2024届上海市闵行区高三下学期二模物理试卷（解析版）

第1页/共1页2023学年第二学期高三年级学业质量调研物理试卷考生注意：1．试卷满分100分，考试时间60分钟。2．本考试分设试卷和答题纸。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。3．本试卷标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。4．本试卷标注“计算”“简答”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。5．除特殊说明外，本卷所用重力加速度大小g均取9.8m/s2。1.高空绸吊高空绸吊是一种高难度杂技节目。杂技运动员借助长长的绸带和身体控制技巧，在空中完成精彩的表演。（1）①如图（a），运动员用两根悬于同一点的绸带摆出漂亮的一字马造型，若两根绸带之间的夹角为，运动员的质量为m，单根绸带的拉力大小为______；②若减小两绸带夹角，则绸带对运动员的作用力大小______A.增大B.减小C.不变（2）有一段单人绸吊空中表演，运动员拉住一根长绸带在水平面内做近似圆周运动，如图（b）所示，若运动员重心到悬点距离不变，绸带与竖直方向夹角为θ。①在图（b）画出运动员的受力示意图______。②运动员做匀速圆周运动的向心力由______力提供。③若θ增大，其他条件不变，运动员的周期会______A.增大B.减小C.不变（3）（计算）双人绸吊表演中，甲运动员从高处拉住长绸带在竖直平面内由静止下摆；乙运动员从地面竖直跳起；乙跳到最高点时恰被摆至最低点的甲牢牢抱起，随后甲乙一起运动。如图（c），已知绸带长为L，绸带初始时与竖直方向夹角为，甲、乙的质量分别为m1和m2。求：甲乙一起运动时，绸带与竖直方向最大偏角2的余弦值。【答案】（1）①②.C（2）①.②.合外力或拉力沿水平方向的分力③.B（3）【解析】【小问1详解】[1]运动员静止，根据平衡条件可得解得单根绸带的拉力大小为[2]若减小两绸带的夹角，则绸带对运动员的作用力大小减小。故选C。【小问2详解】[1]运动员的受力示意图如图所示。[2]运动员做匀速圆周运动向心力由合外力或拉力沿水平方向的分力提供。[3]根据牛顿第二定律解得可知若θ增大，其他条件不变，运动员的周期会减小。故选B。【小问3详解】设甲运动到最低点的速率为v1，以甲的最低点所在平面为零势能面由机械能守恒定律解得设甲、乙共同运动的速度为，由动量守恒定律解得由机械能守恒定律得解得2.“打水漂”“打水漂”是古老的游戏，将扁平的石子向水面快速抛出，若成功，石子会在水面上连续跳跃飞向远方，形成如图所示的“水漂”效果。（1）以一定的高度水平扔出的石子和水面相撞后，在水面上弹跳前进，形成“水漂”。假设水平方向速度没有损失，竖直方向碰撞后速度变小，下图有可能是石子“水漂”轨迹的是______A. B. C.（2）如图为一人工湖堤坝的截面图，堤坝斜面倾角为，B点为堤坝与水面的交界点。有一个“打水漂”机器，在A点向湖面水平抛出一扁平石子。若成功形成“水漂”的秘诀是石子接触水面时的速度方向与水面夹角不大于某个固定值θ0（不考石子旋转等其他因素）。①（多选）下列说法正确的是______A.石子在空中的运动可简化为平抛运动B.石子在空中运动的时间与抛出的速度无关C.石子抛出的速度越大，机器对石子做功越多D.石子抛出的速度越大，越有可能观察到“水漂”现象②石子抛出点到水面的高度为h，想要打出“水漂”效果，抛出石子速度大小至少为______，如果凡是落到水面上的石子都能形成“水漂”效果，tanα最大值为______。（3）若“打水漂”机器向平静的湖面抛出的石子恰好砸中湖面一个安全警戒浮漂，浮漂之后的运动可简化为竖直方向的简谐振动，距浮漂1.6m的水面有一片小树叶。①受浮漂振动形成水波的影响，小树叶______逐渐远离浮漂。（选涂：A.