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湖北省黄冈中学2024-2025学年高三(第四次)模拟考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年是量子力学诞生一百周年，量子力学已经对多个领域产生了深远影响，包括物理学、化学、计算机科学、通信技术和生物学，已成为现代科学的重要基石之一，下列与量子力学的奠基性事件有关的说法中正确的是( )
A. 康普顿效应表明光具有波动性
B. 卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
C. 实物粒子不仅具有粒子性而且具有波动性
D. 玻尔的原子理论成功解释了所有原子的光谱现象
2.某交流电源的电压瞬时值表达式为，将电磁打点计时器连接至该电源时，它能够正常运作。则打出的纸带上连续相邻两点之间的时间间隔为( )
A. B. C. D.
3.年蛇年春晚“秧机器人”扭秧歌、转手绢、丢手绢，震惊全场。某次排演中，机器人将左、右手中手绢同时抛出互换，如图所示，两手绢在空中的运动轨迹分别为轨迹和轨迹，忽略空气阻力，则( )
A. 沿轨迹运动的手绢的加速度大 B. 沿轨迹运动的手绢的加速度大
C. 沿轨迹运动的手绢到最高点时的速度大 D. 沿轨迹运动的手绢到最高点时的速度大
4.我国探月工程计划于年前实现中国人登月目标。如图所示为探月卫星计划轨道示意图，调相轨道、调相轨道和转移轨道于点相切，轨道和轨道的半长轴分别为、，卫星在轨道和轨道上运行的周期分别为、，卫星在轨道和轨道上运行时单位时间内扫过的面积分别为、。则( )
A. 探月卫星在地球表面附近的发射速度大于
B.
C.
D. 卫星在个轨道上运行经过点时的速率相等
5.在探究温度对介质折射率影响的实验中，半径为的半圆柱形的截面如图所示，为圆心，单色光从真空沿半径方向射入介质，光线延长线与水平直径间的夹角为。设定介质温度，令单色光在介质中的折射率恒为，光在真空中的传播速度为，则光在介质中的传播时间为( )
A. B. C. D.
6.如图所示，长为的均匀带电细杆水平放置，为杆的中点，、两点位于杆的左、右端点正上方，、与杆的距离均为。将杆的左半部分绕点顺时针转动至图中虚线位置，右半部分不动，转动过程中杆上电荷分布不变。则转动前、后( )
A. 点场强不变 B. 点场强不变 C. 点电势不变 D. 点电势不变
7.某品牌双肩书包在人体工学设计和舒适度提升方面进行了特别研究。如图所示为学生背上书包时的侧视图，书包与背部接触面竖直，两条长度相同的背带图中仅展示了一条分别跨过左、右肩部并连接到书包，确保两条背带的上下端连接点与与等高，左、右肩部的背带平面平行且与背部平面垂直。在忽略背部与书包、肩部与背带之间的摩擦力，以及不考虑背带质量的情况下，若背上书包后，仅对两条背带增加相同长度，则( )
A. 背部对书包的作用力大小变大 B. 背部对书包的作用力大小先变大后变小
C. 背带对肩部的作用力大小变小 D. 背带对肩部的作用力大小先变小后变大
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.图为一列简谐横波在时刻的波形图，是平衡位置在处的质点，是平衡位置在处的质点，图为质点的振动图像，下列说法正确的是( )
A. 从到，质点通过的路程为
B. 从到，该波沿轴负方向传播了
C. 在时，质点正好位于平衡位置沿轴负方向振动
D. 质点简谐运动的表达式
9.如图所示，一倾角的光滑斜面固定于水平面上，斜面底端固定一挡板，原长为的轻弹簧沿斜面放置，一端固定于斜面底端的挡板上，另一端连接一质量为的物块，将质量为的物块放在物块上，沿斜面向下压物块，使离挡板沿斜面距离为，此时弹簧的弹性势能为，将物块和由静止释放，所有物体沿斜面方向运动。重力加速度为，不计空气阻力。则下列说法正确的是( )
