湖南省常德市石门县第一中学2023-2024学年高三下学期期中考试物理试卷

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一、单选题：本题共9小题，每小题4分，共36分。每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请选出此项并填在答题卡上对应位置。
1．制作木器家具时，工人师傅常在连接处打入木楔，如图所示，假设一个不计重力的木楔两面对称，顶角为α，竖直地被打入木制家具缝隙中。已知接触面的动摩擦因数为μ，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。要使木楔能自锁而不会自动滑动，α与μ应满足（ ）
A．μ>tanα2B．μ>tanαC．μ>1tanα2D．μ>1tanα
2．2020年11月28日20时58分，嫦娥五号探测器经过112小时奔月飞行，在距月面约400km处成功实施第一次近月制动，顺利进入环月椭圆轨道。一天后，探测器又成功实施第二次近月制动，进入200km高度的近月圆轨道，其运动过程简化为如图所示。已知月球表面重力加速度约为地球表面重力加速度的16，月球半径约为地球半径的14，24≈4.9。下列说法正确的是（ ）
A．第一次制动刚结束时嫦娥五号绕月球运行的速度大于月球的第一宇宙速度
B．嫦娥五号在环月椭圆轨道的运动周期小于在近月圆轨道的运动周期
C．嫦娥五号在环月椭圆轨道的机械能小于在近月圆轨道的机械能
D．由题设条件可估算出月球的第一宇宙速度约为1.6km/s
3．在国产科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯是其重要的科幻元素，其结构主要由地面基座、缆绳、空间站、平衡锤、运载舱组成，如图所示。地面基座为缆绳的起始段，主要起到固定作用，空间站位于距离地表36000km的地球静止同步卫星轨道，并在距离地表90000km的尾端设置了平衡锤，空间站、平衡锤、地面基座之间由若干碳纳米缆绳垂直连接，运载舱可沿缆绳上下运动。已知空间站、平衡锤与地球自转保持同步，则（ ）
A．平衡锤的加速度小于空间站的加速度
B．平衡锤的线速度小于空间站的线速度
C．平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力
D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，平衡锤将坠落地面
4．某种手机的无线充电原理如图所示。无线充电器中的基座线圈与u=2202sin100πtV的交变电源相连产生变化的磁场，手机中的接收线圈便能感应出电流给手机电池充电。已知接收线圈的两端电压为5V，下列说法正确的是（ ）
A．无线充电工作原理与变压器工作原理相同
B．接收线圈中电流的频率为100Hz
C．无线充电发射线圈与接收线圈匝数比为44∶1
D．充电时接收线圈始终有收缩的趋势
5．“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为sinθ1sinθ2=v1v2（式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同，已知v2=0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度ℎ为（ ）
A．9dsini2100−81sin2iB．d81−100sin2i10sini
C．d81−100sin2i20siniD．d100−81sin2i18sini
6．如图甲所示，上板A为光滑、平整、透明的光学标准板，下板B为一光学待检测板，两板间有空气薄膜。某同学利用该装置来检测B板的平整度，让一束单色平行光竖直向下照射到A板上，得到如图乙所示的干涉图样，图乙左侧对应图甲左侧。由此推测B板上表面可能有一条（ ）
A．“匚”形凸起带
B．“匚”形凹槽
C．“（”形凸起带
D．“（”形凹槽
7．一列简谐横波沿x轴负方向传播，t=2.5s时的波形图如图所示，此时x=2m处的质点a恰好位于平衡位置。已知该列波的波速为2m/s，则质点a的振动方程为（ ）
