2024届高考物理挑战模拟卷 【山东卷】(含答案)

这是一份2024届高考物理挑战模拟卷 【山东卷】(含答案)，共21页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．氢原子的部分能级图如图所示，可见光不同色光光子能量范围如下表所示。一处于基态的氢原子吸收能量为12.75 eV的光子后跃迁到激发态，关于该氢原子向低能级跃迁过程说法正确的是( )
A.该氢原子最多产生6种光子B.该氢原子至少产生3种光子
C.可能观测到红光或蓝一靛光光子D.能同时观测到红光和蓝一靛光光子
2．温度恒定的向西北方向运动的暖湿气流遇到向东南方向运动的冷空气后，暖湿气流中携带的水蒸气团遇冷收缩，逐渐变成雨滴下落，吸附城市中被风吹起的细沙。雨滴落到地面前已经匀速，水蒸气视为理想气体，雨滴下落过程温度不变，下列说法正确的是( )
A.水蒸气随气流向西北方向运动时水分子均有沿西北方向的速度
B.降雨前，城市上空的细沙在做布朗运动
C.水蒸气团收缩时冷空气对其做负功
D.雨滴下落时损失的机械能可能以热辐射的形式散失
3．某同学在家中利用激光笔和卷尺测量水的折射率。将卷尺竖直贴在鱼缸内部左侧，激光笔发出激光从空气射入水中，调整好角度，折射光恰好打在0刻度处，水面处卷尺的读数为，激光在水面的反射光打在卷尺上刻度处的读数为，测出入射点到卷尺的距离为d。则水的折射率为( )
A.B.C.D.
4．利用发电机给家庭供电，简化电路图如图所示。已知发电机输出电压有效值U保持不变，输电线电阻等效为r，一路经过理想自耦变压器供电炉工作，另两路供电灯照明。假设电灯及电炉丝电阻都是定值。初始时，开关、闭合，下列说法正确的是( )
A.当滑片P由2向1滑动时，两电灯均变亮
B.断开开关，发电机输出功率变大
C.断开开关，电炉的消耗功率减小
D.当滑片P由1向2滑动时，r消耗的功率变小
5．如图所示，某人和装置悬停在水面上方，原理是：和水面在同一高度的抽水装置向上抽水，水通过喷水装置底部总面积为S的两个喷口向下喷出，进入喷水装置前水速度竖直向上，离开喷水装置时水速度竖直向下，速度大小变化可忽略。已知水的密度为ρ，不考虑空气阻力和管道的质量，水面处水的速度可忽略，喷水装置和人的总质量为M，重力加速度为g，两个喷水口与水面的高度为h，且不计水与管道间的摩擦，则抽水装置的功率为( )
A.B.
C.D.
6．把太阳和木星看成一个双星系统，它们在万有引力作用下绕共同的圆心O做匀速圆周运动。已知太阳和木星的质量分别为，二者中心间的距离为d。在它们的轨道面上到太阳和木星距离都为d的两个点叫拉格朗日点。位于两处的小行星在太阳和木星的引力作用下，能够与太阳和木星保持相对静止。则( )
A.处小行星的线速度大小等于木星的
B.处小行星的加速度大小等于木星的
C.处小行星的运行周期为
D.太阳和木星的线速度大小之比为
7．如图所示，用轻质网兜将一质量均匀的球体悬挂在竖直木板上的A点，轻绳与木板之间的夹角为，将木板以底端为轴顺时针缓慢转动直至木板水平，转动过程中绳与木板之间的夹角保持不变，忽略一切摩擦，球的重力为4.5 N，设木板对球的支持力为、绳上的拉力为，则木板转动过程中( )
A.的最小值为
B.的最大值为
C.当木板转过60°时，是大小的3倍
D.当木板转过30°时，与大小相等
8．如图所示，轻质弹簧上端固定，下端连接一匀质小球a，斜面b静止在水平地面上，小球放在斜面上，开始时弹簧与斜面平行，小球与斜面间的摩擦可忽略不计。现将斜面向右移动到虚线处，稳定后，小球仍静止在斜面上，下列说法正确的是( )
A.b对a的弹力增加B.弹簧的长度增加
C.地面对b的支持力增加D.地面对b的摩擦力增加
二、多选题
9．某同学在空地上练习投篮，篮球质量，现以初速度、沿与水平面成角的方向将篮球抛出。分别在考虑和不考虑空气阻力作用情况下，作出篮球竖直位移随水平位移、篮球加速度大小随时间的变化情况，如图甲、乙所示。已知考虑阻力时篮球所受阻力的方向始终与速度方向相反，重力加速度，下列说法正确的是( )
A.①为考虑空气阻力作出的图线，②为不考虑空气阻力作出的图线
B.②为考虑空气阻力作出的图线，①为不考虑空气阻力作出的图线
C.两情况下篮球上升阶段经过的水平位移可能相同
