2024年上海市普通高中學(xué)業(yè)水平等級性考試物理試題含答案

2024年上海市普通高中學(xué)業(yè)水平等級性考試物理特別提示：1．選擇類試題中，標(biāo)注“多選”的，每題有2～3個正確選項，漏選給一半分，錯選不給分；未特別標(biāo)注的，每題只有一個正確選項。2．如無特殊說明，本卷中重力加速度g＝9.8m/s2。一、物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的。不同的物質(zhì)由不同種類的分子構(gòu)成，這些分子間的相互作用決定了物質(zhì)的性質(zhì)。1．(3分)在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，測得油酸分子的直徑約為()A．10-15m B．10-12mC．10-9m D．10-6mC[用油膜法估測油酸分子的大小多數(shù)分子大小的數(shù)量級為10-10m，所以實驗測得油酸分子的直徑約為10-9m，C正確。]2．(6分)如圖所示，注射器內(nèi)裝有封閉的空氣，與溫度傳感器一起浸在裝有熱水的燒杯中。在水自然冷卻的過程中，每隔一定時間記錄一組體積與溫度的值，得到氣體體積與溫度的關(guān)系圖像。(1)不考慮漏氣因素，符合理論預(yù)期的圖線是()ABCD(2)下列有助于減小實驗誤差的操作是()A．實驗前測量并記錄大氣壓強B．實驗前測量并記錄環(huán)境溫度C．待溫度傳感器示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)D．實驗過程中保持液面時刻處于活塞以上[解析](蓋-呂薩克定律)＋實驗結(jié)果＋誤差分析(1)根據(jù)題意可知，本實驗為“探究氣體等壓變化的規(guī)律”，所以由蓋-呂薩克定律VT＝k(k為常量)，可知V＝kT，又根據(jù)T＝t＋273.15K，有V＝k(t＋273.15℃)，所以V-T圖像為一條傾斜直線，且其反向延長線過坐標(biāo)原點，V-t(2)本實驗為“探究氣體等壓變化的規(guī)律”，所以只需要保證密閉氣體的壓強不變，即保證大氣壓強不變即可，不需要記錄大氣壓強，A不符合題意；因為密閉氣體的溫度等于水的溫度，與環(huán)境溫度無關(guān)，所以不需要記錄環(huán)境的溫度，B不符合題意；因為熱水的溫度在不斷降低，最終與室內(nèi)溫度相同，所以如果等溫度傳感器示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)，那么最終讀取的數(shù)據(jù)只有一組，即環(huán)境溫度與對應(yīng)的氣體體積，無法畫出氣體體積與溫度的關(guān)系圖像，C不符合題意；為了保證密閉氣體的溫度時刻等于水的溫度，即為了使記錄的封閉氣體的溫度盡可能準(zhǔn)確，實驗過程中活塞應(yīng)時刻處于液面以下，D正確。[答案](1)A(2)D二、汽車智能化汽車智能化是現(xiàn)在發(fā)展的趨勢，其中包含了“自動風(fēng)控”和“自動制動”系統(tǒng)。1．(3分)“自動風(fēng)控”系統(tǒng)中利用了激光與超聲波信號的發(fā)射與接收，下列關(guān)于激光與超聲波的說法正確的是()A．僅激光是橫波B．激光與超聲波都是橫波C．僅超聲波是橫波D．激光與超聲波都不是橫波A[橫波與縱波激光的本質(zhì)是電磁波，電磁波為橫波，超聲波的本質(zhì)是聲波，聲波為縱波，故僅激光是橫波，A正確。]2．(6分)一輛質(zhì)量m＝2×103kg的智能汽車以額定功率P＝6kW、速度v＝36km/h勻速行駛，則汽車勻速運動時所受的阻力大小f＝________N；當(dāng)汽車的“自動風(fēng)控”系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)前方有危險，開啟自動制動。若汽車在此時開啟制動系統(tǒng)并且剎車，制動功率P′＝48kW，則此時汽車的加速度大小a＝________m/s2。