河北省沧州市泊头市第一名校2023-2024学年高三（下）联考物理试卷（3月）

试卷更新日期：2024-03-29 类型：月考试卷

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一、单选题：本大题共7小题，共28分。

1. $2023$ 年 $12$ 月 $14$ 日，在法国卡达拉奇，中核集团核工业西南物理研究院与国际热核聚变实验堆 $I T E R$ 总部签署协议，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公关，共同追逐“人造太阳”梦想。“人造太阳”内部发生的一种核反应其反应方程为 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} H e + X$ ，已知 $_{1}^{2} H$ 的比结合能为 $E_{1}$ ， $_{1}^{3} H$ 的比结合能为 $E_{2}$ ， $_{2}^{4} H e$ 的比结合能为 $E_{3}$ ，光在真空中的传播速度为 $c$ 。下列说法正确的是（）

A、核反应方程中 $X$ 为 $-_{1}^{0} e$ B、该核反应是一个吸热反应
C、 $_{2}^{4} H e$ 的比结合能小于 $_{1}^{3} H$ 的比结合能 D、核反应中的质量亏损为 $\frac{4 E_{3} - (2 E_{1} + 3 E_{2})}{c^{2}}$

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2. 无自带动力的帆船在大海中可借助风力航行。如图甲所示为一帆船在某次航行时的俯视图，把帆面张在航向 $($ 船头指向 $)$ 和风向之间，使风向垂直于帆面，风会对帆面产生垂直于帆面的压力 $F$ ，压力 $F$ 可以分解为两个分力 $F_{1} 、 F_{2}, F_{1}$ 沿着航向使船前进， $F_{2}$ 垂直于船体与水对龙骨 $($ 如图乙所示 $)$ 的横向阻力相平衡。已知帆面与航向之间的夹角为 $θ$ ，船的总质量为 $m$ ，忽略水的流速对船的影响。下列说法正确的是（）

A、 $F_{2} = F s i n θ$ B、船受到的合力是 $F_{1}$ C、 $F_{1}$ 是船前进的动力 D、若船沿着航向的阻力为 $f$ ，则船的加速度为 $\frac{F c o s θ - f}{m}$

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3. 静电喷涂是一种利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上电荷，并吸附于被涂物的涂装技术，静电喷涂机的结构如图所示，电场线的方向由工件指向喷口，工件接地并规定大地的电势为零，下列说法正确的是（）

A、雾化涂料微粒正电，工件带负电
B、静电喷涂机喷口处的电势大于零
C、工件表面处的电场强度小于喷口处的电场强度
D、工件与喷口PG 之间的电场线与真空中等量同种点电荷之间的电场线类似

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4. 如图甲所示，在一条平直公路上， $A$ 、 $B$ 、 $C$ 三辆车 $($ 可看成质点 $)$ 分别在各自的车道上做直线运动。 $t = 0$ 时刻三辆车位于同一起点， $A$ 车以速度 $v_{A} = 8 m / s$ 做匀速直线运动， $B$ 车做初速度为 $0$ 的匀加速直线运动， $C$ 车做初速度 $v_{0} = 4 m / s$ 的匀加速直线运动，三辆车的 $v - t$ 图线如图乙所示。已知 $t = 4 s$ 时 $A$ 、 $B$ 两车相遇。下列说法正确的是（）

A、 $1.5 s$ 时三辆车的速度相等
B、 $0 \sim 4 s$ 内 $C$ 车的平均速度为 $8 m / s$
C、以 $C$ 车为参考系， $B$ 车的加速度为 $1.5 m / s^{2}$
D、 $0 \sim 1 s$ 内 $A$ 、 $C$ 两辆车的位移之比为 $4 ∶ 1$

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5. 如图所示，假设天王星与海王星都绕太阳做匀速圆周运动，且两者的轨道在同一平面内。已知天王星的公转角速度为 $ω$ ，公转线速度为 $v$ ，引力常量为 $G$ ，下列说法正确的是（）

