2024届高考物理挑战模拟卷 【湖北卷】
1.氢原子的能级图如图所示。已知氢原子系统的电势能，其中k为静电力常量，为电子在相应定态上绕氢原子核做匀速圆周运动的轨道半径，则氢原子从定态跃迁至时电子动能的变化量为( )
A.10.2 eV B.-10.2 eV C.17.0 eV D.-17.0 eV
2.2023年7月29日20时至8月2日7时，北京市平均降雨量达到331毫米，创历史纪录，永定河流域暴发百年不遇的洪水。某次抢险救援过程如图所示，遇险者所在位置A到河岸的距离，救援人员所在位置B与A点的连线与河岸的夹角。救援人员使用冲锋舟进行救援，冲锋舟垂直河岸匀速划水，不考虑接近遇险人员时冲锋舟的减速过程。已知河水流速。下列说法中正确的是( )
A.冲锋舟划水的最小速度大小为3 m/s
B.冲锋舟刚好到达A处所用时间为10 s
C.若可以改变冲锋舟的划水方向，冲锋舟的最小速度大小为3 m/s
D.若可以改变冲锋舟的划水方向，冲锋舟以最小速度划水，从B到A需要10 s
3.一列简谐波在时刻的波形图如图所示，P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为（y的单位是cm）。下列说法中正确的是( )
A.P点的横坐标
B.该简谐波沿x轴负方向传播
C.该简谐波的传播速度为40 m/s
D.若该波与另一列简谐波相遇能够发生干涉并形成稳定的干涉图样，则另一列简谐波的振幅一定是10 cm
4.一定质量的理想气体由状态a变为状态b，该过程的图像如图甲中的直线段所示。以横坐标v表示分子速率，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，分别作出图甲中两种状态下气体的分子速率分布曲线，如图乙所示。则下列说法正确的是( )
A.过程，气体吸热，且吸收的热量大于
B.实线B状态时气体单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数目比虚线A状态时的少
C.虚线A是状态a时的图像，实线B是状态b时的图像
D.实线B与横坐标轴所围图形的面积大于虚线A与横坐标轴所围图形的面积
5.如图所示，在粗糙的水平桌面上，物块间夹着一压缩的轻质弹簧（与未拴接）处于静止状态，现将同时放开，两物块被弹簧向相反的方向弹开，最后弹簧脱离物块。已知a的质量大于b的质量，两物块与桌面间的动摩擦因数相同。从放开到两物块均停下前的过程，下列情况可能的是( )
A.任一时刻a的动量小于b的 B.物块同时达到最大速度
C.物块同时停下 D.物块滑行的距离相同
6.如图所示，质量为M的斜面体静止在水平地面上，质量为m的滑块恰能沿着斜面体的斜面匀速下滑。现对滑块施加沿斜面向下的恒力F，斜面体始终处于静止状态。已知重力加速度为g，在施加力F后，下列说法正确的是( )
A.地面对斜面体的支持力小于
B.地面对斜面体的摩擦力方向水平向左
C.斜面体对滑块的摩擦力减小
D.地面对斜面体的支持力与没有施加力F时大小相等
7.如图所示，利用轻质弹簧连接的小物体静置于水平地面上，小物体的质量分别为0.1 kg、0.3 kg，弹簧的劲度系数。时刻，撤去小物体A，当小物体B运动到最C高点时，小物体C对地面的压力恰好为0。重力加速度g取，空气阻力不计，弹簧的弹性势能，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量大小。在小物体B上升的过程中，下列说法正确的是( )
A.A的质量为0.2 kg B.B上升过程的位移大小为8 cm
C.B运动的最大速度为 D.弹簧的弹性势能的最大值为5.0 J
8.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
9.今年夏天，食盐再次冲上热搜。食盐（NaCl）晶胞的部分结构如图所示，四个带电荷量为的钠离子和四个电荷量为的氯离子分布在立方体的各个顶点。图中面abcd和面ijmn为图示立方体的棱的中垂面，两点分别为图示立方体上、下表面的中心。取无穷远处电势为零，则( )
A.图中两点的电势相等
B.图中两点的场强相同
C.沿图中op线段，电场强度大小先减小后增大
D.沿图中op线段，电势不变
