2024年上海市虹口区高考物理二模试卷(含详细答案解析)

这是一份2024年上海市虹口区高考物理二模试卷(含详细答案解析)，共14页。试卷主要包含了实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.秋千
荡秋千是非常普遍的娱乐运动。
(1)如图2，荡秋千的人连同座椅可看作质点，仅在竖直面内运动，不计阻力，A、C为左右两侧的最高点。
①(多选题)人在A处______。
A.合力不为零
B.向心力为零
C.合力沿切线b的方向
D.向心力沿d的方向
②从A荡到C点的过程中，其动能随时间的变化关系图像为______。
(2)小明同学荡秋千时，发现秋千在运动过程中具有周期性，于是他在实验室找到一些器材进行探究。
①(多选题)为了能够满足“单摆”的模型要求，应______。
A.选用1米左右的轻质细线
B.选用质量较小的塑料球
C.将线紧密缠绕在水平横杆上
D.摆角尽可能的小
②测量摆长时，先用游标卡尺测量小球直径，方法正确的是______图。
(3)小明用拉力传感器替代光电门传感器，按图(5)所示安装好。摆球在小角度摆动的过程中，启动计算机软件，得到图(6)所示的图像。则t=1.5s时摆球在______位置，摆球的振动周期T=______ s。
二、简答题：本大题共5小题，共15分。
2.雷电
雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。通常下部的雷云因摩擦而带负电，上部的雷云带正电。当某处积聚的电荷密度很大，周围产生强电场，就可击穿空气分子，形成雷电，释放巨大能量。
(1)由于静电感应，会使雷云下方附近的地面积聚______电荷，在云层和地面之间产生电场的大致方向：______。
(2)为避免雷电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。如图2，雷雨天，在避雷针附近产生电场，其等势面的分布如虚线所示。
①A、B、C三点中，场强最大的位置是______。一带电量为−2.0×10−7C的电荷q，由B运动到C点，则其电势能的变化量ΔEp=______ J。
②沿水平方向在某区域建立坐标轴Ox，轴上各点电势分布如图3所示，b为图线最高点，则______。
A.b点场强为零
B.b点场强竖直向上
C.a、c两点场强相同
D.沿水平方向b点距离避雷针比c点更远
(3)1752年6月的一天，富兰克林在空旷地带高举装有金属杆的风筝，刚好一道闪电从风筝上掠过，他将风筝线上的电引入莱顾瓶中，回家进行了各种电学实验，证明雷电与人工摩擦产生的电具有相同的性质。已知莱顿瓶的电容C=1000pF，测出其两端的电压U=120V，则富兰克林收集到雷电的电量Q=______ C。(1pF=10−12F)
3.跳跳球
跳跳球的弹性很好，内封一定质量的气体，是有趣的儿童玩具。为方便讨论，均不计空气阻力，重力加速度g取9.8m/s2。
(1)接触地面后，跳跳球在被挤压的过程中，不计内能的变化。
①关于能量的变化，下列说法正确的是______。
A.动能一直减小
B.动能一直增大
C.弹性势能一直增大
D.人的机械能总量保持不变
②为了能弹起更高，接触地面后，人应______。
(2)如图3，跳跳球还可用来跳绳比赛。某同学1分钟跳绳120次，离开地面后重心均升高h=10cm。若将人看作质点，则一次跳跃过程中，球与地面接触的时间t=______s(保留2位有效数字)。
(3)夏天27℃时给跳跳球充气，球内气体压强为1.5atm。不计球的容积变化，在不漏气的情况下，冬天−13℃时，球内气体分子热运动的平均动能______(填写其变化情况)，球内气体的压强p′=______ atm。
(4)某同学购买的是无法充气的质地稍硬的跳跳球，玩耍时不慎撞成图4示的凹陷，检查发现也没漏气。请你帮他设计一个易于操作的方法把球恢复原状，并简要说明其物理原理。
4.“隔空取物”的光学镊子
光具有能量，也有动量，光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光镊技术就是用一束高度会聚的激光形成辐射压力，在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触、无损活体的操作，如同“隔空取物”的光学镊子。
(1)科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小p=hλ，h为普朗克常量，λ为光的波长。该公式表明：光具有的特性是______。频率为ν的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小Δp=______，从而对平面镜产生一定的压力(光速取真空中的速度c)。
(2)光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图2，一束光线从真空中入射到均匀分布的微球的A点，两次折射后从B点射出。
①实验中测出折射角β小于入射角α，则光线在微球内的传播速度______真空中的光速 c。从B点射出后的折射角θ=______(用α、β表示)。
