2024届上海市黄浦区高三上学期一模物理试卷（解析版）

PAGEPAGE1黄浦区2023学年度第一学期高三年级期终调研测试物理试卷（完卷时间：60分钟满分：100分）考生注意：1.本考试分设试卷和答题纸。答题前，务必在答题纸上填写姓名，并将核对后的条形码贴在指定位置上。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。2.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。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。3.除特殊说明外，本试卷所用重力加速度大小g均取9.8m/s2。从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”2023年10月15日是神舟五号飞天二十周年，二十年前杨利伟代表13亿中国人踏上了逐梦太空的征途。从此，中国人开启了从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”。1.神舟五号载人飞船在加速升空过程中，杨利伟处于__________状态（选填“超重”或“失重”）。在返回舱进入大气层后减速下落的过程中，_______能转化_______能。2.天宫课堂中，王亚平利用太空的微重力环境建立起很大尺寸的“液桥”。“液桥”表面层的水分子间距__________内部的水分子间距（选填“大于”、“等于”或“小于”），水的表面张力使其表面有__________的趋势。3.天宫二号搭载的宽波段成像仪具有可见近红外（波长范围0.520.86微米）、短波红外（波长范围1.602.43微米）及热红外（波长范围8.1311.65微米）三个谱段。与可见近红外相比，热红外（）A.频率更低B.相同条件下，双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽C.更容易发生衍射现象D.空气中传播速度更快〖答案〗1.超重机械内2.大于收缩3.ABC〖解析〗【1题详析】[1]神舟五号载人飞船在加速升空过程中，加速度向上，则杨利伟处于超重状态。[2][3]在返回舱进入大气层后减速下落的过程中，机械能转化内能。2题详析】[1][2]“液桥”表面层的水分子间距大于内部的水分子间距，水的表面张力使其表面有收缩的趋势。【3题详析】A．热红外波长更大，则频率更低，选项A正确；B．根据可知，相同条件下，因热红外的波长更大，则双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽，选项B正确；C．因热红外的波长更大，则更容易发生衍射现象，选项C正确；D．电磁波在空气中传播速度都相同，选项D错误。故选ABC。4.天宫二号搭载的三维成像微波高度计的示意图如图（a），天线1和2同时向海面发射微波，然后通过接收回波和信号处理，从而确定平均海平面的高度值。图（b）为高度计所获得海面上微波的_____条纹图样，两列天线发射的微波需满足的条件是_______。〖答案〗干涉相干波〖解析〗[1][2]天线1和2同时向海面发射微波，在观察区域发生了叠加，图（b）是一些明暗条纹相间，间距相等的条纹，所以是微波的干涉条纹。要得到图（b）稳定的干涉条纹，两列波需满足的条件是两列振动频率相同的相干波。5.航天员从天和核心舱的节点舱出舱，顺利完成了舱外操作。节点舱具有气闸舱功能，航天员出舱前先要减压，从太空返回航天器后要升压。其简化示意图如图，相通的舱A、B间装有阀门K，A中充满理想气体，B内为真空，若整个系统与外界没有热交换。打开K后，A中的气体进入B，气体的内能（）。最终达到平衡后，气体分子单位时间内撞击单位面积舱壁的分子数（）A.增大B.减小C.不变〖答案〗CB〖解析〗[1]气体自由膨胀，没有对外做功，同时没有热交换，根据热力学第一定律可知气体内能不变。[2]根据理想气体状态方程可知当T不变、V增大时，P减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将减少。6.太空舱中可采用动力学的方法测物体的质量。如图所示，质量为m的物体A是可同时测量两侧拉力的力传感器，待测物体B连接在传感器的左侧。在外力作用下，物体A、B和轻绳组成的系统相对桌面开始运动，稳定后力传感器左、右两侧的读数分别为F1、F2，由此可知待测物体B的质量为_____________。〖答案〗〖解析〗[1]设物体B质量为，对B由牛顿第二定律得对A由牛顿第二定律得联立可得7.如图(a)所示，太空舱中弹簧振子沿轴线AB自由振动，一垂直于AB的弹性长绳与振子相连，沿绳方向为x轴，沿弹簧轴线方向为y轴。（1）弹簧振子振动后，某时刻记为t＝0时刻，振子的位移y随时间t变化的关系式为。绳上产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，则t=T时的波形图为（）A. B.C. D.（2）如图(b)所示，实线为t0时刻绳子的波形，虚线为t0＋0.2s时刻绳子的波形，P为x＝4m处的质点。绳波的传播速度可能为____m/s。在t0＋1.0s时刻，质点P所处位置的坐标为_____。