2023年高考湖北卷物理真题-教师用卷

2023年高考湖北卷物理真题

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1.  年月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线对应的光子能量为。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(    )
 

A. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁
C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁

【答案】A 

【解析】

【分析】本题考查能级的跃迁问题。
【解答】由图中可知和的能级差之间的能量差值为：

与探测器探测到的谱线能量相等，由此可知此谱线来源于太阳中氢原子和能级之间的跃迁。

故选：。

2.  年月日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为，如图所示。根据以上信息可以得出(    )
 

A. 火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
B. 当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大
C. 火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为
D. 下一次“火星冲日”将出现在年月日之前

【答案】B 

【解析】A.火星和地球均绕太阳运动，根据开普勒第三定律有

代入数据解得，故A错误；

B.由题意知火星和地球绕太阳匀速圆周运动，速度的大小均不变，当火星与地球相距最远时，由于两者的速度方向相反，此时两者的相对速度最大，故B正确；

C.在星球表面根据万有引力定律与重力的关系有

由于不知道火星和地球的质量比，故无法得出火星和地球表面的自由落体加速度，故C错误；

D.火星和地球绕太阳匀速圆周运动，有，

要发生下一次火星冲日则有

得

可知下一次“火星冲日”将出现在年月日之后，故D错误。

故选：。

3.  在正点电荷产生的电场中有、两点，其电势分别为、，电场强度大小分别为、。下列说法正确的是(    )

A. 若，则点到电荷的距离比点的远
B. 若，则点到电荷的距离比点的近
C. 若把带负电的试探电荷从点移到点，电场力做正功，则
D. 若把带正电的试探电荷从点移到点，电场力做负功，则

【答案】C 

【解析】A.沿着电场线的方向电势降低，结合点电荷电场线的特点可知，若，则点到电荷的距离比点的近，故A错误；

B.由点电荷的电场强度知，若，则点到电荷的距离比点的远，故B错误；

C.若把带负电的试探电荷从点移到点，电场力做正功，则是逆着电场线运动，电势增加，故有，故C正确；

D.若把带正电的试探电荷从点移到点，电场力做负功，则是逆着电场线运动；根据正点电荷产生的电场特点可知，故D错误。

故选：。

4.  两节动车的额定功率分别为和，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为和。现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为(    )

A.  B.  C.  D.

【答案】D 

【解析】

【分析】本题考查机车启动问题，明确机车的速度达到最大时，牵引力等于阻力。
【解答】当动车的速度达到最大时，牵引力等于阻力，对这两节动车分别有

同理，编组后的动车组的速度达最大时有

联立以上三式解得

故选：。

5.  近场通信器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形线圈共匝，其边长分别为、和，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为，则线圈产生的感应电动势最接近(    )
 

A.  B.  C.  D.

【答案】B 

【解析】由题知，线圈共有三匝，每匝线圈都会产生对应的感应电动势，线圈总的感应电动势为三匝线圈电动势之和，
故根据法拉第电磁感应定律可知：
故选：。
 

6.  如图所示，楔形玻璃的横截面的顶角为，边上的点光源到顶点的距离为，垂直于边的光线在边的折射角为。不考虑多次反射，边上有光射出部分的长度为(    )
 

A.  B.  C.  D.

【答案】C 

【解析】

【分析】
本题考查光在界面间发生全反射的现象，注意找准临界情况与画好光路图即可；
【解答】
设光纤在界面的入射角为  ，折射角为  ，几何关系可知  ，则根据有折射定律有：
故该光线的临界角，即临界角为

光线恰好未射出界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中 

光线在两点发生全反射，即之间有光线射出，由几何关系可知

故选：。

7.  一列简谐横波沿轴正向传播，波长为，振幅为。介质中有和两个质点，其平衡位置分别位于和处。某时刻质点的位移为，且向轴正方向运动。从该时刻开始计时，质点的振动图像为(    )

A.  B.
C.  D.

【答案】A 

【解析】质点平衡位置之间的距离为

此时点的位移且向轴正方向运动，令此时点的相位为  ，则有

解得 或  舍去，向下振动

由之间的距离关系可知

则  ，可知点此时的位移为且向下振动，

故选：。

二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）

8.  时刻，质点从原点由静止开始做直线运动，其加速度随时间按图示的正弦曲线变化，周期为。在时间内，下列说法正确的是(    )
 

A. 时，回到原点
B. 时，的运动速度最小
C. 时，到原点的距离最远
D. 时，的运动速度与时相同

【答案】BD 

【解析】

【分析】本题考查图像，知道的面积表示速度的大小。
【解答】由图可知，像的面积表示质点速度变化量，可知质点在  时间内一直向前做加速运动， 时刻速度达到最大， 时间内加速度方向与速度方向反向，因为加速度随时间按图示的正弦曲线变化，可知  时刻速度减速到零，此过程一直向前做减速运动，  重复此过程的运动，即质点一直向前运动，AC错误，B正确；

