河南省郑州市2024届高三下学期二模试题 物理含答案

2024学年郑州市高三（下）第二次模拟考试
物
理（答案在最后）
注意事项：1．答题前，考生务必用黑色碳素笔将自己的姓名、准考证号、考场号、座位号在答题卡上填写清楚。

2．每小题选出答案后，用2B 铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。

在试题卷上作答无效。

3．考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。

一、选择题：本题共5小题，每小题6分，共30分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求的。

1.1676年丹麦天文学家罗默通过木星卫星的掩食第一次测定了光速。

如图甲，木卫1转到木星的背面时，会被木星遮住来自太阳的光线，形成掩食现象。

已知木卫1绕木星做匀速圆周运动的周期为T ，木星的半径为R ，木星的质量为m ，木星绕太阳公转周期为0T ，木卫1绕木星转动周期远小于木星公转周期。

如图乙，太阳光可视为平行光，太阳光与木星地面相切线与木卫1所在轨道的交点为P 、Q 点，α∠=POQ ，引力常量为G ，下列说法正确的是()
A.木卫1绕木星运动的线速度为2πcos 2
α
R
T B.木卫1一次“掩食”过程的时间约为0
2π
αT C.木卫1绕木星运动的向心加速度为22πsin 2
α
⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭R T D.由题给信息可以推算出太阳的质量
2.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n 1：n 2=2：1，原线圈电路中接入正
弦交流电压()100V u t π=，电流表为理想交流电表。

已知R 1=8Ω，R 2=R 3，开关S 闭合前、后电流表示数之比为3：4。

下列说法正确的是（）
A.定值电阻R 2=1Ω
B.开关断开时，副线圈磁通量变化率的最大值为1102Wb/s
C.开关S 闭合时，原线圈的输入功率最大
D.开关断开时，电路中消耗的总功率为1512.5W
3.有一透明材料制成的空心球体，内径是R ，外径是2R ，球心为O ，其过球心的某截面（纸面内）如图所示，BO 为过球心的水平直线。

一束单色光（纸面内）从外球面上A 点沿水平方向射入，入射光线与BO 间的距离为d 。

当3d R =时，入射光线经折射后恰好与内球面相切。

已知光速为c 。

下列说法正确的是（）
A.该材料的折射率为2
B.单色光在空心球体中的传播时间为3R
c
C.若d R =，单色光在空心球体的内球面会发生全反射
D.若2d =，单色光不能在空心球体的内球面发生全反射
4.如图所示为针对新冠疫情设计的消杀喷药装置，内部装有2L 药液，上部密封压强为1atm 的空气0.5L ，保持阀门关闭，再充入1atm 的空气0.1L 。

假设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，外部大气压强为1atm ，下列说法正确的是（）
A.充气后，密封气体压强变为1.1atm
B.充气后，密封气体的分子平均动能增加
C.打开阀门后，密封气体对外界做正功
D.打开阀门后，密封气体向外界放热
5.地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。

如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。

如图乙所示，光线发射器内大量处于3n =激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a 、b 两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为a 、b 光单独照射光电管时产生的光电流
I 与光电管两端电压U 的关系图线。

已知光电管阴极材料的逸出功为255eV ．
，可见光光子的能量范围是162eV~311eV ．．，下列说法正确的是（）
A.光线发射器中发出的光有两种为可见光
B.题述条件下，光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为954eV ．
C.题述a 光为氢原子从3n =能级跃迁到1n =能级时发出的光
D.若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能变小，光电流减小
二、选择题：本题共3小题，每题6分，共18分。

每小题有多项符合题目的要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。

6.电磁刹车系统具有刹车迅速、安全可靠、结构简单等特点，如图所示是电磁刹车系统的示意简图。

在平行的水平轨道上等间距分布有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B ，有磁场与无磁场区域的宽度均为d 。

金属线圈固定在机车底部，线圈的宽为d 、长为L 、匝数为N 、电阻为R 。

当质量为m 的机车（含线圈）以速度0v 无动力进入该区域时，金属线圈中产生感应电流并与磁场作用形成制动效应，不计摩擦阻力，忽略机车车身通过磁场区域时产生涡流的影响，则（）
A.金属线圈通过每个磁场区域产生的焦耳热相等
B.机车刚进入磁场时受到的安培力的大小为2220N B L v R
C.金属线圈穿过每个磁场区域过程中速度的变化量相等
D.机车的制动距离为022
mv R
NB L
7.图为一透明均匀介质球的横截面，O 为圆心，AB 为直径。