D.③、④交点对应的时刻，考虑空气阻力时篮球已经过最高点
10．一列简谐横波沿x轴正方向传播，两质点是x轴上的点，平衡位置间的距离为l，波从质点a经时间t传到质点b，质点b起振方向向上，且波传到质点b时，质点都处于平衡位置，两质点间只有1个波谷。则下列说法正确的是( )
A.该波的波速一定为B.该波的波长可能为2l
C.该波的周期可能为D.质点间可能有3个波峰
11．如图所示，在平面直角坐标系xOy中有一个边长为的正方形ABCD，其中心与坐标原点O重合，点既是正方形各边与坐标轴的交点，也是各边的中点。在点各放置一点电荷，三个点电荷带电荷量相等，D处点电荷带正电，剩余两点电荷的电性与D处点电荷不完全相同。已知点电荷在周围某点产生的电势，其中k为常量，为点电荷带电荷量，r为该点到点电荷的距离。则( )
A.C点的电势一定大于0
B.O点场强大小与A处点电荷电性无关
C.与A处点电荷电性无关
D.区域内所有点的电势一定大于零
12．如图所示，和是在同一绝缘水平面内的两根光滑金属导轨，段与段正对且平行，间距为；段与段正对且平行，间距为。材料、横截面积相同的金属杆垂直导轨放置，长度分别为，两杆运动过程中始终垂直于所处导轨。已知金属杆a的电阻为，质量。初始时锁定金属杆b，对金属杆a施加水平向左、大小为的恒力，使其由静止开始运动，10 s后a的速度达到最大，为6 m/s，此时撤去力F并解除金属杆b的锁定，金属杆b到达前能匀速。空间中存在方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场，则从a开始运动到b恰匀速过程( )
A.金属杆b所受安培力的最大值为2 N
B.金属杆b匀速时的速度大小为4 m/s
C.通过b某横截面的电荷量为19.8 C
D.金属杆b产生的焦耳热为38 J
三、实验题
13．某物理小组通过实验研究空气阻力与物体速度的关系，该小组通过查阅资料发现，空气阻力与速度的关系可以近似处理成或，小组同学准备了若干由同种轻质材料（密度为ρ）制成的半径为r的小球，将它们从足够高的同一个地方静止释放，利用摄像机拍摄其下落过程，并利用计算机拟合出每个小球运动的图像。图像趋于一条水平的渐近线，该渐近线表示的速度称为收尾速度。
（1）某同学假设空气阻力f和小球的速度成正比，比例系数为k。已知当地重力加速度为g，那么收尾速度的表达式为________（用表示）。
（2）为了验证自己的假设，该小组通过查找资料，得到球在空气中运动受到的阻力，其中为球体的半径。用天平称量出实验所用小球的质量，用游标卡尺测量出该小球的直径d，如图所示，则________mm。
（3）按（2）问表达式通过计算得到该小球的收尾速度________ m/s（结果保留2位有效数字），则该小球下落过程末期空气阻力与速度的关系为________。
14．某同学要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，要求测量时小灯泡两端的电压由零逐渐增加到3 V，并便于操作。可选用的器材如下。
A.电池组E（电动势为4.5 V，内阻约1 Ω）
B.电流表A（量程为0~200mA,内阻约5 Ω）
C.电压表V（量程为0~1V，内阻为1 kΩ）
D.滑动变阻器（最大阻值10 Ω）
E.滑动变阻器（最大阻值1 750 Ω）
F.开关一个，导线、定值电阻若干
（1）实验中所用的滑动变阻器应选______（填器材前的字母）。
（2）该同学分析后发现，电表______（填器材前的字母）不满足实验要求，为了测到额定值，他需要将阻值为______Ω的定值电阻与该电表______（选填“串联”或“并联”）。
（3）请在图（a）的框内补全电路图。
（4）实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图（b）所示，如果将两个相同的小灯泡和一个阻值为3 Ω的定值电阻串联，接到电动势为3 V、内阻为2 Ω的电源两端，则每个小灯泡消耗的功率是________W（结果保留2位有效数字）。
四、计算题
