河南省开封市重点中学校2023-2024高三上学期12月阶段测试物理试卷（含解析）

开封市重点中学校2023-2024学年高三上学期12月阶段测试
物理试题 2023.12
一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一个选项符合题目要求，第8～10题有多个选项符合要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1、如图所示，斜面体固定在水平面上，一轻质细线绕过滑轮1和滑轮2，两端分别与物体a和轻环c连接，轻环c穿在水平横杆上，滑轮2下吊一物体b。物体a和滑轮1间的细线平行于斜面，系统静止。现将轻环c向右移动少许，物体a始终静止，系统再次静止，不计滑轮的质量和滑轮与细线间的摩擦。下列说法正确的是( )
A．细线的拉力将不变 B．横杆对轻环c的摩擦力将变小
C．地面对斜面体的支持力将不变 D．斜面体对物体a的摩擦力将变小
2、2023年5月发射天舟六号货运飞船和神舟十六号载人飞船，飞船发射后会在停泊轨道（Ⅰ）上进行数据确认，后择机经转移轨道（Ⅱ）完成与中国空间站的交会对接，其变轨过程可简化如图所示，已知停泊轨道半径近似为地球半径R，中国空间站轨道（Ⅲ）距地面的高度为h，飞船在停泊轨道上的周期为，下列说法正确的是( )
A．飞船在转移轨道（Ⅱ）上P点的速度为
B．飞船在转移轨道（Ⅱ）上P点的加速度小于Q点的加速度
C．飞船从P到Q的运动时间至少为
D．空间站内的物品或宇航员处于“漂浮”状态，说明此时它们受力平衡
3、如图所示，质量、初速度大小都相同的A、B、C三个小球，在同一水平面上，A球竖直上抛，B球以倾斜角θ斜和上抛，空气阻力不计，C球沿倾角为θ的光滑斜面上滑，它们上升的最大高度分别为、、，则( )
A． B． C． D．
4、如图所示，水平光滑长杆上套有一物块Q，跨过悬挂于O点的轻小光滑圆环的轻绳一端连接Q，另一端悬挂一物块P。设轻绳的左边部分与水平方向的夹角为θ，初始时θ很小。现将P、Q由静止同时释放，关于P、Q以后的运动下列说法正确的是( )
A．当时，P、Q的速度之比是
B．当时，Q的速度最大
C．当时，Q的速度为零
D．当θ向90°增大的过程中Q的合力一直增大
5、一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，图象如图所示．下列说法正确的是( )
A．气体A状态的压强大于C状态的压强
B．状态B到状态C过程中，气体从外界吸热
C．状态C到状态D过程中，气体内能增大，其中分子动能减小，分子势能增大
D．从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A过程中气体从外界吸热
6、如图所示，两带电小球1、2用绝缘丝线拴接在天花板上，当系统平衡时，小球1，2处在同一水平线上，两丝线与竖直方向的夹角分别为、，忽略空气阻力，某时刻两丝线同时断裂，整个过程两小球所带的电荷量保持不变，且均可视为点电荷，则下列说法正确的是( )
A．小球1、2的电荷量之比为1：3
B．小球1、2的质量之比为3：1
C．小球1、2的落地点到释放点的水平距离之比为3：1
D．小球1、2落地瞬间的速度大小之比为3：1
7、如图所示为玻璃圆柱体的截面图，半径为R，玻璃的折射率为。在截面内有两条间距为的平行光线，下面的光线过圆心O，经过玻璃圆柱体后，两出射光线相交于图中P点。则圆心O到P点的距离为( )
A． B． C． D．
8、一横截面为直角三角形的木块如图所示放置，质量均为m的两物体用轻质弹簧相连放在倾角为30°的斜面上，物体C放在倾角为60°的斜面上，B与C之间用轻质细线连接，质量的比值为，整个装置处于静止状态，已知物体与斜面间的动摩擦因数相同且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧弹力大小为与斜面间无摩擦，则( )
A．物体均受到摩擦力作用且等大反向
B．物体A受摩擦力作用且大小为，物体B不受摩擦力作用
