2023-2024学年湖北省宜昌市协作体高三上期中考试物理试卷+答案解析(附后)

2023-2024学年湖北省宜昌市协作体高三（上）期中考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。

1.中科院合肥物质科学研究院的可控核聚变装置全超导托卡马克已实现了可重复的亿摄氏度
101秒和亿摄氏度20秒等离子体运行，创造了新的世界纪录．核聚变的核反应方程是
，则下列说法错误的是( )
A. X是中子
B. 这个反应必须在高温下才能进行
C. 是核反应中释放的内能
D. 的比结合能要大于的比结合能
2.某学校举行百米赛跑，小明同学运动的图像，如图所示，则小明同学加速运动过程中的加速度大小为( )
A. B. C. D.
3.中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。

该系统包括5颗地球同步卫星和30颗中圆轨道卫星，中圆轨道卫星的轨道半径比同步卫星的小，关于北斗卫星，下列说法中正确的是( )
A. 中圆轨道卫星线速度比同步卫星线速度小
B. 中圆轨道卫星的发射速度比同步卫星发射速度小
C. 通过调整，可使同步卫星定点在北京上空
D. 同步卫星的向心加速度比地球赤道上物体随地球自转时向心加速度小
4.小明站在水池边玩激光笔，他用单色光a斜射向水面，其折射光线把水池底的小鹅卵石P照亮，一会儿水池水面上升一些，他换用单色光b沿同一路径斜射向水面，其折射光线恰好也把小鹅卵石P照亮。

小鹅卵石P可以看成一个点，则下列说法正确的是( )
A. a光的波长比b光长
B. 水对a光的折射率比b光大
C. a光在水中传播速度比b光大
D. 用同一装置做双缝干涉实验，a光的相邻干涉条纹间距比b光大
5.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为k ，原线圈接电压稳定的正弦交变电源，为定值电阻，
为滑动变阻器，现移动滑片P ，则滑动变阻器两端的电压变化量和流过
的电流变化量的比值为
( )
A. B. C. D.
6.如图所示，用长为L 的细线悬挂于O 点的小球处于静止状态，质量为m 的子弹以速度水平射入小球，
子弹穿过小球后的速度为
，子弹穿过小球后瞬间细线上的张力是子弹射入小球前细线张力的
倍，子
弹穿过小球时间极短，重力加速度为g ，不考虑小球质量变化，则小球的质量为( )
A. B. C. D.
7.图中所示虚线1、2、3、4为静电场的等势面，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0。

一个电子在运动中仅受静电力的作用，经过a 、b 点的动能分别为2eV 和17eV ，则下列说法正确的是( )
A. 电子一定是从a 点运动到b 点
B. 等势面1的电势为10V
C. 电子在等势面2上的电势能为
D. 电子的电势能为
时，它的动能为15eV
二、多选题：本大题共3小题，共18分。

8.在某水平均匀介质中建立如图所示的三维直角坐标系，xOy平面水平。

在x轴上的两个波源、的x
坐标分别为、，时刻、同时开始振动，的振动方程为
，的振动方程为，振动形成的波传播速度为，y轴上P点的y坐标为，取，则下列说法正确的是( )
A. P点的起振方向沿z轴正向
B. 当振动形成的波传到P点时，P点在平衡位置沿z轴负向运动
C. 两列波在P点叠加后，P点离开平衡位置的最大位移为18cm
D. y轴上，坐标原点O和P点间，只有一个振动加强点
9.如图所示，两平行倾斜导轨与水平导轨平滑连接，倾斜导轨光滑、水平导轨粗糙，导轨电阻不计。

