2024届河南省郑州市高三下学期第三次质量预测理科综合试题-高中物理（原卷版+解析版）

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本试卷分选择题和非选择题两部分。考试时间150分钟，满分300分。考生应首先阅读答题卡上的文字信息，然后在答题卡上作答，在试题卷上作答无效。交卷时只交答题卡。
一、选择题：本题共8个小题，每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~5题只有一项符合题目要求，第6~8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1. 如图所示，某同学利用平板车将货物匀速运送到斜坡上，货物与小车之间始终没有发生相对滑动。则平板车与货物组成的系统（ ）
A. 动量增大B. 机械能不变
C. 所受合外力的冲量为零D. 所受推力做功为零
【答案】C
【解析】
【详解】AC．平板车将货物匀速运送到斜坡上，速度不变，动量不变，根据动量定理可知所受合外力的冲量为零，A错误，C正确；
B．平板车将货物匀速运送到斜坡上，平板车与货物组成的系统动能不变，重力势能增加，则机械能增加，B错误；
D．同学利用平板车将货物匀速运送到斜坡上，推力不为零，位移不为零，则所受推力做功不为零，D错误。
故选C。
2. 如图所示，三个等量点电荷固定在正三角形三个顶点上，其中带正电，、带负电。点为边的中点，、两点关于点对称，下列说法正确的是（ ）
A. 、两点电势相同
B. 、两点电场强度相同
C. 试探电荷在点电势能比在点小
D. 试探电荷沿直线由向运动，所受电场力不做功
【答案】A
【解析】
【详解】A．在只有B、C点电荷所形成的的电场中，P、Q两点电势相同；在只有A点电荷所形成的的电场中，P、Q两点电势相同；由电场的叠加原理可知P、Q两点电势相等，，故A正确；
B．由平行四边形定则可知，P、Q两点场强大小相等，方向不同，故B错误；
C．若只有B、C两点电荷，则根据等量同种负电荷中垂线的电势分布可知，O点电势高于P点电势;若只有A点电荷,则O点电势高于P点电势，所以O点电势高于P点电势，根据
试探电荷−q在P点电势能比在O点大，故C错误；
D．试探电荷−q沿直线由O向A运动，电势增大，电势能减小，所受电场力做正功，故D错误。
故选A。
3. 一定质量的理想气体从状态开始，经历过程回到原状态，其图像如图所示，其中、与轴平行，的延长线过原点。下列判断正确的是（ ）
A. 在、两状态，气体的体积相等
B. 在、两状态，气体的体积相等
C. 由状态到状态，气体内能增大
D. 由状态到状态，气体对外做功
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由气体的状态方程可得
则有图像的斜率，可知、两状态分别与O点连线的斜率不同，在、两状态，气体的体积不相等；、两状态在同一条过原点的直线上，即在同一条等容线上，则有在、两状态，气体的体积相等，A错误，B正确；
C．理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，因此气体由状态到状态，气体的温度减小，则内能减小，C错误；
D．由题图可知，与O点连线的斜率小于与O点连线的斜率，则状态时的体积大于状态时的体积，即由状态到状态，气体的体积减小，外界对气体做功，D错误。
故选B。
4. 宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的会引发核反应产生具有放射性的，能自发地衰变为，半衰期为5730年。对此，下列说法正确的是（ ）
A. 发生的是衰变
B. 衰变辐射出的粒子来自于碳原子核内的中子
C. 由于温室效应，的半衰期会发生微小变化
D. 若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据电荷数守恒、质量数守恒，得该核反应方程为
发生的是衰变，故A错误；
B．衰变辐射出的粒子来自于碳原子核内的中子转变成的质子时放出的电子，故B正确；
C．外界条件不会引起半衰期发生变化，故C错误；
D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今经过了一个半衰期， 约为5730年，故D错误。
故选B。
5. 歼-20战机是我国的先进隐形战斗机，歼-20的质量为，额定功率为。已知某次训练中，歼-20战机在平直路面上从静止开始运动，先以加速度做匀加速直线运动，达到额定功率后，又经过一段时间达到该功率下的最大速度起飞。若战机行驶过程中所受到的阻力恒为，下列说法正确的是（ ）
A. 达到匀加速直线运动的最大速度时，战机牵引力等于阻力
B. 达到额定功率后，战机接着做加速度逐渐增大的加速运动
C. 匀加速直线运动位移为
D. 整个加速过程中牵引力做功为
