上海市闵行区2023-2024学年高二下学期期中统考物理试卷（原卷版+解析版）

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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。
一、密立根油滴实验
美国科学家密立根首次测定了元电荷的电荷量，为此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。他设计的实验装置如图所示。实验中用一个喷雾器向一个透明的圆柱形容器里喷入密度为的带电油滴。容器中间距为d的金属A、B板分别连接电源的两极。通过目镜可观察带电油滴的运动状态。
1. 当A、B板不加电压时，某油滴由静止开始下落，若空气阻力f与油滴的半径r、油滴的速度v成正比，即（比例系数k已知）。
（1）比例系数k的单位是______（用国际单位制的基本单位表示）
（2）油滴接下来运动的加速度（ ）
A．减小 B．不变 C．增大
（3）从目镜中观察到某油滴最终匀速运动，该油滴的半径为______。
2. 给A、B板加电压U，发现某个原来以匀速下落油滴，先减速后悬停于两板中。
（1）该油滴的电性为______；
（2）加电压后该油滴的加速度（ ）
A．不变 B．增大 C．先增大再减小 D．减小
（3）（计算）该油滴的电荷量______。
3. （简答）根据前两小题的计算，试分析密立根是如何得到元电荷的电量的。
【答案】1. ①. ②. A ③.
2. ①. 负电 ②. D ③.
3. 见解析
【解析】
【1题详解】
[1]由题意可知
可得
则单位为
[2]油滴由静止下落时，受重力和空气阻力作用，根据牛顿第二定律
解得
随着速度的增大加速度减小。
故选A。
[3]油滴匀速运动时，油滴受力平衡，则
又
解得
【2题详解】
[1]由题意可知，电场方向为竖直向下，油滴最后悬停，则油滴受到竖直向上的电场力，故油滴带负电；
[2]根据牛顿第二定律，取竖直向上为正方向
又因为最后悬停，则
解得
油滴做减速运动，则加速度减小。
故选D。
[3]油滴匀速运动时，油滴受力平衡，则
解得
又
最后悬停，则
解得
【3题详解】
重复对许多油滴进行实验之后，发现油滴电荷量皆为某最小固定值的整数倍，此最小固定值即为元电荷的电量。
二、跳板跳水
女子3米跳板跳水是中国跳水“梦之队”的传统优势项目，2023年7月，布达佩斯游泳世锦赛，中国队实现在这个项目上的第11次夺冠！跳板过程分为走板、压板、起跳、腾空和入水五个过程，在短短2s内完成高难度复杂动作。
4. 在“压板”过程中，运动员将弹性跳板下压，压板充分才能获得较大的起跳速度，争取腾空时间。
（1）压板的过程中，运动员对板的压力（ ）
A.增大 B.减小 C.不变
（2）板受到的压力是由于______的弹性形变引起的。
5. 向上“起跳”过程中，在运动员脱离跳板之前（ ）
A. 运动员对板做正功，板的弹性势能增大
B. 运动员对板做负功，板的弹性势能减小
C. 运动员对板做正功，板的弹性势能减小
6. 中国跳水梦之队的“3D+AI”跳水训练系统可对运动全过程进行高清记录，三维呈现和精准评估，若系统监测到某次某位运动员3m跳板跳水的入水速度为8.3m/s，设其身高为1.5m，体重40kg。（保留三位有效数字）