C．弹簧处于拉伸状态，两物体所受摩擦力大小均为，方向均沿斜面向下
D．剪断弹簧瞬间，物体A仍处于静止状态
9、如图所示，理想变压器原线圈两端电压为，副线圈两端接的电动机M的内阻为r，电动机的电功率为，热功率为，小灯泡L的阻值与定值电阻的阻值相等，光敏电阻R的阻值随着光照的增强而减小。下列说法正确的是( )
A．电动机的机械效率为
B．变压器原、副线圈的匝数之比为
C．若增大光敏电阻的光照强度，灯泡会变亮
D．若增大光敏电阻的光照强度，光敏电阻R与小灯泡L的总功率变小
10、如图所示，两足够长的光滑平行金属导轨、水平放置，两侧导轨所在空间区域，导轨间距分别为和，磁感应强度分别为和，方向分别为竖直向上和竖直向下，，，电阻均为R、质量均为m的导体棒a、b垂直导轨放在左右两侧，并与导轨保持良好接触，不计其他电阻．现给导体棒b一个水平向右的瞬时冲量I，关于a、b两棒此后整个运动过程，下列说法正确的是( )
A．a、b两棒组成的系统动量守恒
B．a、b两棒最终都将以大小为的速度做匀速直线运动
C．整个过程中，a棒上产生的焦耳热为
D．整个过程中，通过a棒的电荷量为
二、非选择题：本题共6小题，共70分。
11、（6分）如图所示的实验装置可以用来验证机械能守恒定律，弹簧上端连接一个力传感器，力传感器固定在铁架台横梁上，弹簧下端连接一枚钢球。钢球上固定一个挡光片，钢球和挡光片总质量为m。调整两个光电门的位置，使得钢球由静止释放后能够通过光电门A和光电门B。测出光电门A、B与弹簧自然状态时最下端距离分别为、，重力加速度g。
（1）用螺旋测微器测量光电门挡光片厚度如图所示，则光电门挡光片厚度 ．
（2）实验过程中测得遮光片经过光电门A、B时力传感器的读数分别为、，遮光片经过光电门A、B时的挡光时间分别为、，若则表明小球从A到B过程动能 （填“增加”或“减少”）
（3）小球从光电门A运动到光电门B的过程中，由于弹簧弹力与伸长量成正比，可用平均力计算克服弹力所做的功 ；然后根据实验数据得出小球机械能减少量，比较W和，若两者在误差范围内近似相等，则小球和弹簧组成的系统机械能守恒。
12、（9分）光伏电池是将太阳能转化为电能的装置，由于其能量来源于“取之不尽”的太阳能辐射，而且清洁、安全、无污染，目前已广泛应用于人们生活的各个方面。小明家里就安装了一套太阳能庭院灯，小明和科技小组的同学拆下了其中的光伏电池，欲测量其电动势和内阻。通过查阅铭牌，他们了解到电池规格为“”，高亮度LED照明灯的规格为“3W 10V”。
（1）若通过分压电阻保证LED灯正常发光，则给光伏电池充满电后，理论上可使LED灯连续照明 h；
（2）实验室可提供的器材如下：
①电流表A（量程0．6A，内阻约为）
②电压表V（量程15V，内阻约为）
③滑动变阻器（）
④电阻箱（最大阻值，最小分度）
⑤电阻箱（最大阻值，最小分度）
⑥单刀单掷开关、单刀双掷开关及导线若干
为测量该电池的电动势和内阻，该小组设计了如图甲所示的电路，并按以下步骤进行操作：
①闭合开关，断开开关，调节滑动变阻器使电流表指针满偏；
②保持滑片P不动，把开关与1接通，调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值，则可得电流表的内阻 ，该测量值 真实值（选填“大于”“小于”或“等于”），其中电阻箱应选择 （选填“”或“”）；
③闭合开关，把开关与2接通，调节滑动变阻器阻值，记下多组电流表的示数I和相应电压表的示数U；
④以U为纵坐标，I为横坐标，作出图线如图乙所示，图线斜率为k，纵截距为b，根据图线求得电动势 ，内阻 ；
（3）在不计电流表内阻测量误差的情况下，测量电动势和内阻时电流表和电压表 （选填“会”或“不会”）引起系统误差。
13、（10分）如图所示，甲为某一波在时的图象波速为，乙为参与该波动的P质点的振动图象，则：
（1）说出两图中的意义
（2）说出甲图中图线的意义．
（3）在甲图中画出再经时的波形图．
（4）求再经过时P质点的路程和位移．
