湖南省长沙市雅礼教育集团2023-2024学年高三上学期期末联考物理试题

试卷更新日期：2024-03-20 类型：期末考试

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一、单选题（本题共6小题，每小题4分，共24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）

1. 2023年12月14日，我国宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放，邀请全世界科学家来中国集智攻关，共同追逐“人造太阳”能源梦想。“人造太阳”物理本质就是核聚变，其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似，核反应方程为 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} H e + X + 17.6 M e V$ 。下列说法正确的是（）

A、X是质子 B、 $_{2}^{4} H e$ 的比结合能比H的大 C、该反应为链式反应 D、 $_{2}^{4} H e$ 的结合能为17.6MeV

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2. 如图所示为某同学投篮的示意图。出手瞬间篮球中心与篮筐中心的高度差为h（篮球中心低于篮筐中心），水平距离为2h，篮球出手时速度与水平方向夹角为37°，不计空气阻力，重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8；篮球中心恰好直接经过篮筐中心，则篮球出手时速度的大小为（）

A、 $\frac{2}{5} \sqrt{g h}$ B、 $\frac{5}{2} \sqrt{g h}$ C、 $\frac{5}{2} \sqrt{\frac{g h}{2}}$ D、 $\frac{2}{5} \sqrt{\frac{g h}{2}}$

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3. 静电除尘是工业生产中处理烟尘的重要方法。除尘装置由金属管A和悬挂在管中心的金属导线B组成，如图甲所示。工作时，使中心的金属导线B带负电，金属管A接地，A、B之间产生如图乙（俯视图）所示的电场，圆内实线为未标方向的电场线。金属导线B附近的气体分子被强电场电离，形成电子和正离子，电子在向正极A运动的过程中，使烟尘中的颗粒带上负电。这些带电颗粒在静电力作用下被吸附到正极A上，最后在重力作用下落入下方的漏斗中。经过这样的除尘处理，原本饱含烟尘的气体就可能达到排放标准，满足环保要求。图乙中 $a b = b c$ ， c、d在同一圆上。下列说法正确的是（）

A、图乙中c点和d点的电场强度相同 B、带上负电的颗粒在a点所受的电场力大于在c点所受的电场力 C、电势差关系为 $U_{a b} < U_{b c}$ D、一电子从c点运动到a点的过程中，其电势能增大

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4. 2023年10月26日，神舟十七号载人飞船与天和核心舱进行了对接，“太空之家”迎来汤洪波、唐胜杰、江新林3名中国航天史上最年轻的乘组入驻。如图为神舟十七号的发射与交会对接过程示意图，图中①为飞船的近地圆轨道，其轨道半径为 $R_{1}$ ， ②为椭圆变轨轨道，③为天和核心舱所在的圆轨道，其轨道半径为 $R_{2}$ ， P、Q分别为②轨道与①、③轨道的交会点。关于神舟十七号载人飞船与天和核心舱交会对接过程，下列说法正确的是（）

A、飞船从②轨道到变轨到③轨道需要在Q点点火减速 B、飞船在轨道3上运行的速度大于第一宇宙速度 C、飞船在①轨道的动能一定大于天和核心舱在③轨道的动能 D、若核心舱在③轨道运行周期为T，则飞船在②轨道从P到Q的时间为 $\frac{1}{2} \sqrt{{(\frac{R_{1} + R_{2}}{2 R_{2}})}^{3}} T$

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5. 如图所示，用轻杆通过铰链相连的小球A、B、C处于竖直平面内，质量均为m，两段轻杆等长。现将C球置于距地面高h处，由静止释放，假设三个小球只在同一竖直面内运动，不计一切摩擦，重力加速度为g，则在小球C下落过程中（）

A、小球A、B、C组成的系统机械能不守恒 B、小球C的机械能一直减小 C、小球C落地前瞬间的速度大小为 $\sqrt{2 g h}$ D、当小球C的机械能最小时，地面对小球B的支持力大于mg

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6. 如图所示，半径为R的金属圆环固定在竖直平面，金属圆环均匀带电，带电荷量为Q，一长为 $L = 2 R$ 的绝缘细线一端固定在圆环最高点，另一端连接一质量为m、带电荷量为q（未知）的金属小球（可视为质点）。稳定时带电金属小球在过圆心且垂直圆环平面的轴上的P点处于平衡状态，点 $P^{'}$ （图中未画出）是点P关于圆心O对称的点。已知静电力常量为k，重力加速度为g，若取无穷远处为零势面，下列说法正确的是（）

A、O点的场强一定为零 B、 $P^{'}$ 点场强大小为 $\frac{\sqrt{3} k Q}{8 R^{2}}$ C、金属小球的电荷量为 $q = \frac{8 m g R^{2}}{k Q}$ D、剪断细线瞬间，小球的加速度水平向右