10.如图所示，位于水平面内的平直光滑导轨间距为d，导轨的右端连接阻值为R的定值电阻，在两导轨间的边长为L的正三角形区域内存在一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里（图中未画出），由长度为L的绝缘轻杆连接的两根导体棒在与导轨平行的外力F作用下以速度v向右匀速通过磁场区域。已知两根导体棒的电阻均为R，运动过程中与导轨垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计。下列说法中正确的是( )
A.导体棒ab中的电流方向发生改变 B.导体棒ab中电流的最大值为
C.外力F的最大值为 D.整个过程中通过R的电荷量为
11.某同学利用如图（a）所示的实验装置来测定一种特殊材料与斜面间的动摩擦因数，已知斜面倾角为θ。该同学用这种特殊材料制成粗糙程度相同的两物体，两物体顶部均装有宽度为d的轻质遮光条，已知的质量分别为且。用跨过固定于斜面顶端的定滑轮的轻绳将两物体相连，在斜面上某点Q处固定一光电门，不计滑轮与转轴间的摩擦及空气阻力。实验步骤如下：
①将物体B置于斜面上P点，物体A被轻绳拉住悬于空中，由静止释放B，测得其通过点Q处光电门所用时间为；
②将两物体交换位置，重复以上操作，测得A通过光电门所用时间恰为。
已知间距足够大，且物体始终没有落地，根据以上实验回答下列问题：
（1）用50分度的游标卡尺测量遮光条的宽度d，其部分图像如图（b）所示，由此读出_______mm。
（2）特殊材料与斜面间的动摩擦因数_______（用表示）。
12.某同学在实验室找到一块改装后的电流表，他想测量该电流表的内阻和量程，找到了如下器材：一块标准电流表（量程为0~0.6 A，内阻为0.2 Ω），一个定值电阻（阻值为40 Ω），一个滑动变阻器(最大阻值为5 Ω)，一个直流电源E（电动势为3 V，内阻不计），导线和开关若干。
（1）该同学设计了实验电路如图（a）所示，请在图（b）中用笔画线代替导线将测量电路补充完整。
（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片滑到______端(填“a”或“b”)。
（3）改变滑动变阻器滑片位置，获得多组数据，作出图像，已知图像斜率，则电流表的内阻为_____Ω。
（4）若电流表满偏时，标准电流表示数为0.54 A，则的量程为0~_______A。
13.如图所示，四分之一光滑圆弧轨道AC与光滑半球玻璃砖CDE在C点平滑连接，圆弧轨道与玻璃砖的半径相等，轨道圆心与玻璃砖球心连线位于竖直方向，且过C点，沿玻璃砖的水平半径延长线方向紧靠D固定一根厚度可忽略的足够长的轻质木杆，木杆上涂有一层荧光粉，当有光照射时，木杆相应位置将发出荧光。现让一束截面积足够大的某种单色光垂直照射玻璃砖的圆底面，轻杆上只有P点（图中没有画出）右侧部分发出荧光，PD长度为，与此同时，将小球从圆弧轨道上的B点由静止释放，与竖直方向的夹角，小球恰好落至轻杆上的P点。重力加速度g取，不考虑多次反射，求：
（1）圆弧轨道的半径；
（2）玻璃砖对该种单色光的折射率与玻璃砖表面的透光面积。（已知球冠表面积公式为，其中R为球的半径，h为球冠的高度）
14.如图所示，光滑水平面上有一个圆心角为60°的光滑圆弧轨道，轨道底端与水平面相切。初速度大小为的小球（可视为质点）从水平面滑上圆弧轨道，小球从圆弧轨道飞出时的速度方向与水平方向成30°角，已知小球质量为m，圆弧轨道的半径为，且分离时小球与轨道在垂直于接触面方向上的速度分量相等，不考虑空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）圆弧轨道的质量；
（2）从小球滑上圆弧轨道到与圆弧轨道分离时轨道对小球做的功；
（3）小球再次回到飞出时的高度时与圆弧轨道的最高点之间的水平距离。
15.如图所示，在空间坐标系Oxyz中，xOy平面上方空间存在沿z轴负方向的匀强电场，电场强度大小平面下方空间存在沿y轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小。一带正电的粒子从空间P点（0，-0.5 m，0.25 m）处，以速度沿y轴正方向飞出。已知粒子的比荷，不计粒子的重力，求：
（1）粒子第一次通过xOy平面时的位置坐标及速度；
（2）粒子在磁场中运动时做圆周运动的周期；
（3）粒子相邻两次从电场通过xOy平面位置间的距离及粒子从开始运动到第5次通过xOy平面时的位置坐标。
答案以及解析
1.答案：A
解析：氢原子的能量指电子动能与氢原子系统的电势能之和，即，由库仑力提供向心力得，解得，则氢原子从定态跃迁至时电子动能的变化量，A正确，B、C、D错误。
