2025届湖北省随州市高三上学期1月期末联考试题 物理 （解析版）

这是一份2025届湖北省随州市高三上学期1月期末联考试题 物理 （解析版），共14页。试卷主要包含了答题前，请将自己的姓名，选择题的作答，非选择题作答，考试结束后，请将答题卡上交等内容，欢迎下载使用。
物理试题
本试卷共6页，全卷满分100分，考试用时75分钟。
考试时间：2024年1月8日10:30—11:45
★祝考试顺利★
注意事项：
1、答题前，请将自己的姓名、准考证号、考场号、座位号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的制定位置。
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，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3、非选择题作答：用黑色签字笔直接答在答题卡对应的答题区域内，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4、考试结束后，请将答题卡上交。
一、选择题：（本题共10小题，每小题4分，共40分,。在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题有多项符合要求，每小题全部选对得4分，选对但不全的得2分，有错选或者不选的得0分）
1、我国航天事业高速发展取得了一系列丰硕的成果。东方红一号是我国发射的第一颗人造卫星，北斗导航系统由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成，相关参数列表如下。下列选项正确的是( )
A．GEO卫星与MEO卫星的轨道半径之比为 ∶1
B．IGSO卫星与GEO卫星均能相对地面上某一点保持静止
C．IGSO卫星的动能与GEO卫星的动能相等
D．东方红一号从近地点向远地点运动过程中机械能增大
2、一弹簧振子A的位移x随时间t变化的关系式为x＝0.1sin 2.5πt，位移x的单位为m，时间t的单位为s，则( )
A．弹簧振子的振幅为0.2 m
B．弹簧振子的周期为1.25 s
C．在t＝0.2 s时，振子的运动速度为0
D．若另一弹簧振子B的位移x随时间t变化的关系式为x＝0.2sin ，则B的振幅和周期分别是A的振幅和周期的2倍
3、通电长直导线周围产生磁场，其某处磁感应强度的大小与电流大小成正比，与该处到直导线的垂直距离成反比。M、N、P是半圆上的三点，O点是圆心，MN为直径，∠NOP＝60°。在M、N处各有一条垂直半圆面的长直导线，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，此时O点的磁感应强度大小为B1，P点的磁感应强度大小为B2，则( )
A．B2∶B1＝2∶ B．B2∶B1＝1∶
C．B2∶B1＝1∶2 D．B2∶B1＝2∶1
4、某个粒子分析装置的简化示意图如图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场(未画出)中，有一圆心为O、半径为R的圆形无磁场区域，在圆形边界的P点处有一α粒子发射源，可在图示∠GPH＝90°范围内沿纸面随机向磁场区域发射速度大小相同的α粒子，在圆经过P点的直径上，固定一长度为2R的荧光挡板，α粒子击中荧光挡板后被吸收并发出荧光。已知PG与直径QP延长线的夹角为30°，α粒子的质量为m，电荷量为q。不计α粒子的重力和粒子间的相互作用，当α粒子的速度为v＝时，下列说法正确的是( )
A．α粒子在无磁场区域运动的最长时间为
B．荧光挡板上α粒子打到的区域长度为R，且击中荧光挡板的α粒子的位置均匀分布
C．α粒子在磁场中运动的最长时间为
D．所有进入圆形区域的α粒子均垂直击中荧光挡板
5、动感单车车轮处的结构示意图如图所示，金属飞轮外侧的磁体与车轮不接触，但是飞轮转动时，磁体会对飞轮产生电磁阻力。拉动旋钮拉线可改变飞轮与磁体的间距。下列做法能使飞轮受到的电磁阻力增大的是( )
A．转速一定时，增大磁体和飞轮之间的距离
B．转速一定时，减小磁体和飞轮之间的距离
C．磁体和飞轮间的距离一定时，减小飞轮转速
D．保持飞轮转速及磁体与飞轮间距一定，将金属飞轮换为橡胶轮
