2024年江苏高考物理最后一卷（新情景题）（江苏卷02）（全解全析）

这是一份2024年江苏高考物理最后一卷（新情景题）（江苏卷02）（全解全析），共15页。

1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如
需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写
在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。
1．1925年，戴维森在一次实验中发现了电子的衍射现象，电子束在多晶Au上的电子衍射图样如图所示，通过大量的实验发现，质子也能产生衍射现象。在某次实验中质子和电子的动能相同，下列说法中不正确的是（ ）
A．电子具有波粒二象性
B．在一定条件下，电子束也能产生干涉现象
C．实验中电子的动量更大
D．实验中电子的物质波更长
【答案】C
【详解】A．电子本身具有粒子性，电子束能产生衍射现象，可知电子具有波粒二象性，故A正确，不符合题意；
B．根据上述，电子具有波粒二象性，由于干涉和衍射是波的特性，可知电子束在一定条件下也能够发生干涉现象，故B正确，不符合题意；
C．根据，，解得，由于质子质量大于电子，当质子和电子的动能相同时，质子的动量更大，故C错误，符合题意；
D．物质波的表达式有，结合上述解得，由于质子质量大于电子，当质子和电子的动能相同时，电子的物质波更长，故D正确，不符合题意。
故选C。
2．如图甲所示，中国工程物理研究院建立的“聚龙一号”实现了我国磁化套筒惯性约束聚变装置零的突破。该装置实现聚变的核心区域为一个半径为r（大约为）、类似指环的金属套筒。套筒放在轴向的匀强磁场B中，内部空间充满固定体积的氘氚气体（如图乙阴影部分）。当沿轴向通入大电流I后，金属套筒迅速在时间内汽化成等离子体。在洛伦兹力的作用下，等离子体向中心汇聚，压缩氘氚气体发生聚变反应释放出能量。大电流产生的磁场提供给套筒侧面的压强满足关系：，其中为常数。下列说法正确的是（ ）
A．该装置将电能全部转化成聚变反应的核能
B．外加磁场的作用是保证汽化后的等离子体受到轴向洛伦兹力的作用
C．施加在套筒上的电流越大，越有利于聚变的发生
D．套筒的厚度越大，汽化后的等离子体越容易向轴向运动，越有利于聚变的发生
【答案】C
【详解】A．该装置通入大电流后使金属套筒迅速汽化，该过程中一定有热能散失，则该装置不可能将电能全部转化成聚变反应的核能，故A错误；
B．汽化后的等离子体速度方向各不相同，则外加磁场不一定保证汽化后的等离子体都受到轴向洛伦兹力的作用，故B错误；
C．根据施加在套筒上的电流越大，大电流产生的磁场提供给套筒侧面的压强越大，越有利于聚变的发生，故C正确；
D．套筒的厚度越大，汽化后的等离子体越不容易向轴向运动，不利于聚变的发生，故D错误。
故选C。
3．霍尔传感器中的霍尔元件为一长方体结构，长宽高分别为a、b、c。如图所示，将霍尔传感器放入竖直向下的磁场中，霍尔元件产生的霍尔电压为前表面（图中阴影部分）电势高。下列说法正确的是（ ）
A．霍尔元件中电流I的载流子是负电荷定向运动形成的
B．当滑动变阻器滑动触头向左滑动，霍尔电压将减小
C．同时改变磁场和电流的方向，电压表指针会偏向另一边
D．霍尔电压大小与霍尔元件的长宽高a、b、c都有关系
【答案】A
【详解】AC．由题知，霍尔元件产生的霍尔电压为前表面（图中阴影部分）电势高，则根据左手定则可知霍尔元件中电流I的载流子是负电荷定向运动形成的，且同时改变磁场和电流的方向，粒子的偏转方向不变，电压表指针会偏向不变，故A正确、B错误；
BD．当达到稳定状态时满足，其中，解得霍尔电势差，则霍尔电压大小与霍尔元件的宽b有关系，且变阻器滑动触头向左滑动，电流变大，U变大，故BD错误。
故选A。
