2023-2024学年上海市静安区市级名校物理高三上期末学业水平测试模拟试题含解析

2023-2024学年上海市静安区市级名校物理高三上期末学业水
平测试模拟试题
请考生注意：
1．请用2B铅笔将选择题答案涂填在答题纸相应位置上，请用0．5毫米及以上黑色字迹的钢笔或签字笔将主观题的答案写在答题纸相应的答题区内。

写在试题卷、草稿纸上均无效。

2．答题前，认真阅读答题纸上的《注意事项》，按规定答题。

一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、如图，质量为m=2kg的物体在 =30°的固定斜个面上恰能沿斜面匀速下滑。

现对该物体施加水平向左的推力F使其沿斜面匀速上滑，g=10m/s2，则推力F的大小为（）
A．203
N
3
B．
403
N
3
C．203N D．
803
N
3
2、如图所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是
A．处于基态的氢原子吸收10.5eV的光子后能跃迁至，n＝2能级
B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV
3、如图所示，斜面置于粗糙水平地面上，在斜面的顶角处，固定一个小的定滑轮，质量分别为m1、m2的物块，用细线相连跨过定滑轮，m1搁置在斜面上．下述正确的是（）
A ．如果m 1、m 2均静止，则地面对斜面没有摩擦力
B ．如果m 1沿斜面向下匀速运动，则地面对斜面有向右的摩擦力
C ．如果m 1沿斜面向上加速运动，则地面对斜面有向左的摩擦力
D ．如果m 1沿斜面向下加速运动，则地面对斜面有向右的摩擦力
4、中国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站—华能石岛湾高温气冷堆核电站，位于山东省威海市荣成石岛湾。

目前核电站使用的核燃料基本都是浓缩铀，有一种典型的铀核裂变方程是
23592U ＋x→14456Ba ＋8936Kr ＋3x 。

下列关于x 的说法正确的是
（ ）
A ．x 是α粒子，具有很强的电离本领
B ．x 是α粒子，穿透能力比较弱
C ．x 是中子，中子是卢瑟福通过实验最先发现的
D ．x 是中子，中子是查德威克通过实验最先发现的
5、如图，容量足够大的圆筒竖直放置，水面高度为h ，在圆筒侧壁开一个小孔P ，筒内的水从小孔水平射出，设水到达地面时的落点距小孔的水平距离为x ，小孔P 到水面的距离为y 。

短时间内可认为筒内水位不变，重力加速度为g ，不计空气阻力，在这段时间内下列说法正确的是（ ）
A ．水从小孔P gy
B ．y 越小，则x 越大
C ．x 与小孔的位置无关
D ．当y = 2
h ，时，x 最大，最大值为h 6、如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的右端上方固定一根与条形磁误垂直的长直导线。

当导线中没有电流通过时，磁铁受到的支持力为N F ，受到的摩擦力为f F 。

当导线中通以如图所示方向的电流时，下列说法正确的是（ ）
A．N F减小，f F水平向左B．N F增大，f F水平向右
C．N F减小，f F为零D．N F增大，f F为零
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。

在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。

全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、有一种调压变压器的构造如图所示。

线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压，图中A为交流电流表，V为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D两瑞按正弦交流电源，变压器可视为理想变压器，则下列说法正确的是（）
A．当R3不变，滑动触头P顺时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小
B．当R3不变，滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小
C．当P不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大D．当P不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变大，电压表读数变大8、竖直悬挂的弹簧振子由最低点B开始作简谐运动，O为平衡位置，C为最高点，规定竖直向上为正方向，振动图像如图所示。

则以下说法中正确的是（）
A．弹簧振子的振动周期为2.0s
B．t=0.5s时，振子的合力为零
C．t=1.5s时，振子的速度最大，且竖直向下
D．t=2.0s时，振子的加速度最大，且竖直向下
9、如图所示，B和C两个小球均重为G，用轻绳悬挂而分别静止于图示位置上，则以下说法中正确的是（）
A．AB细绳的拉力为G B．CD细绳的拉力为G
C．绳BC与竖直方向的夹角θ=60°D．绳BC与竖直方向的夹角θ=45°
10、如图所示，在光滑绝缘水平面上，A、B和C为等边三角形ABC的顶点，A、B固定正点电荷+Q，C固定负点电荷－Q，D、E是A、B连线上的两点，且AD=DE=EB。

