2023-2024学年第一学期高三物理学科模拟考试
考生须知：
1. 本卷满分100分，考试时间90分钟；
2. 答题前在答题卷指定区域填写学校、班级、姓名、试场号、座位号及准考证号；
3. 所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效；
4. 本卷中
选择题部分
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39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，选对的得3分，不选、多选、错选均不得分）
1. 描述宇宙膨胀的弗里德曼方程可写作，其中H为哈勃参数，为宇宙的密度。用国际单位制中的基本单位表示哈勃参数的单位，正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据牛顿第二定律可知
万有引力常量的单位用国际单位制中的基本单位表示为
所以国际单位制中的基本单位表示哈勃参数的单位为
故选A。
2. 如图所示是科幻作品《星穹铁道》中的场景，列车可以通过“跃迁”来到不同的轨道上。目前列车的轨道比同步卫星的轨道更高，做匀速圆周运动，根据所学过的物理知识判断，下列说法正确的是（ ）
A. 列车“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，其机械能变小
B. 列车的所受的合外力大于地球表面的的火车所受的合外力
C. 在星穹铁道中，做匀速圆周运动的列车员们处于超重状态
D. 列车跃迁的过程中，列车走过的轨迹是椭圆的一部分
【答案】D
【解析】
【详解】A．轨道越高，物体的机械能越大，列车“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，其机械能变大，故A错误；
B．列车、地球表面的的火车的质量、轨道半径、运动周期的数量关系不清楚，无法比较列车的所受的合外力与地球表面的的火车所受的合外力的大小，故B错误；
C．万有引力提供向心力，在星穹铁道中，做匀速圆周运动的列车员们处于失重状态，故C错误；
D．列车跃迁的过程中，列车做向心运动或离心运动，走过的轨迹是椭圆的一部分，故D正确。
故选D。
3. 一静止的氡核（）发生了如下的核反应，则下列说法正确的是（ ）
A. 该反应前后原子核总质量守恒
B. 该反应中氡核发生的是核裂变
C. 反应后产生的新核钋的比结合能大于反应前氡核的比结合能
D. 氡的同位素和反应物氡相比少了两个中子，因此他们的化学性质不同
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．该反应前后原子核质量数守恒，但质量不守恒，该反应中存在质量亏损，故A错误；
B．该反应放出氦核（）即α粒子，故氡核发生的是α衰变，故B错误；
C．反应后产生的新核钋的比结合能大于反应前氡核的比结合能，故C正确；
D．根据质量数守恒和电荷数守恒分析知，氡的同位素和反应物氡相比少了两个中子，但原子序数相同，他们的化学性质相同，故D错误；
故选C。
4. 2022年2月5日在北京冬奥会短道速滑混合团体接力决赛中，中国队成功夺冠。运动员在光滑冰面上交接时，后方运动员用力推前方运动员。不考虑空气阻力的影响，则交接过程中（ ）
A. 两运动员的总动量不守恒
B. 两运动员的总机械能守恒
C. 每个运动员所受推力的冲量大小相同
D. 每个运动员的动量变化相同
【答案】C
【解析】
【详解】A．两运动员在交接的过程中，系统所受合力矢量和为零，系统动量守恒，故两运动员的总动量守恒，故A错误；
B．后方运动员推前方运动员，推力对两运动员都做正功，故两运动员的总机械能增加，故B错误；
C．两运动员受到的推力为相互作用力，力的作用时间相同，每个运动员所受推力的冲量大小相同。故C正确；
D．系统动量守恒，两个运动员的动量变化量等大反向，动量变化不相同，故D错误。
故选C。
5. 如图所示为物理学家赫兹验证电磁波存在的实验装置的示意图，他通过电弧和电火花之间产生的电磁波，进而引起两个靠近的小铜球之间感应出新的电火花出来，证明了电磁波是真实存在的，下列说法正确的是（ ）
A. 图中曲线表示电场线
B. 赫兹的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论
C. 如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，则空气有可能被击穿
D. 赫兹的电火花实验现象不能说明电磁波具有能量
【答案】C
【解析】
【详解】A．电场线从正电荷出发指向负电荷或无穷远处，或由无穷远处指向负电荷，为不闭合曲线，而图中曲线闭合，则其不是电场线，故A错误；
B．法拉第对电流周围磁力线的描述的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论，故B错误；
C．如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，铜棒与钢板之间的空气层周围会产生强电场，而空气分子会在强电场的作用下发生碰撞从而电离，形成电流，空气被击穿，故C正确；
D．赫兹的电火花实验现象说明了电能生磁，磁能生电，电磁之间存在能量的转化，电磁波是具有能量的，故D错误。
故选C。
6. 如图所示，b端是一理想变压器副线圈中心抽头，开始时单刀双掷开关置于a端，开关S断开，原线圈c、d两端加正弦交流电。下列说法正确的是（ ）
A. 将可变电阻R调大，则R两端电压变小
B. 闭合开关S，则R1两端电压变小
C. 当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈电流的频率变小