（1）估算跳板形变时的最大弹性势能______J；
（2）若运动员入水深度3m后减速为零，水对运动员的平均阻力为______N。
7. 若将运动员视为质点，以脱离跳板为计时零点，运动员图像如图。
（1）运动员到达最大高度的时刻为（ ）
A. B. C. D.
（2）运动员入水的时刻为（ ）
A. B. C. D.
【答案】4. ①. A ②. 运动员 5. B
6. ①. 178 ②. 566
7. ①. A ②. B
【解析】
【4题详解】
[1]压板的过程中，板的形变逐渐增大，可知运动员对板的压力增大。
[2]板受到的压力是由于运动员的弹性形变引起的
【5题详解】
向上“起跳”过程中，在运动员脱离跳板之前，运动员对板的压力方向向下，板的位移方向向上，根据功的定义式可知，运动员对板做负功，板对运动员做正功，板的弹性势能减小。
故选B。
【6题详解】
（1）[1]令运动员竖直上抛的初、末速度分别为，，根据速度与位移的关系式有
其中
根据能量守恒定律有，最大弹性势能为
解得
（2）[2]根据动能定理有
解得
【7题详解】
（1）[1]运动员脱离跳板后做竖直上抛运动，先向上减速至0，后向下加速，可知运动员到达最大高度的时刻为。
故选A。
（2）[2]当运动员入水后，加速度将发生变化，图像的斜率表示加速度，可知，入水后的图像为曲线，可知，运动员入水的时刻为。
故选B。
三、智能动车组
打开12306app，会看到如图的车票在售信息。复兴号“智能动车”一般8列车厢一个编组，4动力车4拖车，有两个受电弓，最高运营时速可达350km/h，座椅宽敞、WiFi全覆盖、可充电，受到旅客的欢迎。
8. 乘坐G1914复兴号智能动车从西安到上海，全程1509km。
（1）平均速率约为______km/h；
（2）研究平均速度时，长约700m列车是否可以看作质点（ ）
A．可以 B．不可以 C．不确定
9. 如图（a），智能动车组使用受电弓向外电缆取电。为保证长距离稳定供电，受电弓常用一种配件——碳滑板和电缆接触。某同学想利用如图（b）所示的电路测量碳滑板材料的电阻率，Q为一段长度L，横截面积S的碳滑板。
（1）闭合开关前，图（b）中滑动变阻器滑动片应滑到______；
A．a端 B．b端 C．ab中点
（2）闭合开关，调节滑动变阻器，记录多组电压和电流，作图像得到图像斜率k。
则这种碳材料的电阻率的表达式为______。
10. 一节动力车牵引电机的额定功率为，若一个编组列车受到的总阻力恒为，
（1）求动车组的最高速度______；
（2）以恒定功率启动的一段时间内，动车组的加速度如何变化（ ）
A．不变 B．变大 C．变小
11. 列车转弯也是一项重要技术，为了高速转弯时不脱轨不翻车，工程师在车轮（如图）和轨道上都有特别的设计。
（1）在平地轨道上转弯时，列车的向心力来自（ ）
A．外轨给外轮缘的弹力 B．内轨给内轮缘的弹力
（2）为了减小转弯带给车轮和车轨的磨损，车轨铺设时通常会垫高（ ）
A．外轨 B．内轨
12. 雨天列车加速时，某同学观察到渗入车窗双层玻璃中间的水面随之变得倾斜受此启发，他设计了一个测量匀变速直线运动加速度的实验，所用器材有：刻度尺、长方体透明盛水容器。如图，将盛水容器水平放置，测得容器长度为L，使容器在水平方向做匀变速直线运动，测得液面两端高度差为H，由此可得盛水容器的加速度大小为______，方向为______。
【答案】8. ①. 214； ②. A
9. ①. A； ②.
