2023-2024学年河北省沧衡八校联盟高三上学期1月期末联考 物理试题（含解析）

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物理试题（含解析）
考生注意：
1．答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在试卷和答题卡上，并将考生号条形码粘贴在答题卡上的指定位置．
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡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．回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效．
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回．
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分．每小题只有一个选项符合题目要求．
1．2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录．关于聚变反应，下列说法正确的是（ ）
A．为质子 B．核聚变和核衰变均是可逆的
C．质量亏损相同时，聚变比裂变释放更多的能量 D．的比结合能小于
2．如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光，光束与法线的夹角分别为，则光束通过玻璃砖的时间之比为（ ）
A． B． C． D．
3．光滑的水平面上有一个静止的物体，某时刻一水平向右的恒定拉力作用在物体上，以向右为正方向，物体的动能与拉力的冲些之间的关系图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．我国自主研制了大型客运机C919．一架C919大飞机自身质量为，不载客时离地起飞速度为，载客首航离地起飞速度为．设飞机获得的升力大小与飞机在平直跑道上滑行的速度平方成正比，若每位乘客及所带行李的平均质量为，则可估算该飞机首航载客人数约为（ ）
A．130人 B．140人 C．150人 D．160人
5．如图所示，细绳拉着小球在竖直平面内沿逆时针方向做半径为的圆周运动，是过圆心的直线上的一点，所在直线为竖直方向．是圆周上的一点，连线与竖直方向成角，当小球运动到点时，细绳断了，小球经过点时速度方向刚好与垂直．不计空气阻力，点与圆心的距离为（ ）
A． B． C． D．
6．如图所示，劲度系数为的轻弹签，一端固定于倾角为的光滑绝缘斜面顶端的挡板上，另一端连接绝缘带正电可视为质点的小球，小球的质量为，电量为，弹簧处于原长时小球在点．在空间中加一平行于斜面向上的匀强电场，电场强度大小为，将小球从点由静止释放，小球沿斜面运动至点时加速度为零，重力加速度为，则小球从点运动至点过程中，小球的（ ）
A．机械能一直增加 B．机械能先增大后减小
C．位移大小为 D．电势能的增加近等于重力势能的减少量
7．据报道，新一代人造太阳磁约束原理简化为如图所示，在环形区域Ⅱ内存在垂直纸面的匀强磁场，中心区域Ⅰ内为粒子源且无磁场，所有粒子都不会越出环形区域磁场的外边界．已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度成正比．下列说法正确的是（ ）
A．核聚变的原理已成功应用于工业核发电
B．核能是可再生能源
C．若带电粒子比荷为，最大速度为，环形磁场的宽度为，则磁感应强度至少为
D．若等离子体的温度变为原来的2倍，则所需的磁感应强度也变为原来的2倍
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分．每小题有多个选项符合题目要求．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．如图所示，一列简谐波沿轴正方向传播，实线为时刻的波形，虚线为时的波形，下列说法正确的是（ ）