一束光以60θ=︒从A
点入射， ACB 弧面出射的光与AB 平行。

下列说法正确的是（）
A.介质球的折射率约为1.55
B.介质球的折射率约为1.73
C.θ在090~︒变化时， ACB
弧面上观察不到全反射现象D.若入射光为白光， ACB
弧面上出射光形成彩色光带8.一定质量的理想气体，在经历如图所示的A →B →C →A 的状态变化过程，下列描述正确的是（）
A.气体从状态A 到状态B 的过程是等容变化，温度升高，内能增大
B.气体从状态B 到状态C 的过程，温度升高，对外做功，内能增大
C.气体从状态C 回到状态A 的过程是等压变化，温度降低，对外做功
D.气体从状态C 回到状态A 的过程，内能减少，放出热量
E.气体从状态A 再回到状态A 的全过程，外界对气体做功，气体放出热量，内能增大
三、非选择题：本题共5小题，共62分。

9.（6分）为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙两同学设计了如图所示的实验装置。

其中M 为带滑轮的小车的质量，m 为砂和砂桶的质量，0m 为滑轮的质量。

力传感器可测出轻绳中的拉力大。

（1）实验时，一定要进行的操作是______；
A.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
B.用天平测出砂和砂桶的质量
C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数
D.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m 远小于小车的质量M
（2）甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz 的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为______2m /s （结果保留三位有效数字）；
（3）甲同学以力传感器的示数F 为横坐标，加速度a 为纵坐标，画出的a—F 图象（如图）是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k ，则小车的质量为______；（填写字母）
A.1tan θ
B.01tan m θ-
C.02m k -
D.2k
（4）乙同学根据测量数据作出如图所示的a—F 图线，该同学做实验时存在的问题是______。

（填写字母）
A.先释放小车，后接通电源
B.砂和砂桶的质量m 没有远小于小车的质量M
C.平衡摩擦力时木板没有滑轮的一端垫的过高
D.没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
10.（12分）电导率δ是检验纯净水是否合格的一项重要指标，它是电阻率的倒数。

某实验小组为了测量某品牌纯净水样品的电导率，将采集的水样装入粗细均匀的玻璃管内，玻璃管两端用装有金属圆片电极的橡胶塞密封，如图甲所示。

实验小组用刻度尺测出两电极相距L ，用游标卡尺测得玻璃管的内径D 。

接下来，实验小组先用多用电表欧姆挡粗略测量水样电阻的阻值，然后再用以下器材精确测量其阻值x R ，最后分析数据，得出该品牌纯净水样品的电导率。

实验小组有以下器材供选用：
A.电流表1A （0~100μA ，内阻约为100Ω）
B.电流表2A （0~0.6A ，内阻为0.5Ω）
C.电压表V （0~15V ，内阻约为15kΩ）
D.定值电阻1 4.5Ω
R =E.定值电阻2 4.9kΩ
R =F.滑动变阻器（0~100Ω，额定电流1A ）
G.电源（2V ，内阻约为1.0Ω）
H.开关和导线若干
①如图乙所示为用10分度的游标卡尺测量玻璃管内径的图示，玻璃管内径D 的测量值为________cm；
②实验小组用多用电表粗略测量水样的电阻时选择欧姆挡的“1k ⨯”倍率，示数如图丙所示，则读数为________Ω。

③为了减小实验误差，要求电表的测量值在量程的13
以上，电表应选用______、________（选填“1A ”或“2A ”或“V ”），定值电阻应该选择________（选填“1R ”或“2R ”）。

在方框中画出适合的电路图________，并标上各器材的符号。

11.（10分）如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。

活塞质量m =4kg，活塞横截面积S =20cm 2。

活塞初始状态位于离底部高度h 1=5cm 处。

假设外界空气温度恒为27℃，大气压强p 0=1×105Pa，g =10m/s 2，
（1）用外力F 将活塞缓慢提升4cm，求此时气缸内气体的压强；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J 的热量，求此过程中气体内能的增加量。