质量
为的金属棒b静止在离倾斜导轨底端足够远的水平导轨上，棒与导轨垂直，水平导轨处在方向竖
直向上的匀强磁场中，磁感应强度。

质量为的金属棒a与距水平导轨高为处由
静止释放。

已知两金属棒的电阻均为，两导体棒与水平导轨的动摩擦因数均为，导轨宽度为，重力加速度为，则下列说法正确的是( )
A. 金属棒a沿斜导轨下滑过程机械能守恒
B. 金属棒a下滑过程，因回路面积变小，故磁通量变小
C. 金属棒a进入水平导轨后，金属棒b做加速度减小的加速运动
D. 金属棒a整个运动过程中，两金属棒产生的焦耳热小于4J
10.如图甲所示，质量为的物块放在静止于粗糙水平面上的长木板上，从时刻起物块受到水平向右的外力，此外力变化规律如图乙所示，物块与长木板之间的摩擦力f随时间变化的规律如图丙所示，
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是( )
A. 物块与长木板之间的动摩擦因数为
B. 长木板的质量为2kg
C. 时，物块的速度大小为
D. 长木板与地面之间的动摩擦因数为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。

11.某同学用如图甲所示装置验证动量定理.斜面体固定在桌面上，装有遮光条的滑块质量为M，重力加速度为g。

实验前先用游标卡尺测量遮光条宽度，读数如图乙所示，则遮光条的宽度_________mm；
绕过定滑轮的细线连接着滑块和装有砂的砂桶，牵引滑块的细线与斜面平行，改变砂桶中砂的质量，向下轻推物块，直到滑块通过两光电门时间相等，测量并记录这时砂和砂桶的质量m，不悬挂细线和砂桶，由静止释放滑块，则滑块沿斜面向下运动的合外力等于_________；若滑块通过光电门1、2时遮光条遮光时间分别为、，两光电门间的距离为x，则物块从光电门1运动到光电门2所用的时间_________；
滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，如果表达式_________成立，则动量定理得到验证.
12.要测量两节干电池的总电动势和内阻，实验小组成员根据实验室提供的器材设计了如图甲所示电路。

电路中电压表的量程为3V，内阻较大，电阻箱，毫安表量程为，内阻为。

图甲中用定值电阻将毫安表改装成量程为的电流表，则_________；请用笔画线代替导线将实物图乙连接完整。

( )
将电阻箱接入电路的电阻调到较大，闭合电键后调节电阻箱，测得多组电压表和毫安表的示数U、I，作出图像，得到图像与纵轴的截距为b，图像的斜率为k，则电池的电动势_________V，内阻
_________。

结果均用已知量和测量量的符号表示
若实验过程小组成员也记录了每次调节后电阻箱的阻值，根据多组U、R值，作出图像，根据图
像的截距和斜率也可以求得电源的电动势，这样测得的电动势_________填“大于”“小于”或“等于”
电源的实际电动势。

四、计算题：本大题共3小题，共38分。

13.导热性能良好的汽缸内壁顶部有一固定卡环，卡环到汽缸底部高度为20cm，一个质量为1kg的活塞将汽缸内气体封闭，汽缸内壁光滑，活塞与汽缸内壁气密性良好，静止时，活塞与卡环接触，已知大气压强为，环境温度为300K，当环境温度降为280K时，卡环对活塞的压力刚好为零，重力加速度取，活塞的截面积为，不计活塞的厚度，求：
开始时，卡环对活塞的压力；
当环境温度为280K时，在活塞上放一个质量为2kg的重物，当活塞重新稳定时，活塞离缸底的距离。

14.如图所示，一个质量为的小球悬挂在长的细线下端。

左侧有一竖直放置的圆管轨
道DEF，轨道半径，EF为其竖直直径，，B点到D点的竖直距离。

现
让小球从与竖直方向成角的A点由静止释放，小球运动到悬挂点正下方B点时绳子刚好断开，接着小球
从B点飞出后刚好由D点切线进入圆管轨道，而且小球运动到圆管轨道的最高点F时和管道内外壁均无弹
力作用。

