物理：河北省张家口市2024届高三下学期第二次模拟考试试题（解析版）

这是一份物理：河北省张家口市2024届高三下学期第二次模拟考试试题（解析版），共21页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 光在生产、生活中有着广泛的应用，下列对光的应用说法正确的是（ ）
A. 3D电影技术利用了光的全反射现象
B. 光导纤维传输信号利用了光的干涉现象
C. 光学镜头上的增透膜利用了光的偏振现象
D. 探测DNA晶体结构利用了X射线的衍射现象
【答案】D
【解析】A．3D电影技术利用了光的偏振现象，A错误；
B．光导纤维传输信号利用了光的全反射现象，B错误；
C．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象，C错误；
D．探测DNA晶体结构利用了X射线的衍射现象，D正确。故选D。
2. 某兴趣小组用频闪投影的方法研究自由落体运动，实验中把一高中物理课本竖直放置，将一小钢球从与书上边沿等高处静止释放，整个下落过程的频闪照片如图所示，忽略空气阻力，结合实际，该频闪摄影的闪光频率约为（ ）
A. 5HzB. 10HzC. 20HzD. 50Hz
【答案】C
【解析】由题图可知，设闪光周期为T，钢球从物理书上边沿到下边沿经过6次闪光，可知钢球下落时间为
物理课本长度约为
钢球做自由落体运动
解得
该频闪摄影的闪光频率f约为
故选C。
3. 某一规格小灯泡的伏安特性曲线如图所示，现将它直接接在电源电动势，内阻的电源上，小灯泡的实际功率约为（ ）
A. 0.17WB. 0.35WC. 0.71WD. 1.41W
【答案】B
【解析】根据题意可得电源的短路电流
在小灯泡的伏安特性曲线图像中作出电源的伏安特性曲线，如图所示
小灯泡的伏安特性曲线与电源伏安特性曲线的交点表示将小灯泡接入该电源时小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流，根据图像可读出小灯泡的电压与电流分别为
，
小灯泡的功率
故选B。
4. 电容的额定电压为电容两端所允许施加的最大电压，如果施加的电压大于额定电压值，电容有可能会被损坏。如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在磁感应强度的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴以角速度匀速转动，线圈的匝数，矩形线圈面积，线圈电阻忽略不计。标有“100V 40W”的灯泡和电容器并联接到线圈两端，电容器实物图如图乙所示，电压表V和电流表A均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A. 电容器不可能被击穿B. 灯泡恰好正常发光
C. 电压表V的示数为100VD. 电流表A的示数为0
【答案】A
【解析】AB．电动势的最大值
代入数据可得
则电动势的有效值
电容器的额定电压100V，恰好不会被击穿，电压的有效值不等于灯泡的额定电压，灯泡不能正常发光，A正确，B错误；
CD．电压表示数为71V，电容器的充放电过程使电流表示数不为0，CD错误。
故选A。
5. 如图所示，一同学站在水平地面上放风筝，风筝在空中相对地面静止。某时刻，由于风速发生变化，该同学拉动风筝线，使风筝飞高一小段距离后，停止拉动，风筝再次相对地面静止，此时风筝线与水平地面的夹角增大，风筝与水平面的夹角不变。已知、均为锐角且不计风筝线所受的重力。则前后两次风筝相对地面静止时相比，下列说法正确的是（ ）
A. 风筝受到的风力不变B. 风筝线上的拉力不变
C. 该同学受到地面的支持力变大D. 风筝线上的拉力均小于风筝受到的风力
【答案】D
【解析】AB．对风筝受力分析，并建立直角坐标系，如图
由于夹角φ不变，可知风力F不变，根据矢量三角形可知，当夹角α增大，风筝受到的风力变大，风筝线上的拉力变大，故AB错误；
C．对该同学受力分析可知
由于拉力变大，夹角α增大，所以支持力变小，故C错误；
D．由平衡可知
联立解得
所以
故D正确。
故选D。
6. 航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备，其内密封有一定质量的气体（可视为理想气体）。某次对航天服进行性能测试过程中，航天服内气体经历了三种状态，其图像如图所示，A、B、C状态的体积比为。关于航天服内的气体，下列说法正确的是（ ）
A. 过程中，单位时间内、单位面积上气体分子对航天服碰撞的次数减少
B. 过程中，每个气体分子对航天服的撞击力都变大
C. 过程中外界对气体做的功大于过程中外界对气体做的功
D. 过程中气体放出的热量小于过程中气体放出的热量
【答案】D
【解析】A．A→B过程中，温度不变，体积减小，根据玻意耳定律可知，压强增大，由于温度一定，则分子运动平均速率一定，一个分子与航天服撞击的平均作用力一定，而压强增大，则单位时间内、单位面积上气体分子对航天服碰撞的次数增多，故A错误；
B．A→B过程中，气体压强是由于大量的气体分子无规则运动碰撞器壁产生的，是大量气体分子作用在航天服内壁单位面积上的平均撞击力增大，不是每个气体分子对航天服的撞击力都变大，故B错误；
C．根据
