2023-2024年湖北省高三下学期四调（三模）考试物理试题（解析版）

物理试卷一、单选题1.年月日，全球首座第四代核电站在山东石岛湾并网发电，这标志着我国在高温气冷堆核电技术领域领先全球。当前广泛应用的第三代核电站主要利用铀（）裂变产能，铀（）的一种典型裂变产物是钡（）和氢（）。下列说法正确的是（）A.有个中子，个质子B.铀原子核的结合能大于钡原子核的结合能C.重核裂变成中等大小的核，核的比结合能减小D.上述裂变反应方程为：【答案】B【解析】有个质子，个中子，故A错误；原子序数越大的原子核的结合能越大，所以铀原子核的结合能大于钡原子核的结合能，故B正确；重核裂变成中等大小的核，中等大小的核更稳定，核的比结合能变大，故C错误；根据质量数和电荷数守恒可知裂变反应方程为，故D错误。故选B。2.我国首个大型巡天空间望远镜（）将于年发射升空，它将与我国空间站共轨并独立飞行，已知巡天空间望远镜预定轨道离地面高度约为，地球同步卫星离地面高度约为，下列说法正确的是（）A.巡天空间望远镜加速就可以与空间站对接B.巡天空间望远镜运行的线速度大于C.巡天空间望远镜在轨道上运行的周期比同步卫星的周期大D.巡天空间望远镜的加速度大于放在赤道上物体的向心加速度【答案】D【解析】天空间望远镜与空间站共轨独立飞行，若巡天空间望远镜加速，巡天空间望将做离心运动，变轨到更高的轨道，不可能与空间站对接，故A错误；根据，可得，地球第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度，等于地球表面轨道卫星的线速度，则巡天空间望远镜运行的线速度小于，故B错误；由万有引力提供向心力可得，可得，可知巡天空间望远镜在轨道上运行的周期比同步卫星的周期小，故C错误；由万有引力提供向心力可得，可得，可知巡天空间望远镜的加速度大于同步卫星的加速度，由，可知同步卫星的加速度大于放在赤道上物体的向心加速度，则巡天空间望远镜的加速度大于放在赤道上物体的向心加速度，故D正确。故选D。3.如图所示，某款手机支架由“型”挡板和底座构成，挡板使用一体成型材料制成，其、部分相互垂直，可绕点的轴在竖直面内自由调节，、部分对手机的弹力分别为和（不计手机与挡板间的摩擦），在“型”挡板由图示位置顺时针缓慢转至水平的过程中，下列说法正确的是（）A.逐渐增大，逐渐减小B.逐渐减小，逐渐增大C.逐渐减小，先增大后减小D.先增大后减小，逐渐减小【答案】A【解析】对手机受力分析，如图所示，已知，、部分对手机的弹力分别为和相互垂直，即，手机处于静止状态，则手机受力平衡，根据拉密原理，因为，手机的重力和不变，所以上式的比值不变。挡板由图示位置顺时针缓慢转至水平的过程中，由钝角增大到，即减小，故变小；由钝角减小到，即变大，故变大。故选A。4.如图所示，粗细均匀的玻璃管（上端开口，下端封闭）竖直放置，管内用长为的水银柱封闭一段长的理想气体，现将玻璃管在竖直平面内缓慢转至水平放置（水银未溢出）。已知大气压强，玻璃管导热性能良好且环境温度保持不变。下列说法正确的是（）A.玻璃管缓慢转至水平放置的过程中，气体放出热量B.玻璃管缓慢转至水平放置的过程中，外界对气体做功C.玻璃管竖直放置时，封闭气体的压强为D.玻璃管水平放置时，封闭气体的长度为【答案】D【解析】玻璃管竖直放置时，封闭气体的压强为，玻璃管水平放置时，封闭气体的压强为，由玻意耳定律可得，解得玻璃管水平放置时，封闭气体的长度为，玻璃管缓慢转至水平放置的过程中，气体温度不变，则气体内能不变，气体的体积增大，则气体对外做功，根据热力学第一定律，可知气体吸收热量。故选D。5.金属探测仪内部电路可简化为线网与电容器构成的振荡电路，某时刻电流方向和电容器极板间电场方向如图所示，关于该时刻下列说法正确的是（）A.电路中的电流正在减小 B.点电势比点电势低C.电容器所带电荷量正在减小 D.线圈磁场能正在增大【答案】A【解析】电容器中场强向下，根据回路电流方向可知，电容器正在充电，电容器电荷量在增大，回路电流在减小，磁场能在减小，点与正极板相连，与负极板相连，则点电势比点电势高。故A正确BCD错误。故选A。6.如图所示，在直角区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场（未画出），磁感应强度大小为，点处的粒子源可向纸面内磁场区域各个方向发射带电粒子。已知带电粒子的质量为，电荷量为，速率均为，长为且，忽略粒子的重力及相互间的作用力。下列说法正确的是（）A.自边射出的粒子在磁场中运动的最短时间为B.自边射出的粒子在磁场中运动的最长时间为C.边上有粒子到达区域的长度为D.