[物理]河北省2024-2025学年高三上学期开学试题(解析版)

这是一份[物理]河北省2024-2025学年高三上学期开学试题(解析版)，共18页。试卷主要包含了 如图甲为按压式发电手电筒， 杜甫曾在《曲江》中提到等内容，欢迎下载使用。

1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用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。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为75分钟，满分100分
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28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. 被国际原子能机构（IAEA）称为“新兴PET核素”，可以用于PET成像和放射性治疗，有望用于基于放射性核素的诊疗一体化研究。在核反应方程中，X为（ ）
A. 粒子B. 电子C. 质子D. 中子
【答案】B
【解析】根据质量数、电荷数守恒，则核反应方程为
可知X为电子。
故选B。
2. 圆环蘸肥皂液后会形成薄膜，如图为薄膜竖直静置时拍摄的干涉照片，根据照片可判断圆环最低点位于（ ）
A. 处B. 处C. 处D. 处
【答案】A
【解析】圆环竖直放置时，由于重力作用，膜的下部较厚、上部较薄，膜的纵截面如图所示
在同一水平线上的膜厚度相同，出现在同一个水平干涉条纹，在同一个干涉级次上，条纹分布上疏下密，圆环最低点位于a处。
故选A。
3. 如图甲所示为烤肠机，香肠可视为质量为m的均匀圆柱体，静止在两根水平的平行金属杆1、2中间，其截面图如图乙所示。香肠的圆心O到两根金属杆圆心、的距离均为l，圆心O到两根金属杆圆心、连线的垂直距离为d，重力加速度为g。则金属杆1对香肠的支持力大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】设金属杆对香肠的支持力方向与竖直方向的夹角为，根据受力平衡可得
由图中几何关系可得
联立解得金属杆1对香肠的支持力大小为
故选C。
4. 某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机（载有货物）飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示，E、F、M、N为曲线上的点，EF段可视为直线，M点为曲线的最高点，N点在横轴上。取竖直向上为正方向。则（ ）
A. EF段无人机做匀加速直线运动B. FM段无人机的货物处于失重状态
C. M点无人机的速度最大D. N点无人机距离出发点最远
【答案】B
【解析】A ．根据y-t图像的斜率表示无人机的速度，因EF段可视为直线，故EF段的速度不变，即EF段无人机做匀速直线运动，故A错误；
BC．根据y-t图像的斜率表示无人机的速度，FM段无人机的速度不断减小，在M点无人机的速度为零，故在FM段无人机的加速度向下，故货物处于失重状态，故B正确，C错误；
D．由图可知，M点离出发点最远，N点表示无人机回到出发点，故D错误。
故选B。
5. 如图甲为按压式发电手电筒。以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的正弦交流电。已知发电机串联6只高亮度灯泡，每只灯泡的额定电流为阻值为，发电机内阻可忽略不计，则灯泡正常发光时，此发电机（ ）
A. 输出的交流电频率为
B. 输出电流方向每秒改变5次
C. 输出电压的最大值为
D. 产生电动势的瞬时值表达式为
【答案】D
【解析】A．根据发电机的图像可读得周期为，则输出的交流电频率为
故A错误；
B．输出交流的方向在一个周期改变2次，则每秒改变10次方向，故B错误；
C．发电机串联6只高亮度灯泡，每只灯泡的额定电流为阻值为，发电机内阻可忽略不计，灯泡正常发光，则输出电压的最大值为