②光束经过微球的过程中，其动量变化量______。
A.由A指向B，对微球产生的光压指向B
B.由A指向B，对微球产生的光压指向A
C.与AB垂直，对微球产生的光压垂直AB向上
D.与AB垂直，对微球产生的光压垂直AB向下
(3)运用时，可以将两束相同的光同时对称的射入微球，相当于镊子的两个臂，产生对称的压力，从而稳定捕捉微球。
①如图3，对称的入射光a、b射入微球甲，c、d射入微球乙，入射方向关于中心线对称，则两球所受合力的方向______。
A.两球所受合力均向上
B.两球所受合力均向下
C.甲球受合力向下，乙球受合力向上
D.甲球受合力向上，乙球受合力向下
②已知微球偏离平衡位置微小位移x时，光线对微球总的作用力近似满足F=−kx，则微球从平衡位置开始运动的位移x随时间t变化的图像为______。
5.微观粒子的碰撞
通过对微观粒子碰撞的研究，科学家发现了质子、中子和中微子等基本粒子，对微观世界的认识不断深入。
(1)下列粒子中，质量最小的是______。
A.电子
B.质子
C.中子
D.α粒子
(2)图2为卢瑟福所做微观粒子撞击的实验装置图。该装置中，放射源R放出的粒子是______。转动显微镜，在荧光屏 S上观察到有个别粒子发生了大角度的偏转，据此提出了原子的______模型。
(3)查德威克用钋放出的α射线轰击铍，从而发现了中子。装置图3中的粒子B为______，发现中子的核反应方程为： 49Be+24He→______+01n。
(4)在核反应堆中常用石墨做减速剂。已知碳核质量是中子质量的12倍，碰撞前中子的动能为Ek0，碳核均处于静止状态，中子与碳核相遇即发生弹性正碰。
①与碳核发生一次碰撞，中子损失的动能ΔEk为多少？
②一个中子至少与碳核发生几次碰撞，其动能才可减小为原来的万分之一？
6.发电机
从发电厂、变电站引出的输电线，将电能输送到乡村、工厂和千家万户，为我们的美好生活做出了巨大贡献，而发电机则是功不可没。
(1)图1示为交流发电的装置简图，边长为L、匝数为N的正方形线框abcd，在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕OO′轴沿图示方向转动。
①从图1示位置开始计时，e、f两点间电势差Uef随时间t的变化关系图像为______。
②已知线框边长L=0.1m，匝数N=200，线框总电阻r=4Ω，负载电阻R=16Ω。穿过线框的磁通量按图2示规律变化，则磁感应强度B=______ T；输出电压UR=______ V。
(2)图3示为某直流发电机的简化原理图。以O点为圆心、半径为l的圆弧形金属导轨MN固定在纸面内，长为l的导体棒OA可绕O点以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B的匀强磁场垂直纸面向里。请运用法拉第电磁感应定律，证明导体棒产生的感应电动势E=12Bωl2。
(3)某大型燃煤发电机组输出的是正弦交流电，各种功率分配如图5所示。远距离输电过程中的损耗均为输电线热损耗，变压器视为理想变压器，1MW=106W。
①涡轮机损耗的功率P损=______ MW，整个系统的效率η=______%。
②若远距离输电线的总电阻r线=25Ω，发电机的输出电压U=2000V，则升压变压器的匝数比为______。
答案和解析
1.【答案】ABC A AD 4 平衡 2
【解析】解：(1)①荡秋千的人连同座椅看作质点，因质点在A点时速度为零，故向心加速度与向心力均为零。而在A点质点受到竖直向下的重力和沿绳子方向的拉力，这两个力合力不为零，在此处加速度沿垂直绳的方向(圆周运动的切向)，故合力沿切线b的方向，故ABC正确，D错误。
故选：ABC。
②从A点荡到C点的过程中，动能先增大后减小，当到达C点时动能最大。图像的斜率表示动能变化的快慢，根据动能定理可知，动能变化的快慢等于重力做功的快慢，即等于重力的瞬时功率，从A到最低点，重力的瞬时功率先变大后变小，从最低点到C，重力的瞬时功率先变大后变小，则图像的倾斜程度先变大，后变小，再变大，再变小，故A正确，BCD错误。
故选：A。
(2)①为了能够满足“单摆”的模型要求，应选用1米左右的轻质细线；选用质量较大体积较小的金属球；细线不能缠绕在横杆上，否则摆动过程中摆长会发生变化；同时要保证摆角尽量的小，故AD正确，BC错误。
故选：AD。
②用游标卡尺测量小球直径时，方法正确的是图4。
(3)t=1.5s时拉力传感器示数最大，摆线的拉力最大，摆球所需向心力最大，摆球速度最大，可知此时摆球在最低点，即平衡位置。
根据图像可知，0∼1s时间内对应摆球由最高点经最低点到达另一侧最高点，此为全振动的一半，故振动周期T=2s。
故答案为：(1)①ABC；②A；(2)①AD；②4；(3)平衡；2。
(1)①对研究对象受力分析，根据圆周运动的性质解答；
②根据图像斜率的物理意义，结合重力的瞬时功率的变化解答；
(2)①根据单摆的运动能近似为简谐运动的条件解答；
②根据游标卡尺的使用方法解答；
(3)根据拉力传感器的示数变化，结合向心力的变化，得出摆球的位置和对应的振动周期。
