上海市2023-2024学年高三“新高考”最终质量调研物理试卷（解析版）

高级中学名校试卷PAGEPAGE1上海市2024年高三“新高考”最终质量调研（等级考）物理学科考生注意：1.本试卷共10页，5个场景，28个小题，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。答题前，务必在答题纸上填写学校、班级、姓名。作答必须涂或写在答题纸上，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；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”“论证”等试题，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.本试卷标注为“作图”的试题，用2B铅笔在答题纸对应框内画出图像，需要画出大致的轨迹以及特殊点。6.本试卷的场景将诱导学生们，一步一步从微观粒子拓宽视野直到宇宙中微型粒子科学家发现很多物质的微观形式均为粒子，宏观的物质，甚至光，都是由粒子构成的，科学家分别用a、b两束光照射同一光电效应设备，得到光电流与光电管两极间电压的关系图像如图所示。1.下列说法正确的是（）A.a、b两束光频率相同B.b光的衍射现象比a光更容易观察C.b光的强度大于a光的强度D.若两种单色光分别照射基态氢原子时都能使其能级跃迁，则b光使其跃迁能级更高2.科学家进而分析光电效应的电路图。①、②两束单色光是由处在同一激发态的原子跃迁到I态和II态时产生的，若光束①通过窗口照射到阴极K后，滑动变阻器的滑片P滑到位置a时，电流表的读数恰好变为0：光束②通过窗口照射到阴极K后，滑动变阻器的滑片P滑到位置b时，电流表的读数恰好变为0光束①产生的饱和电流___________光束②的饱和电流；光束①产生的光电子初动能___________光束②产生的光电子初动能A.大于B.小于C.无法判断3.计算并解释在2中得出的结论科学家发现一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。而均匀带电薄球壳在内部任意点产生的电场强度为零，由以上信息结合叠加原理解决下列问题。已知静电力常量为k。根据汤姆生的原子模型，我们可以把原子看成是一个半径为R=10-10m的电中性的球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里。在粒子散射实验中，某粒子沿着原子边缘以速度v射向金原子，如图乙所示。不考虑电子对粒子的作用。为简单计，认为该粒子接近金原子时（即rR，图中两条平行虚线范围内）才受金原子中正电荷的静电作用，作用力为恒力，大小为F=（Q和q分别为金原子正电荷电量和粒子电量）、方向始终与入射方向垂直，作用时间的数量级为（k=9.0×109Nm2/C2，金原子序数79，粒子动能约Ek=5MeV=810-13J，电子电量e=1.6×10-19C，保留3位有效数字）；（1）一半径为R、带正电荷Q的粒子，以球心O为原点建立坐标轴Ox，如图甲所示。求Ox轴上电场强度大小E与坐标x的关系并在答题纸上作出函数图像（2）求粒子的偏转角度。4.电子是原子的组成部分，当电子的速度为零时，电子的质量为m0=9.11×10-31kg，该电子由静止开始经加速电压U=106V加速后，该电子的质量和速度的大小分别为多少？（计算结果保留4位有效数字）5.2023年11月2日，日本东京电力公司启动第三批约7800吨核污染水排海，引起多国强烈反对。其中有一种难以被清除的氚具有放射性，会发生衰变，产生危害较小的He-3（指质量数为3），其半衰期为12.43年，研究人员发现，氚在0.09g/L下为安全浓度（1）写出氚发生衰变的核方程式（2）1kg的氚原子核，在100L的水中，需要经过至少___________年，才能达到安全浓度。〖答案〗1.D2.CC3.（1）（x<R）；（xR）；；（2）°4.kg；m/s5.（1）；（2）87.01年〖解析〗【1题详析】A．由图可知，b对应的遏止电压大于a对应的遏止电压，则b的频率大于a的频率，若两种单色光分别照射基态氢原子时都能使其能级跃迁，根据光电效应方程可知，则b光使其跃迁能级更高，故A错误，D正确；B．b的波长小于a的波长，b光的衍射现象比a光更不容易观察，故B错误；C．a对应的饱和光电流大于b的饱和光电流，则a光的光照强度一定大于b光的光照强度，故C错误；故选D。【2题详析】[1][2]根据电路图可知，滑动变阻器的滑片P滑到位置a时的减速电压小于滑到位置b时的减速电压，即光束①的遏止电压小于光束②的遏止电压，根据可知，光束①的光子的能量小于光束②的光子的能量，即光束①的光子的频率小于光束②的光子的频率，饱和电流与光照强度有关，由于两种光的光照强度关系不确定，则光束①产生的饱和电流与光束②产生的饱和电流的关系也不确定。