山东省名校联盟2023-2024学年高三上学期12月考试物理试题（解析版）-A4

这是一份山东省名校联盟2023-2024学年高三上学期12月考试物理试题（解析版）-A4，共23页。
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2.选择题答案必须使用2B铅笔（按填涂样例）正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写。字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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. 2023年12月8日，济郑高铁全线贯通营运，济南与郑州实现了直连直通，形成了核心城市群的一个半小时生活圈。某学习小组利用加速度传感器记录高铁列车由静止开始出站过程中加速度随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 高铁列车在0~t0时间内做匀速直线运动
B. 高铁列车在t0~2t0时间内速度逐渐减小
C. 高铁列车在0~t0时间内速度变化量小于t0~2t0时间内的速度变化量
D. 高铁列车0~2t0过程中速度一直增大
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据图像可知，在0~t0时间内加速度不变，所以做匀变速直线运动，故A错误；
B．列车在t0~2t0时间内加速度方向未改变仍与速度同向，速度仍在增大，故B错误；
C．根据图像面积代表速度变化量可知，高铁列车在0~t0时间内速度变化量大于t0~2t0时间内的速度变化量，故C错误；
D．高铁列车在0~2t0过程中加速度方向始终与速度同向，速度一直增大，故D正确。
故选D。
2. 2023年12月4日，陇东~山东±800千伏特高压直流输电工程（甘肃段）铁塔组立首基试点在庆阳市西峰区什社乡N0003号塔举行，标志着该工程正式进入铁塔组立阶段。如图所示为相邻铁塔间某根输电线的示意图，C点为该段输电线的最低点，输电线质量分布均匀，关于从A点到C点输电线上张力大小的变化情况，下列说法正确的是（ ）
A. 一直增大B. 一直减小C. 先增大后减小D. 先减小后增大
【答案】B
【解析】
【详解】由于从A点到C点，张力的水平分量保持不变，而输电线与水平方向夹角逐渐减小，因此张力逐渐减小。
故选B。
3. 如图所示，长为L的细绳上端固定在天花板上，下端拴一个可视为质点的小球，小球在水平面内做匀速圆周运动。细绳跟竖直方向的夹角为θ，小球做匀速圆周运动的角速度为ω。当小球以不同的角速度ω做匀速圆周运动时，细绳与竖直方向的夹角θ随之变化，已知当地的重力加速度大小为g，下列关于θ与ω的关系图像可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】由向心力公式可得
可得
即与成正比。
故选C。
4. 2023年11月27日20时02分，摄影爱好者成功拍摄到中国空间站“凌月”（空间站从图中a点沿虚线到b点）的绝美画面，整个“凌月”过程持续时间为t=0.5s。将空间站绕地球的运动看作半径为r的匀速圆周运动，已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g。在整个“凌月”过程中空间站运动的路程为（ ）

A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据
又
联立解得空间站运行速度
因此这段时间空间站运动的路程为
故选A。
5. 汽车在水平路面上匀速行驶时车轮边缘上M点的运动轨迹如图所示，P点是该轨迹的最高点，Q点为该轨迹的最低点。M点的运动可分解为两个分运动：一个是绕车轴旋转的匀速圆周运动，一个是与车轴一起向前的匀速直线运动。下列说法正确的是（ ）

A. M点运动到P位置时的速度大于运动到Q位置时的速度
B. M点运动到P位置时的速度小于运动到Q位置时的速度
C. M点运动到P位置时的加速度大于运动到Q位置时的加速度
D. M点运动到P位置时的加速度小于运动到Q位置时的加速度
【答案】A
【解析】
【详解】AB在P位置时两分运动方向相同，合速度为两速度之和，在Q位置时圆周运动速度向左，直线运动速度向右，此时合速度为两者之差，故A正确B错误
CD一个是绕车轴旋转的匀速圆周运动，一个是与车轴一起向前的匀速直线运动，匀速直线运动加速度为零，所以合加速度为匀速圆周运动的加速度，大小不变，故CD错误。
故选A。
6. 在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，三条长直导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示。三条导线所在的空间中存在匀强磁场，已知c点处的导线受到的磁场力大小为0，下列说法正确的是（ ）
