2023-2024学年河北省石家庄市河正定中学高考物理五模试卷含解析

2023-2024学年河北省石家庄市河正定中学高考物理五模试卷
考生请注意：
1．答题前请将考场、试室号、座位号、考生号、姓名写在试卷密封线内，不得在试卷上作任何标记。

2．第一部分选择题每小题选出答案后，需将答案写在试卷指定的括号内，第二部分非选择题答案写在试卷题目指定的位置上。

3．考生必须保证答题卡的整洁。

考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。

一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、已知光速为 3 × 108 m/s 电子的质量为9.1 × 10−31 kg ，中子的质量为1.67 ×10−27 kg，质子的质量为1.67 × 10−27 kg。

氢原子能级示意图如图所示。

静止氢原子从n =4 跃迁到n =1 时，氢原子的反冲速度是多少？（）
A．4.07 m/s B．0.407 m/s C．407 m/s D．40.7 m/s
2、图示装置为阅读时使用的角度可调支架，现将一本书放在倾斜支架上，书始终保持静止。

关于该书受力情况，下列说法正确的是（）
A．可能受两个力
B．可能受三个力
C．一定受摩擦力
D．支架下边缘对书一定有弹力
3、如图所示，汽车以10m/s的速度匀速驶向路口，当行驶至距路口停车线35m处时，绿灯还有4s熄灭。

由于有人横向进入路口，该汽车在绿灯熄灭前要停在停车线处，则汽车运动的v t 图象可能是（）
A．B．C．
D ．
4、如图甲所示，质量为0.5kg 的物块和质量为1kg 的长木板，置于倾角为37足够长的固定斜面上，0t =时刻对长木板施加沿斜面向上的拉力F ，使长木板和物块开始沿斜面上滑，作用一段时间t 后撤去拉力F 。

已知长木板和物块始终保持相对静止，上滑时速度的平方与位移之间的关系如图乙所示，sin 370.6=，cos370.8=，210m/s g =。

则下列说法正确的是（ ）
A ．长木板与斜面之间的动摩擦因数为10.35μ=
B ．拉力F 作用的时间为2s t =
C ．拉力F 的大小为13N
D ．物块与长木板之间的动摩擦因数μ2可能为0.88
5、如图所示，足够长的竖直绝缘管内壁的粗糙程度处处相同，处于方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场中．一带正电的小球从静止开始沿管下滑，下列小球运动速度v 和时间t 、小球所受弹力F N 和速度v 的关系图像中正确的是
A ．
B ．
C ．
D ．
6、在人类对微观世界进行探索的过程中，许多科学家作岀了不可磨灭的贡献，卢瑟福就是杰出代表之一。

关于卢瑟福在物理学上的成就，下列说法正确的是（ ）
A ．α粒子散射实验的重要发现是电荷的量子化，并且发现了中子
B ．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，核反应方程为4141712781He N O H +→+
C ．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子核的结构模型
D ．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，发现原子核由质子和中子组成
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。

在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。

全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、下列说法正确的是____________
A ．两个分子间的距离r 存在某一值r 0（平衡位置处），当r 大于r 0时，分子间斥力大于引力；当r 小于r 0时分子间斥力小于引力
B ．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以反映出分子在做无规则运动
C ．用手捏面包，面包体积会缩小，说明分子之间有间隙
D ．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，但最终还是达不到绝对零度
E.对于一定质量的理想气体，在压强不变而体积增大时，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少
8、回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D 形金属盒半径为R 。

两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间忽略不计，磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直。

A 处粒子源产生质量为m 、电荷量为+q 的粒子，在加速器中被加速，加速电压为U 。

下列说法正确的是（ ）
A ．交变电场的周期为m Bq
π B ．粒子射出加速器的速度大小与电压U 成正比
C ．粒子在磁场中运动的时间为2
2BR U π
D ．粒子第1次经过狭缝后进入磁场的半径为12mU B q
9、如图所示，质量为M 的木板静止在光滑水平面上，木板左端固定一轻质挡板，一根轻弹簧左端固定在挡板上，质量为m 的小物块从木板最右端以速度v 0滑上木板，压缩弹簧，然后被弹回，运动到木板最右端时与木板相对静止。