D. 当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】A．因变压器次级电压不变，则将可变电阻R调大，次级电阻变大，次级电流减小，则R1上电压减小，则R两端电压变大，选项A错误；
B．闭合开关S，则次级电阻减小，次级电流变大，R两端电压变大，则R1两端电压变小，选项B正确；
C．变压器不改变交流电频率，则当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈电流的频率不变，选项C错误；
D．当单刀双掷开关由a拨向b时，次级匝数减小，则次级电压减小，次级消耗的功率减小，则原线圈的输入功率变小，选项D错误。
故选B。
7. 内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐．如图所示，岩盐晶体结构中相邻的四个离子处于正方形的四个顶点，O点为正方形中心，A、B为两边中点，取无穷远处电势为零，关于这四个离子形成的电场，下列说法正确的是（ ）
A. O点电场场强不为零
B. O点电势不为零
C. A、B两点电场强度相等
D. A、B两点电势相等
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．两等量正离子在O点的合场强为0，两等量负离子在O点的合场强为0，则四个离子的合场强为0，所以A错误；
BD．由于等量异种电荷的连线的中垂线为等势线，则A、O、B都在同一等势线上各点电势相同，都为0，所以B错误；D正确；
C． A、B两点电场强度大小相等，方向相反，所以C错误；
故选D。
8. 一根同种材料粗细均匀的弹性绳，右端固定在墙上，抓着绳子左端S点上下振动，产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 此时刻质点P在做减速运动
B. 波源的起振方向向上
C. 波的传播速度逐渐减小
D. 波源振动的频率逐渐减小
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．根据上下坡法则，此时刻质点P在上坡阶段，则质点P向下振动，回到平衡位置，则做加速运动，所以A错误；
B．根据上下坡法则，刚要振动的质点处于上坡阶段，则波源的起振方向向下，所以B错误；
C．波的传播速度由介质决定，同一介质波速不变，所以C错误；
D．由图可知该波的波长逐渐增大，根据
波源振动的频率逐渐减小，所以D正确；
故选D
9. “回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则（ ）
A. a状态气体温度比c状态低
B. a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C. b→c、d→a两过程气体吸、放热绝对值相等
D. 整个循环过程，气体对外放出热量
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．由于
而从b到c的过程中，发生等容变化，因此
可得
因此a状态气体温度比c状态高，A错误；
B．由图可知
而
根据压强的微观解释，可知a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态多，B错误；
C．b→c、d→a两个过程都发生等容变化，根据热力学第一定律
吸收或放出的热量都用来改变物体的内能，由于内能的变化量相同，因此体吸、放热热量的绝对值相等，C正确；
D．在图像中，图像与横轴围成的面积等于气体做的功，可知整个循环过程，气体对外做功，而内能没变，因此吸收热量，D错误。
故选C。
10. 甲、乙两建筑工人用简单机械装置将工件从地面提升并运送到楼顶。如图所示，设当重物提升到一定高度后，两工人保持位置不动，甲通过缓慢释放手中的绳子，使乙能够用一始终水平的轻绳将工件缓慢向左拉动，最后将工件运送至乙所在位置，完成工件的运送。绳的重力及滑轮的摩擦不计，滑轮大小忽略不计，则在工件向左移动过程中（ ）
A. 乙手中绳子上的拉力不断增大
B. 甲手中绳子上的拉力不断减小
C. 楼顶对甲的支持力不断增大
D. 楼顶对甲的摩擦力小于对乙的摩擦力
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】BC．开始的时候绳子上的拉力大小等于物体重力，后来就是重力和绳的拉力的合力大小，如图所示
由于三角形斜边大于任意直角边，所以绳子上的拉力增大了，对甲的拉力也增大了，则楼顶对甲的支持力不断减小，故BC错误；
D．可用极端法，先分析乙在图上位置f=0，再分析在甲位置f甲>0，所以此刻，楼顶对甲的摩擦力大于对乙的摩振力，故D错误；
A．拉重物的绳子与水平夹角为θ，则有，当 θ角减小，则f增大，根据平衡条件可知乙手中绳子上的拉力不断增大，故A正确；
故选A。
11. 如图甲所示，一倾角为、上端接有定值电阻的粗糙导轨，处于磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导轨间距，导轨电阻忽略不计、且ab两点与导轨上端相距足够远。一质量、阻值的金属棒，在棒中点受到沿斜面且平行于导轨的拉力F作用，由静止开始从ab处沿导轨向上加速运动，金属棒运动的速度—位移图像如图乙所示（b点位置为坐标原点）。若金属棒与导轨间动摩擦因数，，则金属棒从起点b沿导轨向上运动的过程中（ ）
A. 金属棒做匀加速直线运动 B. 通过电阻R的感应电荷量为0.75C
C. 拉力F做的功为38.25J D. 金属棒上产生的焦耳热为2.25J