10. ①. ； ②. C
11. ①. A； ②. A
12. ①. ； ②. 水平向右
【解析】
【8题详解】
（1）动车运动的时间
由平均速率得
因此，动车的平均速率为214km/s；
（2）动车运动的全程远大于列车的长度，研究平均速度可以看成质点，故A正确。
故选A。
【9题详解】
（1）电路在闭合开关前，为保护电路，需要让滑动变阻器阻值达到最大，因此滑动片应滑到a端，故A正确。
故选A。
（2）根据电阻的定义式得
由电阻定律得
【10题详解】
（1）当牵引力等于总阻力时，速度达到最大，则最高速度为
（2）由牛顿第二定律得
又
解得
由此可知，动车以恒定功率启动过程，速度增加，牵引力减小，加速度变小，故C正确。
故选C。
【11题详解】
（1）在平地轨道上转弯时，外轮缘挤压外轨产生指向轨道圆心的弹力提供向心力，故A正确。
故选A。
（2）垫高外轨时，列车支持力沿水平方向的分力也提供向心力，因此列车外轮缘与外轨挤压力会减少，减少了磨损，故A正确。
故选A。
【12题详解】
[1]以水坡上的一滴质量为m的水滴为研究对象，受到重力和支支持力，合力沿水平方向，产生的加速度a，设水坡的倾斜角为，则
又
解得
水滴与容器一起做匀变速直线运动，因此容器的加速度大小为；
[2]加速度的方向沿水平方向向右。
四、电磁现象
人类对电磁现象的观察可以追溯到古希腊时期，千年来，正是对电与磁的探索和研究，促使发电机、电动机、电视和移动电话的出现，使人类进入电气化和信息化时代。
13. 如图（a）所示是一种电磁起重机。为了安全，它是用永久磁铁制成的，它能将杂碎铁块吸住而不掉下来。在它的两臂上绕有线圈，并与电源、按钮开关S构成回路。当需要释放铁块时只要按下S，产生一个与原磁极相反的磁场而抵消原磁场，铁块便能脱落。
（1）请在图（b）中画出永久磁铁产生的一根闭合磁感线________。
（2）请在图（b）中按要求连接电路________。
14. 无线充电技术的原理如图，送电线圈、受电线圈分别安装在无线充电器和手机内。下面与无线充电技术使用的物理原理类似的是（ ）
A. 金属探测仪B. 车载充电器
C. 吹风机D. 公交卡
15. 电能是非常重要的能源，大自然中的各种能源往往要先转化为电能，再进行储存、传输和利用。
（1）按照生产方式分类，电力属于______次能源。
（2）风力、火力、水力和核能发电站，都离不开“发电机”，如图，发电机核心结构为一个线圈abcd在磁场中绕轴转动，其中完成的能量转化是______能转化成了电能。
【答案】13. ①. ②.
14. AD 15. ①. 二 ②. 机械
【解析】
【13题详解】
（1）永久磁铁产生的一根闭合磁感线如图所示。
（2）由题可知，电磁起重机用永久磁铁制成的，它能将杂碎铁块吸住而不掉下来。需要释放铁块时，只要接通电键S铁块便能脱落，故电磁铁的磁性与永磁体的极性相反，由安培定则可知，接线如图所示。
【14题详解】
无线充电技术、金属探测仪、公交卡使用的物理原理都是电磁感应，车载充电器使用的物理原理是变压器原理，电吹风原理是电流热效应。
故选AD。
【15题详解】
（1）[1]电能是消耗其它能源经过加工转换来的，属于二次能源。
（2）[2]发电机完成的能量转化是机械能转化成了电能。
五、嫦娥探月
2004年，国务院批准绕月探测工程立项，命名为“嫦娥工程”。2020年12月17日，“嫦娥五号”探测器历时24天，携带1731克月球样品满载而归，标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走规划如期完成。