g取，，，不计空气阻力，求：
小球在B点速度大小；
细线与竖直方向的夹角；
在圆管轨道间运动时，小球克服摩擦力所做的功。

15.如图甲所示，在半径为R的圆形区域内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场I，圆心的坐标为，在x轴下方有垂直于坐标平面向里的匀强磁场II，P、Q为长2R的平行板，Q板在x轴负半轴上，两板间的距离为2R，在两板间加上如图乙所示的电压，在两板的左侧有一粒子源，从时刻开始沿两板中线
发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子，粒子初速度为，长为2R的接收器ab水平放置在x轴正半轴上，a端离O点距离为R，在时刻从粒子源射出的粒子经磁场I偏转后从O点沿y轴负方向进入磁场II，此粒子刚好打在接收器上的b点，所有粒子均能从两板间射出，不计粒子重力和粒子间相互
作用，求：
粒子在两板间运动的最大侧移；
匀强磁场I、II的磁感应强度和的大小；
当时，接收器ab上有粒子打到区域的长度。

答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
根据质量数、电荷数守恒可知，X是中子;该反应为核聚变，必须在高温下进行，反应后释放能量，新核更稳定，比结合能更大。

【解答】
A.根据质量数、电荷数守恒可知X的质量数为1，核电荷数为0，则X是中子，A项正确；
B.这个反应是热核反应，必须在高温下才能进行，B项正确;
C.是核反应中释放的核能而不是内能，C项错误;
D.该核聚变释放能量，生成物的原子核更稳定，的比结合能要大于的比结合能，D项正确。

本题选错误选项，故选C。

2.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了图像，关键是知道图象与坐标轴围成的面积表示位移，结合题干中位移为100m和速度时间关系式即可求解。

【解答】在图像中，图像的面积表示位移，令匀速运动的速度为v，根据图像可知，匀加速与匀速经
历的时间分别为，，令，则有
在匀加速过程有，解得，故C正确。

3.【答案】B
【解析】【分析】
对于绕地做匀速圆周运动的卫星，由万有引力提供向心力分析圆周运动的物理量，对于同步卫星，要明确其与地球自转的角速度、周期相同，抓住这两点即可解题。

【解答】A. 由，得，可知轨道半径越小，线速度越大，A错误;
B. 轨道半径越大，需要的发射速度越大，B正确;
C. 同步卫星只能定点在赤道上空，C错误;
D. 同步卫星与赤道上物体随地球自转角速度相同，由可知同步卫星向心加速度大于赤道上物体向心加速度，D错误.
故选B。

4.【答案】B
【解析】AB、由题意，画出两次光路图如图所示，由图可见，a、b两种色光在水面折射时，入射角相同，a 光的折射角小，则水对a光的折射率比b光大，说明a光的频率大，波长短，故A错误，B正确；
C、根据光速公式可知，a光在水中传播速度比b光小，故C错误；
D、a光的波长知，根据双缝干涉条纹间距公式可知，用同一装置做双缝干涉实验，a光的相邻干涉条纹间距比b光小，故D错误。

故选：B。

画出两次光路图，根据折射定律分析水对两光的折射率大小，从而判断波长的大小，由分析光在水中传播速度的大小。

根据双缝干涉条纹间距公式分析干涉条纹间距大小。

解答本题的关键要是画出光路图，根据折射定律判断折射率大小，再分析其他量的关系。

5.【答案】D
【解析】【分析】
本题为变压器问题，要知道理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，电流比等于匝数的反比，以这个为出
发点分析解题。

【解答】根据变压器的原理，，有，
在原线圈电路中，定值，则，，，且
于是有，D正确.
故选D。

6.【答案】A
【解析】子弹穿过小球过程中，子弹和小球水平动量守恒，设穿过瞬间小球的速度为v，设子弹碰前的速度为正方向，则
整理解得
对小球由牛顿第二定律
其中
代入解得
故A正确，BCD错误。

