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2024年上海市育才中学高考物理模拟试卷(含详细答案解析)
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这是一份2024年上海市育才中学高考物理模拟试卷(含详细答案解析)，共14页。试卷主要包含了简答题等内容，欢迎下载使用。
1.随着电子、原子、原子核的发现，人们对组成物质的粒子有了越来越多的认识。
(1)若在如图1所示的阴极射线管中部加上平行于纸面向上的电场，阴极射线将向______偏转；电子的衍射现象证明了电子具有______性。
(2)质子由2个u夸克和1个d夸克组成，表示为p=uud，则反质子可表示为______；中子由1个u夸克和2个d夸克组成，由此可推算出d夸克的电量为______ e。(已知质子带电量为e)
(3)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是______(c表示真空中的光速)。
A.(m1+m2−m3)c
B.(m3−m2−m1)c
C.(m1+m2−m3)c2
D.(m3−m2−m1)c2
(4)(多选)在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图2中1、2、3所示，三个粒子的初速度分别为v1、v2、v3。根据轨迹可以推断出______。
A.正电子的轨迹是1
B.正电子的轨迹是2
C.v1>v2>v3
D.v3>v2>v1
(5)铀235受到中子轰击后，会发生核裂变。
①完成核裂变方程： 01n+92235U⟶56141Ba+3692Kr+______。
②(计算)如果按一个铀235原子核裂变时放出200MeV能量计算，1g铀235全部裂变后释放的能量是多少J？(阿伏加德罗常数6.02×1023ml−1，铀235的摩尔质量235g/ml，e=1.60×10−19C)(结果保留2位有效数字)
2.“猎豹”是4K超高速轨道摄像机系统如图1，2022年北京冬奥会上“猎豹”轨道安置在比赛场地外侧，它将速滑运动竞技过程清晰地呈现在我们面前。
(1)速滑比赛中，运动员起跑加速度约为2.5m/s2，而“猎豹”可达3.5m/s2。猎豹和某运动员的位移x−t图像如图2所示，下列说法中正确的是______。
A.0∼t1时间内“猎豹”在前，t1∼t2时间内“猎豹”在后
B.0∼t2时间内“猎豹”与运动员的平均速度相同
C.0∼t2时间内“猎豹“的速度始终大于运动员的速度
D.0∼t2时间内“猎豹”做直线运动，运动员做曲线运动
(2)如图3中，运动员在弯道处加速前进，“猎豹”与运动员保持同步，则两者相比______的向心加速度更大；“猎豹所受合外力的大致方向为______。(选填：F1、F2、F3)
(3)当“猎豹”使用400MHz的电磁波进行无线遥控，其对应的波长为______ m。(保留2位有效数字)
(4)为降低转播画面中的噪声强度，通过产生一列与外界噪声相同频率的声波来抵消噪声。假设某时刻外界噪声的波形图如图4所示，则以下哪列声波可以达到零噪音的效果______。
3.阅读材料“天问一号”
2021年5月15日，“天问一号”探测器着陆火星取得圆满成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹。
(1)人类在不久的将来会从火星上采集一些“土壤”，带回地球进行研究，下列关于“土壤”研究结论的说法中正确的是______。
(A)含有的金属材料都是惠晶体
(B)具有一定形状的属于多晶体
(C)具有固定熔点的一定是晶体
(D)显示各向同性都属于非晶体
(2)“天问一号”探测器顺利被火星捕获后，成为我国第一颗人造火星卫星。其在着陆火星前的变轨过程简化如图2，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，两轨道相切于近火星点P，则探测器______。
(A)在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态
(B)在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
(C)从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速
(D)沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大
(3)探测器的动力主要来源于太阳能电池，供电电路简化如图3，其中纯电阻R=5Ω，太阳能电池电动势E=150V，内阻r未知，电动机的线圈电阻rM=4Ω，当火星车正常行驶时，电动机两端的电压UM=120V，电阻R消耗的功率为125W。则太阳能电池的内电阻r为______Ω，电动机的机械功率为______ W。
(4)假设未来人类在火星完成如图4实验：将一导热性能良好的汽缸竖直固定在火星表面，用重力为G、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，用竖直向上的外力将活塞缓慢上拉，当活塞距离汽缸底部的距离为原来的2倍时拉力大小为2G，已知实验过程中火星表面温度不变，则在此过程中理想气体______(选填“吸热”、“放热”或“无热交换”)，火星表面的大气压为______。