能B.不能）②若浮漂在4.0s内全振动了8次，当它开始第9次振动时，小树叶刚好开始振动，则此水波的周期为______s，此水波的传播速度为______m/s。（4）“嫦娥五号”月球探测器返回舱为了安全带回样品，采用了类似“打水漂”多段多次减速技术。如图所示，用虚线球面表示地球大气层边界，边界外侧没有大气。关闭发动机的返回舱从a点滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，经d点后再从e点“跃入”。d点为轨迹最高点，距离地面高度为h，已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R。①下列选项正确的是______A.va>vc>veB.va=vc=veC.va>vc=ve②下列关于返回舱在b、d两点的状态判断正确的是______A.超重失重B.失重超重C.超重超重③返回舱在d点的加速度大小为______。④返回舱在d点时的角速度______。（选涂：A.大于B.等于C.小于）【答案】（1）C（2）①.ACD②.0，③.0（3）①.B②.0.5③.0.4（4）①.C②.A③.④.C【解析】【小问1详解】石子和水面相撞后，水平方向速度没有损失，竖直方向碰撞后速度变小，可知竖直方向上的高度逐渐间隙，根据可知石子在空中运动的时间逐渐减小，根据可知石子在水平方向的位移逐渐减小。故选C。【小问2详解】①A．石子在空中的运动过程，只受重力作用，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，故石子在空中的运动过程可简化为平抛运动，故A正确；B．当石子的抛出速度较小时，石子将落在斜面上，此时有可得故此时石子在空中运动的时间与抛出的速度有关。故B错误；C．机器对石子做功全部转化为石子抛出时的动能，根据动能定理有石子抛出的速度越大，机器对石子做功越多。故C正确；D．石子能落到水面，则石子第一次在空中运动时，竖直方向上的高度h为定值，根据平抛运动规律可知，接触水面瞬间石子竖直方向速度为则故石子抛出的速度越大，石子接触水面时的速度方向与水面夹角越小，越有可能观察到“水漂”现象，故D正确。故选ACD。②[1]当石子接触水面时的速度方向与水面夹角恰好等于固定值θ0时，石子恰好打出“水漂”效果。根据平抛运动规律可知，接触水面瞬间石子竖直方向速度为则解得[2]由于石子抛出的速度越大，石子接触水面时的速度方向与水面夹角越小，越有可能观察到“水漂”现象。故要使落到水面上的石子都能形成“水漂”效果在，则当恰好落到B点的石子能形成“水漂”现象时，所有石子均能形成“水漂”现象。故根据平抛运动规律，当石子恰好落到B点时有结合题意可得tanα的最大值为【小问3详解】①浮漂沿竖直方向做简谐振动，由于质点不能随波迁移，受浮漂振动形成水波的影响，距浮漂1.6m的水面有一片小树叶只会在竖直方向上下振动，小树叶不能逐渐远离浮漂，故选B。②[1]浮漂在4.0s内全振动了8次，故水波的周期为[2]当它开始第9次振动时，小树叶刚好开始振动，即水波在8次全振动时间内恰好传播了1.6m，故水波的传播速度为【小问4详解】①返回舱从a点滑入大气层经b点到达c点的过程，由于有空气阻力做负功，返回舱的动能减小，故有从c点经d点后达到e点的过程，不受空气阻力作用，返回舱在该过程机械能守恒。而c点和e点高度相等，返回舱在两点的重力势能相等，故有整理有故选C。②返回舱在b点做离心运动，加速度向上，返回舱处于超重状态。返回舱在d点做近心运动，加速度向下，返回舱处于失重状态。故选A。③返回舱在d点距离地面高度为h，此时返回舱只受万有引力作用，根据万有引力定律及牛顿第二定律有在地球表面的物体，其所受重力等于万有引力，故有联立解得④当返回舱以d点做近心运动，即其所受万有引力大于其做圆周运动向心力，故根据牛顿第二定律有解得故选C。3.