2023-2024学年湖北省武汉市二月调研考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年湖北省武汉市二月调研考试物理试卷（含解析），共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.1947年，中国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分。如图是铀核俘获中子后，裂变成三个质量较大的核和一个质量较小的核时产生的径迹。下列说法不正确的是( )
A. 铀核裂变过程质量数守恒
B. 铀核裂变过程电荷数守恒
C. 铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量会有差异
D. 铀核中使核子紧密结合在一起的作用是弱相互作用
2.明代方以智在《物理小识》中记载：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱则必有一面五色”，这描述的是光的色散现象。如图，半圆是一宝石的横截面，MN是其直径，P是圆弧上的一点。在横截面所在的平面，一束光自P点射入宝石，折射为a、b两束单色光。下列说法正确的是( )
A. 宝石对a光的折射率比对b光的折射率大
B. 在宝石中a光的传播速度比b光的传播速度小
C. 若仅增大光在P点的入射角，a光可能在MN上发生全反射
D. 用同一双缝干涉装置做实验，a光的干涉条纹间距比b光的干涉条纹间距大
3.如图是空间某区域电势φ随位置x变化的关系图，图中四个区域1、2、3、4内电场强度沿x轴方向的分量大小分别为E1、E2、E3、E4。下列判断正确的是( )
A. E1B. E2>E4
C. E2沿x轴正方向
D. 电子沿x轴正方向穿过区域2的过程中电势能增大
4.如图，虚线圆形区域内、外均分布着垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小相同、方向相反，一带电粒子从圆上的A点正对圆心入射。仅改变带电粒子的入射速率，可分别得到图甲和图乙中实线所示的运动轨迹。则甲、乙两图中粒子的入射速率之比为( )
A. 3B. 2C. 3D. 2
5.轻绳的一端固定于O点，另一端系一小球。现将轻绳拉直，让小球从与O点等高的A点静止释放。不计空气阻力，重力加速度大小为g，小球从A点运动到最低点B的过程中
( )
A. 竖直方向上加速度的最大值为g，最小值为0
B. 竖直方向上加速度的最大值为3g，最小值为g
C. 竖直方向上的加速度最小时，重力的瞬时功率最大
D. 竖直方向上的加速度最小时，重力的瞬时功率最小
6.如图是某同学设计的温控报警系统：交流电源输入有效值恒定的电压，变压器可视为理想变压器，R0和R1分别为定值电阻和滑动变阻器;RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小;S为报警装置(可视为阻值恒定的电阻)，其两端电压超过设定值时报警器发出警报。现欲使S在温度更低时报警，下列做法一定可行的是( )
A. 仅将滑片P1左移B. 仅将滑片P1右移
C. 将滑片P1左移，同时将滑片P2下移D. 将滑片P1右移，同时将滑片P2上移
7.某同学投掷篮球空心入筐，篮球的出手点与篮筐的距离为7.2m，篮球进入篮筐时的速度方向恰好与出手时的速度方向垂直。不考虑空气阻力，重力加速度大小g取10m/s2。则篮球从出手到入筐的时间为
( )
A. 1.6sB. 1.4sC. 1.2sD. 1.0s
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.我国星际探测事业在一代代中国航天人的持续奋斗中不断开创新高度。下表是几颗星际探测器的相关信息：
根据以上信息可确认
( )
A. “东方红一号”的轨道半径比“夸父一号”的轨道半径大