15．如图甲所示，通过打气筒向某容器中充气，打气筒和容器连接处安装有单向阀（气筒内气体压强大于容器内气体压强时能向下打开），打气筒右侧底部也安装有单向阀（活塞向上移动过程中能向上打开）。打气过程中，当打气筒中的活塞位于最高处时，通过把手对其施加向下的作用力使活塞缓慢向下运动到打气筒底部，所施加的作用力与活塞移动距离的关系如图乙所示。已知活塞横截面积为，活塞和把手的质量均不计，外界大气压强为。整个过程气体温度不变。
（1）求容器的容积；
（2）求整个打气过程中打入气体与打气前容器内气体的质量之比。
16．如图所示，光滑固定斜面足够长，倾角。一块绸布铺在斜面上，在斜面上P点处，一滑块静止在绸布上，现用力沿斜面向上匀加速拉动绸布，经过一段时间滑块脱离绸布，又经过相等的时间滑块恰好经过P点。滑块可视为质点，脱离绸布时无动能损失，重力加速度。
（1）求滑块刚脱离绸布时与又经过P点时的动能之比；
（2）求滑块与绸布间的动摩擦因数μ和绸布的加速度需满足的条件。
17．如图甲所示，物块紧贴着静置在粗糙水平面上，时刻对a施加水平方向的外力，外力随时间的变化规律如图乙所示，规定向右为正方向。已知物块的质量分别为，与粗糙水平面间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度。求：
（1）两物块的最大速度和4~9 s内运动的距离；
（2）从两物块分离到a静止的过程b运动的距离。
18．如图甲所示，两根平行光滑的金属导轨相距，固定在倾角的绝缘斜面上，导轨两端分别接有阻值和的定值电阻。与导轨垂直的虚线间存在垂直于导轨平面向上的均匀磁场，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。一根长为0.5 m、电阻的导体棒时刻由与磁场上边界ad距离为x处静止释放，此时开关断开，棒到达ad边界时，开关闭合，电阻接入电路，且磁场已经恒定不变，PQ用时2 s匀速通过磁场区域。已知导体棒的质量，重力加速度g取，整个过程导体棒不发生偏转，闭合回路中，通过“电源”的电荷量。
（1）求满足上述条件的x值和磁场区域沿斜面方向的宽度s；
（2）求导体棒从释放到穿过磁场过程中电阻R上产生的焦耳热；
（3）若导体棒从距ad为处静止释放，试通过计算判断导体棒穿过磁场前能否匀速运动。
参考答案
1．答案：C
解析：第一步：结合氢原子跃迁规律分析产生光子数
由题述和题图可知，吸收光子后该氢原子具有的能量，即吸收该光子后氢原子跃迁到能级，处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最少产生1种光子，最多产生3种光子，AB错误。
第二步：分析可能产生光子的能量与可见光的关系
处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能够发出的光子的能量分别为12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV，结合表格可知，只有能量为2.55 eV和1.89 eV的光子属于可见光，对应的颜色分别为蓝一靛光和红光，但两光子对应的跃迁过程分别为能级到能级、能级到能级，不可能同时产生，C正确，D错误。
2．答案：D
解析：宏观物体运动方向并不能说明组成物体的每个微观粒子也具有相同的运动方向，A错误；细沙的体积较大，是在风的吹动下在空中运动，B错误；气体体积变小，外界对其做正功，C错误；雨滴落地前一段时间做匀速运动，损失的机械能转化为热能，可能以热辐射的形式散失，D正确。
3．答案：A
解析：设入射角、折射角分别为，由折射定律有，由几何关系可知，，可得，A正确。
4．答案：A
解析：设自耦变压器线圈总匝数为，滑片P与1间的线圈匝数为，电炉丝电阻为，对理想变压器有，，把变压器和电炉丝电阻等效为电阻，有，U一定，当滑片P由2向1滑动时，变小，变大，和电灯并联的总电阻变大，则干路电流减小，电灯及变压器两端的电压变大，电灯变亮；同理，当滑片P由1向2滑动时，总电阻减小，干路电流增大，则r消耗的功率变大，A正确，D错误；断开开关，并联部分总电阻增大，干路电流减小，由知发电机输出功率变小，B错误；断开开关，干路电流减小，变压器两端的电压增大，电炉丝电阻不变，则电炉消耗的功率增大，C错误。
5．答案：B
解析：设水从喷水装置喷口向下喷出时的速度为，则时间t内喷出水的质量，则时间t内水对喷水装置的平均作用力为，人和喷水装置处于静止状态，有，抽水装置在时间t内对水做的功等于水增加的动能与重力势能之和，有，则抽水装置的功率为，B正确。