故选C。光电子的初动能在范围之间，因此光束①产生的光电子的初动能不一定小于光束②产生的光电子的初动能。故选C。【3题详析】（1）在x>R的区域，带电球体产生的场强大小为在x<R的区域，可以将带电球体分为两部分，半径为x的带电球体和外面的球壳（x>R的部分可看成无数层薄球壳），由题意，x>R的部分在x处产生的场强为0，整体带电球体在x处产生的电场和半径为x的球体在x处产生的电场相同，半径为x的球体带电量为电场为则函数关系式为（x<R）；（xR）图象如图所示（2）根据匀速圆周运动中速度的变化情况作图粒子入射速度为vA，受金属原子的作用为垂直于速度的恒力，其速度变化的方向与vA垂直，由动量定理可知得与入射速度v比值为将和代入得代入数据得结果表明，粒子速度变化非常小，变化后的速度可用图中表示，图中三角形为直角三角形，也可看成角度很小的等腰三角形，偏转角为°【4题详析】根据能量关系可得代入数据解得kg根据相对论原理可知解得m/s【5题详析】（1）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知衰变方程为（2）氚在0.09g/L为安全浓度，即100L水中氚的质量为9g，根据半衰期特点有代入数据解得t=87.01年场科学家从微观粒子的视角本身的视角移开，开始转移到一些能改变粒子运动的假想场上。6.以下有关于场的说法正确的是（）A.场是看不见摸不着的物质，但我们可以用“场线”来形象化地描述它B.静止的电荷周围的电场称为静电场C.麦克斯韦发表了电磁场理论，认为一切电场都能产生磁场D.现代科学认为，基本粒了和场之间关系密切，有场才有基本粒子科学家先研究电场，一电场的电势φ随x的变化规律如图，图线关于φ轴对称，且AO间距离小于BO间距离7.下列说法正确的是（）A.该电场可能为匀强电场B.一负电荷在A点电势能大于B点电势能C.一正电荷从A点移到B点电场力不做功D.A、B间电场方向为由B指向A科学家们转而研究磁场，在利用洛伦兹力演示仪（图甲）探究带电粒子在匀强磁场中运动的规律时，发现有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状。现将这一现象简化成如图乙所示的情景来讨论：在空间存在平行于y轴的匀强磁场，由坐标原点在xOy平面内以初速度以沿与x轴正方向成角的方向射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线，其轴线平行于y轴，螺旋半径为R，螺距为，螺旋周期为T。8.判断螺旋半径R，螺距，螺旋周期T，分别可能和那些物理量有关（用下述物理量，励磁线圈中的电流I，电子的加速电压U，角度）在深入研究了电磁场的关联后，科学家得到了质谱仪的结论，如图为某质谱仪的原理图。真空中，质量为m、带电量为q的正离子以大小为的初速度沿x轴运动，经长度为d的区域I后，运动到与区域边界相距为L的yOz平面。9.回答下列问题（1）若区域I中仅存在沿y轴正方向的匀强磁场，离子穿出磁场时速度与x轴方向成30°，求磁感强度大小；（2）若区域I中仅存在沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为，求离子落在yOz平面上时距原点O的距离s；科学家们不仅局限于只在电磁场中，在等离激元蒸汽发生器是一种用于产生纯净蒸汽的装置。实验发现，用光照射含有纳米银颗粒（可视为半径约10.0nm的球体，其中每个银原子的半径约0.10nm）的水溶液。纳米银颗粒吸收一部分光而升温，从而使其周围的水汽化而产生纯净的水蒸气，但整个水溶液的温度并不增加。该现象可解释为纳米银颗粒中的电子在光场（即只考虑其中频率为的简谐交变电场）的作用下，发生集体振荡（即等离激元振荡）从而与光发生共振吸收。电子均匀分布在纳米银颗粒内（如图中虚线圆所示），当施加电场E0后，纳米银颗粒中的电子会在很短的时间内整体发生一个与E0相反的微小偏离xp，使电子整体分布于一个新的球面内（如图中实线圆所示，且xp远小于纳米银颗粒半径），导致纳米银颗粒的右端出现正电荷，中间部分（实线与虚线所围中间区域）呈电中性。当E0反向，上述正负电荷分布对称地变换。中间部分与两侧交界的电荷可忽略不计。若上述过程在E0cost的光场作用下连续进行时，便称之为等离激元振荡。10.下列说法中正确的是（）A.可将上述等离激元振荡的过程等效成带有阻尼的LC振荡电路B.图中白色部分可能存在电场强度大小为E0、方向与xp相同的电场C.纳米银颗粒在E0cost光场作用下，产生的等离激元振荡为简谐振荡D.为使纳米银颗粒中产生等离激元振荡，光场的频率应满足=111.已知银的摩尔质量为108，和阿伏伽德罗常数为NA，试写出5.4g银的原子个数___________〖答案〗6.ABD7.B8.