(5)【多选题】假设又做了一个“理想实验”：如图5，水平放置的绝热气缸被竖直的绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b，气体分子间的势能忽略不计。现将硅光电池与电热丝连接，对气体a加热一段时间，在a、b重新达到热平衡时______。
(A)a的体积增大、压强增大
(B)b的温度不变、压强增大
(C)a的分子速率都大于b的分子速率
(D)a增加的内能大于b增加的内能
4.(1)一复色光a沿如图所示方向从空气射向玻璃球，在球内分为b、c两束单色光，O为球心。
b光在球中折射率______ c光在球中折射率；b光频率______ c光频率；不考虑球内光线两次及以上反射，b光在球中传播时间______ c光在球中传播时间。(均选填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)①图1(b)是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，图1(a)是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在图1(b)上的火焰像上可看到的条纹图样是______。
②利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图2(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图2(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处。从弯曲的条纹可知同一亮条纹上c、d点对应的薄膜厚度相同，故判断A处缺陷为______、 B处缺陷为______(选填“凹陷”或“凸起”)。当减少薄片的厚度，则相邻的干涉条纹间距会______(选填“变大”、“变小”、“不变”)。
5.电能的应用遍及于生产和生活的各个方面，为了获得和利用电能，人们制造了发电机并通过传输线路将电能传输到工厂、学校、家庭…。
(1)发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置；下列实验装置中与发电机原理相同的是______。
(2)如图为两种不同的发电机结构示意图。图(a)为置于两个磁极间可绕水平轴转动的金属圆盘，其中心与边缘各与一个电刷接触，通过手柄使圆盘转动时可在回路中产生电流：图(b)为位于两磁极间的导体线圈，当其绕图中虚线轴转动时也能产生电流。
①说明这两种结构发电机共同的发电原理和输出电流特性。
②若将图(a)中半径为R的圆盘整体位于方向与盘面垂直，磁感应强度大小为B的均匀磁场中，当圆盘以恒定角速度ω旋转时，与其接触的两电刷间的电动势E=______。
(3)交流电技术使高压输电成为现实，家庭电路所使用的就是电压为220V，频率为50Hz的正弦交流电，其电压随时间的变化规律如图1所示。图中Um=______ V，Δt=t2−t1=______ s。该交变电压的表达式为______。
(4)变压器是远距离输电不可或缺的设备。
①变压器的基本结构如图2所示，在理想变压器中铁芯的作用是______；理想变压器的输入功率和输出功率之比为______。
②变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度的方向平行，这是为了减小铁芯中产生的______。
(5)如图3，发电机的输出功率P=100kW，电压U1=250V，经理想变压器升压后向用户输电，输电线总电阻R=8Ω，在输电线上损失的功率P0=5kW，在用户端再利用理想变压器将电压降为U2=220V。求：
①输电线路中的电流I；
②两个变压器的匝数比n1n2=？n3n4=?
答案和解析
1.【答案】下 波动 uud− −13 CBD301n
【解析】解：(1)电子受力方向与电场方向相反，阴极射线管中部加上平行于纸面向上的电场，阴极射线将向下偏转，电子的衍射现象证明了电子具有波动性；
(2)质子由2个u夸克和1个d夸克组成，表示为p=uud，反质子的电量为−e，则反质子的描述为uud−，中子的电量为0，中子可以描述为udd，设u夸克的电荷量为me、d夸克的电荷量为ne，则
则2me+ne=1
me+2×ne=0
解得m=23、n=−13
(3)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，则当一个质子和一个中子结合成氘核时，根据爱因斯坦质能方程，释放的能量是ΔE=(m1+m2−m3)c2，故ABD错误，C正确；
故选：C。
(4)由图可知1，3的偏转方向相同，则1，3是电子，2是正电子，根据洛伦兹力提供向心力有
evB=mv2r
解得r=mveB
根据粒子运动半径可知v3>v2>v1
故BD正确，AC错误；
故选：BD。
(5)①衰变过程中电荷数和质量数守恒，则有 01n+92235U⟶56141Ba+3692Kr+301n
②一个铀 235 原子核裂变放出能量 E0=200MeV=200×106×1.6×10−19J=3.2×10−11J
