2023届湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学高三下学期考前核心素养物理试题（含解析）

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2023届湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学高三下学期考前核心素养物理试题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、多选题
1．如图所示，（a）为氢原子能级图，（b）为某放射性元素剩余质量m与原质量的比值随时间t的变化图像，（c）为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，（d）为原子核的比结合能随质量数变化图像。下列与四幅图对应的四种说法，正确的是（　　）
  
A．图（a）中，能量为10.5eV的光子轰击处于基态的氢原子，可能使之发生跃迁
B．图（b）中，由放射性元素剩余质量m与原质量的比值随时间t的变化规律可知其半衰期为
C．图（c）中，探测器接收到的可能是射线
D．图（d）中，比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定

二、单选题
2．在国产科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯是其重要的科幻元素，其结构主要由地面基座、缆绳、空间站、平衡锤、运载仓组成，如图所示。地面基座为缆绳的起始段，主要起到固定作用，空间站位于距离地表36000km的地球静止同步卫星轨道，并在距离地表90000km的尾端设置了平衡锤，空间站、平衡锤、地面基座之间由若干碳纳米缆绳垂直连接，运载仓可沿缆绳上下运动。已知空间站、平衡锤与地球自转保持同步，则（　　）
  
A．平衡锤的加速度小于空间站的加速度
B．平衡锤的线速度小于空间站的线速度
C．平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力
D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，平衡锤将坠落地面
3．链球是利用双手投掷的竞远项目，运动员两手握着链球上铁链的把手，经过3~4圈加速旋转，带动链球旋转，最后链球脱手而出，整个过程可简化为某倾斜平面内的加速圆周运动和脱离后的斜抛运动，如图所示。某次训练中链球脱手时速度的方向与水平面成角，忽略空气阻力，下列说法中正确的是（　　）

A．链球做加速圆周运动过程中，合力的方向指向圆心
B．链球做加速圆周运动过程中，向心力不断增大
C．若其他条件不变仅改变，则当增大时，链球斜抛过程中动量的变化率变大
D．若其他条件不变仅改变，则时，链球落地点离脱手点水平距离最远
4．如图所示，在等腰直角三角形ABC的顶点上固定着三根互相平行的长直导线A、B、C，三导线中通入的电流大小相同，其中导线A、C中的电流垂直平面向外，导线B中的电流垂直平面向里。在该区域加上一个磁感应强度大小为的匀强磁场（未画出），此时斜边BC中点O处的磁感应强度恰为零。如果撤去匀强磁场和导线C，则O点的磁感应强度的大小和方向分别为（　　）
  
A．，方向由A指向C B．，方向由C指向A
C．，方向由B指向A D．，方向由A指向B
5．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为20V，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻、、阻值相同。通过理想电流表的电流随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）
  
A．交流电的频率为100Hz B．理想电压表的示数为4V
C．的阻值为 D．副线圈的输出功率为
6．如图所示为某静电场中x轴上各点电势的分布图。一质量为m，电荷量大小为q的粒子从坐标处以初速度沿x轴正方向射出，仅在静电力作用下恰好在区间内往复运动，已知、处电势为，下列说法正确的是（　　）
  
A．粒子一定带负电
B．粒子从运动到的过程中，加速度先增大后减小
C．粒子从运动到的过程中，电势能先增大后减小
D．粒子从射出后能运动到无穷远处至少需要动能
7．如图所示，质量为m物块P放置于水平面上，P和墙间水平拴接着劲度系数为k的轻弹簧，且弹簧处于原长状态。已知P与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。今用水平力F向左缓慢压P，使P向左移动到某一位置后，突然撤去F，P先向右再向左往复运动一次后停止。F做的功为，物体运动过程中的产生的热量为Q，下列判断正确的是（　　）
  