A、海王星的公转周期小于 $\frac{2 π}{ω}$
B、海王星的公转加速度大于 $ω v$
C、太阳的质量为 $\frac{v^{3}}{G ω^{2}}$
D、若海王星的公转加速度和周期分别为 $a$ 、 $T$ ，则天王星与海王星的公转轨道半径之比 $\frac{r_{天}}{r_{海}} = \frac{4 π^{2} v}{ω a T^{2}}$

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6. 运动员为了锻炼腰部力量，在腰部拴上轻绳然后沿着斜面下滑，运动的简化模型如图所示，与水平方向成 $37^{\circ}$ 角的光滑斜面固定放置，质量均为 $m$ 的运动员与重物用跨过光滑定滑轮的轻质细绳连接。运动员从斜面的某处由静止开始下滑，当运动到绳与斜面垂直的 $A$ 点时速度大小 $v_{0} = \frac{6}{5} \sqrt{g L}$ ，当运动到 $B$ 点时，绳与斜面的夹角为 $37^{\circ}$ 。已知 $A$ 、 $B$ 两点之间的距离为 $L$ ，重力加速度为 $g$ ，运动员在运动过程中一直未离开斜面，绳一直处于伸直状态，运动员与重物 $($ 均可视为质点 $)$ 始终在同一竖直面内运动， $s i n 37^{\circ} = 0.6, c o s 37^{\circ} = 0.8$ 。运动员到达 $B$ 点时，其速度的大小为（）

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

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7. 如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为 $3 ∶ 1$ ，在原线圈回路中接有定值电阻 $R_{1}$ ，副线圈回路中接有滑动变阻器 $R_{2}$ ， $R_{2}$ 的最大阻值等于 $R_{1}$ ，原线圈一侧接在电动势有效值为 $E$ 的正弦式交流电源上，电流表和电压表均为理想交流电表，电源内阻忽略不计。滑动变阻器滑片自上向下滑动时，下列说法正确的是（）

A、电压表与电流表的示数变化量 $Δ U 、 Δ I$ 的比值 $|\frac{Δ U}{Δ I}|$ 增大
B、电压表与电流表的示数变化量， $Δ U 、 Δ I$ 的比值 $|\frac{Δ U}{Δ I}|$ 减小
C、当 $R_{2} = \frac{R_{1}}{9}$ 时 $R_{2}$ 获得的功率最大，数值为 $\frac{E^{2}}{4 R_{1}}$
D、当 $R_{2} = \frac{R_{1}}{3}$ 时 $R_{2}$ 获得的功率最大，数值为 $\frac{E^{2}}{4 R_{1}}$

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二、多选题：本大题共3小题，共18分。

8. 甲、乙两列在同一介质中沿 $x$ 轴正方向传播的简谐横波，在 $t = 0$ 时刻的部分波形图如图所示，该时刻两列波的波峰正好在 $x = 5.0 m$ 处重合。已知两列波的波速均为 $v = 5.0 m / s$ 。下列说法正确的是（）

A、 $t = 0$ 时刻，甲波上 $x = 3.0 m$ 处的质点沿 $y$ 轴正方向振动
B、乙波的周期为 $1.6 s$
C、 $t = 0$ 时刻， $x = 45 m$ 处也为两列波的波峰重合的位置
D、 $0 \sim 1 s$ 内， $x = 5.0 m$ 处的质点沿 $x$ 轴正方向移动了 $5 m$

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9. 如图所示，三角形 $A B C$ 是某种透明介质的横截面， $∠ A = 75^{\circ} 、 ∠ B = 60^{\circ}$ ，一细束单色光沿与 $A B$ 成 $θ$ 角的方向射向 $A B$ 边上的 $D$ 点，折射光线 $D E$ 射到 $A C$ 边上的 $E$ 点，正好在 $E$ 点发生全反射。已知 $D E$ 与 $B C$ 平行， $A$ 、 $D$ 两点间的距离为 $L$ ，光在真空中的传播速度为 $c$ ， $s i n 75^{\circ} = \frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}$ 。下列说法正确的是（）

