2024届高三下4月金太阳全国大联考(指南针)物理试卷及答案

高三物理考试
本试卷满分100分，考试用时75分钟。

注意事项：
1．答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。

2．回答选择题时，选出每小题答案后，用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。

回答非选择题时，将答案写在答题卡上。

写在本试卷上无效。

3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

4．本试卷主要考试内容：高考全部内容。

一、选择题：本题共10小题，共46分。

在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

1．放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可
达十几年。

用大量氘核轰击23492U 时可产生放射性元素23894Pu ，23894Pu 的半衰期为87.74年，含有23894Pu 的化
合物核电池的原理是其发生α衰变时将释放的能量转化为电能，我国的火星探测车用放射性材料2PuO 作为
燃料，2PuO 中的Pu 元素就是23894Pu ，下列判断正确的是（ ）
A ．223423819291H U Pu +→
B ．238236491922Pu U He
→+C ．23894Pu 的比结合能大于23492U 的比结合能D ．1kg 化合物带238942PuO 经过87.74年后剩余0.5kg
2．如图甲所示，固定的矩形铜线框左半部分处于垂直纸面向里的匀强磁场中，当匀强磁场的磁感应强度由
0B 均匀减小到0后反向增大到0B -，如图乙所示。

关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A ．铜线框中的自由电子先顺时针定向移动、后逆时针定向移动
B ．铜线框中的自由电子始终逆时针定向移动
C ．铜线框围成的面积始终有扩大的趋势
D ．铜线框受到的安培力大小不变
3．均匀介质中O 点处的质点在0t =时刻开始做简谐运动，形成的简谐横波在坐标系xOy 平面内传播，以垂直纸面向外为z 轴正方向，振源偏离平衡位置的位移随时间变化的关系2sin 4(cm)z t π=，xOy 平面内的质点A 、D 第一次处于波峰时，如图所示的虚线圆为波谷，实线圆为相邻的波峰，下列说法正确的是（ ）
A ．振源的频率为0.5Hz
B ．图示对应的时刻0.5s
t =C ．简谐横波在坐标系xOy 平面内传播的速度为5m/s D ．当简谐横波刚传到C 点时，振源通过的路程为20cm
4．一辆汽车在平直公路上由静止开始做匀加速直线运动，达到最大速度后保持匀速运动。

已知汽车在启动后的第2s 内前进了6m 、第4s 内前进了13.5m ，下列说法正确的是（ ）
A ．汽车匀加速时的加速度大小为26m /s
B ．汽车在前4s 内前进了31.5m
C ．汽车的最大速度为
D 16m/s
．汽车的加速距离为20m
5．如图所示，固定的激光笔可以向平行玻璃砖上表面的O 点发射不同颜色的单色光，不同颜色的单色光在玻璃砖中传播的时间分别记为t 红、t 橙、t 黄、t 绿、t 蓝、t 靛、t 紫，不考虑光在玻璃砖内部的反射，已知激光笔发射一束绿光时的折射角为45︒，下列判断正确的是（
）
A ．t t t >>红橙黄
B ．t t t >>黄绿蓝
C ．t t t >>绿蓝靛
D ．t t t >>蓝靛紫
6．如图所示，在光滑的绝缘水平面上相距为4L 的A 、B 两点固定两个等量正点电荷，C 、O 、D 三点将线段AB 四等分，一带正电、可视为点电荷的小球从C 点由静止释放后，在C 、D 两点之间做往复运动。

已知小球运动过程中的最大动能为k E ，带电荷量为Q 的点电荷在空间某点的电势kQ
r
ϕ=（k 为静电力常量，r 为该点到点电荷的距离），下列说法正确的是（
）
A ．小球在C 、D 两点之间做简谐运动
B ．小球运动过程中机械能守恒
C ．小球的最小电势能为k E
D ．小球的最大电势能为4k
E 7．砖块夹是一种重要的劳动工具，工人用砖块夹将四块并排在一起的砖缓慢提起，如图甲所示。

