湖北省十堰市2023-2024学年高三下学期4月调研考试(二模)物理试卷(解析版)

这是一份湖北省十堰市2023-2024学年高三下学期4月调研考试(二模)物理试卷(解析版)，共20页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题用0，考生必须保持答题卡的整洁，3AD等内容，欢迎下载使用。
本试题卷共6页，共15道题，满分100分，考试时间75分钟。
祝考试顺利
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考号填写在答题卡和试卷指定位置上，并将考号条形码贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答在试题卷、草稿纸上无效。
3.非选择题用0.5毫米黑色墨水签字笔将答案直接答在答题卡上对应的答题区域内。答在试题卷、草稿纸上无效。
4.考生必须保持答题卡的整洁。考试结束后，只交答题卡。
一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1∼7题只有一项符合题目要求，第8∼10题有多项符合题目要求。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 钍是一种放射性元素，广泛分布在地壳中。钍经中子轰击可得到核燃料铀（U），其反应方程为，此反应能将地球上现有的钍资源变成潜在的核燃料，是一种前景十分可观的能源材料。以Z、N、A分别表示铀的电荷数、中子数、质量数，下列判断正确的是（ ）
A. ，，B. ，，
C. ，，D. ，，
【答案】B
【解析】根据电荷数守恒，U的电荷数为
Z=
根据质量数守恒，U的质量数为
U的中子数为
故选B。
2. 如图甲所示，从点到地面上的点有Ⅰ、Ⅱ两条光滑轨道，轨道Ⅰ为直线，轨道Ⅱ为、两点间的最速降线，小物块从点由静止分别沿轨道Ⅰ、II滑到点的速率与时间的关系图像如图乙所示。由图可知（ ）
A. 小物块沿轨道Ⅰ做匀加速直线运动
B. 小物块沿轨道Ⅱ做匀加速曲线运动
C. 图乙中两图线与横轴围成的面积相等
D. 小物块沿两条轨道下滑的过程中，重力的平均功率相等
【答案】A
【解析】A．对Ⅰ轨道分析可知，沿轨道Ⅰ下滑时合力一定，做匀加速直线运动。故A正确；
B．对Ⅱ轨道分析可知，沿轨道Ⅱ下滑时合力大小方向都在变化，做变加速曲线运动。故B错误；
C．图乙速率时间图像中面积表示路程，两轨迹路程不同，面积不等。故C错误；
D．小物块沿两轨道下滑过程中重力做功相等，但时间不同，所以重力的平均功率不等。故D错误。故选A
3. 如图所示，质量为m的物块A静止在固定倾角的斜面上，现对物块A施加一大小为的水平力F，物块A仍然处于静止状态，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（ ）
A. 物块A有沿斜面向下滑动的趋势
B. 斜面对物块A的摩擦力大小为
C. 斜面对物块A的支持力大小为
D. 斜面对物块A的作用力与竖直方向的夹角为
【答案】D
【解析】AB．沿斜面方向，重力的分力为
力F沿斜面方向的分力为
由此可知，斜面对物块的摩擦力大小为
方向沿斜面向下，即物块A有沿斜面向上滑动的趋势，故AB错误；
C．斜面对物块A的支持力大小为
故C错误；
D．斜面对物块A的作用力与mg和F的合力等大反向，即应与竖直方向的夹角为45°，故D正确。
故选D。
4. 如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为，副线圈电路中定值电阻的阻值为，原线圈与一理想交流电流表串联后，接入一电压有效值不变的正弦交流电源。当电阻箱的阻值为时，理想电压表的示数为；现将电阻箱的阻值调为，此时（ ）
A. 原线圈两端的输入电压为120VB. 电压表的示数为15V
C. 电流表的示数为0.3AD. 原线圈的输入功率为54W
【答案】C
【解析】A．当电阻箱的阻值为时，根据闭合电路的欧姆定律，副线圈两端的电压为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系
解得原线圈两端的输入电压为
故A错误；