14、（12分）如图所示，“L”形槽固定在光滑水平面，槽的曲面部分光滑，水平部分粗糙且长度，且上方有水平向右的匀强电场，场强。不带电的绝缘物体B静止在槽的水平部分最左端，在槽的最右端并排放置一个与它等高的，足够长的木板C，足够远处有竖直的挡板P。质量均为，现将带正电的电荷量为的物体A从槽的曲面上距B的竖直高度为处由静止释放，已知A、B与槽的水平部分及C的上表面的动摩擦因数均为。A与B，C与P的碰撞过程时间极短且碰撞过程中无机械能损失。A、B均可看作质点且A的电荷量始终保持不变，g取求：
（1）A与B第一次碰撞后B的速度；
（2）物体B最终停在距离木板C左端多远处。
15、（15分）如图所示6本相同的厚书被两块相同的竖直木板夹在中间，书静止不动，此时两侧对木板施加的水平压力为，每本书的质量为，重力加速度g取，木板和书之间的动摩擦因数为0．4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则：
（1）左侧木板对书的静摩擦力为多大？
（2）书和书之间的动摩擦因数至少为多大？
（3）如果把左侧第二本书向上抽出至少需要多大的竖直拉力？
16、（18分）如图所示，在竖直面内的直角坐标系中，y轴竖直，A、B两点的坐标分别为与。的区域内有沿x轴负方向的匀强电场；第二象限内有方向垂直坐标平面向里的匀强磁场（图中未画出）；第四象限内有方向垂直坐标平面向里的匀强磁场和竖直方向的匀强电场（图中均未画出）。一质量为m、电荷量为q的带正电小球（视为质点）从A点以大小（g为重力加速度大小）的速度沿做直线运动，通过O点（第一次通过x轴）后在第四象限内做匀速圆周运动，恰好通过B点（第二次通过x轴）。求：
（1）第二象限内磁场的磁感应强度大小；
（2）小球从O点到第四次通过x轴的时间t；
（3）小球第五次通过x轴时的位置坐标以及第四次通过x轴后在第一象限内运动过程中到x轴的最大距离。
答案以及解析
1、答案：C
解析：A．以滑轮2为研究对象，受力分析如图甲所示
若将轻环c向右移动少许，两细线之间的夹角β增大，由于物体b对滑轮的拉力不变，两细线之间的夹角变大，根据
可知细线的拉力F一定变大，故A错误；
C．对斜面体、物体a、物体b整体受力分析，受重力、支持力、细线的拉力和地面的静摩擦力，如图乙所示
根据平衡条件，有
与角度β无关，恒定不变，故C正确；
B．以轻环c为研究对象，受力分析如图丙所示
水平方向有
轻环c向右移动少许，F变大，α变大，变大，横杆对轻环c的摩擦力将变大，故B错误；
D．若原来物体a有下滑趋势，摩擦力方向沿斜面向上，细线的拉力增大时，摩擦力减小，若细线拉力继续增大，则摩擦力减小到零后会反向增大；若原来物体a有上滑趋势，摩擦力方向沿斜面向下，则细线的拉力增大时，摩擦力会增大。综合分析可知摩擦力大小和方向都不能确定，故D错误。
故选C。
2、答案：C
解析：A．飞船在停泊轨道（Ⅰ）上的速度为
飞船从停泊轨道（Ⅰ）上的P点到转移轨道（Ⅱ）上P点要加速，则在转移轨道（Ⅱ）上P点的速度大于，选项A错误；
B．根据
可知，飞船在转移轨道（Ⅱ）上P点的加速度大于Q点的加速度，选项B错误；
C．设飞船在转移轨道（Ⅱ）上的周期为，则根据开普勒第三定律
解得
飞船从P到Q的运动时间至少为
选项C正确；
D．空间站内的物品或宇航员随空间站绕地球做匀速圆周运动，则虽然处于“漂浮”状态，但它们受力不平衡，选项D错误。
故选C。
3、答案：D
解析：A球和C球上升到最高点时速度均为零，而B球上升到最高点时仍有水平方向的速度，即仍有动能。对A、C球的由机械能守恒有
得
对B球
得
ABC错误，D正确。
故选D。
4、答案：B
解析：P、Q用同一根绳连接，则Q沿绳子方向的速度与P的速度大小相等，则当时，Q的速度，解得，故选项A错误；当时，即Q到达O点正下方，垂直Q运动方向上的分速度为0，即，此时Q的速度最大，故选项B正确，C错误；当θ向90°增大的过程中Q的合力逐渐减小，当时，Q的速度最大，加速度为零，合力为零，故选项D错误。
5、答案：D
解析：A．根据理想气体状态方程
