2023-2024学年湖北省孝感市重点高中教科研协作体高三（上）开学考试物理试卷
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
1. 核电站发电原理是核裂变反应所释放的能量通过热力产生电能．铀是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀既发生裂变，也发生衰变，铀裂变方程为：，衰变方程为：，已知核电荷数大于的原子核都具有放射性，则下列说法正确的是( )
A. 衰变产生的新核不再具有放射性
B. 反应堆中镉棒插入深一些将会加快核反应速度
C. 衰变过程是通过吸收裂变过程释放的能量进行的
D. 的比结合能小于的比结合能
2. 农历正月十五是元宵节，也被称为花灯节，赏花灯、猜灯谜是该节日的传统活动。如图所示，用轻绳对称挂起四个相同的花灯，其中轻绳水平，轻绳、与水平方向夹角分别为和，下列关系式正确的是( )
A. B. C. D.
3. 个相同钢球甲、乙、丙、丁，它们自同一高度处从各自的四分之一光滑圆弧轨道上滑下，其出口速度水平向右，出口端所在高度分别为、、、。则落地点距点最远的钢球是( )
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
4. 有一个长为的线光源，其表面可以朝各个方向发光，现将封装在一个半球形透明介质的底部，中点与球心重合。半球形介质的折射率为，为使发出的所有光都能射出球面，不考虑二次反射，则球半径至少为( )
A. B. C. D.
5. 先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电，第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若甲、乙图中的、所表示的电压、周期值是相同的，则以下说法正确的是( )
A. 第一次，灯泡两端的电压有效值是
B. 第一次，灯泡两端的电压有效值是
C. 第二次，灯泡两端的电压有效值是
D. 第二次，灯泡两端的电压有效值是
6. 一列简谐横波某时刻波形如图甲所示，由该时刻开始计时，质点的振动情况如图乙所示．下列说法正确的是( )
A. 该横波沿轴负方向传播
B. 质点经半个周期将沿轴正方向移动到点
C. 质点该时刻向轴负方向运动
D. 该时刻质点与的速度、加速度都相同
7. 如图所示，一长度为的轻绳一端系一质量为的小球，另一端固定在倾角为的光滑斜面上的点，小球在斜面上绕点做半径为的圆周运动，、分别是圆周运动轨迹的最低点和最高点，若小球通过点时轻绳拉力大小等于，重力加速度为，则小球通过点时，轻绳拉力大小为( )
A. B. C. D.
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
8. 如图所示为发射某卫星的情景图，该卫星发射后，先在椭圆轨道Ⅰ上运动，卫星在椭圆轨道Ⅰ的近地点的加速度大小为，线速度大小为，点到地心的距离为，远地点到地心的距离为，卫星在椭圆轨道的远地点变轨进入圆轨道Ⅱ，卫星质量为，则下列判断正确的是( )
A. 卫星在轨道Ⅱ上运行的加速度大小为
B. 卫星在轨道Ⅱ上运行的线速度大小为
C. 卫星在轨道Ⅱ上运行周期为在轨道Ⅰ上运行周期的倍
D. 卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，发动机需要做的功为
9. 甲、乙两质点在时刻从同一位置沿同一直线运动，它们运动的图像如图所示，下列说法正确的是( )
A. 内，甲的平均速度大小比乙的小 B. 时，甲的加速度为零
C. 内，乙的位移为 D. 时，甲、乙相距
10. 如图所示，两根足够长相互平行、间距的竖直导轨，下端连接阻值的电阻．一根阻值也为、质量的导体棒搁置在两端等高的挡条上．在竖直导轨内有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度图中未画出撤去挡条，棒开始下滑，经后下降了假设棒始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，不计一切摩擦阻力和导轨电阻，重力加速度取下列说法正确的是( )