故C错误；
D．发电机的线圈从中性面开始计时转动，则初相为零，角速度为
电动势的瞬时值表达式为
故D正确。
故选D。
6. 《天问》是屈原笔下的不朽诗篇，而天问”行星探索系列代表着中国人对深空物理研究的不懈追求。如图所示，半径相同的两球形行星A、B各有一个近表面卫星C、D，各自绕行周期分别为、，已知，忽略卫星到行星表面的高度，则行星A，B的密度之比为（ ）
A. B. C. D. 2
【答案】B
【解析】由万有引力提供向心力
解得行星的质量为
行星的体积为
可得行星的密度为
则行星A，B的密度之比为
故选B。
7. 如图所示，一轻质弹簧置于固定光滑斜面上，下端与固定在斜面底端的挡板连接，弹簧处于原长状态时上端位于B点。一质量为m的物块（可视为质点）从斜面上A点由静止开始释放、下滑至最低点C。已知弹簧的弹性势能表达式为，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，斜面倾角为30°，AB=BC=L，忽略空气阻力和一切摩擦，弹簧形变始终在弹性限度内，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 由A到C的过程中，物块的机械能守恒
B. 弹簧的劲度系数为
C. 当弹簧的压缩量为时，物块的速度最大
D. 由A到C过程中，物块的最大速度大小为
【答案】C
【解析】A．由A到C的过程中，弹簧弹力对物块做功，物块的机械能不守恒，故A错误；
B．由于物块与弹簧组成的系统机械能守恒，则
所以
故B错误；
C．当物块的加速度为零时，速度达到最大，则
解得
故C正确；
D．根据系统机械能守恒定律可得
解得
故D错误。故选C。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 杜甫曾在《曲江》中提到：穿花蛱蝶深深见，点水蜻蜓款款飞。如图甲所示，平静水面上的处，蜻蜓点水”时形成一列水波向四周传播（可视为简谐波），在某一传播方向上，有两个质点。图示时刻，波源在波峰，在波谷与间隔一个波峰，在外侧的邻近波峰上，如图乙所示。已知波速为，连线在水平方向的距离为，在竖直方向的高度差为。下列说法正确的是（ ）
A. 水波的波长为
B. 振源的振动周期为
C. 的平衡位置间距始终为
D. 有可能在某一时刻振动状态完全相同
【答案】BC
【解析】A．因波源在波峰，在波谷与间隔一个波峰，连线在水平方向的距离为，则有
解得水波的波长为
故A错误；
B．已知波速为，可得波的周期为
振源的振动周期与波的传播周期相同，也为，故B正确；
C．质点A处于波谷时质点B处于相邻的波峰处，则的平衡位置间距始终为
故C正确；
D．质点A处于波谷时质点B处于相邻的波峰处，两质点相差，则两质点的振动情况始终相反，故D错误。
故选BC。
9. 如图甲所示，直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。某时刻位于序号为0的金属圆板中心的粒子由静止开始加速，沿中心轴线进入圆筒1，粒子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速。已知电压的绝对值为，周期为，粒子的比荷为，粒子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计，只考虑静电力的作用。则（ ）
A. 粒子在金属圆筒内做匀加速直线运动
B. 粒子在各个金属圆筒内运动的时间均为
C. 粒子刚进入第8个圆筒时的速度大小为
D. 第8个圆筒的长度为
【答案】BC
【解析】A．由于金属圆筒处于静电平衡状态，圆筒内部场强为零，则电子在金属圆筒中做匀速直线运动，故A错误；
B．因为电子从金属圆筒出来后要继续做加速运动，所以电子在金属圆筒中的运动时间应该为交变电源周期的一半，即，故B正确；
C．由动能定理得
可得粒子刚进入第8个圆筒时的速度大小为
故C正确；
D．因为电子在圆筒中做匀速直线运动，所以第8个圆筒长度为
故D错误。
故选BC。