A．物体停止时弹性势能一定为零 B．力F的最大值为
C． 的最大值为 D．热量Q的最小值为

三、多选题
8．如图所示为钻石的某个截面，其中B、C、D处均为直角。一束复色光由AB面入射，从CD面出射时分开成a、b、c三种单色光。用这三种单色光分别照射金属钾板，其中b光恰好可使钾板产生光电效应。下列说法正确的是（　　）
  
A．a光在棱镜中的速度最小
B．c光打出的光电子的遏止电压最大
C．同一装置条件下c光双缝干涉条纹宽度最大
D．从CD面出射时a光、b光、c光互相平行
9．列车在平直轨道上从刹车到停止的过程可简化为匀变速运动。某列车以初速度开始刹车，前4s内位移大小为l，停止前4s内位移大小为，则（　　）
A．若已知，则 B．若已知，则
C．刹车所用时间为5s D．刹车所用时间与l大小有关
10．一列简谐横波在时的波形图如图（a）所示，P是介质中的质点，图（b）是质点P的振动图像。已知波在该介质中的传播速度为，下列说法正确的是（　　）
  
A．波沿x轴正方向传播 B．波长
C．质点P平衡位置的横坐标 D．坐标原点处质点的振动方程为
11．如图（a）所示，左侧接有定值电阻的水平粗糙固定导轨处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度，导轨间距。一质量金属棒在水平拉力F作用下以初速度开始从MN处沿导轨向右运动，金属棒中的电流i与位移x图像如图（b）所示。已知金属棒与导轨间动摩擦因数，，忽略金属棒与导轨电阻，不计电磁辐射，则（　　）
  
A．金属棒在处速度为
B．金属棒在处加速度为
C．从开始到处系统产生的总热量为9.5J
D．从开始到处拉力做功为33.5J

四、实验题
12．某同学利用智能手机的连拍功能拍摄了竖直上抛小球的上升过程中的多张照片，以验证机械能守恒定律。如图所示为照片经处理后的实际距离。已知手机每秒拍摄20张照片，小球质量，g取。
    
（1）小球从B到E的过程中，重力势能增量 J；小球经过E点时的速度 。（结果保留3位有效数字）
（2）以各点的动能Ek为纵轴，相对A点上升的高度h为横轴，做出图像如图所示，求得该图像斜率的绝对值为。若小球运动中所受阻力可视为恒力，则阻力的大小为 N。
13．五一期间，武汉市在长江两岸进行了“2023建设英雄城劳模风采主题灯光秀”，两江沿岸7座桥体、2座山体、近千栋建设以光影为载体，致敬城市追梦的奋斗者与建设者。小武同学观看后对其中的发光单元产生了兴趣，他查找相关资料，发现一个发光单元是由三个相同的发光二极管和一个定值电阻串联而成（如图甲中虚线框内的结构），供电电压为12V，通过查找相关资料可知，每个发光二极管的工作电压应在3~4V之间，允许流过的最大电流不超过30mA。为研究发光二极管的伏安特性并测量的值，小武同学设计了图甲的电路进行实验。图中电源电压恒为12V，电压表的量程为0~2V、内阻为，电流表量程为0~30mA、内阻很小可忽略。完成下列操作中的要求或填空：
  
（1）为完成实验并准确测量，定值电阻应该选择( )
A．            B．            C．            D．
（2）正确选择后接通电源，将R的滑动触头从M端向N端滑动，记录多组电压表的示数U和电流表的示数I，并在图乙中绘出了图线。当R的滑动触头移动到最右端N时，电压表的示数为1.75V，电流表的示数为25.0mA，不考虑电表内阻的影响，则的阻值为 ；
（3）如果考虑电表内阻的影响，发光二极管D在通过某一电流时的实际功率 （选填“大于、“小于”或“等于）由图乙得到的测量值；
（4）若将一个发光单元直接接到电动势为12V、内阻为的电源两端，在发光单元中，一个发光二极管的功率约为 mW。（计算结果保留2位有效数字）

