2024届高考物理挑战模拟卷 【河北卷】
1.百米赛跑中，甲、乙两运动员均先匀加速起跑后匀速运动，已知甲加速起跑的加速度较小，但先到达终点，下列图像中能大致描述甲、乙赛跑过程运动情况的是( )
A. B.
C. D.
2.如图所示，在圆形铁丝圈上附有一层肥皂液膜，将铁丝圈竖直放置在发出红色水平光线的光源右侧某位置，在地球表面，观察到的条纹间距为，则下列判断正确的是( )
A.该装置在地球表面时，液膜上可看到竖直直条纹
B.将该装置放在空间站观察，液膜上可看到水平直条纹
C.将该装置放在月球表面，观察到的条纹间距大于
D.仅将光源换为蓝色光源，液膜上的条纹间距增大
3.某型号洒水车质量为9900 kg，有12个轮子（假定12个轮子完全一样），该型洒水车静止在水平面上，空载时轮子与地面的接触面积均为350平方厘米，满载12吨水后轮子与地面的接触面积均为500平方厘米。已知重力加速度。一满载的洒水车静止在水平路面上，将水全部缓慢放出，不考虑胎内气体的温度变化，胎内气体可视为理想气体，若胎内气压与轮胎对地面的压强相同，满载和空载时轮胎的体积之比约为( )
A.7:10 B.2:3 C.1:3 D.4:5
4.地球、火星绕太阳运动的轨道均可看成圆轨道，轨道半径之比为2:3。现要从地球向火星发射一飞行器，其离开地球运动到火星的过程绕太阳运动，轨道为椭圆轨道，且在该轨道的远日点被火星俘获，如图所示。则该飞行器( )
A.离开地球运动到火星的过程速度逐渐增大
B.到达火星时，地球在飞行器与太阳连线下方
C.绕太阳的运行周期大于火星绕太阳的运行周期
D.在远日点与火星相遇时，需加速才能被火星俘获
5.如图所示，水龙头开口处直径，距离地面高度，打开水龙头，流出水的速率，水在空中形成一条完整的水流，不考虑空气阻力，重力加速度g取，已知水的密度，水落到地面上速度变为零，以下说法正确的是( )
A.水流在落地前的截面直径为
B.水流在落地前的截面直径为
C.水流对地面的平均冲击力大小为
D.水流对地面的平均冲击力大小为
6.利用发电机给家庭供电，简化电路图如图所示。已知发电机输出电压有效值U保持不变，输电线电阻等效为r，一路经过理想自耦变压器供电炉工作，另两路供电灯照明。假设电灯及电炉丝电阻都是定值。初始时，开关、闭合，下列说法正确的是( )
A.当滑片P由2向1滑动时，两电灯均变亮
B.断开开关，发电机输出功率变大
C.断开开关，电炉的消耗功率减小
D.当滑片P由1向2滑动时，r消耗的功率变小
7.随着现代生活水平的提高，“口袋”公园随处可见。某公园中有一处坡面ABCDEF，坡面高度，坡面倾角，坡面宽，两儿童在坡面上玩弹球游戏，两弹球完全相同，儿童甲将弹球a从A点沿AB方向水平弹出，弹球a在坡面上运动恰好通过C点，儿童乙将弹球b从A点沿水平方向朝C点弹出，弹球b在空中运动也恰好通过C点，重力加速度g取，不计空气阻力和弹球与坡面间的摩擦，以下说法正确的是（）( )
A.a球的初速度大小为 B.b球的初速度大小为
C.b球离开坡面的最远距离为 D.两球动量变化量相同
8.波源位于坐标原点处，发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波，已知时刻波刚好传播到处，部分波形如图所示。当时，位于处的质点P通过的路程为30 cm。以下说法正确的是( )
A.波的周期为0.8 s
B.波速大小
C.从时刻开始，处的质点Q第一次到达波谷需要2.4 s
D.处质点M的振动方程为
9.如图是某人站在力传感器上由静止先“下蹲”后静止再“站起”到静止过程中力传感器的示数随时间变化的图像，其中点1、3、5、6、8、10处纵坐标都是500 N，点2、4的纵坐标分别为200 N、700 N，重力加速度g取，由图像上各点判断人的运动情况，下列说法正确的是( )
A.下蹲时，从点1到点3过程中，加速度方向先向下后向上，点4处速度最大
B.下蹲时，点2处加速度最大，加速度大小为，方向向下
C.从点8到点10，人一直向上匀减速，点8处速度最大