B．将电阻箱的阻值调为，副线圈的电流为
电压表的示数为
故B错误；
C．根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系
解得电流表的示数为
故C正确；
D．原线圈的输入功率为
故D错误。
故选C。
5. 坐标原点处的波源做简谐运动，它在均匀介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，波源振动4s后波刚好传到处，波形图如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 图中M点正沿y轴负方向振动
B. 波在介质中的速度大小为4m/s
C. 质点M的平衡位置在处
D. 波源振动前4s，质点M通过的路程为
【答案】D
【解析】A．波沿x轴正方向传播，根据“同侧法”可知，图中M点正沿y轴正方向振动，故A错误；
B．根据
故B错误；
C．M点正沿y轴正方向振动，则质点M位移为
所以
故C错误；
D．由图可知，波源振动前4s，质点M通过的路程为
故D正确
故选D。
6. 如图甲所示，电阻不计、间距为0.5m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端连接阻值为的定值电阻，虚线下方存在垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为2T的匀强磁场。现将电阻为的金属杆ab从上方某处由静止释放，金属杆ab下落过程中始终水平且与导轨接触良好，其速度大小v与下落时间t的关系图像如图乙所示，取重力加速度大小。下列说法正确的是（ ）
A. 金属杆进入磁场后a端的电势较高B. 金属杆进入磁场后产生的电功率为8W
C. 金属杆进入磁场后两端的电压为4VD. 金属杆的质量为
【答案】D
【解析】A．金属杆进入磁场后切割磁感线，由右手定则可知，金属杆ab中的感应电流由a到b，金属杆相当于电源，因此b端的电势较高，A错误；
B．金属杆进入磁场后，由图乙可知，金属杆在时，开始做匀速直线运动，此时金属杆重力大小等于安培力，则有
由能量守恒可知，产生的电功率为
B错误；
C．由电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可得，金属杆进入磁场后两端的电压为
C错误；
D．由图乙可知，金属杆做匀速直线运动时，由平衡条件可知，金属杆重力大小等于安培力，则有
解得
D正确。
故选D
7. 如图所示，三角形为棱镜的横截面，，，一束光线从边的中点M以45°的入射角射入棱镜，从N点射出的光线恰好与平行。已知，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（ ）
A. 棱镜对光的折射率为1.5B. 棱镜对光的折射率为
C. 光在棱镜中传播的时间为D. 光在棱镜中传播的时间为
【答案】D
【解析】AB.如图所示
设光在点的折射角为，由几何关系得
因为N点射出的光线恰好与BC平行，则折射角
根据光路可逆原理，有
所以
由折射定律有棱镜对光的折射率
故AB错误；
CD.设光在棱镜中传播的速度为，根据折射定律有
由正弦定理有
又由几何关系
光在棱镜中传播的时间
解得
故C错误，D正确。
故选D。
8. 某一沿x轴方向的静电场，电势在x轴上的分布情况如图所示，B、C是x轴上的两点。一负电荷仅在电场力的作用下从B点运动到C点，该负电荷在（ ）
A. O点的速度最大
B. B点受到的电场力小于在C点受到的电场力
C. B点时的电势能小于在C点时的电势能
D. B点时的动能小于在C点时的动能
【答案】AC
【解析】B．根据
可知图像的切线斜率表示电场强度，则B点的场强大于C点场强，负电荷在B点受到的电场力大于在C点受到的电场力，故B错误；
CD．根据
由图像可知B点的电势大于C点的电势，由于电荷带负电，则负电荷在B点时的电势能小于在C点时的电势能，由于只有电场力做功，所以动能和电势能之和保持不变，则负电荷B点时的动能大于在C点时的动能，故C正确，D错误；
A．根据
由于O点的电势最高，则负电荷在O点时的电势能最小；由于动能和电势能之和保持不变，则负电荷在O点时的动能最大，负电荷在O点的速度最大，故A正确。