已知物块与木板之间的动摩擦因数为μ，整个过程中弹簧的形变均在弹性限度内，则（ ）
A ．木板先加速再减速，最终做匀速运动
B ．整个过程中弹簧弹性势能的最大值为204()
Mmv M m + C ．整个过程中木板和弹簧对物块的冲量大小为0Mmv M m
+ D ．弹簧压缩到最短时，物块到木板最右端的距离为202()Mv M m g
μ+ 10、如图所示，粗糙的水平地面上有三块材料完全相同的木块A 、B 、C ，质量均为m ，B 、C 之间用轻质细绳连接．现用一水平恒力F 作用在C 上，三者开始一起做匀加速运动，运动过程中把一块橡皮泥粘在某一块上面，系统仍加速运动，且始终没有相对滑动．则在粘上橡皮泥并达到稳定后，下列说法正确的是
A ．无论粘在哪个木块上面，系统加速度都将减小
B ．若粘在A 木块上面，绳的拉力减小，A 、B 间摩擦力不变
C ．若粘在B 木块上面，绳的拉力增大，A 、B 间摩擦力增大
D ．若粘在C 木块上面，绳的拉力和A 、B 间摩擦力都减小
三、实验题：本题共2小题，共18分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11．（6分）某同学用如图甲所示装置测当地的重力加速度，光电门A 、B 与光电计时器相连，可记录小球经过光电门A 和光电门B 所用的时间
（1）实验前用游标卡尺测量小球的直径，示数如图乙所示，则小球的直径d =_____mm
（2）让小球紧靠固定挡板，由静止释放，光电计时器记录小球经过光电门A 和光电门B 所用的时间t 1、t 2，测出两光电门间的高度差h ，则测得的重力加速度g =_____(用测得的物理量的符号表示)。

（3）将光电计时器记录小球通过光电门的时间改为记录小球从光电门A 运动到光电门B 所用的时间，保持光电门B 的位置不变，多次改变光电门A 的位置,每次均让小球从紧靠固定挡板由静止释放，记录每次两光电间的高度差h 及小球从光电门A 运动到光电门B 所用的时间t ，作出h t t
-图象如图丙所示，若图象斜率的绝对值为k ，则图象与纵轴的截距意义为____，当地的重力加速度为____
12．（12分）从坐标原点O 产生的简谐横波分别沿x 轴正方向和负方向传播，t=0时刻波的图像如图所示，此时波刚好传播到M 点，x=1m 的质点P 的位移为10cm ，再经0.1t s ∆=，质点P 第一次回到平衡位置，质点N 坐标x=-81m （图中未画出），则__________________．
A ．波源的振动周期为1.2s
B ．波源的起振方向向下
C ．波速为8m/s
D ．若观察者从M 点以2m/s 的速度沿x 轴正方向移动，则观察者接受到波的频率变大
E ．从t=0时刻起，当质点N 第一次到达波峰位置时，质点P 通过的路程为5.2m
四、计算题：本题共2小题，共26分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13．（10分）沿x 轴正方向传播的简谐横波在t 1=0时的波形如图所示，此时，波传播到x 2=2m 处的质点B ，而平衡位置为x =0.5m 处的质点A 正好位于波谷位置，再经0.2s ，质点A 恰好第一次到达波峰。

求：
(1)该波的波速；
(2)在t 2=0.9s 时，平衡位置为x = 5m 处的质点C 的位移。

14．（16分）如图所示，真空中有以（r，0）为圆心，半径为r的圆柱形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里，在y=r的虚线上方足够大的范围内，有方向沿y轴负方向的匀强电场，电场强度的大小为E，从O点在纸面内向各个方向发射速率相同的质子。

已知质子在磁场中的轨迹半径也为r，质子的电量为q，质量为m。

(1)速度方向与x轴正方向成30°角（如图中所示）射入磁场的质子，将会进入电场，然后返回磁场，请在图中画出质子的运动轨迹；
(2)在(1)问下，求出从O点射人的质子第二次离开磁场所经历的时间。

15．（12分）如图所示，真空中有以O1为圆心，R为半径的圆形匀强磁场区域，圆的最左端与y轴相切于坐标原点D，圆的最上端与平行于x轴的虚线MN相切于P点，磁场方向垂直纸面向里，第一象限内在虚线MN上方沿v轴负方向有平行于y轴的有界匀强电场（上边界平行于x轴，图中未画出）。