6．答案：C
解析：由于处小行星与太阳和木星保持相对静止，三者做匀速圆周运动，角速度相等，小行星的轨道半径比木星的大，由可知，小行星的线速度大于木星的，A错误。由可知，小行星的加速度大于木星的，B错误。设太阳和木星到圆心O的距离分别为，有，对太阳，有，对木星，有，可得周期，由可知，太阳和木星的线速度大小之比为，C正确，D错误。
7．答案：D
解析：球的受力如图甲所示，因为绳与板的夹角α不变，三力首尾相接可得与的夹角不变，构成的矢量三角形被限制在同一外接圆上，如图乙所示，可见绳对球的拉力一直减小，板对球的支持力先增大后减小，初状态时，末状态时，A错误；当木板转过60°时，最大，为，此时，即是大小的2倍，BC错误；当木板转过30°时，、与mg三力构成的矢量三角形为等边三角形，即与大小相等，D正确。
8．答案：B
解析：斜面移动前，小球受力分析如图，斜面向右移动到虚线处稳定后，弹簧与竖直方向的夹角变小，由力矢量三角形可以看出，弹簧的拉力变大，由胡克定律可知弹簧变长，b对a的弹力减小，A错误，B正确。设b质量为M，地面对b的支持力为N，摩擦力为f，斜面倾角为θ，对b受力分析，竖直方向有，水平方向有，由于a对b的弹力减小，可知地面对b的支持力减小，地面对b的摩擦力减小，CD错误。
9．答案：BD
解析：上升过程考虑空气阻力时，竖直方向篮球除受到重力外，还受到空气阻力向下的分力，篮球向下的加速度大，先减速到零，上升的最大高度小，则②为考虑空气阻力作出的图线，A错误，B正确。上升过程，考虑空气阻力时，篮球在水平方向的速度逐渐减小，且运动时间较短，故其水平位移较小，C错误。不考虑空气阻力时，篮球加速度等于重力加速度g，对应的图线应为一条水平线段，结合题图可知，图线③、④分别为考虑和不考虑空气阻力时作出的图线。③、④交点对应的时刻，考虑空气阻力时篮球的加速度大小等于重力加速度g。考虑空气阻力时，篮球在上升过程中，竖直方向的加速度大小始终大于g，水平方向也有加速度，结合夹角可知合加速度一定大于g；到达最高点时，竖直方向的加速度大小为g，水平方向的加速度不为零，则合加速度的大小一定大于g；下降过程中，竖直方向的加速度大小小于g，水平方向具有加速度，某时刻的合加速度大小可能等于g，此时篮球已经过最高点，D正确。
10．答案：AC
解析：波在t时间内传播的距离为l，则波速，A正确。作出质点间可能的波形如图甲、乙所示。如图甲所示时，波长为l，周期为t；如图乙所示时，波长为，周期为，B错误，C正确。质点间最多有2个波峰，D错误。
11．答案：AC
解析：结合题述可知，点电荷带电情况有两种，①A处点电荷带正电、B处点电荷带负电，如图甲所示；②A处点电荷带负电、B处点电荷带正电，如图乙所示。图甲所示情况下，在处点电荷形成的电场中，C点的电势为零，在A处点电荷形成的电场中，C点的电势大于零，则C点的合电势大于零，图乙所示情况下，在处点电荷形成的电场中，C点的电势大于零，在B处点电荷形成的电场中，C点的电势大于零，则C点的合电势大于零，A正确。设点电荷带电荷量为q，图甲所示情况下，O点电场强度大小，图乙所示情况下，O点电场强度大小，B错误。GE和连线的中垂线重合，在处点电荷形成的电场中，上各点的电势均为零，则的电势差等于D处点电荷在两点产生电势之差，与A处点电荷电性无关，C正确。图甲所示情况下，F点的电势，结合空间中电场分布可知，CGOF区域内有电势小于零的点，图乙所示情况下，CGOF区域内所有点的电势都大于零，D错误。
12．答案：BC
解析：由电阻定律和题述可知，金属杆b的电阻，当a的速度达到最大时，a产生的感应电动势，回路中电流，a所受的安培力，b所受的安培力，综上可得，，A错误。设均匀速时的速度分别为、，b开始运动到b恰匀速过程a所受安培力的冲量大小为，则b所受安培力的冲量大小为，由题意可得b的质量为，由法拉第电磁感应定律有，由动量定理有，可得，B正确。设0~10 s内，回路中的平均电流为，对a由动量定理有，可得释放b前通过b某一横截面的电荷量，设释放b后到匀速的过程，回路中的平均电流为，对b由动量定理有，可得通过b某一横截面的电荷量，回路中电流始终沿逆时针方向，则通过b某横截面的电荷量为19.8 C，C正确。设释放b前a运动的位移为x，则该过程的平均感应电动势，平均感应电流，又，综合可得，闭合回路在整个过程产生的焦耳热，又通过的电流始终相等，可得b产生的焦耳热，D错误。
