2024届高考物理挑战模拟卷 【湖南卷】
1.2023年8月10日，“玲龙一号”反应堆核心模块在海南昌江吊装成功。我国研发的“玲龙一号”为全球首个陆上商用小型核反应堆，具有多个突出优势，其核燃料为铀。的一种核反应方程为，生成的会衰变生成。下列说法正确的是( )
A.X粒子是电子
B.衰变生成是α衰变
C.题述方程反应物总质量比生成物总质量小
D.的比结合能小于的比结合能
2.2023年7月29日20时至8月2日7时，北京市平均降雨量达到331毫米，创历史纪录，永定河流域暴发百年不遇的洪水。某次抢险救援过程如图所示，遇险者所在位置A到河岸的距离，救援人员所在位置B与A点的连线与河岸的夹角。救援人员使用冲锋舟进行救援，冲锋舟垂直河岸匀速划水，不考虑接近遇险人员时冲锋舟的减速过程。已知河水流速。下列说法中正确的是( )
A.冲锋舟划水的最小速度大小为3 m/s
B.冲锋舟刚好到达A处所用时间为10 s
C.若可以改变冲锋舟的划水方向，冲锋舟的最小速度大小为3 m/s
D.若可以改变冲锋舟的划水方向，冲锋舟以最小速度划水，从B到A需要10 s
3.如图为一个台灯的自动控制电路图。T为理想变压器，原、副线圈匝数分别为，L为台灯灯泡，为滑动变阻器，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小（灯泡发出的光不会影响光敏电阻）。下列说法正确的是( )
A.若只使环境中的光线变弱，则灯泡的亮度减弱
B.若只增加原线圈的匝数，则灯泡的亮度增强
C.若只适当减小滑动变阻器的阻值，则灯泡的亮度增强
D.通过变压器原线圈的电流与通过灯泡L的电流之比等于
4.中国探月工程公布信息，“嫦娥六号”计划在2024年进行发射，前往月球背面采集样品，实现人类历史上首次月背采样返回。设想“嫦娥六号”抵达月球周围被月球捕获后先做椭圆运动，在合适位置调姿、变轨、着陆，然后开始探测任务。已知月球质量为m、半径为R，近月点M与月球表面的距离为h，远月点N与月球表面的距离为H，运动轨迹如图所示，以下说法正确的是( )
A.“嫦娥六号”通过近月点时速率等于
B.“嫦娥六号”在近月点和远月点的速率之比为
C.“嫦娥六号”在近月点和远月点的加速度大小之比为
D.“嫦娥六号”着陆月球背面过程要失重
5.某同学在家中利用激光笔和卷尺测量水的折射率。将卷尺竖直贴在鱼缸内部左侧，激光笔发出激光从空气射入水中，调整好角度，折射光恰好打在0刻度处，水面处卷尺的读数为，激光在水面的反射光打在卷尺上刻度处的读数为，测出入射点到卷尺的距离为d。则水的折射率为( )