10. 如图所示，两足够长的平行导轨竖直放置，水平部分粗糙并固定在绝缘水平面上，弯曲部分光滑，两部分平滑连接，空间中存在竖直向下的匀强磁场，导轨右端与定值电阻相连。让导体棒从弯曲导轨上某位置由静止开始下滑，在水平导轨上运动一段距离后静止，导体棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好。下列说法正确的是（ ）
A. 导体棒运动过程中，回路中产生顺时针方向的电流（从上往下看）
B. 导体棒沿弯曲导轨运动过程中，其速率一直变大
C. 导体棒沿弯曲导轨运动过程中，所受安培力方向沿导轨切线向上
D. 导体棒运动过程中，克服安培力做的功小于其机械能的减少量
【答案】AD
【解析】A．导体棒运动过程中，根据右手定则可知，回路中产生顺时针方向的电流（从上往下看），故A正确；
BC．导体棒沿弯曲导轨运动过程中，由左手定则可知，所受安培力方向水平向左；当导体棒运动到最底端时，重力沿切线方向的分力为0；所以在弯曲导轨运动过程中，重力沿切线方向的分力先大于安培力沿切线方向的分力，导体棒的速率增加；当重力沿切线方向的分力等于安培力沿切线方向的分力时，导体棒的速率最大；之后重力沿切线方向的分力小于安培力沿切线方向的分力，导体棒的速率减小，故BC错误；
D．根据能量守恒定律可知，导体棒运减少的机械能转化为回路中产生的热量以及在水平轨道因摩擦而产生的热量，故导体棒运动过程中，克服安培力做的功小于其机械能的减少量，故D正确。
故选AD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某研究小组利用如图甲所示的装置研究小车碰撞前后的动能变化。水平放置的滑轨上有两辆安装了弹性碰撞架的小车，小车上安装有宽度均为的遮光条，光电门1和光电门2相隔适当距离安装好。测得小车A、B（包含遮光条）的质量分别为和。
（1）如图乙，用游标卡尺测得遮光条宽度________mm。设遮光条通过光电门的时间为，则小车通过光电门的速度大小为____________（用表示）
（2）碰撞前小车B静止，实验测得碰撞前小车A的速度大小为，碰撞后小车A，B的速度大小均为，速度方向相反，小车A的质量为，则小车B的质量应为_________；两小车碰撞后的系统总动能_________（选填“大于”“小于”或“等于”）碰撞前的系统总动能。
【答案】（1）10.60
（2）3 等于
【解析】【小问1详解】
[1]遮光条的宽度为
[2]小车通过光电门的速度大小为
【小问2详解】
[1]碰撞过程中，由动量守恒定律
其中
代入数据解得，小车B的质量应为
[2]碰撞前的总动能为
碰撞后的总动能为
所以两小车碰撞后的系统总动能等于碰撞前的系统总动能。
12. 某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝（已知电阻率为，横截面积为，金属夹、刻度尺，开关。导线若干。他们设计了如图甲所示的实验电路原理图。
（1）实验步骤如下：
①将电阻丝拉直固定，按照图甲连接电路，金属夹置于电阻丝的__________（选填“A”或“B”）端；
②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数，断开开关S。记录金属夹与端的距离；
③多次重复步骤②，根据记录的若干组的值，作出图乙所示的_________（选填“L”“”或“”图像。
（2）由图线得出纵轴截距为，斜率为，则待测电池的电动势________，待测电池的内阻_______。（用已知物理量的字母表示）
【答案】（1）A
（2）
【解析】【小问1详解】
[1]①为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由图可知，金属夹置于电阻丝的A端；
[2]③对于电路图甲，根据闭合电路欧姆定律有
设金属丝的电阻率为，横截面积为，结合欧姆定律和电阻定律
联立可得
整理可得
所以作出图乙所示的图像；
【小问2详解】
[1][2]根据
结合图乙可知
，