螺旋半径R与励磁线圈中的电流I、电子的加速电压U、角度有关，，螺距与励磁线圈中的电流I，电子的加速电压U，角度有关，螺旋周期T与励磁线圈中的电流I有关9.（1）；（2）10.AC11.〖解析〗【6题详析】A．场是看不见摸不着的物质，但我们可以用“场线”来形象化地描述它，故A正确；B．静止的电荷周围的电场称为静电场，故B正确；C．麦克斯韦发表了电磁场理论，认为变化的电场产生磁场，故C错误；D．现代科学认为，基本粒了和场之间关系密切，有场才有基本粒子，故D正确。故选ABD。【7题详析】A．图像斜率代表场强，可知A、B两点场强不同，该电场为非匀强电场，故A错误；B．A点电势低于B点电势，一负电荷在A点电势能大于B点电势能，故B正确；C．A点电势低于B点电势，一正电荷从A点移到B点电场力做负功，故C错误；D．电场线方向由电势高处指向电势低处，若A、B间电场方向为由B指向A，则由B到A电势一直减小，故D错误。故选B。【8题详析】励磁线圈中的电流I越大，磁感应强度B越大。根据得可知螺旋半径R与励磁线圈中的电流I、电子的加速电压U、角度有关；周期可知螺旋周期T与励磁线圈中的电流I有关，螺距可知螺距与励磁线圈中的电流I，电子的加速电压U，角度有关。【9题详析】（1）如图根据得（2）离子在I中做类平抛运动，运动时间又联立得所以离子落在yOz平面上时距原点O的距离【10题详析】A．可将上述等离激元振荡的过程等效成带有阻尼的LC振荡电路，故A正确；B．图中白色部分可能存在电场强度大小为E0、方向与xp相反的电场，故B错误；C．纳米银颗粒在E0cost的光场作用下，产生的等离激元振荡为简谐振荡，故C正确；D．为使纳米银颗粒中产生等离激元振荡，光场的频率应满足故D错误。故选AC。【11题详析】[1]5.4g银的原子个数科学家在探究完微观粒子后，逐渐开始研究宏观与微观的联系，在高中阶段，最为典型的为气体。如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定。12.能否比较f，g，h中气体的温度与压强的大小关系，如果可以，写出分析过程与结论，如果不能，写出部分可以写出的结论并说明为何无法判断。13.如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A，下列说法正确的是（）A.A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加B.A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量C.C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少D.A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功14.水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压。若某次火箭发射中携带了一只水银气压计。发射的火箭舱密封，起飞前舱内温度，水银气压计显示舱内气体压强为1个大气压。当火箭以加速度a=g竖直向上起飞时，舱内水银气压计示数稳定在，已知水银气压计的示数与液柱高度成正比，如图所示。可视为起飞时重力加速度恒为g，求起飞时舱内气体的温度15.同样的，电磁感应定律也是构建微观世界与宏观世界的必不可缺的桥梁，在高中教材中我们就了解到安培力即为洛伦兹力的宏观表现，下列四种情境中说法中正确的是（）A.图甲中，奥斯特利用该装置发现了电磁感应现象B.图乙中，线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量先减小后增大C.图丙中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中，线框中没有感应电流产生D.图丁中，线框在与通电导线在同一平面内向右平移的过程中，线框中有感应电流产生16.如图所示，绝缘的水平面上固定两根相互垂直的光滑金属杆，沿两金属杆方向分别建立x轴和y轴。另有两光滑金属杆1、2，t=0时刻与两固定杆围成正方形，金属杆间彼此接触良好，空间存在竖直向上的匀强磁场。分别沿x轴正向和y轴负向以相同大小的速度匀速移动金属杆1、2，已知四根金属杆完全相同且足够长，回路中的电流为I（以逆时针为电流正方向），通过金属杆截面的电荷量为q。请用相关大致图像描述某段运动过程中电流I与电荷量q关于时间t变化的规律。17.如图，电阻不计的光滑水平导轨距，其内有竖直向下的匀强磁场，导轨左侧接一电容的电容器，初始时刻电容器带电量，电性如图所示。质量、电阻不计的金属棒ab垂直架在导轨上，闭合开关S后，ab棒向右运动，且离开时已匀速。