A→B过程和B→C过程气体的相同，而A→B过程压强逐渐增大，B→C过程压强不变，所以B→C过程的压强较大，则A→B过程中外界对气体做的功小于B→C过程中外界对气体做的功，故C错误；
D．A→B过程温度不变，所以内能不变，根据热力学第一定理
可知A→B过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功；B→C过程温度降低，所以
可知B→C过程中气体放出的热量大于外界对气体做的功，结合C选项可知，A→B过程中气体放出的热量小于B→C过程中气体放出的热量，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，一根长为、粗细均匀且横截面积为的木筷下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大装有水的容器中。现把木筷往上提起一小段距离后放手，木筷就在水中上下做简谐振动。已知铁丝与木筷总质量为，木筷与铁丝整体的等效密度为，水的密度为。简谐运动的周期公式，其中是回复力与位移的比例系数，为系统的质量。当地重力加速度为g。忽略铁丝的体积，则该系统振动的周期为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】CD.平衡时，有
取向下为正，向下移动位移为时，浮力增大
木筷就在水中上下做简谐振动，所以有
可得
该系统振动的周期为
故C正确，D错误；
AB.由题知
带入可得
故AB错误。
故选C。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，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。
8. 高铁常用磁刹车系统，某同学为研究其工作原理让铜盘处于磁场方向均垂直于其平面的磁场中进行实验。如图甲：圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积；如图乙，磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度从左到右减小；如图丙，匀强磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度随时间均匀减小；如图丁，圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧。现给铜盘一初始角速度，整个过程忽略空气阻力和摩擦阻力的影响，忽略铜盘厚度，则铜盘能停下来的是（ ）
A. 图甲B. 图乙C. 图丙D. 图丁
【答案】BD
【解析】AB．图甲中圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积，可知在铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量并不会发生改变，因此没有感应电流产生；而乙图中磁场的磁感应强度从左到右减小，因此在铜盘转动时，穿过铜盘某一面积的磁通量将不断发生改变，铜盘内将有涡流产生，铜盘将受到安培力的阻碍作用从而停止运动，故A错误，B正确；
C．图丙中匀强磁场区域与甲相同，但磁场的磁感应强度随时间均匀减小，可知穿过铜盘的磁通量发生改变，由于磁感应强度随时间均匀减小，因此铜盘中将产生恒定大小的感应电流，但铜盘受安培力的合力为零，不产生电磁阻尼的作用，因此铜盘不会停止运动，故C错误；
D．图丁中圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧，则在铜盘运动时，铜盘将切割磁感线从而产生感应电流，因此铜盘会在安培力的作用下停止运动，故D正确。
故选BD。
9. 洛希极限是指在双星系统中，两个天体之间的最近距离。如果两个天体之间的距离小于洛希极限，则质量较小的天体就会在质量较大的天体引力下被撕碎、洛希极限的计算公式为：，其中，r为洛希极限，M、m分别为质量较大和较小的天体质量，R为质量较大的天体半径。如图甲所示，某脉冲双星系统由两颗相距较近的天体组成，并远离其他天体，它们在彼此间的万有引力作用下，绕连线上的一点做匀速圆周运动。简化为如图乙所示，测得A、B两恒星间的距离为L，A、B两恒星的半径分别为、，恒星A做圆周运动的向心加速度是恒星B的8倍，下列说法正确的是（ ）
A. 该双星系统的洛希极限为
B. 该双星系统的洛希极限为
C. 双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大
D. 双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越大
【答案】AC
【解析】AB．由万有引力提供向心力
可知
该双星系统的洛希极限为
故A正确，B错误；
CD．根据万有引力提供向心力
且有
可得，
两式相加整理可得
双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大；双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越小，故C正确，D错误。故选AC。