本题主要考查了圆周运动的特点与单摆的相关知识，理解单摆运动的特点，结合实验原理掌握正确的实验操作，并结合图像的物理意义即可完成分析。
2.【答案】正 向上 A点 −8.0×10−4 B1.2×10−7
【解析】解：(1)因下部的雷云带负电，故由于静电感应会使雷云下方附近的地面积聚正电荷，电场方向由正电荷指向负电荷，则在云层和地面之间产生电场的大致方向是向上。
(2)①等势面越密集的地方电场强度越强，A、B、C三点中A处等势面最密集，故场强最大的位置是A点。
根据：Ep=qφ，可得此过程其电势能的变化量为：
ΔEp=qφC−qφB=q(φC−φB)=−2.0×10−7C×[−3V−(−7V)×103]J=−8.0×10−4J。
②AB.根据φ−x图像的斜率绝对值等于电场强度的大小，由图3可知b点沿水平方向场强分量为零，而竖直方向的场强分量不为零，且场强方向竖直向上。故A错误，B正确；
C.根据沿电场方向电势降低，由图3可知沿x轴正方向a点附近电势升高，c点附近电势降低，故a、c两点水平方向的场强分量方向相反，而它们的竖直方向的场强分量均向上，故a、c两点的合场强方向一定不相同，则a、c两点场强不相同，故C错误；
D.由图2可知，在避雷针正上方的等势面的位置的切线方向为水平方向，此处电场线竖直向上，则B点有可能处于避雷针正上方，故沿水平方向b点距离避雷针的距离有可能为零，故沿水平方向b点距离避雷针可能比c点更进，故D错误。
(3)根据电容C=QU，可得收集到雷电的电量Q=CU=1000×10−12×120C=1.2×10−7C。
故答案为：(1)正；向上；(2)①A点；−8.0×10−4；②B；(3)1.2×10−7
(1)根据静电感应现象，电场方向的规定分析解答。
(2)①根据等势面越密集的地方电场强度越强，电势能与电势的关系解答。
②根据φ−x图像斜率的物理意义解答AB选项；根据沿电场方向电势降低，结合图3可知判断a、c两点的场强方向是否相同；根据图2判断B点可能所处的位置。
(3)根据电容定义式解答。
本题考查了电场的基本性质，电势与电场强度的关系是电场基本性质的核心问题。掌握沿电场线电势降低；等势面与电场线处处垂直；电场强度越强的地方沿电场线电势降落地越快。掌握φ−x图像斜率的物理意义。
3.【答案】C 下蹲并用力向下蹬地面 0.21变小 1.3
【解析】解：(1)接触地面后，跳跳球在被挤压的过程中，跳跳球对人的弹力逐渐增大，先小于人的重力，后大于人的重力，可知人先加速运动后减速运动到最低点，故人和跳跳球的系统动能先增大后减小。跳跳球的形变量一直增大，故弹性势能一直增大。跳跳球的机械能一直增大，根据机械能守恒，可知人的机械能减小，故C正确，ABD错误；
②为了能弹起更高，接触地面后，人应下蹲并用力向下蹬地面，增大跳跳球的弹性势能。
(2)离开地面后人做竖直上抛运动。由h=12gt2，可得每一次上升或下降的时间为：
t0= 2hg
跳绳120次在空中的总时间为：t1=120×2t0
则一次跳跃过程中，球与地面接触的时间t=60−t1120
其中：h=10cm=0.1m，g=9.8m/s2
解得：t≈0.21s。
(3)温度是分子平均动能的标志，球内气体温度降低，其分子热运动的平均动能变小。
根据查理定律可得：p1T1=p′T2
其中：p1=1.5atm，T1=(273+27)K=300K，T2=(273−13)K=260K
解得：p′=1.3atm。
(4)方法：取一个大容器，向其中倒入足够多的热水，再把变形的跳跳球浸没在热水中，经过一段时间，球就能自动恢复原貌。
其物理原理为：球浸入热水后，内部封闭气体温度升高，最初气体体积几乎不变，根据查理定律，气体压强增大，达到一定数值，就可以推动外壳恢复原状。
故答案为：(1)①C；②下蹲并用力向下蹬地面。(2)0.21；(3)变小；1.3；(4)见解答。
解：(1)根据力与运动的关系或功与能的关系分析系统动能与人的机械能变化，根据跳跳球的形变量变化分析其弹性势能的变化；
②从增大跳跳球的弹性势能的角度解答。
(2)离开地面后人做竖直上抛运动。根据运动学公式求解每一次上升或下降的时间，求出跳绳120次在空中的总时间，根据时间关系求解一次跳跃过程中，球与地面接触的时间。
(3)温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，其分子热运动的平均动能越大。根据查理定律求解末态压强。
(4)利用热胀冷缩的原理把球恢复原状。从气体实验定律的物理原理解释。
本题考查了气体实验定律的应用，直线运动规律，机械能守恒定律的应用。题目较简单，根据相应的物理规律及原理解答即可。
4.【答案】波粒二象性 2hνc 小于 αCDB
【解析】解：(1)该公式表明光子既有波动性又有粒子性，即光具有的特性是波粒二象性。
频率为ν的光子其波长为λ=cν，其动量为p=hλ=hνc，垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小Δp=2p=2hνc。
(2)①由折射定律n=sinαsinβ，可知n>1，由v=cn