1g 铀全部裂变放出能量为E=nNAE0=1235×6.02×1023×3.2×1011J=8.2×1010J
故答案为：(1)下，波动；(2)uud−，−13；(3)C；(4)BD；(5)①301n；②1g铀235全部裂变后释放的能量是8.2×1010J
(1)根据电场力分析电子的偏转，电子的衍射现象证明了电子具有波动性；
(2)根据电荷量的关系分析计算；
(3)根据爱因斯坦质能方程解答；
(4)根据左手定则及洛伦兹力提供向心力分析解答；
(5)衰变过程中电荷数和质量数守恒，结合爱因斯坦质能方程解答。
本题考查电子在磁场中的运动，质能方程，理解爱因斯坦质能方程的含义和应用，以及与能量守恒定律的综合应用是解决有关核反应问题的关键。
2.【答案】B 猎豹 F1 0.75C
【解析】解：(1)AB、由x−t图像可知：0−t2时间内，都是“猎豹”在前；0−t2内，“猎豹”与运动员的位移相同，根据v−=xt可知“猎豹”与运动员的平均速度相同，故A错误，B正确；
C、根据x−t图像的切线斜率表示速度，可知0−t2时间内“猎豹“的速度先大于运动员的速度后小于运动员的速度，故C错误；
D、0−12时间内“猎豹”和运动员均做直线运动，故D错误。
故选：B。
(2)图中运动员在弯道处加速前进，“猎豹”与运动员保持同步即角速度相同，根据a=rω2可知：由于“猎豹“的半径比较大，则“猎豹“的向心加速度更大；
由于“猎豹“与运动员在弯道处加速前进，则“猎豹“所受合力的方向大致为F1方向。
(3)其对应的波长为λ=cf=3×108400×106m=0.75m
(4)为了达到零噪音效果，根据波的叠加原理可知，产生的声波与外界噪声相同频率，且振幅相同，相位相反，故C正确，ABD错误。
故选：C。
故答案为：(1)B；(2)猎豹，F1；(3)0.75；(4)C。
(1)运动学x−t图像，斜率代表速度，平均速度等于位移除时间。从图像中可以得出任意时刻物体的位置；
(2)根据a=rω2比较二者的向心加速度大小；根据物体做加速圆周运动判断其合力方向；
(3)根据波速公式求解电磁波的波长；
(4)降噪的原理是波的叠加，即根据介质中的质点同时参与的两列波振动情况相反，这样该点处于减弱点。
本题考查波的干涉，解决本题的关键是理解波的干涉条件。降噪的原理是使介质中的质点振动减弱。
3.【答案】C D 1 500 吸热 2GS AD
【解析】解：(1)A.常见的金属材料都是多晶体，含有的金属材料不一定都是多晶体，A错误；
B.由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状，B错误；
C.晶体有确定的熔点，因此具有固定熔点的一定是晶体，C正确；
D.多晶体和非晶体均显示各向同性，因此显示各向同性的不都属于非晶体，D错误。
故选：C。
(2)A.探测器在椭圆轨道Ⅱ运行，由牛顿第二定律可知，探测器受到的合力不等于零，处于受力不平衡状态，A错误，
B.由开普勒第三定律可得
a13T12=a23T22
由于轨道Ⅰ的半长轴比轨道Ⅱ的半长轴长，因此在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长，B错误；
C.探测器从轨道进入Ⅱ，即从高轨道进入低轨道，需要在P处点火减速，使探测器做向心运动，C错误；
D.由开普勒第二定律，可知沿轨道向P飞近时，即向近火星点运动时，速度增大，D正确。
故选：D。
(3)已知纯电阻R=5Ω，电阻R消耗的功率为125W，由欧姆定律，可得流经电阻R的电流为
I= PRR= 1255A=5A
由闭合电路欧姆定律，可得太阳能电池的内电阻为
r=E−UM−URI=150−120−5×55Ω=1Ω
由电功率公式，可得电动机的机械功率为
P1=UMI−I2rM=120×5W−52×4W=500W。
(4)由题意可知，理想气体的温度不变，则内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律
ΔU=Q+W
可知在此过程中理想气体吸热。设火星表面的大气压为p0在开始时有
p1=p0+GS
当拉力大小为2G时，则有
p2S+2G=G+p0S
可得
p2=p0−GS
由等温变化根据玻意耳定律有
p1SL=p2S×2L
解得
p0=2GS。
(5)AB.当a加热时，气体a的温度升高，由于气体a膨胀，b气体被压缩，外界对b气体做功，且没有与外界进行热交换，所以b的内能增大，温度升高，由理想气体的状态方程
pVT=C
可知，b的体积减小，温度升高，则压强一定增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a、b两部分的压强始终相同，都变大，A正确，B错误；
C.开始时，a和b两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b，则它们的物质量相等，a、b两部分的压强始终相同，a体积大，可知温度较高，所以a的分子的平均动能大，则分子的平均速率大，可a的分子速率不一定都大于b的分子速率 C错误；
D.由于气体a膨胀，b气体被压缩，则有a气体体积大于b气体体积，可知a温度较高，a增加的内能大于b增加的内能，D正确。
故选：AD。
故答案为：(1)C；(2)D；(3)1；500；(4)吸热；2GS；(5)AD。