五、解答题
14．学校的科学探究小组开展与气体性质相关的研究实验。如图所示，足够长的柱形玻璃管两端开口，横截面积为，将其竖直固定并使其上沿刚好没入水中，水面足够宽广。大气压强，水的密度为。在柱形玻璃管内有一个密度为、高度为的柱形活塞，下边缘被挡在距水平面深度为的位置，活塞的上部玻璃管里充满水，活塞可在管内无摩擦滑动且不漏气。现利用压气机将水面上方的空气从管下部向管内充入（空气可视为理想气体，其质量忽略不计），来推动活塞缓慢上浮。重力加速度大小，环境温度不变。
（1）当活塞下部的气体压强达到多少时，活塞刚好开始上浮？
（2）当活塞刚好开始上浮时，压气机将多大体积的水面上方的空气压入到了管中？
  
15．如图所示，光滑水平面上放有一个凹槽，质量为M，其中圆弧部分是半径为R的四分之一圆弧，它与AB段和CD段相切，一个质量为2M的小物块（可视为质点）从图中A处紧贴凹槽无初速释放，物块与凹槽CD段的动摩擦因数为0.05，凹槽其余部分的摩擦忽略不计，AB段的长度为R，CD段的长度为5R，物块和凹槽侧壁的碰撞是弹性碰撞，重力加速度为g，求：
（1）物块第一次通过C点时的速度大小；
（2）从开始运动到物块与凹槽第一次碰前瞬间，物块水平方向的位移大小；
（3）从开始运动到最后停下时，凹槽的位移大小。
  
16．如图所示，空间中有坐标系，平面水平，y轴沿竖直方向。在O处有一个质量为m、带电量为的小球（可视为点电荷），不计空气阻力，重力加速度为g。
（1）若在空间中存在着沿x轴负向的匀强电场，电场强度，将小球沿y轴正向以速度抛出，求小球落回x轴前动能的最小值；
（2）若在的空间中存在着正交的电磁场，其中匀强电场沿y轴正向，电场强度，匀强磁场方向沿z轴负向，磁感应强度大小为B。小球以初速度从O点抛出，速度方向在平面内且与x轴正向成角，，多次发射小球后，求小球在电磁场中可能的运动轨迹所覆盖的面积；
（3）若在区域存在沿y轴负向的匀强磁场，磁感应强度为，在区域存在沿y轴负向的匀强磁场，磁感应强度为，小球从O点沿x轴正向以的速度抛出，求小球从抛出到再次经过y轴所用的时间及经过y轴时到O点的距离。（忽略磁场的边界效应）
  

参考答案：
1．AB
【详解】A．10.5eV恰好为氢原子2能级和1能级的能极差，所以处于基态的氢原子恰好能吸收，发生跃迁，故选项A正确；
B．放射性原子核从衰变为，所用时间

有半数发生衰变，所以半衰期为，故选项B正确；
C．粒子穿透能力比较弱，不能穿透钢板，故选项C错误；
D．比结合能越大，平均核子质量越小，故D错误。
故选AB。
2．C
【详解】AB．平衡锤和空间站的角速度相等，根据，可知平衡锤的加速度大于空间站的加速度；根据可知平衡锤的线速度大于空间站的线速度，故AB错误；
C．平衡锤受拉力和万有引力共同作用提供向心力，所以平衡锤做圆周运动所需的向心力大于地球对其万有引力，故C正确；
D．若平衡锤与空间站与间的缆绳断裂，则平衡锤所受引力不足以提供向心力，平衡锤做离心运动，故D错误；
故选C。
3．B
【详解】A．若链球做匀速圆周运动，则合力提供向心力，方向指向圆心，所以链球做加速圆周运动过程中，合力的方向不指向圆心，故A错误；
B．链球做加速圆周运动过程中，向心力，不断增大，故B正确；
C．链球斜抛过程中动量的变化率为

