[物理]安徽省合肥市二校2023_2024学年高三下学期最后一卷试题(解析版)

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一、单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 在近代物理发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对自然界认识的不断深入。对下列四幅图描述不正确的是（ ）
A. 图1为黑体辐射强度随波长的变化规律，由图可知，
B. 图2所示的现象由爱因斯坦给出了合理的解释
C. 图3中氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为的金属铂，能发生光电效应现象
D. 图4中由原子核的比结合能与质量数的关系可知，若和发生核反应，则结合过程一定会吸收能量
【答案】D
【解析】A．图1中随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A正确，与题意不符；
B．图2中光电效应现象由爱因斯坦给出了合理的解释。故B正确，与题意不符；
C．图3中根据能级跃迁公式，氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光的光子的能量为
故能发生光电效应。故C正确，与题意不符；
D．图4中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系可知，若和发生核反应，质量减小，结合过程一定会放出能量。故D错误，与题意相符。
本题选不正确的故选D。
2. 天体运动中有一种有趣“潮汐锁定”现象：被锁定的天体永远以同一面朝向锁定天体。如月球就被地球潮汐锁定，即月球永远以同一面朝向地球，月球绕地球公转周期等于月球自转周期。已知月球绕地球做匀速圆周运动且环绕半径为r，地球半径为R，地球表面两极的重力加速度为g。由上述条件不能求出（ ）
A. 月球绕地球运动的角速度大小B. 月球的自转周期
C. 引力常量D. 月球的线速度大小
【答案】C
【解析】ABD．根据
又
联立，解得
故ABD正确，与题意不符；
C．由
可知，地球质量未知，无法求出引力常量。故C错误，与题意相符。
本题选不正确的故选C。
3. 如图1所示，质量为的物块在水平力F的作用下由静止释放，物块与足够高的竖直墙面间的动摩擦因数为0.4，力F随时间t变化的关系图像如图2所示，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小，不计空气阻力。在0 ~ 8s时间内，下列判断正确的是（ ）
A. 物块运动的最大速度为B. 物块一直向下运动，且速度不为0
C. 时物块距离出发点最远D. 0 ~ 4s内摩擦力的冲量大小为
【答案】A
【解析】BC．当物块受到摩擦力与重力相等时，有
解得
可知内物块向下做加速运动，内物块向下做减速运动，末物块的速度为零，内物块静止，内物块向下做加速运动，故时物块离出发点最远，故BC错误；
A．2s末物块速度最大，内摩擦力的冲量大小为
由动量定理
解得
A正确；
D．内摩擦力的冲量大小为
D错误。
故选A。
4. 如图所示为由24个光滑铁环组成的铁链，其两端等高地悬挂在竖直的固定桩上，铁环从左到右依次编号为1、2、3…24。在重力作用下铁链自然下垂形成一条曲线，曲线两端点的切线与竖直方向的夹角均为45°，第12个和第13个铁环水平穿连，每个铁环质量相等均为m，已知重力加速度为g，关于铁环之间的弹力，下列说法正确的是（ ）
A. 每个铁环受上方铁环的弹力比受下方铁环的弹力小
B. 第24个铁环受到固定桩的弹力大小等于
C. 第7个和第8个铁环之间的弹力大小为
D. 第12个和第13个铁环之间的弹力大小为
【答案】C
【解析】BD．对13—24个铁环受力分析可知，受竖直向下的重力，固定桩的弹力，以及第12个铁环水平向左的拉力，则根据几何关系第24个铁环受到固定桩的弹力大小
第12个和第13个铁环之间的弹力大小
故BD错误；