A．y=8sinπt+π2cm
B．y=8sinπt+3π2cm
C．y=8sinπ2t+3π2cm
D．y=8sinπt+πcm
8．设房间的温度t1=33°C时室内空气的总质量为m，现打开空调使室内温度降到t2=27°C。已知室内气体的压强不变，下列说法正确的是（ ）
A．热量从低温物体传递到高温物体违背热力学第二定律
B．温度降低的过程中，室内气体的总质量不断增大
C．温度降低至27°C时，室内气体的质量为3031m
D．温度降低后，气体分子在单位时间内对墙壁单位面积的撞击次数减少
9．太阳能是地球上最大的能源，太阳内部聚变时释放出巨大的能量。模拟太阳原理的装置叫EAST，该装置内部发生的核反应方程为12H+13H→24He+01n+17.6MeV，已知12H的比结合能为1.09MeV， 13H的比结合能为2.78MeV，其中13H在自然界中含量极微但可以用某种粒子X轰击锂核（36Li）得到，核反应方程为36Li+X→24He+13H，则下列说法不正确的是（ ）
A．粒子X为中子
B．核反应方程36Li+X→24He+13H表示的是原子核的人工转变
C．24He的比结合能是7.03MeV
D．在核反应12H+13H→24He+01n中，反应前的总质量等于反应后的总质量
二、多选题：本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，请选出来并填在答题卡上对应位置。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
10．如图所示是一儿童游戏机的简化示意图，光滑游戏面板倾斜放置，长度为8R的AB直管道固定在面板上，A位于斜面底端，AB与底边垂直，半径为R的四分之一圆弧轨道BC与AB相切于B点，C点为圆弧轨道最高点（切线水平），轻弹簧下端固定在AB管道的底端，上端系一轻绳。现缓慢下拉轻绳使弹簧压缩，后释放轻绳，弹珠经C点水平射出，最后落在斜面底边上的位置D（图中未画出），且离A点距离最近。假设所有轨道均光滑，忽略空气阻力，弹珠可视为质点。直管AB粗细不计。下列说法正确的是（ ）
A．弹珠脱离弹簧的瞬间，其动能达到最大
B．弹珠脱离弹簧的瞬间，其机械能达到最大
C．A、D之间的距离为32R
D．A、D之间的距离为1+32R
11．如图甲所示，在粗糙绝缘水平面的A、C两处分别固定两个点电荷，A、C的坐标分别为−4L和4L。已知A处电荷的电荷量为Q，图乙是AC连线之间的电势φ与坐标x的关系图，x=2L处图线最低，x=−2L处的电势为φ1，x=3L处的电势为φ2。若在x=−2L的B点由静止释放一可视为质点的带电物块，物块的质量为m、电荷量为q。物块向右运动到x=3L处速度恰好为零。则C处电荷的电荷量及物块与水平面间的动摩擦因数分别为（ ）
A．Q3 B．Q9
C．qφ1−φ2mgL D．qφ1−φ25mgL
12．如图所示，足够长且电阻不计的平行光滑金属导轨MN、OP倾斜固定，与水平面夹角为θ=30°，导轨间距为L，O、M间接有阻值为R的电阻。质量为m的金属杆CD垂直于导轨放置，与金属导轨形成闭合电路，其接入电路部分的电阻也为R，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。开始时电键S断开，由静止释放金属杆，当金属杆运动一段时间后闭合电键S，闭合瞬间金属杆的速度大小为v1，加速度大小为12g、方向沿导轨向上。自闭合电键到金属杆加速度刚为零的过程，通过电阻R的电荷量为q，电阻R上产生的焦耳热为Q。金属杆运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g。则（ ）
A．B=1LmgR2v1B．B=1L2mgRv1
C．Q=q42mgRv1+316mv12D．Q=q4mgRv12+316mv12
三、实验题
13．（6分）某同学利用智能手机的连拍功能拍摄了竖直上抛小球的上升过程中的多张照片，以验证机械能守恒定律。如图所示为照片经处理后的实际距离。已知手机每秒拍摄20张照片，小球质量m=1.00kg，g取9.8m/s2。
（1）小球从B到E的过程中，重力势能增量