10. 某货物输送装置可简化为如图所示，将一个质量为M的载物平台架在两根完全相同、轴线在同一水平面内足够长的平行圆柱上。已知平台与两圆柱间的动摩擦因数均为，平台的重心与两圆柱等距，两圆柱以角速度绕轴线做相反方向的转动，重力加速度大小为g。现给平台施加一过平台重心且沿平行于轴线方向的恒力F，使载物平台从静止开始运动。下列说法正确的是（ ）
A. 只有当时，平台才能开始运动
B. 平台运动的最大加速度大小
C 只要平台运动距离足够远，平台最终一定会做匀速直线运动
D. 越大，平台从静止开始运动相同距离用时越短
【答案】BD
【解析】ABC．平台与两个圆柱表面的摩擦力相等，大小
开始时平台受到两圆柱的摩擦力平衡，所以开始运动时加速度大小为
圆柱表面的点转动的线速度大小为
若平台运动的速度大小为v，则沿该方向上受到一根圆柱的摩擦力分量为
根据牛顿第二定律可得
开始时，平台受到两圆柱摩擦力平衡，加速度最大，大小为
即使F较小，平台也能运动，由于v在不断增大，加速度会越来越小，当时
无论平台运动的距离多远，最终都不会匀速直线运动，故AC错误，B正确；
D．角速度越大，平台运动的加速度越大，平均速度越大，从静止开始运动相同距离用时越短，D正确。
故选BD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 某同学为“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”，他在实验室准备了可拆变压器（如图甲所示）、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。
（1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是___________（选填选项前的字母）。
A. 控制变量法B. 等效替代法
C. 整体隔离法D. 理想实验法
（2）该同学认真检查电路无误后，其中一次测量电压时选择2.5V挡位，多用电表读数如图乙所示，此时电表读数为___________V。
（3）某次实验中线圈接“0”“4”，线圈接“2”“14”，测得线圈两端的电压，线圈两端的电压，分析可知___________（选填“”或“”）是原线圈。
（4）实验发现原、副线圈电压比与匝数比不相等，可能的原因是___________。
【答案】（1）A （2）2.00 （3） （4）有漏磁
【解析】【小问1详解】
为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是控制变量法。
故选A。
【小问2详解】
交流电压时选择2.5V挡位，此时电表读数为
【小问3详解】
若某次实验中用匝数匝、匝的变压器，测得线圈两端的电压，线圈两端的电压,匝数之比近似等于电压之比，则有
按解得两端的电压
结合变压器不是理想的，存在漏磁，发热等原因，则一定是原线圈，是副线圈。
【小问4详解】
变压器不是理想的，可能存在漏磁。
12. 某同学用平抛和碰撞实验器可以完成“研究平抛运动规律”和“验证动量守恒定律”两个实验。实验装置如图甲所示：
在“研究平抛运动规律”实验中，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道滑下后从斜槽末端飞出，落在水平挡板上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
在“验证动量守恒定律”实验中，固定挡板位置，实验时先让钢球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，落到挡板处，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作5次，得到5个落点痕迹，找到平均落点。把半径与钢球相同的玻璃靶球放在收放自如的支球柱上，让钢球仍从固定位置由静止开始滚下，两球正碰后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作5次，找到各自的平均落点。
（1）下列关于实验操作的说法正确的是___________（填选项前的字母）。
A. 两个实验中均需测量钢球直径
B. 两个实验中均需用天平测出钢球质量
C. 两个实验中均需保证斜槽轨道末端切线水平
D. 两个实验中均需尽量减小钢球与斜槽之间的摩擦力
（2）“研究平抛运动规律”实验中，得到如图乙所示的轨迹，在轨迹上取A、B、C三点，和的水平间距均为，测得和的竖直间距分别是和，则___________（选填“大于”“等于”或者“小于”）。钢球平抛的初速度大小为___________（已知当地重力加速度为g，结果用题中字母表示）。
（3）在“验证动量守恒定律”实验中，用天平分别测出钢球和靶球质量为和，将重锤线放于槽口，通过重锤在挡板上的投影确定O点，如图丙所示，用刻度尺测出入射球两次平均落点P、M与点O的距离分别为和，靶球平均落点与点的距离为，用螺旋测微器测得小球直径为，在实验误差允许范围内，若、和、、满足关系___________（用题中字母表示），就验证了两球碰撞前后总动量守恒。
【答案】（1）C （2）大于 （3）
【解析】【小问1详解】
A．平抛实验不需测量钢球直径，故A错误；
B．“研究平抛运动规律”实验不需要测出钢球的质量，“验证动量守恒定律”实验需用天平测出钢球的质量，故B错误；
