河北省沧衡八校联盟2023-2024学年高三上学期1月期末联考物理试题

试卷更新日期：2024-01-29 类型：月考试卷

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一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分．每小题只有一个选项符合题目要求．

1. 2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录．关于聚变反应 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} H e + X$ ，下列说法正确的是（）

A、 $X$ 为质子 B、核聚变和核衰变均是可逆的 C、质量亏损相同时，聚变比裂变释放更多的能量 D、 $_{1}^{2} H$ 的比结合能小于 $_{2}^{4} H e$

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2. 如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光 $a 、 b$ ，光束 $a 、 b$ 与法线的夹角分别为 $α 、 β$ ，则光束 $a 、 b$ 通过玻璃砖的时间之比为（）

A、 $\frac{s i n 2 β}{s i n 2 α}$ B、 $\frac{s i n 2 α}{s i n 2 β}$ C、 $\frac{c o s α}{c o s β}$ D、 $\frac{s i n α}{s i n β}$

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3. 光滑的水平面上有一个静止的物体，某时刻一水平向右的恒定拉力作用在物体上，以向右为正方向，物体的动能 $E_{k}$ 与拉力的冲量 $I$ 之间的关系图像可能正确的是（）

A、 B、 C、 D、

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4. 我国自主研制了大型客运机C919。一架C919大飞机自身质量为 $5 \times 1 0^{4} k g$ ，不载客时离地起飞速度为80m/s，载客首航离地起飞速度为88m/s。设飞机获得的升力大小与飞机在平直跑道上滑行的速度平方成正比，若每位乘客及所带行李的平均质量为75kg，则可估算该飞机首航载客人数约为（）

A、130人 B、140人 C、150人 D、160人

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5. 如图所示，细绳拉着小球在竖直平面内沿逆时针方向做半径为 $R$ 的圆周运动， $P$ 是过圆心的直线上的一点， $O P$ 所在直线为竖直方向． $A$ 是圆周上的一点， $O A$ 连线与竖直方向成 $60 °$ 角，当小球运动到 $A$ 点时，细绳断了，小球经过 $P$ 点时速度方向刚好与 $O P$ 垂直．不计空气阻力， $P$ 点与圆心 $O$ 的距离为（）

A、 $2 R$ B、 $1.75 R$ C、 $1.5 R$ D、 $1.25 R$

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6. 如图所示，劲度系数为 $k$ 的轻弹签，一端固定于倾角为 $θ$ 的光滑绝缘斜面顶端的挡板上，另一端连接绝缘带正电可视为质点的小球 $A$ ，小球的质量为 $m$ ，电量为 $q$ ，弹簧处于原长时小球在 $O$ 点．在空间中加一平行于斜面向上的匀强电场，电场强度大小为 $E$ ，将小球从 $O$ 点由静止释放，小球沿斜面运动至 $M$ 点时加速度为零，重力加速度为 $g$ ，则小球从 $O$ 点运动至 $M$ 点过程中，小球的（）

A、机械能一直增加 B、机械能先增大后减小 C、位移大小为 $x = \frac{m g s i n θ - q E}{k}$ D、电势能的增加近等于重力势能的减少量

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7. 据报道，新一代人造太阳磁约束原理简化为如图所示，在环形区域Ⅱ内存在垂直纸面的匀强磁场，中心区域Ⅰ内为粒子源且无磁场，所有粒子都不会越出环形区域磁场的外边界．已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度 $T$ 成正比．下列说法正确的是（）

A、核聚变的原理已成功应用于工业核发电 B、核能是可再生能源 C、若带电粒子比荷为 $k$ ，最大速度为 $v$ ，环形磁场的宽度为 $d$ ，则磁感应强度至少为 $\frac{2 v}{k d}$ D、若等离子体的温度变为原来的2倍，则所需的磁感应强度也变为原来的2倍

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二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分．每小题有多个选项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．

8. 如图所示，一列简谐波沿 $x$ 轴正方向传播，实线为 $t = 0$ 时刻的波形，虚线为 $t = 1 s$ 时的波形，下列说法正确的是（）

A、该波的周期为 $4 s$ B、 $t = 2 s$ 时， $x = 2 m$ 处的质点正在向 $y$ 轴正方向运动 C、波速大小可能为 $5 m / s$ D、 $0 \sim 2 s$ 内该波上所有质点运动的路程可能为 $4 m$

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9. 2023年5月，货运飞船天舟六号对接中国空间站，形成的组合体绕地球飞行的轨道视为圆轨道，轨道半径为地球半径的 $\frac{17}{16}$ ，周期为 $T$ ．地球视为均匀球体，引力常量为 $G$ ，则（）