将四块砖依次编号为1、2、3、4，如图乙所示。

已知每块砖的质量均为2.4kg ，砖块夹与砖之间的动摩擦因数为0.8，砖1、2间的动摩擦因数为0.3，砖2、3间的动摩擦因数为0.1，砖3、4间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小2
10m /s g =，则相邻两块砖之间的最小压力为（
）
A ．60N
B ．80N
C ．96N
D ．120N
8．某发电机的模型如图所示，该发电机的线圈有30匝，线圈的总电阻为10Ω，围成的面积为20.01m ，图
中两电表均为理想交流电表，当线圈以50r/s 的匀强磁场中匀速转动时，标称（12V ，3.6W ）的灯泡L 恰好正常发光，下列说法正确的是（
）
A ．电流表的示数为
B 0.3A ．电压表的示数为15V
C ．定值电阻R 的阻值为20Ω
D ．通过灯泡L 的电流方向每秒改变50次
9．如图甲所示，足够长的木板静置于水平地面上，木板左端放置一可看成质点的物块。

0t =时对物块施加一水平向右的恒定拉力F ，在F 的作用下物块和木板发生相对滑动，2s t =时撤去F ，物块恰好能到达木板右端，整个过程物块运动的v t -图像如图乙所示。

已知木板的质量为0.5kg ，物块与木板间、木板与地面间均有摩擦，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小下列说法正确的是（
）
A．木板的长度为B
3m．物块的质量为0.8kg
C．拉力F对物块做的功为D
9.9J．木板与地面间因摩擦产生的热量为3.3J
10．如图所示，质量为m的“天问一号”探测器在P点制动后成功进入长轴为2a、短轴为2b的椭圆轨道，椭圆轨道的半长轴等于火星的直径2R，探测器在椭圆轨道上环绕数圈后，在近火点Q（接近火星表面）再次制动并顺利进入近火圆轨道。

已知火星表面的重力加速度大小为g，椭圆轨道上P、Q两点的曲率半径均
为
2
b
a
，椭圆的面积S ab
π
=，忽略火星的自转及探测器变轨时质量的变化，下列说法正确的是（）
A．椭圆轨道围成的面积为2R
B．探测器在P
C．探测器在Q点制动前的动能为3
4 mgR
D．探测器在Q点变轨时克服发动机做的功为
4
mgR
二、非选择题：本题共5小题，共54分。

11．（6分）某同学利用如图甲所示的装置验证牛顿第二运动定律，步骤如下：
①用天平分别测得两物块的质量
10.230kg
m=、
20.170kg
m=；
②将物块1、2用跨过轻质定滑轮的轻绳连接，物块2下端与打点计时器纸带相连，托住物块1．两物块保持静止；
③接通打点计时器的电源，释放物块1，两物块开始运动，打点计时器打出的纸带如图乙所示，已知打点计时器所用的交流电源频率为50Hz，每相邻的两个点之间还有四个点未画出。

回答下列问题：
（1）根据图乙中的数据可知，物块1匀加速下落时的加速度大小a=________2
m/s。

（保留三位有效数字）（2）通过该实验可计算出当地的重力加速度大小g=________2
m/s。

（保留两位有效数字）
（3）由于空气阻力及纸带的影响，重力加速度的测量值________（填“大于”或“小于”）真实值。

12．（8分）某实验小组为测量一节干电池的电动势和内阻，所用实验器材如下：
A．毫安表（量程为0~12mA、内阻98
m
R=Ω）；
B．电阻箱R（阻值范围为0~999.9Ω）；
C．定值电阻
02
R=Ω；
D．待测干电池（内阻约为0.5Ω）；
E．开关S一个，导线若干。

（1）小组同学设计了如图甲所示的实验电路，请将如图乙所示的实物图用笔画线代替导线连接完整；（2）当毫安表半偏时，通过干电池的电流为________A；
（3）调节电阻箱到最大阻值，闭合开关，逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R及相应的毫安表示数I，
得到多组R、I，以1
I
为纵坐标、R为横坐标，作出的
1
R
I
-图像如图丙所示，则干电池的电动势E=________V、
内阻r=________Ω。