C．两个实验中均需保证斜槽轨道末端切线水平，保证小球做平抛运动，故C正确；
D．钢球与斜槽之间的摩擦力对实验无影响，两个实验中均不需减小钢球与斜槽之间的摩擦力，故D错误。
故选C。
【小问2详解】
[1]由于平抛的竖直分运动是自由落体运动，故相邻相等时间内竖直方向上的位移之比为1：3：5 ...，故两相邻相等时间内竖直方向上的位移之比越来越大，由于A点不是抛出位置，因此
[2]由，
联立解得
【小问3详解】
设入射球滚至斜槽轨道末端速度为，与靶球碰撞后速度分别为，，由动量守恒定律可知，所要验证的表达式为
碰撞后两球飞出做平抛运动，由
可知下落时间相同，由
可知入射球两次的速度分别为，
靶球的速度为
故要验证动量守恒定律的表达式为
13. 如图所示，在正方形的四个顶点各固定一个点电荷，电荷量分别为、、、，直角坐标系的轴、轴为正方形的对称轴。将一带电量为的试探电荷在原点处由静止释放，当它运动到E点（图中未画出）时达到最大速度，设无穷远处电势为零，试探电荷重力忽略不计，求：
（1）点的电势；
（2）若将该正试探电荷从轴负半轴上无限远处点处以初速度沿轴正方向射入后，它在以后运动过程中的最小速度。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）将四个点电荷看为两组等量异种点电荷,根据等量异种点电荷的电场分布特征，可知处电势等于0，从处到点，根据动能定理
可得
（2）该电荷从轴上无限远处以初速度沿轴正方向射入后，无穷远电势为0，从无穷远沿+x方向运动到E点，电场力做正功，再由E点运动到原点O点逆着电场线方向运动，电场力做负功，根据能量守恒，原点处与无穷远电势相等，电势能相等，故无穷远与原点O的动能相等、速度大小相等。根据对称性可知，有一点F与E点关于O点对称，速度最小，则
根据动能定理可知,
解得
14. 如图所示，半径的四分之一光滑圆弧固定在水平地面上，底部与水平地面相切，地面粗糙程度相同。将一质量为0.02kg物块A从圆弧左侧与圆心等高处由静止释放，在水平地面上滑行5m时停下。现在距圆弧最低点1m处的P点放置与A相同材质的物块B，再次让物块A从圆弧左侧与圆心等高处由静止释放，物块A与物块B仅发生一次正碰，碰后A、B最终分别在距P点右侧0.25m和1.0m处静止。物块A、物块B与地面间的动摩擦因数相同，重力加速度取，不计空气阻力。求：
（1）碰撞前瞬间物块A的速度大小；
（2）物块B质量。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设物块A从圆弧上静止滑下，到达底端时的速度大小为，与物块B碰撞时的速度大小为，与地面的动摩擦因数为，滑到底端的过程中，由动能定理有
滑块在水平面上运动过程中由动能定理有
其中
解得
，
物块从底端滑至P点的过程中，由动能定理有
其中
解得
（2）设碰撞后A的速度大小为，B的速度大小为，若碰撞后A、B同向运动，则根据题意由动能定理有
，
其中
，
A、B碰撞前后瞬间动量守恒，由动量守恒定律有
联立以上各式解得
，，
而碰撞前系统的机械能
碰撞后系统的机械能
可知
根据碰撞前后系统机械能不增加原理可知以上结果正确；若碰撞后A、B反向，取碰撞前A运动的方向为正方向，则根据题意由动能定理有
，
其中
，
A、B碰撞前后瞬间动量守恒，由动量守恒定律有
联立以上各式解得
，，
碰撞后系统的机械能
可知
而根据碰撞前后系统机械能不增加原理可知以上结果错误，综上可知，碰撞后
，，
15. 利用电磁场研究带电的微观粒子是物理学家常用的方法。真空中一实验装置如图甲所示（磁场未画出），其截面图如图乙所示，区域Ⅰ为足够大的水平平行金属板区域，极板间距为，极板间电压恒定，同时板间有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度（大小未知，）。极板和屏在磁场方向上均足够长。当频率为的入射光照射到竖直放置的金属板表面时，金属板表面逸出大量速率不同、沿各个方向运动的光电子，光电子先进入起速度选择作用的区域Ⅰ，出区域Ⅰ的光电子可认为均水平射出，之后进入区域Ⅱ全部打在水平光屏上，光屏亮光区域在截面图上的长度为。已知逸出的光电子最大速率为，，元电荷为，光电子质量为，普朗克常量为，忽略相对论效应，不计光电子重力和光电子之间相互作用。求：
（1）该金属的逸出功和出区域Ⅰ的光电子的最小速度；
（2）区域Ⅱ中磁场的磁感应强度；
（3）区域Ⅱ中，在如图乙截面内磁场的最小面积；
（4）区域Ⅱ中，光电子运动位移的最大值。
【答案】（1），；（2）；（3）；（4）
【解析】（1）由爱因斯坦光电效应方程
解得逸出功
从平行板区域射出的粒子满足洛伦兹力与电场力平衡
解得
（2）光龙子在区域Ⅱ中截面内的运动轨迹如图所示
光电子运动的半径为r，由几何关系可知
根据洛伦兹力提供向心力
解得
（3）分析可知:截面内磁场的最小面积为一个四分之一圆形区域和矩形区域，粒子在磁场中扫过的面积为
代入数据
（4）光电子在截面内的最大位移由几何关系可得
最大时，最大，光电子在磁场中运动时间最长，沿磁场向的位移最大，总位移最大，由几何关系可得
则最大值为，故
光电子在磁场中运动的周期为
光电子在磁场中运动的最长时间为
光电子在沿磁场方向的最大速度
光电子沿磁场方向的最大位移
光电子运动位移最大时，在垂直磁场方向的偏转角度
可得