现从坐标原点O在纸面内向坐标系的第一象限和第四象限内的不同方向发射速率均为v0的质子。

己知沿x轴正方向发射的质子恰好从P点离开磁场进入电场，能到达
电场的上边界，最后也能返回磁场，电场强度E和磁感应强度B大小未知，但满足关系
6 =
E
v
B
，不计质子的重力、质子对电场和磁场的影响及质子间的相互作用。

(1)求匀强电场上边界与虚线MN的间距d；
(2)在第四象限内沿与x轴正方向成30︒角的方向发射一质子，最终离开磁场，求从发射到最终离开磁场区域的过程质子运动的时间t；
(3)若电场方向改为沿x轴的负方向，场强大小不变，如图所示，电场上边界位置也不变，y0=4R处有一平行于x轴的荧光屏，与y轴相交于Q点，由O点发射的所有质子最终均能打在荧光屏上，求荧光屏的最小长度。

参考答案
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、A
【解析】
氢原子从n =4 跃迁到 n =1 时放出光子的能量为
41(0.85)(13.6)12.75eV E E E =-=---=
光子的动量
h
p λ=
光子的能量
hc
E λ
= 可得 E p c =
根据动量守恒定律可知
H H p m v =
可得
1827
9
31012.75 1.610m/s 4.07m/s 1.67 10H H H p E v m cm --⨯⨯====⨯⨯⨯ 故选A 。

2、B
【解析】
AB ．由题意可知，书受到重力和弹力作用，由于有书沿斜面向下的分力作用，所以物体必然受到一个沿斜面向上的力，以维持平衡，这个力为摩擦力，也可以是支架下边缘对书的弹力，也可以是摩擦力和支架下边缘对书弹力的合力，故可能受三个力，四个力作用，故A 错误，B 正确；
C ．由于当书沿斜面向下的分力作用与支架下边缘对书弹力相等时，此时摩擦力不存在，故C 错误；
D ．由于当书沿斜面向下的分力作用，与向上的摩擦力相等时，则支架下边缘对书弹力不存在，故D 错误。

故选B 。

3、C
【解析】
要使汽车停在停车线处，则v t -图线与坐标轴所围图形的面积应刚好等于35m 。

A 、B 选项的面积明显均小于30m ，D 选项的面积为25m ，而C 选项的面积介于20m 到40m 之间。

根据排除法，只有C 正确。

故选C 。

4、D
【解析】
A ．撤去力F 后长木板的加速度
222188m/s 220.5
v a x ==⋅= 由牛顿第二定律
12()sin ()cos ()M m g M m g M m a θμθ+++=+
解得
μ1=0.25
选项A 错误；
B ．有拉力作用时的加速度
221181m/s 224
v a x ==⋅= 拉力撤掉时的速度为
v =
拉力作用的时间为
111
v t a == 选项B 错误；
C ．由牛顿第二定律
11()sin ()cos ()F M m g M m g M m a θμθ-+-+=+
解得
F =13.5N
选项C 错误；
D ．物块与长木板之间无相对滑动，可知物块与长木板之间的动摩擦因数大于0.25，选项D 正确。

故选D 。

5、D
【解析】
由题中“足够长的竖直绝缘管内壁的粗糙程度处处相同”可知，本题考查带电物体在复合场中的受力分析，根据电场力性质和洛伦兹力以及受力分析可解答本题。

【详解】
AB 、当粒子速度足够大时，有
()f Bqv F μ=-电
会有
f G =
此时，速度不再增加，故AB 错误；
CD 、根据受力分析，小球在水平方向受力平衡，即
N =F F Bqv -电
故C 错误，D 正确。

6、B
【解析】
AC ．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型，中子是查德威克发现的，故AC 错误；
B ．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，核反应方程为4141712781He N O H +→+，故B 正确；
D ．α粒子散射实验不能说明原子核内存在中子和质子，故D 错误。