A．该波的周期为
B．时，处的质点正在向轴正方向运动
C．波速大小可能为
D．内该波上所有质点运动的路程可能为
9．2023年5月，货运飞船天舟六号对接中国空间站，形成的组合体绕地球飞行的轨道视为圆轨道，轨道半径为地球半径的，周期为．地球视为均匀球体，引力常量为，则（ ）
A．飞船的发射速度大于 B．组合体绕地球飞行的速度小于
C．地球密度为 D．周期大于
10．如图所示，理想变压器的原线圈匝数为，副线圈匝数，正弦式交流电源的电压有效值为，电源内阻不计．开关断开，小灯泡均恰好正常发光，与相同，电容器极板间有一质量为的带电小球处于静止状态，极板间距为．重力加速度取，下列说法正确的是（ ）
A．小球带负电，电荷量为
B．
C．开关闭合后，要使小球保持静止，需左移滑动变阻器的滑片
D．开关闭合后，要使小球保持静止，需右移滑动变阻器的滑片
三、非选择题：本题共5小题，共54分．
11．（7分）某同学观看“天宫课堂”的惯性演示实验后受到启发，自行设计了一个在“天宫实验舱”内探究弹簧弹性势能的实验方案．实验装置如图1所示，实验仪器有：轻弹簧、带有遮光片的滑块、游标卡尺、刻度尺、光电门．
图1 图2 图3
（1）实验中涉及到下列操作步骤
A．用游标卡尺测遮光片的宽度；
B．重复中的操作，得到与的关系如图3所示；
C．将轻弹簧放管在桌面上，左端固定，右端与一带有遮光片的滑块接触但不拴接；
D．向左推滑块使弹簽压缩一段距离，用刻度尺测量弹簧的压缩遈；
E．由静止释放滑块，滑块离开弹簽后，记录滑块通过光电门的挡光时间；
上述步骤正确的操作顺序是：_____________（填写步骤前面的字母）．
（2）用游标卡尺测遮光片的宽度示数如图2所示，则_____________．
（3）滑块离开弹簧时速度大小的表达式为_____________（用表示）．
（4）由此实验可得出对于同一根弹资，弹簧被压缩时的弹性势能与弹簧的压缩量的_____________（填“一次方”或“二次方”）成正比的结论．
（5）本实验中若要求出弹簧在某一压缩量时的弹性势能，还需要测量_____________（填选项序号）．
A．弹簧原长 B．滑块离开弹簧时到光电门的距离 C．滑块（含遮光片）的质量
12．（11分）某同学要测量一段金属丝的电阻率，实验室提供的实验器材有：
A．粗细均匀的待测金属丝，长度约，电阻约
B．电压表（、内阻约）
C．电流表、内阻约
D．滑动变阻器（最大阻值）
E．毫米刻度尺、螺旋测微器
F．电源（电动势、内阻不计）、开关及导线若干
（1）首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度，以下四个读数符合毫米刻度尺读数规则的是_____________（填选项序号）．
A． B． C． D．
（2）用螺旋测微器测金属丝直径，如图1所示，金属丝直径的测量值_____________．
图1
（3）为了更准确测出金属丝的电阻，选用图_____________（选填“2”或“3”）更能减小实验误差．根据选择的电路图，完成相应的实物图连线．
图2 图3 图4
（4）电路连接好之后，调整滑动变阻器触头到最左端，然后闭合开关，改变滑动变阻器的触头位置，记录下电压表读数和对应的电流表读数，通过多次调整滑动变阻器的触头位置，得到多组数据．利用图像法处理数据，作出如图5所示的图像．
图5
根据图像可得到金属丝的电阻测量值_____________，结合金属丝长度和直径的测量值，可得金属丝的电阻率_____________（结果均保留2位有效数字）．
13．（8分）生活中常见到这样的现象：给热水瓶灌上开水并用软木塞将瓶口盖紧，过一会儿，软木塞会蹦起来，再塞紧软木塞，经过一段时间后，要拔出软木塞又会变得很吃力．如图所示，一热水瓶的容积为，现倒入温度为的热水，盖紧瓶塞，设塞住瓶口瞬间封闭空气的温度为，压强等于外界大气压．已知大气压强，瓶口的截面积，瓶塞与热水瓶间的最大静摩擦力为．瓶塞密封良好不漏气且重力忽略不计，瓶中气体可视为理想气体，不考虑瓶内水蒸气的影响．