12.（14分）如图甲所示，质量12kg m =的小物块A 静置于平台左端，A 与平台间动摩擦因数0.1μ=。

紧靠平台右侧有一质量01kg m =的足够长小车，平台和小车上表面在同一水平高度。

质量22kg m =的小滑块B 静置于小车左端，B 与小车上表面间的动摩擦因数也为0.1μ=，竖直墙面距离小车足够远。

0=t 时，给物块A 施加一水平向右的力F ，F 随时间变化的规律如图乙所示，2s =t 时撤掉力F ，4s t =时，A 与B 发生弹性碰撞，一段时间后，小车与墙面发生碰撞，碰撞时间极短，每次碰后小车速度反向，大小变为碰前的一半。

忽略小车与地面间的摩擦，重力加速度g 取210m s /，求：
（1）A 与B 发生弹性碰撞前瞬间，物块A 的速度大小；
（2）小车与墙壁第1次碰撞后到与墙壁第2次碰撞前瞬间，滑块与小车间由于摩擦产生的热量；
（3）小车与墙壁第1次碰撞后到与墙壁第3次碰撞前瞬间，小车运动的路程。

13.（20分）如图，倾角为θ的斜面足够长，MN 区间光滑，长度为L ，其余部分粗糙程度相同。

长为L 的轻绳连接两个相同的小滑块a 、b 。

开始时a 处于M
点，轻绳恰好伸直。

由静止同时释放a 、b ，经过一段时间后，a 、b 发生弹性碰
撞。

再经过一段时间轻绳突然绷紧，a、b达到共同速度，并一起匀速运动。

已知重力加速度大小为g，求
（1）滑块a与斜面粗糙部分之间的动摩擦因数；
（2）滑块b从静止释放至运动到N点的时间；
（3）滑块a、b一起匀速运动的速率。

2024学年郑州市高三（下）第二次模拟考试
物理•参考答案
一、选择题：本题共5小题，每小题6分，共30分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求的。

1.【答案】C
【解析】木卫1绕木星做匀速圆周运动，线速度为2π=
r v T ，又由几何关系知sin 2α=R r ，得sin 2α=R r ，则=v 2π,A sin 2
αR T 项错误；木卫1一次“掩食”过程的时间为2π
αT ，B 项错误；木卫1绕木星运动的向心加速度为2ω==a r 22
2π2π,C sin 2α⎛⎫⎛⎫⋅=⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭R r T T 项正确；设木星到太阳的距离为d ，木星绕太阳做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得2
220
4π=GMm m d d T ，解得太阳质量为23
2
04π=d M GT ，由于未给出木星到太阳的距离为d ，无法由题给信息测定太阳质量，D 项错误。

2.【答案】A
【解析】A.由题可知，设R 2=R 3=R ，当开关S 断开时，副线圈的负载电阻为2R ；
当开关闭合时，副线圈的负载电阻为R ；将理想变压器的原、副线圈和负载电阻
等效为一个电阻，画出电路的等效电路图，如图所示根据理想变压器电阻等效法，得212
=n R R n 负载等()，因此当开关断开时22=2=81R R R ⨯等()，当开关闭合时22==41
R R R ⨯等1()，根据闭合电路欧姆定律，可知等效电路中电流表示数1U I R R =+等，122088I R =+，'122084I R
=+，1'134I I =，解得R =1Ω，A 正确；
BC.开关断开时=8=8R R Ω等，122055A=A 884
I =+，副线圈电流121255A 2n I I n ==，副线圈电压22255V U I R =⨯=，如果副线圈匝数为1，副线圈磁通量变化率的最大值为
2t
φ∆==∆，但是实际副线圈的匝数未知，因此磁通量变化率不可求，当1=R R 等时，原线圈的输入功率最大，即副线圈开关断开时最大，BC 错误；D.开关断开时，电路中消耗的总功率为2
13025W U P R R ==+等
，D 错误。

选A。

3.【答案】C
【解析】A.根据题意，设光在A 点的折射角为2θ
，画出光路图，如图所示由几何关系可知1BOA θ=∠，21sin 22
R R θ==
，则该材料的折射率为12sin 21sin 2
n θθ==错误；B.由A
分析图可知，单色光在空心球体中的传播距离为s =
，传播速度为c v n ==6==s R t v c ，B 错误；CD.入射光线从1A 射入，经折射后，射到内球面D
点，如图所示则有sin sin i n r =
，解得sin sin i r n =，由正弦定理有()1sin sin 2i r R R
π-=
，解得1sin 2sin i r =d R =
，则有11sin sin i C n
===，可知，色光在空心球体
的内球面发生全反射，当d =
，则有11sin sin i C n =
>=，可知，色光在空心球体的内球面发生全反射，C 正确，D 错误。