A. B. C. D.
6.如图所示，利用轻质弹簧连接的小物体静置于水平地面上，小物体的质量分别为0.1 kg、0.3 kg，弹簧的劲度系数。时刻，撤去小物体A，当小物体B运动到最C高点时，小物体C对地面的压力恰好为0。重力加速度g取，空气阻力不计，弹簧的弹性势能，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量大小。在小物体B上升的过程中，下列说法正确的是( )
A.A的质量为0.2 kg B.B上升过程的位移大小为8 cm
C.B运动的最大速度为 D.弹簧的弹性势能的最大值为5.0 J
7.如图是某人站在力传感器上由静止先“下蹲”后静止再“站起”到静止过程中力传感器的示数随时间变化的图像，其中点1、3、5、6、8、10处纵坐标都是500 N，点2、4的纵坐标分别为200 N、700 N，重力加速度g取，由图像上各点判断人的运动情况，下列说法正确的是( )
A.下蹲时，从点1到点3过程中，加速度方向先向下后向上，点4处速度最大
B.下蹲时，点2处加速度最大，加速度大小为，方向向下
C.从点8到点10，人一直向上匀减速，点8处速度最大
D.点8到点10的图形和点6到点8的图形与横线所围的面积一定大小相等
8.今年夏天，食盐再次冲上热搜。食盐（NaCl）晶胞的部分结构如图所示，四个带电荷量为的钠离子和四个电荷量为的氯离子分布在立方体的各个顶点。图中面abcd和面ijmn为图示立方体的棱的中垂面，两点分别为图示立方体上、下表面的中心。取无穷远处电势为零，则( )
A.图中两点的电势相等
B.图中两点的场强相同
C.沿图中op线段，电场强度大小先减小后增大
D.沿图中op线段，电势不变
9.如图所示，位于水平面内的平直光滑导轨间距为d，导轨的右端连接阻值为R的定值电阻，在两导轨间的边长为L的正三角形区域内存在一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里（图中未画出），由长度为L的绝缘轻杆连接的两根导体棒在与导轨平行的外力F作用下以速度v向右匀速通过磁场区域。已知两根导体棒的电阻均为R，运动过程中与导轨垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计。下列说法中正确的是( )
A.导体棒ab中的电流方向发生改变 B.导体棒ab中电流的最大值为
C.外力F的最大值为 D.整个过程中通过R的电荷量为
10.如图所示，质量为的木板B放置在光滑水平面上，上表面与左侧平台等高，一带轻质挡板的轻弹簧固定在木板B的右端点O，初态时弹簧处于原长，挡板位于P点。可视为质点、质量为m的滑块A以初速度从平台滑上木板B，时间t后滑块A与挡板接触并一起压缩弹簧，弹簧始终处于弹性限度内。已知木板B上P点右侧光滑，P点左侧粗糙且粗糙部分长度，滑块A与木板B粗糙部分间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。下列说法中正确的是( )
A.当弹簧被压缩到最短时滑块A的速度
B.
C.从弹簧开始被压缩到压缩到最短的过程中，弹簧对滑块A的冲量的大小为
D.弹簧储存的最大弹性势能为
11.在“验证机械能守恒”的实验中，可以通过选择不同的仪器测量达到相同的实验目的。如图所示为两个实验小组的实验装置图，已知重力加速度为g。
（1）图甲中，铁架台上固定有轻质定滑轮，两个质量均为M的木块通过细线跨过滑轮连接，木块B上固定宽度为d的遮光条，初始时木块A放置在桌面上，此时遮光条距离光电门的距离为h，在木块B上放上质量为m的小铁块，由静止释放木块B，遮光条通过光电门的时间为t，在误差允许的范围内，若满足关系式________（用题目中的已知量表示），则系统机械能守恒。