A、飞船的发射速度大于 $11.2 k m / s$ B、组合体绕地球飞行的速度小于 $7.9 k m / s$ C、地球密度为 ${(\frac{17}{16})}^{3} \cdot \frac{3 π}{G T^{2}}$ D、周期 $T$ 大于 $24 h$

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10. 如图所示，理想变压器的原线圈匝数为 $n_{1} = 100$ ，副线圈匝数 $n_{2} = 20$ ，正弦式交流电源的电压有效值为 $E = 170 V$ ，电源内阻不计．开关 $S$ 断开，小灯泡 $L (20 V ， 40 W) 、 L_{1} (30 V ， 30 W)$ 均恰好正常发光， $L_{2}$ 与 $L_{1}$ 相同，电容器 $C$ 极板间有一质量为 $m = 0.01 k g$ 的带电小球处于静止状态，极板间距为 $d = 3 \sqrt{2} c m$ ．重力加速度 $g$ 取 $10 m / s^{2}$ ，下列说法正确的是（）

A、小球带负电，电荷量为 $1 \times 1 0^{- 4} C$ B、 $R_{1} = 100 Ω$ C、开关 $S$ 闭合后，要使小球保持静止，需左移滑动变阻器 $R$ 的滑片 D、开关 $S$ 闭合后，要使小球保持静止，需右移滑动变阻器 $R$ 的滑片

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三、非选择题：本题共5小题，共54分．

11. 某同学观看“天宫课堂”的惯性演示实验后受到启发，自行设计了一个在“天宫实验舱”内探究弹簧弹性势能的实验方案．实验装置如图1所示，实验仪器有：轻弹簧、带有遮光片的滑块、游标卡尺、刻度尺、光电门．

图1 图2 图3

(1)、实验中涉及到下列操作步骤
A．用游标卡尺测遮光片的宽度 $d$ ；
B．重复 $D 、 E$ 中的操作，得到 $\frac{d}{Δ t}$ 与 $x$ 的关系如图3所示；
C．将轻弹簧放管在桌面上，左端固定，右端与一带有遮光片的滑块接触但不拴接；
D．向左推滑块使弹簧压缩一段距离，用刻度尺测量弹簧的压缩遈 $x$ ；
E．由静止释放滑块，滑块离开弹簧后，记录滑块通过光电门的挡光时间 $Δ t$ ；
上述步骤正确的操作顺序是： $A$ （填写步骤前面的字母）．

(2)、用游标卡尺测遮光片的宽度示数如图2所示，则 $d =$ $m m$ ．

(3)、滑块离开弹簧时速度大小的表达式为（用 $Δ t ， d$ 表示）．

(4)、由此实验可得出对于同一根弹簧，弹簧被压缩 $x$ 时的弹性势能 $E_{p}$ 与弹簧的压缩量 $x$ 的（填“一次方”或“二次方”）成正比的结论．

(5)、本实验中若要求出弹簧在某一压缩量时的弹性势能，还需要测量____（填选项序号）．

A、弹簧原长 B、滑块离开弹簧时到光电门的距离 C、滑块（含遮光片）的质量

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12. 某同学要测量一段金属丝的电阻率，实验室提供的实验器材有：
A．粗细均匀的待测金属丝，长度 $L$ 约 $0.5 m$ ，电阻约 $4 Ω$
B．电压表（ $0 \sim 3 V$ 、内阻约 $3 k Ω$ ）
C．电流表 $(0 \sim 0.6 A$ 、内阻约 $1 Ω)$
D．滑动变阻器 $R$ （最大阻值 $10 Ω$ ）
E．毫米刻度尺、螺旋测微器
F．电源（电动势 $3 V$ 、内阻不计）、开关 $S$ 及导线若干

(1)、首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度 $L$ ，以下四个读数符合毫米刻度尺读数规则的是____（填选项序号）．

A、 $L = 50 c m$ B、 $L = 50.0 c m$ C、 $L = 50.00 c m$ D、 $L = 50.000 c m$

(2)、用螺旋测微器测金属丝直径，如图1所示，金属丝直径的测量值 $d =$ $m m$ ．
图1

(3)、为了更准确测出金属丝的电阻，选用图（选填“2”或“3”）更能减小实验误差．根据选择的电路图，完成相应的实物图连线．
图2 图3 图4

(4)、电路连接好之后，调整滑动变阻器触头到最左端，然后闭合开关 $S$ ，改变滑动变阻器的触头位置，记录下电压表读数 $U$ 和对应的电流表读数 $I$ ，通过多次调整滑动变阻器的触头位置，得到多组 $U ， I$ 数据．利用图像法处理数据，作出如图5所示的 $U - I$ 图像．
图5
根据图像可得到金属丝的电阻测量值 $R_{x} =$ $Ω$ ，结合金属丝长度 $L$ 和直径 $d$ 的测量值，可得金属丝的电阻率 $ρ =$ $Ω \cdot m$ （结果均保留2位有效数字）．