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据图乙可知v-x图像为一条倾斜的直线，若金属棒做匀加速直线运动，金属棒运动的速度位移之间得关系为
v-x图像应该为曲线，所以金属棒做变加速直线运动，故A错误；
B．通过电阻R的感应电荷量为
故B正确；
CD．金属棒从静止开始从ab处沿导轨向上加速运动过程ab棒产生a流向b的感应电流，受到沿斜面向下的安培力，从开始到向上运动的过程中根据动能定理得
为v-x图像与横轴围成图形的面积，所以
电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，所以金属棒上产生的焦耳热为
故CD错误。
故选B。
12. 如图所示，一个上表面粗糙、中心有孔的水平圆盘绕轴MN转动，系有不可伸长细线的木块置于圆盘上，细线另一端穿过中心小孔O系着一个小球。已知木块、小球质量均为m，且均可视为质点，木块到O点的距离为R，O点与小球之间的细线长为L。当圆盘以角速度匀速转动时，小球以角速度随圆盘做圆锥摆运动，木块相对圆盘静止；连接小球的细线与竖直方向的夹角为，小孔与细线之间无摩擦，木块与圆盘间的动摩擦因数为，且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）
A. 若不变，L越大，则越大
B. 若，当时，木块将相对于圆盘发生滑动
C. 若，木块所受摩擦力方向可能指向圆心
D. 若，当增大时，木块所受摩擦力可能增大
【答案】AD
【解析】
【详解】A．设，细绳的拉力为T，则
解得
若不变，L越大，则越大，故A正确；
B．由
木块随圆盘匀速转动所需要的向心力为
当R=L时细线的张力恰好提供木块做圆周运动的向心力，摩擦力为零，且只与有关，所以，无论多大，木块都不会滑动，故B错误；
C．若时木块所需要的向心力小于细绳的张力，所以木块受到指向圆盘边缘的摩擦力，故C错误；
D．若时木块所需要的向心力大于细绳的张力，，物块受到指向圆心的摩擦力，随着增大时，向心力增大，木块所受摩擦力可能增大，故D正确。
故选AD。
13. 如图所示，A、B两球沿倾角为的斜面先后向上滚动，离开斜面后同时落在水平地面上，C点为斜面的最高点，C点距地面的高度为2m。B球在地面上的落点距C点的水平距离为1.6m，距A球落点的距离为2.4m。不计空气阻力，两球均可视为质点，已知重力加速度g取，，。下列说法正确的是（ ）
A. A、B两球离开斜面后运动至与C点等高位置时的速度方向相同
B. A、B两球到达地面时的速度方向相同
C. A、B两球离开斜面的时间间隔为0.1s
D. A、B两球离开斜面的时间间隔为0.2s
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．根据位移偏角和速度偏角的正切值之间的关系
可知位移偏角相同时速度偏角也相同，根据斜抛运动的对称性可知A、B两球离开斜面后运动至与C点等高位置时的速度方向相同，到达地面时速度方向不相同，故A正确，B错误；
CD．设两球离开斜面时的速度为vA、vB,,根据斜抛运动的规律可知
联立解得
，
因为两球同时落地，所以A、B两球离开斜面的时间间隔为
故C错误，D正确。
故选AD。
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2分，共6分。每小题列出的四个选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分）
14. 如图所示，蜘蛛网的主干纤维上分布着许多纤维凸起，可作为水蒸气凝结为水珠的凝结核，在朝阳下宛如珍珠项链。下列说法正确的有（ ）
A. 清晨的露珠格外明亮，这是阳光照射进小水珠后的折射现象
B. 由于露珠受到重力作用，所以露珠呈现的是上小下大的近似球状的水滴，与表面张力无关
C. 水珠悬挂在蜘蛛网上，说明水可以浸润蜘蛛丝
D. 不同的水珠之间靠静电力相互吸引
【答案】C
【解析】
【详解】A．清晨的露珠格外明亮是由于露珠内部发生了全反射，经过多次全反射进入人眼，所以看起来格外明亮，故A错误；
B．由于表面张力的作用露珠呈球形，由于露珠受重力，所以呈椭球形，故B错误；
C．水珠悬挂在蜘蛛网上，说明水可以浸润蜘蛛丝，故C正确；
D．不同的水珠之间靠引力相互吸引，故D错误。
故选C。
15. 如图所示，是横截面为半圆形玻璃砖的对称轴，a、b是关于对称的两束平行单色光束，a、b两光束从玻璃砖右方射出后的光路图如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 该玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小
B. 有可能a是绿光，b是红光
C. 两光束从空气进入玻璃砖的过程中各自的频率均不变
D. 在真空中，a光的波长比b光的波长长
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．a、b两光束射入玻璃砖的入射角相等，b光的偏折程度较大，该玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小，故A正确；
B．b光折射率较大，则b光的频率较大，若a是绿光，b不可能红光，故B错误；
C．光从一种介质进入另一介质时，光速和波长发生变化，频率保持不变，故C正确；
D．根据
b光的折射率较大，在真空中，a光的波长比b光的波长长，故D正确。
故选ACD。
非选择题部分
三、非选择题（本题共6小题，共55分）
16. 某实验小组在利用探究橡皮筋验证胡克定律时，考虑到橡皮筋被拉伸的过程中，其横截面积也有所变化，因此设计了实验，进一步探究橡皮筋的伸长量与外力的关系。
（1）如图所示，橡皮筋A端固定，O点为橡皮筋的中点，B点可以在经过A点的水平直线上移动。