D.点8到点10的图形和点6到点8的图形与横线所围的面积一定大小相等
10.如图所示，两根距离为L的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，左侧连接电流表，导轨、导线及电流表电阻不计。空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两根导体棒垂直导轨放置，质量均为m、电阻均为r、长度均为L，中间用绝缘细线连接。水平向右的拉力F作用在导体棒a上，以速度一起匀速向右运动。某一时刻剪断细线，水平拉力仍保持不变。整个过程导体棒始终与导轨垂直，下列说法正确的是( )
A.水平拉力
B.细线剪断前，电流表的示数为
C.从细线剪断后到导体棒b速度变为，导体棒b前进的距离为
D.细线剪断前后，电流表的示数保持不变
11.在“验证机械能守恒”的实验中，可以通过选择不同的仪器测量达到相同的实验目的。如图所示为两个实验小组的实验装置图，已知重力加速度为g。
（1）图甲中，铁架台上固定有轻质定滑轮，两个质量均为M的木块通过细线跨过滑轮连接，木块B上固定宽度为d的遮光条，初始时木块A放置在桌面上，此时遮光条距离光电门的距离为h，在木块B上放上质量为m的小铁块，由静止释放木块B，遮光条通过光电门的时间为t，在误差允许的范围内，若满足关系式________（用题目中的已知量表示），则系统机械能守恒。
（2）图乙中，将拉力传感器固定在天花板上，一段不可伸长的细线一端系于传感器的O点，另一端连接重而小的钢球。初始时钢球静止在最低点，传感器的读数为。现将钢球拉至细线与竖直方向夹角为θ时无初速度释放，拉力传感器的最大读数为，改变夹角θ并读出不同的数据，若钢球摆动过程中机械能守恒，应满足关系式________；下列图像中能反映机械能守恒的是________（填正确答案标号）。
12.某同学想制作一个测量酒精浓度的仪器，可供选择的器材有：
A.电流表（量程1 A，内阻0.5 Ω）；
B.电流表（量程50 mA，内阻500 Ω）；
C.最大阻值为500 Ω的气敏电阻（阻值随酒精浓度的增大而减小）；
D.滑动变阻器（最大阻值为50 Ω）；
E.电源（电动势3 V，内阻可忽略不计）；
F.开关、导线若干。
结合上述器材，请帮该同学完成以下问题：
（1）电流表应选择________（填“”或“”）
（2）滑动变阻器应用________（填“限流”或“分压”）接法；
（3）请用笔画线代替导线，完成实物电路连接。
13.如图甲所示，通过打气筒向某容器中充气，打气筒和容器连接处安装有单向阀（气筒内气体压强大于容器内气体压强时能向下打开），打气筒右侧底部也安装有单向阀（活塞向上移动过程中能向上打开）。打气过程中，当打气筒中的活塞位于最高处时，通过把手对其施加向下的作用力使活塞缓慢向下运动到打气筒底部，所施加的作用力与活塞移动距离的关系如图乙所示。已知活塞横截面积为，活塞和把手的质量均不计，外界大气压强为。整个过程气体温度不变。
（1）求容器的容积；
（2）求整个打气过程中打入气体与打气前容器内气体的质量之比。
14.如图甲所示，两间距为的光滑水平金属轨道固定在绝缘水平地面上，左端连接阻值为的定值电阻，一质量为、电阻为、长为的导体棒垂直放置在导轨上，两轨道之间的与与之间的区域存在磁感应强度为的匀强磁场，其余部分无磁场，各区域的长度如图甲中所示。导体棒从磁场边界开始在恒定水平向右外力作用下向右运动，回路中产生的感应电流随时间变化的关系图像如图乙所示，其他电阻不计，求：
（1）与之比；
（2）。
15.如图所示，在倾角为θ、长为的斜面上，一质量为m的小物块B恰静止在离顶端L处，质量为的弹性光滑小球A从斜面顶端由静止释放，小球与物块间的碰撞属于弹性碰撞，且碰撞时间可忽略不计。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度，求：
（1）第一次碰撞后瞬间的速度大小；
（2）从第一次碰撞后到第二次碰撞前这段时间内间距离的最大值；
（3）物块B从开始运动至运动到斜面底端所需的时间。
答案以及解析
