湖南省炎德英才长郡十八校联盟2023届高三物理下学期第一次联考（全国卷）试题 （Word版附解析）

物理部分

一、选择题

1. 科幻电影《流浪地球》中，由于太阳正在极速衰老演化为红巨星，其体积在不断膨张并即将爆发氦闪，地球面临着被氦闪烧毁或是被太阳吞没的危险．为了自救，地球联合政府尽全人类力量，修建12000座行星发动机，推动地球变轨，脱离太阳系，前往4.22光年外半人马座的比邻星．行星发动机通过重元素聚变技术（烧石头）来达到推动地球的目的．已知自然界中铁的比结合能最大，以下说法中不正确的是（　　）

A. 核聚变需要在极高的温度下进行，又称作热核反应

B. 核聚变反应中，反应物的比结合能大于新核的比结合能

C. 重元素聚变中的“重元素”仍是原子序数小于铁的

D. 重元素聚变需要条件非常苛刻，目前人类的技术尚不能实现

【答案】B

【解析】

【详解】A．核聚变需要在极高的温度下进行，又称作热核反应，A正确；

B．核聚变反应中，反应物的比结合能小于新核的比结合能，B错误；

C．重元素聚变中的“重元素”仍是原子序数小于铁的，C正确；

D．重元素聚变需要的条件非常苛刻，目前人类的技术尚不能实现，D正确。

本题选择不正确的，故选B。

2. 如图所示，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长。一水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距时，它们加速度的大小均为a，则当两球运动至相距时，它们的加速度大小均为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】根据题意，当两球运动至二者相距时，对此时受力分析，如图所示

因为两球关于所在直线对称，则有

已知轻绳中心处受三个力，设绳子拉力为，水平方向上受力分析，则有

由牛顿第二定律有

联立解得

当两球运动至相距时，则有

同理可得

故选D。

3. 如图所示，用同一个回旋加速器分别加速静止的氕核、氘核与氦核，加速电压大小相等，磁场的磁感应强度大小相等，不考虑粒子在电场中的运动时间以及粒子质量的变化．则下列说法正确的是（　　）

A. 加速氘核后再对氦核进行加速，需要重新调整加速电压周期

B. 离开加速器时速度最大的是氦核

C. 离开加速器时的动能最小的是氕核

D. 三种原子核在回旋加速器中运动时间相同

【答案】D

【解析】

【详解】A．加速电压周期等于粒子在磁场中的运动周期，则有

由于氘核和氦核的比荷相等，可知加速氘核后再对氦核进行加速，不需要重新调整加速电压周期，故A错误；

BC．当粒子在磁场中的轨道半径等于D型盒半径时，粒子的速度最大，动能最大，则有

解得最大速度为

由于氕核的比荷在三种粒子中最大，则离开加速器时的速度最大的是氕核；粒子的最大动能为

由于三种粒子中，氘核最小，则离开加速器时的动能最小的是氘核，故BC错误；

D．粒子在电场加速的次数为

粒子在回旋加速器中运动时间为

可知粒子在回旋加速器中运动时间与粒子的电荷量和质量均无关，则三种原子核在回旋加速器中运动时间相同，故D正确。

故选D。

4. 卫星上装有太阳能帆板，其原理是利用硅和某些金属的光电效应，将光能转化为电能储存在蓄电池中，为卫星提供电能．有一颗人造卫星，其轨道位于赤道平面上，到地面的高度等于地球半径，在春分时（太阳光直射赤道）这颗卫星绕地球转动一周，太阳能帆板工作的时间约为（设地球自转周期为，地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为，）（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】对于同步卫星，有

对于人造卫星，有

解得

如图所示，人造卫星在A到B（顺时针）的过程中太阳能帆板无法工作

由几何关系知

θ=60°

则这颗卫星绕地球转动一周，太阳能帆板工作的时间为

故选C。

5. 在如图所示的电路中，正弦交流电源输出的电压有效值U恒定，定值电阻，变压器为理想变压器，导线电阻不计．当滑动变阻器的阻值调为时，定值电阻与滑动变阻器消耗的功率之比为1：3；当滑动变阻器的阻值调为时，滑动变阻器消耗的功率最大．则的值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】当滑动变阻器的阻值调为时，定值电阻与滑动变阻器消耗的功率之比为1：3；设此时原副线圈的电流分别为，，则有