[解析]功率＋牛頓第二定律當(dāng)汽車勻速行駛時，汽車受到的牽引力等于阻力，則有f＝F＝Pv＝6000W10ms＝600N；開啟制動系統(tǒng)后，汽車的制動力F′＝P'[答案]6002.7三、神秘的光人們自古以來對光的研究一直沒有停止過，其中雙縫干涉、光電效應(yīng)等具有里程碑意義的實驗，逐漸揭開了光的神秘面紗。1．(9分)在光的雙縫干涉實驗中：(1)測得N條亮條紋之間的距離為D，雙縫到光強分布傳感器的距離為L，雙縫間距為d，則光的波長λ為()A．DdNLC．DdN-1L(2)若在縫和光強分布傳感器之間垂直于光束放置一個偏振片，則條紋間距會()A．變寬B．不變C．變窄(3)(多選)若將雙縫變?yōu)閱慰p，下列操作可以使中央條紋間距變大的是()A．增大縫的空隙B．增大縫與光強分布傳感器之間的距離C．減小縫的空隙D．減小縫與光強分布傳感器之間的距離[解析]雙縫干涉條紋間距公式＋單縫衍射(1)由雙縫干涉條紋間距公式有Δx＝Ldλ，又N條亮條紋之間有(N－1)個條紋間距，則(N－1)Δx＝D，聯(lián)立解得λ＝Dd(2)因為偏振片只會影響光的強度，不會影響光的波長，結(jié)合雙縫干涉條紋間距公式可知條紋間距不變，B正確。(3)若將雙縫變?yōu)閱慰p，則會產(chǎn)生單縫衍射條紋，想要使中央條紋間距變大，可以通過增大縫與光強分布傳感器之間的距離、減小縫的空隙和增大光的波長，故B、C正確。[答案](1)C(2)B(3)BC2．(6分)現(xiàn)用一束光照射一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，已知普朗克常量為h，該光的波長為λ，光速為c，則該光單個光子的能量為________；若該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率為ν0，則逸出光電子的最大初動能為________。[解析]光子能量＋光電效應(yīng)根據(jù)題意，該光的光子能量ε＝hν＝hc由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝ε－h(huán)ν0＝hcλ－h(huán)ν0[答案]hcλhc四、引力場中的運動我們生活在一個引力場的環(huán)境中。幾百年前，牛頓觀測到蘋果的自由落體運動與宇宙空間中天體的運動滿足相同的物理規(guī)律，展現(xiàn)了萬有引力定律的普適性和物理學(xué)理論的簡潔美。1．(11分)a球在輕繩Ⅰ和輕繩Ⅱ的共同作用下靜止于如圖所示的位置，輕繩Ⅰ長l＝0.5m，與豎直方向的夾角θ＝37°，b球置于距離地面高h＝1.6m的臺柱上，輕繩Ⅰ的懸點O位于臺柱正上方，距離地面高H＝2.1m。已知輕繩Ⅱ水平，a球、b球為兩個可視作質(zhì)點的完全相同的小球。(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)設(shè)a球靜止時，輕繩的拉力分別為FⅠ與FⅡ，a球的重力為G，則FⅠ、FⅡ、G中最大的是________。(2)現(xiàn)燒斷輕繩Ⅱ，a球擺下，與b球發(fā)生彈性碰撞。不計空氣阻力，求：①a球即將與b球碰撞時的速度大小va；②a球與b球碰撞后瞬間b球的速度大小vb；③b球從臺柱上飛出后落地時的水平位移大小s。[解析](1)受力分析＋力的平衡條件將a球所受的三個力平移構(gòu)成一首尾相接的矢量三角形，如圖所示，根據(jù)直角三角形的性質(zhì)可知，F(xiàn)1最大。(2)機械能守恒定律＋動量守恒定律＋平拋運動規(guī)律①對a球擺下的過程，根據(jù)機械能守恒定律有mgl(1－cosθ)＝1代入數(shù)據(jù)解得va＝1.4m/s。②對a球與b球的碰撞過程，根據(jù)動量守恒定律和機械能守恒定律分別有mva＝mv′a＋mvb12聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得vb＝1.4m/s。③b球從臺柱上飛出后在空中做平拋運動，則水平方向有s＝vbt豎直方向有h＝12gt聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得s＝0.8m。[答案](1)FⅠ(2)①1.4m/s②1.4m/s③0.8m2．