B. “东方红一号”的运行速度比“夸父一号”的运行速度大
C. “嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度小
D. “嫦娥一号”的发射速度比“天问一号”的发射速度大
9.一列简谐横波沿x轴方向传播，t=0时刻的波形如图所示，介质中x=0.6m处的质点P的动能正在减小。t=0.25s，质点P第一次到达波峰处。下列说法正确的是( )
A. 该波沿x轴正方向传播
B. 该波的传播速度大小为4m/s
C. 0∼0.25s时间内，质点P运动的路程为40cm
D. 质点P振动的位移−时间关系为y=16sin(5πt+1.25π)(cm)
10.如图所示，上表面光滑的斜面静置于粗糙水平面上，斜面质量M=3.2kg，倾角θ=37∘，斜面顶端固定有光滑轻质滑轮，质量m=1kg的物块系于轻绳一端，轻绳另一端跨过滑轮系于地面上，斜面左侧的轻绳保持竖直，斜面上方的轻绳与斜面平行。已知重力加速度大小g=10m/s2，sin37∘=0.6，cs37∘=0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是
( )
A. 轻绳的拉力大小为8N
B. 水平面对斜面的弹力大小为48N
C. 水平面对斜面的摩擦力大小为4.8N
D. 剪断轻绳瞬间，为使斜面保持静止，斜面与水平面间的动摩擦因数至少为0.125
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某同学用如图甲所示的数字化实验装置测量当地的重力加速度。在滑块上安装一遮光条，将滑块放在水平气垫导轨上的A处，让细绳跨过定滑轮与钩码相连，光电门固定安装在气垫导轨上的B处，测得遮光条中心与B处的距离为s。将滑块由静止释放，遮光条通过光电门时光电门记录的挡光时间为t。
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，遮光条的宽度d= mm;
(2)实验时，光电门记录的挡光时间t=1.5×10−2s，则滑块通过光电门时的速度大小v= m/s(结果保留3位有效数字);
(3)改变距离s，测量时间t。多次测量，记录数据，描点并作出s−t−2图像，如图丙所示。
(4)测得钩码的质量m=20g，滑块(含遮光条)的质量M=64g，则当地的重力加速度g= m/s2(结果保留2位有效数字)。
12.某同学用图甲所示的电路测量电阻Rx的阻值。实验步骤如下：
ⅰ.按照电路图连接好电路，将滑片P置于电阻丝R0上的适当位置，闭合开关S1;
ⅱ.将双刀双掷开关S2(中间连杆为绝缘材料)掷于触点1、2，调节电阻箱R，使灵敏电流计Ⓖ的指针指零，读出电阻箱阻值，记为R1;
ⅲ.保持滑片P的位置不动，将S2掷于触点3、4，调节电阻箱R，仍使灵敏电流计Ⓖ的指针指零，读出电阻箱阻值，记为R2;
ⅳ.断开开关，整理器材。
回答下列问题：
(1)实验过程中， (填“需要”或“不需要”)测量滑片P两侧电阻丝的长度;
(2)关于实验对电阻丝规格的要求，下列说法正确的是 ;
A.总电阻必须已知，粗细必须均匀
B.总电阻必须已知，粗细无须均匀
C.总电阻无须已知，粗细必须均匀
D.总电阻无须已知，粗细无须均匀
(3)某次测量中，R1=70Ω，如图乙是电阻箱指示的R2的阻值，则待测电阻的测量值Rx= Ω(结果保留3位有效数字);
(4)若在步骤ⅱ后、步骤ⅲ之前，误将滑片P向右移动了少许，继续进行测量，则Rx的测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.增压水枪通过注水压缩空气，以增加储水腔内空气的压强，打开喷水开关，水将喷射到远处。某水枪储水腔的容积V=2.8L，最初充满压强p0=1.0atm的空气，现向储水腔内注入体积V0=0.8L的水。已知水的喷射速度v与储水腔内空气的压强p满足关系：p=p0+kv2，式中p0=1.0atm，k=4×10−3atm⋅s2⋅m−2。注水与喷水过程可忽略气体温度变化，储水腔内空气无泄漏，气体可视为理想气体。