（1）若热水温度保持不变，通过计算判断瓶塞会不会蹦起来？
（2）当瓶内气体的温度降至时，至少要用多大的力才能将瓶塞拔出？
14．（13分）如图所示，水平平行金属导轨与固定在竖直面内半径为的四分之一圆弧轨道分别相切于分别为的中点，轨道左端接有的定值电阻．质量为的导体棒接入电路部分的电阻为，两水平导轨之间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为．初始时，导体棒静置于磁场左边界，为磁场右边界，导轨间距为．现给棒的初速度使其沿导轨向右运动，运动过程中棒始终与导轨垂直且恰好能够到达处，所有轨道均光滑且不计电阻，重力加速度取．求：
（1）棒第一次通过四分之一圆弧轨道的中点时，对点的压力大小；
（2）磁场区域的长度．
15．（15分）如图，水平轨道与圆弧轨道任点相切连接，水平轨道具于圆弧轨道右上方，三轨道位于同一竖直平面内．段圆心为，圆心角，半径与点的高度差，轨道长长．用质量的滑块（视为质点）将弹簧压缩后由静止释放，滑块在点脱离弹簧，从点飞出后恰好沿水平方向进入水平直轨道滑行，与挡板弹性碰撞后（无能量损失，且碰撞时间极短）停在距离点处．轨道和粗糙，其他光滑，不计空气阻力，滑块与轨道间的动摩擦因数，重力加速度取，求：
（1）滑块与轨道间的动摩擦因数及滑块在轨道上因摩擦产生的热量；
（2）滑块飞离点时对圆弧轨道的压力大小；
（3）弹簧的弹性势能．
物理·答案
1~7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．8~10小题每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的，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．答案 D
命题透析 本题考查核聚变反应，考查考生的物理观念．
思路点拨 根据质量数、电荷数守恒，X应为中子，A错误：核聚变和核衰变是不可逆的，亏损相同的质量时，聚变和裂变释放的能量相同，B、C均错；聚变放出能量，所以的比结合能小于，D正确．
2．答案 A
命题透析 本题考查光的折射以及考生的几何功底，考查考生的科学思维．
思路点拨 ，时间，联立解得，所以有，A选项正确．
3．答案 C
命题透析 本题考查动能定理与冲量，考查考生的物理观念．
思路点拨 根据动能定理，根据位移公式，由于，联立以上三式可解得，即，可见物体动能与拉力的冲量之间关系为二次函数，图像为开口向上的抛物线，因此本题答案为C．
4．答案 B
命题透析 本题考查动力学相关知识，考查考生的物理观念、科学思维．
思路点拨 飞机所受的升力和飞机的总重力相平衡时，飞机离地起飞．飞机空载时有，飞机载客时有，解得乘客人数，选项B正确．
5．答案 D
命题透析 本题考查类平拋运动，考查考生的物理观念．
思路点拨 由题意知小球在点时速度与圆相切，小球经过点时速度方向刚好与垂直，可以看成是逆向的平抛运动，设平抛初速为，则水平方向有竖直方向上有：，解得，故点到点的距离为，D正确．
6．答案 C
命题透析 本题考查机械能、电势能和能量守恒相关知识，考查考生的科学思维．
思路点拨 根据功能关系，小球机械能改变量等于弹簧弹力和电场力的合力所做的功．依题意可知，小球从点运动至点过程中，弹簧弹力和电场力的合力方向一直沿斜面向上，所以弹簧弹力和电场力的合力做负功，故机械能一直减小，选项A、B均错；根据点处小球的加速度为零，可得小球合外力为零，即，得弹簧的伸长量也就是小球运动位移，选项C正确；根据能量转化与守恒，重力势能的减少量等于电势能的增加量和弹簧弹性势能的增加量之和，选项D错误．
7．答案 C
命题透析 本题考查核聚变、带电粒子在磁场中的运动等知识，考查考生的物理观念以及推理论证能力．
思路点拨 目前核发电的原理是核裂变，而可控核聚变尚未实现工业核发电，A项错误；核能是一种不可再生的能源，B项错误；由图可知，粒子运动的最大半径等于，由半径公式可得，C项正确；由可知，磁感应强度正比于，而正比于温度，所以正比于，D错误．
8．答案 CD