可知图象斜率越大，压强p越小，由图象可知，OA等压线斜率大于OC等压线斜率，所以A状态的压强小于C状态的压强，故A错误；
B．状态B到状态C过程中，温度不变，理想气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B错误；
C．理想气体不计分子势能，状态C到状态D过程中，温度升高，气体内能增大，分子动能增大，故C错误；
D．如图
可将图象转化为图象，通过图象可知整个循环过程气体对外做功大于外界对气体做功，又有初末状态温度相同，内能相同，所以该过程中气体从外界吸热，故D正确。
故选D。
6、答案：C
解析：AB．小球1受重力、水平向左的库仑斥力和丝线的拉力，则由力的平衡条件可知
同理，对小球2得
两小球1、2间的库仑斥力大小相等，则
解得
由于两小球间的库仑力是相互作用力，由库仑定律无法确定电荷量的关系，故A错误、B错误；
C．丝线断后两小球在竖直方向上只受重力作用，则两小球在竖直方向上做自由落体运动，又由于下落的高度相同，两小球同时落地；在水平方向上两小球做加速运动，又由牛顿第二定律可知两小球在水平方向上的加速度之比为3：1，所以小球1、2的落地点到释放点的水平距离之比为3：1，故C正确；
D．由C选项分析可知，两小球落地瞬间竖直的分速度相等，水平方向的分速度之比为3：1，显然两小球落地瞬间的速度大小关系不能确定，故D错误。
故选C。
7、答案：A
解析：光路图如图所示
根据题意可知，通过M点的光线入射角为
根据光的折射定律
可得折射角
由于为等腰三角形，可知光线从N点射出时的入射角为30°，从而折射角为45°，根据几何关系可知
在中，根据正弦定理
解得
故选A。
8、答案：CD
解析：根据题述，物体C的质量为，其重力沿斜面的分力为，取及中间的弹簧为系统，则有，所以，又动摩擦因数，所以一定受摩擦力作用，且方向均沿斜面向下，故AB选项错误；物体的受力分析分别如图1、2所示，即有及，将代入得，故C选项正确；剪断弹簧瞬间，物体A仍处于静止状态，故D选项正确。
9、答案：AD
解析：A．电动机的机械效率为
选项A正确；
B．根据
解得变压器原、副线圈的匝数之比为
选项B错误；
C．若增大光敏电阻的光照强度，则阻值R减小，次级电流变大，电压增加，因次级电压一定，则灯泡两端电压减小，则灯泡会变暗，选项C错误；
D．将次级电压等效为电源电动势，等效为电源的内阻，则当的阻值与光敏电阻R与灯泡并联的电阻相等时光敏电阻R与小灯泡L的总功率最大，因小灯泡L的阻值与定值电阻的阻值相等，则若增大光敏电阻的光照强度，光敏电阻R减小，则小于且逐渐减小，则光敏电阻R与小灯泡L的总功率变小，选项D正确。
故选AD。
10、答案：BC
解析：b棒向右运动，电流方向向里，受到向左的安培力，a棒受到的电流方向向外，也受到向左的安培力，系统受到的合外力方向向左，系统动量不守恒，选项A错误；
b棒的初速度为，b棒向右做减速运动，a棒向左做加速运动，当时，系统达到稳定，
可设，对b棒，有，
对a棒，有，解得，选项B正确；
系统的总发热量为，a棒上产生的焦耳热为，选项C正确；
对a棒，解得，选项D错误．
11、【答案】 2．040/2．041 增加
【解析】（1）[1]螺旋测微器的分度值为，则遮光片厚度为
由于最后一位是估读，所以读数为或均可。
（2）[2]钢球经过光电门的速度
为挡光片的宽度，因为挡光时间，所以钢球经过A的速度小于经过B的速度，所以小球从A到B，动能增加了。
（3）[3]小球从光电门A运动到光电门B的过程中，弹性势能改变量
12、【答案】 20 小于 b 不会
【解析】（1）[1]由题意可知LED灯的额定电压为10V，故通过分压电阻保证LED灯正常发光后，LED灯两端电压为10V，则理论上可使LED灯连续照明时间为
（2）[2]调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值，则电流表的内阻约等于电阻箱的阻值，即
[3]开关S2与1接通，电路中的总电阻减小，根据闭合回路欧姆定律可知，电路中的总电流增大，通过R1的电流大于满偏电流，通过电阻箱的电流大于电流表的电流，电阻箱的电阻小于电流表的电阻，则测得的电流表内阻小于真实值；