1.答案：A
解析：
2.答案：C
解析：单色光垂直照射肥皂液膜，光在液膜左侧面发生干涉，在重力作用下同一水平线上液膜厚度相同，条纹为水平直条纹，A错误；在空间站时，因处于完全失重状态，液膜在表面张力作用下的形状类似凸透镜，干涉条纹不是水平直条纹，B错误；地球表面重力加速度大于月球表面的重力加速度，所以在竖直方向的相同距离，在地球表面薄膜厚度变化比在月球表面薄膜厚度变化大，即地球上光程差随高度变化得快，条纹间距小，C正确；蓝光波长较红光波长短，条纹间距减小，D错误。
3.答案：B
解析：满载时，对洒水车整体进行受力分析，其受地面的支持力和自身的重力，由平衡条件得，又，解得满载时胎对地面的压强，同理，空载时，轮胎对地面的压强为，由气体实验定律有，解得，B正确。
4.答案：B
解析：飞行器脱离地球运动到火星的过程，绕太阳运动，结合开普勒第二定律可知，飞行器与太阳中心的连线（逐渐变长）在相同时间内扫过的面积相同，则从离开地球运动到火星的过程飞行器速度逐渐减小，A错误；设地球绕太阳运动的轨道半径为，结合题图和题述可知，飞行器的轨道半长轴，由开普勒第三定律可得，飞行器与地球绕太阳运动的周期之比为，则飞行器运动周期时，地球转过的角度大于180°，小于360°，可知B正确；飞行器的轨道半长轴小于火星的轨道半径，根据开普勒第三定律可知，飞行器的周期小于火星的公转周期，C错误；飞行器在远日点与火星相遇时，需要减速，才有可能在火星引力作用下绕火星运动，D错误。
5.答案：C
解析：水流做竖直下抛运动，设落地前速度为v，由，得，设水流在落地前的截面直径为D，水在空中形成一条完整的水流，即经过相等时间水流的体积相等，有，解得，A、B错误；水流冲击地面前极短时间内水的质量，设地面对水流的平均冲击力大小为F，由于时间极短，则忽略重力的冲量，由动量定理，有，解得，由牛顿第三定律可得，水流对地面的平均冲击力大小为，C正确，D错误。
6.答案：A
解析：设自耦变压器线圈总匝数为，滑片P与1间的线圈匝数为，电炉丝电阻为，对理想变压器有，，把变压器和电炉丝电阻等效为电阻，有，U一定，当滑片P由2向1滑动时，变小，变大，和电灯并联的总电阻变大，则干路电流减小，电灯及变压器两端的电压变大，电灯变亮；同理，当滑片P由1向2滑动时，总电阻减小，干路电流增大，则r消耗的功率变大，A正确，D错误；断开开关，并联部分总电阻增大，干路电流减小，由知发电机输出功率变小，B错误；断开开关，干路电流减小，变压器两端的电压增大，电炉丝电阻不变，则电炉消耗的功率增大，C错误。
7.答案：C
解析：弹球a在坡面内做类平抛运动，设运动时间为，则有，解得，A错误；弹球b在竖直面内做平抛运动，设运动时间为，则有，解得，B错误；设AC与水平面间的夹角为，弹球b离开坡面的最远距离，C正确；根据动量定理可得弹球a动量的变化量，弹球b动量的变化量，两球动量变化量大小相等但方向不同，D错误。
8.答案：BD
解析：根据“同侧法”可知各质点的起振方向沿y轴正方向，由波形图可知这列波的波长，设该波的周期为T，波速为v，当时，位于处的质点P通过的路程为，即质点P振动了，又，则，解得，A错误，B正确；从时刻开始，处的质点Q第一次到达波谷所需要的时间，C错误；分析可知，时刻，处的质点M的初相位为，且振动方向沿y轴负方向，则质点M的振动方程为，D正确。
9.答案：BD
解析：由题意可知，人的重力，由牛顿第三定律可知，点1到点3过程，人所受支持力小于重力，加速度一直向下，处于失重状态，点3处为下蹲过程速度最大时刻，点3到点5过程处于超重状态，向下减速，点4处速度小于点3处速度，A错误；根据，可知点2处加速度向下且最大，，B正确；人在点6到点8过程处于超重状态，加速度一直向上，点8为站起过程最大速度处，人在从点8到点10过程处于失重状态，人一直向上减速，但F变化，说明加速度变化，不是匀减速，C错误；由于人在点6和点10处都处于静止状态，点8到点10的图形和点6到点8的图形与横线所围的面积都表示合力的冲量大小，根据动量定理可知这两个面积大小相等，D正确。
10.答案：ACD