解得

则

当滑动变阻器的阻值调为时，滑动变阻器消耗的功率最大，此时原副线圈中电流分别为 ，，由于

由于

所以可以得出

对此公式化简可得

最大功率为

所以有

根据数学方法可知当时，功率取得最大值，解得

故选A。

6. 空间中存在匀强电场，如图所示，以O点为圆心的圆所在的平面与电场平行，圆的半径为。AC、BD为两条相互垂直的直径，已知A点电势为，B点电势为，C点电势为。以下说法中正确的是（　　）

A. 电场强度的方向与CA的夹角为

B. 电子在O点的电势能为

C. 电场强度大小为

D. 若质子以的初动能仅在电场力作用下自C点开始运动，该质子到达圆周上的最大动能为

【答案】CD

【解析】

【详解】A．根据匀强电场特征可知

AC连线上8V的点M，距O点

BM连线为等势线，电场线与等势线垂直由高电势指向低点势，电场强度的方向与CA的夹角为

所以夹角为37°，故A错误；

B．电子在O点的电势能为

故B错误；

C．根据

故C正确；

D．圆上电势最小点电势为

若质子以的初动能仅在电场力作用下自C点开始运动，该质子到达圆周上的最大动能为

故D正确。

故选CD。

7. 如图所示，水平地面上固定着三个内壁光滑的容器甲、乙、丙，它们的中心轴线均和水平地面垂直．其中甲的内表面为圆锥面，乙的内表面为半球面，丙的内表面为旋转抛物面（将抛物线绕其对称轴旋转一周所得到的曲面），三个容器中均有两个小球贴着内壁在水平面内做匀速圆周运动，小球可视为质点．下列说法正确的是（　　）

A. 甲容器中A球的线速度比B球大 B. 乙容器中A球的角速度比B球大

C. 丙容器中两球角速度大小相等 D. 丙容器中A球的角速度比B球小

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．设容器对小球弹力方向与竖直方向夹角为θ，对甲容器，由牛顿第二定律

可得

由于θ为定值，而A球半径更大，则A球线速度更大，A正确；

B．对乙容器，有

可得

其中h为球心到圆周轨迹平面的距离，由于A球的圆周平面到球心更近，故A的角速度比B大，B正确；

CD．对丙容器，由

有几何关系知，tanθ为抛物线上该点切线斜率，设抛物线方程为

由平抛推论或数学求导均可得

得

可知，角速度与位置无关，即两球角速度相等，C正确，D错误。

故选ABC。

8. 如图所示，空间中存在竖直方向的匀强电场（图中未画出），某时刻，不带电的小球A自地面上方的P点以速度水平抛出，与此同时带负电的小球B以竖直向下的初速度开始运动，小球落地前P点、A球、B球三者始终保持在一条直线上。已知两球质量均为，B球带电量为，初始时A、B两球等高且距离为，两球可视为质点且始终在同一竖直面内运动，运动过程中未相碰，重力加速度为，则以下说法中正确的是（　　）

A. 匀强电场的方向竖直向下 B. 电场强度大小为

C. B球的初速度 D. B球的初速度

【答案】AC

【解析】

【详解】A球做平抛运动，则有

，

小球落地前P点、A球、B球三者始终保持在一条直线上，根据相似三角形可得

可得

可知B球做匀速直线运动，则电场力与重力平衡，场强大小为

由于小球B带负电，可知匀强电场的方向竖直向下；又

联立解得

故选AC。

二、非选择题

（一）必考题（共129分）

9. 某实验小组为了测定小物块与长木板间的动摩擦因数，设计了如图甲所示的实验装置，力传感器可以测出轻绳的拉力大小，滑轮及轻绳质量不计，重力加速度g已知。实验步骤如下：

①按图甲所示装置安装实验器材，图中长木板保持水平；

②在砂桶内放入一定质量的砂子，小物块靠近打点计时器，接通打点计时器的电源，释放小物块，打出一条纸带，同时记录力传感器的读数；

③利用纸带计算小物块的加速度；

④改变砂桶内砂子的质量，重复步骤②③；

⑤以小物块加速度a为纵坐标，力传感器读数F为横坐标，作出图像如图乙所示。

（1）测得图乙中直线斜率为k，纵截距为，则长木板动摩擦因数为________；小物块质量为________（用k、b、g表示）；

（2）先将长木板倾斜一定角度以平衡摩擦力，然后多次改变砂桶内砂子的质量，作出小车加速度a与砂和砂桶总质量m的图线如图丙所示，则图中的值为________。

【答案】    ①.     ②.     ③.