下方光滑绝缘轨道间距也为L，正对放置，其中为半径、圆心角的圆弧，与水平轨道相切于M、N两点，其中NO、MP两边长度，以O点为坐标原点，沿导轨向右建立坐标系，OP右侧处存在磁感应强度大小为的磁场，磁场方向竖直向下。质量、电阻的“U”型金属框静止于水平导轨NOPM处。导体棒ab自抛出后恰好能从处沿切线进入圆弧轨道，并于MN处与金属框发生完全非弹性碰撞，碰后组成闭合线框一起向右运动。完成下列小题：（1）求导体棒ab离开时的速度大小；（2）若闭合线框进入磁场区域时，立刻给线框施加一个水平向右的外力F，使线框匀速穿过磁场区域，求此过程中线框产生的焦耳热；（3）闭合线框进入磁场区域后由于安培力作用而减速，试讨论线框能否穿过区域，若能，求出离开磁场时的速度：若不能，求出线框停止时ab边的位置坐标x。〖答案〗12.能够，13.BD14.360K15.D16.见〖解析〗17.（1）1.6m/s；（2）1.25J（3）不能，〖解析〗【12题详析】未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩，压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析则有对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，则有即有【13题详析】A．A→B过程中气体温度升高，则气体分子的平均动能增加，根据理想气体状态方程有由于A→B过程，图像过原点，表明压强一定，由于温度升高，分子运动的平均速率增大，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减小，故A错误；B．状态A与状态C温度相等，内能相等，A→B过程中温度升高，内能增大，气体体积增大，气体对外界做功，气体一定从外界吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量等于气体内能的增量与气体对外做功之和，B→C过程中气体温度降低，气体内能减小，气体体积不变，外界对气体做功为0，气体一定向外界放出热量，根据热力学第一定律可知，气体放出的热量等于气体内能减小量，由于A→B过程中与B→C过程中气体温度变化量的大小相等，则内能的变化量大小也相等，则A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量，故B正确；C．C→A过程，气体体积减小，则气体单位体积内分子数增加，由于C→A过程，温度一定，气体分子运动的平均速率一定，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增大，故C错误；D．根据理想气体状态方程有可知，图像上某点与原点连线的斜率间接表示压强的倒数，根据图像可知，C→A过程中气体压强小于A→B过程中中气体压强，由于两个过程体积的变化量大小相等，可知，A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，故D正确。故选BD【14题详析】设当火箭以a=g的加速度竖直向上起飞时，舱内气体压强为，以气压计内的水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律有解得设水银密度为，此时水银气压计内液柱高度为h，则有根据题意有解得以舱内气体为研究对象，根据查理定律有解得【15题详析】A．图甲中，法拉第利用该装置发现了电磁感应现象，故A错误；B．图乙中，根据条形磁体的磁感线分布特征可知，线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量先增大后减小，故B错误；C．图丙中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中，穿过线框额磁通量发生变化，闭合线框中有感应电流产生，故C错误；D．图丁中，根据通电直导线的磁感线的分布特征，线框在与通电导线在同一平面内向右平移的过程中，穿过线框的磁通量发生变化，闭合线框中有感应电流产生，故D正确。故选D。【16题详析】令初始时，正方形边长为L，金属杆单位长度的电阻为，分别沿x轴正向和y轴负向以相同大小的速度匀速移动金属杆1、2时，1杆产生的感应电动势为方向为顺时针，2杆产生的感应电动势为方向为逆时针，可知，回路总的感应电动势为方向沿逆时针方向，即回路中的感应电流方向为逆时针方向，回路中总电阻为则回路中的感应电流可知，电流与时间成正比。通过金属杆截面的电荷量为解得可知，电量与时间成二次函数关系。