山西2024届高三第二次学业质量评价（二模）理科综合试卷-物理部分(含答案)

这是一份山西2024届高三第二次学业质量评价（二模）理科综合试卷-物理部分(含答案)，共22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。


一、单选题
1．研究人员已成功使用钚238衰变时所产生的能量作为人造心脏所需的能量来源，其衰变方程式为；有些核电池是利用铀232衰变释放的能量来提供电能的，其衰变方程式为，下列说法正确的是( )
A.钚238发生的是α衰变
B.铀232发生的β衰变
C.Y的中子数比X的中子数多4个
D.钚238的比结合能小于铀232的比结合能
2．如图所示，在做自由落体运动与竖直上抛运动的杂技表演中，表演者让甲球从离地高度为H的位置由静止释放，同时让乙球在甲的正下方的某点由静止释放，已知乙球与水平地面碰撞后的速度大小是刚落地时速度大小的0.5倍，且碰撞后的速度方向竖直向上，两小球均视为质点，忽略空气阻力，乙球与地面的碰撞时间忽略不计，重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )
A.若乙释放时的高度为0.5H，则乙与地面碰撞刚结束时的速度大小为
B.若乙释放时的高度为0.5H，则乙从释放到再次到达最高点的运动时间为
C.若乙第一次上升到最高点时刚好与甲相撞，则乙第一次上升的最大高度为
D.若乙在第一次上升的过程中能与甲相撞，则乙释放时的高度h的范围为
3．波源位于坐标原点的一列简谐横波沿着x轴的正方向传播，a、b、c是介质中的三个质点，已知质点的振动周期，t时刻振动正好传播到质点c，t时刻的波形图如图所示，根据图像所提供的信息来判断下列说法正确的是( )
A.该简谐波的波速为1m/s
B.波源的起振方向沿y轴的负方向
C.质点a已振动的时间
D.t时刻，质点b的回复力小于质点c的回复力
4．中国航天员计划在2030年前登上月球，如图所示，宇宙飞船先在圆轨道Ⅲ上运行，运行周期为T，接着变轨到椭圆轨道Ⅱ上运行，然后变轨到圆轨道Ⅰ(贴着月球表面)上运行，已知月球的半径为R，轨道Ⅲ的半径为5R，万有引力常量为G，下列说法正确的是( )
A.宇宙飞船从轨道Ⅲ变轨到轨道Ⅱ，需要在B点点火来增加机械能
B.宇宙飞船在轨道Ⅰ上运行的线速度大于月球的第一宇宙速度
C.宇宙飞船在轨道Ⅱ上运行经过A点时的线速度小于在轨道Ⅰ上运行经过A点时的线速度
D.宇宙飞船在轨道Ⅱ上运行的周期为
5．如图所示，半径为R的虚线圆在竖直面内，O是圆心，AC、BD分别为竖直和水平直径，E是弧AD的中点，F是弧BC的中点，电场强度为的匀强电场竖直向下，甲、乙两个带电粒子(重力忽略不计)质量均为m，带电量的绝对值均为q，先让甲从C点以初速度水平抛出，经过一段时间运动到B点，再让乙从E点以初速度水平抛出，经过一段时间运动到F点，下列说法正确的是( )
A.甲、乙均带负电
B.B、C两点间的电势差与E、F两点间的电势差之比为
C.甲在B点的速度以及乙在F的速度与水平方向的夹角均为
D.