  图像的面积表示速度变化量，  内速度的变化量为零，因此  时刻的速度与  时刻相同，D正确。

故选：。

9.  如图所示，原长为的轻质弹簧，一端固定在点，另一端与一质量为的小球相连。小球套在竖直固定的粗糙杆上，与杆之间的动摩擦因数为。杆上、两点与点的距离均为，点到点的距离为，与杆垂直。当小球置于杆上点时恰好能保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为。小球以某一初速度从点向下运动到点，在此过程中，弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是(    )
 

A. 弹簧的劲度系数为
B. 小球在点下方处的加速度大小为
C. 从点到点的运动过程中，小球受到的摩擦力先变小再变大
D. 从点到点和从点到点的运动过程中，小球受到的摩擦力做功相同

【答案】AD 

【解析】A.小球在点恰好能保持静止，由平衡条件知：    
此时小球所受静摩擦力力最大，由题知：   

联立解得：，A正确；

B.小球运动到点下方  时，弹簧与竖直方向的夹角为  ，弹簧的压缩量为：
此时弹簧弹力的大小为：，弹簧对杆的弹力为
故此时，滑动摩擦力大小为： 

由牛顿第二定律：

联立解得：，B错误。

C.由到的过程中，弹簧的压缩量增大，弹簧弹力的大小增大，弹簧与杆之间的夹角逐渐增大，则弹簧对杆的压力等于，也在逐渐增大，则杆对小球的摩擦力也在逐渐增大；同理可知，从到的过程中，杆对小球的摩擦力在逐渐减小；故C错误。
D.根据对称性可知在任意关于点对称的点摩擦力大小相等，由此可知到和到摩擦力做功大小相等；D正确；

故选：。

10.  一带正电微粒从静止开始经电压加速后，射入水平放置的平行板电容器，极板间电压为。微粒射入时紧靠下极板边缘，速度方向与极板夹角为，微粒运动轨迹的最高点到极板左右两端的水平距离分别为和，到两极板距离均为，如图所示。忽略边缘效应，不计重力。下列说法正确的是(    )
 

A.
B.
C. 微粒穿过电容器区域的偏转角度的正切值为
D. 仅改变微粒的质量或者电荷数量，微粒在电容器中的运动轨迹不变

【答案】BD 

【解析】A.粒子在电容器中水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀减速直线运动，设粒子射入电容器后的速度为  ，水平方向的分速度 ，竖直方向的分速度 

则当粒子从射入到运动到最高点过程中，由运动学可得 ， ，联立可得，A错误；
B.带正电微粒从静止开始经电压加速，由动能定理可得，根据电场强度和电势差的关系及场强和电场力的关系可得 ， ，从射入到运动到最高点由运动学关系，联立解得，B正确；

C.粒子从最高点到穿出电容器，由运动学可得 ， ，射入电容器到最高点有解得，设粒子刚穿出电容器时速度方向与极板夹角为  ，则

粒子射入电容器时速度方向与极板夹角的夹角为  ，，C错误；

D.粒子射入电容器到最高点的过程水平方向的位移为  ，竖直方向的位移为

联立解得，同理可得粒子从最高点到射出电容器的过程，设水平方向的位移为  ，竖直方向的位移为联立解得，即仅改变微粒的质量或者电荷数量，微粒在电容器中的运动轨迹不变， D正确。

故选：。

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

11.  某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数的实验。

如图所示，木板和木块放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块和放在电子秤上的重物通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块间的轻绳水平，与重物间的轻绳竖直。在木块上放置个砝码电子秤称得每个砝码的质量为，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数。

实验中，拉动木板时__________填“必须”或“不必”保持匀速。

用和分别表示木块和重物的质量，则和所满足的关系式为__________。

根据测量数据在坐标纸上绘制出图像，如图所示，可得木块和木板间的动摩擦因数_________保留位有效数字。

【答案】不必；          

【解析】木块与木板间的滑动摩擦力只与木块的重力和动摩擦因数有关，与它们的之间的相对速度无关，则实验中，拉动木板时不必保持匀速；

对木块、砝码以及重物整体分析可知，解得

由可得，整理得，由图像可知，解得。

12.  某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图所示电路，所用器材如下：

电压表量程，内阻很大；

电流表量程；

电阻箱阻值；

干电池一节、开关一个和导线若干。

根据图，完成图中的实物图连线。

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、相应的电流表示数和电压表示数。根据记录数据作出的图像如图所示，则干电池的电动势为__________保留位有效数字、内阻为__________保留位有效数字。

该小组根据记录数据进一步探究，作出图像如图所示。利用图中图像的纵轴截距，结合问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为__________保留位有效数字。