(1)求注水后储水腔内空气的压强;
(2)打开喷水开关，当储水腔内水的体积为0.25L时，求水的喷射速度(结果保留1位有效数字)。
14.如图，倾角为θ的斜面足够长，MN区间光滑，长度为L，其余部分粗糙程度相同。长为L的轻绳连接两个相同的小滑块a、b。开始时a处于M点，轻绳恰好伸直。由静止同时释放a、b，经过一段时间后，a、b发生弹性碰撞。再经过一段时间轻绳突然绷紧，a、b达到共同速度，并一起匀速运动。已知重力加速度大小为g，求
(1)滑块a与斜面粗糙部分之间的动摩擦因数;
(2)滑块b从静止释放至运动到N点的时间;
(3)滑块a、b一起匀速运动的速率。
15.如图，两平行轨道固定于水平面内，其中MN、M′N′是两小段绝缘材料，其余部分是金属材料，轨道间距为d，轨道间分布着磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。轨道左侧接入包含电动势为E的直流电源、电容为C的电容器、单刀双掷开关S构成的电路，轨道右侧接入自感系数为L的电感线圈。质量为m、电阻为R的金属棒a垂直放置于轨道左侧某处，质量也为m、电阻不计的金属棒b垂直放置于绝缘材料上。现将S接1，待电容器充电完毕后，再将S接2。之后，a运动达到稳定状态，再与b发生弹性碰撞。不考虑其它电阻，不计一切摩擦，忽略电磁辐射，a、b均始终与轨道接触良好。
(1)S接通2瞬间，求金属棒a的加速度大小;
(2)求金属棒a运动达到稳定状态时的速度大小;
(3)某同学查阅教材后得知，电感线圈的自感电动势正比于电流的变化率，由此他猜测金属棒b在运动过程中做简谐运动。请证明。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了核裂变、核力；自然界有四种基本的相互作用力：万有引力、电磁作用力，强相互作用和弱相互作用。
铀核裂变过程中，质量数、电荷数守恒，反应前后有质量亏损；
知道自然界有四种基本的相互作用力。
【解答】
解：AB.该反应质量数、电荷数守恒，释放出大量的能量，故AB正确，不合题意；
C.铀核裂变产物不同，释放的能量也有差异，故C正确，不合题意；
D.铀核中使核子紧密结合在一起的作用是强相互作用，故D错误，符合题意。
2.【答案】D
【解析】【分析】本题考查了光的折射及折射定律、全反射、光的干涉；解决本题的关键是通过光路图比较出折射率，而得知频率大小，然后根据光学公式及全反射条件、光的干涉进行解答。
通过光路图，判断出玻璃砖对两束光的折射率大小，从而知道两束光的频率大小，根据折射率和频率大小去判断出在玻璃砖中的速度大小；由公式sinC=1n，根据几何关系，结合光路可逆分析全反射现象；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=Ldλ比较条纹间距。
【解答】解：A.a、b两光在P点的入射角相等，因为a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律n=sinisinr得知：玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率，故A错误；
B.由v=cn可知，在宝石中a光的传播速度比b光的传播速度大，故B错误；
C.由公式sinC=1n
根据几何关系，结合光路可逆，入射到MN的光的入射角总是小于临界角，不会发生全反射故C错误；
D.由于折射率越大，光的频率越大，则b光的频率比a光的频率大，b光的波长比a光的波长小，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=Ldλ，a光的干涉条纹间距比b光的大，故D正确。