13．答案：（1）
（2）39.85
（3）；
解析：（1）从题中所给条件“图像趋于一条水平的渐近线”可知小球运动末期近似匀速，所受重力与阻力大小相等，方向相反，小球的体积，且有，整理得；（2）由游标卡尺的读数规则可知；（3）根据，解得，明显不符合实际，说明该小球运动末期所受阻力与速度关系应为。
14．答案：（1）D
（2）C；2000；串联
（3）如图所示
（4）0.14（0.13也可）
解析：（1）实验中要求灯泡两端电压从零开始调节，采用分压式电路，滑动变阻器选择。（2）测量时小灯泡两端电压从0至3 V，电压表最大量程为1 V，故需要串联电阻阻值。（3）实验中要求电压从零开始调节，采用分压式电路，小灯泡阻值远小于电压表阻值，采用电流表外接法。（4）由闭合电路欧姆定律可知，将定值电阻等效成电源内阻，则，其中U为单个小灯泡两端的电压，I为通过小灯泡的电流，代入数据化简可得，将该图线画在小灯泡伏安特性曲线中，如图所示，交点坐标为、，则每个小灯泡消耗的功率。
15．答案：（1）（2）2:3
解析：（1）结合图像可知，初始时气筒内气体压强等于外界大气压强，在容器上的单向阀打开前，气筒内的气体发生等温变化，初始体积为，压强为
当时，图像发生突变，原因是单向阀打开，设容器内气体压强为，则此刻气筒内的气体压强也为
对活塞进行受力分析，有
可得
同理可得，最终容器内气体的压强为
设容器的容积为V，对打气筒和容器内的气体整体，有
可得
（2）当打气筒内气体压强和容器内气体压强均为时，二者的
体积分别为和
则打入气体与打气前容器内气体的质量之比为2:3
16．答案：（1）
（2）见解析
解析：（1）选沿斜面向上为正方向，设滑块刚脱离绸布时与又经过P点时速度大小分别为，滑块在绸布上与在斜面上的加速度大小分别为，滑块在绸布上运动的时间为T。
滑块在绸布上加速过程，有
滑块脱离绸布到又经过P点，有
两阶段滑块的位移大小相等，方向相反，有
得
可得
（2）设滑块质量为m，由牛顿第二定律
滑块在绸布上加速过程，有
滑块在斜面上滑动过程，有
由（1）中分析知
联立得
滑块在绸布上的加速度
由于斜面足够长，只要绸布的加速度大于滑块的加速度即可，即
17．答案：（1）见解析
（2）见解析
解析：（1）根据题意可知两物块一起所受的最大静摩擦力
根据图乙可知时外力，此后两物块开始运动
时两物块的速度达到最大，从到对两物块由动量定理有
又图像与横轴围成的面积表示冲量大小，可知
联立解得
同理有
可解得4 s时两物块的速度
4~9 s内，根据动能定理有
解得
（2）9~11 s内两物块一起做减速运动，时，外力F反向，两物块分离，物块b向右做匀减速直线运动，物块a在外力和摩擦力作用下做加速度减小的减速运动，假设a在16 s之前停止运动
根据动量定理有
其中
解得（不符合题意，舍去）
时外力F的大小小于a所受的最大静摩擦力，假设成立
即从两物块分离到物块a静止，物块b运动的时间为
则有
解得
18．答案：（1）见解析（2）（3）见解析
解析：（1）由题意可知，导体棒经过磁场时做匀速运动，设在磁场中运动速度为v，有
解得
则磁场沿斜面方向的宽度
棒在进入磁场前的加速度
由运动学公式有
解得时棒恰好进入磁场，
（2）导体棒进入磁场前回路的感应电动势
R上通过的电流
则该过程电阻R上产生的热量
棒进入磁场后，在磁场中切割磁感线，感应电动势
此时R和并联，
定值电阻两端电压为
则电阻R上产生的热量
故整个过程中电阻R产生的焦耳热
（3）棒释放位置距ad边界
到达ad边界时的速度
解得
假设棒出磁场时速度恰为
导体棒进入磁场后，做减速运动
由牛顿第二定律可知
则
求和可得
即
其中
解得
由运动学知识知棒在该段时间内的位移小于
假设不成立，说明棒出磁场时未匀速
色光
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量（eV）
1.61~2.00
2.00~2.07
2.07~2.14
2.14~2.53
2.53~2.76
2.76~3.10