2023-2024学年河北省衡水中学高三（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.如图所示，用特定频率的光照射光电管阴极，发现微安表示数不为，调节滑动变阻器，当电压表的示数为时，微安表示数恰好为。已知阴极的截止频率为，普朗克常量，电子电荷量。则该光的频率约为( )
A.
B.
C.
D.
2.嫦娥七号将配置能在月面上空飞行的“飞跃探测器”，其中六足构型如图所示。对称分布的六条轻质“腿”与探测器主体通过铰链连接，当探测器静止在水平地面上时，六条“腿”的上臂与竖直方向夹角均为，探测器的质量为，重力加速度为。则每条“腿”的上臂对探测器的弹力大小为( )
A. B. C. D.
3.如图甲所示，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片上下振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。时刻，波面图如图乙所示，虚线圆表示波峰，实线圆表示波谷，质点、、、的平衡位置均在同一直线上，放大图像如图丙所示，其中质点的平衡位置位于、平衡位置的中点，的平衡位置位于、平衡位置的中点。已知两波源振动的周期为，振幅相同。下列说法中正确的是( )
A. 时，质点始终处于平衡位置
B. 时刻，质点向上振动
C. 时刻，质点位于平衡位置
D. 时刻，质点的加速度竖直向上
4.年月，天问一号火星探测器被火星捕获，经过一系列变轨后从“调相轨道”进入“停泊轨道”，为着陆火星做准备。如图所示，阴影部分为探测器在不同轨道上绕火星运行时与火星的连线每秒扫过的面积，下列说法正确的是( )
A. 图中两阴影部分的面积相等
B. 从“调相轨道”进入“停泊轨道”探测器机械能变小
C. 从“调相轨道”进入“停泊轨道”探测器周期变大
D. 探测器在点的加速度小于在点的加速度
5.一长方体鱼缸长为，高为，鱼缸内水面高度为，此时鱼缸正视图如图所示，其中为右侧缸沿上的一点，为鱼缸底部左边上的一点。某同学从点沿方向观察鱼缸底部的小石子，发现石子恰好位于处。将鱼缸水放掉之后，测得石子到点的距离为。已知、、所在的平面与鱼缸正视面平行，石子可视为质点，，。则水的折射率为( )
A. B. C. D.
6.如图所示，一轻质弹簧固定在斜面底端，时刻，一物块从斜面顶端由静止释放，直至运动到最低点的过程中，物块的速度和加速度随时间、动能和机械能随位移变化的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
7.如图所示，光滑绝缘水平面上，有、、三个带电荷量均为、质量均为的相同金属小球，用长度均为的三根绝缘细绳连接，、、分别为其连线的中点，为三角形中心，已知电荷量为的点电荷在周
围空间产生的电势，其中为静电力常量，为到点电荷的距离，则下列说法正确的是( )
A. 点的电场强度不为零
B. 若长度可调节，则、两点的电势可能相等
C. 系统的总电势能为
D. 系统的总电势能为
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，在正方形的四个顶点、、、处分别固定着垂直于纸面、电流大小均相同的长直导线，其中处电流方向垂直于纸面向外，其余电流方向均垂直于纸面向里。测得正方形的几何中心处的磁感应强度大小为。对于下列四种情况，关于处磁感应强度的说法正确的是( )
A. 导线单独作用时，，方向由指向
B. 若仅将处导线电流反向，则
C. 若仅将处导线电流反向，则
D. 若仅将、两处导线电流反向，则的方向由指向
9.电动打夯机可以帮助筑路工人压实路面，大大提高工作效率。如图为某电动打夯机的结构示意图，由偏心轮飞轮和配重物组成、电动机和底座三部分组成。电动机、飞轮和底座总质量为，配重物质量为，配重物的重心到轮轴的距离为，重力加速度为。在电动机带动下，偏心轮在竖直平面内匀速转动，皮带不打滑。当偏心轮上的配重物转到顶端时，刚好使整体离开地面。下列判断正确的是( )
A. 电动机轮轴与偏心轮转动的角速度相同
B. 配重物转到最高点时，处于超重状态
C. 偏心轮转动的角速度为
D. 打夯机对地面压力的最大值为
10.如图所示，左右两侧分别有间距为和且足够长的平行光滑导轨，两侧导轨间存在垂直于导轨平面向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。质量分别为、的导体棒、分别静止在两侧的导轨上，时刻，棒获得一水平向右、大小为的初速度，时棒刚好达到最大速度。已知、导体棒的长度分别为、，电阻分别为、，棒始终在左侧运动，两棒始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计。关于时间内、两棒的运动，下列说法中正确的是( )
A. 两棒组成的系统动量守恒 B. 棒的最大速度为
C. 时间内通过棒的电荷量为 D. 时间内棒产生的焦耳热为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.流量是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体的体积，又称瞬时流量，某学习小组用如图所示的实验装置测定桶装水抽水器的水流量和喷水口的横截面积。
实验器材：卷尺，量筒一个，手机一部
主要实验步骤如下：
调节抽水器喷口的位置和角度，使其末端水平；
打开抽水器开关，将水水平喷出，调节桌面上量筒的位置使水落入量筒中；
用卷尺测得喷口到水平桌面的竖直高度为、喷口到水在量筒底部落点的水平位移为；
清空量筒中的水，重新打开抽水器开关，待空中水流稳定后用手机计时器计时，实验数据如下表所示：
时间
水量
根据流量的定义，从理论上分析，在空中下落的水柱的横截面积会随下落高度的增大而______选填“增大”“减小”或者“不变”；
根据所测数据，在图坐标纸上作出时间与水量的关系图线；
根据图像可得实验中桶装水抽水器的水流量 ______；保留位有效数字
若已知重力加速度，，根据测量的实验数据可知抽水器的水流量与抽水器出水口横截面积之比约为______。
A.