6、如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是( )
A．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10-10 m
B．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10-10 m
C．若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力表现为斥力
D．分子势能随两个分子间距离的增大而增大
7、如图所示为氢原子的能级图，一个氢原子吸收光子能量后由基态跃迁到n＝4的激发态，然后向低能级跃迁，下列说法正确的是( )
A．可能发出6种能量的光子
B．只能发出1种能量的光子
C．吸收的光子的能量一定为12.75 eV
D．可能发出能量为0.85 eV的光子
8、如图所示，带电小球(可视为质点)用绝缘细线悬挂在O点，在竖直平面内做完整的变速圆周运动，小球运动到最高点时，细线受到的拉力最大。已知小球运动所在的空间存在竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E，小球质量为m、带电荷量为q，细线长为l，重力加速度为g，则( )
A．小球带正电
B．静电力大于重力
C．小球运动到最低点时速度最大
D．小球运动过程最小速度至少为v＝
9、如图所示的电路中，电流表为理想交流电表，定值电阻的阻值为R，长度为l的金属棒OM可绕O点在竖直面内转动，M端固定一金属小环，长度略大于2l的金属棒PQ穿过小环，可在小环的带动下绕P点在竖直面内转动。t＝0时；金属棒OM在外界控制下以角速度ω绕O端逆时针匀速转动，且金属棒OM每次转至水平时立即以大小相等的角速度返回，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中。两金属棒电阻不计，金属环与金属棒接触良好。下列说法正确的是( )
A．该装置产生交流电的周期为
B．t＝时，电流表的示数为
C．OM运动一个周期的过程中，流过定值电阻的电荷量的绝对值为
D．OM运动一个周期的过程中，定值电阻产生的焦耳热为
10、如图甲所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈接有电流表A1，副线圈电路接有电压表V、电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想交流电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定，当原线圈接入如图乙所示的交变电压时，下列说法不正确的是( )
A．电压表V的读数为88 V
B．灯泡L两端电压的有效值为22 V
C．当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，两电流表的示数均减小
D．原线圈接入的交变电压的瞬时值表达式为u＝440sin (100πt) V
二、非选择题：（本大题共5小题，共60分）
11、(12分）一质量为8.0×104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.6×105 m处以 7.5×103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100 m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8 m/s2。(结果保留2位有效数字)
(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；
(2)求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。
12、(12分）有一弹簧振子在水平方向上的B、C之间做简谐运动，已知B、C间的距离为20 cm，振子在2 s内完成了10次全振动。若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时(t＝0)，经过周期振子有正向最大加速度。
(1)求振子的振幅和周期；