16. “嫦娥五号”沿地月转移轨道由地球飞向月球，经M点向N点飞行的过程中，速度逐渐减小。在此过程中“嫦娥五号”受到的合力F方向可能是（ ）
A. B. C.
17. “嫦娥五号”靠近月球时刹车制动，被月球捕获，进入距月球表面高200km的圆形环月轨道，已知月球半径为1738km，质量为，则“嫦娥五号”在环月轨道环绕一周用时为______h。（结果保留2位有效数字）
18. 在太空旅行的“嫦娥五号”探测器和地面测控站的通信，是用什么实现的（ ）
A. 声波B. 电磁波C. 引力波
19. 假设地球静止，“嫦娥五号”从地球出发到再次返回地球的时间，用地面发射站的原子钟测定的是，探测器上的原子钟测定的是，比较和（ ）
A. 明显大于B. 明显小于C. 和几乎无差别
20. 月球无空气，为了实现软着陆，“嫦娥五号”在可变推力发动机的精准控制下，不断减速，该过程中，探测器的机械能（ ）
A. 增大B. 不变C. 减小
21. （计算）已知地球半径是月球半径的4倍，地球质量是月球质量的81倍，地球表面的重力加速度g取。如图，若静止的“玉兔”月球车在月球表面高度的位置，将一质量的小物体以的速度沿水平方向弹射出去。求：
（1）月球表面的重力加速度。
（2）小物体落到月球表面的时间t。
（3）小物体的水平射程x。（结果均保留2位有效数字）
22. 为了安全带回月球样品，“嫦娥五号”返回舱在进入地球大气层之后会使用降落伞减速缓冲，如图所示，这个过程中返回舱的状态是（ ）
A. 超重B. 失重C. 平衡
【答案】16. B 17. 2.1 18. B 19. C 20. C
21. （1）；（2）；（3） 22. A
【解析】
【16题详解】
曲线运动合外力方向指向轨迹的内侧，由于速度减小，则合力方向与速度方向应成钝角。
故选B。
【17题详解】
根据万有引力提供向心力
可得
【18题详解】
在太空旅行的“嫦娥五号”探测器和地面测控站的通信，是通过电磁波实现的。
故选B。
19题详解】
“嫦娥五号”速度远远小于光速，由此造成的钟慢效应很小，和几乎无差别。
故选C。
20题详解】
在可变推力发动机的精准控制下，不断减速，发动机做负功，机械能减小。
故选C。
【21题详解】
（1）根据黄金代换式
可得
已知地球半径是月球半径的4倍，地球质量是月球质量的81倍，则
（2）小球做平抛运动，竖直方向根据自由落体运动规律
可得
（3）小物体的水平射程
【22题详解】
这个过程中返回舱竖直方向加速度竖直向上，则处于超重的状态。
故选A。
六、“救命神器”AED
我国每年因心脏骤停死亡的人数超过50万，4min是心脏骤停发生后的黄金救助时间，自动体外除颤仪（Autmatede xternal defibrillatr缩写AED）可以担负起挽救生命的职责。其主要工作原理是利用电容器放电给心脏电击，帮助节奏紊乱（颤动）的心脏“重启”，恢复正常的节律和泵血功能。
23. 某AED内部有一块锂电池，可待机五年，铭牌标注了“DC 12V”和“50.4Wh”。满格时，该电池的容量是______mA·h。
24. AED一般都设计了自检功能，当电池没电或者电极片过期，指示灯都会报警。某同学使用了如图（a）所示的电路测量一节过期的电池的电动势和内阻，得到了数据如图（b）所示。
（1）图（a）中A是______传感器，B是______传感器，固定电阻R在电路中起到______作用。
（2）根据图（b）中的数据，可得该过期电池的电动势为______V，内阻为______Ω。
25. AED的核心元器件是一个电容，电击除颤过程就是电容器充放电过程。如图（c）将电极贴于患者的右胸上和左胸下，AED会自动分析，得到“建议除颤”的语音提示后，点击除颤按钮，在约2ms时间内传输200J左右的电能完成放电除颤。
（1）某AED的电容铭牌标注了“195μF”和“2150V”，则一次电击过程至多有多少电荷会通过患者心脏（ ）
A． B．0.42C C．11C
（2）放电除颤时，流经患者心脏的电流I随时间t变化的图像可能为（ ）
（3）（简答）放电除颤时，可将AED简化为图（d）。根据所学电学知识，试分析使用AED除颤功能时的注意事项_______。
【答案】23.
24. ①. 电压 ②. 电流 ③. 保护电路 ④. ⑤.
25. ①. B ②. A ③. 电极片应按照AED的指示放置在特定的身体部位，以确保电流能有效地通过心脏，不能两电极片直接接触。
【解析】
【23题详解】
根据
求得
【24题详解】
[1][2] A测量路端电压，所以A是电压传感器，B测量干路电流，所以B是电流传感器。
[3]固定电阻R在串联电路中是为了防止电路电流过大损坏电器和测量仪器，故其起到保护电路的作用。
[4][5]根据可得，图像中的纵截距
斜率为
【25题详解】
[1]根据可得
故选B。
[2]电容器两端的电压会随着放电过程的进行而逐渐降低，所以电流也会减小，随着时间的推移，下降速率逐渐减慢，最终趋近于零。
故选A。
[3]因为电极片需要形成电流的闭合回路。电极片应按照AED的指示放置在特定的身体部位，以确保电流能有效地通过心脏，不能两电极片直接接触。