4．太阳能电池在空间探测器上广泛应用。某太阳能电池在特定光照强度下工作电流I随路端电压U变化的图线如图中曲线①，输出功率P随路端电压U的变化图线如图中曲线②。图中给出了该电池断路电压U0和短路电流I0。当路端电压为U1时，工作电流为I1，且恰达到最大输出功率P1，则此时电池的内阻为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】根据题意可知，太阳能电池的电动势为，路端电压为U1时，太阳能电池的总功率为，阳能电池内阻的功率为，根据，联立可得，故选C。
5．如图所示，两种不同材料的弹性细绳在O处连接，M、O和N是该绳上的三个点，OM间距离为7.0m，ON间距离为5.0m。O点上下振动，则形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波Ⅰ和Ⅱ，其中波Ⅱ的波速为1.0 m/s。t=0时刻O点处在波谷位置，观察发现5s后此波谷传到M点，此时O点正通过平衡位置向上运动，OM间还有一个波谷。则（ ）
A．波Ⅰ的波长为4m
B．N点的振动周期为5s
C．t=3s时，N点恰好处于波谷
D．当M点处于波峰时，N点也一定处于波峰
【答案】D
【详解】AB．OM之间有两个波谷，即，解得波I的波长为，根据题意可知波I的波速为，故波的周期为，同一波源的频率相同，故N点的振动周期为4s，AB错误；
C．波II的波长为，故在t=0时刻N处于平衡位置向下振动，经过3s，即四分之三周期，N点在波峰，C错误；
D．因为MN两点到波源的距离都为其各自波长的，又两者振动周期相同，起振方向相同，所以两者振动步调相同，即当M点处于波峰时，N点也一定处于波峰，D正确。
故选D。
6．图甲是一定质量的某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线；图乙是两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是（ ）
A．甲：任何温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布
B．甲：气体在①状态下的内能小于②状态下的内能
C．乙：当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
D．乙：在r由r1变到r2的过程中分子力逐渐变大
【答案】A
【详解】AB．图甲中，同一温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布，①状态下速率大的分子占据的比例较大，则说明①对应的平均动能较大，即气体在①状态下的内能大于②状态下的内能，故A正确，B错误；
CD．图乙中，当r＝r2时，分子势能最小，此时分子力为0，则当r>r2时，分子间的作用力表现为引力，当r故选A。
7．“日心说”以太阳为参考系，金星和地球运动的轨迹可以视为共面的同心圆；“地心说”以地球为参考系，金星的运动轨迹（实线）和太阳的运动轨迹（虚线）如图所示。观测得每隔1.6年金星离地球最近一次，则下列判断正确的是（ ）
A．在8年内太阳、地球、金星有5次在一条直线上
B．在8年内太阳、地球、金星有10次在一条直线上
C．地球和金星绕太阳公转的周期之比为8∶5
D．地球和金星绕太阳公转的半径之比为
【答案】B
【详解】AB．根据题意由图可知，金星绕太阳的轨道半径较小，由于每隔1.6年金星离地球最近一次，即每隔1.6年金星比地球多转1圈，则每隔0.8年金星比地球多转半圈，即每隔0.8年太阳、地球、金星在一条直线上，则在8年内太阳、地球、金星有10次在一条直线上，故A错误，B正确；
CD．设金星的公转周期为，地球的公转周期为，则有，又有年，年，解得，由万有引力提供向心力有，解得，则地球和金星绕太阳公转的半径之比为，故CD错误。
故选B。