故选：A。

子弹射入小球的前后瞬间动量守恒，根据动量守恒定律求出子弹射入小球后瞬间的速度大小，结合牛顿第二定律求出此时的拉力。

本题考查动量守恒定律、圆周运动等知识，目的是考查学生的分析综合能力。

运用牛顿第二定律、动量守恒定律时，注意研究的对象，知道圆周运动最高点和最低点向心力的来源，结合牛顿第二定律进行求解。

7.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查电场的性质。

解决问题的关键是清楚电场力做功的公式，电势能和电势的关系式，知道电子在电场中运动时动能和电势能之和不变。

【解答】
A.电子不一定是从a点运动到b点，故A错误；
B.若电子从a点运动到b点，根据动能定理，电场力做正功
，得，即，可见相邻的等势面之间的电势差为5 V，因为，所以
，故B错误；
C.，所以电子在等势面2上的电势能为，故C错误；
D.电子运动中动能和电势能之和不变，为，故D正确。

8.【答案】BD
【解析】A.根据勾股定理，到P点之间的距离
到P点之间的距离
因此振动形成的波先传播到P点，质点P的起振方向与相同，即沿z轴负方向，故A错误；
B.点到P点距离为，点到P点距离为，波的周期为
两列波在同一种介质中传播速度相同，波源的波传播到P点用时
波源的波传播到P点用时
可见当的波传到P点时，P点已经完成3个全振动，在平衡位置沿z轴负向运动，故B正确；
C.波长为
两波源到P点的路程差为3m，为波长的3倍，由于两波源起振方向相反，因此P点是振动减弱点，P点离开平衡位置的最大位移为2cm，故C错误；
D.
坐标原点O与、的路程差为，因此y轴上，坐标原点O和P点间，到、的路程差为处为振动加强点，故D正确。

故选：BD。

A.根据勾股定律求解两波源到P点的距离，判断哪列波先到达P点，再确定起振方向。

B.根据振动方程求周期；波在同种均匀介质传播速度相同，根据匀速运动公式求时间，再确定质点P的振动方向；
C.根据振动加强和减弱的条件判断质点P的振动情况，然后判断P点离开平衡位置的最大位移；
D.根据振动加强和减弱的条件判断OP之间振动加强点的个数。

本题考查了振动振动方向的判断以及振动加强和减弱的条件；可根据波程差其中，1，或其中，1，来判断振动的加强或减弱，要注意起振方向相同还是相反。

9.【答案】AD
【解析】A.金属棒a沿斜导轨下滑过程，只有重力做功，故机械能守恒，故选项A正确；
B.金属棒a下滑过程，因有效面积不变，故磁通量不变，故选项B错误；
C.金属棒a下滑到底端过程，有：
又
假设b棒不动，
故假设成立，b棒保持静止，因此C错误；
D.金属棒a初始时的机械能
因金属棒a进入水平轨道后受摩擦力作用，故两棒产生的焦耳热小于 4J，故选项D正确。

故选AD。

10.【答案】AD
【解析】【分析】
本题考查动力学中的图像问题，并综合了受变化外力的板块模型。

通过三个阶段物块与长木板之间摩擦力的变化情况分析物块与长木板的运动状态，弄清1s时和3s时两个转折点的物理含义。

利用力-时间图像中面积来分析力的冲量。

【解答】
A.由图乙可知拉力F的大小与时间成正比，由图丙可知，内物块与长木板之间的摩擦力f与拉力F
等大，可知物块、长木板和地面保持相对静止；物块与长木板相对静止，相对地面加速运动； 3s 以后物块与长木板间相对滑动，由最大静摩擦力等于滑动摩擦力，设物块与长木板之间的动摩擦因数为
，可得
解得物块与长木板之间的动摩擦因数为
故A正确；
设长木板的质量为M，长木板与地面间动摩擦因素为；当时长木板与地面间开始相对滑动，此时拉力F的大小为
由于最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则
当时，物块与长木板相对静止，长木板达到最大加速度
当时，拉力F的大小为
对物块由牛顿第二定律得
解得
，，
故B错误，D正确；
C.力-时间图像中，图线与坐标轴围成的面积表示冲量，由图可知内力F的冲量大小为
物块与长木板之间的摩擦力f的冲量大小为
内对物块由动量定理可得
解得时，物块的速度大小为
故C错误。

