2024届山西省太原市高三下学期第三次模拟考试理综物理试题（原卷版+解析版）

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B. 射线的电离本领很大，在威尔逊云室中一定可以看到它的径迹
C. 碳14的衰变方程为，为电子，此核反应为人工核转变
D. 在康普顿效应中，入射的光子与晶体中的电子碰撞时，光子动量可能会变小
【答案】D
【解析】
【详解】A．巴耳末公式中的取大于2的任意整数，不能取小数，A错误；
B．射线的贯穿能力最强，射线电离本领强，威尔逊云室能够观察到射线的径迹是利用射线在云室里发生电离作用，所以射线不一定可以看到径迹，B错误；
C．根据电荷量守恒和质量数守恒可知，电子，此核反应为衰变，C错误；
D．在康普顿效应中，入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量可能会变小，D正确。
故选D。
2. 如图所示，测量玻璃的折射率实验中，下列说法正确的是（ ）
A. 光线从空气进入玻璃，频率发生了变化
B. 测量相应的角度，玻璃的折射率
C. 做实验选取的玻璃砖两个边和必须平行
D. 测折射率实验中，处的四个大头针可以在同一条直线上
【答案】B
【解析】
【详解】A．光线从空气进入玻璃，频率保持不变，故A错误；
B．测量相应的角度，根据折射定律可知玻璃的折射率为
故B正确；
C．做实验选取的玻璃砖只要可以得到入射角和折射角即可，玻璃砖两个边和不需要平行，故C错误；
D．测折射率实验中，为了得到入射角和折射角，入射光线与界面不垂直入射，所以出射光线与入射光线一定不在同一直线上，即处的四个大头针不可以在同一条直线上，故D错误。
故选B。
3. 一列简谐横波在均匀介质中沿轴负方向传播，已知处质点的振动方程为，当时刻，波形图可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】AB．由题意可知，时，在处的质点处于
此时该质点位于平衡位置，故AB错误；
CD．在的下一刻，的质点向y轴负方向振动，而该横波传播的方向沿x轴负方向，由同侧法可知，故C错误，D正确。
故选D。
4. 示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况，偏转电极上加的是待测信号电压，偏转电极接入仪器自身产生的锯齿形扫描电压。若调节扫描电压周期与信号电压周期相同，在荧光屏上可得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。下列说法正确的是（ ）
A. 电子在示波管内做类平抛运动
B. 待测信号电压不会改变电子的动能
C. 若荧光屏上恰好只出现一个周期内的正弦图像，说明待测信号随时间按正弦规律变化
D. 若荧光屏上恰好只出现一个周期内的正弦图像，把扫描电压的周期变为原来的一半，荧光屏上会出现两个周期内的正弦图像
【答案】C
【解析】
【详解】A．电子从电子枪中以一定速度打出，在中心线上做匀速直线运动，由于速度很大，所以经过两偏转电极时时间很短，可认为极板间电压不变，即受到的电场力不变。经过偏转电极时，受到与平行的电场力，此时合力与速度方向垂直，做类平抛运动。当经过偏转电极，受到与平行的电场力，此时进入电场的速度方向也与电场垂直，所以也做类平抛运动。但在示波管中运动时不是做一个类平抛运动。故A错误；
B．电子经过时，电场力做正功，所以待测信号电压使电子的动能增大。故B错误；
CD．设电子从电子枪射出时的速度为，、两极板的长度分别为、，则在两电场中运动的时间分别为
由题意可知，时间、均为定值，与电压的变化无关。
设、两极板间的距离分别、，两极板间的电场分别为
又有牛顿第二定律得
电子朝正极的偏转位移
由以上各式可得电子在极板中的偏转位移与所加电压成正比
假设待测信号电压随时间按正弦规律变化，可做图
与扫描电压图像结合可得图像
把扫描电压的周期变为原来的一半时
结合得到图形
故C正确，D错误。
故选C
5. 宇宙中行星的半径，各自相应卫星环绕行星做匀速圆周运动，卫星轨道半径与周期的关系如图所示，若不考虑其它星体对的影响及之间的作用力，下列说法正确的是（ ）
A. 行星的质量之比为B. 行星的密度之比为
C. 行星的第一宇宙速度之比为D. 行星的同步卫星的向心加速度之比为
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据牛顿第二定律
解得
则图像的斜率为
又
故行星的质量之比为
故A错误；
B．根据牛顿第二定律
解得
故行星的密度为