（结果均保留两位小数）
13．（10分）如图所示，在粗细均匀、顶端平齐、导热良好的竖直固定U形管右侧，用水银封闭一段长76cm
L=的理想气体，左、右两管水银面的高度差19cm
h=；现向左侧管中缓慢加入水银，已知大气压
强
076cmHg
p=，环境温度保持不变，求：
（1）当两侧液面相平时，加入的水银柱高度h
∆；
（2）封闭气体的最大压强m p 。

14．（12分）如图所示，固定的水平横杆距水平地面的高度 1.75m H =，长0.5m L =的轻质细绳一端系在水平横杆上，另一端连接质量0.2kg M =的木块（可视为质点），质量20g m =的子弹以062m /s v =的速度水平射入木块并水平穿出，此后木块恰好能在竖直平面内做圆周运动，忽略空气阻力，取重力加速度大小2
10m /s g =，求：
（1）子弹射穿木块过程中产生的热量Q ；（2）子弹落地点与悬点O 的距离d 。

15．（18分）如图所示，在平面直角坐标系xOy 第二象限内存在一理想边界，边界下侧和x 轴上侧存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B 的匀强磁场，边界上侧与y 轴左侧存在沿x 轴负方向、电场强度大小为E 的匀强电场，在第三、四象限内存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为2B 的匀强磁场，y 轴上半轴均匀分布着电荷量为q 、质量为m 的带正电粒子，带电粒子由静止被电场加速后进入磁场区域，均能垂直穿过x 轴，图中P 点坐标为(),0L -，不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用，求：
（1）边界曲线的方程；
（2）粒子经过P 点时的最大速度m v ；
（3）所有能经过P 点的粒子释放点的纵坐标满足的关系。

高三物理考试参考答案
1．D 【解析】本题考查原子物理，目的是考查学生的理解能力。

大量氘核轰击23492U 时产生238
94Pu 的反应方程为2234238192942H U Pu +→，选项A 错误；23894Pu 衰变时的反应方程为238234
494922Pu U He →+，选项B 错误；23894
Pu 的比结合能小于23492U 的比结合能，选项C 错误；
半衰期为统计数据，选项D 正确。

2．B 【解析】本题考查电磁感应，目的是考查学生的理解能力。

根据楞次定律，变化的磁场产生顺时针方向的电场，铜线框中的自由电子在电场力的作用下逆时针定向移动，选项A 错误、B 正确；穿过铜线框的磁通量先减小后增大，铜线框围成的面积先有扩大的趋势、后有缩小的趋势，选项C 错误；通过铜线框的电流不变，而磁感应强度先减小后增大，所以铜线框受到的安培力先减小后增大，选项D 错误。

3．D 【解析】本题考查简谐波的产生，目的是考查学生的推理论证能力。

由题意可得，振源的频率为2Hz ，选项A 错误；
相邻的波峰和波谷距离为1m ，波长为2m ，波的传播速度为4m/s ，选项C 错误；振源的振动周期0.5s T =，图示对应的时刻0.625s t =，选项B 错误；
当简谐横波刚传到C 点时对应的时刻 1.25s t =，振源通过的路程为20cm ，选项D 正确。

4．B 【解析】本题考查匀变速直线运动的规律，目的是考查学生的推理论证能力。

若汽车在第4s 初达到最大速度，则汽车在第4s 内只能前进12m ，若汽车在第4s 末达到最大速度，则汽车在第4s 内能前进14m ，所以汽车在第4s 内的某时刻达到最大速度。

设汽车启动时的加速度大小为a ，则有()2221
6m 21s 2
a =-，解得24m /s a =，选项A 错误；
汽车在启动后的前4s 内前进了31.5m ，选项B 正确；设汽车的加速时间为t ，则有()221
13.5m 9s (4s )2
a t t at =-+-，解得 3.5s t =，汽车的最大速度为14m/s ，选项C 错误；
汽车的加速距离为24.5m ，选项D 错误。