解析：细线剪断前，导体棒产生的电动势均为，由于导体棒两端用导线、电流表和导轨连接，路端电压均为0，设每根导体棒中的电流均为，有，每根导体棒所受的安培力，拉力，A正确；细线剪断前，电流表示数为，B错误；细线剪断后，设b棒某一时刻速度为，通过的电流为，有，所受安培力，经过一段时间微元，导体棒b前进距离，由动量定理有，即有，从细线剪断后到导体棒b速度变为，设棒b前进距离x，有，得，C正确。细线剪断后瞬间，导体棒加速度分别为，对导体棒a，有，可得，对导体棒b，有，可得，可知二者加速度等大反向，经过一段时间微元，由，可知导体棒a增加的速度，等于导体棒b减小的速度。此时导体棒加速度变为，对导体棒a，有，可得，对导体棒b，有，可得，可知二者加速度等大反向，即细线剪断后，二者加速度总是等大反向，导体棒a增加的速度总等于导体棒b减小的速度，二者的速度和保持不变，图如图所示。电流表示数，细线剪断前后，电流表的示数保持不变，D正确。
11.答案：（1）
（2）；C
解析：（1）遮光条通过光电门时的速度，若系统机械能守恒，则有。
（2）设摆长为L，钢球质量为m，钢球摆动到最低点时速度为v，钢球静止时，有；若钢球摆动过程机械能守恒，则有，在最低点由牛顿第二定律有，解得；在图像中，图线的斜率为-2，故题图中能反映机械能守恒的是图像C。
12.答案：（1）
（2）分压
（3）如图所示
解析：（1）电源电动势为3 V，若将两电流表当作电压表，量程不够，量程过大，气敏电阻最大值为500 Ω，若电源直接接在两端，通过的电流约为6 mA，故电流表应选择电流表，与串联；
（2）电流表和气敏电阻的阻值之和比滑动变阻器的阻值大得多，滑动变阻器应用分压接法。
13.答案：（1）（2）2:3
解析：（1）结合图像可知，初始时气筒内气体压强等于外界大气压强，在容器上的单向阀打开前，气筒内的气体发生等温变化，初始体积为，压强为
当时，图像发生突变，原因是单向阀打开，设容器内气体压强为，则此刻气筒内的气体压强也为
对活塞进行受力分析，有
可得
同理可得，最终容器内气体的压强为
设容器的容积为V，对打气筒和容器内的气体整体，有
可得
（2）当打气筒内气体压强和容器内气体压强均为时，二者的
体积分别为和
则打入气体与打气前容器内气体的质量之比为2:3
14.答案：（1）
（2）144:192:155
解析：导体棒与间运动时，由题图乙可知，导体棒最终做匀速运动，此时导体棒所受安培力与外力大小相等，有
可得
同理可得，
则
（2）设导体棒在与间运动时回路中的平均电流为，平均感应电动势为，则该过程导体棒所受安培力的冲量为
由法拉第电磁感应定律有，且
可得
对导体棒在与间运动的整个过程，有
由匀速时回路中的电流可得
则
导体棒在和间做匀加速直线运动，有
可得
同理结合导体棒在与间的运动可得
故
15.答案：（1）见解析
（2）L
（3）
解析：（1）小球A由静止释放到与B第一次碰撞前，对A由动能定理有
可得
A与B发生弹性碰撞，由动量守恒定律和机械能守恒定律有
可得
（2）物块B恰能静止在斜面上，则有，所以第一次碰撞后，物块B沿斜面向下做匀速运动，小球A以为初速度向下做匀加速运动
二者间距达到最大时，的速度相等，可得
这段时间内小球A的位移为
物块B的位移为
（3）第二次碰撞时，二者间的距离为零，由匀变速直线运动规律有
解得
第二次碰撞前瞬间A的速度为
A与B第二次碰撞仍为弹性碰撞，由动量守恒定律和机械能守恒定律有
可得
A与B的速度差仍为，第二次碰撞后到第三次碰撞前运动的时间仍为
同理可得
由此可推出，每次碰撞后到下次碰撞前，A与B运动的时间恒为
且经n次碰撞后，物块B的速度
从第1次碰后到第2次碰撞前，物块B匀速下滑的距离
从第2次碰后到第3次碰撞前，物块B匀速下滑的距离
同理可得第n次碰撞后到第次碰撞前，物块B沿斜面下滑的距离为
所以次碰撞前，物块B沿斜面向下滑动的总位移
由于斜面总长为
代入可得时，
第5次碰撞时物块B距离斜面底端的距离，第5次碰撞后物块B的速度，运动到斜面底端所用的时间
综上可得，物块B从开始运动至运动到斜面底端所需的时间