(1)常见的金属材料都是多晶体，含有的金属材料不一定都是多晶体，多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，没有确定的几何形状，晶体有确定的熔点，多晶体和非晶体均显示各向同性；
(2)探测器做曲线运动，合力不为零，根据开普勒第三定律判断时长，高轨道到低轨道要点火减速，近火点速度最大；
(3)根据部分电路欧姆定律求R的电流，根据闭合电路的欧姆定律求电阻，根据电功率的公式求机械功率；
(4)理想气体的内能只与温度有关，根据热力学第一定律判断吸热还是放热，根据平衡求出拉力变化前后理想气体的压强，根据玻意耳定律求火星表面的大气压强；
(5)对a气体加热，温度升高，压缩b气体，外界会对b气体做功，且没有与外界进行热交换，所以b的内能增大，温度升高，由理想气体的状态方程可知，b的体积减小，温度升高，则压强一定增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a、b两部分的压强始终相同，都变大，
只能说a的分子平均速率大于b的分子平均速率，不一定是全部，a的气体温度升高，内能大于b的气体。
本题考查了晶体与非晶体的区别，天体运动的规律，恒定电流相关的知识及气体实验定律，要求学生熟练掌握这些知识点，并能熟练应用。
4.【答案】大于 大于 大于 水平的明暗相间的干涉条纹 凹陷 凸起 变大
【解析】解：(1)作图如下
根据图象可知，b光的偏折程度大，说明b光的折射率大于c光的折射率，即nb>nc，折射率越大的光频率越大，所以b光的频率大于c光，根据v=cn可知b光在球中传播速度小，而b光在球中通过的距离大于c光在球中通过的距离，所以b光在球中的传播时间长。
(2)往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹。
薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，故c、d点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知A处凹陷。B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知B处凸起。当减少薄片的厚度，即减小空气薄层的宽度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会增大。
故答案为：(1)大于；大于；大于。
(2)水平的明暗相间的干涉条纹；凹陷；凸起；变大。
(1)在同一介质中，光的折射率越大，频率越大，波长越小，传播速度越小，画出光路图，根据光路图判断b、c折射率进而解答；
(2)薄膜干涉是薄膜的前后两个表面反射两列光叠加形成，对于单色光，形成明暗相间的平行的条纹，复色光形成彩色条纹，薄膜干涉可以检验工件的平整程度。
本题主要考查光的折射和光的薄膜干涉，理解光的折射和光的薄膜干涉产生机理是解题关键。
5.【答案】B12BR2ω 220 2 0.01u=220 2sin100πt(V)减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失 1：1 减小铁芯中产生的涡流
【解析】解：(1)发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置，图A是磁场对电流的作用，图B是电磁感应原理，图C是电动机原理，图D是电流的磁效应，故ACD错误，B正确；
故选：B。
(2)①这两种结构发电机共同的发电原理是穿过闭合线圈的磁通量发生变化，图a发电机产生稳定的电流，b图发电机产生周期性变化的电流
②两电刷间的电动势为
E=BRv−
v−=12Rω
解得E=12BR2ω
(3)根据题意，电压的有效值为220V，所以
Um= 2U=220 2V
T=1f=150s=0.02s
ω=2πf=2π×50rad/s=100πrad/s
所以
t2−t1=T2=0.022s=0.01s
u=Umsinωt=220 2sin100πt(V)
(4)①在理想变压器中铁芯的作用是减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失，所以输入功率和输出功率之比为1：1；
②变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度的方向平行，这是为了减小铁芯中产生的涡流。
(5)①根据题意有
P0=I2R
代入数据解得
I=25A
②由于理想变压器输入功率等于输出功率，所以
P=U2I
根据变压器规律可知U1U2=n1n2
联立解得
n1n2=116
同理U3U4=n3n4
且U3=U2−IR
解得n3n4=19011
故答案为：(1)B；(2)①图a发电机产生稳定的电流，b图发电机产生周期性变化的电流；②12BR2ω；(3)220 2；0.01；u=220 2sin100πt(V)；(4)①减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失；1：1；(5)①输电线路中的电流为25A；②两个变压器的匝数比n1n2为116，n3n4为19011。
(1)根据电磁感应定律及电磁间的规律分析判断；
(2)根据动生电动势原理解答；
(3)根据瞬时感应电动势表达式解答；