(2)在图中作出该振子的位移－时间图像；
(3)写出振子的振动方程。
13、(12分）如图所示，等量异种点电荷分别固定在水平线上的M、N两点处，O点位于M、N连线中点B的正上方且与B点之间的距离为L，质量为m、带电荷量为＋q(可视为点电荷)的小球固定在长度为L的绝缘轻质细杆的一端，细杆另一端可绕过O点且与M、N连线垂直的水平轴无摩擦转动。现在把杆拉起到水平位置，由静止释放，小球经过最低点B时速度为v。取O点电势为零，忽略小球所带电荷量对等量异种点电荷所形成的电场的影响，重力加速度为g。
(1)求小球在经过B点时对杆的拉力大小；
(2)在等量异种点电荷形成的电场中，求A点的电势φA；
(3)小球继续向左摆动，求其经过与A等高的C点时的速度大小。
14、(12分）如图所示，M、N、P、Q四条光滑的金属导轨平行放置，导轨间距分别为2L和L，两组导轨间由导线相连，装置置于水平面内，导轨间存在竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场，两根质量均为m、接入电路的电阻阻值均为R的导体棒C、D垂直于导轨放置，开始两导体棒均处于静止状态，不计除导体棒外其余部分的电阻。现给导体棒C一个初速度v0，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好。
(1)开始时，导体棒D的加速度为多大？
(2)若达到稳定运动时，导体棒C未到两组导轨连接处，导体棒D的稳定速度为多大？
(3)若稳定运动后导体棒C到达两组导轨连接处立即静止，此后导体棒D还能运动多远？
15、(12分）载人潜水器是进入“无人区”的科考利器。某科技小组深受启发，自己动手制作了潜水器模型。如图所示，高压气瓶通过细管与压载水箱连接，压载水箱通过通海口(细管)通向外界，连接各部分的细管容积不计。压载水箱中有一厚度忽略不计的轻活塞，在地面先将高压空气充入高压气瓶中，关闭阀门K，此时活塞在压载水箱最右端。压载水箱通过通海口装满水后，潜水器下沉到水下h＝10 m处悬停，通过遥控器将阀门K打开，高压气瓶中的气体缓慢膨胀推动活塞，刚好能够将压载水箱中的水全部排出，已知高压气瓶的容积为1 L，压载水箱的容积为4 L，大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g＝10 m/s2。若气体温度不变，活塞与水箱间的摩擦力忽略不计，求：
(1)高压气瓶中气体的初始压强为大气压的多少倍；
(2)气体膨胀过程吸收的热量。
高三物理试题答案
一、选择题：（本题共10小题，每小题4分，共40分,。在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题有多项符合要求，每小题全部选对得4分，选对但不全的得2分，有错选或者不选的得0分）
1、A [GEO卫星为地球同步卫星，其周期为24 h，设GEO卫星的周期为T1，轨道半径为R1，MEO卫星的周期为T2，轨道半径为R2，则由开普勒第三定律有＝，由题可知T2＝12 h，代入数据解得＝＝，故A正确；IGSO卫星为倾斜地球同步卫星，距地面高度与GEO卫星相同，运行周期也与GEO卫星相同，但IGSO卫星并不在赤道平面内运行，而只有在赤道平面内运行的地球同步卫星才能相对地面静止，故B错误；IGSO卫星与GEO卫星具有相同大小的轨道半径，而根据万有引力充当向心力可得v＝，可知IGSO卫星的速率与GEO卫星的速率相等，但IGSO卫星与GEO卫星的质量关系未知，而动能Ek＝mv2，不仅与速率有关，还与物体的质量有关，故C错误；东方红一号从近地点向远地点运动过程中动能减小，势能增加，总的机械能保持不变，故D错误。]
2、C [根据x＝0.1sin 2.5πt可知弹簧振子A的振幅为0.1 m，周期为TA＝ s＝0.8 s，故A、B错误；在t＝0.2 s时，振子的位移为x＝0.1sin 2.5π×0.2(m)＝0.1 m，可知此时振子处于最大位移处，振子的运动速度为0，故C正确；若另一弹簧振子B的位移x随时间t变化的关系式为x＝0.2sin ，则B的振幅为0.2 m，周期为TB＝ s＝0.8 s，则B的振幅是A的振幅的2倍，B的周期等于A的周期，故D错误。]
