[物理]湘豫名校联考2023_2024学年高三下学期第四次模拟考试试卷(解析版)

这是一份[物理]湘豫名校联考2023_2024学年高三下学期第四次模拟考试试卷(解析版)，共19页。试卷主要包含了本试卷分第I卷两部分等内容，欢迎下载使用。

注意事项：
1．本试卷分第I卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分．考试时间150分钟，满分300分．答题前，考生先将自已的姓名、准考证号填写在试卷指定位置，并将姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上，然后认真核对条形码上的信息，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置．
2．回答第I卷时，选出每小题答案后，用2B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．写在本试题卷上无效．
3．回答第Ⅱ卷时，将答案写在答题卡上．写在本试题卷上无效．
4．考试结束后，将本试题卷和答题卡一并交回．
第I卷 选择题
一、选择题：
1. 2023年12月1日发生了大地磁暴．当天，北京上空罕见地出现了绚丽多彩的极光．极光常常出现于高纬度地区上空，一般呈带状、弧状、幕状、放射状，这些形状有时稳定有时做连续性变化。来自太阳的高能带电粒子与大气层分子和原子碰撞，使被撞击的分子和原子发光．极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子。下列说法正确的是（ ）
A. 高能带电粒子来自太阳，这种带电粒子流（太阳风）进入地球磁场时发光形成极光
B. 带电粒子流与大气中的分子和原子碰撞，发生核反应，放射出射线形成极光
C. 地磁场使得带电粒子不能径直到达地面，而是被“运到”地球的南北两极
D. 地磁场对赤道的保护较好，对两极的保护较弱，是因为赤道上空磁场更强
【答案】C
【解析】AB．高能带电粒子来自太阳，这种带电粒子流（太阳风）进入地球磁场时击穿大气层，并与大气中的分子和原子碰撞，使被撞击的分子和原子处于激发态．处于激发态的分子和原子，恢复常态时，其激发的能量就能以光能的形式发射出来，从而形成了极光，故AB错误；
C．从太阳射来的带电粒子，不能径直到达地面是受到了地磁场的影响，以螺旋运动方式趋近于地球南北两极，故C正确；
D．地磁场对赤道的保护较好，对两极的保护较弱主要是因为磁场的分布，而不是磁场的强弱，故D错误。
故选C。
2. 如图，质量为M，半径为R的圆弧槽，置于光滑水平面上．将一可视为质点的滑块从与圆心等高处无初速度地释放，滑块的质量为m，且，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（ ）
A. 若圆弧面光滑，则圆弧槽与滑块组成的系统动量守恒
B. 若圆弧面光滑，则滑块运动至水平面时速度大小为
C. 若圆弧面粗糙，滑块能运动至水平面，则圆弧槽的位移大小为
D. 若圆弧面粗糙，滑块能运动至水平面，则滑块的位移大小为
【答案】C
【解析】A．若圆弧面光滑，圆弧槽与滑块组成的系统在水平方向动量守恒，故A错误；
B．若圆弧面光滑，设滑块运动至水平面时速度大小为，圆弧糟速度大小为，由机械能守恒定律知
在水平方向上动量守恒有，
联立解得，
故B错误；
C．若圆弧面粗糙，滑块能运动至水平面，设滑块与圆弧槽相对于地面沿水平方向的位移分别为和，由水平方向动量守恒有，
解得
，
故C正确；
D．由于滑块还发生了竖直位移R，故滑块的位移大小为
故D错误。
就选C。
3. 2024年春南方多地经历低温冻雨、降雪后，随着气温回升，出现了多座大桥悬索冰柱融化坠落，过往车辆被砸，受损严重，引起了广泛关注．某大型桥梁采用了三塔斜拉桥结构体系，索塔为双室宝石型断面，中塔高为，两边侧塔高为．重达的冰柱从塔上竖直落下，砸中车前窗挡风玻璃，小车的挡风玻璃倾角为，不计空气阻力，则（ ）
A. 以桥面为零势能面，该冰柱的重力势能约为
B. 大桥限速，小车未超速，该冰柱可能垂直砸在挡风玻璃上
C. 该冰柱砸在挡风玻璃上，其破坏力与车速无关
D. 若车停在水平桥面上，车的天窗玻璃被冰柱砸中，历时冰柱碎裂沿水平方向飞溅，天窗对冰柱的冲量最大约为
【答案】D