8．某种滴水起电机装置如图1所示，滴水装置左右相同的两管口形成的水滴分别穿过距管口较近的铝环A、B 后滴进铝筒C、D， 铝环A 用导线与铝筒D相连，铝环B用导线与铝筒C相连，导线之间彼此绝缘，整个装置与外界绝缘。由于某种偶然的原因，C筒带上微量的负电荷，则与之相连的B环也带有负电荷，由于静电感应，B环上方即将滴落的水滴下端会带正电荷，上端带负电荷，如图2所示。水滴在落下瞬间，正负电荷分离，如图3所示，带正电荷的水滴落下穿过B环滴入D筒 ，C、D两筒之间产生电势差。为了研究问题方便，假设滴水装置中水足够多，每滴水的质量相同，忽略筒内液面高度的变化，下列说法正确的是（ ）
A．滴水装置中会产生从左向右的电流
B．水滴下落到筒内的时间越来越短
C．C 、D两筒之间的电势差会一直增大
D．在起电的过程中，水的重力势能完全转化为电能
【答案】A
【详解】C．根据题意知，水滴在落下过程，先加速后减速运动，随着滴落到铝筒的带点水滴在增加，排斥力先增大，直到水滴到达桶底恰好速度减为零时，不再滴落到铝筒，之后C 、D两筒之间的电势差不变，故C错误；
B．滴落到铝筒的带点水滴在逐渐增加，电荷量先增加，后C、D两筒之间产生的电势差增大到一定时会放电，电荷量又减小，故排斥力先增大后减小，下落时间会先增大，后减小，故B错误；
A．水滴在落下瞬间，正负电荷分离，带负电荷的水滴留在B环上方的滴水装置，同理，带正电荷的水滴留在A环上方的滴水装置，左右形成电势差，会产生从左向右的电流，故A正确；
D．在起电的过程中，水的重力势能转化为电能和水的动能，故D错误。
故选A。
9．如图所示，铜制圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间（可视为匀强磁场），圆盘平面与磁感线垂直，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触，电容为C的平行板电容器接在C、D之间，下极板接地．已知铜盘的半径为R，铜盘匀速转动的角速度为ω，磁感应强度为B。下列说法正确的是（ ）
A．电容器极板上所带电荷量为BR2ωC
B．将电容器的下极板向下移动一小段距离，则电容器极板上的电荷量增加
C．将一金属板插入平行板电容器，则电容器的电容减小
D．将电容器的上极板水平向右移动一小段距离，则电容器内P点的电势不变
【答案】D
【详解】A．圆盘匀速转动时产生的感应电动势为，所以电容器极板上所带电荷量为，故A错误；
B．电容器的下极板向下移动一小段距离，根据公式，可知电容C减小，再根据公式，可知电容器极板上的电荷量减小，故B错误；
C．将金属板插入平行板电容器，则电容器的板间距减小，根据，可知电容C变大，故C错误；
D．将电容器的上极板水平向右移动，板间距不变，由于板间电压不变，根据，可知板间电场强度不变，下极板电势为零，P点距下极板距离不变，所以P点电势不变，故D正确。
故选D。
10．如图1所示，质量均为m的小物块A、B紧靠在一起放置在水平地面上，劲度系数为k的轻弹簧一端与A拴接，另一端固定在竖直墙壁上，开始时弹簧处于原长，小物块A、B保持静止。现给B施加一方向水平向左，大小为的恒力，使A、B一起向左运动，当A、B的速度为零时，立即撤去恒力，以此时为计时起点，计算机通过传感器描绘出小物块B的图像如图2所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线。已知A、B与地面间的动摩擦因数均为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终在弹性限度内，弹簧的弹性势能可表示为（x为弹簧的形变量），重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A． 时刻弹簧刚好恢复原长
B． 时刻物块A、B刚要分离
C．弹簧的最大压缩量为
D．
【答案】B
【详解】AB．由题意结合题图2可知，时刻弹簧弹力与B所受的摩擦力大小相等，弹簧处于压缩状态，时刻弹簧刚好恢复原长，A、B刚要分离，故A错误，B正确；
