝，故D错误。
9.【答案】CD
【解析】【分析】
根据光的折射现象，结合全反射条件，并依据光的折射定律，即可求解．
考查光的折射现象，掌握光的全反射条件，理解折射成像的位置与位置的关系．
【解答】AB.设水的折射率为n，根据几何关系sinC=35，又sinC=1n，则水的折射率为n=53，只要折射光线能到达救援人员，潜水者能看见岸上的救援人员，故AB错误；
CD.物体发出的光斜射到水面上，由于光的折射，当光进入水中后发生折射，折射光线更靠近法线方向，折射光射入潜水员的眼睛，而潜水员看到物体的像，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，比实际位置高，而救援人员再看潜水者位置时，也会认为光线是沿直线传播的，所以看到的是潜水者的虚像，比潜水者的实际位置高，故CD正确。
10.【答案】AC
【解析】【分析】
本题主要考查了万有引力定律在天体运动中的应用，对于该类问题关键是明确两个关系：①星球表面，万有引力提供重力；②对于卫星，万有引力提供向心力。
【解答】
A、设此时月球和太阳的视角为2θ，则tanθ=R月r月地=R太r地太，故r地太r月地=R太R月=4001，故A正确；
C、对卫星绕中心天体做匀速圆周运动，有：GMmr2=mr2πT2，解得M=4π2r3GT2，故太阳的质量与地球质量的比值为M太M地=r地太3T地2⋅T月2r月地3=4003132≈3.8×105，故C正确；
B、根据F=GMmr2可知，地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比F地月F太月=M地M太⋅r月太2r月地2≈M地M太⋅r地太2r月地2=819，故B错误；
D、根据ρ=MV可得，ρ地ρ太=M地M太⋅R太3R地3=5019，故D错误。
11.【答案】(1)0.10；1.19；1.72；(2)km0g−5m0
【解析】【分析】
本题考查测量砝码盘的质量实验，能根据题设得出实验原理是解题的关键。
(1)计算相邻两个计数点间的时间间隔，利用某过程的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解D点的瞬时速度；由逐差法列方程求出加速度的大小；
(2)对左、右端砝码盘和盘中砝码整体，分别由牛顿第二定律列方程，联立得出n与加速度a的表达式，结合图像斜率的含义即可求出每个砝码盘的质量。
【解答】
(1)相邻两计数点间的时间间隔T=5×150 s=0.10s
打下D点时纸带的速度vC=sCD+sDE2T=1.19m/s
由匀变速直线运动推导公式a=(sCD−sAB)+(sDE−sBC)4T2=1.72m/s2
(2)设一个砝码盘的质量为M，由牛顿第二定律得M+5m0+nm0g−M+5m0−nm0g=2M+10m0a
整理得n=M+5m0m0ga
故n−a图线的斜率k=M+5m0m0g，解得：M=km0g−5m0
12.【答案】(1)(2)右；(5)U12；U12I2 。
【解析】【分析】本题考查了测量电源电动势和内阻的原理；解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题，难度不大，属于基础题。
(1)根据实物图连接电路图；
(2)滑动变阻器采用限流式接法，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P移至阻值最大的那一端，据此分析作答；
(4)在测量电源电动势和内阻的实验中，采用电流表外接法(图甲)，电源电动势和内阻的测量值均小于真实值，但误差较小；采用电流表内接法(图乙)，电动势的测量值等于真实值，但内阻的测量值包含电流表的内阻，误差较大，测量值大于真实值；
(5)不管是采用图甲还是图乙实验电路，实验测出的电源内阻r均存在系统误差，结合电路图分析误差的大小，然后作答，根据采用电流表内接法对应于图线Ⅰ求电动势；根据采用电流表外接法对应于图线Ⅱ求短路电流；把定值电阻R0看作电源内阻的一部分，最后求电源的内阻；
【解答】(1)如图所示；
(2)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P移至最右端，保证开始时接入电路的滑动变阻器阻值最大，用以保护电路；
(5)对题图甲而言，根据闭合电路欧姆定律可得U=2E−2(URv+I)r，当U2为零时，I2为短路电流;对题图乙而言，根据闭合电路欧姆定律有U=2E−I(RA+2r)，当I为零时，U1=2E>U2，图线I对应的纵截距满足U1=2E，即E=U12；图线Ⅱ对应的横截距满足2r=U1I2，解得r=U12I2。
13.【答案】解：(1)左端气柱初态压强p=(75−15)cmHg，末态压强p0=75cmHg，则有
pL=p0L0
解得：L0=12cm
即相当于在左管中注入3 cm水银，在右管中注入18cm水银，所以有
h=3cm+18cm
解得：h=21cm；
(2)环境的热力学温度T0=300K，左端气柱温度缓慢升高，两管内的水银面相平时左端气柱末态压强p0=75cmHg，左管液面下降H2，右管液面上升H2
根据理想气体状态方程有
pLT0=p0(L+H2)T
解得：T=562.5K。
【解析】本题考查气体实验定律和理想气体状态方程。解决问题的关键是弄清封闭气体的状态参量及其变化，利用玻意耳定律和理想气体状态方程分析计算。
14.【答案】解：(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子从O点运动到A点所用的时间为t，则有
h=Eqt22m
3h=v0t
解得E=2mv023qh；
(2)根据洛伦兹力提供向心力结合几何关系有
qv0B=mv02R
3h2+(R−h)2=R2
解得B=mv02qh。
【解析】本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动。解决问题的关键是清楚带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动，利用类平抛运动的规律、洛伦兹力提供向心力分析计算。
15.【答案】解：(1)设木板C的质量为m，碰撞后木板C的速度大小为vC，根据动量守恒定律及能量守恒定律有
2mv0=mvC+2mvB
12×2mv02=12mvC2+12×2mvB2
解得vB=0.6m/s。
(2)物体B与木板C碰撞后，物体A与木板C构成的系统动量守恒，设物体A加速时的加速度大小为a，A和C的共同速度大小为v共，有
mvC=3mv共
2μmg=2ma
v共=at
解得t=0.8s；
(3)设木板C的长度为L，当物体A与物体B的速度相等时，A、B在运动方向上的距离最
小，有
12mvC2=12×3mv共2+2μmgL
d=L−vB22a
解得d=0.78m。
【解析】本题考查动量和能量的综合应用。解决问题的关键是清楚物体的相互作用过程及满足的规律，利用动量守恒定律及能量守恒定律，牛顿第二定律和功能关系分析计算。
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