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13. 生活中常见到这样的现象：给热水瓶灌上开水并用软木塞将瓶口盖紧，过一会儿，软木塞会蹦起来，再塞紧软木塞，经过一段时间后，要拔出软木塞又会变得很吃力．如图所示，一热水瓶的容积为 $2 L$ ，现倒入温度为 $90 ℃$ 的热水 $1.5 L$ ，盖紧瓶塞，设塞住瓶口瞬间封闭空气的温度为 $57 ℃$ ，压强等于外界大气压．已知大气压强 $p_{0} = 1.0 \times 1 0^{5} P a$ ，瓶口的截面积 $S = 10 c m^{2}$ ，瓶塞与热水瓶间的最大静摩擦力为 $f_{m} = 11 N$ ．瓶塞密封良好不漏气且重力忽略不计，瓶中气体可视为理想气体，不考虑瓶内水蒸气的影响．

(1)、若热水温度保持不变，通过计算判断瓶塞会不会蹦起来？

(2)、当瓶内气体的温度降至 $24 ℃$ 时，至少要用多大的力才能将瓶塞拔出？

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14. 如图所示，水平平行金属导轨 $M N 、 P Q$ 与固定在竖直面内半径为 $R = 0.2 m$ 的四分之一圆弧轨道 $N O_{1} 、 Q O_{2}$ 分别相切于 $N 、 Q ， A 、 B$ 分别为 $N O_{1} 、 Q O_{2}$ 的中点，轨道左端接有 $R_{1} = 0.5 Ω$ 的定值电阻．质量为 $m = 1 k g$ 的导体棒 $a b$ 接入电路部分的电阻为 $R_{0} = 2 Ω$ ，两水平导轨之间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 $B = 1 T$ ．初始时，导体棒静置于磁场左边界， $N Q$ 为磁场右边界，导轨间距为 $L = 1.0 m$ ．现给 $a b$ 棒 $v_{0} = 3 m / s$ 的初速度使其沿导轨向右运动，运动过程中 $a b$ 棒始终与导轨垂直且恰好能够到达 $O_{1} O_{2}$ 处，所有轨道均光滑且不计电阻，重力加速度 $g$ 取 $10 m / s^{2}$ ．求：

(1)、 $a b$ 棒第一次通过四分之一圆弧轨道的中点时，对 $A$ 点的压力大小；

(2)、磁场区域的长度 $s$ ．

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15. 如图，水平轨道 $O A B$ 与圆弧轨道 $B C$ 任 $B$ 点相切连接，水平轨道 $D E$ 具于圆弧轨道右上方，三轨道位于同一竖直平面内． $B C$ 段圆心为 $O^{'}$ ，圆心角 $θ = 37 °$ ，半径 $r = 0.5 m ， D$ 与 $C$ 点的高度差 $h = 0.45 m$ ，轨道 $A B$ 长 $l_{1} = 2 m ， D E$ 长 $l_{2} = 3 m$ ．用质量 $m = 0.2 k g$ 的滑块（视为质点）将弹簧压缩后由静止释放，滑块在 $A$ 点脱离弹簧，从 $C$ 点飞出后恰好沿水平方向进入水平直轨道 $D E$ 滑行，与挡板 $E F$ 弹性碰撞后（无能量损失，且碰撞时间极短）停在距离 $D$ 点 $2 m$ 处．轨道 $A B$ 和 $D E$ 粗糙，其他光滑，不计空气阻力，滑块与轨道 $A B$ 间的动摩擦因数 $μ = 0.5$ ，重力加速度 $g$ 取 $10 m / s^{2} ， s i n 37 ° = 0.6 ， c o s 37 ° = 0.8$ ，求：

(1)、滑块与 $D E$ 轨道间的动摩擦因数 $μ^{'}$ 及滑块在 $D E$ 轨道上因摩擦产生的热量；

(2)、滑块飞离 $C$ 点时对圆弧轨道的压力大小 ${F^{'}}_{N}$ ；

(3)、弹簧的弹性势能 $E_{p}$ ．

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