2024届上海市嘉定区高三上学期质量调研（一模）物理试题（解析版）

PAGEPAGE12024学年上海市嘉定区第一学期质量调研物理部分注意事项：1．本试卷为100分满分，考试时间60分钟，请在答题卡正确位置填写〖答案〗2．注意题目前的标号为多选还是单选3．如果未特殊标注，g取4．如果标记为不定项选择，则有1个或多个正确选项一、光是一种特殊的波（共12分）我们通常所说的光是可见光，世界的色彩需要光的反射来呈现。光还有诸多的性质，例如折射、衍射、干涉等等。不同种类的光又有不同的作用，为我们生活的方方面面服务。我国在努力攻克的芯片制造技术，亦无处不在光的身影。1.下列现象中，属于光的衍射现象的是（）A.雨后天空出现彩虹B.通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹C.海市蜃楼现象D.日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹2.如图所示，小朱同学让激光束通过自制双缝，观察在光屏上形成的双缝干涉条纹。关于小朱同学的实验操作过程及对应看到的现象，下面几种叙述正确的是（）A.仅将光屏移近缝，光屏上干涉条纹间距变窄B.仅将激光器移近缝，光屏上干涉条纹间距变宽C.仅换一个两缝之间距离较大的双缝，光屏上干涉条纹间距变窄D.仅将红色光源的激光器换成蓝色光源的激光器，光屏上干涉条纹间距变宽3.下列有关光学现象的描述正确的是（）A.如图甲，光导纤维能够使光在有机玻璃内传播，内芯的折射率比外套大B.图乙是圆孔衍射所形成的图样C.图丙是劈尖干涉，右侧垫块是两张纸片，当抽去一张纸片后条纹间距变大D.如图丁，相机使用偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响，说明光是横波4.一列简谐横波沿x轴正方向传播，时的波形如图a所示。在x轴正方向，距离原点小于一个波长的A点，其振动图像如图b所示。本题所涉及质点均已起振。下列说法正确的是（）A.平衡位置在与的质点具有相同的运动状态B.时，平衡位置在处的质点加速度方向为沿y轴正方向C.A点的平衡位置与原点的距离在到之间D.时，A点的速度方向为沿y轴负方向〖答案〗1.B2.AC3.ACD4.ABD〖解析〗【1题详析】A．雨后天空出现彩虹属于光的色散现象，故A错误；B．通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹，属于光的衍射现象，故B正确；C．海市蜃楼现象为光的全反射，故C错误；D．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于薄膜干涉，故D错误。故选B。【2题详析】根据A．仅将光屏移近缝，则减小，光屏上干涉条纹间距变窄，故A正确；B．仅将激光器移近缝，光屏上干涉条纹间距不变，故B错误；C．仅换一个两缝之间距离较大的双缝，则增大，光屏上干涉条纹间距变窄，故C正确；D．仅将红色光源的激光器换成蓝色光源的激光器，则波长减小，光屏上干涉条纹间距变窄，故D错误。故选AC。【3题详析】A．图甲，根据光的全反射，光导纤维能够使光在有机玻璃内传播，内芯的折射率比外套大，故A正确；B．图乙中的“泊松亮斑”，是不透光的小圆盘衍射形成的图样，故B错误；C．从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差则此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差，当抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，故C正确；D．相机使用偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响，说明光是横波，故D正确。故选ACD。【4题详析】A．根据波动图和振动图可读出波的波长，周期为，则波速为平衡位置在与的质点相差两个波长，则其振动情况完全相同，故A正确；B．根据与的时间差为平衡位置的质点再振动的时间，正处于波谷，故加速度方向沿y轴正方向，故B正确；C．根据A质点的振动图可知，时A质点在正的最大位移处，因周期为，则时A质点在平衡位置，时A质点在负的最大位移处，故时A正在负的位移位置向平衡位置振动，由的波动图可知A质点的平衡位置与原点的距离在0m到0.5m之间，故C错误；D．由振动图像可知，时A点正处于平衡位置和负最大位移之间向轴负方向运动，故D正确。故选ABD。二、对于宇宙的研究和探索（共26分）5.我国在探索宇宙文明过程中取得了重大突破，中国科学院高能物理研究所公布：在四川稻城的高海拔观测站，成功捕获了来自天鹅座万年前发出的信号。