〖答案〗（1）A（2）（20n＋5）（）（4，-0.1）〖解析〗【小问1详析】（1）CD．t=T时，绳上处的质点位移CD图像中处质点的位移分别为正的最大位移和负的最大位移，故CD错误。AB．由振子的位移y随时间t变化的关系式为t=T时以后的一小段位移为负，即处质点向轴负方向运动。根据同侧法，波的传播方向沿轴正方向，A项图像处质点向轴负方向运动，B项图像处质点向轴正方向运动，故A正确、B错误。故选A。【小问2详析】[1]振源在坐标原点，绳子上产生的波只能向右传播，由t0到t0＋0.2s波传播的距离（）则波速[2]由题意得0.2s=nT＋T（）则以t0时刻为计时起点，质点P位移y随时间t变化的关系式在t0＋1.0s时刻，质点P位移质点P所处位置的坐标为（4，-0.1）。8.学习了广义相对论后，某同学设想通过使空间站围绕过环心并垂直于环面的中心轴旋转，使空间站中的航天员获得“人造重力”解决太空中长期失重的问题。（1）（多选）广义相对论的基本原理是（）A.相对性原理 B.光速不变原理 C.等效原理 D.广义相对性原理 E.质能关系（2）如图所示，空间站的环状管道外侧壁到转轴的距离为r。航天员（可视为质点）站在外侧壁上随着空间站做匀速圆周运动，为了使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，空间站的转速应为_____（地面重力加速度大小用g表示）。〖答案〗（1）CD（2）〖解析〗【小问1详析】广义相对论的基本原理是广义相对性原理、质能关系。故选CD。【小问2详析】当航天员随空间站一起自转且加速度为时，可以使其受到与在地球表面时相同大小的支持力，即有环形管道侧壁对航天员的支持力提供航天员绕轴匀速转动的向心力，有得所以空间站的转速应为月球探测工程2004年起中国正式开展月球探测工程，嫦娥工程分为无人月球探测、载人登月和建立月球基地三个阶段。我国已先后成功实施四次月球探测任务，计划在2030年前实现首次登陆月球。月球表面重力加速度为。9.嫦娥号登陆月球时，沿图中虚线方向做匀减速直线运动靠近月球表面，则发动机的喷气方向可能为（）A. B.C. D.10.嫦娥号在竖直下降登月过程中，在距月球表面高度为h处以相对月球的速度v开始做匀减速直线运动，加速度大小为a，下降至距月球表面高度为__________处相对月球速度为零。质量为M的嫦娥号在保持悬停的过程中，发动机不断竖直向下喷出相对其速度为u的气体。在一次短促的喷射过程中（嫦娥号质量不变），单位时间内需消耗燃料的质量为__________。11.登月后，航天员通过电子在月球磁场中的运动轨迹来推算磁场的强弱分布。如图分别是探测器处于月球a、b、c、d四个不同位置时电子运动轨迹的组合图，若每次电子的出射速率相同，且与磁场方向垂直。（1）a、b、c、d中磁场最弱的位置为_______。（2）图中a位置的轨迹是一个直径为D的半圆，电子的电荷量与质量之比为，出射速率为v，则a处的磁感应强度为________。12.未来载人登月成功后，可利用单摆测量月球表面的重力加速度。航天员从月球上捡一块大小约为2cm的不规则石块作为摆球。航天员还有以下设备：刻度尺（量程30cm）、细线（1m左右）、计时器和足够高的固定支架。（1）实验步骤：①如图，用细线将石块系好，将细线的上端固定于支架上的O点；②将石块拉离平衡位置后放手，使其在竖直平面内做小幅摆动；③在摆球经过___________位置开始计时，测出n次全振动的时间；④将细线的长度缩短（30cm），重复步骤②和③，测出时间；⑤___________（用n、、表示）。（2）实验中未考虑石块的重心到悬挂点M间的距离，的测量值___________真实值（选填“大于”、“等于”或“小于”）。13.建立月球基地所需的太空飞船，可利用太空中由大量电荷量大小相等的正、负离子（忽略重力）所组成的高能粒子流作为能量的来源。推进原理如图所示，装置左侧部分由两块间距为d的平行金属板M、N组成，两板间有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。高能粒子流源源不断从左侧以速度v0水平入射，最终在M和N间形成稳定的电势差，并给右侧平行板电容器PQ供电。（1）稳定后，在金属板M和N中_______板的电势更高，M和N间电势差的绝对值为_______。（2）（计算）靠近Q板处有一放射源S，可释放初速度为0、质量为m、电荷量为+q的粒子，求该粒子从S正上方的喷射孔喷出P板时速度的大小。14.（计算）“玉兔号”月球车成功抵达月背表面后，研究者对月球车模型的性能进行研究。月球车运动全过程的v-t图如图所示。月球车在t1~18s内以1.41×10-1W的额定功率行驶，在18s末关闭月球车的动力系统，运动过程中月球车受到的阻力大小不变，求月球车（1）受到的阻力大小（保留2位有效数字）（2）质量（精确到1kg）（3）前15秒内位移（保留2位有效数字）〖答案〗9.D10.11.（1）d（2）12.（1）最低点（或平衡）（2）等于13.（1）N（2）14（1）；（2）134；（3）0.71m〖解析〗【9题详析】嫦娥五号落月接近段将沿图中虚线做匀减速直线运动，故受到的合力方向与运动方向相反，因受到的重力竖直向下，通过受力分析可知故选D。