A. 若、物块恰能分离，则
B. 若、物块恰能分离，则
C. 若、物块能分离，则沿斜面向上运动的最大位移为
D. 若、物块能分离，则沿斜面向上运动的最大位移为
10.某工厂检测铜线框是否闭合的装置如图所示，足够长的绝缘传送带水平放置，在传送带上的矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，矩形区域的宽度为现让传送带以大小为的速度沿顺时针匀速转动，将质量为、边长也为的正方形线框从左侧无初速度释放，线框与传送带共速后，从边进入磁场，发现线框以的速度匀速离开磁场。已知线框的阻值为，线框与传送带间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为。则下列说法正确的是( )
A. 与之间的最短距离
B. 匀强磁场的磁感应强度大小为
C. 线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热
D. 线框从刚开始进入磁场到再次与传送带共速所需的时间
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学用如图所示气垫导轨和压力传感器验证动量守恒实验，实验步骤如下：
用托盘天平测出两滑块的质量、左侧连接一轻弹簧；
将右移，压缩右侧弹簧至一定长度，然后由静止释放，使得与碰撞后反弹；
记录下释放时右侧压力传感器初始读数和与碰撞后左侧压力传感器最大示数和右侧压力传感器最大示数确保和在与传感器碰撞前仅发生一次碰撞；
两侧弹簧的劲度系数都为，弹簧弹性势能的表达式为，其中、分别为弹簧的劲度系数和形变量。
在实验之前还需要进行的实验操作有___________
A.测量弹簧的原长
B.在使用之前将压力传感器调零
C.测出初始时、到左右两侧压力传感器的距离
D.记录下、碰撞后到压缩左右两侧压力传感器到最大示数的时间
碰前初速度为________用题目所给字母表示
实验要验证的动量守恒表达式为___________
A. ．
C. ．
12.湖北省黄冈中学某物理兴趣小组的同学要将一个灵敏电流计改装为“”和“”两个倍率挡的简易欧姆表，设计了如图甲所示的电路图。已知灵敏电流计的内阻为、满偏电流，电源的电动势，内阻。图乙为该多用电表的表盘，欧姆表刻度盘的中值刻度为“”。不计导线的电阻，请回答下列问题：

在正确操作的情况下，图甲中_____填“”或“”表笔应为红表笔；
将图甲中电键断开时欧姆表的倍率为_____选填“”和“”，在电键断开的情况下进行欧姆调零，当调零完毕时，滑动变阻器接入电路的阻值_____；
图甲中定值电阻的阻值为_____，电键闭合后，进行欧姆调零，然后用该欧姆表测量某一待测电阻的阻值，稳定后电表指针指示位置如图乙所示，则该待测电阻的阻值_____。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.如图所示，固定在倾角的斜面上的内壁光滑的绝热汽缸开口处有卡口，汽缸长度为。活塞为绝热活塞，活塞导热性能良好，两活塞质量均为、面积均为，活塞厚度忽略不计，两活塞用轻质弹簧连接，弹簧的劲度系数。封闭气体、初始温度均为，弹簧恰好处于原长，大气压强，重力加速度，外界温度保持不变，且初始时两活塞将汽缸体积均分为三等份。求：
初始时封闭气体、各自的压强；
现给电阻丝通电，缓慢加热密封气体至活塞刚要碰到汽缸卡口瞬间，求此时封闭气体的温度；
在活塞碰到汽缸卡口后，继续加热，当弹簧压缩时，求此时封闭气体的温度。