C．对8—12铁环分析，可得
故C正确；
A．根据以上分析可知第12个和第13个铁环之间的弹力大小小于第7个和第8个铁环之间的弹力大小，故不可能是每个铁环受上方铁环的弹力比受下方铁环的弹力小，故A错误。
故选C。
5. 直径为d的半圆形金属线框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，两点连线与磁场垂直，线框绕轴以角速度匀速转动，将线框接入如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为，已知线框电阻也为，与原线圈串联电阻的阻值为，副线圈两端的滑动变阻器接入电路的阻值为，其他电阻不计，则（ ）
A. 通过滑动变阻器的电流方向不变
B. 若，则两端电压等于
C. 若滑动变阻器的滑片上滑，则消耗的功率一定增大
D. 滑动变阻器的滑片下滑，原线圈两端的电压减小
【答案】D
【解析】A．线框转动时产生正弦交流电，则通过滑动变阻器的电流方向也不断变化，选项A错误；
B．线圈中产生的感应电动势最大值为
电动势有效值
设初级电流为I1，则初级电压
次级电压
次级电流
若则
则两端电压等于
选项B错误；
C．变压器等效电阻
若滑动变阻器的滑片上滑，则减小，则等效电阻减小，将R0看做电源内阻，R等效看做是外电阻，则因为不确定R等效与内阻的关系，不能确定的功率如何变化，选项C错误；
D．滑动变阻器的滑片下滑，变压器等效电阻
则等效电阻变大，初级电流变大，R0上电压变大，则原线圈两端的电压减小，选项D正确。
故选D。
6. 在一个均匀带负电的绝缘实心球体中沿直径开一个光滑水平细管道，将一个带正电的小球P（视为质点）从入口的A点由静止释放，小球P将穿过管道到达另一端的B点，在运动过程中球体和小球的带电量及电荷分布均无变化。已知均匀带电的球壳在球内任意位置产生的电场强度为0，下列判断正确的是（ ）
A. 球心O处的电场强度大小为零，电势最高
B. 小球P在管道中做简谐运动
C. 小球P从入口的A点运动到B点的过程中，电势能先增大后减小
D. 在管道上，A点的电场强度最大，电势最低
【答案】B
【解析】B．设小球P到O点的距离为x，带电球的电荷密度为，则根据库仑定律可得
即小球P在管道中做简谐运动。故B正确；
AD．根据电场强度的定义可得电场强度
球心O处的电场强度为零，但电势最低，A点的电场强度最大，电势最高。故AD错误；
C．小球P从入口的A点运动到B点的过程中，电场力先做正功，后做负功，电势能先减小后增大。故C错误。
故选B。
7. 如图所示，小玺同学站在向东以速度匀速直线运动的滑板上，该同学侧面有一堵沿东西方向的墙，并且墙侧壁固定一根竖直细管，O点在细管正南方，该同学在运动过程中某时刻，在固定高度将箭水平射出，已知弓静止时发射箭的速度大小为，且，忽略空气阻力，则（ ）
A. 不管在何位置发射箭，在其击中细管前，空中运动的时间都相同
B. 为使细管上的击中位置最高，小玺同学应在O点西侧某位置发射箭
C. 小组同学运动到O点时，为击中细管，他应瞄准细管发射箭
D. 为使箭命中细管且在水平方向位移最短，小玺同学应在O点西侧发射箭
【答案】B
【解析】A．根据题意可知，人运动方向与墙面平行，而弓静止时发射箭的速度大小一定，方向可以在水平面内变化，箭在垂直墙面方向的分位移相等，但是垂直墙面的分速度可调，所以箭在其击中细管前，空中运动的时间不一定相同，故A错误；
B．当箭在速度v0方向垂直墙壁发射时，箭垂直墙壁方向分速度最大，根据分运动的独立性与等时性可知，当人运动到O点左侧某一位置时，箭在速度v0方向垂直墙壁发射击中细管，用时最短，在竖直方向上箭做自由落体运动，则有
可知，箭在速度v0方向垂直墙壁发射击中细管时，箭竖直向下分位移最小，则此时细管上的击中位置最高，故B正确；
CD．小玺同学运动到O点时，为击中细管，应向西侧发射，使平行于墙壁方向（东西方向）分速度大小等于，此时箭命中细管且位移垂直墙壁，即在水平方向位移最短，故CD错误。
故选B
