THUSSAT中学生标准学术能力2023-2024学年高三上学期1月诊断性测试物理试卷（解析版）

PAGEPAGE1中学生标准学术能力诊断性测试2024年1月测试物理试卷本试卷共300分，考试时间150分钟。一、选择题：本题共8小题，每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第14~18题只有一项符合题目要求，第19~21题有多项符合题目要求。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.日前，清华大学提出了一种稳态微聚束光源（SSMB）技术，即通过粒子加速器加速电子来获得光刻机生产高端芯片时需要使用到的极紫外光。极紫外光又称为极端紫外线辐射，是指电磁波谱中波长从121nm到10nm的电磁辐射。已知普朗克常量，真空中的光速，可见光的波长范围是400nm到760nm。则下列说法中正确的是（）A.可见光比极紫外光的粒子性更强B.极紫外光比可见光更容易发生衍射现象C.电子的速度越大，它的德布罗意波长就越长D.波长为10纳米的极紫外光的能量子约为〖答案〗D〖解析〗A．可见光比极紫外光的波长长，频率小，传播中粒子性弱，波动性强，A错误；B．极紫外光比可见光的波长小，不容易发生衍射，B错误；C．根据可得，电子的速度越大，它的德布罗意波长就越小，C错误；D．根据可求得D正确。故选D。2.如图所示，长为L=99cm一端封闭的玻璃管，开口端竖直向上，内有一段长为h=11cm的水银柱与管口平齐。已知大气压强为p0=75cmHg，在温度不变的条件下，最多还能向开口端内注入的水银柱的高度为（）A.1cm B.2cm C.3cm D.4cm〖答案〗B〖解析〗设玻璃管的横截面积为S，初态时，管内气体的体积为压强为当水银面与管口相平时，设水银柱高为H，则管内气体的体积为压强为由玻意耳定律得代入数据解得所以新注入水银柱高度为故选B。3.2023年5月29日消息，经空间站应用与发展阶段飞行任务总指挥部研究决定，神舟十六号航天员乘组由指令长景海鹏、航天飞行工程师朱杨柱、载荷专家桂海潮3名航天员组成。设神州十六号（包括三名航天员）的总质量为m，地球半径为R，神州十六号与空间站对接后绕地球做圆周运动的轨道距地球表面高为h，运行周期为T，以宇宙中无穷远处为零势能点，神舟十六号在距地球表面高为h处的引力势能为，其中G为引力常量，M为地球的质量。忽略地球自转及空气阻力，下列说法正确的是（）A.神州十六号与空间站对接后绕地球做圆周运动的线速度大于B.地球的密度等于C.神州十六号与空间站对接后绕地球做圆周运动时神州十六号机械能为D.神州十六号从开始发射到与空间站对接过程中，需要对神州十六号做的功为〖答案〗D〖解析〗A．第一宇宙速度为，是最大环绕速度，故神州十六号与空间站对接后绕地球做圆周运动的线速度小于，故A错误；B．根据万有引力提供向心力地球的密度为故B错误；C．根据万有引力提供向心力神州十六号与空间站对接后绕地球做圆周运动时神州十六号机械能为故C错误；D．神州十六号从开始发射到与空间站对接过程中，需要对神州十六号做的功为故D正确。故选D。4.如图所示，在某介质中的x轴上有两个波源和，是的中点，M、N相距3m。两波源以相同的频率f和相同的振幅A同时开始振动，的起振方向沿y轴正方向，的起振方向沿y轴负方向，两个波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，某一时刻质点N的位移为，已知该介质中的波速为，下列说法中正确的是（）A.波源产生的波传播到M点后，质点M的位移可能为B.波源产生的波刚传播到N点时，质点N已经振动了1.2sC.两列波的波长可能等于D.两个波源振动的频率f可能等于〖答案〗C〖解析〗A．波源、的起振方向相反，质点M到波源、的波程差为零，可知质点M为振动减弱点，两波源振幅相同，则质点M的位移一直为零，故A错误；B．波源产生的波刚传播到N点时，质点N已经振动了故B错误；C．某一时刻质点N的位移为，则质点N为振动加强点，波源、的起振方向相反，有（n＝0，1，2，3…）波长为（n＝0，1，2，3…）当时，两列波的波长等于，故C正确；D．两个波源振动的频率为（n＝0，1，2，3…）当时，解得故两个波源振动的频率f不可能等于，故D错误。故选C。5.如图所示，在竖直平面内，一个半径为R的四分之一光滑球固定在水平地面上，球心O正上方P处有一光滑的小滑轮，甲、乙通过光滑的细线相连，当PQ间细线的长度与球的半径相等时，PQ与竖直方向的夹角，系统处于静止状态，此时小球甲的质量为。若小球乙的质量增大为原来的1.5倍，当PQ与竖直方向夹角最大时，系统也能处于静止状态，此时小球甲的质量为，则（）A. B. C. D.