若在天鹅座有一质量均匀分布的球形“类地球”行星，其密度为ρ，半径为R，自转周期为T0，引力常量为G，则下列说法正确的是（）A.该“类地球”行星的同步卫星的运行速率为B.该“类地球”行星的同步卫星的轨道半径为C.该“类地球”行星表面重力加速度在两极大小为D.该“类地球”行星的卫星在行星表面附近做匀速圆周运动的速率为〖答案〗CD〖解析〗A．根据匀速圆周运动线速度公式以及行星的同步卫星周期，可知其运行速率为为该“类地球”行星的同步卫星的轨道半径，并不是R，故A错误；B．根据万有引力提供向心力“类地球”行星的质量为该“类地球”行星的同步卫星的轨道半径为故B错误；C．该“类地球”行星表面重力加速度在两极处有解得故C正确；D．根据万有引力提供向心力该“类地球”行星的卫星在行星表面附近做匀速圆周运动的速率为故D正确。故选CD。6.2023年10月26日，我国自主研发的神舟十七号载人飞船圆满的完成了发射，与天和核心舱成功对接。神舟十七号载人飞船的发射与交会对接过程的示意图如图所示，因中①为近地圆轨道，其轨道半径为，②为椭圆变轨轨道，③为天和核心舱所在圆轨道，其轨道半径为，P、Q分别为②轨道与①、③轨道的交会点。已知神舟十七号载人飞船的引力势能大小的表达式为，式中为地心到飞船的距离，为地球的质量，为神舟十七号载人飞船的质量，为万有引力常量，地球表面的重力加速度为。下列判断正确的是（）A.神舟十七号在②轨道上经过点的速度小于在③轨道上经过点的速度B.神舟十七号先到③轨道，然后再加速，才能与天和核心舱完成对接C.神舟十七号从①轨道转移到③轨道，飞船增加的机械能为D.神舟十七号在②轨道上从点运动到点的最短时间为〖答案〗ACD〖解析〗A．②轨道相对于③轨道是低轨道，由低轨道变轨到高轨道，需要在两轨道切点Q位置加速，即神舟十七号在②轨道上经过点的速度小于在③轨道上经过点的速度，故A正确；B．根据上述可知，神舟十七号先到②轨道，然后在与③轨道交会点加速，才能与天和核心舱完成对接，故B错误；C．神舟十七号在①轨道上有，神舟十七号在③轨道有，在地球表明重力近似等于万有引力，则有解得飞船增加的机械能为故C正确；D．神舟十七号在①轨道上有结合上述解得根据开普勒第三定律有则神舟十七号在②轨道上从点运动到点的最短时间为解得故D正确。故选ACD。7.宇宙尘埃有很大的科研价值，某人造地球卫星携带的收集装置如图a所示。如图b所示为质量为M的卫星在轨道上以速度v0飞向一颗静止的尘埃，如图c所示为尘埃被收集装置撞击后嵌入其中的情景，该尘埃的质量为m0（因m0<<M，故卫星速度v0视为不变），已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，问：（1）该尘埃被卫星收集过程中的动量变化量大小=______；（2）该卫星运行轨道的离地高度h=______；（3）该尘埃在收集装置中嵌入深度为L，则其在被收集过程中受到的作用力F大小是（）（假设此过程中作用力大小不变）A.B.C.D.（4）卫星继续进入一个尘埃区，由于大量尘埃与卫星碰撞后均附着在卫星上，卫星速度会受到影响，为了保持卫星原有的飞行速度，卫星推进器需要提供的推力（）A.随卫星质量增大而增加B.随卫星质量增大而减小C.不变D.可能增加也可能减小（5）若尘埃区每单位体积空间有n颗尘埃，尘埃的平均质量为m0，卫星正面面积为S，前进速度保持为v0，则卫星推进器提供的推进功率为多少？______〖答案〗（1）（2）（3）B（4）C（5）〖解析〗（1）[1]由于，可认为飞船收集尘埃时速度不受影响，宇宙尘埃的速度会从0加速到，则尘埃被卫星收集过程中的动量变化量大小为（2）[2]由于在地球表面有解得（3）[3]在尘埃加速到与卫星共速过程中，根据运动学可得，则有以尘埃作为研究对象，根据动能定理可得解得故选B。（4）[4]设卫星在尘埃区飞行时间为t，飞船扫过的尘埃数量为对卫星和尘埃整体分析，根据动量定理可得解得卫星推进器需要提供推力可知，为了保持卫星原有的飞行速度，卫星推进器需要提供的推力不变。故选C。（5）[5]推进功率为结合上述解得8.华为Mate60Pro首发了卫星通话功能，使其成为全球首款支持卫星通话的智能手机。我国地球同步卫星“天通一号”在卫星通话中担任重要角色。地球同步卫星发射首先利用火箭将卫星运载至地球附近圆形轨道B，通过多次变轨最终进入地球同步轨道A。如图所示，B轨道离地面高度为h，地球半径为R。已知“天通一号”质量为m，地球自转角速度为，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心，引力常量为G。