孔明灯孔明灯是我国古老的手工艺品，曾用于军事通信、节日祈福。其原理和热气球类似，都是通过加热气体获得向上的动力。有一孔明灯，灯体（包括燃料）的质量为m=0.2kg，体积为V0=1m3；若点灯时附近大气环境温度恒为t0=27℃，大气密度ρ0=1.2kg/m3，气压为一个标准大气压。（1）若点灯前孔明灯内气体分子热运动的速率分布曲线I如图所示，在图中大致画出点灯后气体分子热运动的速率分布曲线II______。（2）（计算）晴朗无风的夜晚，一人托住灯底，一人点燃灯芯，当双手感到孔明灯有上升之势，即可慢慢放开双手，灯会徐徐升起。试估算，放手时，灯内气体的温度至少为多少摄氏度？【答案】（1）（2）【解析】【详解】（1）点灯后，温度升高，分子热运动更剧烈，速率大的分子所占的比例较大，如图（2）以放手时孔明灯和灯内气体为研究对象，受力平衡解得以放手时孔明灯内气体为研究对象，这部分气体在点灯前体积研究对象的压强不变，据盖吕萨克定律解得4.测定金属的逸出功。金属逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。（1）用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为______。（2）分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。①判断单色光a、b的光强I和频率ν的大小关系______A．频率νa>νb，光强Ia>IbB．频率νa=νb，光强Ia>IbC．频率νa>νb，光强Ia=Ib②已知元电荷e，光电子的最大初动能为______。（3）若第（2）题中的光束来自第（1）题中的激光器，则图（c）中金属板K的逸出功W=______。（已知普朗克常量为h，光速为c）【答案】（1）（2）①.B②.eUc（3）【解析】【小问1详解】由图（b）可知，双缝干涉相邻明条纹的间距为根据解得【小问2详解】[1]由图（d）可知，单色光a、b的遏止电压相同，根据可知二者频率相同，单色光a的饱和电流较大，所以单色光a的光强较大。故选B。[2]光电子的最大初动能为【小问3详解】根据联立解得5.电磁发射2023年9月7日，中国航天科工三院完成了商业航天电磁发射高温超导电动悬浮航行试验，创造了国内高温超导电动悬浮最高航行速度记录！（1）如图为电磁发射器的原理简化图，一个可以产生恒定电流I0的电源、两根间距为L的光滑水平金属导轨和电阻为R的金属炮弹组成闭合回路（其余电阻忽略不计）。两金属导轨中的电流会在炮弹处产生_______方向的磁场，其磁感应强度为B=kI0（k为比例系数）该磁场会对炮弹产生一个大小为_______的安培力，从而推动炮弹加速。（2）如图（a），实际情况中常使用低压交流电源和升压变压器给电磁炮供电。图（b）为交流电源的原理示意图，其结构为一个匝数为N的线圈abcd在匀强磁场中绕OO'轴以恒定角速度ω转动。①关于图（b）中的线圈，以下说法中错误的是______A.线圈abcd此时恰垂直于中性面B.线圈abcd垂直于中性面时磁通量的变化率最大C.线圈abcd产生交流电的周期为②若通过导轨的电流正方向如图（a），电流强度随时间变化如图（c）所示。炮弹所受安培力F（水平向右为正方向），随时间变化情况为______A.B.C.③理想变压器的原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，那么为了通过金属炮弹电流强度有效值达到I0，交流电源的电流最大值需要调节到_______。（忽略回路自感效应）（3）以脉动电流为电磁发射器供电，如图所示，电容器电容为C，炮弹电阻为R，其余电阻不计。当电键S打到1时直流电源对电容器充电，当电键S打到2时，电容器放电产生脉冲电流，从而推动炮弹前进。①若装置的安全限制电流为I0，则电容器至多储存电量为_______。