14.利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，在平面内存在有区域足够大的方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。位于坐标原点处的离子源能在平面内同时沿虚线夹角范围内各个方向发射质量为、电荷量为的负离子，其速度方向与轴正方向夹角的最大值为，且各个方向速度大小随变化的关系为，式中为未知定值。且的离子恰好通过坐标为的点。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。
求关系式中的值；
为回收离子，在界面处放一竖直挡板，求离子打在挡板上时坐标的范围；
在第二问条件下，求最先打在挡板上与最后打在挡板上的时间差。
15.一款弹珠游戏的简化示意图如图所示，质量为的均匀圆环静止平放在粗糙的水平桌面上，另一质量为的光滑弹珠以水平初速度正对环心穿过圆环上的小孔射入环内，与圆环内壁发生多次弹性正碰后，弹珠与圆环均处于静止状态。已知弹珠与圆环内壁从发生第一次碰撞到弹珠恰好处于静止状态的时间为，忽略弹珠与圆环碰撞的时间，桌面足够长且粗糙程度处处相同。求：
第一次碰撞后瞬间弹珠和圆环的速度的大小、；
从发生第一次碰撞到弹珠恰好处于静止状态的过程中，圆环运动的时间；
圆环从开始运动到最终处于静止状态的过程中通过的总位移的大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】 康普顿效应表明光具有粒子性；
卢瑟福通过分析粒子散射实验结果建立的核式结构模型；
实物粒子既具有粒子性而且具有波动性物质波；
玻尔的原子理论仅能仅能解释氢原子的光谱现象。
2.【答案】
【解析】根据可知交流电的周期为，因此纸带上相邻两点之间的时间间隔为。
3.【答案】
【解析】手绢沿轨迹和运动的加速度相等均为重力加速度。手绢从最高点运动到手中的过程可视作平抛运动，由，可知，沿轨迹运动的手绢到最高点时的速度大。
4.【答案】
【解析】 探月卫星在地球表面附近的发射速度大于，小于。
卫星在轨道、轨道和转移轨道上运行经过点的速率大小关系为。
由可知，卫星在轨道和轨道上运行经过点附近单位时间内扫过的面积关系为。
根据开普勒第三定律，。
5.【答案】
【解析】由全反射条件，可知临界角，单色光在介质中发生全反射现象，传播时间为，，得
6.【答案】
【解析】部分转动前后，部分在、两点的场强大小和方向、电势大小均不变。部分在点的场强大小不变、方向变化，电势大小不变，则处合场强大小改变，电势不变。部分在点的场强大小和方向均变化，电势大小变化，则处合场强大小改变，电势改变。
7.【答案】
【解析】设两条背带对肩部的作用力大小合为，两条背带对书包的作用力大小为，背部对书包的作用力大小为。不考虑背带与肩部的摩擦力，则背带上各处张力相等且与大小相等、方向相反。
分析书包受力如图，若仅对两条背带增加相同长度，与竖直方向的夹角变小，与的大小均变小。
8.【答案】
【解析】A.根据图形知，，，则，从到，时间，时刻在平衡位置与波峰之间，故质点通过的路程不可能为，故A错误；
B.由图乙可知时，质点处于平衡位置且速度沿轴正方向，结合图甲可判断波沿轴负向传播，故从到，该波沿轴负方向传播了，故B正确；
C.时质点向轴负方向振动，故到时间内 ，质点正好处在平衡位置处沿轴负方向振动，故C正确；
D.根据图知质点简谐运动的表达式，根据平移法知质点简谐运动的表达式不是，故D错误。故选BC。
9.【答案】
【解析】选项中，因光滑斜面固定，若、物块恰能分离，则恰好弹簧回到原长两者速度减为零，由功能关系知：，选项正确；
选项中，因光滑斜面固定，若、物块能分离，则弹簧回到原长两者速度相等且恰好在弹簧原长处、两物块加速度为，之后做加速度增大的减速运动，做加速度大小为的匀减速运动，所以、物块能分离在弹簧原长处分离，对、物块由动能定理得：，