(7分)如圖所示，太陽系中木星沿著橢圓軌道繞太陽運行，其中a、c為橢圓長軸上的兩個端點，b、d為橢圓短軸上的兩個端點。木星繞太陽的運行周期為T。(1)某時刻木星沿逆時針繞過a點，從該時刻起，經(jīng)過T4A．a(chǎn)b間 B．b點C．bc間 D．c點(2)已知太陽質(zhì)量為M，引力常量為G。若木星在距離太陽r1處的運行速度大小為v1。求木星運行到距太陽r2處的速度大小v2。(已知無窮遠處引力勢能為0，物體距星球球心的距離為r時的引力勢能Ep＝－G[解析](1)天體運動＋萬有引力做功＋動能定理木星從a點經(jīng)b點運動到c點的過程中，萬有引力一直做負功，根據(jù)動能定理可知，該過程中木星的動能一直減小，速度一直減小，則木星在ab段的平均速度大于在bc段的平均速度，又tac＝T2，所以tab<T4，tbc>T4，故從該時刻起，經(jīng)過T(2)動能＋引力勢能＋機械能守恒定律木星在繞太陽運動的過程中，僅有萬有引力做功，木星的機械能守恒，則有E1＝E2又E1＝Ek1＋Ep1＝1E2＝Ek2＋Ep2＝1聯(lián)立解得v2＝v1[答案](1)C(2)v五、氫的同位素自然界中氫元素是最常見、最基本的元素，它的同位素有氕、氘和氚。1．(6分)原子核之間由于相互作用會產(chǎn)生新核，這一過程有多種形式。(1)人們將幾個較輕的原子核結(jié)合在一起變成一個較重的原子核的過程稱為()A．核裂變 B．核聚變C．衰變 D．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(2)已知11H的質(zhì)量為m1，12He的質(zhì)量為m2，光速為c。若將一個11[解析]核反應(yīng)類型＋愛因斯坦質(zhì)能方程(1)幾個輕核結(jié)合成一個質(zhì)量較大的原子核的反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，B正確。(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，題述過程放出的能量為E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2。[答案](1)B(2)(m1＋m2－m3)c22．(6分)某回旋加速器的示意圖如圖所示，兩個相同且正對的半圓形中空金屬盒D1、D2內(nèi)分布有垂直金屬盒表面的勻強磁場，D1、D2縫隙間的狹窄區(qū)域有交變電場。初動能為零的帶電粒子從縫隙中靠近D2的圓心O處經(jīng)電場加速后，以垂直磁場的速度進入D1。(1)粒子由D1向D2運動的過程，洛倫茲力做的功為W，沖量為I，則()A．W＝0，I＝0 B．W＝0，I≠0C．W≠0，I＝0 D．W≠0，I≠0(2)將11H和13H同時自圖中O處釋放，忽略其在電場中加速的時間和粒子間的相互作用，11H偏轉(zhuǎn)3個12圓時動能為Ek1，此時13HA．1∶9B．1∶3C．1∶1D．9∶1E．3∶1[解析]洛倫茲力＋功＋沖量＋回旋加速器(1)粒子在磁場中運動的過程中，洛倫茲力方向始終與速度方向垂直，則粒子由D1向D2運動的過程洛倫茲力不做功，即W＝0，根據(jù)沖量I＝mΔv可知，洛倫茲力的沖量不等于零，即I≠0，B正確。(2)設(shè)回旋加速器中的磁感應(yīng)強度為B、加速電壓為U，粒子在磁場中運動時，由洛倫茲力提供向心力有qvB＝mv2r，解得r＝mvqB，又粒子在磁場中運動的周期T＝2πrv，解得T＝2πmqB，由于11H和13H的比荷之比em1∶em2＝3∶1，則T1∶T2＝1∶3，故在11H偏轉(zhuǎn)3個12圓的時間內(nèi)，1[答案](1)B(2)E3．(11分)如圖是靜電選擇器，兩弧形電極之間加有徑向指向內(nèi)側(cè)的電場，電勢差為U，板間距為d。內(nèi)層弧形極板的半徑為R，d?R。帶電粒子進入靜電選擇器后所做的運動可視為半徑為R的圓周運動。(1)板間勻強電場的電場強度大小為________。(2)將11H和1A．動能 B．速度C．動量 D．比荷(3)請論證你在(2)中得到的結(jié)論。