【解析】

【详解】（1）[1][2]对车运用牛顿第二定律有

变形可得

则有

，

解得

，

（2）[3]分别对砂桶和小车使用牛顿第二定律，可得

联立解得

当m远大于M时，则有

10. 某物理兴趣小组设计了一个如图所示的多用电表电路图。如图所示，已知表头G的满偏电流为，内阻。定值电阻．电源电动势，内阻，电阻箱和的调节范围都是。

（1）与多用电表B端相连的是________（填“红”或者“黑”）表笔；

（2）选择开关置于1位置，闭合开关S，电流表量程为________，保持S闭合，选择开关置于3位置，将其改装为量程的电压表，电阻箱应调节为________；

（3）选择开关置于2位置，通过开关S的通断可以实现欧姆表“”与“”两种倍率．则________（填“闭合”或者“断开”）开关S，欧姆表为“”倍率．将欧姆表切换至“”倍率，红、黑表笔短接进行欧姆调零，然后将某一待测电阻接在红黑表笔之间，当表头G的指针偏转角度为满量程的时，待测电阻为________。

【答案】    ①. 黑    ②. 300    ③. 191.0    ④. 闭合    ⑤. 200

【解析】

【详解】（1）[1]根据多用电表“红进黑出”可知B相连的为黑表笔；

（2）[2][3]选择开关置于1位置，闭合开关S时

与并联后总电阻为

S闭合，选择开关置于3时

解得

（3）[4][5]欧姆表中，正确调零后，待测电阻与电流的关系为

闭合开关S时，电流表量程为S断开时的10倍，故而所测电阻是开关断开时的，因此开关S闭合为倍率，S断开为倍率，使用时，电流表量程为，因此

11. 如图所示，一质量为的木板B静止于光滑水平面上，物块A质量为，停在木板B的左端。质量为的小球用长为的轻绳悬挂在固定点O上，将轻绳向左拉直至水平位置后，由静止释放小球，小球在最低点与物块A发生弹性碰撞，碰后立即取走小球，物块A与小球均可视为质点，不计空气阻力，已知物块A与木板B之间的动摩擦因数，重力加速度。

（1）求碰撞过程中小球对物块A的冲量大小；

（2）若木板长度为，求物块A的最终速度大小。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）小球由静止摆至最低点过程，由机械能守恒

小球与物块A发生弹性碰撞过程，由动量守恒和能量守恒可得

对物块A运用动量定理

代入数据可得

（2）假设物块A与木板B达到共同速度，设相对位移为s，则由动量守恒和能量守恒得

联立解得

由于，故物块A从木板B上滑下，设物块A与木板B最终速度分别为和，由动量守恒和能量守恒得

解得

12. 如图所示，两光滑圆形金属导轨固定在水平面内，圆心均为O点，半径分别为，，两导轨通过导线与右侧电路相连，一长为、电阻为的导体棒与两圆形导轨接触良好，导体棒一端固定在O点且以角速度顺时针匀速转动，两圆形导轨所在区域存在方向竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场，定值电阻，电容器的电容。足够长的光滑平行金属导轨AG、BH固定于水平面内，相距为，处于竖直向下、大小为的匀强磁场中，轨道在C、D处各被一小段正对的绝缘材料隔开，质量为的金属棒a静置于导轨AB处，质量为的金属棒b紧贴CD右侧放置，质量为的金属棒c静置于b棒右侧的EF处．a、b棒的接入电阻相同，，c棒的接入电阻。初始时单刀双掷开关S与触点“1”闭合，现将开关S拨到触点“2”，当金属棒a运动至CD时电容器的电压，此时a、b两棒相碰结合为一个“双棒”整体，最终各棒运动达到稳定状态，所有导轨的电阻均不计，求：