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二、多选题（本题共4小题，每小题5分，共20分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

7. 手机无线充电技术给用户带来了全新的充电体验，其基本原理是电磁感应现象：给送电线圈中通以变化的电流，就会在邻近的受电线圈中产生感应电流。某次充电过程可简化为如图甲所示的模型，一个阻值为R、匝数为n的圆形金属受电线圈与阻值也为R的电阻 $R_{1}$ 连接成闭合回路，线圈的半径为 $r_{1}$ 。在受电线圈中半径为 $r_{2}$ 的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示（规定图甲中B的方向为正方向）。图线与横、纵轴的交点分别为 $t_{0}$ 和 $B_{0}$ ，导线的电阻不计。在 $0 ~ t_{0}$ 时间内，下列说法正确的是（）

A、 $R_{1}$ 中电流的方向为 $b \to a$ B、ab两点之间的电压为 $\frac{n π B_{0} r_{2}^{2}}{2 t_{0}}$ C、线圈中感应电流的大小为 $\frac{n π B_{0} r_{1}^{2}}{2 R t_{0}}$ D、通过电阻 $R_{1}$ 的电荷量 $\frac{n π B_{0} r_{2}^{2}}{2 R}$

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8. 一列简谐横波沿x轴方向传播，在 $t = 1.25 s$ 时的波形如图甲所示，M、N、P、Q是介质中的四个质点，已知N、Q两质点平衡位置之间的距离为16m，图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是（）

A、该波的波速为12cm/s B、该波沿x轴负方向传播 C、质点P的平衡位置位于 $x = 1 m$ 处 D、从 $t = 1.25 s$ 开始，质点Q比质点P早0.25s回到平衡位置

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9. 如图所示，某理想变压器原、副线圈的匝数之比为2：1，原线圈与阻值 $R_{0} = 120 Ω$ 的定值电阻串联后接在电压有效值恒为240V的正弦交流电源两端，副线圈电路中接有理想电流表和最大阻值 $R = 40 Ω$ 的滑动变阻器，a、b为滑动变阻器的两端点。初始时滑动变阻器的滑片P位于滑动变阻器的中点，在将滑片P向上缓慢滑至a点的过程中，下列说法正确的是（）

A、电流表的示数逐渐减小 B、交流电源的输出功率逐渐增大 C、滑动变阻器消耗电功率的最大值为120W D、定值电阻消耗电功率的最大值为120W

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10. 如图所示，水平传送带以速度 $v_{1} = 2 m / s$ 向右匀速运动，小物体P、Q质量均为1kg，由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连， $t = 0$ 时刻P在传送带左端具有向右的速度 $v_{2} = 5 m / s$ ， P与定滑轮间的绳水平，不计定滑轮质量和摩擦。小物体P与传送带之间动摩擦因数 $μ = 0.2$ ，传送带两端距离 $L = 6 m$ ，绳足够长， $g = 10 m / s^{2}$ 。关于小物体P的描述正确的是（）

A、小物体P离开传送带时速度大小为 $3 \sqrt{2} m / s$ B、小物体P在传送带上运动的时间为5s C、小物体P将从传送带的右端滑下传送带 D、小物体P在传送带上运动的全过程中，合外力对它做的功为 $W = - 3.5 J$

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三、实验题（本题共2小题，共16分）

11. 如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：

(1)、如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d=cm。

(2)、多次改变高度H，重复上述实验，作出 $\frac{1}{t^{2}}$ 随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量 $t_{0}$ 、 $H_{0}$ 和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。

(3)、某次实验发现动能增加量 $Δ E_{k}$ 总是大于重力势能减少量 $Δ E_{p}$ ，则可能的原因是____（多选）。

A、金属球从A点下落时初速度不为零 B、测量的高度H为金属球在A点时球下端与光电门B点的高度差 C、小球下落的高度太高，以致下落过程中空气阻力的影响比较大

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12. 某校举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为选用合适的电学元件设计合理的电路，并能较准确地测量同一电池组的电动势及其内阻。提供的器材如下：
A电流表G（满偏电流10mA，内阻为10Ω）
B电流表A（0~0.6A~3A，内阻未知）
C电压表V（0~5V~10V，内阻未知）
D滑动变阻器R（0~20Ω，1A）
E定值电阻 $R_{0}$ （阻值为990Ω）
F开关与导线若干

(1)、图（a）是小李同学根据选用的仪器设计的测量该电池组电动势和内阻的电路图。根据该实验电路测出的数据绘制的 $I_{1} - I_{2}$ 图线如图（b）所示（ $I_{1}$ 为电流表G的示数， $I_{2}$ 为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电池组的电动势E=V，内阻r=Ω。（结果均保留2位有效数字）