3.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查了φ−x图象的斜率即电场强度E的大小、电场强度与电势差的关系、动能定理，图象是物理试题中最常见的题型之一，图象的斜率、截距、围的面积有其一定的物理意义，需要熟练判断和总结、记忆。
电场强度的大小可以根据φ−x图象的斜率判断，电场强度的方向可以根据电势的升降判断，根据电势确定电势能关系。
【解答】
解：AB.因为φ−x图象的斜率ΔφΔx=Ud=E，即为电场强度E的大小；由图像可知：E1=E3，E2>E4，故A错误，B正确；
C.由于沿电场的方向电势逐渐降低，区域2电势沿x轴正方向增大，则E2沿x轴负方向，故C错误；
D.由电势越大，负电荷电势能越小可知：电子沿x轴正方向穿过区域2的过程中电势能减小，故D错误。
4.【答案】A
【解析】【分析】画出轨迹图，根据几何关系得出图轨迹半径之比，根据r=mvqB可求入射速率之比。
【解答】解：画出轨迹图
设虚线圆形区域半径为R，根据几何关系得出图甲轨迹半径R甲= 3R
图甲轨迹半径R乙=1 3R，据r=mvqB
则甲、乙两图中粒子的入射速率之比为v甲v乙=R甲R乙=3，故选 A。
5.【答案】C
【解析】【分析】
本题主要考查竖直平面内的圆周运动，结合动能定理以及瞬时功率的计算式即可解答。
【解答】
AB.根据牛顿第二定律可知，竖直方向加速度最大时，则竖直方向合外力最大，在A点时，竖直方向合力为重力，加速度为重力加速度g；此后竖直方向先做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，因此竖直方向的加速度最小值为0，在B点时，竖直方向的加速度为a=T−mgm=v2R，由动能定理可得mgR=12mv2，解得a=2g，则加速度的最大值为2g，故AB错误；
CD.当在竖直方向加速度最小时，此时竖直方向速度最大，根据PG=mgvy可知此时重力的瞬时功率最大，故C正确，D错误。
6.【答案】A
【解析】【分析】
本题考查了变压器，要明确变压器的电压是由输入决定输出，电流和功率式输出决定输入。
若要调低预设的报警温度，使热敏电阻RT的阻值较大时报警，需保持输出电流不变，据此分析。
【解答】
解：AB.若要调低预设的报警温度，即热敏电阻的阻值较大，要保持流过S的电流不变，则可减小滑动变阻器R1的阻值，即仅将滑片P1左移，故A正确，B错误；
C.将滑片P2下移，输入电压降低，将滑片P1左移，不一定能够保持流过S的电流不变，故C错误；
D.将滑片P2上移，输入电压升高，将滑片P1右移，不一定能够保持流过S的电流不变，故D错误。
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查斜抛运动的规律，解题关键是抓住斜抛运动的水平方向和竖直方向的运动规律，结合运动学公式灵活求解。
【解答】
设篮球出手时的速度方向与水平方向的夹角为θ，则篮球进入篮筐时的速度方向与水平方向的夹角为90∘−θ，
根据斜抛运动的规律可得：篮球在水平方向的位移为：x=v0csθt，
篮球在竖直方向的位移为：y=v0sinθt−12gt2，tan(90°−θ)=vyv0，vy=v0sinθ−gt，
由题意可知：s= x2+y2=7.2m，联立解得：t=1.2s，故C正确，ABD错误。故选C。
8.【答案】AC
【解析】【分析】
本题主要考查了人造卫星的运动，卫星的运动由万有引力提供向心力，根据人造卫星运动的规律即可求解。
【解答】
卫星绕地球作圆周运动，由GMmr2=m4π2T2r得卫星的轨道半径为：r=3GMT24π2，东方红一号的周期比夸父一号周期大，轨道半径大，A正确；
根据万有引力提供向心力得：GMmr2=mv2r ，得v= GMr，东方红一号的轨道半径比夸父一号大，运行速度小，B错误；
轨道半径越大，具有的机械能越大，发射速度越大，由卫星的轨道半径r=3GMT24π2可知，嫦娥一号比天问一号轨道半径小，故嫦娥一号的发射速度比天问一号的发射速度小，故D错，C正确。
故选 AC。
9.【答案】BD
【解析】【分析】