A、介质对此单色光的折射率为 $\sqrt{3}$
B、 $θ$ 为 $60^{\circ}$
C、 $D$ 、 $E$ 两点间的距离为 $\frac{(\sqrt{3} + 1) L}{2}$
D、此单色光从 $D$ 到 $E$ 传播的时间为 $\frac{(\sqrt{6} + \sqrt{2}) L}{2 c}$

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10. 如图所示，在平面直角坐标系 $x O y$ 的第一、二象限内存在一半径为 $R$ 、与 $x$ 轴相切于坐标原点 $O$ 的圆形边界， $M N$ 是平行于 $x$ 轴的直径，圆形边界内存在磁感应强度大小为 $B$ 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，在第三、四象限内存在平行于 $x$ 轴方向的匀强电场。一质量为 $m$ 、电荷量为 $- q (q > 0)$ 的粒子从 $M$ 点以指向 $N$ 点的速度射入磁场，粒子从 $O$ 点离开磁场进入电场，到达 $P$ 点时速度与 $x$ 轴的正方向成 $37^{\circ}$ 角。已知粒子从 $O$ 点运动到 $P$ 点的时间为 $t$ ，粒子重力忽略不计， $s i n 37^{\circ} = 0.6 、 c o s 37^{\circ} = 0.8$ 。下列说法正确的是（）

A、电场方向沿 $x$ 轴正方向 B、粒子在 $O$ 点的速度大小为 $\frac{B q R}{m}$
C、匀强电场的电场强度为 $\frac{4 B R}{3 t}$ D、 $O$ 、 $P$ 两点间的电势差为 $\frac{8 B^{2} R^{2}}{9 m}$

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三、实验题：本大题共2小题，共22分。

11. 某实验小组利用电压表、电流表、滑动变阻器等元件，设计了如图甲或如图乙所示的电路来研究半导体二极管的伏安特性曲线。实验时，闭合开关，缓慢调节滑动变阻器滑动触头的位置，记录相对应的电压表读数 $U$ 、电流表读数 $I$ ，得到实验的 $I - U$ 图线如图丙所示，回答下列问题：

(1)、本实验应选图 $($ 填“甲”或“乙” $)$ 电路图来连接实物图，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于 $($ 填“ $a$ ”或“ $b$ ” $)$ 端。

(2)、根据所选电路图，用笔画线代替导线，把图丁中的实物图连接完整。

(3)、半导体二极管的 $I - U$ 图线不是直线，这些电学元件称为非线性元件，欧姆定律 $($ 填“适用”或“不适用” $)$ 于非线性元件，计算电阻的公式 $R = \frac{U}{I}$ $($ 填“适用”或“不适用” $)$ 于非线性元件，从 $I - U$ 图线是一条曲线看出半导体二极管的电阻不是一个常数，当半导体二极管的电流为 $0.5 A$ 时，其功率为 $W$ 。

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12. 某同学设计了如图甲所示的实验装置，该装置既可以验证牛顿第二定律，也可以测量凹形滑块的质量与当地的重力加速度，实验器材有加速度传感器、质量已知的钩码、木板 $($ 左端带定滑轮 $)$ 、轻质细线。
实验步骤如下：
$①$ 调节滑轮使细线与木板平行，然后调整木板的倾角来平衡木板对滑块的摩擦力；
$②$ 挂上钩码，由静止释放滑块，记录加速度传感器的示数以及相应的钩码质量；
$③$ 改变悬挂钩码的个数，重复步骤 $②$ ，得到多组加速度 $a$ 与相应悬挂的钩码总质量 $M$
$④$ 画出 $\frac{1}{M} - \frac{1}{a}$ 的函数关系图像如图乙所示。
回答下列问题：

(1)、在平衡木板对滑块的摩擦力时 $($ 填“需要”或“不需要” $)$ 在细线的下端挂上钩码，本实验 $($ 填“需要”或“不需要” $)$ 滑块的质量远大于所悬挂钩码的质量。