由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值__________填“偏大”或“偏小”。

【答案】     ；          偏小 

【解析】实物连线如图：

由电路结合闭合电路的欧姆定律可得

由图像可知

内阻

根据

可得

由图像可知

解得

由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

13.  如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求

最终汽缸内气体的压强。

弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。

【答案】解：对左右汽缸内封闭的气体为研究对象
初始状态：气体压强：    气体的体积：

末装态：设气体的压强为，气体的体积：

由玻意耳定律知：

解得： ，即最终汽缸内气体的压强为

以右侧活塞为研究对象，由平衡条件知：

   解得：

以左侧活塞为研究对象，由平衡条件知：

   解得：

【解析】见解析
 

14.  如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为、内表面光滑，挡板的两端、在桌面边缘，与半径为的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内，过点的轨道半径与竖直方向的夹角为。小物块以某一水平初速度由点切入挡板内侧，从点飞出桌面后，在点沿圆弧切线方向进入轨道 内侧，并恰好能到达轨道的最高点。小物块与桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为，忽略空气阻力，小物块可视为质点。求：

小物块到达点的速度大小；

和两点的高度差；

小物块在点的初速度大小。

【答案】由题知，小物块恰好能到达轨道的最高点，
则在点有：

解得：

由题知，小物块从点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，而小物块从运动到点，做平抛运动，根据平抛运动规律，
则在点有：

小物块从到的过程中，
根据动能定理有：

则小物块从到的过程中，
根据动能定理有

联立解得： ，  

小物块从到的过程中，
根据动能定理有：
其中： 

解得：

【解析】根据小物块在圆弧轨道做竖直面内的圆周运动，恰好能到达轨道的最高点，说明小物块在点时，由重力提供向心力，结合圆周运动规律即可求出点速度大小。
由于在第一问中求出了点速度，而小物块从到的过程中只有重力做功，结合动能定理或者机械能守恒定律求解高度差。由于点速度未知，可以先根据小物块从到的过程中，利用动能定理或者机械能守恒定律求解点速度，再根据小物块从运动到点平抛运动过程，利用平抛运动的规律求解点速度。求出点速度后，问题即可解决。
小物块从到的过程中只有摩擦力做功，注意摩擦力做功的特点，在摩擦力的方向上发生的位移大小与路程相等，利用功的定义即可知道小物块从到的过程中摩擦力做功的多少，再结合动能定理即可求出小物块在点的初速度大小。
 

15.  如图所示，空间存在磁感应强度大小为、垂直于平面向里的匀强磁场。时刻，一带正电粒子甲从点沿轴正方向射入，第一次到达点时与运动到该点的带正电粒子乙发生正碰。碰撞后，粒子甲的速度方向反向、大小变为碰前的倍，粒子甲运动一个圆周时，粒子乙刚好运动了两个圆周。己知粒子甲的质量为，两粒子所带电荷量均为。假设所有碰撞均为弹性正碰，碰撞时间忽略不计，碰撞过程中不发生电荷转移，不考虑重力和两粒子间库仑力的影响。求：

第一次碰撞前粒子甲的速度大小；

粒子乙的质量和第一次碰撞后粒子乙的速度大小；

时刻粒子甲、乙的位置坐标，及从第一次碰撞到的过程中粒子乙运动的路程。本小问不要求写出计算过程，只写出答案即可

【答案】由题知，粒子甲从点沿轴正方向射入到达点，则说明粒子甲在磁场做圆周运动的轨道半径  

根据

解得：

由题知，粒子甲运动一个圆周时，粒子乙刚好运动了两个圆周，则甲  

根据  ，有

则

粒子甲、乙碰撞过程，取竖直向下为正方向有
甲乙乙 甲乙乙
   

解得：乙 甲，乙 甲

则第一次碰撞后粒子乙的速度大小为  。

已知在  时，甲、乙粒子发生第一次碰撞且碰撞后有：甲 甲，乙 甲

则根据  ，可知此时乙粒子的运动半径为   

可知在  时，甲、乙粒子发生第二次碰撞，且甲、乙粒子发生第一次碰撞到第二次碰撞过程中乙粒子运动了圈，此过程中乙粒子走过的路程为 

且在第二次碰撞时有
甲乙乙 甲乙乙
 

解得甲 甲，乙 甲

可知在  时，甲、乙粒子发生第三次碰撞，且甲、乙粒子发生第二次碰撞到第三次碰撞过程中乙粒子运动了圈，此过程中乙粒子做圆周运动半径为
走过的路程为 

且在第三次碰撞时有
甲乙乙 甲乙乙
 

解得甲 甲，乙 甲；依次类推

在  时，甲、乙粒子发生第九次碰撞，且甲、乙粒子发生第八次碰撞到第九次碰撞过程中乙粒子运动了圈，此过程中乙粒子走过的路程为 

且在第九次碰撞时有
甲乙乙 甲乙乙
  

解得甲 甲，乙 甲

在  到  过程中，甲粒子刚好运动半周，则  时甲粒子运动到点即处。

在  到  过程中，乙粒子刚好运动一周，则  时乙粒子回到坐标原点，且此过程中乙粒子走过的路程为

故整个过程中乙粒子走过总路程为

【解析】见解析