所以待测电池的电动势为
待测电池内阻
13. 如果不小心把乒乓球打瘪了（如图），只要乒乓球没有破裂、就可以用物理方法恢复。乒乓球完好时内部气压为大气压强。某次打瘪后体积变为原体积的。若采用热水浸泡，乒乓球就刚好开始恢复（体积依然是原体积的）。假设浸泡时乒乓球外压强为，乒乓球导热性能良好，外界环境温度恒为。
（1）求乒乓球刚好开始恢复时，球内、外的压强差；
（2）如果将打瘪的乒乓球放入容器内（气体压强为）密闭，再用抽气机从容器里往外抽气，假设抽气过程气体温度保持不变，求球内、外的压强差达到（1）中的数值时，抽出气体的质量与容器内原有气体质量的比值。
【答案】（1） （2）0.2
【解析】【小问1详解】
以球内气体为研究对象，打瘪前后温度不变，可知
可得打瘪后的压强
开始恢复时，气体发生等容变化，则
开始恢复时，球内的压强
球内、外压强差
【小问2详解】
球内、外的压强差达到（1）中的数值时，容器内的气体压强
设容器内气体初始状态的体积为V，抽气后折合成同温，同压下的体积为 ，则
解得
抽出气体的质量与容器内原有气体质量的比值
14. 如图所示，长的木板B静止在光滑水平面上，木板右侧紧靠光滑圆弧槽C，C左侧与木板B等高，C与B不粘连，在木板B的左端放置一个质量的物块A，物块A的正上方点固定一长的轻绳，在轻绳下端固定一个质量的小球。现将小球向左拉起，使细绳绷直并与竖直方向成角由静止释放，当小球运动到最低点时与物块碰撞（碰撞的恢复系数），随后A在木板B上滑行并能冲上圆弧槽C，B、C刚分离时，B的速度大小为。已知两物体碰后相对速度大小与碰前相对速度大小的比值叫做恢复系数，小球和物块A均可视为质点，B、C的质量均为，取重力加速度。求：
（1）小球与物块A碰撞前瞬间，所受轻绳的拉力大小；
（2）物块A与木板B之间的动摩擦因数；
（3）物块A冲上圆弧槽C至最高点的过程中，圆弧槽C所受合外力冲量的大小
【答案】（1）48N （2）0.2 （3）
【解析】【小问1详解】
对小球由动能定理
小球与物块A碰撞前瞬间，对小球由牛顿第二定律
联立可得，小球与物块A碰撞前瞬间，所受轻绳拉力大小
【小问2详解】
小球与物块A碰撞过程中，由动量守恒定律
由（1）可知
其中
联立可得
，
对物块A由牛顿第二定律
对木板B和圆弧槽C整体由牛顿第二定律
设物块A经过时间t冲上圆弧槽C，由运动学公式
其中
联立可得
，
【小问3详解】
由题意可知，物块A冲上圆弧槽C时的速度为
对物体A和圆弧槽C整体水平方向动量守恒
由动量定理，物块A冲上圆弧槽C至最高点的过程中，圆弧槽C所受合外力冲量的大小
15. 利用电磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，在坐标系的轴左侧存在沿轴负方向的匀强电场，轴右侧存在垂直于平面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场。现有一质量为，电荷量为的带正电粒子，从P点以大小为的初速度沿轴正方向发射，恰好经过坐标原点O进入右侧磁场，再经过M点（未画出）返回轴左侧，粒子经过M点时在轴左侧增加与右侧相同的磁场（图中未画出），粒子从M点到达N点（未画出）时速度方向第一次与轴平行。不计带电粒子的重力，已知，。求：
（1）匀强电场的电场强度的大小；
（2）粒子从点运动到点的时间；
（3）粒子在点时的速度大小
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】【小问1详解】
粒子在间做类平抛运动，平行于轴方向有
解得
平行于轴方向有
根据牛顿第二定律得
解得
【小问2详解】
设粒子经过点时与轴正方向间的夹角为，则沿轴方向的分速度
又
解得
粒子在磁场中运动的速度
如图1所示
，粒子在轴右侧做圆周运动的时间
由洛伦兹力提供向心力有
代入可得
从点运动到点的总时间
【小问3详解】
粒子离开点回到轴左侧后，对粒子受力分析，如图2所示
粒子从点到点，在轴方向上，由动量定理得
其中，设，则
解得
从点到点，洛伦兹力不做功，由动能定理得
解得