(4)根据变压器原理及构造解答；
(5)根据变压器电压与线圈匝数的关系解答。
解题时要抓住理想变压器的功率关系、电压和电流特点；由于输电线电阻的存在，输电线上有电压损失和功率损失。
1.随着电子、原子、原子核的发现，人们对组成物质的粒子有了越来越多的认识。
(1)若在如图1所示的阴极射线管中部加上平行于纸面向上的电场，阴极射线将向______偏转；电子的衍射现象证明了电子具有______性。
(2)质子由2个u夸克和1个d夸克组成，表示为p=uud，则反质子可表示为______；中子由1个u夸克和2个d夸克组成，由此可推算出d夸克的电量为______ e。(已知质子带电量为e)
(3)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是______(c表示真空中的光速)。
A.(m1+m2−m3)c
B.(m3−m2−m1)c
C.(m1+m2−m3)c2
D.(m3−m2−m1)c2
(4)(多选)在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图2中1、2、3所示，三个粒子的初速度分别为v1、v2、v3。根据轨迹可以推断出______。
A.正电子的轨迹是1
B.正电子的轨迹是2
C.v1>v2>v3
D.v3>v2>v1
(5)铀235受到中子轰击后，会发生核裂变。
①完成核裂变方程： 01n+92235U⟶56141Ba+3692Kr+______。
②(计算)如果按一个铀235原子核裂变时放出200MeV能量计算，1g铀235全部裂变后释放的能量是多少J？(阿伏加德罗常数6.02×1023ml−1，铀235的摩尔质量235g/ml，e=1.60×10−19C)(结果保留2位有效数字)
2.“猎豹”是4K超高速轨道摄像机系统如图1，2022年北京冬奥会上“猎豹”轨道安置在比赛场地外侧，它将速滑运动竞技过程清晰地呈现在我们面前。
(1)速滑比赛中，运动员起跑加速度约为2.5m/s2，而“猎豹”可达3.5m/s2。猎豹和某运动员的位移x−t图像如图2所示，下列说法中正确的是______。
A.0∼t1时间内“猎豹”在前，t1∼t2时间内“猎豹”在后
B.0∼t2时间内“猎豹”与运动员的平均速度相同
C.0∼t2时间内“猎豹“的速度始终大于运动员的速度
D.0∼t2时间内“猎豹”做直线运动，运动员做曲线运动
(2)如图3中，运动员在弯道处加速前进，“猎豹”与运动员保持同步，则两者相比______的向心加速度更大；“猎豹所受合外力的大致方向为______。(选填：F1、F2、F3)
(3)当“猎豹”使用400MHz的电磁波进行无线遥控，其对应的波长为______ m。(保留2位有效数字)
(4)为降低转播画面中的噪声强度，通过产生一列与外界噪声相同频率的声波来抵消噪声。假设某时刻外界噪声的波形图如图4所示，则以下哪列声波可以达到零噪音的效果______。
3.阅读材料“天问一号”
2021年5月15日，“天问一号”探测器着陆火星取得圆满成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹。
(1)人类在不久的将来会从火星上采集一些“土壤”，带回地球进行研究，下列关于“土壤”研究结论的说法中正确的是______。
(A)含有的金属材料都是惠晶体
(B)具有一定形状的属于多晶体
(C)具有固定熔点的一定是晶体
(D)显示各向同性都属于非晶体
(2)“天问一号”探测器顺利被火星捕获后，成为我国第一颗人造火星卫星。其在着陆火星前的变轨过程简化如图2，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，两轨道相切于近火星点P，则探测器______。
(A)在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态
(B)在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
(C)从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速
(D)沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大
(3)探测器的动力主要来源于太阳能电池，供电电路简化如图3，其中纯电阻R=5Ω，太阳能电池电动势E=150V，内阻r未知，电动机的线圈电阻rM=4Ω，当火星车正常行驶时，电动机两端的电压UM=120V，电阻R消耗的功率为125W。则太阳能电池的内电阻r为______Ω，电动机的机械功率为______ W。
(4)假设未来人类在火星完成如图4实验：将一导热性能良好的汽缸竖直固定在火星表面，用重力为G、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，用竖直向上的外力将活塞缓慢上拉，当活塞距离汽缸底部的距离为原来的2倍时拉力大小为2G，已知实验过程中火星表面温度不变，则在此过程中理想气体______(选填“吸热”、“放热”或“无热交换”)，火星表面的大气压为______。