故选B 。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。

在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。

全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、BDE
【解析】
A 、两个分子间的距离r 存在某一值r 0（平衡位置处），当r 大于r 0时，分子间斥力小于引力；当r 小球r 0时分子间斥力大于引力，所以A 错误；
B 、布朗运动不是液体分子的运动，是固体微粒的无规则运动，但它可以反映出液体分子在做无规则运动，所以B 正确；
C 、用手捏面包，面包体积会缩小，只能说明面包内有气孔，所以C 错误；
D 、绝对零度只能无限接近，不能到达，所以D 正确；
E 、对于一定质量的理想气体，在压强不变而体积增大时，单位面积上分子数减小，则单位时间碰撞分子数必定减少，所以E 正确．
8、CD
【解析】
A ．为了能够使粒子通过狭缝时持续的加速，交变电流的周期和粒子在磁场中运动周期相同，即
2m T qB
π= A 错误；
B ．粒子最终从加速器飞出时
2
v qvB m R
= 解得
qBR v m
= 粒子飞出回旋加速器时的速度大小和U 无关，B 错误；
C ．粒子在电场中加速的次数为n ，根据动能定理
212
nqU mv = 粒子在磁场中运动的时间
222
22111122222BR U
q B R m t n T m qU m qB ππ=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅= C 正确；
D ．粒子第一次经过电场加速
2112qU mv =
进入磁场，洛伦兹力提供向心力
2111
v qv B m R = 解得
11mv R qB ===D 正确。

故选CD 。

9、AB
【解析】
A ．物块接触弹簧之前，物块减速运动，木板加速运动；当弹簧被压缩到最短时，摩擦力反向，直到弹簧再次恢复原长，物块继续减速，木板继续加速；当物块与弹簧分离后，物块水平方向只受向左的摩擦力，所以物块加速，木板减速；最终，当物块滑到木板最右端时，物块与木板共速，一起向左匀速运动。

所以木板先加速再减速，最终做匀速运动，所以A 正确；
B ．当弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大，此时物块与木板第一次共速，将物块，弹簧和木板看做系统，由动量守恒定律可得
0()mv m M v =+
得
0mv v m M
=+ 从开始运动到弹簧被压缩到最短，由能量守恒可得 22p 0f 11()22
E mv m M v W =-+- 从开始运动到物块到达木板最右端，由能量守恒可得 22f 0112()22W mv m M v =
-+ 20f 4()
mMv W m M =+ 则最大的弹性势能为
20p 4()
E Mmv M m += 所以B 正确；
C ．根据动量定理，整个过程中物块所受合力的冲量大小为
00Mmv I mv mv M m =-=-
+ 所以0Mmv M m
+是合力的冲量大小，不是木板和弹簧对物块的冲量大小，所以C 错误； D ．由题意可知，物块与木板之间的摩擦力为
f F m
g μ=
又系统克服摩擦力做功为
f f W F x =相对
则
20f f =4()Mv W x F M m g
μ=+相对 即弹簧压缩到最短时，物块到木板最右端的距离为204()Mv M m g
μ+，所以D 错误。

故选AB 。

10、AD
【解析】
A 、因无相对滑动，所以，无论橡皮泥粘到哪块上，根据牛顿第二定律都有：()F 3μmg μmg 3m m a --=+，a 都将减小．A 正确；
B 、若粘在A 木块上面，以
C 为研究对象，受F 、摩擦力μmg 、绳子拉力T ，F μmg T m a --= ，则得：T F μmg m a =-- ，a 减小，F 、μmg 不变，所以，T 增大，对A ：BA f ma =，a 减小，即BA f 减小，B 错误； C 、若粘在B 木块上面，a 减小，以A 为研究对象，m 不变，由BA f ma =知，A 所受摩擦力减小，以C 为研究对象，T F μmg m a =--，T 增大，故C 错误；
D 、若粘在C 木块上面，a 减小，对A 有：BA f ma =，可知A 的摩擦力减小，以AB 为整体，有T 2μmg 2ma -=，得：T 2μmg 2ma =+，则T 减小， D 正确；
故选AD ．
三、实验题：本题共2小题，共18分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11、11.4 22221112d h t t ⎛⎫- ⎪ ⎪⎝⎭
小球经过光电门B 时的速度 2k 【解析】
（1）[1]由图示游标卡尺可知，其示数为
d =11mm+4×0.1mm=11.4mm
（2）[2]小球经过光电门时的速度为
1
A d v t = 2
B d v t =
小球做自由落体运动，由速度位移公式得
222B A v v gh -=
解得
22221112d g h t t ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭
（3）[3][4]小球释放点的位置到光电门B 的位置是恒定的，小球每次经过光电门时的速度是一定的，则有
212
B h v t gt =- 整理得
12
B h v gt t =- 则h t t
-图象与纵轴的截距表示小球经过光电门B 时的速度v B ，图象斜率的绝对值为 12
k g = 解得
2g k =
12、ABE
【解析】
AC 、由函数关系可得本题说对应的数学函数为：220sin x
y πλ= ，由题条件可知当x=1时，y=10cm,代入解得
12m λ= ，P 点在经过0.1t s ∆=第一次回到平衡位置，所以在波的传播方向0.1s 前进了1m ，所以波速为
110/0.1v m s == 周期12 1.210T s v λ=== ，故A 正确；C 错误；
B 、t=0时刻波刚好传播到M 点，则M 点的振动方向即为波源的起振方向，结合波振动方向的判断方法知波源的起振方向向下，故B 正确；
D 、若观察者从M 点以2m/s 的速度沿x 轴正方向移动，由多普勒效应知观察者接受到波的频率变小，故D 错误；
E 、波传播到N 需要18112 6.910s t s v -=
== ，刚传到N 点时N 的振动方向向下，那么再经过233 1.20.944
t T s ==⨯= ，所以质点P 一共振动了7.87.8 6.51.2t s T T === 所以,在此过程中质点P 运动的路程为: 6.5420 5.2s cm m =⨯⨯= 故E 正确；
综上所述本题答案是:ABE
点睛：根据波的传播方向得到质点P 的振动方向,进而得到振动方程,从而根据振动时间得到周期; 由P 的坐标得到波的波长,进而得到波速;根据N 点位置得到波峰传播距离,从而求得波的运动时间,即可根据时间求得质点P 的运动路程.
四、计算题：本题共2小题，共26分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13、 (1)5m/s ； (2)2cm -
【解析】
(1)质点A 第一次到达波峰，时间间隔
10.2s 2
t T ∆== 即
0.4s T =
由v T λ
=可知波速
5m/s v =
(2)由x v t
∆=∆可知 波传到C 点的时间0.6s t ∆=，此时C 沿y 轴正方向运动，再经过0.3s ，C 点到达波谷，即2cm y =-．
14、 (1) ；(2)(23)2m Br qB E
π+-+ 【解析】
(1)如图所示。