②电容器放电过程中的电压表示数随时间变化的u—t图可能为下图中的_______A.B.C.③在图（d）中做出炮弹速率随时间变化的v—t图_______。【答案】（1）①.垂直于导轨平面向下②.（2）①.A②.B③.（3）①.②.A③.【解析】【小问1详解】[1]根据左手定则可知电磁炮处的磁感应强度方向应垂直于导轨平面向下[2]根据安培力公式，可得【小问2详解】[1]A．线圈abcd此时磁通量最大，恰好位于中性面，故A错误；B．线圈abcd垂直于中性面时磁通量的变化率最大，故B正确；C．线圈abcd产生交流电的周期为故C正确。本题选不正确的，故选A。[2]根据左手定则和安培力大小公式当电流反向时，磁场方向也反向，故安培力方向不变，可得电磁炮安培力随时间变化的规律图如图所示故选B。[3]交流的的峰值为根据变压器电流与匝数的关系有解得【小问3详解】[1]若装置的安全限制电流为I0，则电容器至多储存电量为[2]电容器放电过程中，导体棒在安培力作用下开始运动，同时阻碍放电，导致电流减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，直至电流减为0，当电容器的电压时，放电完毕，而电压表测的是路端电压，所以电压表示数逐渐增大，直到稳定。故选A。[3]电容器放电过程中，导体棒在安培力作用下开始运动，同时阻碍放电，导致电流减小，安培力减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，直至电流减为0，速度达到最大，炮弹速率随时间变化的v—t图如图所示6.“称”出电子的质量1897年真空管阴极射线实验证明了电子的存在。电子的发现，和X射线、放射性一起，成为十九世纪末物理学的三大发现。通过测量电子的比荷（带电粒子电荷量与质量的比）和电荷量大小，人类第一次“称”出了电子的质量。（1）如图所示为阴极射线管，电子经过电压为U1的直流高压电源加速后，进入长度为L、间距为d、垂直于纸面的匀强磁场区域，磁感应强度为B。电子运动轨迹如图，离开磁场时速度方向偏转了α。①磁场的方向为_______；②（计算）求电子的比荷。（2）1903年威尔逊想到一种测量电子电量的方法。如图，一个大玻璃筒内有过饱和蒸汽，当带电微粒通过时，就会形成以带电微粒为核心液滴。实验可观察到某液滴在重力和粘滞阻力f作用下最终以v0匀速运动。已知该球形液滴密度为ρ，在空气中运动时受到的粘滞阻力f与液滴的半径r、液滴的速度成正比，即，粘滞系数η已知。求：①该带电液滴的体积为_______；②威尔逊改进了实验，给云室施加场强为E的竖直方向电场，使得该液滴能悬停在空中，那么带电微粒的电荷量为_______；③（简答）在威尔逊云室实验的基础上，分析物理学家最后是如何得到电子电荷量的_______。【答案】（1）[1]垂直纸面向里；[2]（2）①.②.③.见解析【解析】【小问1详解】[1]由图，电子向下偏转，即电子进入磁场时，所受洛伦兹力竖直向下，由左手定则，磁场垂直纸面向里。[2]电子通过加速电场电子在磁场中由几何关系由洛伦兹力提供向心力则电子的比荷【小问2详解】[1]带电液滴匀速运动球的体积解得[2]液滴悬停解得带电微粒的电荷量为代入解得[3]通过威尔逊云室实验可得到液滴的带电量，后来物理学家密立根通过油滴实验测量了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小的电荷量就是电子所带的由荷量。7.新能源电动汽车新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源的新型汽车。比如纯电动汽车以电池模组和电动机为主要动力装置，有节能减排、低噪音、高效率等优点，是未来汽车产业的重要发展方向。（1）18650型锂电池是目前电动汽车电池模组主流单体电芯。某同学使用如图（a）所示的电路测量一节18650型锂电池的电动势和内阻，得到数据如