〖答案〗D〖解析〗对小球甲分析，由几何关系可知，拉力和支持力与水平方向的夹角相等，有对小球乙分析有联立可得对小球甲由平衡条件及相似三角形有对小球乙分析有根据几何关系有当与竖直方向的夹角最大时，有联立解得可知故选C。6.如图所示的四幅图均为物体做直线运动的图像，下列说法正确的是（）A.图甲中，物体在0到这段时间内的位移小于B.图乙中，物块加速度为C.图丙中，阴影面积表示到时间内物体的加速度变化量D.图丁中，时物体的速度为〖答案〗AD〖解析〗A．图象与坐标轴围成的面积表示位移，若物体做匀加速直线运动，设位移为，则实际图线与坐标轴围成的面积小于物体做匀加速直线运动时图线与坐标轴围成的面积，则故A正确；B．根据整理得图象的斜率为图乙中，物块的加速度为故B错误；C．根据图丙中，阴影面积表示到时间内物体的速度变化量，故C错误；D．根据整理得图象为一条直线，可知物体做匀变速直线运动，当时，，代入得故D正确。故选AD。7.如图所示，质量为、长度为的长木板静置于水平地面上，它与地面间的动摩擦因数。质量为可视为质点的滑块从长木板的右端以初速度向左滑上长木板，滑块恰好运动到长木板的左端。已知长木板刚开始运动时的加速度大小，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度。则下列说法正确是（）A.滑块与长木板间的动摩擦因数B.滑块与长木板间的动摩擦因数C.滑块初速度D.滑块初速度〖答案〗AD〖解析〗AB．长木板刚开始运动时的加速度大小，对木板分析，根据牛顿第二定律有解得故A正确，B错误；CD．对滑块进行分析，根据牛顿第二定律有解得可知，滑块先向左做匀减速直线运动，木板向左做匀加速直线运动，两者达到相等速度后保持相对静止向左做匀减速直线运动，最终停止运动。两者大达到相等速度过程有滑块相对于木板的相对位移大小恰好等于木板长度，即有解得故C错误，D正确。故选AD。8.如图所示，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为C的电容器和阻值为R的电阻。质量为m、阻值也为R的导体棒MN静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导体棒接入电路的有效长度为l，导轨电阻和电容器极板的电阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B。开始时，电容器所带的电荷量为Q，合上开关S后，下列说法正确的是（）A.导体棒MN所受安培力的最大值为B.导体棒MN最终向右匀速运动，且速度为C.导体棒MN速度最大时，电阻R两端的电压为0D.开始时电容器中储存的电能全部转化为焦耳热和导体棒的动能〖答案〗BC〖解析〗A．通过导体棒MN的电流最大时，导体棒MN所受安培力的最大，通过导体棒MN的电流最大值为导体棒MN所受安培力的最大值为故A错误；B．当电容器两极板间的电压大于导体棒MN切割磁感线产生的感应电动势时，导体棒MN受到向右的安培力，导体棒MN做加速运动，随着导体棒MN的增大，导体棒MN切割磁感线产生的感应电动势增大，导体棒MN受到向右的安培力逐渐减小直至为零，导体棒MN最终向右匀速运动，根据动量定理有该过程通过导体棒MN的电量为稳定后电容器的带电量为联立解得速度为故B正确；C．导体棒MN速度最大时，电容器两极板间的电压等于导体棒MN切割磁感线产生的感应电动势，电阻R两端的电压为0，故C正确；D．开始时电容器中储存的部分电能转化为焦耳热和导体棒的动能，故D错误。故选BC。三、非选择题：共174分。9.为测量物块与瓷砖表面间动摩擦因数，某实验小组将瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面，瓷砖的另一端固定一打点计时器，接通电源后物块可拖着纸带沿斜面加速下滑。该小组将一条清晰的纸带上取A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出，纸带数据如图所示，已知，。由图中数据可得，物块经过D点时的速度大小为___________，物块沿斜面下滑的加速度大小为___________，物块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取）〖答案〗1.01.70.20〖解析〗[1]物块经过D点时的速度等于CE两点间的平均速度即[2]根据逐差法可得[3]对物块分析，根据牛顿第二定律得代入数据求得10.如图所示为某学习小组改装和校准电流表的电路图，其中虚线框内是电流表的改装电路。（1）已知表头的内阻标称值为，满偏电流为；改装后的电流表有1mA和10mA两个量程，则根据电路可求出___________，___________。（2）现用量程为10mA、内阻为的标准电流表A对改装电表的10mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5mA、1.0mA、1.5mA、2.0mA……9.5mA、10.0mA。