C．从开始到A、B向左运动到最大距离的过程中，以A、B和弹簧为研究对象，由功能关系，解得，故C错误；
D．弹簧恢复原长时A、B分离，从弹簧压缩至最短到A、B分离，以A、B和弹簧为研究对象，根据能量守恒定律得，联立解得，故D错误。
故选B。
11．如图所示，两个单匝线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，甲图中线圈面积为S，转动角速度为，乙图中线圈面积为，转动角速度为，甲图从线圈和磁场方向平行处开始计时；乙图从线圈和磁场方向垂直处开始计时，两图中磁感应强度大小相同，线圈电阻均忽略不计，外接电阻阻值均为R，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙两种情况下，感应电动势的瞬时值表达式相同
B．甲、乙两种情况下，磁通量随时间变化的表达式相同
C．甲、乙两种情况下，转过90°过程中通过线圈的电荷多少相同
D．甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率相同
【答案】D
【详解】A．甲图中感应电动势瞬时表达式为，乙图中感应电动势瞬时表达式为，故A错误；
B．甲种情况下，磁通量随时间变化的表达式，乙种情况下，磁通量随时间变化的表达式，故B错误；
C．甲乙转过90°过程中所用时间分别为，，甲乙在该时间内的平均电流分别为，，转过90°过程中通过线圈的电荷分别为，，故C错误；
D．由于甲乙两种情况下电压的有效值相同，均为，因此甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率均为，故D正确。
故选D。
二、实验题：本题共15分。
12．（15分）阿特伍德机是著名的力学实验装置。如图甲所示，绕过定滑轮的细线上悬挂质量均为M的重球A 和 B，在B下面再挂质量为m的重物C，由静止开始释放，验证机械能守恒（重力加速度为g）。
(1)如图乙所示，实验中使用直尺与三角板测得重球A的直径d= mm；
(2)某次实验中测得重球A经过光电门的时间为t，则重球A上升h时的瞬时速度为 ；系统重力势能减少量Ep= （用m、M、h、d、t、g表示）；
(3)甲同学在实验中发现：重力势能减少量Ep略小于动能增加量Ek，你认为原因是
A．空气有阻力、滑轮有摩擦B．光电门不在小球A的正上方
C．高度测量有偏差D．定滑轮质量不可忽略
(4)乙同学在实验中保持h不变，改变重物C的质量，测得多组m和对应通过光电门的时间t，绘制出如图丙所示的 t2图像，图线与纵轴截距为b，斜率为k，则重锤A的质量M= （用b、k表示）。
【答案】(1)9.0 （3分） (2) （3分） mgh （3分） (3)BC（3分） (4)（3分）
【详解】（1）直尺分度值为1mm，直径d=9.0mm
（2）重球A 上升h时的瞬时速度为
系统重力势能减少量Ep=mgh
（3）A．空气有阻力、滑轮有摩擦，机械能减小，则Ep大于Ek，故A错误；
B．光电门不在小球A的正上方，可能造成测量的速度偏大，从而Ep小于Ek，故B正确；
C．高度测量有偏差，可能造成h由误差，mgh有误差，从而Ep小于Ek，故C正确；
D．定滑轮质量大小对测量无影响，故D错误。
故选BC。
（4）根据机械能守恒
得
斜率
纵轴截距
解得
三、计算题：本题共4小题，共41分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．（6分）如图所示为一半径为的透明半球体，PQ为半球体的直径，O为半球体的球心．现有一束激光垂直半球的平面射入半球体，入射点从P点沿直径PQ方向缓慢向Q点移动，发现当入射点移动2cm后，才开始有光线从下方球冠射出，不考虑光线在半球体内多次反射，求：
（1）该半球体的折射率为多少？
（2）当该束激光入射点移动至距离球心为3cm位置入射，则其光线射出半球体的折射角的正弦值为多少？