（2）如图所示，只要在坐标纸上定下不同的B点和O点的位置，即可提供一组研究数据。用细线分别在橡皮筋两端和中点处扎一个线结，用图钉把橡皮筋左端的线结固定在竖直板的A点，竖直向下轻拉橡皮筋另一端，使橡皮筋处于松弛的竖直状态，用铅笔在背景坐标纸上标出橡皮筋中点O的位置。将钩码悬挂在橡皮筋的中点处，依次将橡皮筋的一端B在通过A点的水平线上移动一段距离，每一次都在坐标纸上标出B和O的位置。当橡皮筋伸长到足够长以后，再使B端逆着原定的顺序返回，并定下相应O点的位置。然后，根据平行四边形法则进行数据处理。
（3）最终获取的实验数据如图所示，可见，当拉力比较小的时候，图像（ ），而拉力较大时候（ ）：
A. 接近线性，遵循胡克定律
B. 表现为非线性，因为形变量超出了橡皮筋的弹性限度
C. 表现为非线性，因为横截面积变小，其筋度系数变小
D. 表现为非线性，是因为横截面积变小，其筋度系数变大
（4）将拉力逐渐增大，再逐渐减小，得到的实验数据如图所示：
两条图像与横轴围成的面积的物理意义是（ ）。
【答案】 ①. A ②. C ③. 弹性势能
【解析】
【详解】（3）[1]图象的斜率表示弹簧劲度系数，当拉力比较小的时候，由图可知图像接近线性，遵循胡克定律。
故选A
[2]拉力较大时候，由图可知图像的斜率逐渐减小，表现为非线性，是因为横截面积变小，其筋度系数变小，橡皮筋逆着原定的顺序返回，长度几乎不变，可知橡皮筋形变量未超出了橡皮筋的弹性限度。
故选C。
（4）[3]根据
可知两条图像与横轴围成的面积的物理意义是弹性势能。
17. 某实验小组描绘一个标有“10V 0.5A”的电学元件L的伏安特性曲线，可供选择的实验器材如下：
A. 电源E（电动势为50V，内阻为）
B. 电压表（量程为0~50V，内阻约为）
C. 电压表（量程为0~40V，内阻约为）
D. 定值电阻
E. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为2A）
F. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为2A）
G. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为0.5A）
H. 开关一个，导线若干
回答下列问题：
（1）为了便于取得多个数据，实验中滑动变阻器应选用______。（填器材前的字母）
（2）为使两电压表指针的偏转超过量程的三分之一，请选择最合适的电路图为______。（填选项的字母）
A． B．
C． D．
（3）按（2）中选好的合适的电路图，连接好实物图进行实验，闭合开关K，当滑动变阻器的滑片移至某一合适位置时，若两电压表、的示数分别为、，则元件L两端电压为______，通过元件L的电流为______。（均用、和R表示）
（4）如图为通过实验描绘的该元件的图像，现将5个这样的电学元件串联后再接到本实验所提供的电源两端，则每个电学元件的电功率约为______W。（保留2位有效数字）
【答案】 ①. F ②. A ③. ④. ⑤. 3.7
【解析】
【详解】（1）[1]为了便于获取多个数据，滑动变阻器采用分压式接法，而当滑动变阻器完全接入电路时，待测元件两端的电压从0开始，此时电路中电流的最小值为
则可得选用、、所对应的电流的最小值分别约为3.3A、0.91A、0.48A，显然，若用则超过了其额定电流2A，若选用虽未超过其额定电流0.5A，但其所能允许的调节范围很小，因此应选用滑动变阻器，故选F。
（2）[2]为使两电压表指针的偏转超过量程的三分之一，则电压表不能用来直接测量待测元件，因为待测元件的额定电压为10V，而两电压表的量程分别为40V和50V，若直接测量待测元件两端的电压，则不满足超过其量程的三分之一的要求。
故选A。
（3）[3]根据电路图，结合其原理可知，元件L两端的电压为
[4]根据元件L的规格，可得其在未接入电路时的电阻
由于两电压表内阻极大，远大于元件L的电阻，则可不考虑分流电压表的作用，而元件L与定值电阻串联，则可得通过元件L的电流为
（4）[5]将5个这样的元件串联接入电路，根据闭合电路的欧姆定律有
整理可得
代入数据可得
将该直线做入图中，如图所示
根据图像可知，该直线与原曲线的交点坐标为（9.6V，0.38A），表示将5个相同的元件接入到电动势为50V，内阻为的电源中，其每个元件两端的电压为9.6V，通过的电流为0.38A，则可得每个元件的功率为
18. 如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为290K时，被封闭的气柱长，两边水银柱高度差，大气压强。（结果均保留1位小数）
（1）为使左右水银面等高，封闭气体温度应变为多少？
（2）保持（1）中封闭气体的温度不变，为使封闭气柱长度变为25cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少？
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设玻璃管的横截面积为，对于初态有
，
对于末态有
，
根据理想气体状态方程
解得封闭气体温度应变为
（2）气体做等温变化，则
其中
解得
需向开口端注入的水银柱长度为
19. 如图所示，在足够长的光滑水平地面MN上固定一光滑的竖直半圆形轨道NP，NP的半径为，N点处切线水平且与地面平滑连接。质量的物块A与轻弹簧一端连接，以速度沿水平地面向右运动，物块B静止，在物块A运动的前方。与物块A连接的轻弹簧从接触B到弹簧被压缩到最短的过程中，物块B运动的距离为0.15m，经历的时间为。在此后的运动中，B与弹簧分离后，滑上轨道NP，沿NP运动时恰能经过最高点P。物块A、B均可视为质点，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为。求：