由题意可知，卫星在两颗行星表面做匀速圆周运动的周期相等，故行星A的密度等于行星B的密度，故B错误；
C．行星的第一宇宙速度等于卫星在行星表面做匀速圆周运动的线速度，则有
则行星的第一宇宙速度之比为
故C正确；
D．由题意可知，行星的同步卫星的周期均为，根据牛顿第二定律
解得
则行星的同步卫星的轨道半径之比为
则
D错误。
故选C。
6. 发现正电子的实验装置如下图所示，利用垂直放在匀强磁场中的云室来记录宇宙线粒子，在云室中加入一块厚的铅板，借以减慢粒子的速度。当宇宙线粒子通过云室内的磁场时，拍下粒子径迹的照片。若不考虑粒子的重力，下列选项正确的是（ ）
A. 图中的粒子是由铅板上方向下方运动的
B. 粒子穿过铅板后，其对应物质波的波长变小
C. 若照片为正电子径迹，磁场的方向垂直纸面向内
D. 在图中加入匀强电场，粒子穿出铅板前后均可沿直线运动
【答案】AC
【解析】
【详解】A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，有
整理有
由于正电子穿过铅板后，其速度变小，即轨迹半径变小，结合题图可知，正电子是由上方向下方运动的，故A项正确；
B．根据
由于穿过铅板后速度减小，粒子的质量不变，所以粒子的动量减小，结合分析可知，粒子的波长变大，故B项错误；
C．若该轨迹为正电子的轨迹，其粒子带正电，由上向下运动，根据左手定则可知，其磁场方向垂直纸面向内，故C项正确；
D．加入电场后，若要进入铅板前做匀速直线运动，有
由于穿过铅板后速度减小，则粒子受到的洛伦兹力减小，即合力不为零，所以粒子在穿出铅板后期不能做匀速直线运动，故D项错误。
故选AC。
7. 如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，磁感应强度为，线圈面积为，转动的角速度为，匝数为，线圈电阻不计，右侧接降压变压器。定值电阻，电容器电容为，电表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A. 增大线圈转动的角速度，灯泡亮度不变
B. 增大线圈转动的角速度，电压表示数变大
C. 线圈转动的角速度一定，开关S由1调至2时，电流表示数变大
D. 线圈转动的角速度一定，开关S由2调至1时，消耗的功率变大
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．由线圈转动产生的最大感应电动势为
则有电动势的有效值为
可知增大线圈转动的角速度，则最大感应电动势增大，电动势的有效值增大，灯泡亮度变大，电压表示数变大，A错误，B正确；
C．线圈转动的角速度一定，则产生电动势的有效值一定，开关S由1调至2时，降压变压器的副线圈匝数增大，由变压器原、副线圈的电压比等于匝数比可知，副线圈的输出电压升高，由于变压器是降压变压器，由变压器原、副线圈的电流比与匝数比成反比，可知原线圈的电流小于副线圈的电流，又，可知电阻上的电压增加量，要大于因原线圈的电流增大，上的电压降引起副线圈输出电压的减小量，因此电流表示数变大，C正确；
D．线圈转动的角速度一定，则产生电动势的有效值一定，开关S由2调至1时，变压器副线圈的输出电压降低，副线圈回路中的电流减小，则原线圈中电流减小，由功率公式可得
可知消耗的功率变小，D错误。
故选BC。
8. 如图所示，倾角为、动摩擦因数为的粗糙斜面体锁定在光滑水平地面上。轻绳跨过光滑定滑轮，一端拴连物块，另一端拴连物块，之间的水平绳长为，平行于斜面。初始时轻绳无弹力，将由静止释放，当摆动到最低点时， 恰好受到最大静摩擦力， 与斜面体左侧竖直面发生弹性碰撞，碰后的瞬间，同时解除斜面体与光滑地面的锁定。若最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，下列说法正确的是（ ）
A. 解除锁定后， 能上摆到水平位置
B. 与质量之比为
C. 解除锁定后， 不会与斜面发生相对滑动
D. 解除锁定前，在向下摆动的过程中，轻绳对滑轮的作用力先增大后减小
【答案】BC
【解析】
【详解】A．设物块、质量分别为、，由题意可知，若不解除锁定，与斜面体左侧竖直面发生弹性碰撞，碰撞后由机械能守恒可知，能上摆到水平位置，解除锁定后，碰后的瞬间，物块、与斜面体组成的系统动量守恒和机械能守恒，可知的一部分动能转化为物块与斜面体的动能，由机械能守恒定律可知，不能上摆到水平位置，A错误；
B．由题意可知，当摆动到最低点时，由机械能守恒定律可得
此时恰好受到最大静摩擦力，则有轻绳对的拉力大小为
由牛顿第二定律可得
联立解得
则有
B正确；
C．解除锁定后，当再次摆动到最低点时，依旧有水平方向动量守恒和能量守恒
，
解得