所以当增大时，链球斜抛过程中动量的变化率不变，故C错误；
D．若链球在水平面做斜抛运动，则有


联立可得

当，水平位移最大；但该模型竖直高度与也有关，根据斜抛运动规律可知并非时，链球落地点离脱手点水平距离最远，故D错误；
故选B。
4．A
【详解】根据几何关系可知，A、B、C三导线在O处产生的磁感应强度大小相等，设为；根据右手螺旋定则可知，B、C两导线在O处产生的磁感应强度方向均垂直于BC向下，A导线在O处产生的磁感应强度方向由O指向C，则A、B、C三导线在O处的合磁感应强度大小为

由于在该区域加上一个磁感应强度大小为的匀强磁场后，O处的磁感应强度恰为零，则有

解得

如果撤去匀强磁场和导线C，剩下A导线在O处产生的磁感应强度方向由O指向C，大小为，B导线在O处产生的磁感应强度方向垂直于BC向下，大小为，则A、B两导线在O处合磁感应强度大小为

方向由A指向C。
故选A。
5．C
【详解】A．交流电的周期为0.02s，所以交流电的频率为

故A错误；
B．根据变压器电压与匝数的关系可知

解得

由于、阻值相同，所以电压表示数为5V，故B错误；
C．设三个电阻的阻值均为，根据闭合电路欧姆定律有

将代入解得

故C正确；
D．副线圈的输出功率为

故D错误；
故选C。
6．B
【详解】A．粒子从坐标处以初速度沿x轴正方向射出，仅在静电力作用下恰好在区间内往复运动，可知粒子从运动到的过程中，粒子速度减小，电场力方向沿x轴向左，沿电场线方向电势降低，可知区间内电场强度方向沿x轴向左，故粒子一定带正电，故A错误；
B．图象的斜率大小表示电场强度大小，电场力是粒子的合外力，粒子从运动到的过程中，斜率大小先增大后减小，故加速度先增大后减小，故B正确；
C．粒子从运动到的过程中，区间电场强度方向沿x轴向右，电场力做正功，粒子动能增大，区间内电场强度方向沿x轴向左，电场力做负功，粒子动能减小，可知在处粒子的动能最大，故电势能先减小后增大，故C错误；
D．根据动能定理得

粒子从射出后能运动到无穷远处至少需要动能

故D错误。
故选B。
7．C
【详解】为保证物块向右运动又向左运动一次，力F的最大值对应向左运动到停下时，弹力弹力大小刚好等于最大静摩擦力，设停下来时弹簧的压缩量为。有

解得

运动到最右端时弹簧的伸长量为，第一次运动到最左端时弹簧的压缩量为。从最右端到停下来，由能量守恒得

解得

从最左端运动到最右端，由能量守恒定律得

解得

A．因地面和物块之间存在摩擦，物体停止时弹簧不一定处在原长，弹性势能不一定为零，故A错误；
B．力F的最大值

故B错误；
C．由功能关系

得的最大值等于。故C正确；
D．热量Q的最小值

故D错误。
故选C。
8．BD
【详解】A．由图中各色光的折射程度可知c光的折射率最大，根据可知，c光在棱镜中的速度最小，故A错误；
B．c光的折射率最大，则频率最大，根据光电效应方程

可知c光打出的光电子的遏止电压最大，故B正确；
C．c光的频率最大，则波长最小，根据干涉条纹间距公式

可知c光双缝干涉条纹宽度最小，故C错误；
D．C处均为直角，根据光的反射定律结合几何关系可知从CD面出射时a光、b光、c光互相平行，故D正确；
故选BD。
9．BC
【详解】AB．若已知，有

解得加速度为

根据

解得列车的初速度

故A错误，B正确；
CD．设小车经历秒后静止，根据动力学公式有


联立解得

故C正确，D错误。
故选BC。
10．CD
【详解】A．图（b）可知，P向下振动，根据平移法可知波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．图（b）可知，可解得