(2)、设当地的重力加速度为 $g$ ，滑块的质量为 $m$ ，写出图乙的函数表达式 $($ 用 $g$ 、 $m$ 、 $M$ 、 $a$ 来表示 $)$ 。

(3)、由图乙可得 $m =$ $($ 用 $b$ 来表示 $)$ ， $g =$ $($ 用 $b$ 、 $c$ 、 $d$ 来表示 $)$ 。

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四、计算题：本大题共3小题，共32分。

13. 一定质量的理想气体，从状态 $A$ 开始，经历 $B$ 、 $C$ 两个状态又回到状态 $A$ ，在此过程中压强 $p$ 与体积 $V$ 的关系图像如图所示。已知 $A C$ 与纵轴平行， $▵ A B C$ 的面积为 $S_{0}$ ， $∠ B A C = ∠ B C A$ ， $A B$ 的反向延长线经过坐标原点 $O$ ，在状态 $C$ 时气体的温度为 $T_{0}$ 。求：

(1)、气体在状态 $A$ 、 $C$ 的压强；

(2)、气体在状态 $A$ 的温度；

(3)、气体从状态 $B$ 到状态 $C$ 外界对气体做的功。

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14. 如图所示，长方形物块放置在光滑水平地面上，两竖直挡板 $($ 侧面光滑 $)$ 夹在物块的两侧并固定在地面上，现把足够长的轻质硬杆竖直固定在物块上，一根不可伸长的长为 $L$ 的轻质细线一端固定在杆的上端 $O$ 点，另一端与质量为 $m$ 的小球 $($ 视为质点 $)$ 相连，把小球拉到 $O$ 点等高处，细线刚好拉直，现使小球获得竖直向下的初速度，使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，当小球到达最高点时，物块对地面的压力恰好为 $0$ ，且此时小球的加速度大小为 $9 g$ 。已知小球在运动的过程中与杆不发生碰撞，重力加速度为 $g$ ，忽略空气的阻力。

(1)、求物块的质量以及小球获得的竖直向下的初速度大小；

(2)、若小球运动一周到达 $O$ 点的等高点时，立即撤掉两侧挡板，物块一直在光滑的水平面上运动，求当小球再次到达最低点时物块的速度大小及细线的拉力大小。

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15. 如图所示，间距为 $L$ 的光滑平行等长金属导轨 $a b$ 、 $c d$ 固定在倾角为 $37^{\circ}$ 的绝缘斜面上， $e f$ 、 $g h$ 为固定在绝缘水平面上的平行粗糙金属导轨，间距也为 $L$ ，导轨 $a b$ 、 $c d$ 在最低点用绝缘光滑材料与导轨 $e f$ 、 $g h$ 平滑连接， $a$ 、 $c$ 两点用导线连接，与倾斜导轨垂直的虚线与 $a$ 、 $c$ 两点间的距离为 $5 L$ ，其左侧存在方向垂直斜面向下的匀强磁场 $($ 范围足够大 $)$ ，磁感应强度大小 $B$ 随时间变化的关系式 $B = k t (k$ 为已知的常数且为正值 $)$ 。水平导轨内存在磁感应强度大小为 $B_{0}$ 、方向竖直向下的匀强磁场 $($ 范围足够大 $)$ ，质量为 $2 m$ 的导体棒乙垂直于水平导轨静止放置。现让质量为 $m$ 的导体棒甲在虚线的右下方垂直倾斜导轨由静止释放，沿导轨下滑距离为 $5 L$ 到达倾斜导轨的最低点，然后滑上水平导轨，导体棒甲在水平导轨上滑行一段距离 $d$ 停在乙的左侧。已知甲刚滑上水平导轨时，乙受到的静摩擦力恰好达到最大值，导体棒甲接入电路的阻值为 $R$ ，其他电阻均忽略不计，重力加速度为 $g$ ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导体棒甲、乙与水平导轨之间的动摩擦因数相等， $s i n 37^{\circ} = 0.6, c o s 37^{\circ} = 0.8$ 。求：

(1)、导体棒甲到达倾斜轨道的最低点时的速度大小；

(2)、导体棒乙与水平导轨间的动摩擦因数；

(3)、导体棒甲在水平导轨上滑行的时间；

(4)、导体棒甲由静止释放到停止运动产生的焦耳热。

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