A. 导体棒能获得的最大速度为
B. 导体棒能获得的最大速度为
C. 时间内通过导体棒的电荷量为
D. 时导体棒的速度为
三、实验题（本大题共2小题，共17.0分）
11. 在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图所示。点是打下的第一个点，、、和为另外个连续打下的点。
图
图
为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是________________。
已知交流电频率为，重物质量为，当地重力加速度，则从点到点，重物的重力势能变化量的绝对值________、点的动能________计算结果均保留位有效数字。比较与的大小，出现这一结果的原因可能是________单选。
A.工作电压偏高 存在空气阻力和摩擦力 接通电源前释放了纸带
12. 小明同学想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路．他用了以下的实验器材中的一部分，设计出了图的电路图：
电流表量程，内阻很小；电流表量程，内阻；
滑动变阻器；
两个定值电阻，；
待测电阻；
待测电源电动势约为，内阻约为
开关和导线若干
根据实验要求，与电流表串联的定值电阻为________填“”或“”．
小明先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关，调节滑动变阻器，分别记录电流表、的读数、，得与的关系如图所示．根据图线可得电源电动势________，电源内阻________计算结果均保留两位有效数字
小明再用该电路测量定值电阻的阻值，进行了以下操作：
闭合开关、，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表示数，电流表示数；
断开开关，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表示数，电流表示数；后断开；
根据上述数据可知计算定值电阻的表达式为________若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值与其真实值相比________选填“偏大”“偏小”或“相等”．
四、计算题（本大题共3小题，共43.0分）
13. 水平玻璃细管与竖直玻璃管、底部连通，组成如图所示结构，各部分玻璃管内径相同。管上端封有长的理想气体，管上端开口并与大气相通，此时两管左、右两侧水银面恰好相平，水银面距玻璃管底部为水平细管内用小活塞封有长度的理想气体．已知外界大气压强为，忽略环境温度的变化．现将活塞缓慢向左拉，使管内气体的气柱长度为，求：
此时中气体的压强；
管中理想气体的气柱长度。
14. 如图所示，半径为的光滑半圆形轨道在竖直平面内，与水平轨道相切于点，端有一被锁定的轻质压缩弹簧，弹簧左端连接在固定的挡板上，弹簧右端到点的距离为。质量为可视为质点的滑块从轨道上的点由静止滑下，刚好能运动到点，并能触发弹簧解除锁定，然后滑块被弹回且刚好能通过圆轨道的最高点；
已知。
求滑块第一次滑至圆形轨道最低点时对轨道的压力。
求滑块与水平轨道间的动摩擦因数。
求弹簧被锁定时具有的弹性势能。
若滑块被弹回时，滑块不脱离轨道，则弹簧被锁定时具有的弹性势能应满足什么条件？
15. 如图所示的平面处于变化的匀强电场和匀强磁场中，电场强度和磁感应强度随时间做周期性变化的图像如图所示，轴正方向为的正方向，垂直于纸面向里为的正方向．时刻，带负电粒子重力不计由原点以速度沿轴正方向射出，它恰能沿一定轨道做周期性运动．、和为已知量，图中，在时间内粒子运动了四分之一圆弧，时刻，粒子的坐标为求：
粒子的比荷；
时刻粒子的位置；
带电粒子在运动中距离原点的最远距离．