故B错误；
C．设的质点，从平衡位置到经历的时间为，由振动方向可知

所以点P平衡位置的横坐标为

故C正确；
D．图（b）可知质点P的振动方程为

波从O到P所需时间为

可知坐标原点处质点的振动方程为

故D正确；
故选CD。
11．ACD
【详解】A．根据图象感应电流随位移变化的表达式为

金属棒在处感应电流的大小

感应电流有

解得金属棒在处速度为

故A正确；
B．感应电流有

可得速度随位移变化的表达式为

两边对时间求导得

故金属棒在处加速度为，故B错误；
C．从开始到处摩擦力产生的热量

从开始到处电阻产生的热量

从开始到处系统产生的总热量为

故C正确；
D．金属棒在处速度为

从开始到处根据能量守恒有

故从开始到处拉力做功为33.5J，故D正确。
故选ACD。
12． 3.48 0.6
【详解】（1）[1] 小球从B到E的过程中，重力势能增量

[2]根据平均速度代替瞬时速度可知小球经过E点时的速度

（2）[3]根据动能定理有

则

根据斜率可知

13． B 60 大于 1.9
【详解】（1）[1]电压表的量程为0~2V、内阻为，每个发光二极管的工作电压应在3~4V之间，电压表需改装成大量程电压表，量程为4V，根据


解得

故选B。
（2）[2]电压表的示数为1.75V，根据电压表改装可知发光二极管两端电压为3.5V，根据欧姆定律，的阻值为

（3）[3]根据电压表改装可知发光二极管两端电压为图乙测得电压值的两倍，故发光二极管D在通过某一电流时的实际功率大于由图乙得到的测量值；
（4）[4]设电压表示数为，发光二极管两端电压为，等效电阻为

根据闭合电路的欧姆定律可知

代入数据得

在题图乙画的图线，两图线的交点为
一个发光二极管的功率约为

  
14．（1）；（2）
【详解】（1）活塞受到的重力

活塞上表面受到的压力为

活塞下部的气体压强

（2）管下部所充气体下表面受到向下的压强

解得气柱的高度为

根据等温变化

解得压入的空气体积为

15．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）物块第一次通过C点时，由凹槽和物块组成的系统机械能守恒可得

由凹槽和物块组成的系统动量守恒可得

解得

（2）物块第一次通过C点时，二者水平方向上动量守恒，物块水平向右发生的位移大小为，凹槽水平向左发生位移大小为，可得


解得

物块冲上粗糙面后，物块的加速度为，凹槽的加速度为，由于牛顿第二定律可得


当物块与凹槽右挡板发生碰撞时满足

即

解得

物块水平方向的位移大小为

（3）由水平方向上动量守恒可得，物块与凹槽最终都静止，由能量守恒定律可得

解得


当时，，即物块将停在右侧挡板处。物块相对凹槽停下时，凹槽也停止运动，整个过程中，物块相对凹槽发生的位移为

对二者研究，由于水平方向上动量守恒，物块水平向右发生的位移大小为，凹槽水平向左发生位移大小为，可得


解得

16．（1）；（2）；（3）；
【详解】（1）由

可知小球受到的电场力与重力等大，所以电场力与重力的合力为

方向与x轴负方向夹角为45°，小球的运动可以看成类斜抛运动，当小球的速度与合力垂直时，速度最小，动能最小，此时有


联立可得

则最小速度大小为

动能的最小值为

（2）因为场强度，电场沿y轴正向，所以重力和电场力平衡，故小球做匀速圆周运动，由

可得

小球在x轴正方向可能覆盖的面积是运动轨迹的半个圆周，在x轴负方向可能覆盖的面积是以运动轨迹的直径为半径的四分之一圆周，面积共为

（3）小球在xoz平面内分别做匀速圆周运动，由

可得小球在两个磁场中的半径分别为


周期分别为


小球在每个磁场中完成半个圆周运动进入另一个磁场，则在

的时间内，沿z轴移动的距离为

则有

可得

则小球从抛出到再次经过y轴所用的时间

小球在y轴方向做自由落体运动，从抛出到再次经过y轴时到O点的距离为