8. 如图1所示，质量为的物体B放在水平面上，通过轻弹簧与质量为的物体A连接。现在竖直方向给物体A一初速度，当物体A运动到最高点时，物体B与水平面间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，取竖直向上为位移正方向，物体A的位移随时间的变化规律如图2所示，已知重力加速度，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A. 物体A在任意一个1.25s内通过路程均为
B. 这段时间内，物体A的速度方向与加速度方向相反
C. 物体A的振动方程为
D. 弹簧的劲度系数
【答案】D
【解析】A．根据图像可知，物体A的振动周期为
则
可知除了从平衡位置或最大位移处开始计时，其他位置开始计时，物体A通过的路程不等于振幅的5倍，即通过的路程不为，故A错误；
C．由图乙可知
，
设物体A的振动方程为
代入，，可得
则有
故C错误；
B．根据
可得和的位移分别为
可知在这段时间内，物体A从负向最大位移振动到平衡位置，物体A的速度方向与加速度方向相同，故B错误；
D．由物体A在最高点时，物体B与水平面间的作用力刚好为零，此时弹簧的伸长量为
当物体A处于平衡位置时，弹簧的压缩量为
又
解得弹簧的劲度系数为
故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的四个选项中，有多项4符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
9. 局部空间的地磁场对宇宙射线的作用原理可以用如下的简化模型来研究。如图所示，正圆柱体形状的空间内存在沿轴线方向、大小为B的匀强磁场。一个带心量为e、质量为m的电子以初速度从圆柱体的上底面圆心O点射入磁场，速度方向与轴线成30°夹角，一段时间后恰好经过该圆柱体空间的另一底面圆心点。已知粒子在此过程中不会与圆柱体壁发生碰撞，不考虑洛伦兹力以外的其他力，下列说法正确的是（ ）
A. 圆柱体空间的底面半径可能等于
B. 电子在圆柱体空间内运动的时间可能为
C. 圆柱体空间的高可能为
D. 电子在圆柱体空间内运动的某段时间里动量变化量的大小可能为
【答案】BD
【解析】A．将速度分解为沿磁场方向和垂直于磁场方向，则电子在沿磁场方向做匀速直线运动，在垂直于磁场方向做匀速圆周运动，其圆周运动半径
其在圆柱体中心一侧运动范围为直径，故圆柱体半径应不小于2r
故A错误；
B．一段时间后恰好经过该圆柱体空间的另一底面圆心点，则运动时间与圆周运动周期关系为
则
当时，电子在圆柱体空间内运动的时间为
故B正确；
C．电子沿磁场方向位移
当时
故C错误；
D．电子运动时间为半个周期时动量变化量为，故D正确。
故选BD。
10. 如图所示，两条足够长的光滑导轨MN，PQ平行固定在水面上，导轨间距为，电阻不计，两导体棒a、b垂直放置于导轨上，导体棒a的电阻不计，b棒接入电路的阻值为，单刀双掷开关1接电容为的电容器上，初始状态，电容器不带电。电容器的右侧有竖直向下的匀强磁场，电容器左侧有竖直向上的匀强磁场，导体棒a通过细线跨过光滑定滑轮与竖直悬挂的重物A相连，已知重物A、两导体棒a、b三者的质量均为。现将开关S置于1位置，由静止释放重物A，同时开始计时，时断开开关S，时将开关S置于2位置，导体棒b开始运动；时刻两导体棒的加速度大小相等。已知运动过程中，a，b两棒始终垂直于导轨，重力加速度，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A. 时刻电容器极板上储存的电荷量为0.5C
B. 时间内导体棒a的位移大小为0.425m
C. 时刻导体棒a的加速度大小为
D. 时刻回路的产热功率为25W
【答案】ABD
【解析】A．对导体棒a，根据牛顿第二定律
根据
联立，解得
t1时刻导体棒a的速度
时刻电容器极板上储存的电荷量为
故A正确；
B．时间内导体棒a的位移大小为
断开开关S后，不受安培力
解得
时间内导体棒a的位移大小为
时间内导体棒a的位移大小为
故B正确；
CD．开关S置于2位置，t3时刻导体棒a的加速度
导体棒b的加速度
解得
，
回路消耗的热功率为
故C错误；D正确。