[4]由于电流表内阻较小，应选择分度值较小的R2；
[5][6]根据闭合回路欧姆定律
可得
纵截距为b，则
图线斜率为k，则
故
（3）[7]在不计电流表内阻测量误差的情况下，由上述分析可知测量电动势和内阻时电流表和电压表不会引起系统误差。
13、答案：（1）甲图中的表示处质点的振幅，乙图中的AA表示P质点的振幅．
（2）甲图中图线表示O到B之间所有质点在时的位移情况．
（3）
（4）；0
解析：（1）甲图中表示处质点的振幅或时的质点的位移大小为，方向为负；乙图中表示P质点的振幅或P质点在时的位移大小为，方向为负．
（2）甲图中图线表示O到B之间所有质点在1s时的位移，方向均为负．由乙图看出P质点在时向y轴负方向振动，所以甲图中波向左传播，则OA间各质点正向远离平衡位置方向振动，AB间各质点正向衡位置方向振动．
（3）传播距离：
所以只需将波形向x轴负向平移即可，如图所示．
（4）求路程：，
所以路程
求位移：由于波动的重复性，经历时间为周期的整数倍时，位移不变，所以只需得知从图示时刻P质点经时的位移即可，所以经质点P的位移仍为．
14、答案：（1）4m/s；（2）0．5m
解析：(1)设A与B第一次碰撞前瞬间A的速度大小为，由机械能守恒定律有
解得
设A与B碰撞后二者的速度大小分别为，规定向右为正方向，根据动量守恒定律有
根据机械能守恒定律有
解得，
(2)A与B第一次碰撞后A做初速度为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得其加速度大小为
A与B第一次碰撞后B做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得可得其加速度大小为
B的速度减到零所需的时间为
t时间内B的位移为
A的位移为
所以当B的速度减到零以后A、B才发生第二次碰撞，第二次碰撞前A的速度大小为
设第二次碰撞后A、B的速度大小分别为和，根据（1）题中结论可知二者碰撞后速度交换，则
A与B完成第二次碰撞后A将静止，此时B刚好滑上C的上表面，设B与C在第一次与挡板P碰前的共同速度为，根据动量守恒定律有
代入数据解得
C与P碰后向左运动，因为B与C动量大小相同，方向相反，取水平向右为正方向，设B、C的最终速度为，,根据动量守恒定律得
解得
因此最终B、C静止，B滑上C时的初动能全部转化为内能，由能量守恒定律得
设物体B最终停在距离木板C左端s处，则
解得
15、答案：（1）15 N
（2）0．25
（3）25 N
解析：（1）把6本书看作整体，受力平衡，则根据平衡条件可得两个木板对书施加的静摩擦力为
解得，两侧的摩擦力相等，所以每个木板施加的静摩擦力为15 N。
（2）对左边第一本书受力分析则有
解得左边第一、二本书之间的摩擦力为
又
解得
（3）当向上抽出时，书受到两侧的向下的滑动摩擦力和重力,因此有
16、【答案】（1）；（2）；（3）（0,0）；
【解析】（1）小球沿AO方向做直线运动，则必为匀速直线运动，则受力平衡，小球受向下的重力，水平向左的电场力和垂直于AO斜向右上方的洛伦兹力，则
解得
（2）小球从开始运动到第一次经过x轴的时间
小球进入第四象限后做匀速圆周运动，则
周期
则第二次经过x轴的时间
小球射入第一象限时速度与x轴正向成45°，水平方向沿x轴正向做匀减速运动，加速度为
竖直方向做匀减速运动加速度为
ay=g
合加速度大小为
方向与x轴负向成45°角，则再次（第3次）经过x轴的时间
返回时仍经过P点，此时速度仍为
方向与x轴负向成45°角，进入第四象限后仍做匀速圆周运动，运动时间为
小球从O点到第四次通过x轴的时间
（3）小球第四次经过x轴的位置坐标为
x=2L
速度方向与x轴负向成45°角，正好与合加速度方向垂直，则第五次经过x轴时沿x轴负向的距离为，则
解得
则第五次经过x轴时小球恰好到达原点，即位置坐标为（0，0）；
第四次通过x轴后在第一象限内运动过程中到x轴的最大距离