A. b点处的导线受到的磁场力方向为由b指向c
B. b点处的导线受到的磁场力方向为由a指向b
C. a点处的导线受到的磁场力方向为由c指向a
D. a点处的导线受到的磁场力方向为由a指向c
【答案】D
【解析】
【详解】AB．根据同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，且已知c点处的导线受到的磁场力大小为0。a、b对c的磁场力水平向左，则匀强磁场对c的安培力水平向右，结合左手定则可知，磁场方向竖直向上。且
其中 是两条导线中的作用力大小。对b点处的导线分析可知，a、c两处导线对其磁场力垂直a、c连线向右下，根据左手定则可知，匀强磁场对b磁场力水平向左，所以b点处的导线受到的磁场力方向偏向a、b连线下方，故AB错误；
CD．同理a处导线受到的另两条导线作用力合力
方向与a、b连线夹角为60°指向左上方，匀强磁场对a处导线安培力
方向水平向右，根据力的合成可知，a点处的导线受到的磁场力方向为由a指向c，故C错误D正确。
故选D。
7. 如图所示，电路中电源电动势E=4.5V，电源内阻r=1Ω，电阻R1=4Ω，电阻R2=2Ω，电阻R3=3Ω，电阻R4=3Ω，电容器的电容C=800μF。闭合开关S，待电路稳定后，电容器上某一极板的电荷量为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】并联电阻
则电路中的电流
两支路电流相等，则
则电容器的带电量为
故选B。
8. 如图所示，光滑水平地面上有一凹槽，凹槽内放置一小物块。小物块与左右两边槽壁的距离均为L=1m，凹槽与小物块的质量均为m=1kg，两者之间的动摩擦因数为μ=0.1。开始时凹槽与小物块均静止，某时刻凹槽以v0=6m/s的初速度开始向右运动，小物块与凹槽壁间的碰撞均为弹性碰撞（碰撞时间极短）。已知小物块可视为质点，重力加速度g取10m/s2，则从凹槽开始运动到小物块与凹槽相对静止过程中所经历的时间为（ ）
A. 5sB. 4sC. 3sD. 2s
【答案】C
【解析】
【详解】设两者相对静止时速度为v，取向右为正方向，由动量守恒定律得
解得
对小物块而言，从v0到v始终做匀减速直线运动，加速度为
对小物块列速度时间公式
解得
故选C。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 如图所示，足够长的区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下（与纸面平行），磁场方向垂直纸面向里，圆形区域Ⅱ中存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。图中A、C、O三点在同一直线上。A点处的粒子源持续将比荷相同但速率不同的粒子沿AC方向水平向右射入区域Ⅰ中。当区域Ⅰ中电场强度大小为E、磁感应强度大小为B1、区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2时，粒子从圆形磁场区域Ⅱ的最低点D射出，每个粒子在区域Ⅱ中运动的时间均为t0。当改变电场或磁场强弱时，能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中的运动时间变为t，不计粒子重力及粒子之间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A. 若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为3E，则
B. 若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为3B1，则
C. 若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则
D. 若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则
【答案】BD
【解析】
【详解】A．区域Ⅰ中电场力和洛伦兹力相等，由此可得
在区域Ⅱ中，粒子受到的洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律可得
，
解得
，
若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为3E，则能进入区域Ⅱ中的粒子速度变大，则速度变大，半径变大，根据几何关系可知，速度偏转角即转过的圆心角变小，在区域Ⅱ中的运动时间
变小，即，故A错误；
B．根据A分析可知，若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为3B1，则速度变小，进入区域Ⅱ后，半径变小，速度偏转角即转过的圆心角变大，在区域Ⅱ中的运动时间变长，即，故B正确；