如果规定距地球无限远处为地球引力零势能点，地球附近物体的引力势能可表示为，其中M（未知）为地球质量，m为物体质量，r为物体到地心距离。求：（1）“天通一号”卫星在B轨道的运行周期T；（2）“天通一号”卫星自B轨道运动至A轨道的过程中机械能增加量。〖答案〗（1）；（2）。〖解析〗（1）根据牛顿第二定律有物体在地球表面时，有解得（2）根据牛顿第二定律有在B轨道速度轨道距地面高度为h时，空间站的动能为轨道距地面高度为h时，空间站的势能为地球自转角速度为，则解得在同步轨道，动能势能机械能增加量三、物理学中无处不存在的力（共35分）9.如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙上，质量为M的光滑弧形槽静止在光滑水平面上，底部与水平面相切，一个质量为的小球从弧形槽h高处由静止开始下滑，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A.在下滑过程中弧形槽对小球的弹力始终不做功B.在小球压缩弹簧的过程中，小球的机械能减小C.小球离开弹簧后，小球和弧形槽组成的系统机械能守恒，但小球不能回到弧形槽h高处D.在整个过程中，小球、弧形槽和弹簧组成的系统机械能守恒，水平方向动量守恒〖答案〗BC〖解析〗A．因为光滑弧形静止在光滑水平面上，则可知小球下落，小球和弧形槽整体在水平方向上动量守恒，小球获得水平向右的速度，弧形槽获得水平向左的速度，可知在小球下滑的过程中小球给弧形槽做正功，则弧形槽给小球的弹力做负功，故A错误；B．当小球压缩弹簧的过程中，弹簧和小球组成的系统的机械能守恒，但弹簧对小球的弹力做负功，故小球机械能减小，故B正确；C．小球在弧形槽上下滑的过程中，系统水平方向不受外力，系统水平方向动量守恒，小球与弧形槽分离时两者动量大小相等，由于m＜M，则小球的速度大小大于弧形槽的速度大小，小球被弹簧原速率弹回后将追上弧形槽并要滑上弧形槽。在小球离开弹簧后，只有重力和系统内弹力做功，故小球和弧形槽组成的系统机械能守恒。由于球与弧形槽组成的系统总动量水平向左，球滑上弧形槽的最高点时两者共速，则此时共同速度也必须水平向左，则二者从静止开始运动到共速状态，系统的动能增加，重力势能一定要减小，小球上升的最大高度要小于h，故C正确；D．整个运动过程中小球和弧形槽、弹簧组成的系统只有重力与系统内弹力做功，故系统机械能守恒；在整个过程中，由于存在墙壁对弹簧水平方向上的弹力，故水平方向上的动量不守恒，故D错误；故选BC。10.一风力发电机出现故障，检修人员乘坐升降机到顶端检修平台进行检修，升降机上升过程的速度时间关系如图所示，加速和减速运动时加速度大小均为a，匀速运动时速度为，已知升降机和检修人员的总质量为m，升降机启动平台到检修平台的竖直高度为h，上升过程中升降机所受阻力恒为总重力的k倍，重力加速度为g.在此过程中，升降机的总运动时间为________，牵引力做功为_______。〖答案〗①.②.〖解析〗[1]正向匀减速可以看成反向匀加速，因为加速和减速运动时加速度大小均为a，所以加速时间和减速时间均为加速位移和减速位移均为匀速上升的时间为升降机总运动时间为[2]根据动能定理有即11.两实验小组想验证动量守恒定律，第一组采用传统的如图甲所示的“碰撞实验装置”验证两小球碰撞前后的动量是否守恒；第二组设计了如图乙所示利用固定了两个光电门的气垫导轨验证两滑块碰撞前后的动量是否守恒。（1）①关于第一组实验，下列说法正确的是__________。A．斜槽轨道必须光滑B.斜槽轨道的末端切线无须保持水平C.入射球A和被碰球B的质量必须相等D.入射球A每次必须从斜槽轨道的同一位置由静止释放②验证第一组实验的同学们用托盘天平测出了小球A的质量记为，小球B的质量记为，用毫米刻度尺测得O、M、P、N各点间的距离（图丙中已标出），则验证两小球碰撞过程中动量守恒的表达式为______________________________。（用题中涉及的物理量符号x1、x2、x3表示，表达式应为最简形式）（2）③第二组实验的同学用如图丁所示用螺旋测微器测量遮光板宽度_________。④第二组实验中测得P、Q的质量分别为和，左、右遮光板的宽度分别为和。实验中，用细线将两个滑块连接使轻弹簧压缩且静止，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得它们通过光电门的时间分别为、，则动量守恒应满足的关系式为________（用、、、、、表示）。⑤若左、右遮光板的宽度相同，上一问中动量守恒应满足的关系式简化为_____________（用题中字母表示）。〖答案〗（1）D（2）6.860〖解析〗（1）①[1]A．本实验只需要每次到达斜槽末端的速度大小相同，斜面是否光滑对实验无影响，故A错误；B．