可选用的电源有两种规格，电动势分别为3V和12V，内阻均忽略不计；定值电阻有两种规格，阻值分别为和；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为和。则为调节方便并顺利完成实验，应选用电动势为___________V的电源，应选用阻值为___________的电阻，R应选用最大阻值为___________的滑动变阻器。（3）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片调至___________（填“最左端”或“最右端”），开关接___________（填“a”或“b”）端。（4）若校准的过程中发现改装电流表的示数总是比准确值稍小一点，则其原因可能是表头内阻的真实值___________标称值（填“大于”或“小于”）。〖答案〗（1）20180（2）12100010（3）最左端b（4）大于〖解析〗（1）[1][2]根据电流表改装原理，分流电阻越小，改装后的电流表量程越大，则解得，（2）[3][4][5]若选用电动势为3V的电源，电路中电流范围为电路中总电阻的范围为可得若定值电阻选择，校准时误差较大，若定值电阻选择，无法校准，故选用电动势为12V的电源，此时电路中总电阻的范围为可得若定值电阻选择，校准时误差较大，故定值电阻选择。滑动变阻器采用分压式接法，为方便调节，R应选用最大阻值为的滑动变阻器。（3）[6]开关闭合前，为防止烧坏电表，待测电流表两端的电压应从零开始，应将滑动变阻器的滑片调至最左端。[7]根据电流表改装原理，分流电阻越小，改装后的电流表量程越大，开关接b端时，接入的分流电阻小，对应的改装后的电流表量程大，量程为，故开关应接b端。（4）[8]校准的过程中发现改装电流表的示数总是比准确值稍小一点，通过表头的电流偏小，表头内阻的真实值大于标称值。11.直角三棱柱a和半径为R的半圆柱体b均由厚度不计的薄玻璃构成，内部均为真空，摆放在水平桌面上充满水的容器中，其摆放位置的俯视图如图所示。一单色光由P点平行于AC所在的侧面射入a中，光从Q点（图中未画出）射出后经半圆形的圆心O点射入b中，最终光由b上的M点（图中未画出）射出。已知三棱柱a的直角边，，直角边AB所在表面与b的前表面平行正对，水对光的折射率为，，光在真空中的传播速度大小为c，不考虑光的多次反射，忽略薄玻璃对光传播的影响，。求：（1）a的直角边AB所在表面与b的前表面之间的距离X；（2）该单色光从P点传播到M点所用的时间。〖答案〗（1）；（2）〖解析〗（1）光路图如图所示一单色光由P点平行于AC所在侧面射入a，由题意可知入射角为根据折射定律可得可得解得由几何关系可知光传播到AB面的入射角为，则有解得由可得，，由几何关系可得解得（2）该单色光从P点传播到M点所用的时间。其中，联立解得12.竖直平面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块Q静止于水平轨道的最左端。如图甲所示，时刻，小物块P在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与Q发生弹性碰撞（碰撞时间极短），当P返回到倾斜轨道上的A点时（图中未标出），速度减小为0，此时对P施加一个外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块P在斜面上运动的图像如图乙所示（取沿斜面向下的方向为速度的正方向）。已知P的质量为0.5kg，初始时P与Q的高度差为H，两物块与轨道间的动摩擦因数均为，重力加速度，不计空气阻力。（1）求小物块Q的质量及两物块与轨道间的动摩擦因数；（2）在图乙所描述的整个过程中，求小物块P与斜面之间因摩擦而产生的热量；（3）在小物块Q停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后撤去外力，再次将P从A点由静止释放，一段时间后P刚好能与Q再次相撞。若不撤去外力，而使Q以某一初速度开始向左运动，其恰好也能到达A点，求Q的初速度大小。〖答案〗（1）1.5kg，；（2）；（3）〖解析〗（1）设两物块碰撞前P的速度为，的质量为，的质量为，碰撞结束时P的速度为，的速度为，设倾斜轨道与水平面的夹角为由动量守恒定律得由能量守恒有解得，在斜面上加速度分别为求得，（2）设P与Q碰撞后P在倾斜轨道上停止运动时的位置距水平面高度为，与斜面之间因摩擦而产生的热量由图乙可知解得（3）设物块与轨道间改变后的动摩擦因数为，在水平面上滑行的距离为联立求得13.在如图所示的直角坐标系xOy内，第一象限中0≤x≤0.4m的范围内有沿y轴负方向的匀强电场，第三象限中有垂直于纸面向里的匀强磁场。从第三象限中到x轴的距离为d=0.