（1）物块B在N点的速度大小；
（2）物块B的质量；
（3）弹簧的最大压缩量。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）物块B沿NP运动时恰能经过最高点P，根据牛顿第二定律可得
物块B从N点到P点的过程中，根据机械能守恒可得
解得物块B在N点的速度大小为
（2）A、B、弹簧组成的系统动量守恒，可得
A、B、弹簧组成的系统机械能守恒，可得
解得
（3）A、B、弹簧组成的系统动量守恒，物块A连接的轻弹簧从接触B到弹簧被压缩到最短的过程中有
则
对时间累加求和，可得
解得
弹簧的最大压缩量为
20. 为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了两种发电装置为车灯供电。
方式一：如图甲所示，固定磁极N、S在中间区域产生匀强磁场，磁感应强度，矩形线圈abcd固定在转轴上，转轴过ab边中点，与ad边平行，转轴一端通过半径的摩擦小轮与车轮边缘相接触，两者无相对滑动。当车轮转动时，可通过摩擦小轮带动线圈发电，使、两灯发光。已知矩形线圈N=100匝，面积，线圈abcd总电阻，小灯泡电阻均为。
方式二：如图乙所示，自行车后轮由半径的金属内圈、半径的金属外圈（可认为等于后轮半径）和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间沿同一直径接有两根金属条，每根金属条中间分别接有小灯泡、，阻值均为。在自行车支架上装有强磁铁，形成了磁感应强度、方向垂直纸面向里的“扇形”匀强磁场，张角。
以上两方式，都不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。求：
（1）“方式一”情况下，当自行车匀速骑行速度时，小灯泡的电流有效值；
（2）“方式二”情况下，当自行车匀速骑行速度时，小灯泡的电流有效值；
（3）在两种情况下，若自行车以相同速度匀速骑行，为使两电路获得的总电能相等，“方式一”骑行的距离和“方式二”骑行的距离之比。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意则有
代入数据可得
由于产生的是正弦式交变电流，则
回路总电阻
小灯泡的电流有效值
（2）根据题意则有
产生方波式的交变电流，设有效值为，则由
可得
回路总电阻
小灯泡的电流有效值
（3）由
相同，相同所以有
可得
21. 如图所示，阿永同学是一位永动机爱好者，他受到回旋加速器的启发，下图为他设计的系统。该永动机系统主要由一个带正电，质量为，电量为q的小球、平行板电容器C、以及两个场强相对较弱的面积足够大的静磁场区域构成。整个系统位于同一水平面上。系统启动之前，固定小球在电容器一侧。闭合开关让电容器充电，使电容器两极板间距为d，具有电势差U之后，断开开关。撤掉相关导线只保留电容器。在电容器极板中央释放小球后，小球将在平行板电容器中运动，将电势能转换为动能，得到加速。在离开电容器后，两侧的静磁场磁感应强度为B，将使得粒子在洛仑兹力的作用下，经过两次半圆周的匀速圆周运动，到达小球的出发点，小球的重力忽略不计。
（1）小球第一次进入磁场，在磁场中运动的半径是多少？
（2）阿永选择了相对较小的磁场强度，以免小球撞击在电容器上。之后小球将再一次加速，循环往复，增加动能。此过程阿永认为无其他能量损耗并增加了小球动能。则为了避免小球撞击在电容器上，电容器的宽度x最大为多少？
（3）不计相对论效应及其他损耗，求小球第三次通过极板之后，总的运动时间是多少？
（4）几位同学看了阿永的理论方案，分别给出如下看法：
A. “我听人说过磁场可以携带能量。那这个过程中肯定磁场能量逐渐减少，如果不额外提供能量，磁场将逐渐变弱。这部分能量提供小球动能。”
B. “肯定是小球飞来飞去改变了电容器两极板电荷分布，两极板电荷分布变化减少的电势能将提供小球动能。如果系统需要保持不变需要给电容器充电。”
C. “肯定是磁场和平行板电容器的电场之间产生了某种耦合，导致一些我说不清的过程提供了小球动能。”
你如何看待A、B、C三位的观点？请简要说明论证，并给出你自己的观点。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）见解析
【解析】
【详解】（1）小球在电场中加速，根据动能定理有
根据洛伦兹力提供向心力
小球第一次进入磁场，在磁场中运动的半径是
（2）小球第一次进入磁场时，速度最小，在磁场中运动的半径最小，为了避免小球撞击在电容器上，电容器的宽度应满足
可得
电容器的宽度最大值为。
（3）小球第三次通过极板时，在电场中加速三次，在磁场中经过四次半圆周的匀速圆周运动，两次经过无电磁场区域，小球在磁场中运动的时间为
第一次经过无电磁场区域的时间为
小球在电场中加速两次，有
第二次经过无电磁场区域的时间为
小球在电场中加速三次，有
小球在电场中的加速度为
小球在电场中运动的时间为
总的运动时间为2023-2024学年第一学期高三物理学科模拟考试
考生须知：
1. 本卷满分100分，考试时间90分钟；
2. 答题前在答题卷指定区域填写学校、班级、姓名、试场号、座位号及准考证号；
3. 所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效；
4. 本卷中
选择题部分
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39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，选对的得3分，不选、多选、错选均不得分）