故选AC。
9. 如图所示，在足够大的光滑水平地面上，静置一质量为的滑块，滑块右侧面的光滑圆弧形槽的半径为R，末端切线水平，圆弧形槽末端离地面的距离为。质量为m的小球（可视为质点）从圆弧形槽顶端由静止释放，与滑块分离后做平抛运动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A. 滑块的最大动能为
B. 小球离开滑块时的动能为
C. 小球落地时的动能为
D. 小球落地时与圆弧形槽末端抛出点的距离为
【答案】AD
【解析】A．滑块、小球组成的系统水平方向动量守恒，则当小球运动至圆弧形槽末端时，滑块的动能最大，根据动量守恒以及机械能守恒可得
解得
，
滑块的最大动能为
故A正确；
B．小球离开滑块时的动能为
故B错误；
C．根据动能定理
小球落地时的动能为
故C错误；
D．小球与滑块分离后做平抛运动，竖直方向有
小球落地时与圆弧形槽末端抛出点的水平距离为
小球落地时与圆弧形槽末端抛出点的距离为
故D正确。
故选AD。
10. 预计在2025年1月16日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。如图所示，火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为，地球与火星的质量之比约为，地球与火星的半径之比约为，已知半径为R的球的体积，取，根据以上信息结合生活常识可知（ ）
A. 火星与地球的平均密度之比约为
B. 火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
C. 火星与地球表面的重力加速度大小之比约为
D. 相邻两次“火星冲日”的时间约为801天
【答案】ACD
【解析】A．根据
密度
联立得
代入数据可知，火星与地球的平均密度之比约为，故A正确；
B．根据
代入数据可知，火星与地球绕太阳运动的周期之比约为，故B错误；
C．根据
代入数据可知，火星与地球表面的重力加速度大小之比约为，故C正确；
D．根据火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
已知地球的公转周期为
则火星的公转周期为
设经过时间t出现下一次“火星冲日”，则有
解得
即约801天。
故D正确。
故选ACD。
二、非选择题：本题共5小题，共60分。
11. 在探究加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图甲所示的装置。
（1）该实验运用的方法是___________（填“控制变量法”或“等效替代法”）。
（2）在补偿小车与长木板之间的阻力后，打出了一条纸带，每五个点取一个计数点，量出A、B、C三点到O点的距离如图乙所示，已知打点计时器所接电源的频率为，则打B点时小车的速度大小___________，小车的加速度大小___________。（结果均保留两位有效数字）
（3）改变砝码的质量，重复实验，得到多组小车的加速度a及对应的力传感器示数F，根据测量数据作出的图线为如图丙所示的直线，图像不过原点的原因是___________。
【答案】（1）控制变量法 （2）0.19 0.40 （3）补偿阻力不足或未平衡摩擦力
【解析】【小问1详解】
在探究加速度与力、质量的关系的实验中，由于涉及的变量较多，因此先确定其中一个量不变，探究加速度与第二个量的变化关系，再确定第二个量不变，探究加速度与第一个量的变化关系，因此该实验运用的方法是控制变量法。
【小问2详解】
[1]纸带上每五个点取一个计数点，电源的频率为，可知纸带上每相邻两个计数点间的时间间隔为
由在匀变速直线运动中，某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得打B点时小车的速度大小为
[2]由匀变速直线运动的推论，可得小车的加速度大小
【小问3详解】
由图线可知，开始当力F不等于零时，加速度a仍是零，只有力F达到一定值时，加速度a不是零，因此图像不过原点的原因是：补偿阻力不足或未平衡摩擦力。
12. 某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示的电路，所用器材如下：