2.答案：C
解析：由题意可知，冲锋舟垂直河岸匀速划水，速度最小时，它的合速度方向沿BA方向，所以，解得；根据合运动和分运动的等时性，沿河岸方向有，解得。故A、B错误。若可以改变冲锋舟的划水方向，当冲锋舟垂直于BA方向划水时，它的划水速度最小，此时有，此时冲锋舟的合速度沿BA方向，且有，而由几何关系可知，沿BA方向有，冲锋舟由B到A所用的时间，故C正确，D错误。
3.答案：A
解析：由题意可知，在时刻这列波的波形方程为（y的单位是cm），由题图可知，由P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为（y的单位是cm）可知，在时P点的位移，又由题图可知，P点横坐标，故P点的横坐标，故A正确；P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为（y的单位是cm），可知在时刻P点正在沿y轴正方向运动，由“同侧法”可知，该简谐波沿x轴正方向传播，故B错误；由题意可知，则该简谐波的周期，传播速度，故C错误；两列波发生干涉，形成稳定的干涉图样的条件是两列波的频率相同，而不是振幅相同，故D错误。
4.答案：A
解析：结合题图甲，根据理想气体状态方程可知，状态a时气体的温度低于状态b时气体的温度，即该过程气体内能增大，由于气体体积增大，气体对外做功，则，根据热力学第一定律，可知，A正确；由于从状态a变为状态b气体的温度升高，根据气体分子速率变化规律可知，温度升高，速率较大的分子数增多，故虚线A是状态b时的图像，实线B是状态a时的图像，C错误；根据气体分子速率分布曲线的物理意义可知，气体分子速率分布曲线与横轴所围图形的面积为1，D错误；气体从状态a变为状态b，温度升高，气体分子每次撞击器壁的平均作用力增大，压强减小，则气体在单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数目必定减少，即虚线A状态时气体单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数目比实线B状态时的少，B错误。
5.答案：A
解析：第一步：判断两物块哪个先停下
假设物块同时停下，受到合力的冲量均为0，由于弹力的冲量大小相等，则摩擦力的冲量也要大小相等，由于a的质量大于b的质量，相等时间a所受摩擦力的冲量大，所以假设不成立，即物块不可能同时停下。设从释放到停下用时分别为，对a，有，对b，有，其中I为弹簧弹力的冲量，可知，即物块a先停下，C错误。
第二步：判断运动过程中的动量大小应用动量定理
从释放到物块停下前的任一时刻，对a有，对b有，由于，可得，A正确。
第三步：判断两物块运动距离时应结合速度和运动时间
从释放到均停下前的任一时刻，b的动量始终大于a的，又a的质量大，则a的速度小，并且a先停下，所以b滑行的距离一定大于a的，D错误。
第四步：判断是否同时达到最大速度，应知道所受合力为零时速度最大
刚释放时，弹簧弹力大于物块与桌面间的最大静摩擦力，两物块向相反的方向做加速运动，弹簧长度增加，弹簧弹力变小，当弹力等于物块a的滑动摩擦力时，a的加速度减小到0，速度达到最大，此时弹力仍大于物块b的滑动摩擦力，b的加速度不为0，所以物块不是同时达到最大速度，B错误。
6.答案：D
解析：未施加恒力F时，滑块恰能沿斜面匀速下滑，说明滑块受到的重力、支持力和摩擦力三个力的合力为零，斜面体对滑块的作用力竖直向上，与滑块的重力大小相等，由牛顿第三定律和平衡条件可得地面对斜面体的支持力大小为；当对滑块施加沿斜面向下的拉力F时，并未改变斜面对滑块支持力和摩擦力的大小和方向，所以斜面体对滑块的作用力仍竖直向上，大小等于滑块的重力，则地面对斜面体的支持力大小仍为，A、C错误，D正确。在滑块下滑过程中，无论有没有沿斜面向下的拉力F，斜面体受力（沿竖直方向的重力、滑块对斜面体的作用力、地面对斜面体的支持力）都不变，斜面体不会受到沿地面水平方向的摩擦力，B错误。
7.答案：C
解析：撤去小物体A之前，对整体进行受力分析有，弹簧处于压缩状态，撤去小物体A时，对B进行受力分析有，当小物体B运动到最高点时，小物体C对地面的压力恰好为0，对C进行受力分析有，此时弹簧处于拉伸状态，对B进行受力分析有，由于撤去小物体A之后，B做简谐运动，则有，解得，A错误；B上升过程的位移大小为，B错误；当小物体B速度达到最大时，B所受的合力为0，则有，根据能量守恒定律有，解得，C正确；弹簧的弹性势能的最大值，D错误。