1. 描述宇宙膨胀的弗里德曼方程可写作，其中H为哈勃参数，为宇宙的密度。用国际单位制中的基本单位表示哈勃参数的单位，正确的是（ ）
A. B. C. D.
2. 如图所示是科幻作品《星穹铁道》中的场景，列车可以通过“跃迁”来到不同的轨道上。目前列车的轨道比同步卫星的轨道更高，做匀速圆周运动，根据所学过的物理知识判断，下列说法正确的是（ ）
A. 列车“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，其机械能变小
B. 列车的所受的合外力大于地球表面的的火车所受的合外力
C. 在星穹铁道中，做匀速圆周运动的列车员们处于超重状态
D. 列车跃迁的过程中，列车走过的轨迹是椭圆的一部分
3. 一静止的氡核（）发生了如下的核反应，则下列说法正确的是（ ）
A. 该反应前后原子核总质量守恒
B. 该反应中氡核发生的是核裂变
C. 反应后产生的新核钋的比结合能大于反应前氡核的比结合能
D. 氡的同位素和反应物氡相比少了两个中子，因此他们的化学性质不同
4. 2022年2月5日在北京冬奥会短道速滑混合团体接力决赛中，中国队成功夺冠。运动员在光滑冰面上交接时，后方运动员用力推前方运动员。不考虑空气阻力的影响，则交接过程中（ ）
A. 两运动员的总动量不守恒
B. 两运动员的总机械能守恒
C. 每个运动员所受推力的冲量大小相同
D. 每个运动员的动量变化相同
5. 如图所示为物理学家赫兹验证电磁波存在的实验装置的示意图，他通过电弧和电火花之间产生的电磁波，进而引起两个靠近的小铜球之间感应出新的电火花出来，证明了电磁波是真实存在的，下列说法正确的是（ ）
A. 图中曲线表示电场线
B. 赫兹的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论
C. 如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，则空气有可能被击穿
D. 赫兹的电火花实验现象不能说明电磁波具有能量
6. 如图所示，b端是一理想变压器副线圈中心抽头，开始时单刀双掷开关置于a端，开关S断开，原线圈c、d两端加正弦交流电。下列说法正确的是（ ）
A. 将可变电阻R调大，则R两端电压变小
B. 闭合开关S，则R1两端电压变小
C. 当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈电流的频率变小
D. 当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大
7. 内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐．如图所示，岩盐晶体结构中相邻的四个离子处于正方形的四个顶点，O点为正方形中心，A、B为两边中点，取无穷远处电势为零，关于这四个离子形成的电场，下列说法正确的是（ ）
A. O点电场场强不零
B. O点电势不为零
C. A、B两点电场强度相等
D. A、B两点电势相等
8. 一根同种材料粗细均匀的弹性绳，右端固定在墙上，抓着绳子左端S点上下振动，产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 此时刻质点P在做减速运动
B. 波源的起振方向向上
C. 波的传播速度逐渐减小
D. 波源振动的频率逐渐减小
9. “回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则（ ）
A. a状态气体温度比c状态低
B. a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C b→c、d→a两过程气体吸、放热绝对值相等
D. 整个循环过程，气体对外放出热量
10. 甲、乙两建筑工人用简单机械装置将工件从地面提升并运送到楼顶。如图所示，设当重物提升到一定高度后，两工人保持位置不动，甲通过缓慢释放手中的绳子，使乙能够用一始终水平的轻绳将工件缓慢向左拉动，最后将工件运送至乙所在位置，完成工件的运送。绳的重力及滑轮的摩擦不计，滑轮大小忽略不计，则在工件向左移动过程中（ ）
A. 乙手中绳子上的拉力不断增大
B. 甲手中绳子上的拉力不断减小
C. 楼顶对甲的支持力不断增大
D. 楼顶对甲的摩擦力小于对乙的摩擦力
11. 如图甲所示，一倾角为、上端接有定值电阻的粗糙导轨，处于磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导轨间距，导轨电阻忽略不计、且ab两点与导轨上端相距足够远。一质量、阻值的金属棒，在棒中点受到沿斜面且平行于导轨的拉力F作用，由静止开始从ab处沿导轨向上加速运动，金属棒运动的速度—位移图像如图乙所示（b点位置为坐标原点）。若金属棒与导轨间动摩擦因数，，则金属棒从起点b沿导轨向上运动的过程中（ ）