【10题详析】[1]以相对月球的速度v减速到零，设下降的高度为，则得距月球表面高度为[2]在一次短促的喷射过程中，喷出的气体的质量为，时间为，喷出的气体受到的力为，对这部分气体由动量定理得气体对嫦娥号的反作用力大小得单位时间内需消耗燃料的质量【11题详析】[1]由洛伦兹力提供向心力得因为每次电子的出射速率相同，且与磁场方向垂直，a、b、c、d四个不同位置做匀速圆周运动的半径d位置最大，故d位置磁场最弱。[2]a处，由洛伦兹力提供向心力，得a处的磁感应强度为【12题详析】（1）[1]在摆球经过最低点（或平衡）位置开始计时，测出n次全振动的时间；[2]设原来细线长度为l，测出n次个振动的总时间t1，则对应周期为根据单摆周期公式可得若细线缩短的长度为，测出n次个振动的总时间t2，则对应周期为根据单摆周期公式可得解得重力加速度表达式为（2）[3]由[2]可知实验中未考虑石块的重心到悬挂点M间的距离，实际摆长计算偏小，但两次摆长的变化量与细线的长度缩短相同。故的测量值等于真实值。【13题详析】（1）[1]带正电粒子受向下的洛伦兹力偏转，稳定后，在金属板M和N中,N板带正电，电势更高；[2]设高能粒子电荷量为，当高能粒子所受电场力与洛伦兹力等大反向后，粒子不再偏转，则根据平衡条件有解得M和N间电势差的绝对值为（2）由动能定理又得【14题详析】（1），月球车匀速运动，牵引力等于阻力，月球车受到的阻力大小（2）由，速度图像可得减速阶段的加速度大小由牛顿第二定律得月球车质量（3）设前15秒内的位移为，由动能定理得其中解得用电磁发射卫星上海宇航系统工程研究所公开了一种在临近空间用电磁发射卫星的发明专利。飞艇在离地面高度20～100km范围内的临近空间稳定飞行。飞艇单次携带批量的微小型卫星，利用太阳能结合布置于飞艇下方的长直电磁发射装置，将卫星发射至低地球轨道。15.低地球轨道卫星常被用于通信应用，下列说法中不正确的是（）A.无线电波可由电磁振荡产生B.由电容器和电感器组成的LC回路能产生电磁振荡C.为了有效地发射电磁波，可降低开放电路的振荡频率D.卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站16.如图(a)和(b)所示，飞艇系统下方的电磁发射装置将轨道调整到所需的角度和方向后，把卫星发射进入空间。长100m的直线轨道可将卫星由静止加速到8km/s离开轨道出口，则加速过程中的平均加速度大小为__________m/s2。卫星通过自身的发动机调整进入预定的低地球轨道，卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动的速度________8km/s（选填“大于”、“等于”或“小于”），判断的理由是：___________。17.卫星和月球都围绕地球做匀速圆周运动，同步地球卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。月球的周期为27.3天，则月球的轨道半径约为地球半径的_________倍。（保留2位有效数字）。18.飞艇的上表面覆有一层柔性薄膜太阳电池阵为储能装置充电。某小组利用如图(c)所示的电路，研究太阳能电池的伏安特性。连接电路后，闭合开关S。在温度不变的情况下，先用一弱光照射太阳能电池，调节滑动变阻器R的阻值，记录电压U和电流I的示数，并多次重复该过程，将实验数据描在图(d)的U-I图中得到曲线A。改用一强光照射重复实验，在U-I图中得到曲线B。（1）当__________光（选填“弱”或“强”）照射时，该太阳能电池的输出功率更大。（2）当滑动变阻器的电阻为某值时，用弱光照射时外电压为1.5V，若改用强光照射，外电路消耗的电功率为__________W（保留2位有效数字）19.（简答）电磁发射装置采用超级电容储能，可瞬间输出超强功率。如图(e)为电磁发射的简化示意图，发射轨道为两个固定在水平面上、间距为L且相互平行的金属导轨。轨道的左端为充电电路，电源的电动势为E，固定电容器的电容为C，卫星可简化为一根质量为m、电阻为r的金属导体棒ab。导体棒ab垂直放置于平行金属导轨上，忽略一切摩擦阻力以及轨道和导线的电阻。（1）将单刀双掷开关S接1，求充电结束后电容器所带的电荷量Q；（2）在图(f)中画出在充电过程中，电容器的电荷量q随两极板间电势差U发生变化的q—U图像；（3）充电结束后再将开关S接2，电容器通过导体棒ab放电。在图(g)中画出电容器开始放电的瞬间，导体棒ab上电流的方向和其所受安培力的方向。（4）导体棒ab由静止开始运动，至离开轨道出口发射结束。发射结束后，电容器还剩余的电荷量为Q。为便于计算，将放电电流在两导轨间产生的磁场简化为垂直轨道方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B。求导体棒ab离开轨道出口时速度的大小。〖答案〗15.C16.3.2小于轨道环绕速度要小于第一宇宙速度7.9km/s；卫星需克服空气阻力和重力做功，动能减小，速度减小；卫星的引力势能增大，动能减小17.6018.（1）强（2）（或）19.（1）Q=CE；（2）；（3）；（4）〖解析〗【15题详析】A．无线电波可由电磁振荡产生，选项A正确，不符合题意；B．由电容器和电感器组成