边上有粒子到达区域的长度为【答案】C【解析】根据，解得，自边射出的粒子在磁场中运动的最短时间的运动轨迹交于点，圆弧所对应的圆心角为，自边射出的粒子在磁场中运动的最长时间的运动轨迹交于点交于点，圆弧所对应的圆心角为，如图所示，根据，解得，综上所述，可得，，故AB错误；边上有粒子到达区域的长度为之间的距离，由几何关系可得，故C正确；边上有粒子到达区域的长度为之间的距离，由几何关系可得，故D错误。故选C。7.如图甲所示，辘轳是古代民间提水设施、由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。某次汲完水自水面由静止开始上升的过程中，水斗的加速度随上升高度的变化规律如图乙所示，已知水斗上升至井口时速度刚好为零，下列说法正确的是（）A.时，水斗的加速度大小为B.时，水斗的速度大小为C.时，水斗做匀减速直线运动D.水斗自水面上升所用时间为【答案】B【解析】根据，图像与坐标轴围成的面积表示速度平方的一半，则及面积相等，解得时，水斗的加速度大小为，故A错误；根据，则时，水斗的速度大小为，故B正确；时，水斗加速度在变化，所以不是匀减速直线运动，故C错误；从静止开始上升过程中，先做匀加速运动，后做匀速运动，之后做匀减速直线运动，最后做加速度减小的减速运动，图像如图所示，如果最后阶段一直匀减速运动，则减速运动时间为，根据图像代表位移可知，实际做加速度减小的减速，则实际减速时间大于，总时间大于，故D错误。故选B。二、多选题8.一列简谐横波沿轴方向传播，在时刻的波形图如图甲所示，此时质点的位移为，质点的位移为，波上质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（）A.该简谐横波沿轴正方向传播B.该简谐横波的波速为C.时，质点正在向轴负方向振动D.再经过，质点通过的路程为【答案】A、B【解析】由质点的振动图像可知，在时刻，质点在平衡位置向下振动，结合波形图可知，该简谐横波沿轴正方向传播，选项A正确；波形图的表达式为，将点带入可得，即，解得，该简谐横波的波速为，选项B正确；由“同侧法”可知，时，质点正在向轴正方向振动，选项C错误；再经过，则波沿x轴正向传播，此时质点到达平衡位置向下振动，可知质点通过的路程为，选项D错误。故选AB。9.如图所示，正方形的对角线长为，在、两点分别放置电荷量为的点电荷，为正方形外接圆上任意一点，为外接圆的圆心，静电力常量为，下列说法正确的是（）A.、两点的电场强度相同B.将负电荷沿直线由移到的过程中，电场力先做正功后做负功C.对角线连线上电场强度的最大值为D.若两点电荷在点的电场强度大小分别是、，则为定值【答案】B、C、D【解析】、两点的电场强度方向不同，即电场强度不同，A错误；点到点的电场强度方向为向下，点到点电场强度方向为向上，将负电荷沿电场线由移到的过程中，电场力先做正功后做负功，B正确；设连线上某一点到点的角度为，点的受力如图所示，对点进行受力分析可知，则，由此解得当时，的最大值为，C正确；设点到点的连线与的夹角为，则有，，即，D正确。故选BCD。10.如图所示，某传送带的倾角，长为，以的速率逆时针运转。在传送带顶端点静止释放一个质量为的物体，同时传送带在电动机的带动下，以加速运转，已知物体与传送带间的动摩擦因数为，，，重力加速度取，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体从顶端点运动至底端点的过程中（）A.物体一直做匀加速直线运动B.物体从点运动至点所用时间为C.物体在传送带上留下划痕的长度为D.物体从点运动至点的过程中因摩擦产生的内能为【答案】B、C【解析】物体由静止释放，一开始受到的摩擦力沿传送带向下，由牛顿第二定律可得，设经过时间物体与传送带达到相同速度，则有，代入数据可得，，该段过程物体与传送带通过的位移分别为，，共速后，假设物体与传送带可以保持相对静止，则有，解得物体受到的静摩擦力大小为，则共速后物体与传送带一起以的加速度向下做匀加速直线运动，设共速后经过时间，物体到达点，则有，解得，则物体从点运动至点所用时间为，物体在传送带上留下划痕的长度为，物体从点运动至点的过程中因摩擦产生的内能为，故选BC。三、实验题11.某同学用实验室现有器材设计了如图甲所示装置来测量当地的重力加速度。该同学进行了如下操作：①调整弧形槽末端水平并固定，再将金属小球静置于槽的末端。在小球静止位置安装一个光电门，接通电源、使光电门发出的光线与小球球心在同一水平线上；②测量金属小球的直径以及弧形槽末端到水平地面的竖直高度；③将金属小球放在弧形槽一定高度静止释放；测量小球落点与球心在水平地面投影点间的距离；（1）用螺旋测微器测得金属小球的直径如图乙所示，则___________；（2）某次实验中，金属小球通过光电门的时间为，则金属小球的速度___________；（用题目中物理量符号表示）（3）调整金属小球释放的位置，重复步骤③，得到多组对应的与，作出的图像为一条倾斜直线，测得斜率为，则该地的重力加速度___________（用、、表示）。