A. 金属棒做匀加速直线运动 B. 通过电阻R的感应电荷量为0.75C
C. 拉力F做的功为38.25J D. 金属棒上产生的焦耳热为2.25J
12. 如图所示，一个上表面粗糙、中心有孔的水平圆盘绕轴MN转动，系有不可伸长细线的木块置于圆盘上，细线另一端穿过中心小孔O系着一个小球。已知木块、小球质量均为m，且均可视为质点，木块到O点的距离为R，O点与小球之间的细线长为L。当圆盘以角速度匀速转动时，小球以角速度随圆盘做圆锥摆运动，木块相对圆盘静止；连接小球的细线与竖直方向的夹角为，小孔与细线之间无摩擦，木块与圆盘间的动摩擦因数为，且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）
A. 若不变，L越大，则越大
B. 若，当时，木块将相对于圆盘发生滑动
C. 若，木块所受摩擦力方向可能指向圆心
D. 若，当增大时，木块所受摩擦力可能增大
13. 如图所示，A、B两球沿倾角为的斜面先后向上滚动，离开斜面后同时落在水平地面上，C点为斜面的最高点，C点距地面的高度为2m。B球在地面上的落点距C点的水平距离为1.6m，距A球落点的距离为2.4m。不计空气阻力，两球均可视为质点，已知重力加速度g取，，。下列说法正确的是（ ）
A. A、B两球离开斜面后运动至与C点等高位置时的速度方向相同
B. A、B两球到达地面时的速度方向相同
C. A、B两球离开斜面的时间间隔为0.1s
D. A、B两球离开斜面的时间间隔为0.2s
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2分，共6分。每小题列出的四个选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分）
14. 如图所示，蜘蛛网的主干纤维上分布着许多纤维凸起，可作为水蒸气凝结为水珠的凝结核，在朝阳下宛如珍珠项链。下列说法正确的有（ ）
A. 清晨的露珠格外明亮，这是阳光照射进小水珠后的折射现象
B. 由于露珠受到重力作用，所以露珠呈现的是上小下大的近似球状的水滴，与表面张力无关
C. 水珠悬挂在蜘蛛网上，说明水可以浸润蜘蛛丝
D. 不同的水珠之间靠静电力相互吸引
15. 如图所示，是横截面为半圆形玻璃砖的对称轴，a、b是关于对称的两束平行单色光束，a、b两光束从玻璃砖右方射出后的光路图如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 该玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小
B. 有可能a是绿光，b是红光
C. 两光束从空气进入玻璃砖的过程中各自的频率均不变
D. 在真空中，a光的波长比b光的波长长
非选择题部分
三、非选择题（本题共6小题，共55分）
16. 某实验小组在利用探究橡皮筋验证胡克定律时，考虑到橡皮筋被拉伸的过程中，其横截面积也有所变化，因此设计了实验，进一步探究橡皮筋的伸长量与外力的关系。
（1）如图所示，橡皮筋A端固定，O点为橡皮筋的中点，B点可以在经过A点的水平直线上移动。
（2）如图所示，只要在坐标纸上定下不同的B点和O点的位置，即可提供一组研究数据。用细线分别在橡皮筋两端和中点处扎一个线结，用图钉把橡皮筋左端的线结固定在竖直板的A点，竖直向下轻拉橡皮筋另一端，使橡皮筋处于松弛的竖直状态，用铅笔在背景坐标纸上标出橡皮筋中点O的位置。将钩码悬挂在橡皮筋的中点处，依次将橡皮筋的一端B在通过A点的水平线上移动一段距离，每一次都在坐标纸上标出B和O的位置。当橡皮筋伸长到足够长以后，再使B端逆着原定的顺序返回，并定下相应O点的位置。然后，根据平行四边形法则进行数据处理。
（3）最终获取实验数据如图所示，可见，当拉力比较小的时候，图像（ ），而拉力较大时候（ ）：
A. 接近线性，遵循胡克定律
B. 表现为非线性，因为形变量超出了橡皮筋的弹性限度
C. 表现为非线性，是因为横截面积变小，其筋度系数变小
D. 表现为非线性，是因为横截面积变小，其筋度系数变大
（4）将拉力逐渐增大，再逐渐减小，得到的实验数据如图所示：
两条图像与横轴围成的面积的物理意义是（ ）。
17. 某实验小组描绘一个标有“10V 0.5A”的电学元件L的伏安特性曲线，可供选择的实验器材如下：
A. 电源E（电动势为50V，内阻为）
B. 电压表（量程为0~50V，内阻约为）
C. 电压表（量程为0~40V，内阻约为）
D. 定值电阻
E. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为2A）
F. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为2A）
G. 滑动变阻器（最大阻值为，允许通过的最大电流为0.5A）
H. 开关一个，导线若干
回答下列问题：
（1）为了便于取得多个数据，实验中滑动变阻器应选用______。（填器材前的字母）