【解析】A．以桥面为零势能面，h的范围是，该冰柱的重力势能约为，A项错误；
B．设被砸中点高度为，则冰柱从侧塔下落
速度为
该冰柱不可能垂直砸在车前窗挡风玻璃上，B项错误；
C．冰柱砸在挡风玻璃上，其破坏力与车速有关，车速越大，冰柱相对于玻璃的速度也越大，破坏力越大，C项错误；
D．冰柱从中塔下落，速度为
天窗对冰柱的冲量最大为I，则
解得
D项正确。故选D。
4. 我国的风云系列气象卫星是由运行在地球同步轨道（风云二号、四号系列）和太阳同步轨道（风云一号、三号系列）的两种卫星配合工作的．太阳同步轨道的轨道平面绕地球自转轴旋转，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度。如图，状态①时太阳同步轨道卫星轨道平面与日地连线成角。以下说法正确的是（ ）
A. 从状态①经状态②到状态③的过程中，角不断增大
B. 当时，太阳同步轨道卫星能连续不断地观测太阳动态
C. 当时，太阳同步轨道卫星总能不间断地沐浴太阳光
D. 太阳同步轨道卫星可以定点在赤道上空
【答案】B
【解析】A．状态①经状态②到状态③的过程中，角保持不变，故A错误；
B．当时，太阳同步轨道卫星能连续不断地观测太阳动态，故B正确；
C．当时，太阳同步轨道卫星运动过程中总有段时间处于地球的阴影之中，故C错误；
D．地轴经过太阳同步轨道的轨道平面，故太阳同步轨道卫星不能定点在赤道上空，故D错误。故选B。
5. 在如图甲所示的电路中，电源电动势保持不变，不计内阻，为定值电阻，移动滑动变阻器的滑片P，电压表和电流表均为理想电表，两者示数的关系图线如图乙所示，则（ ）
A. 电源电动势为B. 定值电阻的阻值为
C. 电功率最大为D. 的电功率最大为
【答案】B
【解析】AB．设间电阻为，则间电阻为，滑动变阻器接入电路的电阻记作，则
当时，达到最大值，即
解得
当滑片P位于中点时，干路电流为，此时有
当的电压为时，滑片两边电流为和，此时有
联立两式解得
选项A错误，B正确；
CD．电阻的阻值范围为0到，因此滑片位于中点时，，的电功率最大为
滑片P位于a或b时，接入电阻为零，的电功率最大，为
选项CD错误。故选B。
6. 下列关于气体、液体、固体以及热力学定律的说法，正确的是（ ）
A. 空气中的运动属于分子热运动
B. 水黾能停在水面而不下沉，是浮力作用的结果
C. 叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
D. 用活塞压缩密闭汽缸里的气体，外界对气体做功，同时气体向外界放出热量，则气体内能增加了
【答案】CD
【解析】A．指的是大气中直径小于或等于的颗粒物，并不是分子，其运动不属于分子的热运动，而是因为气流等自然因素造成的宏观运动，故A错误；
B．水黾能停在水面上而不下沉，是由于水的表面张力的作用结果，并不是浮力作用的结果，故B错误；
C．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故C正确；
D．用活塞压缩汽缸里的气体，外界对气体做功，为正值，同时气体向外界放出热量，为负值，根据热力学第一定律
故D正确。故选CD。
7. 如图甲，“笑脸弹簧小人”由头部、弹簧及底部组成，将弹簧小人静置于桌面上，轻压头部后静止释放，小人不停上下振动，非常有趣．可将其抽象成如图乙所示的模型，头部的质量为m，弹簧质量不计，劲度系数为k，底部的质量为．已知当弹簧形变量为x时，其弹性势能，不计一切摩擦和空气阻力，重力加速度大小为g，弹簧始终在弹性限度内，下列说法中正确的是（ ）
A. 将弹簧小人静置于桌面上，轻压头部后由静止释放，底部不离开桌面，下压的最大距离为
B. 将弹簧小人静置于桌面上，轻压头部后由静止释放，底部不离开桌面，压力做功的最大值为
C. 若弹簧小人在振动过程中底部恰好不离开桌面，则弹簧的最大弹性势能为
D. 若刚释放时头部的加速度大小为g，则小人在运动过程中头部的最大速度为
【答案】ABC
【解析】A．静置于桌面的弹簧小人，弹簧压缩量为，则
轻压头部后做简谐运动，底部不离开桌面，弹簧的最大伸长量为，则
最大振幅为
则
故下压的最大距离为，故A正确；
B．从平衡位置缓慢下压A时最大压力为F，有
解得
压力做功的最大值为
故B正确；
C．弹簧的最大压缩量为
则弹簧的最大弹性势能为
故C正确；
D．若刚释放时头部的加速度大小为g，设弹簧的压缩量为，则