A．干电池一节；
B．电压表（量程为，内阻较大）；
C．电阻箱（阻值）；
D．开关一个和导线若干。
（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实物图补充完整。
（2）调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电压表的示数U。根据记录的数据作出的图像如图丙所示，则该干电池的电动势___________V、内阻___________Ω。（结果均保留两位小数）
（3）由于电压表的内阻不是无穷大的，因此本实验干电池的内阻的测量值___________，电动势的测量值___________（填“偏大”“偏小”或“准确”）。
【答案】（1） （2）1.56 0.40
（3）偏小 偏小
【解析】【小问1详解】
根据电路图，连接实物图如图所示
【小问2详解】
[1][2]根据闭合电路欧姆定律
其中
整理得
则图线丙的斜率为
纵截距为
联立，解得
【小问3详解】
[1][2]由于电压表的内阻不是无穷大的，根据闭合电路欧姆定律
其中
整理得
则图线丙的斜率为
图线的纵截距为
解得
所以，本实验干电池的内阻的测量值偏小，电动势的测量值偏小。
13. 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B的图像如图中的实线所示，其中、均为已知量，已知气体在状态A时的热力学温度为。求：
（1）此过程中理想气体对外做的功W；
（2）此过程中理想气体的最高热力学温度。（请写出必要的证明过程）
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）题中图像与横轴围成的面积表示理想气体对外做的功，即
解得
（2）题图中直线对应的方程为
设理想气体的热力学温度为T、压强为p时，体积为V，有
有理想气体状态方程知，当数值最大时，理想气体的热力学温度最高，即当时，理想气体的热力学温度最高，此时压强
又有
将、带入上式得
14. 如图所示，在足够大的水平地面上静置一木板，可视为质点的物块以的速度滑上木板，最终物块恰好到达木板的右端，木板沿地面运动的距离恰好等于木板的长度，已知物块的质量，物块与木板间的动摩擦因数，木板与地面间的动摩擦因数，取重力加速度大小，求：
（1）木板的长度L；
（2）木板的质量M。
【答案】（1）；（2）
【解析】1）设物块在木板上滑动时的加速度大小为，它们相对静止一起减速时的加速度大小为，图中两部分的阴影面积相等，有

设两者共同速度为，有

得

所以1s后两者的速度大小均为，由题意知木板的长度
（2）由图知，两者共速前，木板的加速度大小
有
解得
15. 如图所示，在平面直角坐标系的第三象限内存在沿y轴正方向、电场强度大小为E的匀强电场，图中有一半径为R的绝缘刚性圆环，圆环经过坐标原点O（O点开有小孔），圆环圆心在直线上，环内存在垂直坐标平面向里的匀强磁场。电场中的粒子发射源P能沿x轴正方向发射质量为m、带电荷量为q、速度为的带正电粒子，粒子恰好从O点以速度进入磁场，粒子与圆环碰撞时无能量损失且电荷量不变，不计粒子受到的重力。
（1）求发射源P的坐标；
（2）若粒子第一次与圆环碰撞的位置为Q点，且弧长是整个绝缘圆环周长的，求匀强磁场的磁感应强度大小
（3）调整圆环内匀强磁场的磁感应强度大小可以控制粒子与绝缘圆环的碰撞次数，若粒子能绕圆环一周恰好从O点离开磁场，求匀强磁场的磁感应强度大小满足的条件；
（4）求粒子在磁场中运动的最短时间。
【答案】（1）；（2）；（3）（，4，5，…）；（4）
【解析】（1）设P点的坐标为，带电粒子做类平抛运动的时间为t，则有
解得

所以P点的坐标为。
（2）设粒子进入磁场后做圆周运动的轨迹半径为，根据洛伦兹力提供向心力有

解得
（3）设粒子进入磁场后做半径为r的圆周运动，粒子与绝缘圆环相碰次后恰好从O点射出，则有
解得（，4，5，…）
（4）设粒子做匀速圆周运动的周期为T，则有
解得（，4，5，…）
由数学知识（严密论证过程如下）知，当时t有最小值，此时。
证明：
令
令
则有
可知
所以在定义域内先单调递增，后单调递减，故，即，故在定义域内为增函数，当时有最小值。