故选ABD。
三、非选择题：本题共5小题，共58分。
11. 利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
（1）实验中，选用红色滤光片测量红光波长，当分划板的中心刻线与第3条亮条纹的中心对齐时，手轮上读数为，转动手轮，使分划线向一侧移动，当分划板的中心刻线与第8条亮条纹的中心对齐时，手轮上示数如图2所示，其读数为_________，由以上数据求得红光的波长为_________m（结果保留3位有效数字）。
（2）用单色光照射双缝后，在目镜中观察到如图3所示的情形。若其他操作无误，想对图中的情形进行调整，则需要的操作是（ ）
A. 前后移动透镜B. 左右拨动拨杆C. 其他不动，同步旋转单缝和双缝
（3）关于本实验，下列说法正确的是（ ）
A. 增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大
B. 减小双缝间距，干涉条纹间距减小
C. 若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹
D. 去掉滤光片后，干涉现象消失
【答案】（1）13.870 （2）C （3）AC
【解析】【小问1详解】
[1]手轮上示数如图2所示，其读数为
[2]依题意，相邻亮条纹间距为
又
代入数据，解得
【小问2详解】
AB．前后移动透镜会影响进光量进而影响条纹亮度，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，因为已有清晰图样，不用调节。故AB错误；
C．图中成因是单双缝与分划板的中心刻线不平行，所以需要旋转单双缝使分划线与干涉条纹平行。故C正确。
故选C。
【小问3详解】
AB．根据
可知增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大。减小双缝间距，干涉条纹间距增大。故A正确；B错误；
C．若挡住双缝中的一条缝，屏上会有单缝衍射条纹。故C正确；
D．去掉滤光片后，入射光是复合光，而两列光相干条件是他们的频率相同，故能发生干涉现象，但条纹是彩色的。故D错误。
故选AC。
12. 利用如图1所示的电路测量电流表的内阻，实验仪器有：
待测电流表（量程，内阻约10Ω）
电流表（量程，内阻约5Ω）
直流电源E（电动势1.5V，内阻不计）
滑动变阻器（0~2000Ω，额定电流0.5A）
电阻箱（最大阻值999.9Ω）
主要实验步骤如下：
（1）①开关闭合，断开，调节滑动变阻器的阻值，使电流表指针偏转到满刻度，读出此时电流表的示数。
②开关、均闭合，同时调节滑动变阻器和变阻箱，使电流表的示数仍为，并使电流表指针偏转到满刻度的一半，记录此时变阻箱的阻值；
若步骤②中记录的变阻箱的阻值为9.9Ω，则电流表内阻的测量值为________Ω，该测量值________（选填“大于”“小于”或“等于”）电流表内阻的实际值。
（2）若将该电流表改装成量程为的电流表A，则改装表A的内阻________Ω（结果保留2位有效数字）。
（3）为测量一节旧干电池的电动势E和内阻r，现利用电流表A和其他实验器材设计了如图2所示的电路。在实验中，多次改变电阻箱阻值，记录每组的电阻箱阻值和电流表A的读数I，画出图像为一条直线，如图3所示。由图中数据可计算出该电池的电动势________V，内阻________Ω（结果均保留3位有效数字）。
【答案】（1）9.9 小于 （2）0.30 （3）1.13 11.0
【解析】【小问1详解】
[1][2]先断开开关，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表的指针满偏，保持的阻值不变，闭合，调节电阻箱，使电流表的指针半偏，因为滑动变阻器阻值非常大，近似认为此时回路电流不变，则电阻箱的电流也为，此时电阻箱的示数为9.9Ω。则根据并联电流与电阻成反比可知，电流表A1内阻的测量值为9.9Ω。因为闭合后，回路总电阻减小，总电流增大，则流过的实际电流大于，导致测量值小于真实值。
【小问2详解】