选C。

4.【答案】C
【解析】A.把充入的气体和原气体作为整体，气体做等温变化，根据玻意耳定律可得
11201()p V V V p =+
解得
1 1.2atm
p =故A 错误；
B.温度是平均动能的标志，温度不变，所以分子的平均动能不变，故B 错误；
C.充气后封闭气体压强变为1.2atm，大于大气压强，所以打开阀门后，气体膨胀，对外界做功，故C 正确；
D.打开阀门后，密封气体对外做功，温度不变，内能不变，则气体从外界吸热，选项D 错误。

故选C。

5.【答案】B
【解析】A.光线发射器中发出的光子的能量分别为
()1 1.51eV 13.6eV 12.09eV
E =---=()2 3.40eV 13.6eV 10.2eV
E =---=()3 1.51eV 3.40eV 1.89eV
E =---=可见光光子的能量范围是162eV~311eV ．
．，光线发射器中发出的光有一种为可见光，A 错误；
B.根据
10km
E W E =+光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为
km 954eV
E =．B 正确；
C.由图丙可知，a 光遏止电压小于b 光遏止电压，由
0km E W E =+，c km
eU E =得a 光能量小于b 光能量，则题述a 光为氢原子从2n =能级跃迁到1n =能级时发出的光，B 错误；
D.部分光线被遮挡，不改变光子能量，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变。

因为光子数量减少，则光电子数量减小，光电流变小，D 错误。

故选B。

二、选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。

每小题有多项符合题目的要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。

6.【答案】BC 【解析】A.线圈经过每个磁场时通过线圈的电荷量为
E NBLd q I t t N R R R
∆Φ=∆=∆==，即通过每个磁场时通过线圈的电荷量相等，根据Q=EIt=Eq，随机车速度的减小，线圈经过每个磁场时产生的感应电动势减小，则金属线圈通过每个磁场区域产生的焦耳热逐渐减小，选项A 错误；
B.机车刚进入磁场时受到的安培力的大小为22200NBLv N B L v F NBIL NBL R R
===安，选项B 正确；
C.金属线圈穿过每个磁场区域过程中根据动量定理F t m v -∆=∆安，而
F t NBIL t NBLq ∆=∆=安，金属线圈穿过每个磁场区域过程中速度的变化量相等，
选项C 正确；D.金属线圈穿过每个磁场区域过程中速度的变化量222NBLq N B L d v m mR
∆==，机车的制动距离为00222v mv R x d v N B L
=
=∆，选项D 错误。

选BC。

7.【答案】BCD 【解析】AB.根据题意，由折射定律画出光路图，如图所示
由几何关系有OAD ODA ∠=∠，可知60αθ==︒，则有30OAD ODA ∠=∠=︒，折射
率为sin 60 1.73sin 30n ︒==≈︒
，A 错误，B 正确；C.由AB 分析可知，光线在 ACB
弧面上的入射角等于在A 点的折射角，则θ在090~︒变化时，不可能在 ACB
弧面上发生全反射，C 正确；D.若入射光为白光，由于各种颜射的光的折射率不同，则各种颜射的光在 ACB
弧面上的出射点不一样，将形成彩色光带，D 正确。

选BCD。

8.【答案】ABD
【解析】A.气体从状态A 到状态B 的过程，图线是过原点直线，所以
p C T =，此过程等容变化，温度升高，内能增大；故A 正确；
B.气体从状态B 到状态C 的过程，温度升高，内能增大0U ∆>，图线上的点与原点连线的斜率等于p T ，可知p T 减小，由理想气体状态方程pV C T =，知气体体积V 增大，气体对外做功；故B 正确；
C.气体从状态C 回到状态A 的过程是等压变化，温度降低，由
V C T
=，可知气体体积V 减小，外界对气体做功；故C 错误；
D.气体从状态C 回到状态A 的过程，温度降低，内能减少0U ∆<，外界对气体做功0W >，由热力学第一定律U W Q ∆=+，可知0Q <，即放出热量；故D 正确；
E.作出p ﹣V 图像
根据p ﹣V 图像与V 轴所围的面积表示气体做功，可知气体从状态A 再回到状态A 的全过程，气体对外界做功W ＜0，内能不变0U ∆=，由热力学第一定律U W Q ∆=+，可知0Q >，所以气体吸收热量，E 错误。