命题透析 本题考查波的传播，考查考生的科学思维．
思路点拨 由波形图可知：，A错误；波速，当时，，C正确；时，处的质点恰好向下通过平衡位置，B错；当周期为时，传播时间为半个周期，则所有质点运动的路程均为，D正确．
9．答案 BC
命题透析 本题以天舟六号对接中国空间站为背景，考查宇宙速度、天体运动等知识，意在考查学生理解能力、推理能力和科学思维．
思路点拨 天舟六号绕地球飞行，其发射速度小于，A错误；设地球质量为，组合体质量为，轨道半径为，由，得，知越大，速度减小，周期越大，组合体的轨道半径大于地球半径而小于地球同步卫星轨道半径，其绕地球飞行的速度小于，选项B正确，D错误；由以上式子结合及得，选项C正确．
10．答案 AB
命题透析 本题考查理想变压器、交流电相关知识，考查考生的科学思维．
思路点拨 正常发光，所以电压为，电流，由于二极管的单向导电性，电容器上极板带正电，小球带负电，且，解得，A正确；正常发光，两端电压，电流，，解得：，由能量守恒：，解得：，B正确；开关闭合后，电容器所带电荷量不变，场强不变，不需要移动滑动变阻器，小球就能保持静止，移动滑动变阻器不影响电容器，C、D错误．
11．答案（1）CDEB （2）3.75 （3） （4）二次方 （5）C
命题透析 本题以探究弹簧弹性势能的实验为情景，考查考生的科学探究素养．
思路点拨 （1）根据实验目的和实验设计思路，本实验操作顺序应该是ACDEB．
（2）由游标卡尺读数规则可知，示数为：．
（3）由于“天宫实验舱”中物体处于完全失重状态，所以滑块在运动过程始终不受臬面的摩擦力，滑块离开弹簧后一直做匀速直线运动．根据光电门测速原理得滑块通过光电门速度，这个速度也是滑块离开弹簧时的速度大小．
（4）图线是过原点的倾斜直线，所以滑块的速度与形变量成正比；弹性势能转化为动能，即，即弹性势能与速率的平方成正比，则弹性势能与压缩量的平方成正比．
（5）弹簧的弹性势能等于物体离开弹簧时增加的动能，故应求解物体的动能，根据动能表达式可知，还需测量滑块（含遮光片）的质量，故选C．
12．答案（1）C （2）0.500 （3）3如图所示
（4）4.5（，2分） （或，2分）
命题透析 本题考查测电阻丝电阻率，考查考生的科学探究素养
思路点拨 （1）毫米刻度尺的读数规则要求毫米后面估读一位，因此C正确．
（2）用螺旋测微器测量结果，以为单位时，要求有三位小数，因此．
（3）若选用图2，电流表分压作用带来的误差较大．选用图3电压表分流作用带来的误差较小，因此选用图3，物连线如图所示．
（4）根据图像斜率为，金属丝的电阻，根据电阻定律，解得电阻率．
13．命题透析 本题考查查理定律、力的平衡等相关知识，考查考生的物理观念、科学思维．
思路点拨 （1）设瓶中气体温度升至，依题意有
，其中
瓶塞内外气体压力差最大值，其中
代入数据解得
可见瓶塞不会蹦起来
（2）瓶中气体温度由降至，依题意，有
，其中
瓶塞内外气体压力差
设至少用力才能将瓶塞拔出，则根据力的平衡
解得
14．命题透析 本题考查导轨模型中的电磁感应、动力学分析等，考查考生的科学思维和综合分析能力．
思路点拨 （1）对于导体棒从到，由动能定理得
在处受力分析得
解得：
则由牛顿第三定律知棒在中点位置时对点的压力大小为
（2）对于导体棒从到，由动能定理得：
对于导体棒从开始运动至第一次到达，由动量定理得
又导体切割磁感线产生的平均电动势
平均电流
解以上各式得
15．命题透析 本题以滑块在组合轨道上的运动为背景，考查圆周运动、斜抛运动、动能定理及能量守恒定律等知识，意在考查学生的分析综合能力和科学思维．
思路点拨 （1）滑块从点飞出做抛体运动，设飞出时滑块速度为，如图所示，将分解
水平方向
竖直方向
又
由以上三式，得
滑块恰好从点沿水平方向进入轨道，运动停下
依据动能定理，有
解得
由功能关系知，滑块在点的动能最终都转化为热能，即
解得
（2）设滑块飞离点时，轨道对滑块支持力为，对滑块
依据牛顿第二定律，有
代入数据得
依据牛顿第三定律知，滑块对轨道的压力大小
（3）滑块由到，对滑块
依据能量守恒定律，有
代入数据得