(2)质子射入磁场后做匀速圆周运动，有
2
mv qvB r
= 可得
qBr v m
= 质子在磁场中转过120︒角后从C 点垂直电场线进入电场，设时间为1t
123m t qB
π= 从C 点到D 点匀速运动
2cos30r r vt -︒=
解得
231m t qB
⎛- ⎝
⎭= 从D 点减速到F 点做匀减速运动
3qE v t m
= 解得
3Br t E
= 从F 点到D 点时间为3t ，从D 点到C 点时间为2t ，从C 点到M 点做匀速圆周运动
43m
t qB π=
总时间
123422t t t t t =+++=(23)2m Br qB E
π+-+ 15、（1）3R ;（2）
()0143π-+R v ;（3） 138
R 【解析】 (1)经分析，质子在磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径为R ，进入电场后做匀减速直线运动，到达上边界时速度刚好减为零，在电场中，根据动能定理有
20102
qEd mv -=- 在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力有
200v q B m R
= 又06=E v B
，联立解得 3d R =
(2)质子在磁场和电场中的运动轨迹如图1所示，由几何知识知，质子第一次在磁场中运动的轨迹对应的圆心角为1120α︒=，质子第二次在磁场中运动的轨迹对应的圆心角为260α︒=，则
质子在磁场中运动的总时间
12
10
π3602T R t T v αα︒+=== 质子在电场中运动的总时间
200041222
d d R t v v v ===
质子在无场区运动的总时间
()
30
01sin 60232R t R v v ︒--== 故质子运动的总时间为 ()1230143πR t t t t v -+=++=
(3)经分析，所有质子经过磁场偏转后均沿平行于y 轴的方向进入电场，轨迹如图2，质子做类平抛运动，质子刚好打在Q 点时，有
003y R v t ∆==
2012
x at ∆= qE ma =
220000666qv E v v qE a mv m m
R qB
==== 联立解得
34
x R ∆= 故沿y 轴负方向发射的质子打在荧光屏上的位置离y 轴最远，最远距离 524
m x R x R =-∆= 出磁场时横坐标x 在34x R <
范围内的质子将打在y 轴左侧的荧光屏上，有 212
x at = 0y v t '∆=
tan 2
x
y θ='∆
()3tan x R y θ''=-∆
联立解得
200226v v x t t R
'=- 当032R t v =时，即316
R x =时，x '有最大值，最大值为 38
m x R '= 故质子打在荧光屏上发光的区域长度为
'5313488
m m l x x R R R =+=+=。