（1）开关S与触点“1”闭合时，电容器所带的电荷量；

（2）金属棒a刚运动至CD时的速度；

（3）最终“双棒”整体与c棒的距离以及从a、b棒碰后到各棒稳定的过程中a棒中产生的焦耳热。

【答案】（1）2C；（2）2m/s；（3）0.01J

【解析】

【详解】（1）导体棒转动切割磁感线，其接入电路的部分感应电动势为

闭合回路总电阻为

回路电流

电容器的电压

电容器的电荷量为

（2）开关S接2时，电容器向金属棒a放电，金属棒a受安培力运动，当金属棒a运动至CD处时电容器所带电荷量

该过程流过金属棒a的电荷量

由动量定理

代入数据可得

（3）a棒与b棒发生碰撞过程，根据动量守恒

“双棒”整体与c棒系统动量也守恒，最终达到共同速度

对c棒使用动量定理

解得

“双棒”整体与c棒运动至稳定过程中由能量守恒

其中

代入数据可得

（二）选考题

13. 下列关于热现象的说法中正确的是（　　）

A. 布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动

B. 水浸润玻璃管现象中，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离

C. 一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体分子单位时间对单位面积容器壁碰撞次数减少

D. 蔗糖受潮后会粘在一起形成糖块，看起来没有确定的几何形状，这种粘在一起的糖块是多晶体

E. 学校里常用的干湿泡湿度计由两个相同的温度计组成，其中一只温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的另一端浸在水中。由于蒸发吸热，湿泡所示的温度小于干泡。若干、湿温度计读数相差较大，说明空气的相对湿度较大

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．布朗运动是由于液体分子做无规则运动时对固体小颗粒撞击作用不平衡引起的，故布朗运动证明了液体分子在不停息的做无规则运动，A错误；

B．水浸润玻璃管现象中，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离，分子间表现为斥力，故B正确；

C．一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，温度升高，分子平均动能变大，但压强不变，所以气体分子单位时间对单位面积容器壁碰撞次数减少，故C正确；

D．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块是多晶体，看起来没有确定的几何形状，也是多晶体的特点。故D正确；

E．由于蒸发吸热，湿泡所示的温度小于干泡。若干、湿温度计读数相差较大，说明空气干燥，空气的相对湿度较小，故E错误。

故选BCD。

14. 如图所示，将一导热性能良好的容器竖直放置在地面上，并封闭一定质量的理想气体，用一可自由移动的活塞将气体分成A、B两部分，活塞与容器无摩擦且不漏气，此时A、B两部分气体体积之比为，A部分气体压强为，B部分气体压强为，重力加速度为g。

（1）若环境温度升高，分析活塞如何移动并说明理由；

（2）若整个容器以的加速度竖直向上做匀加速直线运动，求稳定后A、B两部分气体的体积之比。

【答案】（1）活塞向上移动，理由见解析；（2）4∶1

【解析】

【详解】（1）设活塞质量为，横截面积为，由平衡可知

解得

假设活塞不移动，设开始时环境温度为，温度升高后为，A气体压强为，由盖吕萨克定律

解得

温度升高到后，B气体压强为，同理可知

解得

由于

故活塞向上移动。

（2）设开始时A的体积为2V，B的体积为V，向上做匀加速直线运动时，A的体积为，B的体积为，由玻意耳定律

两气体的体积和不变，则

根据牛顿第二定律

联立解得

15. 下列说法中正确的是（　　）

A. 红光在水中的传播速度比紫光在水中的传播速度大

B. 用无色肥皂液吹出的肥皂泡在阳光下呈彩色，是光的干涉形成的

C. 光从光疏介质射入光密介质时，可能会发生全反射现象

D. 一束光不能通过两个相互垂直的偏振片，说明光是一种纵波

E. 通过狭缝去观察与狭缝平行的白色线状光源时，看到的彩色条纹是光的衍射现象形成的

【答案】ABE

【解析】

【详解】A．紫光频率大于红光，光在同种介质中传播时，频率越大，光速越小，A正确；

B．在阳光下观察肥皂泡呈彩色，是光的干涉现象，B正确；

C．只有光从光密介质向光疏介质，且入射角大于临界角时，才能发生全反射现象，C错误；

D．一束光不能通过两个相互垂直的偏振片，说明光是一种横波，只有横波才有偏振现象，D错误；

E．通过狭缝去观察与狭缝平行的白色线状光源时，看到的彩色条纹是光的衍射现象形成的，E正确。

故选ABE。

16. 如图所示，有一个边缘能发出某种单色光的正方形线光源MNPQ，水平放置于水池底部，其边长为L，光源距离水面高度为h，水池面积足够大，该光源发出的单色光在水中的折射率为n。求水面上有单色光直接照射的面积。

【答案】

【解析】

【详解】对于水下单一点光源来说，由于光源发出的单色光在水中的折射率为n，有一部分光将发生全反射。由对称性可知，在水面上，可以通过水面射入空气的光将形成一个圆形光斑，设此光斑半径为r，如下图所示。设发生全反射的临界角为i，则有

可得

对于正方形线光源MNPQ，其光斑形状应如下图所示

光斑面积