(2)、另一位小张同学则设计了图（c）所示的实验电路对电池组进行测量，记录了单刀双掷开关 $S_{2}$ 分别接1、2对应电压表的示数U和电流表的示数I；根据实验记录的数据绘制 $U - I$ 图线如图（d）中所示的A、B两条图线。
可以判断图线A是利用单刀双掷开关 $S_{2}$ 接（选填“1”或“2”）中的实验数据描出的；分析A、B两条图线可知，此电池组的电动势为E= ，内阻r=。（用图中 $E_{A}$ 、 $E_{B}$ 、 $I_{A}$ 、 $I_{B}$ 表示）

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四、解答题（本题共3小题，共40分）

13. 如图所示，将一张长方形纸板放在水平桌面上，纸板一端稍稍伸出桌外，将一物块置于距纸板左边界 $d = 0.2 m$ 处。用水平向右的拉力F将纸板迅速抽出，如果拉力足够大，物块几乎不动落在桌面上，这就是大家熟悉的惯性演示实验。若物块的质量为 $m_{1} = 0.5 k g$ ，纸板的质量为 $m_{2} = 0.3 k g$ ，物块与纸板、纸板与桌面、物块与桌面之间的动摩擦因数均为， $μ = 0.5$ ，重力加速度为 $g = 10 m / s^{2}$ ，假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：

(1)、当纸板相对物块运动时，桌面对纸板摩擦力f的大小；

(2)、要使物块与纸板发生相对滑动，拉力F应满足的条件；

(3)、若物块移动的距离超过 $l = 0.002 m$ ，人眼就能感知到物块位置的变化，忽略物块的体积因素影响，为确保实验成功，纸板所需最小拉力的大小 $F_{1}$ 。

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14. 如图，两等高、内壁光滑、导热性良好的圆柱形汽缸竖直放置，左、右两侧汽缸的横截面积分别为S、2S，汽缸顶部由细管（体积不计）连通，右侧汽缸底部带有阀门K，两汽缸中均有一厚度可忽略的活塞a、b，两活塞的质量均为 $m = \frac{p_{0} S}{g}$ 且与汽缸密闭且不漏气。初始时，阀门K关闭，活塞b处于左侧汽缸的顶部且与顶部无弹力，封闭着气体C，活塞a处于右侧汽缸的中间位置，将汽缸分成A、B两部分，A中气体的压强为 $1.5 p_{0}$ 、体积为 $v_{0}$ 。现打开阀门K，用打气筒通过K给右侧汽缸下部分充气，每次将体积为 $\frac{V_{0}}{12}$ 、压强为 $p_{0}$ 的空气打入汽缸中，直至活塞b下降到整个汽缸高度的 $\frac{2}{3}$ 处。已知大气压强为 $p_{0}$ ，重力加速度为g，整个过程中，周围环境温度不变，其他量均为未知量。求：

(1)、初始时，左侧汽缸中封闭的气体C的压强 $p_{c}$ ；

(2)、充气后，右侧汽缸中封闭的气体A的压强p；

(3)、打气次数n。

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15. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。为了准确的注入离子，需要在一个有限空间中用电磁场对离子的运动轨迹进行调控。现在我们来研究一个类似的模型。在空间内存在边长 $L = 0.64 m$ 的立方体 $O A C D - O^{'} A^{'} C^{'} D^{'}$ ，以O为坐标原点，沿OA、 $O O^{'}$ 和OD方向分别建立x、y、z轴。在OACD面的中心M处存在一粒子发射源，可在底面内平行于底面沿任意方向发射初速度 $v_{0} = 8.0 \times 1 0^{4} m / s$ ，比荷 $\frac{q}{m} = 1.0 \times 1 0^{8} C / k g$ 的带正电粒子。在区域内施加一定的匀强电场或者匀强磁场，使粒子可以达到相应的空间位置。不计重力，则：

(1)、在立方体内施加沿y轴正向的匀强电场，使粒子只能从 $O^{'} A^{'} C^{'} D^{'}$ 面飞出，求施加电场的电场强度E的最小值；

(2)、在立方体内施加沿y轴正向的匀强磁场，若磁感应强度大小为 $B = 4.0 \times 1 0^{- 3} T$ ，求粒子在磁场中运动时间的最小值 $t_{m i n}$ 和最大值 $t_{m a x}$ ；（sin53°=0.8，cos53°=0.6）

(3)、在第（2）问的基础上再加上沿y轴正向的匀强电场，电场强度为 $E = 4.0 \times 1 0^{2} N / C$ 。判断第（2）问中最小时间和最大时间所对应的粒子能否从 $O^{'} A^{'} C^{'} D^{'}$ 面飞出？若粒子不能从 $O^{'} A^{'} C^{'} D^{'}$ 面飞出，请写出这些粒子从yOz平面飞出立方体区域时的空间坐标 $(x ， y ， z)$ 。（结果保留2位小数）

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