△Ep= J；小球经过E点时的速度
vE= ms。（结果保留3位有效数字）
（2）以各点的动能Ek为纵轴，相对A点上升的高度h为横轴，做出Ek−ℎ图像如图所示，求得该图像斜率的绝对值为10.6J/m。若小球运动中所受阻力可视为恒力，则阻力的大小为 N。
14．（10分）某科技小组要测量一只电流表A1（量程为1mA）的内阻。
（1）该小组同学首先用多用电表进行测量，红表笔应该接电流表A1的 （选填“正”或“负”）接线柱。测量如图所示，为测量尽量精确，应改用欧姆挡 继续测量。
（2）该小组继续选用以下器材用另一方案进行更为精确的测量
电流表A2：量程为3mA，内阻约为200Ω；
定值电阻R1：阻值为10Ω；
定值电阻R2：阻值为60Ω；
滑动变阻器R3：最大电阻20Ω，额定电流1A；
直流电源：电动势1.5V，内阻为0.5Ω；
开关，导线若干。
①实验电路中的定值电阻应选用 （选填“R1”或“R2”）。
②在下图中将正确的实验电路图补充完整（必须在图中注明所选器材的符号）。

③该小组通过调节滑动变阻器进行了多次测量，以I2为纵轴，I1为横轴，根据测量数据画出的图像如图所示，则所测电流表A1的内阻应为 Ω。
四、解答题
15．（9分）双响爆竹是民间庆典使用较多的一种烟花爆竹，其结构简图如图所示，纸筒内分上、下两层安放火药。使用时首先引燃下层火药，使爆竹获得竖直向上的初速度，升空后上层火药被引燃，爆竹凌空爆响。一人某次在水平地面上燃放双响爆竹，爆竹上升至最高点时恰好引燃上层火药，立即爆炸成两部分，两部分的质量之比为1︰2，获得的速度均沿水平方向。已知这次燃放爆竹上升的最大高度为h，两部分落地点之间的距离为L，重力加速度为g，不计空气阻力，不计火药爆炸对爆竹总质量的影响。
（1）求引燃上层火药后两部分各自获得的速度大小。
（2）已知火药燃爆时爆竹增加的机械能与火药的质量成正比，求上、下两层火药的质量比。

16．（12分）传送带在各种输送类场景中应用广泛。如图甲所示，足够长的传送带与水平面的夹角为α=30°，一质量分布均匀的长方体物块静止在传送带上。t=0时接通电源，传送带开始逆时针转动，其加速度a随时间t的变化规律如图乙所示（a0未知），t=0.5s后的加速度为0.传送带的加速度增加到a0时物块开始相对传送带运动。已知物块的质量m=1kg，与传送带之间的动摩擦因数μ=32，重力加速度g=10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
（1）求传送带转动的最大速度的大小；
（2）求整个过程物块和传送带由于摩擦产生的内能；
（3）如图丙所示，将物块看做由上、下两部分组成，两部分之间的分界线（虚线）平行于物块的上、下表面，与上表面的距离为物块上、下表面间距的13，求分界线下面部分给上面部分的作用力F0的大小；
（4）若t=0时刻开始对物块施加另一力F，使物块一直以加速度a0沿传送带斜向下做匀加速直线运动，求F的最小值。

17．（12分）如图甲所示，空间中正四棱柱区域A1B1C1D1−A3B3C3D3的侧面C1C3D3D1与电容器的下极板Q处于同一水平面，极板Q的中线与D1D3在同一直线上。电容器两极板间的距离为d，两极板的长度均为L，正四棱柱底边长也为d、截面A2B2C2D2将正四棱柱分为左、右两部分，A2B2C2D2左侧部分为正方体，其中（包括正方体边界）存在磁感应强度竖直向上、大小为3mv05qd的匀强磁场；A2B2C2D2右侧部分存在磁感应强度水平向右、大小为9mv010qd的匀强磁场。在电容器左侧有一离子源，离子源持续射出带电量为+q、质量为m的离子，所有离子射出后均从Q板左侧中点正上方距离Q板d2处射入两板间，入射速度均为v0，方向与Q板的中线平行，电容器两极板间的电势差随时间的变化规律如图乙所示（U未知），不同时刻射入的离子刚好都能从电容器右侧射出。不计离子的重力及离子间相互作用。
（1）求图乙中U的大小。
（2）以截面A2B2C2D2的中心为坐标原点在该截面上建立直角坐标系（如图甲中所示），x轴水平；y轴竖直，求t=3L8v0时刻射入电容器的离子通过截面A2B2C2D2时的坐标。
（3）要使所有离子都不能从正四棱柱的A3B3C3D3面射出，求正四棱柱侧棱的最小长度。