本题考查的是机械波的波形图，根据波形图求波长，由P点的振动方向求波形的传播方向，再由题中的已知条件求波速和周期，进而得到P点的振动方程，本题难度较小，同学们必须掌握住这类题目。
【解答】
A、t=0时刻的波形如图所示，介质中x=0.6m处的质点P的动能正在减小，P点向下振，有同侧法得波形向x轴负方向传播，故A错误；
B、根据波的图像得波长34λ=1.2m，即λ=1.6m，t=0.25s，质点P第一次到达波峰处，波峰传播的距离s=1.6m−0.6m=1m，该波的传播速度v=st=1m0.25s=4m/s，故B正确；
CD、根据以上已知条件得质点P的初相位为54π，质点P振动的位移−时间关系为：
y=16sin(5πt+1.25π)(cm)，即0∼0.25s时间内，质点P运动的路程
s1=16−16sin450+2×16cm=48−8 2cm故C错误，D正确。
10.【答案】BD
【解析】【分析】
本题考查了平衡条件的应用；关键是正确受力分析。
分析物块受力，由平衡条件得出轻绳的拉力；分析斜面受力，由平衡条件得出水平面对斜面的摩擦力；剪断轻绳瞬间，分析斜面受力，结合摩擦力影响因素得出斜面与水平面间的动摩擦因数。
【解答】
A.分析物块受力：重力mg、支持力N、拉力F，由平衡条件可知：F=mgsinθ=6N，N=mgcsθ=8N，故A错误；
BC.分析斜面，受力如图：
；
由平衡条件可知：N′=Mg+Ncsθ+F+Fsinθ=48N，f=Nsinθ−Fcsθ=0N，故B正确，C错误；
D.剪断轻绳瞬间，分析斜面，受力如图：
；
当斜面刚好静止时，由平衡条件可知：N′′=Mg+Ncsθ=38.4N，f′=Nsinθ=4.8，则斜面与水平面间的动摩擦因数μ=f′N′′=0.125，即斜面与水平面间的动摩擦因数至少为0.125，故D正确。
11.【答案】(1)19.95；(2)1.33；(4)9.6(9.4∼9.7均可)
【解析】【分析】
本题主要考查测量重力加速度的实验，要掌握游标卡尺的读数由主尺与可动刻度组成，同时要熟练的掌握牛顿第二定律以及匀变速直线运动的规律。
【解答】
(1)遮光条的宽度为d=19mm+0.05×19mm=19.95mm；
(2)通过光电门的速度为v=dt=19.95×10−31.5×10−2m/s=1.33m/s；
(4)根据匀变速直线运动的规律可得s=dt22a，则可知s−t−2图像的斜率代表d22a，由图像可知k=d22a=0.354000，由牛顿第二定律可得a=mgM+m=20×10−3×g64+20×10−3，联立解得g≈9.6m/s2。
12.【答案】(1)不需要；(2)D；(3)198(197∼199均可)；(4)大于
【解析】【分析】
本题主要考查桥式电路法测量电阻，根据题中条件可知将双刀双掷开关S2(中间连杆为绝缘材料)掷于触点1、2时满足RxR左=R1R右；保持滑片P的位置不动，将S2掷于触点3、4时满足RxR右=R2R左，R左与R右分别代表电阻丝左右测的电阻，即可得出RxR1·RxR2=1，即Rx= R1R2，据此分析解答即可。
【解答】
(1)根据实验原理可知RxR1·RxR2=1，即Rx= R1R2，与电阻丝的两侧长度以及电阻丝的阻值无关，因此不需要测量滑片P两侧电阻丝的长度；
(2)由实验原理可知，电阻丝的电阻对实验结果无影响，因此总电阻无须已知，粗细无须均匀，故D正确；
(3)R2的阻值为R2=558Ω，由Rx= R1·R2≈198Ω；
(4)步骤ⅱ中满足RxR左=R1R右，步骤ⅲ之前，误将滑片P向右移动了少许，则可知R左变大，R右变小，即RxR右′=R2R左′，则有RxR1=R左R右，RxR2=R右′R左′，两式相乘得出RxR1·RxR2=R左R右·R右′R左′<1，则Rx< R1R2，因此测量值大于真实值。
13.【答案】解：(1)注水后储水腔内空气的体积为V1=V−V0
由玻意耳定律p0V=p1V1
解得p1=1.4atm
(2)喷水后储水腔内空气的体积为V2=V−V′