故选AD。

11.【答案】；；；
【解析】根据游标卡尺的读数规律，该读数为
悬挂细线和砂桶，滑块受力平衡，不悬挂细线和砂桶，相当于撤去滑块受到的一个沿斜面向上的拉力mg，则滑块沿斜面向下运动的合外力等于mg；
滑块做匀加速直线运动，根据运动学公式有
解得
如果有
实验中
整理得表达式
则动量定理得到验证。

12.【答案】；；；；小于
【解析】改装之后满偏电流为
解得
实物连接如图所示
根据闭合电路欧姆定律
即
根据题意有
解得；
由
得
作出也可以求得电源的电动势和内阻，但由于电压表分流，使测得的电动势和内阻均偏小。

13.【答案】设开始时缸内气体的压强为，当环境温度降为280K时，缸内气体的压强
气体发生等容变化，则
解得
开始时
解得
在活塞上加上重物后，最后稳定时，缸内气体的压强
发生等温变化，则
解得。

【解析】本题主要考查了查理定律和玻意耳定律，关键是正确的找出初末状态参量，利用好共点力平衡求得压强即可。

14.【答案】小球从B点到D点做平抛运动，运动轨迹如图所示
设落到D点时其竖直方向分速度为，则
解得
而
水平分速度和大小相等，解得；
小球从A点运动B点，由动能定理有
代入数据解得
故；
小球在F点和轨道间无弹力，有
解得
因，
故
所以小球从D点到F点由动能定理得
代入数据解得
因此，小球克服摩擦力所做的功为。

【解析】解答本题时，要理清小球的运动过程，把握每个过程的物理规律是关键。

要能熟练运用运动的分解法研究平抛运动。

涉及力在空间的积累效果时，要优先选用动能定理。

15.【答案】粒子穿过电场的时间
因此粒子从时刻进入电场的粒子侧移最大
粒子在电场中加速度
最大侧移
所有粒子射出电场时，沿电场方向的速度变化量为零，因此所有粒子射出电场时速度大小为，方向均沿x轴正向。

在时刻从粒子源射出的粒子恰好从两板间中线上出电场，沿半径方向射入磁场I，此粒子从O点进入磁场II，则粒子在磁场I中做圆周运动的半径
根据牛顿第二定律
解得
根据题意可知，粒子在磁场II中做圆周运动的半径为
根据牛顿第二定律
解得
当时，粒子在电场中的最大侧移为
由于所有粒子在磁场I中做圆周运动的半径均等于R，因此所有粒子经磁场I偏转后均从O点进入磁场II。

在电场中向上侧移为的粒子进入磁场I偏转后轨迹和在电场中向下侧移为的粒子进入磁场I偏转后轨迹如图所示。

根据几何关系可知，两粒子进磁场II时的速度方向与y轴负方向的夹角均为，两粒子打在粒子接收器上的位置相同，该点是离O点最近的点，离O点的距离
因此，接收器ab上有粒子打到的区域长度。

答：粒子在两板间运动的最大侧移为；
匀强磁场I、II的磁感应强度、；
当时，接收器ab上有粒子打到区域的长度为。

【解析】根据类平抛运动规律计算最大侧移；
在时刻射入电场，分析在磁场中的运动情况，根据牛顿第二定律计算磁感应强度；
分析当时，粒子在电场和磁场中的运动情况，由几何关系计算。

本题考查带电粒子在复合场中的运动，要求掌握带电粒子的受力分析和运动分析，根据类平抛运动规律和
圆周运动规律计算。