3、B [根据安培定则，两导线的电流在O点和P点的磁感应强度方向如图所示，假设圆的半径为R，则在O点处有BN＝k，BM＝k，则有B1＝BM＋BN＝，则在P点处有B′N＝k，B′M＝k，则有B2＝＝，故＝＝，B正确，A、C、D错误。]
4、D [α粒子在磁场中运动的轨迹半径为r＝＝R，则从P点射出的α粒子运动的轨迹如图所示，由几何关系可知，四边形O′MOP为菱形，可知O′M水平，则从M点进入圆形区域的粒子速度竖直向下，垂直击中荧光挡板，选项D正确；沿着PG方向射出的粒子打到挡板上M点的位置最远，由几何关系可知，最远点与P点的距离为R，沿PH方向射出的粒子打到挡板上N点的位置最近，PN＝R(1－sin 60°)，则α粒子打在荧光挡板上区域长度为MN＝R－R(1－sin 60°)＝R，并且从O到P，距P点越近，粒子数量越多，粒子分布不均匀，选项B错误；沿着PH方向射出的粒子在磁场中运动的时间最长，由几何关系可知粒子在磁场中转过的角度为330°，则最长时间t＝＝，选项C错误；水平向左射出的α粒子在无磁场区域运动的时间最长，最长时间为t′＝＝，选项A错误。
]
5、B [飞轮在磁场中转动，其内部产生的涡流使飞轮受到安培力，阻碍飞轮与磁场间的相对运动。飞轮转速一定时，减小磁体和飞轮之间的距离可以增强阻尼效应，电磁阻力增大，A项错误，B项正确；磁体和飞轮之间的距离一定时，减小飞轮的转速，则阻尼效应减小，电磁阻力减小，C项错误；保持飞轮转速及磁体与飞轮间距一定，将金属飞轮换为橡胶轮，则不会发生电磁阻尼，电磁阻力消失，D项错误。]
6、A [在F-r图像中，随着距离的增大斥力比引力变化快，所以ab为引力曲线，cd为斥力曲线，当分子间的距离等于分子直径数量级(10-10 m)时，引力等于斥力，
即e点横坐标的数量级为10-10 m，故A正确，B错误；若两个分子间距离大于e点的横坐标，即大于r0，则分子间作用力表现为引力，故C错误；当分子间距离rr0时，分子力表现为引力，分子间的距离增大，分子力做负功，分子势能增大，故D错误。]
7、C [一个氢原子从n能级跃迁到基态，最多可产生(n－1)条光谱线，A、B错误；当氢原子吸收光子能量后由基态跃迁到n＝4的激发态时，光子能量应为E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，C正确；同理氢原子由激发态向低能级跃迁时，发出光子的能量也要等于两个能级的能量差，0.85 eV不符合两个能级的能量差，D错误。]
8、BD [因为小球运动到最高点时，细线受到的拉力最大，可知重力和静电力的合力(等效重力)方向向上，则静电力方向向上，且静电力大于重力，小球带负电，故A错误，B正确；因重力和静电力的合力方向向上，可知小球运动到最高点时速度最大，故C错误；由于等效重力竖直向上，所以小球运动到最低点时速度最小，最小速度满足qE－mg＝m，即v＝，故D正确。]
9、AD [由题图可知，闭合回路中能改变磁通量的区域为△OPM的面积，根据几何知识可得该区域 Φ＝BS＝Bl(l sin ωt)＝Bl2sin ωt，由于角速度相同，因此金属棒OM从右侧往左侧运动与从左侧往右侧运动，回路磁通量的变化情况相同，因此金属棒OM移动半圆的时间即为一个周期，即T＝，故A正确；感应电动势为E＝＝Bl2ωcs ωt，交流电流表读数I＝＝，故B错误；由于电流会在时改变方向，根据对称性，一个周期内流过定值电阻的电荷量的绝对值为半个周期的两倍，因此半个周期内流过定值电阻的电荷量的绝对值为Q1＝Δt＝Δt＝Δt＝＝，因此一个周期内流过定值电阻的电荷量的绝对值为 Q＝2Q1＝，故C错误；感应电动势的最大值为Em＝Bl2ω，由于是余弦式交变电流，因此感应电动势的有效值为E有＝＝Bl2ω，电流有效值为I有＝＝，因此一个周期内定值电阻产生的焦耳热为Q＝RT＝，故D正确。]
10、ACD [由题图乙可知理想变压器原线圈输入电压的有效值为440 V，根据＝可得副线圈的输出电压U2＝44 V，电压表V的示数为有效值，即为 44 V，A错误；设灯泡L两端电压的有效值为U′，灯泡L的阻值为r，交变电流的周期为T，根据有效值的定义有＝T，解得U′＝22 V，B正确；当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，滑动变阻器R接入电路的阻值减小，则由欧姆定律可知电流表A2的示数增大，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，所以电流表A1的示数也增大，C错误；根据ω＝＝ rad/s＝100π rad/s, 可知原线圈接入的交变电压的瞬时值表达式为u＝440sin (100πt) V，D错误。故选ACD。]