[解析]靜電選擇器＋場強與電勢差的關(guān)系＋圓周運動(1)根據(jù)勻強電場中電場強度與電勢差的關(guān)系得E＝Ud(2)(3)帶電粒子在靜電選擇器中做勻速圓周運動，由靜電力提供向心力有eE＝mv2R，解得v＝eERm，又Ek＝12mv2，聯(lián)立解得Ek＝12eER，對11H和13H兩種粒子來說，e、E、R都相同，m不同，所以兩粒子射出靜電選擇器的速度不同，但動能相同，A正確，B錯誤；根據(jù)動量的定義可知，p＝mv[答案](1)Ud六、自行車發(fā)電照明系統(tǒng)圖(a)所示是自行車車燈的發(fā)電機，它內(nèi)部有一塊永久磁鐵，置于繞有線圈的“”形軟鐵芯內(nèi)，如圖(b)所示。當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦輪帶動磁鐵轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生正弦式交變電流，對車燈供電。假設(shè)燈泡阻值不變，摩擦輪與輪胎間不打滑。1．(6分)對磁鐵從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中：(1)在圖(b)中畫出ab導(dǎo)線上的電流方向；(2)ab導(dǎo)線上的電流將________。A．變大 B．變小C．先變大后變小 D．先變小后變大[解析]楞次定律＋右手螺旋定則＋法拉第電磁感應(yīng)定律＋歐姆定律(1)由題圖(b)可知，磁鐵從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中穿過線圈的磁通量向下減小，由楞次定律和右手螺旋定則可知導(dǎo)線ab上的電流方向為從b到a，如圖所示。(2)根據(jù)題意可知磁鐵從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線圈的磁通量隨時間呈余弦式變化，且轉(zhuǎn)過14周期，則結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律E＝NΔΦΔt與余弦曲線的斜率可知，該過程中線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將變大，又I＝[答案](1)見解析圖(2)A2．(6分)已知車燈上標(biāo)有“12V6W”字樣，發(fā)電機的內(nèi)阻r＝2Ω，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速為n時，車燈正常發(fā)光。保持轉(zhuǎn)速n不變，換成“24V6W”的車燈，則：(1)車燈兩端的電壓________；A．大于12VB．等于12VC．小于12V(2)車燈消耗的功率________。A．大于6WB．等于6WC．小于6W[解析]閉合電路歐姆定律＋電功率(1)車輪的轉(zhuǎn)速不變，則發(fā)電機的電動勢不變，由P額＝U額2R可知更換的車燈內(nèi)阻更大，由閉合電路歐姆定律可得U＝E－ER+rr(2)更換車燈前，回路中的電流I1＝P1U1＝0.5A，則發(fā)電機的電動勢E＝U1＋I[答案](1)A(2)C3．(3分)將“24V6W”的車燈接在原、副線圈匝數(shù)比為1∶2的理想變壓器的輸出端上，當(dāng)車燈正常工作時，原線圈上的電壓為________V。[解析]理想變壓器的工作原理當(dāng)車燈正常工作時，理想變壓器副線圈兩端的電壓為U2＝24V，則由理想變壓器的變壓規(guī)律U1U2＝[答案]124．(11分)在水平路面騎行時，假設(shè)騎車人對自行車做的功僅用于克服空氣阻力和發(fā)電機阻力。已知空氣阻力與車速成正比，忽略發(fā)電機內(nèi)阻。(1)在自行車勻加速行駛過程中，發(fā)電機產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e與時間t的圖像可能是ABCD(2)某人勻速騎行時，克服空氣阻力做功的功率Pf＝30W，車燈的功率PL＝4W。若要將車燈功率增加至P′L＝6W，則此時人的功率為多少？[解析](1)法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)自行車勻加速