（2）为使两电压表指针的偏转超过量程的三分之一，请选择最合适的电路图为______。（填选项的字母）
A． B．
C． D．
（3）按（2）中选好的合适的电路图，连接好实物图进行实验，闭合开关K，当滑动变阻器的滑片移至某一合适位置时，若两电压表、的示数分别为、，则元件L两端电压为______，通过元件L的电流为______。（均用、和R表示）
（4）如图为通过实验描绘的该元件的图像，现将5个这样的电学元件串联后再接到本实验所提供的电源两端，则每个电学元件的电功率约为______W。（保留2位有效数字）
18. 如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为290K时，被封闭的气柱长，两边水银柱高度差，大气压强。（结果均保留1位小数）
（1）为使左右水银面等高，封闭气体温度应变为多少？
（2）保持（1）中封闭气体的温度不变，为使封闭气柱长度变为25cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少？
19. 如图所示，在足够长的光滑水平地面MN上固定一光滑的竖直半圆形轨道NP，NP的半径为，N点处切线水平且与地面平滑连接。质量的物块A与轻弹簧一端连接，以速度沿水平地面向右运动，物块B静止，在物块A运动的前方。与物块A连接的轻弹簧从接触B到弹簧被压缩到最短的过程中，物块B运动的距离为0.15m，经历的时间为。在此后的运动中，B与弹簧分离后，滑上轨道NP，沿NP运动时恰能经过最高点P。物块A、B均可视为质点，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为。求：
（1）物块B在N点的速度大小；
（2）物块B质量；
（3）弹簧的最大压缩量。
20. 为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了两种发电装置为车灯供电。
方式一：如图甲所示，固定磁极N、S在中间区域产生匀强磁场，磁感应强度，矩形线圈abcd固定在转轴上，转轴过ab边中点，与ad边平行，转轴一端通过半径的摩擦小轮与车轮边缘相接触，两者无相对滑动。当车轮转动时，可通过摩擦小轮带动线圈发电，使、两灯发光。已知矩形线圈N=100匝，面积，线圈abcd总电阻，小灯泡电阻均为。
方式二：如图乙所示，自行车后轮由半径的金属内圈、半径的金属外圈（可认为等于后轮半径）和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间沿同一直径接有两根金属条，每根金属条中间分别接有小灯泡、，阻值均为。在自行车支架上装有强磁铁，形成了磁感应强度、方向垂直纸面向里的“扇形”匀强磁场，张角。
以上两方式，都不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。求：
（1）“方式一”情况下，当自行车匀速骑行速度时，小灯泡的电流有效值；
（2）“方式二”情况下，当自行车匀速骑行速度时，小灯泡的电流有效值；
（3）在两种情况下，若自行车以相同速度匀速骑行，为使两电路获得的总电能相等，“方式一”骑行的距离和“方式二”骑行的距离之比。
21. 如图所示，阿永同学是一位永动机爱好者，他受到回旋加速器的启发，下图为他设计的系统。该永动机系统主要由一个带正电，质量为，电量为q的小球、平行板电容器C、以及两个场强相对较弱的面积足够大的静磁场区域构成。整个系统位于同一水平面上。系统启动之前，固定小球在电容器一侧。闭合开关让电容器充电，使电容器两极板间距为d，具有电势差U之后，断开开关。撤掉相关导线只保留电容器。在电容器极板中央释放小球后，小球将在平行板电容器中运动，将电势能转换为动能，得到加速。在离开电容器后，两侧的静磁场磁感应强度为B，将使得粒子在洛仑兹力的作用下，经过两次半圆周的匀速圆周运动，到达小球的出发点，小球的重力忽略不计。
（1）小球第一次进入磁场，在磁场中运动的半径是多少？
（2）阿永选择了相对较小的磁场强度，以免小球撞击在电容器上。之后小球将再一次加速，循环往复，增加动能。此过程阿永认为无其他能量损耗并增加了小球动能。则为了避免小球撞击在电容器上，电容器的宽度x最大为多少？
（3）不计相对论效应及其他损耗，求小球第三次通过极板之后，总运动时间是多少？
（4）几位同学看了阿永的理论方案，分别给出如下看法：
A. “我听人说过磁场可以携带能量。那这个过程中肯定磁场能量逐渐减少，如果不额外提供能量，磁场将逐渐变弱。这部分能量提供小球动能。”
B. “肯定是小球飞来飞去改变了电容器两极板电荷分布，两极板电荷分布变化减少的电势能将提供小球动能。如果系统需要保持不变需要给电容器充电。”
C. “肯定是磁场和平行板电容器的电场之间产生了某种耦合，导致一些我说不清的过程提供了小球动能。”
你如何看待A、B、C三位的观点？请简要说明论证，并给出你自己的观点。