作出图像如图所示【17题详析】（1）设初始时电容器两端到达电压为，由电容公式有对导体棒，由动量定理有导体棒从开始运动到稳定过程，设电容器极板上电荷量变化量为q，导体棒稳定后的电动势为E，有整理有由电流的公式有导体棒切割磁感线的电动势为解得（2）由于导体棒恰好能从处沿切线进入圆弧轨道，设进入瞬间导体棒的速度为，有解得设导体棒在与金属框碰撞前的速度为，由动能定理有解得金属棒和线框发生完全非弹性碰撞，设碰后速度为，有解得由题意分析可知，线框在进入磁场到出磁场过程中，始终只有一条边切割磁感线，则其电动势为则线框内的电流为线框进入磁场过程中所受安培力为线框进入过程所产生的焦耳热与线框克服安培力所做的功相同，为由上述安倍力的表达式可知，安倍力随着进入磁场的距离均匀变化，所以进入过程中，安培力的平均值为线框出磁场和进入磁场过程，克服安培力做功的相同，所以整个过程，线框产生的焦耳热为（3）线框进入磁场过程由动量定理有整理有，解得所以线框不能完全离开磁场，则有解得机械振动与光的波动性科学家转而开始回归到宏观物体，在此中发现了在振动是有波的产生，进一步研究发现，光也有波动性如图所示是某水池的剖面图，A、B两区域水深分别为，其中，点O处于两部分水面分界线上，M和N是A、B两区域水面上的两点，O、M间距离为3m，O、N间距离为4m。时M点从平衡位置向上振动、N点从平衡位置向下振动，形成以M、N点为波源的水波（可看作简谐横波），两波源振动频率均为2Hz，振幅均为5cm。当时，O点开始振动且振动方向向下。已知水波的波速跟水深关系为，式中h为水的深度，。18.下列说法正确的是（）A.区域B的水深B.A、B两区域水波的波长之比为2∶1C时，O点经平衡位置向上振动D.后，MN之间存在10个振幅为10cm的点如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角进入液体，经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为，光线在平面镜上的入射角为。已知该液体的折射率为19.求β的值。20.可以改变哪个值使得光线从水面溅出。科学家进一步探索光的波动性的有关性质21.下列有关光现象的说法中正确的是（）A.在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显B.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽C.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波〖答案〗18AD19.37.5°20.略微减小i21.ABC〖解析〗【18题详析】A．当时，O点开始振动且振动方向向下，可知是N点波源形成的波传到了O点，则区域B的波速根据可得故A正确；B．区域A的波速根据可得，可知A、B两区域水波的波长之比为1∶2，故B错误；C．时，M点的波源形成的波向右传播3m，该波在O点产生的波在平衡位置向上振动；N点的波源形成的波向左传播6m，该波在O点引起的振动在平衡位置向下振动；两列波振幅相同且干涉相消，可知此时O点保持平衡位置不动，故C错误；D．时间内，两列波分别传播的距离为，故两列波均恰好传播到对方波源位置，由于两列波在两个区域的波长均为，，由于M，N起振方向相反，故在A区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即满足条件则有的距离为即6个位置；在B区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即满足条件则有的距离为即4个位置；共计10个位置，D正确。故选AD。【19题详析】根据解得光线在射入液面时的折射角为光线经平面镜反射后，恰好不能从液面射出，光路图如图有解得由几何关系可得解得【20题详析】若略微增大，则光线在平面镜上的入射角将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出。若略微减小i，则r减小，导致光线在平面镜上的入射角减小，可知光线射出液面的入射角变小，将小于临界角，可以从液面射出。【21题详析】A．根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A正确；B．根据可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B正确；C．光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确；D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。故选ABC。太空旅行科学家对宏观世界的探索永无止境，我们从微观粒子开始，一步一步的扩展我们的视野，是时候看看茫茫无际的宇宙了2023年10月26日17时46分，神舟十七号载人飞船与空间站组合体完成自主快