若将该电流表A1改装成量程为100mA的电流表A，则改装后的电流表A的内阻
【小问3详解】
[1][2]根据
整理得
根据题意，结合图3可得
解得
13. 如图是一种由汽缸、活塞柱（柱体、汽缸内活塞、卡环）、弹簧和上下支座构成的汽车氮气减震装置，汽缸内的气体可视为理想气体。该装置未安装到汽车上时，弹簧处于原长状态，这时汽缸内封闭气体长度为0.20m，气体压强，活塞被卡环锁住。将四台这样的减震装置竖直安装在车架和车轮之间，解除卡环，稳定时封闭气体被压缩了0.04m（弹簧仍在弹性限度内）。已知活塞柱横截面积，弹簧的劲度系数。该装置的质量、活塞柱与汽缸间的摩擦均可忽略不计，汽缸导热性和气密性良好，环境温度不变，重力加速度，大气压强。求：
（1）压缩后汽缸内氮气的压强；
（2）由四台减震装置支撑的汽车部分的质量M。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）由玻意耳定律，可得
解得
（2）对一台减震装置的上支座，受力分析，有
解得
由四台减震装置支撑的汽车部分的质量满足
解得
14. 如图1所示，极板长、间距的平行正对金属极板垂直纸面放置，板间接有如图2所示的周期性变化的电场，周期。以极板右端为左边界的正方形内适当区域中存在垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。位于极板左侧中点O处的粒子源不断沿纸面平行于极板方向射出比荷、初速度的带正电粒子，所有粒子都从P点离开磁场。已知时刻从粒子源射出的粒子恰好从上极板右端M点离开电场。不计粒子重力，取3.14，求：
（1）电压U的大小；
（2）时刻从粒子源射出的粒子在磁场中运动的时间（结果保留2位有效数字）；
（3）磁场区域的最小面积（结果保留2位有效数字）。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子在沿金属板方向上匀速直线运动
时刻进入的粒子在沿电场方向上
其中
代入数据求得
（2）从中点O处的粒子源不断沿纸面平行于极板方向，在一个周期内，粒子沿电场方向上速度变化为零，即所有粒子都平行飞出。
上极板右端M点离开电场的粒子进入磁场后从P点离开磁场，由几何关系可得
时刻从粒子源射出的粒子，在前一半时间内粒子运动的侧移位移为
在后一半时间内粒子运动的侧移位移为
因此可知，时刻从粒子源射出的粒子，在一个周期内粒子沿中轴线飞出，进入磁场中。
由几何关系可知
求得
时刻从粒子源射出的粒子在磁场中运动的时间
（3）磁场的最小面积是一个以N点为圆心、正方形的边长为半径的四分之一圆和以Q点为圆心、正方形的边长为半径的四分之一圆的公共范围，如图所示
由几何关系得最小面积为
15. 如图所示，光滑轨道水平固定，紧靠B的右侧水平地面上停放着质量的小车，其上表面段粗糙，与水平轨道等高，段长度；段为半径的光滑圆弧轨道；小车与地面间的阻力忽略不计。水平轨道左端墙体与物块P间压缩着一轻质弹簧并锁定（弹簧左端与墙体固定，物块与弹簧不连接），物块P的质量且可视为质点，与间的动摩擦因数为，重力加速度。现解除弹簧锁定，物块P被弹簧弹出后以某一速度从小车的左端E点滑上小车，不计物块经过各连接点时的机械能损失。
（1）若初始弹簧的弹性势能，求物块运动到F点时速度的大小；
（2）若初始弹簧的弹性势能，求物块冲出小车后运动到最高点处与F点竖直距离；
（3）若弹簧解除锁定后，物块向右滑上小车后能通过F点，并且后续运动过程始终不滑离小车，求被锁定弹簧的弹性势能取值范围。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）解除弹簧锁定，物块P被弹簧弹出后的速度满足
解得
依题意，有
物块P在EF上运动过程，水平方向动量守恒，系统能量守恒，可得
，
联立，解得，
（2）物块冲出小车后运动到最高点处时，有
，
解得
（3）当物块P向右滑上小车后恰好到达F点与小车共速时，弹簧弹性势能最小，可得
，
解得
当物块P冲上圆弧没有越过G点之后又返回E点与小车共速时，弹簧弹性势能达到最大值，有
，
解得
综合上述，被锁定弹簧的弹性势能的取值范围为