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，则可推断产生的新核的质量数和电荷数，又因为核电荷数大于的核具有放射性，则可判断新核是否具有放射性；核裂变的产物更加稳定，比结合能相比反应物更大。反应堆中镉棒的作用是吸收中子从而调节链式反应的速度。
【解答】
A、根据电荷数守恒和质量数守恒，推断出原子核中含有的电荷数为，即核的电荷数大于，所以核是具有放射性的，故 A错误
B、要使裂变反应更激烈一些，则应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，故 B错误
C、衰变过程也是释放能量的，故 C错误
D、核裂变反应放出核能，生成物会更加稳定，根据原子核的比结合能越大，原子核越稳定，则的比结合能小于的比结合能，故D正确。
2.【答案】
【解析】【分析】
本题是多个物体的平衡问题，要灵活选择研究对象，采用整体法和隔离法相结合求解比较简单．
【解答】
以结点为对象受力分析如图，
根据平衡条件有，
以绳和结点整体为对象受力分析如图，
有，
所以，，A正确，B错误
由平衡条件有，，CD错误。
3.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查动能定理以及平抛运动规律的应用。由动能定理列式求得钢球离开圆弧时的速度，钢球离开圆弧后做平抛运动，根据平抛运动规律列方程，结合数学知识即可求解。
【解答】设圆弧的半径为，钢球沿圆弧运动过程，由动能定理有：，
解得钢球离开圆弧时的速度，
钢球离开圆弧后做平抛运动，则，，
联立可知，钢球落地点与点的距离。
可见当时，最大，即丙钢球落地点与点的距离最远，故C正确， ABD错误。
4.【答案】
【解析】【分析】
根据题意作图，只要点发出的所有光线能够射出球面，则光源发出的所有光均能射出球面，结合折射定律与几何关系可解得。
本题考查光的折射定律，解题关键掌握正弦定理的应用，注意光的折射问题经常与几何问题相关。
【解答】
如图所示：
在半球面上任选一点，根据几何关系可知，若此时线状光源点发出的光能够射出点，则线状光源其他点发出的光也一定能够射出点，所以只要点发出的所有光线能够射出球面，则光源发出的所有光均能射出球面，在中，根据正弦定理有，
解得，
当时，有最大值，
为使光线一定能从点射出，根据全反射应有，
所以。
故选C。
5.【答案】
【解析】解：、第一次，灯泡两端的电压有效值为
故A正确，B错误；
、第二次，设灯泡两端的电压有效值为，则
解得：
故CD错误；
故选：。
对于正弦式电流，有效值为，由甲图读出电压的最大值，求出有效值；对于乙图，根据电流的热效应，求出有效值。
本题考查交变电流有效值的计算，解题关键是知道根据电流的热效应求解有效值。
6.【答案】
【解析】【分析】
根据质点的振动图象，从而判定波的传播方向，再依据波的微平移法，则可确定质点点的振动方向，依据波在传播过程中，质点不随波迁移；最后结合速度与加速度是矢量，是否相等要从大小与方向两角度考虑。
掌握用微平移法判断质点的振动方向和波的传播方向，知道质点不会随波迁移，理解波动图象与振动图象的区别，注意速度与加速度是矢量，是否相同还要考虑其方向。
【解答】
A.由图乙可知，质点在该时刻，向轴正方向振动，依据微平移法，可知，该横波沿轴正方向传播，故A错误；
C.由上分析，结合微平移法，可知，质点该时刻向轴负方向运动，故C正确；
B.依据机械波在传播过程中质点并不随波一起迁移，因此质点经半个周期不会沿轴正方向移动到点，故B错误；
D.因、之间间隔半个波长，、的步调始终相反，因此该时刻质点与的速度、加速度大小都相同，但它们的方向不同，故D错误；
故选：。
7.【答案】
【解析】【分析】
本题考查圆周运动，根据牛顿第二定律，抓住径向的合力提供向心力，在最高点和最低点列出方程，结合动能定理即可求解，试题难度一般。
【解答】
在最高点，根据牛顿第二定律得：
在最低点，根据牛顿第二定律得：
根据动能定理得：
联立解得：
故选B。
8.【答案】