由玻意耳定律p0V=p2V2
由题意，水喷射的速度v满足p2=p0+kv2
解得：v=5m/s
【解析】本题主要考查了玻意耳定律，找出初末状态参量，关键是把变质量问题转化为恒质量问题即可。
(1)把储水腔内的气体为研究对象，找出初末状态参量，根据玻意耳定律求得注水后储水腔内空气的压强；
(2)储水腔内的气体做等温变化，找出初末状态参量，根据玻意耳定律求得水的喷射速度。
14.【答案】(1) a、b一起匀速运动，对a、b整体有
2mgsinθ=μ⋅2mgcsθ ①
解得μ=tanθ ②
(2)a、b一起下滑距离L，对a、b整体有
2mgsinθ−μmgcsθ=2ma1 ③
由位移公式L=12a1t12 ④
此时a、b的速度为v1=a1t1 ⑤
b从M运动至N，因绳子松弛，故对b有
mgsinθ=ma2 ⑥
由位移公式L=v1t2+12a2t22 ⑦
而t=t1+t2 ⑧
解得t=(1+ 3) Lgsinθ ⑨
(3) b运动至N点后匀速运动，此时速度为
v2=v1+a2t2 10
之后，a、b发生弹性碰撞，质量相等交换速度，直至轻绳绷紧，二者以相同的速度v匀速运动。该过程
系统动量守恒
mv1+mv2=2mv ⑪
解得v=1+ 32 gLsinθ ⑫
【解析】(1)对a、b整体为研究对象，根据a、b达到共同速度，并一起匀速运动，由平衡条件求解动摩擦因数；
(2)a、b一起下滑距离L，对a、b整体根据牛顿第二定律加速度a1，由位移公式求时间t1 ，根据v1=a1t1求此时a、b的速度，
b从M运动至N，绳子松弛，故对b根据牛顿第二定律加速度a2，，由位移公式t2，t=t1+t2
(3)b运动至N点后匀速运动，由运动学公式v2=v1+a2t2求此时速度v2， 之后，a、b碰撞并交换速度，直至轻绳绷紧，二者以相同的速度v匀速运动。该过程根据系统动量守恒求解滑块a、b一起匀速运动的速率。
本题考查牛顿运动定律、系统动量守恒及其相关知识点，正确进行受力分析，是解题的关键。
15.【答案】 (1) 开关S接1, 电容器充电，电容器上的电压U=E，开关S接2, 电容器通过金属棒a放电, 此时电流为I=UR
由安培力公式F=BId，由牛顿第二定律F=ma
解得a=BEdmR
(2)当a棒产生的感应电动势UB等于电容器两端的电压UC时, a棒做匀速运动，即UB=UC
由法拉第电磁感应定律UB=Bdv0，电容器两端的电压UC=E-qC
设在t∽t+△t时间内,a棒的速度变化为△v,而Δq=IΔt
由动量定理得：BdIΔt=mΔv
对上式两边求和得：Bdq=mv，解得v0=BdCEm+B2d2C
(3)a棒与b棒发生弹性碰撞,交换速度,即vb=v0。b棒运动后和电感线圈L构成回路。
b棒产生的感应电动势与电感线圈L产生的自感电动势始终大小相等。设在t~t+△t时间内,
b棒的速度为v, 电流的变化为ΔI，有Bdv-LΔIΔt=0
变形, 得ΔI=BdvLΔt，即ΔI=BdLΔx
对上式两边求和得：I=BdLx
b棒所受安培力F=BId，解得F=B2d2Lx
由楞次定律以及题意可知，安培力方向与b棒位移x方向始终相反,由以上分析可知，金属棒在运动过程中做简谐运动。
【解析】 (1) 根据电容可充放电规律，结合安培力和牛顿第二定律可求出金属棒加速度；
(2)根据法拉第电磁感应定律及动量定理求解金属棒稳定时的速度；
(3)根据电感线圈产生的电动势等于b棒的感应电动势，求出安培力与位移的关系，从而得出结论。
本题主要考查的是法拉第电磁感应定律的应用，难度较大。名称
种类
发射时间
运行周期
东方红一号
首颗人造地球卫星
1970年4月24日
1.9小时
嫦娥一号
首颗月球探测器
2007年10月24日
2.1小时
天问一号
首颗火星探测器
2020年7月23日
8.2小时
夸父一号
首颗太阳探测卫星(绕地运行)
2022年10月9日
1.7小时
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