本实验需要小球碰后做相同的平抛运动，为保证初速度水平，斜槽末端必须保持水平，故B错误；C．本实验对小球质量的要求是A球质量大于B球质量，故C错误；D．每次从同一位置释放A球可以保证A球到达斜槽末端的时候速度大小不变，故D正确。故选D。②[2]动量守恒的表达式为即化简可得（2）③[3]螺旋测微器读数为④[4]动量守恒应满足的关系式为代入速度，可化为⑤[5]若左、右遮光板的宽度相同，动量守恒应满足的关系式简化为12.如图所示，可视为质点的小物块静止在水平桌面OA的左端，桌面OA的长度，物块与桌面间的动摩擦因数，桌子右侧的斜面BC与水平方向的夹角为，斜面下端点B在桌子右边缘A的正下方。物块在水平拉力F作用下向右运动，拉力F与x之间的关系如右图所示，x表示桌面上某点到O点的距离。物块离开桌面后平抛落到斜面上，物块到达斜面时速度与斜面垂直。已知物块质量为，重力加速度g取10m/s2。（1）求物块平抛的初速度；（2）求桌面的高度；（3）其他量不变，将斜面BC向右平移距离d，同时改变桌面动摩擦因数，保证物块到达斜面时速度与斜面垂直，求d的最大值及这种情形下的动摩擦因数。〖答案〗（1）3m/s；（2）1.7m；（3）2.55m，〖解析〗（1）图线下方的面积表示功，由图像可得水平拉力F做的功为物块在桌面上运动过程由动能定理得解得物块平抛的初速度为（2）由于物块到达斜面时速度与斜面垂直，则物块落到斜面上时速度的竖直分量为又物块做平抛运动的时间为物块下落的高度、水平位移分别为由几何关系可得则桌面的高度为联立解得（3）由于桌面高度一定，物块平抛到达斜面时速度的竖直分量最大为物块到达斜面时速度与斜面垂直，这种情形下平抛初速度为由动能定理可得解得由题意知，动摩擦因数为0时，物块平抛的初速度最大，即便落到地面处也无法满足物块到达斜面时速度与斜面垂直，综上所述，物块平抛刚好落到地面处时到达斜面底端，速度与斜面垂直，此时d有最大值。代入数据可得这种情形下动摩擦因数为。四、对电场和磁场的研究（共27分）13.列车进站时，其刹车原理可简化如图，在车身下方固定一单匝矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B。车头进入磁场瞬间的速度为，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾进入磁场瞬间，列车刚好停止。下列正确的是（）A.列车进站过程中电流方向为abcdaB.列车ab边进入磁场瞬间，线框的电流大小为C.列车从进站到停下来的过程中，减少的动能等于线框产生的热量D.列车ab边进入磁场瞬间，加速度大小〖答案〗AD〖解析〗A．列车进站时，ab边切割磁感线产生感应电流，则根据右手定则判断可知，列车进站过程中电流方向为abcda，故A正确；B．根据法拉第电磁感应定律可得，列车ab边进入磁场瞬间，感应电动势为则列车ab边进入磁场瞬间，线框的电流大小为故B错误；C．根据能量的转化和守恒可知，列车从进站到停下来的过程中，减少的动能等于线框产生的热量与列车和导轨及空气阻力摩擦产生的热量之和，故C错误；D．列车ab边进入磁场瞬间，根据牛顿第二定律有解得，列车的加速度大小为故D正确。故选AD。14.某班级开展了一次10分钟实验竞赛，试题命题形式为各小组自己出题，然后交到老师那进行审核，并汇总在一起，在某自习课进行随机抽取试题比赛，某小组在本次实验竞赛中，抽到的试题为：（1）若用主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度的游标卡尺测量某一器件的长度时，显示如图甲所示，则该游标卡尺的读数为_____mm。（2）现有一多用电表，其欧姆挡的“0”刻度线与中值刻度线问刻度模糊，若用该欧姆挡的×100Ω挡，经正确调零后，规范测量某一待测电阻R时，指针所指的位置与“0”刻度线和中值刻度线间的夹角相等，如图乙所示，则该待测电阻R=_____Ω。〖答案〗（1）103.10（2）500〖解析〗（1）[1]由图示游标卡尺可知，其示数为103mm＋2×0.05mm=103.10mm（2）[2]欧姆表调零时由图示欧姆表可知，中央刻度值为15×100Ω=1500Ω指针在中央刻度线时欧姆表指针所指的位置与“0”刻度线和中值刻度线间的夹角相等，则电流解得Rx=500Ω15.如图所示，两条足够长的平行金属导轨间距，与水平面的夹角，处于磁感应强度、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。导轨上的两根导体棒质量分别为，电阻均为，长度均为。将棒固定，由静止释放棒，当棒达到最大速度时，棒产生的焦耳热。导轨光滑且电阻忽略不计，运动过程中两棒始终与导轨垂直且接触良