(5)【多选题】假设又做了一个“理想实验”：如图5，水平放置的绝热气缸被竖直的绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b，气体分子间的势能忽略不计。现将硅光电池与电热丝连接，对气体a加热一段时间，在a、b重新达到热平衡时______。
(A)a的体积增大、压强增大
(B)b的温度不变、压强增大
(C)a的分子速率都大于b的分子速率
(D)a增加的内能大于b增加的内能
4.(1)一复色光a沿如图所示方向从空气射向玻璃球，在球内分为b、c两束单色光，O为球心。
b光在球中折射率______ c光在球中折射率；b光频率______ c光频率；不考虑球内光线两次及以上反射，b光在球中传播时间______ c光在球中传播时间。(均选填“大于”、“小于”或“等于”)
(2)①图1(b)是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，图1(a)是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在图1(b)上的火焰像上可看到的条纹图样是______。
②利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图2(a)所示，现使透明标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图2(b)所示的干涉条纹，条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处。从弯曲的条纹可知同一亮条纹上c、d点对应的薄膜厚度相同，故判断A处缺陷为______、 B处缺陷为______(选填“凹陷”或“凸起”)。当减少薄片的厚度，则相邻的干涉条纹间距会______(选填“变大”、“变小”、“不变”)。
5.电能的应用遍及于生产和生活的各个方面，为了获得和利用电能，人们制造了发电机并通过传输线路将电能传输到工厂、学校、家庭…。
(1)发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置；下列实验装置中与发电机原理相同的是______。
(2)如图为两种不同的发电机结构示意图。图(a)为置于两个磁极间可绕水平轴转动的金属圆盘，其中心与边缘各与一个电刷接触，通过手柄使圆盘转动时可在回路中产生电流：图(b)为位于两磁极间的导体线圈，当其绕图中虚线轴转动时也能产生电流。
①说明这两种结构发电机共同的发电原理和输出电流特性。
②若将图(a)中半径为R的圆盘整体位于方向与盘面垂直，磁感应强度大小为B的均匀磁场中，当圆盘以恒定角速度ω旋转时，与其接触的两电刷间的电动势E=______。
(3)交流电技术使高压输电成为现实，家庭电路所使用的就是电压为220V，频率为50Hz的正弦交流电，其电压随时间的变化规律如图1所示。图中Um=______ V，Δt=t2−t1=______ s。该交变电压的表达式为______。
(4)变压器是远距离输电不可或缺的设备。
①变压器的基本结构如图2所示，在理想变压器中铁芯的作用是______；理想变压器的输入功率和输出功率之比为______。
②变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度的方向平行，这是为了减小铁芯中产生的______。
(5)如图3，发电机的输出功率P=100kW，电压U1=250V，经理想变压器升压后向用户输电，输电线总电阻R=8Ω，在输电线上损失的功率P0=5kW，在用户端再利用理想变压器将电压降为U2=220V。求：
①输电线路中的电流I；
②两个变压器的匝数比n1n2=？n3n4=?
答案和解析
1.【答案】下 波动 uud− −13 CBD301n
【解析】解：(1)电子受力方向与电场方向相反，阴极射线管中部加上平行于纸面向上的电场，阴极射线将向下偏转，电子的衍射现象证明了电子具有波动性；
(2)质子由2个u夸克和1个d夸克组成，表示为p=uud，反质子的电量为−e，则反质子的描述为uud−，中子的电量为0，中子可以描述为udd，设u夸克的电荷量为me、d夸克的电荷量为ne，则
则2me+ne=1
me+2×ne=0
解得m=23、n=−13
(3)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，则当一个质子和一个中子结合成氘核时，根据爱因斯坦质能方程，释放的能量是ΔE=(m1+m2−m3)c2，故ABD错误，C正确；
故选：C。
(4)由图可知1，3的偏转方向相同，则1，3是电子，2是正电子，根据洛伦兹力提供向心力有
evB=mv2r
解得r=mveB
根据粒子运动半径可知v3>v2>v1
故BD正确，AC错误；
故选：BD。
(5)①衰变过程中电荷数和质量数守恒，则有 01n+92235U⟶56141Ba+3692Kr+301n
②一个铀 235 原子核裂变放出能量 E0=200MeV=200×106×1.6×10−19J=3.2×10−11J
1g 铀全部裂变放出能量为E=nNAE0=1235×6.02×1023×3.2×1011J=8.2×1010J
故答案为：(1)下，波动；(2)uud−，−13；(3)C；(4)BD；(5)①301n；②1g铀235全部裂变后释放的能量是8.2×1010J