二、非选择题：（本大题共5小题，共60分）
11、(12分）
[解析] (1)飞船着地前瞬间的机械能为
Ek0＝①
式中，m和v0分别是飞船的质量和飞船着地前瞬间的速率，由①式和题给数据得
Ek0＝4.0×108 J②
设地面附近的重力加速度大小为g，飞船进入大气层时的机械能为
Eh＝＋mgh③
式中，vh是飞船在高度1.6×105 m处的速度大小，由③式和题给数据得
Eh≈2.4×1012 J。④
(2)飞船在高度h′＝600 m处的机械能为
Eh′＝m＋mgh′⑤
由功能关系得W＝Eh′－Ek0⑥
式中，W是飞船从高度600 m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功，由②⑤⑥式和题给数据得
W≈9.7×108 J。
[答案] (1)4.0×108 J 2.4×1012 J (2)9.7×108 J
12、(12分）
[解析] (1)振幅A＝10 cm，T＝ s＝0.2 s。
(2)振子在周期时具有正向最大加速度，故有负向最大位移，其位移—时间图像如图所示。
(3)设振动方程为x＝A sin (ωt＋φ)
当t＝0时，x＝0，则sin φ＝0
得φ＝0或φ＝π，当再过较短时间，x为负值，
所以φ＝π
所以振动方程为x＝10sin (10πt＋π) cm。
[答案] (1)10 cm 0.2 s (2)图见解析 (3)x＝10sin (10πt＋π) cm
13、(12分）
[解析] (1)小球经过B点时，在竖直方向上，有
F－mg＝m
由牛顿第三定律可知，小球对细杆的拉力大小
F′＝F＝mg＋m。
(2)O点电势为零，而OB在M、N连线的垂直平分线上，故B点的电势φB＝0
对小球从A点运动到B点的过程，由动能定理得mgL＋q(φA－φB)＝mv2
解得φA＝。
(3)由电场的对称性可得φC＝－φA
所以UAC＝2φA
对小球从A点运动到C点的过程，由动能定理得qUAC＝
解得vC＝。
[答案] (1)mg＋m (2) (3)
14、(12分）
[解析] (1)开始时，导体棒C中产生的感应电动势E＝2BLv0
电路中的感应电流I＝
导体棒D所受安培力F＝BIL
设导体棒D的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有F＝ma
解得a＝。
(2)稳定运动时，电路中电流为零，设此时C、D棒的速度大小分别为v1、v2，则有
2BLv1＝BLv2
在变速运动中任意极短时间Δt内，对C、D棒分别应用动量定理得
－2BiLΔt＝mΔv1，BiLΔt＝mΔv2
对两式两边分别同时累加，得－2BLq＝m(v1－v0)，BLq＝mv2
联立解得v2＝v0。
(3)导体棒C静止后，设导体棒D在任意时刻的速度为vi，感应电动势Ei＝BLvi
电路中的感应电流Ii＝
导体棒D所受的安培力Fi＝BIiL
对导体棒D运动中任意极短时间Δti，有－FiΔti＝mΔv，即－Δti＝mΔv
由于时间极短，故有viΔti＝xi，即－＝mΔv
对运动全程累加，有＝mv2
解得导体棒D在导体棒C停止后的运动位移大小x＝。
[答案] (1) (2)v0 (3)
15、(12分）
[解析] (1)对封闭的气体，经历等温过程
p1V1＝p2V2
其中V1＝1 L，V2＝5 L，p2＝p0＋ρgh＝2×105 Pa
代入数据，得p1＝1.0×106 Pa＝10p0。
(2)根据ΔU＝W＋Q
由于等温变化，ΔU＝0，Q＝－W
气体对外做功，W＝－p2ΔV＝－2×105×4×10-3 J＝－800 J
所以Q＝800 J，即吸收800 J的热量。
[答案] (1)10倍 (2)800 J人造卫星
参数
东方红一号
近地点高度441 km、远地点高度2 368 km
北斗导航系统
地球静止轨道卫星GEO
离地面的高度约为35 700 km
倾斜地球同步轨道卫星IGSO
离地面的高度约为35 700 km
中圆地球轨道卫星MEO
周期为12 h