CD．若仅将区域Ⅱ中磁感应强度大小变为，则粒子在区域Ⅰ中速度不变，在区域Ⅱ中
半径变为原来的倍，即
粒子从圆形磁场区域Ⅱ的最低点D射出，所以r与圆形磁场半径相等，设速度偏转角为，则
所以
根据题意
，
所以
，
解得
故C错误D正确。
故选BD。
10. 辘轳是中国古代常见的取水设施，某次研学活动中，一种用电动机驱动的辘轳引发了同学们的兴趣。如图甲所示为该种辘轳的工作原理简化图，已知辘轳的半径为r=0.2m，电动机以恒定输出功率将质量为m=3kg的水桶由静止开始竖直向上提起，提起过程中辘轳转动的角速度随时间变化的图像如图乙所示。忽略辘轳的质量以及所有摩擦阻力，取重力加速度g=10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A. 电动机的输出功率P=30W
B. 0~4s内水桶上升的高度为3.95m
C. 0~4s内井绳对水桶的拉力逐渐增大
D. 4s~6s内水桶的机械能守恒
【答案】AB
【解析】
【详解】A．水桶被提起的最大速度为
电动机的输出功率为
故A正确；
B．0~4s内，根据动能定理有
0~4s内水桶上升的高度为
故B正确；
C．0~4s内根据牛顿第二定律有
0~4s内，辘轳转动的角速度逐渐增大，则井绳对水桶的拉力逐渐减小，故C错误；
D．4s~6s内水桶向上做匀速直线运动，速度不变，高度升高，重力势能增大，4s~6s内水桶的机械能增大，故D错误。
故选AB。
11. 如图所示，正方体上表面的中心为O，M、N分别为和的中点。在M、N两点分别固定等量异种的点电荷，下列说法正确的是（ ）
A. A点与B点的电场强度大小相等
B. D点与点的电场强度方向相同
C. A点的电势小于点的电势
D. 点与A点的电势差小于点与O点的电势差
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．根据等量异种的点电荷电场线分布规律，可知A点与B点的电场强度大小相等。故A正确；
B．根据等量异种的点电荷电场线分布规律，可知点与点的电场强度方向相同，点与D点的电场强度方向不同。所以D点与点的电场强度方向不同。故B错误；
C．依题意，两点电荷两线中垂面为零电势面，点与A点到中垂面的距离相等，根据电场线的疏密程度可知点与中垂面间的平均场强大于A点与中垂面间的平均场强，根据
易知
故C正确。
D．由对称性可知，点与点的电势相等且大于零，A点电势也大于零，根据C选项分析可知
可得
故D正确。
故选ACD。
12. 如图所示，一个斜面体固定在水平地面上，斜面体A端固定一与斜面垂直的挡板，斜面AB段光滑、BC段粗糙，BC段长为L。光滑圆轨道与斜面体在C点相切。质量为m的小物块（可看作质点）从B点开始以一定的初速度沿斜面向上运动，小物块滑上圆轨道后恰好不脱离圆轨道，之后物块原路返回与挡板碰撞后又沿斜面向上运动，到达C点时速度为零。已知物块与斜面BC段的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，斜面倾角θ=37°，重力加速度为g，不计物块碰撞挡板时的机械能损失，sin37°=0.6，cs37°=0.8。下列说法正确的是（ ）
A. 小物块第一次到达C点时的速度大小为
B. 圆轨道的半径为
C. 小物块从B点开始运动时的初速度为
D. 小物块在斜面BC段滑行最大路程为
【答案】AC
【解析】
【详解】C．设小物块从B点开始运动时的初速度为，研究小物块从B点开始运动至C点速度为零，由动能定理可得
解得
故C正确；
A．研究小物块从B点开始运动到第一次到达C点过程，由动能定理可得
解得
故A正确；
B．依题意，小物块恰好不脱离圆轨道，分析可知，物块到达圆心等高处速度为0。小物块由C点运动到该点，根据动能定理可得
联立，解得
故B错误；
D．依题意，有
可知，小物块最终将在A、B之间做往复运动，设小物块在斜面BC段滑行的最大路程为s，由动能定理，可得
解得
故D错误。
故选AC。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某学习小组使用手机拍摄视频探究自由下落的小球机械能是否守恒，实验装置如图甲所示。将一质量为2g的小球从一固定的毫米刻度尺旁边由静止释放，用手机录制小球自由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，由图中信息即可探究小球下落过程中机械能是否守恒。
如图乙所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相邻两幅分帧图片之间的时间间隔为0.02s。已知当地的重力加速度大小为g=9.80m/s2。
（1）分帧图片Ⅱ中小球的瞬时速度约为________m/s；（结果保留两位有效数字）
（2）从分帧图片Ⅰ到分帧图片Ⅱ过程中小球重力势能变化量的大小为________J，再根据数据计算出分帧图片Ⅰ到分帧图片Ⅱ过程中小球动能的变化量，对比分析即可推断自由下落的小球机械能是否守恒；（结果保留两位有效数字）