（2）图乙中，将拉力传感器固定在天花板上，一段不可伸长的细线一端系于传感器的O点，另一端连接重而小的钢球。初始时钢球静止在最低点，传感器的读数为。现将钢球拉至细线与竖直方向夹角为θ时无初速度释放，拉力传感器的最大读数为，改变夹角θ并读出不同的数据，若钢球摆动过程中机械能守恒，应满足关系式________；下列图像中能反映机械能守恒的是________（填正确答案标号）。
12.实验小组对一款废旧智能手机进行拆卸后发现电池上标有“电动势4.50 V”的字样，为了测定该电池的电动势和内阻，实验小组利用实验室仪器，设计方案进行了测量。实验室提供的实验器材如下：
A.待测手机电池；
B.电压表V（量程为0~1.50 V，内阻为2000 Ω）；
C.电流表G（量程为0~50 mA，内阻为4.5 Ω）；
D.电阻箱（阻值范围为0~99.9 Ω）；
E.电阻箱（阻值范围为0~999 Ω）；
F.电阻箱（阻值范围为0~9999 Ω）；
G.滑动变阻器（阻值范围为0~10 Ω）；
H.滑动变阻器（阻值范围为0~100 Ω）；
L.滑动变阻器（阻值范围为0~1000 Ω）；
J.开关，导线若干。
（1）实验室所提供的电表量程都不够，需要进行改装才能使用：
①将电压表的量程扩大为0~4.50 V，则应将电阻箱_______（填“”“”或“”）与电压表_______（填“串联”或“并联”）；
②将电流表量程扩大为0~0.5 A，则选电阻箱_______（填“”“”或“”），改装后电流表内阻为_______。
（2）用改装好的电表测量该电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示的电路，请用笔画线代替导线将实物图乙连接成测量电路。
（3）滑动变阻器应选_______（填“”“”或“”）；连接好电路，移动滑片，得到电流表和电压表读数分别为I和U，作出图像如图丙所示，可得该电池的电动势_______V，内阻_______Ω。
13.2023年9月23日晚杭州亚运会开幕式上，“数字烟花”竞相盛放，整个画面干净、纯洁而绚丽，彰显了中华民族的文化自信。假设“数字烟花”与真实烟花的运动轨迹一致，某一烟花弹在距地面h高处爆炸（如图所示），无数亮珠从天而降，将天空装点得格外美丽。在四散的烟花亮珠中，某一亮珠的速度大小为v，出射方向与水平方向的夹角为θ，重力加速度为g，忽略空气阻力，该亮珠的落地点与爆炸点的水平距离为多少？
14.如图甲所示的三维坐标系中，荧光屏P与平面xOy平行放置，分界面M将空间分为Ⅰ、Ⅱ两区域，区域Ⅰ内存在如图乙所示周期性变化的匀强磁场（沿z轴正方向为磁场的正方向），磁感应强度大小为，区域Ⅱ内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子在yOz平面中从O点沿与z轴正方向成60°角斜向y轴正方向射入区域Ⅰ，速度大小为，经一段时间后恰好以与在O点相同的速度进入区域Ⅱ，并最终垂直打在荧光屏P上某点。粒子的重力忽略不计。求：
（1）粒子在区域Ⅰ中的运动时间；
（2）时粒子的速度；
（3）粒子打在荧光屏P上的位置坐标。
15.如图所示，光滑水平面上有一个圆心角为60°的光滑圆弧轨道，轨道底端与水平面相切。初速度大小为的小球（可视为质点）从水平面滑上圆弧轨道，小球从圆弧轨道飞出时的速度方向与水平方向成30°角，已知小球质量为m，圆弧轨道的半径为，且分离时小球与轨道在垂直于接触面方向上的速度分量相等，不考虑空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）圆弧轨道的质量；
（2）从小球滑上圆弧轨道到与圆弧轨道分离时轨道对小球做的功；
（3）小球再次回到飞出时的高度时与圆弧轨道的最高点之间的水平距离。
答案以及解析
1.答案：D
解析：由核反应中质量数和电荷数守恒可得X粒子的质量数为1，电荷数为0，X粒子是中子，A错误；衰变生成时，放出的粒子质量数为0，电荷数为-1，释放出的粒子是电子，该衰变为β衰变，B错误；裂变反应释放能量，存在质量亏损，反应物总质量大于生成物的总质量，C错误；比结合能小的原子核反应生成比结合能大的原子核的过程释放能量，D正确。