5．A 【解析】本题考查光的折射，目的是考查学生的模型建构能力。

设玻璃砖的厚度为d ，光进入玻璃砖后的折射角为γ，则光在玻璃砖中传播的时间sin 2sin sin cos sin 2d d t c c θθ
γγγ
=
=
，由于045γ<<︒时，()sin 2f γγ=为增函数，4590γ︒<<︒时，()sin 2f γγ=为减函数，因此t t t t >>>红绿橙黄，
t t t t <<<靛蓝绿紫，选项A 正确。

6．D 【解析】本题考查静电场，目的是考查学生的推理论证能力。

小球偏离O 点的位移为x 时，受到的回复力()
222
228(2)(2)4kQq kQq kQqLx
F L x L x L x =
-=-
+--，选项A 错误；
小球运动过程中动能与电势能相互转化，总能量不变，选项B 错误；O 点的电势
22O kQ kQ kQ L L L ϕ=
+=，C 、D 两点的电势相同，有433C D kQ kQ kQ
L L L
ϕϕ==+=
，()k C O q E ϕϕ-=，解得k 3kQq
E L
=，所以小球的最小电势能为k 3E ，最大电势能为k 4E ，选项C 错误、D 正确。

7．C 【解析】本题考查物体的平衡，目的是考查学生的创新能力。

设砖1对砖2的摩擦力大小为f ，方向向上，则砖3对砖2的摩擦力大小为f mg -，砖4对砖3的摩擦力大小为2mg f -，摩擦力和压力需满足
||0.3N f F ≥
①、||0.1N mg f F -≥②、|2|
0.2
N mg f F -≥③，线性规划如图所示，相邻两块砖之间的最小压力为96N ；若四块砖粘在一起，则砖块夹对砖的最小压力为60N ，选项C 正确。

8．AB 【解析】本题考查交变电流的产生，目的是考查学生的推理论证能力。

电表测量的是有效值，有
P
I U
=
，解得0.3A I =，选项A 正确；
设发电机产生电动势的最大值为m E ，有m 2E nNBS π=，U Ir =
-，解得15V U =，选项B 正确；定值电阻R 两端的电压为3V ，根据欧姆定律可知其电阻为10Ω，选项C 错误；线圈的转速为50r/s ，通过灯泡L 的电流方向每秒改变100次，选项D 错误。

9．CD 【解析】本题考查牛顿运动定律的应用，目的是考查学生的推理论证能力。

由图像可知2.5s 时两
者共速，木板在0~2.5s 内的加速度大小22110
m /s 0.4m /s 2.50
a -=
=-}，物块在0~2.0s 内的加速度大小
22230m /s 1.5m /s 2.00a -==-，物块在2.0s~2.5s 内的加速度大小223231m /s 4m /s 2.5 2.0
a g μ-===-，
两者在2.5s~3.0s 内的加速度大小224110
m /s 2m /s 3.0 2.5
a g μ-===-，可得木板与地面间的动摩擦因数为
0.2，物块与木板间的动摩擦因数为0.4，木板的长度 2.5(30.8)
m 2.75m 2
L ⨯-==，选项A 错误；
前2s 对木板有()2211211m g m m g m a μμ-+=，对物块有2222F m g m a μ-=，解得20.6kg m =，选项B 错误；
前2s 拉力F 对物块做的功9.9J W FL ==，选项C 正确；
木板与地面间因摩擦产生的热量()112(1.5m) 3.3J Q m m g μ=+⨯=，选项D 正确。

10．ACD 【解析】本题考查天体运动，目的是考查学生的创新能力。

如图所示，火星位于椭圆的一个焦
点上，根据几何关系可知，椭圆的半短轴b =，所以椭圆轨道围成的面积为2
R ，选项A 正确；
椭圆轨道上P 、Q 两点的曲率半径32R r =，在椭圆上的P 点有29P v g r =，2
2P kP mv E =，解得k 12
P mgR
E =，
选项B 错误；
在椭圆上的Q 点有2Q v g r
=
，22
Q kQ mv E =
，解得34
kQ mgR
E =
，选项C 正确；探测器在近火轨道上的动能2
k mgR
E =
，根据动能定理知，探测器在Q 点变轨时，发动机对探测器做的功4
k kQ mgR
W E E =-=-
，选项D 正确。