二、多选题
6．质量为m的斜面体放置在光滑的水平面上，斜面体上固定一根轻质的竖直硬杆，一轻质细线上端系在硬杆上，下端悬挂一质量为m的小球，质量为m的物块放置在斜面上。现用水平向左的推力F(为未知量)作用在斜面体上，使整体一起向左做匀加速直线运动，各物体保持相对静止时，细线与竖直杆之间的夹角为β，已知斜面的倾角为θ，重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )
A.当时，水平推力大小一定为
B.当时，水平推力大小一定为
C.当时，物块与斜面间的摩擦力不一定为0
D.当斜面光滑时，细线与斜面一定垂直
7．运动员为了练习腰部力量，在腰部拴上轻绳然后沿着斜面下滑，运动的简化模型如图所示，倾角为的光滑斜面固定放置，质量为m运动员与质量为m的重物通过轻质细绳连接，细绳跨过天花板上的两个定滑轮，运动员从斜面上的某点由静止开始下滑，当运动到A点时速度大小为，且此时细绳与斜面垂直，当运动到B点时，细绳与斜面的夹角为，已知A、B两点之间的距离为L，重力加速度为g，运动员在运动的过程中一直未离开斜面，细绳一直处于伸直状态，不计细绳与滑轮之间的摩擦，运动员与重物(均视为质点)总在同一竖直面内运动，下列说法正确的是( )
A.运动员在A点时，重物的速度大小为
B.运动员从A点运动到B点，重物重力势能的增加量为
C.运动员从A点运动到B点，系统总重力势能的增加量为
D.运动员在B点时，其速度大小为
8．如图所示，在光滑绝缘的水平面上，固定放置1、2、3、4四根平行光滑的导轨，1、2的间距以及3、4的间距均为d，在1、2的右侧接上阻值为R的定值电阻，在3、4的左侧接上电动势为E、内阻不计的电源。3、4处在磁感应强度为方向竖直向下的匀强磁场中，1、2之间的圆形虚线边界正好与1、2相切，虚线边界内的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度大小随时间变化的关系式为(k为已知的常数)，让质量为m的导体棒垂直1、2放置，在虚线边界外左侧且与1、2左边缘相距为d的位置让导体棒获得一个水平向左的初速度，经过一段时间导体棒离开1、2，然后滑上3、4做减速运动直到做匀速运动，导体棒在导轨上滑行时始终与导轨接触良好且接入电路的有效阻值也为R，导线、导轨的电阻均忽略不计，下列说法正确的是( )
A.导体棒在1、2上滑行的过程中的电流为
B.导体棒在1、2上滑行的过程中R上产生的焦耳热为
C.导体棒在1、2上滑行的过程中，流过导体棒某一横截面的电荷量为
D.导体棒在3、4上滑行的过程中，流过导体棒某一横截面的电荷量为
三、实验题
9．实验小组用如图甲所示的装置来探究圆锥摆运动的规律，小球的直径d用如图乙游标卡尺测出，摆长L(包含小球的半径在内)用刻度尺测出，小球的质量m用天平测出，实验用秒表测量周期T以及拉力传感器测量细线的拉力F，已知重力加速度大小为g，回答下列问题：
(1)乙图游标卡尺的读数_________mm；
(2)实验发现当A、B两个圆锥摆摆线长度不同，而球心与悬点O的高度h相同时，两个圆周运动的周期T相同，这说明圆锥摆的周期T与h有关，用力学理论写出圆锥摆周期T与h的关系式，_________；
(3)保持小球的质量与角速度不变，实验采用_________法来探究摆线的拉力F与半径r的关系，在改变摆长L与圆周运动的半径r时，球心与悬点O的高度h_________(选填“不变”或“改变”)，实验结果会发现摆线的拉力F与摆长L成_________(选填“正比”或“反比”)。
10．实验小组用图甲所示的电路来测量电阻的阻值，图中为标准电阻，电压表的内阻已知为，与待测电阻相差不大，电流表的内阻可忽略不计，S为开关，R为滑动变阻器，E为电源，回答下列问题：
(1)按照图甲所示的实验原理线路图把乙图的实验器材连接完整_________；
(2)实验开始之前，将滑动变阻器的滑片置于_________位置(选填“最左端”“最右端”或“中间”)，合上开关S，改变滑片的位置，记下电压表、电流表的示数分别为U、I，则待测电阻的表达式为_________；
(3)为了减小偶然误差，改变滑片的位置，多测几组U、I的值，做出关系图像，若图像的斜率为k，可得_________，若电流表的内阻不能忽略，则本实验的测量值_________真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。