B.
C.
D.
12.某同学测量一段粗细均匀金属丝的电阻率，器材如下：金属丝，电源电动势、内阻不计，电流表量程、内阻，电压表量程、内阻约，滑动变阻器最大阻值，毫米刻度尺，开关及导线若干。实验步骤如下：
首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度，再用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图甲所示，金属丝直径的测量值 ______。
为减小误差，应选用乙图中的______填“”或“”连接线路。
实验过程中，改变滑动变阻器的滑片位置，并记录两电表的读数，作出如图丙所示的图像，可得金属丝的电阻 ______，电阻率 ______。结果均保留两位有效数字
电路保持闭合，若测量时间较长，会使电阻率的测量结果______填“偏大”“偏小”或“不变”。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，、两汽缸均由绝热材料制成，其容积分别为、。最初、之间细管道上的绝热阀门和排气口处的绝热阀门均闭合，两缸内同种理想气体的压强和热力学温度均相同，其值分别为、，缸内气体的内能为，缸内气体的质量为。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，外界气压为，温度恒为，汽缸密封性均良好，细管道内的气体忽略不计。现通过电热丝对缸内的气体缓慢加热，当其温度达到时停止加热并打开，气体状态稳定后再次闭合。
求再次闭合之后缸内气体的热力学温度。
打开，当缸内气压为、温度为时关闭，求缸内剩余气体的质量。
14.如图所示，坐标系第一象限内存在沿轴负方向、电场强度大小为的匀强电场；第二象限内以为圆心、以为半径的圆与、轴均相切，其内存在垂直于平面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场；第三、四象限内存在垂直于平面向外的匀强磁场。点、处的粒子源不断地向圆形区域内发射质量为、电荷量为、速率相同、方向不同的粒子。粒子以与轴正方向夹角的方向射入圆形区域，且其在该磁场中运动的时间最长；粒子经电场偏转后以与轴正方向成角的方向射入第四象限，经点、再次射入圆形区域。已知粒子在圆形区域中运动轨迹的半径大于，粒子的重力及粒子间的相互作用均忽略不计。求：
粒子在点处的发射速率。
第三、四象限内磁感应强度的大小。
15.如图甲所示，在水平地面上固定一光滑的竖直轨道，其中水平轨道足够长，为半圆形轨道。一个质量为的物块与轻弹簧连接，静止在水平轨道上；物块向运动，时刻与弹簧接触，到时与弹簧分离，第一次碰撞结束；、的图像如图乙所示。已知在时间内，物块运动的距离为，、分离后，与静止在水平轨道上的物块发生弹性正碰，此后物块滑上半圆形竖直轨道，物块的质量为，且在运动过程中始终未离开轨道。已知物块、、均可视为质点，碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内，碰撞时间忽略不计，重力加速度为。求：
半圆形竖直轨道半径满足的条件。
物块最终运动的速度大小。
、第一次碰撞和第二次碰撞过程中物块的最大加速度大小之比弹簧的弹性势能表达式为，其中为弹簧的劲度系数，为弹簧的形变量。
参考答案
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.减小
12. 偏大
13.解：最初、两缸内同种理想气体的压强和热力学温度均相同，可知、两缸内同种理想气体的密度相同，中气体体积是的倍，则中气体质量和分子数量均为的倍，因温度相同，故分子平均动能相同，可得中气体的内能是的，即。
当中气体温度为时，据题意可得：
解得此时中气体内能为：
此时、中气体总的内能为：
根据能量守恒定律，可知气体状态稳定后再次闭合后总的内能不变，中气体的内能是的倍，则中气体的内能是总内能的，即：
设所求的热力学温度为，则有：
解得：
以中气体为研究对象，设打开前其压强为，由查理定律得：
解得：
根据理想气体状态方程得：
解得：
由：
解得：
答：再次闭合之后缸内气体的热力学温度为；
缸内剩余气体的质量为。
14.解：粒子在圆形磁场中运动时间最长，可知该粒子在圆形磁场中运动的轨迹以直径为弦，如图所示
其运动轨迹的半径
由
解得
设粒子在电场中运动的时间为，则
设粒子经点由第一象限射入第四象限，则
解得
由几何关系可知粒子在第三、四象限内运动的轨迹半径为
设粒子在点速度大小为，则
结合
解得
答：粒子在点处的发射速率为；
第三、四象限内磁感应强度的大小为。
15.解：由图乙知后
B、发生弹性碰撞，以的初速度方向为正方向，由动量守恒可知
由机械能守恒可知
解得
，
因未离开轨道，设运动的高度最大为，对，由机械能守恒可知
因此
返回水平轨道时由机械能守恒可知
解得
与再次发生弹性碰撞，有
解得
，
与第一次碰撞到共速时，由动量守恒得
解得
与第二次碰撞过程，由动量守恒可知
由机械能守恒可知
解得
与第一次碰撞到共速时，由机械能守恒可知
与第二次碰撞到共速时，以方向为正方向，由动量守恒可知
解得
由机械能守恒可知
由以上公式得
两次加速度最大对应弹簧弹力最大，根据
可得
答：半圆形竖直轨道半径满足的条件为；
物块最终运动的速度大小为；
、第一次碰撞和第二次碰撞过程中物块的最大加速度大小之比为：。
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