(1)根据电场力分析电子的偏转，电子的衍射现象证明了电子具有波动性；
(2)根据电荷量的关系分析计算；
(3)根据爱因斯坦质能方程解答；
(4)根据左手定则及洛伦兹力提供向心力分析解答；
(5)衰变过程中电荷数和质量数守恒，结合爱因斯坦质能方程解答。
本题考查电子在磁场中的运动，质能方程，理解爱因斯坦质能方程的含义和应用，以及与能量守恒定律的综合应用是解决有关核反应问题的关键。
2.【答案】B 猎豹 F1 0.75C
【解析】解：(1)AB、由x−t图像可知：0−t2时间内，都是“猎豹”在前；0−t2内，“猎豹”与运动员的位移相同，根据v−=xt可知“猎豹”与运动员的平均速度相同，故A错误，B正确；
C、根据x−t图像的切线斜率表示速度，可知0−t2时间内“猎豹“的速度先大于运动员的速度后小于运动员的速度，故C错误；
D、0−12时间内“猎豹”和运动员均做直线运动，故D错误。
故选：B。
(2)图中运动员在弯道处加速前进，“猎豹”与运动员保持同步即角速度相同，根据a=rω2可知：由于“猎豹“的半径比较大，则“猎豹“的向心加速度更大；
由于“猎豹“与运动员在弯道处加速前进，则“猎豹“所受合力的方向大致为F1方向。
(3)其对应的波长为λ=cf=3×108400×106m=0.75m
(4)为了达到零噪音效果，根据波的叠加原理可知，产生的声波与外界噪声相同频率，且振幅相同，相位相反，故C正确，ABD错误。
故选：C。
故答案为：(1)B；(2)猎豹，F1；(3)0.75；(4)C。
(1)运动学x−t图像，斜率代表速度，平均速度等于位移除时间。从图像中可以得出任意时刻物体的位置；
(2)根据a=rω2比较二者的向心加速度大小；根据物体做加速圆周运动判断其合力方向；
(3)根据波速公式求解电磁波的波长；
(4)降噪的原理是波的叠加，即根据介质中的质点同时参与的两列波振动情况相反，这样该点处于减弱点。
本题考查波的干涉，解决本题的关键是理解波的干涉条件。降噪的原理是使介质中的质点振动减弱。
3.【答案】C D 1 500 吸热 2GS AD
【解析】解：(1)A.常见的金属材料都是多晶体，含有的金属材料不一定都是多晶体，A错误；
B.由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状，B错误；
C.晶体有确定的熔点，因此具有固定熔点的一定是晶体，C正确；
D.多晶体和非晶体均显示各向同性，因此显示各向同性的不都属于非晶体，D错误。
故选：C。
(2)A.探测器在椭圆轨道Ⅱ运行，由牛顿第二定律可知，探测器受到的合力不等于零，处于受力不平衡状态，A错误，
B.由开普勒第三定律可得
a13T12=a23T22
由于轨道Ⅰ的半长轴比轨道Ⅱ的半长轴长，因此在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长，B错误；
C.探测器从轨道进入Ⅱ，即从高轨道进入低轨道，需要在P处点火减速，使探测器做向心运动，C错误；
D.由开普勒第二定律，可知沿轨道向P飞近时，即向近火星点运动时，速度增大，D正确。
故选：D。
(3)已知纯电阻R=5Ω，电阻R消耗的功率为125W，由欧姆定律，可得流经电阻R的电流为
I= PRR= 1255A=5A
由闭合电路欧姆定律，可得太阳能电池的内电阻为
r=E−UM−URI=150−120−5×55Ω=1Ω
由电功率公式，可得电动机的机械功率为
P1=UMI−I2rM=120×5W−52×4W=500W。
(4)由题意可知，理想气体的温度不变，则内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律
ΔU=Q+W
可知在此过程中理想气体吸热。设火星表面的大气压为p0在开始时有
p1=p0+GS
当拉力大小为2G时，则有
p2S+2G=G+p0S
可得
p2=p0−GS
由等温变化根据玻意耳定律有
p1SL=p2S×2L
解得
p0=2GS。
(5)AB.当a加热时，气体a的温度升高，由于气体a膨胀，b气体被压缩，外界对b气体做功，且没有与外界进行热交换，所以b的内能增大，温度升高，由理想气体的状态方程
pVT=C
可知，b的体积减小，温度升高，则压强一定增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a、b两部分的压强始终相同，都变大，A正确，B错误；
C.开始时，a和b两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b，则它们的物质量相等，a、b两部分的压强始终相同，a体积大，可知温度较高，所以a的分子的平均动能大，则分子的平均速率大，可a的分子速率不一定都大于b的分子速率 C错误；
D.由于气体a膨胀，b气体被压缩，则有a气体体积大于b气体体积，可知a温度较高，a增加的内能大于b增加的内能，D正确。
故选：AD。
故答案为：(1)C；(2)D；(3)1；500；(4)吸热；2GS；(5)AD。
(1)常见的金属材料都是多晶体，含有的金属材料不一定都是多晶体，多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，没有确定的几何形状，晶体有确定的熔点，多晶体和非晶体均显示各向同性；