（另解：椭圆轨道的周期等于轨道半径为2R 的圆轨道周期，椭圆的面积除以周期可得单位时间扫过的面积，再解得近火点和远火点的速度）11．（1）1.44（2分）（2）9.6（2分）（3）小于（2分）
【解析】本题考查“验证牛顿第二运动定律”实验，目的是考查学生的实验探究能力。

（1）根据逐差法有220.1030.08870.07430.0598
m /s 1.44m /s 0.04
a +--=
=。

（2）根据牛顿第二运动定律有()()1212m m g m m a -=+，解得2
9.6m /s g =。

（3）空气阻力及纸带的影响使得通过纸带得到的加速度比理想情况下的加速度小，从而使得重力加速度的测量值小于真实值。

12．（1（）
2分）
（2）0.3或0.30（2分）（3）1.60（2分）0.44（2分）
【解析】本题考查“测电源电动势和内阻”实验，目的是考查学生的实验探究能力。

（1）如图所示。

（2）改装后的电流表量程扩大了50倍，当毫安表半偏时，通过干电池的电流为0.3A 。

（3）根据闭合电路欧姆定律有0050m m R R E I r R R R ⎛⎫=++
⎪+⎝⎭，整理得0015050m m R R R r I E E R R ⎛
⎫=++ ⎪+⎝⎭
，结合题
图丙中的数据有0.075502.4mA E
=⋅Ω，1
00500.075mA m m R R r E R R -⎛⎫=+ ⎪+⎝⎭，
解得 1.60V E =、内阻0.44r =Ω。

13．【解析】本题考查理想气体状态方程，目的是考查学生的推理论证能力。

（1）设开始封闭气体的压强为1p ，补充水银至两侧液面相平时，右管内水银面上升了x ，有
10p p gh ρ=-（1分）10()p SL p S L x =-（2分）
2h h x ∆=+（1分）
解得57cm h ∆=。

（2分）
（2）继续向左侧加入水银，直至液面与管口相平，设此时封闭气体柱的长度为0L ，有
()1000p SL p gL SL ρ=+（2分）00m p p gL ρ=+（1分）
解得114cmHg m p =。

（1分）
14．【解析】本题考查动量守恒定律的应用，目的是考查学生的推理论证能力。

（1）设子弹穿出木块时的速度大小为v 子，木块的最大速度为max v ，最小速度为min v ，有2min Mv Mg L
=（2分）
22max min 11222
Mv Mv MgL -=（1分）0max mv Mv mv =+子（2分）
2220max 111222
Q mv Mv mv =--子（1分）解得34.5J Q =。

（1分）
（2）设子弹穿出木块后做平抛运动的时间为t ，则有
212
H L gt -=（2分）
d =（2分）
解得 6.25m d =。

（1分）
15．【解析】本题考查带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的运动，目的是考查学生的创新能力。

（1）设粒子由静止释放的纵坐标为y ，到达边界时的速度大小为v ，对应边界上点的坐标为(),x y ，则有21()2
qE x mv -=（2分）mv y qB
=（2
分）解得0)y x =
<。

（2分）（2）设粒子在x 轴上方磁场中运动的轨迹半径为1R ，在x 轴下方磁场中运动的轨迹半径为2R ，根据洛伦
兹力提供向心力有2
v qvB m R =（2分）解得1221
R R =（2分）当运动轨迹如图甲所示时，经过P 点的粒子速度最大，有22m Eq v L m =⋅
⋅（2分）
解得m v =。

（2分）（3）能经过P 点的粒子轨迹如图乙所示，设释放点纵坐标为y ，则有(0,1,2,)x ny L n -+== （2分）即满足22(0,1,2,)2qB y ny L n mE
+== 时粒子能经过P 点。

（2分）。