解得
头部往上运动至弹簧压缩量为时头部速度最大，则
解得
故D错误。故选ABC。
8. “双聚焦分析器”是一种能同时实现速度聚焦和方向聚焦的质谱仪，其模型图如图甲．如图乙，电场分析器中与圆心O，等距离的各点场强大小相等、方向沿径向，电场强度大小为，r为入射点到圆心的距离k可调节．磁场分析器中以为圆心、圆心角为的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与电场分析器的右端面平行．若质量为m、电荷量为的离子（初速度为零），经电压为U的加速电场加速后，进入辐射状电场，恰好沿着半径为R的圆弧轨迹通过电场区域后，垂直磁场左边界从P点进入圆心为的四分之一圆形磁场区域并打在荧光屏上．图中，不计离子的重力．下列说法正确的是（ ）
A. k值应调节为
B. 若离子源和加速电场整体向右平移一小段距离，则离子在电场分析器中不能做匀速圆周运动
C. 若离子垂直于荧光屏打在Q点，则磁场分析器所加的磁感应强度为
D. 若另有一离子经加速电场、电场分析器后从P点进入磁场分析器后打在点，该离子的比荷为
【答案】AD
【解析】A．当加速电压为U时粒子进入静电分析器的速度为，则
解得
A项正确；
B．若粒子源和加速器整体向右平移一小段距离，离子进入电场中不同的点，根据牛顿第二定律有
只要调节，得
等式与大小无关，故离子仍能做匀速圆周运动，B项错误；
C．若离子垂直于荧光屏打在Q点，粒子的轨迹半径为
则磁分析器所加的磁感应强度为
C项错误；
D．若离子经加速电场、静电分析器和磁分析器后打在点，则半径为
得
D项正确。
故选AD。
第Ⅱ卷
二、非选择题：
9. 某同学设计出如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律．用细线悬挂一个匀质小圆柱体，从细线与水平方向成角无初速度地释放，下落过程中小圆柱体中心经过固定在O点正下方的光电门，光电计时器记录下小圆柱体通过光电门的时间，已知当地的重力加速度大小为g。
（1）该同学先用螺旋测微器测出小圆柱体的直径如图乙，则直径_________。
（2）为了验证机械能守恒定律，该实验不需要测量下列哪些物理量_________（填标号）。
A. 小圆柱体的质量mB. 细线与水平方向成角
C. 悬线长L和小圆柱体的高度hD. 小圆柱体经过光电门的遮光时间
（3）保持光电门的位置不变，改变释放点，记录多组实验数据，作出变化的图像如图丙所示，如果不考虑空气阻力，则满足_________（用题中所给的物理量符号表示），就可以验证小圆柱体下摆过程中机械能守恒．
【答案】（1）6.200##6.199##6.201 （2）A （3）
【解析】【小问1详解】
螺旋测微器的精确值为，由图可知小圆柱体的直径为
【小问2详解】
设小圆柱体经过光电门的遮光时间为，则小圆柱体经过光电门的速度为
根据机械能守恒可得
整理可得
故不需要测量小圆柱体的质量。
故选A。
【小问3详解】
根据
可知图像的斜率为
可得
10. 某物理爱好者设计了一个两挡位（“”和“”）的欧姆表．其内部结构如图，为单刀双掷开关，为调零电阻，、、为定值电阻，表头G的满偏电流为，内阻为，且，干电池的电动势为E，内阻为r．在保持断开下，用此欧姆表测量某待测电阻的阻值，请回答下列问题。
（1）欧姆表的两只表笔中，_________（选填“a”或“b”）是红表笔。
（2）当欧姆表的挡位为“”时，应将单刀双掷开关与_________（选填“1”或“2”）接通。
（3）定值电阻的阻值之比为_________。
（4）在“”挡位进行欧姆调零后，在、两表笔间接入阻值为的定值电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的；取走，在、两表笔间接入待测电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的，则_________。
（5）接第（4）问，开关接，保持闭合，将、短接，调节使表头G满偏，断开、，稳定后发现指针偏转到满偏刻度的．在、两表笔间接入待测电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的，则_________。
【答案】（1）b （2）1 （3） （4）1200 （5）400