2.答案：C
解析：由题意可知，冲锋舟垂直河岸匀速划水，速度最小时，它的合速度方向沿BA方向，所以，解得；根据合运动和分运动的等时性，沿河岸方向有，解得。故A、B错误。若可以改变冲锋舟的划水方向，当冲锋舟垂直于BA方向划水时，它的划水速度最小，此时有，此时冲锋舟的合速度沿BA方向，且有，而由几何关系可知，沿BA方向有，冲锋舟由B到A所用的时间，故C正确，D错误。
3.答案：C
解析：光线变弱→光敏电阻阻值灯泡电流↑→灯泡变亮，A错误；原线圈匝数变压器输出电压→灯泡电压↓→灯泡变暗，B错误；滑动变阻器阻值↓灯泡电压↑→灯泡变亮，C正确；理想变压器原、副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比，副线圈中的电流与灯泡中的电流不相等，则通过变压器原线圈的电流与通过灯泡L的电流之比不等于，D错误。
4.答案：B
解析：若“嫦娥六号”在距离月球表面h处做匀速圆周运动，则其运动的轨道半径，由万有引力提供向心力，有，解得，又“嫦娥六号”的轨道为椭圆，其在M点做离心运动，则其通过M点时速率大于，A错误；设“嫦娥六号”在M点和N点的速率分别为和，根据开普勒第二定律，“嫦娥六号”与月球的连线在相等时间内扫过的面积相等，则在极短时间内有，则，B正确；设“嫦娥六号”在M点和N点的加速度大小分别为和，根据万有引力提供合外力，有，则“嫦娥六号”在M点和N点的加速度大小之比，C错误；“嫦娥六号”着陆月球背面过程要减速下降，该过程要超重，D错误。
5.答案：A
解析：设入射角、折射角分别为，由折射定律有，由几何关系可知，，可得，A正确。
6.答案：C
解析：撤去小物体A之前，对整体进行受力分析有，弹簧处于压缩状态，撤去小物体A时，对B进行受力分析有，当小物体B运动到最高点时，小物体C对地面的压力恰好为0，对C进行受力分析有，此时弹簧处于拉伸状态，对B进行受力分析有，由于撤去小物体A之后，B做简谐运动，则有，解得，A错误；B上升过程的位移大小为，B错误；当小物体B速度达到最大时，B所受的合力为0，则有，根据能量守恒定律有，解得，C正确；弹簧的弹性势能的最大值，D错误。
7.答案：BD
解析：由题意可知，人的重力，由牛顿第三定律可知，点1到点3过程，人所受支持力小于重力，加速度一直向下，处于失重状态，点3处为下蹲过程速度最大时刻，点3到点5过程处于超重状态，向下减速，点4处速度小于点3处速度，A错误；根据，可知点2处加速度向下且最大，，B正确；人在点6到点8过程处于超重状态，加速度一直向上，点8为站起过程最大速度处，人在从点8到点10过程处于失重状态，人一直向上减速，但F变化，说明加速度变化，不是匀减速，C错误；由于人在点6和点10处都处于静止状态，点8到点10的图形和点6到点8的图形与横线所围的面积都表示合力的冲量大小，根据动量定理可知这两个面积大小相等，D正确。
8.答案：AD
解析：将前后一个钠离子和一个氯离子看成等量异种电荷，等量异种电荷的中垂面为等势面，由电势叠加可知两点电势相等，由电场叠加可知两点场强大小相等、方向相反，故场强不相同，A正确，B错误；将上方两个钠离子、两个氯离子分别看成等量同种电荷，这四个离子在op线段上任意一点的合场强均为零，同理，下方四个离子在op线段上任意一点的合场强也均为零，因此，沿题图中op线段，电场强度大小不变，C错误；平面abcd和平面ijmn为等势面，故沿题图中op线段电势不变，D正确。
9.答案：AD
解析：当导体棒ab在磁场中运动时，由右手定则可以判断导体棒ab中的电流方向为由b到a，当导体棒cd在磁场中运动时，由右手定则可以判断导体棒cd中的电流方向为由d到c，所以导体棒ab中的电流方向为由a到b，故A正确；当导体棒ab通过磁场的中间位置时导体棒ab中的电流最大，由法拉第电磁感应定律有，由闭合电路欧姆定律可知此时导体棒ab中的电流，故B错误；由平衡条件可知当导体棒中电流最大时外力F最大，当导体棒ab（或导体棒cd）通过磁场的中间位置时电流最大，此时有，故C错误；在导体棒ab通过磁场区域的过程中，通过电阻R的电荷量，而，解得，在导体棒cd通过磁场区域的过程中，通过电阻R的电荷量，所以整个过程中通过电阻R的电荷量，故D正确。