(2)探测器做曲线运动，合力不为零，根据开普勒第三定律判断时长，高轨道到低轨道要点火减速，近火点速度最大；
(3)根据部分电路欧姆定律求R的电流，根据闭合电路的欧姆定律求电阻，根据电功率的公式求机械功率；
(4)理想气体的内能只与温度有关，根据热力学第一定律判断吸热还是放热，根据平衡求出拉力变化前后理想气体的压强，根据玻意耳定律求火星表面的大气压强；
(5)对a气体加热，温度升高，压缩b气体，外界会对b气体做功，且没有与外界进行热交换，所以b的内能增大，温度升高，由理想气体的状态方程可知，b的体积减小，温度升高，则压强一定增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a、b两部分的压强始终相同，都变大，
只能说a的分子平均速率大于b的分子平均速率，不一定是全部，a的气体温度升高，内能大于b的气体。
本题考查了晶体与非晶体的区别，天体运动的规律，恒定电流相关的知识及气体实验定律，要求学生熟练掌握这些知识点，并能熟练应用。
4.【答案】大于 大于 大于 水平的明暗相间的干涉条纹 凹陷 凸起 变大
【解析】解：(1)作图如下
根据图象可知，b光的偏折程度大，说明b光的折射率大于c光的折射率，即nb>nc，折射率越大的光频率越大，所以b光的频率大于c光，根据v=cn可知b光在球中传播速度小，而b光在球中通过的距离大于c光在球中通过的距离，所以b光在球中的传播时间长。
(2)往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹。
薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，故c、d点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知A处凹陷。B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知B处凸起。当减少薄片的厚度，即减小空气薄层的宽度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会增大。
故答案为：(1)大于；大于；大于。
(2)水平的明暗相间的干涉条纹；凹陷；凸起；变大。
(1)在同一介质中，光的折射率越大，频率越大，波长越小，传播速度越小，画出光路图，根据光路图判断b、c折射率进而解答；
(2)薄膜干涉是薄膜的前后两个表面反射两列光叠加形成，对于单色光，形成明暗相间的平行的条纹，复色光形成彩色条纹，薄膜干涉可以检验工件的平整程度。
本题主要考查光的折射和光的薄膜干涉，理解光的折射和光的薄膜干涉产生机理是解题关键。
5.【答案】B12BR2ω 220 2 0.01u=220 2sin100πt(V)减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失 1：1 减小铁芯中产生的涡流
【解析】解：(1)发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置，图A是磁场对电流的作用，图B是电磁感应原理，图C是电动机原理，图D是电流的磁效应，故ACD错误，B正确；
故选：B。
(2)①这两种结构发电机共同的发电原理是穿过闭合线圈的磁通量发生变化，图a发电机产生稳定的电流，b图发电机产生周期性变化的电流
②两电刷间的电动势为
E=BRv−
v−=12Rω
解得E=12BR2ω
(3)根据题意，电压的有效值为220V，所以
Um= 2U=220 2V
T=1f=150s=0.02s
ω=2πf=2π×50rad/s=100πrad/s
所以
t2−t1=T2=0.022s=0.01s
u=Umsinωt=220 2sin100πt(V)
(4)①在理想变压器中铁芯的作用是减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失，所以输入功率和输出功率之比为1：1；
②变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度的方向平行，这是为了减小铁芯中产生的涡流。
(5)①根据题意有
P0=I2R
代入数据解得
I=25A
②由于理想变压器输入功率等于输出功率，所以
P=U2I
根据变压器规律可知U1U2=n1n2
联立解得
n1n2=116
同理U3U4=n3n4
且U3=U2−IR
解得n3n4=19011
故答案为：(1)B；(2)①图a发电机产生稳定的电流，b图发电机产生周期性变化的电流；②12BR2ω；(3)220 2；0.01；u=220 2sin100πt(V)；(4)①减小磁场的损失；理想变压器没有能量损失；1：1；(5)①输电线路中的电流为25A；②两个变压器的匝数比n1n2为116，n3n4为19011。
(1)根据电磁感应定律及电磁间的规律分析判断；
(2)根据动生电动势原理解答；
(3)根据瞬时感应电动势表达式解答；
(4)根据变压器原理及构造解答；
(5)根据变压器电压与线圈匝数的关系解答。
解题时要抓住理想变压器的功率关系、电压和电流特点；由于输电线电阻的存在，输电线上有电压损失和功率损失。
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