【解析】【小问1详解】
电流从红表笔流进欧姆表，从黑表笔流出欧姆表，欧姆表红表笔与内部电源负极相连，所以图中b是红表笔。
【小问2详解】
当断开，接1时
当断开，接2时
和为相应挡位中值电阻，由于，则，故当欧姆表的挡位为“”时，应将单刀双掷开关与1接通。
【小问3详解】
由于
则
代入
整理得
则
【小问4详解】
在“”挡行行欧姆调零后，内部电阻为，则
，，
解得，
【小问5详解】
开关接1，保持闭合，将、短接，调节使表头G满偏，被短路，回路电阻为
断开、，稳定后发现指针偏转到满偏刻度的，则
在、两表笔间接入待测电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的，则有
，
解得
11. 如图，三角形玻璃砖中。用一单色光束垂直边从P点射入，在边上M点发生折射和反射，折射光线1与成角，反射光线2在边上N点恰好发生全反射。求：
（1）该玻璃传的折射率n；
（2）玻璃砖两边之比．
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）如图
过M点作法线，设折射角为，入射角为，由折射定律知
由几何关系有
代入上式得
（2）由反射定律知
过N点作法线交于Q点，设入射角为，法线与成角，由几何关系知平行于，则
光线2在N处恰好发生全反射，则
解得
又在直角三角形中
则
解得
由正弦定理知
解得
12. 内部长度为l、质量为m的“]”形木块扣在水平面上，右侧有一可视为质点的电荷，质量为m，电荷量为，电荷表面绝缘且光滑，木块恰好能处于静止状态，整个空间有水平向右的匀强电场，电场强度大小为，木块不影响电场的分布，给木块一个水平向右的冲量，之后所有碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短，重力加速度大小为g，最大静摩擦力可视为滑动摩擦力。
（1）求木块与地面之间的动摩擦因数。
（2）欲使木块与电荷的第一次碰撞发生在木块左端，给木块水平向右的冲量需要满足什么条件？
（3）分别给电荷和木块一水平向左、向右大小均为的冲量，求两者第二次碰撞前木块与地面摩擦生热的热量Q。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）对木块和电荷的整体受力分析，有
代入电场强度E值，得
（2）设木块的初速度为，由动量定理知
设电荷的加速度大小为，木块的加速度大小为，则有
代入第（1）问中值，得
设经过时间木块与电荷于左端发生第一次碰撞，则
且碰撞时满足
解得
（3）给两者的冲量大小为后，速度大小为，则
设经过时间电荷与木块相碰，则
解得（舍去另解）
由于
碰前速度大小为，则
解得
由于是弹性碰撞，两者质量相同，碰后交换速度，设经过时间两者发生第二次碰撞
解得
设第二次碰撞前，木块和电荷的速度分别为和，有
摩擦生热
由以上各式得
13. 如图甲，半径为的圆柱将空间分成两部分，柱外有垂直于柱面呈辐射状的磁场，柱内磁场方向竖直向下，大小为B，有一半径为r的金属圆环与圆柱共心，如图乙为俯视图．圆环由静止释放开始计时，B随时间t的变化规律为。圆环处在柱外磁场中，所在处的磁感应强度大小为．金属圆环的质量为m，电阻为R，重力加速度大小为g。
（1）若，静止释放圆环，求圆环达到平衡后的速度大小v。
（2）若第（1）问中，圆环从静止至达到平衡历时为，求圆环产生的焦耳热Q。
（3）若，沿竖直方向建立直线坐标系，取竖直向下为y轴正方向。将圆环从处以初速度向下抛出，之后做加速度为g的匀加速直线运动，求圆环所在处磁感应强度的大小随y变化的规律和圆环产生的焦耳热Q随时间t的变化规律。
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】（1）柱内磁场不随时间变化，则圆环内无感生电动势，环切割柱外磁感线产生动生电动势E，当圆环所受安培力与重力相等时速度为v，则
感应电流为
由受力平衡
由以上各式得
（2）设通过圆环的电荷量为q，由动量定理
设圆环发生的位移为h，则
解得
设圆环下落过程克服安培力做功，由动能定理
由能量转化规律
联立以上各式解得
（3）设t时刻圆环的速度为v，由运动学公式
对圆环受力分析，其所受安培力为0，则
圆环中t时刻的电流
t时刻圆环的位置
解得
或
若，由焦耳定律知
若，圆环中没有电流，则