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）由题意作出光路图
如图所示设射点移动2cm，该入射点位置为A，此时入射角为C，由几何关系可知
则由全反射规律，可知
得
（2）当该束激光入射点移动至距离球心为3cm的B点入射时，设此时入射角为r，
由几何关系可知，则
得
入射角小于临界角，光线能直接从球冠射出。设从球冠射出时折射角为i，由折射定律
可得
14．（8分）双响爆竹，其一响之后，腾空再发一响，因此得名二踢脚。如图所示，质量为0.1kg的二踢脚竖立在地面上被点燃后发出一响，向下喷出少量高压气体（此过程位移可忽略）后获得20m/s的速度竖直升起，到达最高点时恰好发生第二响，立即被炸成的A、B两块，其中质量的A部分以的速度向南水平飞出。已知第二响释放的能量有30%转化为A、B的机械能，不计二踢脚内火药的质量和所受的空气阻力，取，求：
（1）A、B两部分落地时的距离L；
（2）第二响释放的能量。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）A、B两部分落地的时间为
炸成的A、B两块时，根据在水平方向动量守恒
其中
解得
炸成的A、B两块后，两部分分别做平抛运动，则两部分水平位移分别为
则，A、B两部分落地时的距离L为
（2）由题意可知
其中
解得
15．（12分）如图甲所示，水平金属导轨与倾角的倾斜金属导轨相接于处，两导轨宽度均为，电阻不计。竖直向上的匀强磁场分布在水平导轨部分，其磁感应强度随时间按图乙所示的规律变化，倾斜导轨部分存在垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度为，导体棒、质量均为，电阻均为，分别垂直于导轨固定在水平和倾斜导轨上，时刻与的间距也为，时刻，对棒解除固定，并施以水平向右的恒力，经过一段时间后，对棒解除固定，恰好不下滑。已知重力加速度为，两棒与导轨始终接触良好，不计一切阻力。求：
（1）时间内流过棒的电流的大小；
（2）棒解除固定时，棒运动的速度的大小；
（3）若从时刻起，到棒解除固定时，恒力做的功为，求这段时间内导体棒产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）时间内，根据法拉第电磁感应定律可得，
根据欧姆定律可得
解得
（2）对导体棒cd在解除固定时受力分析
，，
联立解得
（3）导体棒ab在轨道运动的过程，根据能量守恒定律，可得
解得
16．（15分）芯片制造中，离子注入是一道重要的工序。如图是一部分离子注入工作原理示意图。从离子源A处飘出带正电的离子初速度不计，经匀强电场加速后，从P点以速度v沿半径方向射入圆形磁分析器，磁分析器中存在垂直于纸面向外的匀强磁场（大小未知），与矩形离子控制区abcd相切于Q点，ad边长为L，开始时控制区无任何场，离子从Q点离开磁分析器后可匀速穿过控制区，注入cd处的硅片上。已知离子质量为m，电荷量为q，在圆形磁分析器中运动的时间为t，图中a、P、Q三点连线正好可构成一个等边三角形，bQ足够长，不计离子的重力和离子间的相互作用。
（1）求加速电场的电压U；
（2）求圆形磁分析器的半径r；
（3）若在控制区加上垂直于纸面向里磁场，其磁感应强度大小沿ad方向按的规律均匀变化，x为该点到ab边的距离，k为已知的常数且，则要使离子不打到硅片上，ab边所在位置的磁感应强度至少为多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）在加速电场有
解得
（2）在圆形磁分析器中，做圆周运动，运动轨迹如图
其周期为
在磁场中运动时间有
有几何关系有
解得
（3）要使离子恰好不打到硅片上，离子运动到cd边时，速度应与cd边相切，又因为洛伦兹力不改变速度大小，因此分解洛伦兹力，在平行于ab方向用动量定理
整理有
由题意有
整理有
结合数学知识可知，等式坐标是x从0一直到L的求和，即图像的面积为求和结果，有
解得