此时对B受力分析可得
可知此时拉力不变，再次碰撞恢复到第一次B到最低点情形，因此A不会发生相对滑动
，C正确；
D．解除锁定前，在向下摆动过程中，轻绳上的弹力逐渐增大，且两轻绳间的夹角逐渐减小，因此两轻绳对滑轮的作用力的合力一直逐渐增大，当摆动到最低点且没有与斜面体碰撞，此时两轻绳对滑轮的作用力的合力达到最大，D错误。
故选BC。
三、非选择题：共174分。
9. 某物理小组利用下图器材探究气体等温变化的规律。
（1）利用控制变量法进行研究。用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的______不变；另一方面，让空气柱的______变化不要太快，保证______不发生明显的变化。
（2）需要测量空气柱的长度和空气柱的压强，具体操作如下：空气柱的长度可以通过刻度尺读取，空气柱的长度与横截面积的______就是它的体积；空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的______读取。
（3）把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。若绘制的图像类似于双曲线，进一步通过图像来检验这个猜想，再以p为纵坐标，以______为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明______。
【答案】（1） ①. 质量 ②. 体积 ③. 温度
（2） ①. 乘积 ②. 压力表
（3） ①. ②. 被封闭气体的压强与气体的体积成反比
【解析】
【小问1详解】
[1][2][3]实验目的是探究气体等温变化的规律，那么在实验过程中需要保证空气柱内气体的质量不变，另一方面，为了保证气体的温度不发生明显的变化，所以空气柱的体积不能变化太快。
【小问2详解】
[1][2] 空气柱的长度与横截面积的乘积就是被封闭气体的体积，空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的压力表上读取。
【小问3详解】
[1][2] 若绘制图像类似于双曲线，进一步通过图像来检验这个猜想，再以p为纵坐标，为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明被封闭气体的压强与气体的体积成反比，即pV乘积为一常数。
10. 某物理小组利用下图器材探究影响感应电流方向的因素，根据实验现象，分别记录不同情况下磁体的N极、S极的运动方向以及感应电流的方向。
（1）实验现象表明：穿过线圈的磁通量都在增大时，如果磁场的方向不同（甲、乙），感应电流的方向______（选填“相同”或“不同”）；穿过线圈的磁通量都在减小时，如果磁场的方向不同（丙、丁），感应电流的方向______（选填“相同”或“不同”）。看来实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化的关系。
（2）选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析，分别研究穿过线圈的磁通量增大和减小的情况，请根据甲示例完成乙、丙、丁填空。
表1 磁通量增大时的情况
比较表1中的数据，可以发现：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加。
表2 磁通量减小时的情况
根据表1、2中的数据能得出结论：感应电流具有这样的方向，即______。
【答案】（1） ①. 不同 ②. 不同
（2）
感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化
【解析】
【小问1详解】
[1]由图甲、乙可得，电流表的偏转方向相反，所以感应电流的方向不同；
[2]由图丙、丁可得，电流表的偏转方向相反，所以感应电流的方向不同。
【小问2详解】
由图和安培定则完成表中填空
表1 磁通量增大时的情况
表2 磁通量减小时的情况
比较表1中的数据，可以发现：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加。比较表2中的数据，可以发现：当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小。所以，根据表1、2中的数据能得出结论：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