【答案】C
【解析】
【详解】A．匀加速阶段，根据牛顿第二定律可得
又
联立可得高速飞车匀加速直线运动过程中达到的最大速度为
达到匀加速直线运动的最大速度时，此时还有加速度，所以战机牵引力大于阻力，故A错误；
B．达到额定功率后，战机功率不变，则有
随着速度的增加，牵引力减小，根据
可知战机接着做加速度逐渐减小的加速运动，故B错误；
C．高速飞车匀加速直线运动的时间为
高速飞车匀加速直线运动的位移为
故C正确；
D．当牵引力等于阻力时，高速飞车的速度达到最大，则有
高速飞车在整个加速过程，根据动能定理可得
可得
故D错误
故选C。
6. 如图所示，一矩形玻璃砖，边长为，边长为，为边的中点，一光屏紧贴玻璃砖右侧竖直放置。现有一红色光源从玻璃砖底部点沿方向射出一细光束，光束与边夹角为60°，恰好在光屏上的点接收到该光束，点到点的距离为。下列有关说法正确的是（ ）
A. 该玻璃砖对红光的折射率
B. 红光从玻璃砖射出前后，频率不变、速率变大
C. 将光源移动到点，沿方向射出光束，上方光屏没有光斑
D. 在点用绿色光源沿方向射出光束，光屏上光斑将在点上方
【答案】BC
【解析】
【详解】A．根据折射率的公式
可知，玻璃砖对红光的折射率
A错误；
B．同一光束在不同的介质中频率不变，速度变化。由于红光是从光密介质传播到光疏介质，故传播速度变大，B正确；
C．对于玻璃砖，红光发生全反射的临界角
可得，其临界角
当光源移到D点，入射角为，刚好发生全反射，C正确；
D．玻璃砖对绿光的折射率大于对红光的折射率，故对应的折射角偏大，光屏上的光斑应在N点的下方，D错误。
故选BC。
7. 如图所示，长为的轻绳拴一质量为的小球在竖直平面内摆动，小球摆动到最高点时，轻绳与竖直方向的夹角；另一长也为的轻绳拴着同样的小球在水平面内以角速度做匀速圆周运动，轻绳与竖直方向的夹角。已知，，重力加速度为，、两球均可视为质点。下列说法正确的是（ ）
A. 小球受轻绳的拉力大小为
B. 小球运动到最高点时，受轻绳的拉力大小为
C. 若不变，增大小球的质量，轻绳与竖直方向的夹角变小
D. 若不变，增大小球的质量，运动到最低点时轻绳拉力变大
【答案】BD
【解析】
详解】AC．小球Q竖直方向受力平衡，根据牛顿第二定律
解得
故A错误；
B．小球P运动到最高点时，根据牛顿第二定律
故B正确；
C．对小球Q有
可得
若ω不变，增大小球Q的质量，轻绳与竖直方向的夹角β不变，故C错误；
D．小球P从最高点到最低点，根据动能定理
在最低点根据牛顿第二定律
联立解得
若α不变，增大小球P的质量，运动到最低点时轻绳拉力变大，故D正确。
故选BD。
8. 如图所示，足够长的水平传送带以恒定速率向右运动，一质量为的滑块从传送带右端以水平向左的速率滑上传送带，经过时间，最终滑块又返回至传送带的右端。在滑块整个运动过程中（ ）
A. 滑块距传送带右端的最大距离为8m
B. 传送带对滑块做功为零
C. 传送带与滑块间的动摩擦因数为0.2
D. 传送带与滑块因摩擦产生的热量为18J
【答案】AD
【解析】
【详解】C．根据题意可知，滑块先向右匀减速到0，再向左匀加速到与传送带共速，之后和传送带一起匀速到最右端，设匀速的时间为，传送带与滑块间的动摩擦因数为，则有
规定向右为正方向，则有
，
联立解得
，，
故C错误；
A．滑块向右匀减速到0时，滑块距传送带右端的距离最大，则最大距离为
故A正确；
B.设传送带对滑块做功为，由动能定理有
代入数据解得
故B错误；
D．传送带与滑块的相对位移为
传送带与滑块因摩擦产生的热量为
故D正确。
故选AD。
二、非选择题：共62分。
9. 为了探究弹簧振子振动周期与振子质量的关系，某同学设计了如下实验，实验装置如图（a）所示。轻质弹簧上端悬挂在铁架台上，下端挂一智能手机，手机中的传感器可以测量手机到铁架台底端的距离，将实时变化的数据记录并输出图像，实验步骤如下：
（1）测出手机的质量；
（2）在弹簧下端挂上该智能手机，打开手机的传感器软件，使弹簧振子在竖直方向做简谐运动；
（3）手机到铁架台底端的距离随时间变化的图像如图（b）所示，从图中可以算出弹簧振子振动周期__________（用“”表示）；
（4）在手机下方挂上不同数量的钩码，从而改变整体振子质量，重复上述步骤；
（5）实验测得数据如下表所示，请在坐标纸上作出图像_______________；
（6）分析图表数据可知，弹簧振子振动周期的平方与振子质量的关系成___________（填“正比”或“反比”）。
【答案】 ①. ②. ③. 正比
【解析】
【详解】（3）[1]从图中可以算出弹簧振子振动周期
（5）[2]由题给数据描点作图如图：
（6）[3]分析图表数据可知，弹簧振子振动周期的平方与质量的比值接近于常量，则弹簧振子振动周期的平方与振子质量的关系成正比。
10. 某实验小组为了测量一金属杆的电阻，设计了如图所示的电路，所用器材如下：
电源（电动势恒定，内阻），
电阻箱（最大阻值），