四、计算题
11．某实验小组做了一个“坐井观天”的光学实验。如图所示，先给深度，井口直径的竖直圆柱形枯井注一半水，再在井底正中央O点放置一单颜色的点光源，测得最大视角为(视角为两折射光线反向延长线所夹的角度)，已知光在真空中的传播速度为c，求：
(1)水对此单色光的折射率；
(2)此种单色光从O传到B所需的总时间(用c、d、h表示)。
12．如图所示，光滑绝缘的水平面上有斜向左上方与水平面成夹角的匀强电场，光滑绝缘的竖直面左侧存在竖直向上、电场强度大小为的匀强电场以及水平向里(垂直纸面向里)的匀强磁场，带电量为q的小球从M点由静止开始沿着水平面向左做匀加速直线运动，与水平面之间的弹力为0，从N点进入电磁场做匀速圆周运动，在P点与竖直面发生第一次碰撞(碰撞时间忽略不计)，碰撞过程中产生的热量是刚要碰撞时的动能的，接着在Q点与竖直面发生第二次碰撞，已知M、N两点间的距离为d，N、P两点间的距离也为d，重力加速度为g，，，求：
(1)小球的质量以及M、P两点间的电势差；
(2)匀强磁场的磁感应强度以及N、Q两点间的距离。
13．如图所示，竖直平面内固定放置两个相同的圆弧轨道(内壁均光滑)AB与CD，半径均为r，圆心角与均为，B、C两点间有空隙(高度差忽略不计，可以让半径很小的球通过)，、C、B、在同一倾斜直线上，A是轨道与光滑水平面的切点，、是竖直半径。质量分别为m、4m的甲、乙两小球(视为质点)静止放置在光滑的水平面上，现让甲获得一个水平向右的初速度(为未知量)，然后甲、乙发生弹性碰撞，碰后乙沿着轨道向上运动，重力加速度为g，，，求：
(1)若乙刚运动到B点还未离开圆弧轨道AB时，B点对乙的压力刚好为0，则为多少？
(2)若乙刚好能运动到D点，则为多少？
(3)接第(1)问，则C点对乙的支持力为多少，接第(2)问，则乙刚要落到水平面上时重力的功率为多少？
参考答案
1．答案：D
解析：A.因为
可知钚238发生的是β衰变，选项A错误；
B.因为
可知，铀232发生的α衰变，选项B错误；
C.Y的中子数为2，比X的中子数多2个，选项C错误；
D.钚238可以进一步衰变为铀232钚且放出核能，则238的比结合能小于铀232的比结合能，选项D正确。
故选D。
2．答案：C
解析：AB.若乙释放时的高度为0.5H，则由
可得乙落地时的速度大小为
落地时间为
乙与地面碰撞刚结束时的速度大小为
与地面碰后上升的时间为
乙从释放到再次到达最高点的运动时间为
故AB错误；
C.若乙第一次上升到最高点时刚好与甲相撞，设乙第一次上升的最大高度为h，与地面碰后速度大小为，则有
由乙球与水平地面碰撞后的速度大小是刚落地时速度大小的0.5倍可知，乙第一次下落的时间
则甲与乙碰撞时运动的总时间为
则有
联立可得
故C正确；
D.若乙第一次上升到最高点时刚好与甲相撞，则乙下落高度为
所以若乙在第一次上升的过程中能与甲相撞，则乙释放时的高度h的范围为
故D错误。
故选C。
3．答案：A
解析：A.该简谐波的波长为，则波速为
选项A正确；
B.由“同侧法”可知c质点此时的振动方向沿y轴正向，可知波源的起振方向沿y轴的正方向，选项B错误；
C.质点a已振动的时间
选项C错误；
D.t时刻，质点c在平衡位置，则回复力为零，则质点b的回复力大于质点c的回复力，选项D错误。
故选A。
4．答案：D
解析：A.宇宙飞船从轨道Ⅲ变轨到轨道Ⅱ，需要在B点减速，从而机械能减小，A错误；
B.宇宙飞船在轨道Ⅰ上贴着月球表面飞行，可知线速度等于月球的第一宇宙速度，B错误；
C.宇宙飞船在轨道Ⅱ上运行经过A点时做离心运动，则线速度大于在轨道Ⅰ上运行经过A点时的线速度，C错误；
D.根据开普勒第三定律
则宇宙飞船在轨道Ⅱ上运行的周期为
D正确。
故选D。
5．答案：B
解析：A.由甲乙运动的轨迹可知，甲受力方向与电场反向，是负电荷，乙受力方向与电场同向，是正电荷，故A错误；
B.B、C两点间的电势差
E、F两点间的电势差
所以B、C两点间的电势差与E、F两点间的电势差之比为
故B正确；
C.甲运动到在B点的过程以及乙运动到F点的过程中，位移与水平方向的夹角为45°，根据平抛运动的速度与水平方向夹角的正切是位移与水平方向夹角正切的2倍可知，速度与水平方向夹角不等于45°，故C错误；