11. 如图甲所示电路中，是滑动变阻器，是定值电阻。实验时从最左端向最右端拨动滑片调节的阻值，得到各组理想电压表和理想电流表的数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的图像如图乙所示。求：
（1）当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻消耗的功率最大；
（2）当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大；
（3）当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知，当滑动变阻器在最右端时有
由图乙可知
联立解得
，
消耗的功率最大，此时可将看成电源的内电路中的电阻，此时的等效内阻为，即时，的电流最大，则消耗的功率最大
（2）消耗的功率最大，此时可将看成电源的内电路中的电阻，此时的等效内阻为
当时，等效电源的输出功率最大，则
（3）由输出功率有
由此可知，当时，电源的输出功率最大，则当此时滑动变阻器阻值为
解得
12. 如图所示，质量为、半径为的四分之一光滑圆弧槽静止在光滑水平地面上，左端最低点固定有微型压力传感器，可以测量其受到的压力。圆心正下方，质量为的小球处于静止状态，质量为的小球以一定初速度水平向右运动，与发生弹性正碰，碰后瞬间传感器的最大示数为。均可以看作质点，重力加速度为。求：
（1）的初速度；
（2）计算说明返回到底端后，能否与发生二次碰撞；
（3）滑出圆弧槽后又落回圆弧槽的这段时间内，的水平位移。
【答案】（1）；（2）不能与发生二次碰撞；（3）
【解析】
【详解】（1）与发生弹性正碰，碰后反弹回去，B加速，碰后瞬间传感器的最大示数为，则根据牛顿第三定律，在左端最低点所受支持力为，根据牛顿第二定律
解得
碰撞过程动量守恒，机械能守恒
联立解得的初速度
碰后的速度为
（2）由（1）知碰后的速度为
的速度为
滑上光滑圆弧槽，系统水平方向动量守恒，机械能守恒，则返回到底端时
联立解得
故不能与发生二次碰撞；
（3）以速度
滑上光滑圆弧槽至滑出圆弧槽上升到最高点的过程，系统水平方向动量守恒，机械能守恒
联立解得
滑出圆弧槽后又落回圆弧槽的这段时间为
故的水平位移为
13. 如图所示，整个区域内有竖直方向的匀强磁场，两根间距为、半径为光滑四分之一竖直圆弧金属导轨等高平行放置，导轨电阻不计，顶端连接阻值为的电阻。长为、质量为的金属棒从导轨顶端处由静止释放，到达导轨底端时对导轨的压力为，整个过程中金属棒与导轨接触良好，始终与导轨垂直。金属棒从处脱离导轨后水平飞出，两端通过轻质金属丝线（图中未画出）分别与导轨端相连接，金属丝线足够长始终未绷紧。金属棒从飞出水平位移后，速度为且与水平方向的夹角为；金属棒又从该位置经过一段时间后，速度变为竖直向下。金属棒与金属丝线电阻均不计，不考虑金属丝线切割磁感线产生的影响，重力加速度为。求：
（1）金属棒在处速度的大小；
（2）匀强磁场磁感应强度的大小；
（3）整个过程中电阻产生的热量。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【详解】（1）设金属棒到达导轨底端时的速度为，由重力和轨道的支持力提供向心力，根据牛顿第二定律得
解得
（2）金属棒从飞出后做曲线运动，由运动的合成与分解，根据题意可得金属棒在水平方向上只受安培力；水平位移为，水平方向运用动量定理得
又这段时间内通过的电荷量
平均感应电流
平均感应电动势
磁通量的变化量
联立可得
（3）分两个过程来求，第一个过程由处静止释放，到达导轨底端；设这个过程上产生的热量为，由能量守恒得
解得
第二个过程由飞出到速度变为竖直向下，设这个过程上产生的热量为，水平方向能量守恒得
解得
故整个过程中电阻产生的热量
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针
向上
乙
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
丙
丁
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针
向上
乙
向上
顺时针
向下
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针
向下
丁
向上
逆时针
向上
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针
向上
乙
向上
顺时针
向下
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针
向下
丁
向上
逆时针
向上