8.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。
9.答案：AD
解析：将前后一个钠离子和一个氯离子看成等量异种电荷，等量异种电荷的中垂面为等势面，由电势叠加可知两点电势相等，由电场叠加可知两点场强大小相等、方向相反，故场强不相同，A正确，B错误；将上方两个钠离子、两个氯离子分别看成等量同种电荷，这四个离子在op线段上任意一点的合场强均为零，同理，下方四个离子在op线段上任意一点的合场强也均为零，因此，沿题图中op线段，电场强度大小不变，C错误；平面abcd和平面ijmn为等势面，故沿题图中op线段电势不变，D正确。
10.答案：AD
解析：当导体棒ab在磁场中运动时，由右手定则可以判断导体棒ab中的电流方向为由b到a，当导体棒cd在磁场中运动时，由右手定则可以判断导体棒cd中的电流方向为由d到c，所以导体棒ab中的电流方向为由a到b，故A正确；当导体棒ab通过磁场的中间位置时导体棒ab中的电流最大，由法拉第电磁感应定律有，由闭合电路欧姆定律可知此时导体棒ab中的电流，故B错误；由平衡条件可知当导体棒中电流最大时外力F最大，当导体棒ab（或导体棒cd）通过磁场的中间位置时电流最大，此时有，故C错误；在导体棒ab通过磁场区域的过程中，通过电阻R的电荷量，而，解得，在导体棒cd通过磁场区域的过程中，通过电阻R的电荷量，所以整个过程中通过电阻R的电荷量，故D正确。
11.答案：（1）3.58（2）
解析：（1）由题图（a）可知，游标尺的规格为50分度，且每一小格长度为，游标尺上第29格线与主尺对齐，则。
（2）步骤①：；
步骤②：。
由题意可知，B与A通过光电门的时间之比为1:2，根据可得，B与A通过光电门的速度之比，因为每次物体均由斜面上同一点P静止释放，运动相同位移（设为x）后通过点Q处的光电门。则有，可得，题目中已知，联立以上方程，解得。
12.答案：（1）见解析（2）a（3）32.0（4）0.3
解析：（1）电路连线如图所示。
（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片应该滑到a端，闭合开关时才能使两个电流表示数为零，保证器材安全。
（3）根据实验原理，有，整理得，即，代入数据得。
（4）当时，流过电流表的电流为，则的量程为0~0.3 A。
13.答案：（1）0.4 m
（2）；
解析：（1）小球从B运动到C的过程有
解得，
则有
表明小球到达C后直接飞出做平抛运动，则
竖直方向上有
水平方向上有
解得
（2）根据题意可知，照射在P点的光恰好发生全反射，作出临界点的光路图如图所示，
根据几何关系有
玻璃砖对该种单色光的折射率
玻璃砖表面的透光面积
14.答案：（1）（2）（3）
解析：（1）分离时如图所示，设圆弧轨道质量为M，分离时小球的速度大小为，圆弧轨道的速度大小为，
由系统水平方向动量守恒有
分离时小球与圆弧轨道在垂直于接触面方向上的速度相等，即速度的径向分量相等，有
由系统机械能守恒有
联立解得
（2）从小球滑上圆弧轨道到与圆弧轨道分离时，设圆弧轨道对小球做的功为W，对小球由动能定理有
解得
（3）小球从轨道飞出后做斜抛运动，圆弧轨道做匀速直线运动，分离时小球速度的竖直分量，
则再次回到飞出时的高度所用的时间为
小球与圆弧轨道的最高点之间的水平距离为
15.答案：（1）（0，0，0）；，方向与y轴正方向成45°角
（2）0.4 s
（3）；
解析：（1）粒子从P点飞出后做类平抛运动，设从飞出到第一次通过xOy平面所用的时间为，则有
解得，
时间内粒子沿y轴方向的位移，
则粒子第一次通过xOy平面时的位置坐标为（0，0，0），即粒子从原点进入磁场
粒子第一次进入磁场时沿z轴负方向的速度大小，
粒子第一次通过xOy平面时的速度大小
设速度方向与y轴正方向的夹角为θ，则，
即
（2）粒子进入磁场后做螺旋运动，圆周运动半个周期离开磁场，设粒子第一次在磁场中做圆周运动的半径为R，由洛伦兹力提供向心力，有
解得
粒子做圆周运动的周期
（3）粒子第一次在磁场中运动的时间，粒子第一次在磁场中运动时，沿x轴正方向的位移
沿y轴正方向的位移
粒子再次进入电场后沿z轴正方向做类竖直上抛运动，粒子第二次在电场中运动的时间，沿y轴正方向运动的位移；
粒子相邻两次从电场通过xOy平面位置间的距离
粒子第5次通过xOy平面，即第3次从电场通过xOy平面时沿x轴方向上的坐标
沿y轴方向上的坐标
即粒子第5次通过xOy平面时的位置坐标为