分离后物块做匀减速至速度为零的位移为，分离前、两物块一起沿斜面向上运动，此时沿斜面向上运动的最大位移为 ，则选项正确．
10.【答案】
【解析】 若线框进入磁场之前恰与传送带达到共速，则与之间的距离最短，由动能定理有 ，解得： ，则选项正确；
线框恰好以 的速度匀速穿出磁场，即，其中 ，，解得： ，则选项正确；
根据功能关系可得产生的焦耳热满足 ，由动能定理有 ，解得： ，则选项错误；
设从线框刚进入磁场到完全出磁场，运动时间为 ，由动量定理有：，
其中 、，以及平均速度公式 ，
得到：，设线框出磁场后，在摩擦力作用下重新达到共速所花的时间为 ，
由动量定理可知 ，其中 ，
联立解得：则选项正确．
11.【答案】
【解析】不需要测量弹簧原长，A错误；
B.在使用之前将压力传感器调零，为后续实验和测量工作打下基础，B正确；
C.、在气垫导轨上做匀速运动，不需要测出初始时、到左右两侧压力传感器的距离，C错误；
D.压缩弹簧所需时间对实验没有影响，不需要测量，D错误。
故选B。
释放前，弹簧的弹性势能为
弹性势能转化为动能，即
碰前初速度为
同理可求出碰撞后，两球速度。根据动量守恒
得需要验证的表达式为 ，故选D。
12.【答案】
【解析】在多用电表的使用过程中，我们需要让电流从红笔流入，黑笔流出，所以在当欧姆挡使用时，黑表笔接着内部电源正极，表笔应为红表笔。
当开关断开时，电路中的电流小，对应欧姆表内阻较大的状态，对应是大倍率，故欧姆表倍率为。
当开关断开时，欧姆表内阻为 ，则欧姆调零后滑动变阻器应调至，
闭合开关时，欧姆表为“”倍率，电流表满偏时，内阻为，欧姆表的满偏电流为 ，此时表头中电流应为满偏电流，则与之并联电阻电流应为
，则并联电阻 ，电表指针指示位置如图乙所示，该待测电阻的阻值。
13.【答案】解：未加热前对活塞受力分析，沿斜面方向有
可得：
将活塞、与之间弹簧、气体看作整体，对整体受力分析，沿斜面方向有
可得：
在活塞碰到汽缸卡口之前，缓慢加热气体，气体做等压变化，体积变大，温度升高，气体的压强不变，体积不变，温度不变，在活塞刚要碰到汽缸顶端瞬间，对封闭气体由盖吕萨克定律得：
解得：
在活塞碰到汽缸顶端后，继续加热，弹簧被压缩，气体发生等温变化，设初状态气体的体积为 ，当弹簧压缩时，气体的体积变为原来的 ，对气体由玻意耳定律有：
解得：
此时弹簧的弹力
此时气体的压强
对气体有
解得：
14.【答案】解：由于 的离子恰好通过坐标为 ， 的 点，此时离子的速度为 ，运动半径为
由牛顿第二定律得
解得
对于任意的速度方向与 轴成 角的离子，设其在磁场中的运动半径为 ，如图所示
由牛顿第二定律得
且有
解得
故所有离子做圆周运动的轨道圆心均在界面 上，且速度方向垂直于界面 ；当 时：
故离子通过界面 时 坐标的最小值为
坐标的最大值为
则离子通过界面 时 坐标的范围为
当 在轴右边时：打在挡板上匀速圆周运动轨迹圆心角为，这是打在挡板上粒子的最短时间 ，
得：
则周期，故有：
当 在轴左边时：打在挡板上匀速圆周运动轨迹圆心角为，这是打在挡板上粒子的最短时间 ，故有：
则粒子同时从点出发最后打在挡板上和最先打在挡板的时间差为
15.【答案】解：根据动量守恒定律和能量守恒定律


解得 ，
弹珠和圆环第一次碰撞结束到发生第二次碰撞，弹珠做匀速运动，设弹珠的位移为，运动时间为，圆环做匀减速运动至停止，设圆环的位移为，该过程中弹珠与圆环通过的位移相等，
即
又 ，
解得
同理可知，此后每相邻两次碰撞，、的运动时间均满足此关系
可知
设初速度方向为正，圆环受到的摩擦力为，第一次碰撞前到弹珠恰好停止的过程中，对弹珠和圆环系统，由动量定
对圆环和弹珠系统，由能量守恒可得
解得
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