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】（1）由螺旋测微计读数可知；（2）根据速度的定义式可知；（3）根据平抛运动规律可知，，联立上式可知，解得重力加速度为。12.菜同学设计图示电路测量一电源的电动势、内阻和电流表内阻，闭合开关，多次调节电阻箱的阻值，记录电阻箱阻值、电压表的示数、电流表的示数。（1）当读数为时，电压表、电流表读数分别为、，则电流表内阻___________；（2）利用所测数据，作出的图线为一条倾斜直线，计算得到直线的斜率为，在纵轴上的截距为，则电源的电动势___________，内阻___________；（3）利用所测数据，作出的图线为一条倾斜直线，计算得到直线的斜率为，则电源的电动势___________，电动势的测量值___________真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】（1）；（2）；；（3）；小于【解析】（1）根据欧姆定律可得，可得电流表内阻为；（2）根据闭合电路欧姆定律可得，整理可得，可知，图像的纵轴截距为，可得电源的电动势为，，图像的斜率为，可得内阻为；（3）根据闭合电路欧姆定律可得，整理可得，则有，解得电源的电动势为，该实验的系统误差来源主要是为考虑电压表的分流作用，把电源和电压表并联看成一个等效电源，可知电动势测量值为等效电源的电动势，则电动势测量值小于真实值。四、解答题13.如图所示，为等腰直角三棱镜的截面图，，为边上一点，是边的中点。一束单色光自点垂直边射入棱镜，逆时针调整入射角度，当入射光线垂直于边时，边恰好无光线射出。已知光在真空中的传播速度为，只考虑光线在棱镜中的第一次反射，求：（1）棱镜对该单色光的折射率；（2）若该单色光自点平行于边射入，折射光线经点反射后从边射出，求单色光在棱镜中传播的时间。【答案】（1）；（2）【解析】（1）光线垂直于边射入棱镜后光路图如图所示，设光线在棱镜中发生全反射的临界角为，由几何关系可得，又，解得；（2）光线自点平行于边射入棱镜，光线恰好经过点的光路图如图所示，由折射定律得，可得折射角为，则有，在中，由正弦定理可得，解得，由对称性可知，光线在棱镜中通过的路程为，光线在棱镜中的传播速度为，光线在棱镜中传播的时间。14.如图，质量的木板静止在光滑水平地面上右侧的竖直墙面固定一劲度系数为的轻弹簧，弹簧处于自然状态。质量的小物块以水平向右的速度滑上木板左端，两者共速时木板恰好与弹簧接触。已知木板足够长，物块与木板间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终处在弹性限度内，取重力加速度，结果可用根式表示。（1）求木板刚接触弹簧时速度的大小；（2）求木板与弹簧接触以后，小物块与木板即将相对滑动时弹簧弹力的大小；（3）弹簧的弹性势能与形变量的关系为，已知木板从与小物块即将发生相对滑动至向右减速为所用时间为秒，求此过程中弹簧对木板冲量的大小。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】（1）由于地面光滑，则、组成的系统动量守恒，则有，代入数据有；（2）木板与弹簧接触以后，对、组成的系统有，对有，当时物块与木板之间即将相对滑动，解得；（3）物块与木板之间即将相对滑动，解得此时的弹簧压缩量，对系统有，代入数据有，木板从与小物块即将发生相对滑动至向右减速为过程对木板应用动量定理，解得。15.如图所示，两平行光滑金属导轨间距为，导轨平面与水平面的夹角为，导轨区域有方向垂直轨道平面，面积为的有界均匀磁场（图中未画出）；导轨区域有方向垂直轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，导轨、及导线的电阻不计，导轨、单位长度电阻为，质量为、电阻为的金属棒位于区域的磁场中，与导轨垂直并接触良好，重力加速度为。（1）若区域的磁感应强度大小随时间变化关系为（且为常量），方向垂直轨道平面向上，棒静止在导轨上，求的大小；（2）若区域的磁感应强度大小随时间变化关系为（，且为已知常量），方向垂直轨道平面向下，在时平行导轨向下以某速度释放棒，棒能匀速通过区域，求棒的速度大小；（3）若撤去区域的磁场，将区域的磁场设置为方向垂直轨道平面向上，磁场的磁感应强度大小为（，且为已知常量）的均匀磁场；换质量为、电阻不计的金属棒，在时刻从处由静止释放，同时施加沿导轨方向向下的外力使棒以恒定的加速度在导轨上滑动，求外力与时间的关系表达式。【答案】（1）；（2）；