选ABD。

三、非选择题：本题共5小题，共62分。

9.（6分）【答案】AC 2.00C D
【解析】（1）[1]A.用弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故A 正确；
BD.拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使小桶（包括沙）的质量远小于车的总质量，故BD 错误；
C.使用打点计时器时，应先接通电源，待打点稳定后再释放小车，故C 正确。

故选AC。

（2）[2]根据匀变速直线运动推论Δx =aT 2，依据逐差法，可得
2456123 2.00m/s 9()()x x x x x a x T ++++==-（3）[3]由牛顿第二定律，对小车分析有
()02F M m a
=+整理得
2a F M m =
+由图像得0
2
k M m =+解得02M m k =
-故选C。

（4）[4]如图所示，当拉力达到一定数值时才产生了加速度，说明没有平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力，故选D。

10.（12分）【答案】2.1641.910⨯或190001A 2A 1R 【解析】①[1]玻璃管内径D 的测量值为
2.1cm 0.16mm 2.16cm
D =+⨯=②[2]图丙指针指在19，所以读数为
191kΩ19000Ω
x R =⨯=③[3][4]因为电压表量程太大，所以用双安法实验，所以选择电流表2A 与定值电阻串联作为电压表使用，电流表A 2的阻值一定，通过A 2的电流可以直接读
出，通过A 1的电流可以根据并联电路的特点计算得出，故电表选择1A 和2A ；[5]由
2 3.3Ω0.6
E R I '=
=≈可知定值电阻选择1R ；[6]为了保护电路以及电压的保护范围大一些，滑动变阻器采用分压接法，改装
电压表的电流已知，因此采用外接法，则电路图如下
11.（10分）【答案】（1）52210Pa 3
p =⨯；（2）8.8J U ∆=【解析】（1）设初状态压强1p ，对活塞受力分析有
510 1.210Pa mg p p S
=+=⨯又
1122
p Sh p Sh =解得
52210Pa 3
p =⨯（2）对气缸内气体缓慢加热过程有
()1112
S h h Sh T T +∆=解得
0.5cm
h ∆=
气体对外做功
1 1.2J
W p S h =-∆=-根据热力学第一定律有
U Q W
∆=+解得
8.8J
U ∆=12.（14分）【答案】（1）12m/s；（2）48J；（3）10m
【解析】（1）在F —t 图像中，图像与时间轴围成的面积等于F 的冲量，在0-4s 时间内，根据动量定理0F I mgt mv μ-=，代入数据可得012m/s
v =（2）A、B 在碰撞的过程中，满足动量守恒和机械能守恒101122m v m v m v =+，222101122111222
m v m v m v =+，解得10v =，212v =m/s ，由于竖直墙面距离小车足够远，在小车与墙壁碰撞前，B 与小车达到共速，根据动量守恒22203()m v m m v =+，解得38m/s =v ，第1次碰后小车速度反向，大小减半，到第2次碰前根据动量守恒3230204()2
v m v m m m v -=+，解得44m/s v =，在这个过程中，因摩擦产生的热量2223230204111()()2222
v Q m v m m m v =+-+，解得48J Q =（3）小车向左运动的过程中，根据牛顿第二定律20m g m a μ=，可知小车的加速
度22m/s a =，从第1次碰撞到第2次碰撞前，小车通过的路程2
31222v s a
⎛⎫ ⎪⎝⎭
=⨯，从第2次碰撞到第3次碰撞前，小车通过的路程242222v s a ⎛⎫ ⎪⎝⎭
=⨯，小车通过的总路程12s s s =+，代入数据解得10m
s =13.（20分）【答案】（1）tan θ
；（2）(1
【解析】（1）a 、b 一起匀速运动时，对a 、b 整体有
2sin 2cos mg mg θμθ
=⋅解得
tan μθ
=（2）a 、b 一起下滑距离L ，对a 、b 整体有
1
2sin cos 2mg mg ma θμθ-=解得
11sin 2
=a g θ由位移公式可得21112L a t =
解得
1t =此时a 、b 的速度为
111v a t ==b 从M 运动至N ，因绳子松弛，对b 有
2
sin mg ma θ=由位移公式可得
2122212
L v t a t =+解得
2t =又
12
t t t =+解得
(1t =+（3）b 运动至N 点后匀速运动，此时速度为
2122v v a t =+=之后a 、b 发生弹性碰撞，由于质量相同，所以碰后交换速度，直至轻绳绷紧，二者以相同的速度v 匀速运动，该过程系统动量守恒，则有
122mv mv mv
+=解得
v =。