10.答案：AC
解析：当弹簧被压缩到最短时，滑块A与木板B共速，由动量守恒定律有，解得，故A正确；当滑块A在木板B上P点左侧滑行时，对滑块A受力分析并结合牛顿第二定律有，对木板B受力分析并结合牛顿第二定律有，由题意有，解得，故B错误；弹簧开始被压缩时，滑块A的速度，木板B的速度，从弹簧开始被压缩到弹簧被压缩到最短的过程，对滑块A由动量定理有，所以此过程中弹簧对滑块A的冲量的大小为，故C正确；当弹簧被压缩到最短时弹簧弹性势能最大，从弹簧开始被压缩到压缩到最短的过程，对滑块A和木板B组成的系统分析，由能量守恒定律可得，弹簧储存的最大弹性势能，故D错误。
11.答案：（1）
（2）；C
解析：（1）遮光条通过光电门时的速度，若系统机械能守恒，则有。
（2）设摆长为L，钢球质量为m，钢球摆动到最低点时速度为v，钢球静止时，有；若钢球摆动过程机械能守恒，则有，在最低点由牛顿第二定律有，解得；在图像中，图线的斜率为-2，故题图中能反映机械能守恒的是图像C。
12.答案：（1）①；串联
②；0.45 Ω
（2）见解析图
（3）；4.20；2.55
解析：（1）①将电压表的量程扩大为0~4.50 V，由于，故应串联的电阻阻值为，故电阻箱应选。
②将电流表量程扩大为0~0.5 A，由于，放应并联的电阻阻值为，故电阻箱应选，改装后电流表的内阻。
（2）实物连线如图所示。
（3）连接好电路，电路中的最大电流，回路中的最小电阻，为方便测量滑动变阻器应选。根据闭合电路欧姆定律有，可得，在图像中，，解得，解得。
13.答案：或
解析：亮珠的运动情况为斜上抛或斜下抛，将运动沿水平和竖直方向分解，取向上为正方向，
水平方向上的位移
竖直方向上的位移或
解得或
因此该亮珠落地点与爆炸点的水平距离为或
14.答案：（1）
（2）速度大小为，方向与z轴正方向成60°角斜向y轴负方向
（3）
解析：（1）将带电粒子在O点的速度沿z轴正方向和y轴正方向分解，由于磁场方向沿z轴正方向，所以沿z轴正方向粒子不受力，做匀速直线运动，沿y轴正方向的分速度使得粒子受沿x轴正方向的洛伦兹力，在xOy平面内做匀速圆周运动，所以粒子做类似螺旋运动，磁场的变化周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期，因此每经过整数个周期，粒子的速度就与在O点的速度相同
则粒子在区域Ⅰ中的运动时间
（2）由（1）可知，经，粒子在xOy平面内的分运动刚好运动半个圆周，
一个分速度沿y轴负方向，有
一个分速度沿z轴正方向，有
则时粒子的速度，方向与z轴正方向成60°角斜向y轴负方向
（3）粒子进入区域Ⅱ后受到沿y轴负方向的电场力作用，做类斜上抛运动，当运动到最高点时速度刚好与荧光屏垂直（沿z轴正方向），并打在荧光屏P上。粒子在区域Ⅱ中，沿z轴方向做匀速直线运动，沿y轴方向做类竖直上抛运动，有，
，
解得
坐标原点到分界面M的距离
则
由解得
因此，粒子打在荧光屏P上的位置坐标为
15.答案：（1）（2）（3）
解析：（1）分离时如图所示，设圆弧轨道质量为M，分离时小球的速度大小为，圆弧轨道的速度大小为，
由系统水平方向动量守恒有
分离时小球与圆弧轨道在垂直于接触面方向上的速度相等，即速度的径向分量相等，有
由系统机械能守恒有
联立解得
（2）从小球滑上圆弧轨道到与圆弧轨道分离时，设圆弧轨道对小球做的功为W，对小球由动能定理有
解得
（3）小球从轨道飞出后做斜抛运动，圆弧轨道做匀速直线运动，分离时小球速度的竖直分量，
则再次回到飞出时的高度所用的时间为
小球与圆弧轨道的最高点之间的水平距离为