D.因为两个带电粒子质量均为m，带电量的绝对值均为q，根据牛顿第二定律可知两小球的加速度相等，对于甲有
可得
对于乙有
可得
则
故D错误。
故选B。
6．答案：AD
解析：A.当时，小球、物块、斜面体有共同的加速度，对小球分析，受重力和细线的拉力，合力水平向左，如图
则
解得
整体由牛顿第二定律得
故A正确；
B.当时，物块受到的合力水平向左，物块受重力、斜面的支持力，由于不知斜面是否光滑，摩擦力的大小与方向不确定，因此物块的加速度不能确定，则水平推力大小不确定，故B错误；
C.当时，小球的加速度大小为
物块与小球有共同的加速度，物块与斜面间的摩擦力一定为0，故C错误；
D.当斜面光滑时，物块受重力与斜面的支持力，小球与物块有共同的加速度，则
解得
细线与斜面一定垂直，故D正确。
故选AD。
7．答案：BD
解析：A.设运动员的速度为，绳与斜面夹角为α，则沿绳方向的分速度即重物的速度为
垂直绳方向的分速度为
可知到A点时，细绳与斜面垂直，所以运动员在A点时，重物的速度大小为零，故A错误；
B.运动员从A点运动到B点，重物重力势能的增加量为
故B正确；
C.运动员从A点运动到B点，运动员的重力势能减少
所以系统总重力势能的增加量为
即减少了，故C错误；
D.根据系统机械能守恒可知，系统减少的重力势能等于系统增加的动能，有
可得运动员在B点时，其速度大小为
故D正确。
故选BD。
8．答案：BD
解析：A.右侧闭合回路产生的感应电动势为
导体棒在1、2上滑行的过程中的电流为
A错误；
B.导体棒在1、2上滑行的时间为
R上产生的焦耳热为
B正确；
C.导体棒在1、2上滑行的过程中，流过导体棒某一横截面的电荷量为
C错误；
D.导体棒在3、4上滑行的过程中，当导体棒切割磁场产生的电动势等于电源电动势时，导体棒匀速运动，即
根据动量定理
又
得导体棒在3、4上滑行的过程中，流过导体棒某一横截面的电荷量为
D正确。
故选BD。
9．答案：(1)
(2)
(3)控制变量；不变；正比
解析：(1)图乙游标卡尺的读数为
(2)设摆线长为L，摆线与竖直方向夹角为θ，由几何关系有
，
由牛顿第二定律有
整理可得
(3)保持小球的质量与角速度不变，实验采用控制变量法，探究摆线的拉力F与半径r的关系。
因为角速度不变，则周期保持不变，所以在改变摆长与圆周运动的半径r时，由(2)结论可知，球心与悬点O的高度不变。
保持小球的质量与角速度不变，由牛顿第二定律有
解得
可知，摆线的拉力F与摆长L成正比。
10．答案：(1)
(2)最右端；
(3)；小于
解析：(1)电路图如图所示
(2)开关闭合前，滑动变阻器应将上方电路短路，则滑动变阻器的滑片置于最右端。
待测电阻的表达式为
(3)关系为
则
得
若电流表内阻不能忽略，则实际关系式为
得
则本实验的测量值小于真实值。
11．答案：(1)；(2)
解析：(1)最大视角为，则折射角为。由几何关系，入射角的正弦值为
根据
水对此单色光的折射率为
(2)从O传到B过程中，光在水中的路程为
光在水中的速度为
光在水中的时间为
得
光在空气中的路程为
光在空气中的时间为
则此种单色光从O传到B所需的总时间为
12．答案：(1)；；(2)；
解析：(1)由小球在电磁场做匀速圆周运动可知
则可得小球的质量
小球从M点由静止开始沿着水平面向左做匀加速直线运动，有
可得小球做匀加速直线运动的加速度为
由
可得
由动能定理
可得
N、P两点间的电势差为
则M、P两点间的电势差为
(2)小球做匀速圆周运动，有
可得磁感应强度为
碰撞过程中产生的热量是刚要碰撞时的动能的，则碰后的动能为碰前的，则碰后有
可得碰后速度为
由
可得
所以N、Q两点间的距离
13．答案：(1)；(2)；(3)；
解析：(1)根据题意，设甲、乙发生弹性碰撞后速度分别为、由动量守恒定律和能量守恒定律有
，
解得
，
设乙球在B点的速度为，乙球从A到B过程中，由机械能守恒定律有
由于乙刚运动到B点还未离开圆弧轨道AB时，B点对乙的压力刚好为0，则有
联立解得
，
(2)若乙刚好能运动到D点，则有
乙球从A到D过程中，由机械能守恒定律有
联立解得
，，
(3)接第(1)问，C点对乙的支持力为，则有
解得
接第(2)问，设乙球落地速度为v，由机械能守恒定律有
解得
乙球从D飞出做平抛运动，则落地时水平分速度为
则落地时竖直分速度为
乙刚要落到水平面上时重力的功率为