电阻（阻值为），
电阻（阻值为），
毫安表mA（量程30.0mA，内阻不计），
待测金属杆，开关S，导线若干。
请完成下列实验操作和计算：
（1）根据如图所示实验原理图连接电路，闭合开关S，调节电阻箱的阻值为，此时毫安表示数为24.0mA，则金属杆中的电流为________mA；
（2）重复以上步骤，调节电阻箱的阻值为，此时毫安表示数为20.0mA；
（3）断开开关，根据上述测量，计算得到待测金属杆电阻为________，同时可得到所用电源电动势为________V。
（4）若电源长期使用后，电源电动势不变、内阻增大，则金属杆电阻的测量值将_________真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。
【答案】 ①. 36.0 ②. ③. 1.2 ④. 大于
【解析】
【详解】[1]由题意可知，通过电阻的电流，根据欧姆定律可知，电阻两端的电压为
电阻和电阻箱并联，电压相等
根据欧姆定律，可得通过电阻箱的电流为
金属杆在干路上，则通过金属杆的电流为
联立，解得
[2][3]根据闭合电路欧姆定律可得
其中
联立，解得
将当时，和当时，分别代入，解得
[4]根据
可知，若电源长期使用后，电源电动势不变、内阻增大，则金属杆电阻在计算时，减去的电源的内阻偏小，计算得到的金属杆的电阻偏大。
11. 已知某天体半径为地球半径、质量为地球质量的。如图所示，该天体表面竖直固定一内壁光滑的弹射器，长度，弹射器与四分之一光滑圆弧轨道相切，圆弧轨道半径。弹射器内有一轻质弹簧，质量为的小球向下压缩弹簧并被锁定，锁定位置距离管道底部高度为，此时弹簧的弹性势能。现解除锁定，小球被弹出后进入圆弧轨道。已知小球可看做质点，弹射器粗细可忽略不计，地球表面重力加速度大小为，求：
（1）小球运动到轨道最高点时对轨道的压力大小；
（2）小球落地点距弹射器底端的水平距离。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）在地球表面
在火星表面
小球从解除锁定运动到点，由机械能守恒定律
在点对小球受力分析，由牛顿第二定律
联立解得
根据牛顿第三定律，小球运动到点时对轨道的压力大小为8N。
（2）小球从点飞出后做平抛运动
，
小球落地点距竖直管道底端的水平距离
解得
12. 如图所示是由水平和竖直两部分光滑金属导轨组成的装置，导轨间距均为，整个装置处于大小为、方向竖直向下的匀强磁场中。导体棒、中点处用一根轻质绝缘刚性细线连接，固定在水平轨道上，导体棒与导体棒中点处同样用一根轻质绝缘刚性细线通过光滑定滑轮相连，三根导体棒的长度均为且始终与导轨垂直接触。现给导体棒一个水平向左的初速度，、之间的细线伸直瞬间释放导体棒，之后两棒以相同速度一起运动，且运动一段距离后速度减为零。已知导体棒、达到共速时间极短，三根导体棒的质量均为，电阻均为。导体棒与距离足够远，不计其他电阻及阻力，重力加速度为。求：
（1）导体棒、之间细线伸直前瞬间，导体棒的加速度大小；
（2）从导体棒、共速开始到减速为零的过程中，导体棒产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设细线伸直前瞬间导体棒速度，在导体棒、之间细线伸直前瞬间到达到相同速度，三个导体棒动量守恒
导体棒电动势
导体棒中的电流
由题意可知
导体棒所受安培力
联立解得
（2）由能量守恒可得
导体棒ef产生的焦耳热
解得
13. 如图所示，有一足够大绝缘平板MN水平放置，平板上点处持续向上方各方向发射带电小球。射出小球的质量为，电荷量为，小球速度大小均为。在距离MN上方处平行放置一足够大光屏，光屏中心正对平板上的点。在平板和光屏之间有竖直向上的匀强电场，电场强度为。不考虑小球间的相互作用，小球可看做质点，重力加速度为。
（1）求小球打在光屏上的速度大小；
（2）求小球打在光屏上的范围面积；
（3）将电场强度调整为，同时在平板和光屏之间加上垂直纸面向里的匀强磁场，若在纸面内射出的小球打在光屏两侧到的最远距离均为，求所加磁场的磁感应强度大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）小球到达光屏的速度为，从点运动到光屏过程，由动能定理得
又
解得小球打在光屏上的速度大小为
（2）平行于MN发射的小球，落在光屏上距离点最远，由牛顿第二定律得
小球做类平抛运动，则有
，
小球打在光屏上的范围面积为
联立解得
（3）电场强度调整为，此时
小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得
经分析沿方向发射的小球打在光屏上的距离最远，如图所示
由几何关系可得
可得
又
联立解得
0.15
0.243
0.059
0.25
0.314
0.099
0.35
0.372
0.138
0.45
0.422
0.178
0.55
0.466
0.217