【解析】设卫星在轨道Ⅱ上的加速度大小为 ，由 ，可得 ，故A错误；设卫星在轨道Ⅱ上的线速度大小为 ，由 ，解得 ，故B正确；由开普勒第三定律有 ，解得 ，故C错误；设卫星在椭圆轨道远地点的线速度大小为 ，则 ，解得 ，卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，发动机需要做的功为 ，故D正确．故选BD．
9.【答案】
【解析】由图知， 内，甲的平均速度大小为 ，乙的平均速度大小为 ，错；甲的加速度始终为 ，错； 内，乙质点的图像面积为，位移为 ，对；甲质点先向负方向后向正方方向运动，总位移为 ，乙质点为 ，所以相距 ，对。
10.【答案】
【解析】【分析】
本题考查电磁感应与动量和能量等的结合，综合性较强，有一定的难度。
【解答】
导体棒释放后做加速度减小的加速运动，当加速度减为零时速度最大，此时有：，又，，联立解得：，故A错误，B正确；
C.时间内通过导体棒的电量，故C正确；
D.设棒开始下滑时速度为，根据动量定理：，又，联立解得：，故D正确。
故选BCD。
11.【答案】阻力与重力之比更小或其他合理解释
均正确
均正确
【解析】对体积和形状相同的重物，密度越大，重物下落过程中所受的阻力与重力的比值越小，阻力对实验结果的影响越小。
由题图可知 点与 点之间的距离为 ，则从 点到 点，重物重力势能变化量的绝对值 ；由题图可知 点和 点之间的距离 ，匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，由题意可知打 点的时刻是打 、 两点这段时间的中间时刻，所以打 点时重物的速度 ，重物在 点时的动能 。由以上的计算结果可知，重力势能的减少量小于 点的动能，出现这一结果的原因可能是接通电源时重物已经具有了一定的速度，即接通电源前释放了纸带，C正确。
12.【答案】 相等
【解析】电源电动势为，电流表 与 串联，可改装为量程为
的电压表，改装后的电压表量程太小，同理应用定值电阻 改装后电压表量程为，故选 ；
由题图可知 时，电流表 的读数对应的电压值即为电源的电动势，则 ，内阻 ；
由题意可知： ， ，联立解得 ；由以上分析可知，若考虑电流表 内阻的影响，则表达式列成： ， ，最后求得的 表达式不变，则用该方法测得的阻值与其真实值相比相等．
13.【答案】解：对气体初状态压强为，体积为，末状态体积为，
根据理想气体状态方程得出：，
得出：
活塞被缓慢的左拉的过程中，气体做等温变化，初状态：，体积：
末态：，体积
根据玻意耳定律得出：
解得：
【解析】对气体根据理想气体状态方程列式求解；
对气体根据玻意耳定律列式求解。
本题是理想气体状态方程的直接应用，不难。
14.【答案】见解析
【解析】设滑块第一次滑至 点时的速度为 ，圆轨道 点对滑块的支持力为
由 到 的过程：
滑块在 点有：
解得
由牛顿第三定律得：滑块对轨道 点的压力大小 ，方向竖直向下。
对 到 再到 的过程，根据动能定理有：
解得 。
滑块刚好能通过圆轨道的最高点 ，根据牛顿第二定律得 ，
到 再到 的过程：
解得弹性势能 。
滑块不脱离轨道，有两种情况，一种是中的情况，弹性势能大于等于 ；
另一种是滑块向右运动到最高点高度为 ，此时根据能量守恒定律有：
所以，弹簧的弹性势能应大于等于 或小于等于
15.【答案】
【解析】 时间内粒子 在匀强磁场中做匀速圆周运动，当粒子所在位置的纵、横坐标相等时，粒子在磁场中恰好经过 圆周，所以粒子 第一次离 轴的最远距离等于轨道半径 ，即
又
代入 解得
设粒子 在磁场中运动的周期为 ，则 ，
则可得
即粒子 做 圆周运动后磁场变为电场，粒子以速度 垂直电场方向进入电场后做类平抛运动，设 时间内水平位移和竖直位移分别为 、 ，则
其中加速度
解得
因此 时刻粒子 的位置坐标为 ，
如图中的点所示．
分析知，粒子 在 时间内，静电力产生的加速度方向沿 轴正方向，由对称关系知，在 时刻速度方向为 轴正方向，位移
在 时间内粒子 沿逆时针方向做半径为 的匀速圆周运动，往复运动轨迹如图所示，
由图可知，带电粒子在运动中距原点 的最远距离 即 、 间的距离
解得
第1页，共1页