（3）该小组又想到用图象探究自由下落的小球机械能是否守恒的方法，利用多帧图片测算其对应的速度v和下落的高度h，绘制出v2-h图象（图象为过原点的直线），若图象的斜率为________（用重力加速度g表示），则可证明小球下落过程中机械能守恒。
【答案】 ①. 1.4 ②. 4.9×10-4 ③. 2g
【解析】
【详解】（1）[1]图片Ⅱ中小球的瞬时速度约为
（2）[2]从分帧图片Ⅰ到分帧图片Ⅱ过程中小球重力势能变化量的大小为
（3）[3]根据运动学公式有
v2=2gh
若图象斜率为2g，则可证明小球下落过程中机械能守恒。
14. 某物理兴趣小组想要将一灵敏电流计G改装成量程为3V的电压表并进行校准。实验器材如下：
电源E（电动势4.5V，内阻r约为0.5Ω）；
灵敏电流计G（满偏电流Ig=400μA，内阻标定值rg=2500Ω）；
电阻箱R1（阻值范围0~9999.99Ω）
滑动变阻器R2（最大阻值20Ω）；
滑动变阻器R3（最大阻值2000Ω）；
标准电压表V（量程3V，内阻约为3000Ω）；
开关两个，导线若干。
（1）将灵敏电流计G和电阻箱R1串联改装成量程为3V的电压表，若按照灵敏电流计内阻标定值计算，电阻箱R1的接入阻值应该为________Ω；
（2）该兴趣小组设计了如图甲所示的校准电路，请根据电路图在答题纸上将实物连接完整________；
（3）实验小组选择0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V、3.0V这五处刻度进行校准，滑动变阻器选择________（选填“R2”或者“R3”）时，实验操作更方便；
（4）校准过程中，改装电压表和灵敏电流计的示数如下表所示：
经判断，造成该偏差的原因是灵敏电流计的内阻标定值不准确，为修正该偏差，电阻箱的接入阻值应调整为________Ω。
【答案】 ①. 5000 ②. ③. R2 ④. 4807.69
【解析】
【详解】（1）[1]由
可得
（2）[2]根据电路图连接实物图可得
（3）[3]实验中滑动变阻器采用的分压式接法，并且实验小组选择的校准范围较大，所以滑动变阻器选择R2；
（4）[4]由表格中数据可得电流计的内阻为
则电阻箱的接入阻值应调整为
15. 如图所示为机场中运送行李的水平传送带，当传送带检测到有行李放入时传送带自动开始运行。某时刻乘客在传送带的左端无初速度放置一质量m=1kg的行李，传送带以a=2m/s2的加速度由静止开始向右匀加速启动，当传送带加速到v=4m/s时开始匀速传动，直到行李离开传送带。已知传送带足够长，行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1，取重力加速度g=10m/s2。求：
（1）行李在匀加速运动过程中的位移大小x；
（2）传送带匀速传动过程中传送带与行李摩擦产生的热量Q。
【答案】（1）x=8m；（2）Q=2J
【解析】
【详解】（1）行李的加速度为
根据动力学公式
行李在匀加速运动过程中的位移大小为
（2）传送带开始做匀速运动的时间为
此时行李的速度为
行李从静止到与传送带共速的时间为
t1∼t2时间内传送带匀速运动的位移为
t1∼t2时间内行李匀加速运动的位移为
传送带匀速传动过程中传送带与行李摩擦产生的热量为
16. 为喜迎2024年元旦，某课外小组设计了如图所示的趣味游戏装置。倾角为30°的斜劈固定在水平地面上，长为L的直轨道与半径为的圆弧轨道平滑连接，两者一起固定在斜劈上表面右侧（直轨道紧贴斜劈右边缘），斜劈左侧固定一与斜劈左侧边等长的竖直弹性挡板，长度可忽略的轻弹簧下端固定在直轨道下端，斜劈底端长为L的AB部分等分为4个中奖区域。小组设计游戏规则如下：游戏参与者拉动拉手压缩轻弹簧，放手后弹簧将质量为m的小球从斜劈底端弹出，小球通过直轨道和圆弧轨道后水平抛出，若小球直接击中中奖区域则不会获奖，只有碰撞挡板反弹（垂直挡板的分速度等大反向，沿挡板的分速度不变）后击中中奖区域才能获奖（不考虑小球落入中奖区域后反弹的情况）。已知重力加速度大小为g，忽略一切摩擦阻力。
（1）若小球到达圆弧轨道最高点时小球对圆弧轨道外侧的压力大小为mg，求小球从斜劈底端弹出时的动能；
（2）若要获得一等奖，求小球从斜劈底端弹出时动能的范围。

【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）小球在圆弧最高点时速度为，由牛顿第二定律可得
解得
小球从斜劈底端弹出到圆弧最高点的过程中
解得
（2）小球从圆弧最高点射出之后做类似平抛运动，有
解得
当小球恰好到达一等奖左侧边缘时
解得
又
解得
当小球反弹后恰好到达一等奖右侧边缘时
解得
又
解得
综上所述初动能的取值范围为
17. 如图所示，在三维坐标系Oxyz中，z>0的空间内充满沿z轴负方向的匀强电场（电场强度大小E未知），z