则（）
A．D点和E点的电场强度大小相等
B．D点和E点的电场强度方向相同
C．D点和E点的电势相等
D．将负电荷从D点移到E点，电势能增加
三、实验题：本题共2小题，共18分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11．（6分）在没有天平的情况下，实验小组利用以下方法对质量进行间接测量，装置如图甲所示：一根轻绳跨过轻质定滑轮与两个相同的重物P、Q相连，重物P、Q的质量均为m（已知），在重物Q的下面通过轻质挂钩悬挂待测物块Z。

重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度为g。

(1)某次实验中。

先接通频率为50Hz的交流电源，再由静止释放系统，得到如图乙所示的纸带。

相邻两计数点间还有四个点没画出，则系统运动的加速度
a=______________m/s²（保留两位有效数字）。

(2)在忽略阻力的情况下，物块Z质量M的表达式为M=________（用字母m、a、g表示）。

(3)由(2)中理论关系测得的质量为M，而实际情况下，空气阻力、纸带与打点计时器间
的摩擦、定滑轮中的滚动摩擦不可以忽略，使物块Z的实际质量与理论值M有一定差异。

这是一种_______（填“偶然误差”或“系统设差”）。

12．（12分）小明同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，轻绳两端跨过转轴光滑的轻滑轮系着质量均为M的重物A和B，将质量为m的小砝码C挂在在物体B上，B
下方距离为h处固定一个光电门，物块B装有一宽度很小的挡光片，测得挡光片宽度为d，将系统静止释放，当挡光片通过光电门（固定光电门的装置未画出）时，可通过计算机系统记录挡光时间△t。

改变高度差h，重复实验，采集多组h和△t的数据。

(1)若某次记录的挡光时间为△t1，则挡光片到达光电门处时B的速度大小为__。

(2)小明设想，为了确定△t与h的关系，可以分别对△t与h取对数，并以lg△t为纵轴，以lg h为横轴建立坐标系，得到的lg△t﹣lg h图线为一直线，该直线的斜率为__。

(3)若lg△t﹣lg h图线与纵轴交点坐标为c，若机械能守恒，可以得到该地重力加速度
g=__。

四、计算题：本题共2小题，共26分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13．（10分）在水面上P点正下方有两个点光源a、b，a、b分别发出红光和绿光，它们对水的折射率分别为n1和n2。

结果发现在水面上只形成了一个半径为R的蓝色圆形区域，显然这是红光和绿光复合而成的。

求：
(i)a、b点的高度差是多少?
(ii)若点光源a到P的距离加倍，圆圈边缘为什么颜色?圆图面积变化多少?
14．（16分）如图所示，光滑水平面上有一被压缩的轻质弹簧，左端固定，质量为m A=1kg 的光滑A紧靠弹簧右端（不栓接），弹簧的弹性势能为E p=32J。

质量为m B=1kg的槽B 静止在水平面上，内壁间距L=0.6m，槽内放有质量为m c=2kg的滑块C（可视为质点），C到左端侧壁的距离d=0.1m，槽与滑块C之间的动摩擦因数μ=0.1。

现释放弹簧，滑块A离开弹簧后与槽B发生正碰并粘在一起。

A、B整体与滑块C发生碰撞时，A、B 整体与滑块C交换速度。

（g=10m/s2）求
(1)从释放弹簧，到B与C第一次发生碰撞，整个系统损失的机械能；
(2)从槽开始运动到槽和滑块C相对静止经历的时间。

15．（12分）近几年家用煤气管道爆炸的事件频繁发生，某中学实验小组的同学进行了如下的探究：该实验小组的同学取一密闭的容积为10L的钢化容器，该容器的导热性能良好，开始该容器与外界大气相通，已知外界大气压强为1atm，然后将压强恒为5atm 的氢气缓慢地充入容器，当容器内混合气的压强达到1.5atm时会自动发生爆炸。

假设整个过程中容器的体积不变。

求：
(1)有多少升压强为5atm的氢气充入容器时容器将自动爆炸？
(2)假设爆炸时钢化容器内的气体不会向外泄露，经测量可知容器内气体的温度由27℃突然上升到2727℃瞬间的压强应为多大？
参考答案
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1、C
【解析】
无F时，恰能沿斜面下滑，有
mg sinθ=μmg cosθ
则有
3
μ==
tanθ
3
有F时，沿下面匀速上滑，对物体进行受力分析如图所示
有
F cosθ=mg sinθ+μ（mg cosθ+F sinθ）
F （cosθ-μsinθ）=2mg sinθ
解得 2sin 203N cos sin mg F θθμθ
==- 故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

2、D
【解析】
A ．处于基态的氢原子吸收10.2eV 的光子后能跃迁至n =2能级，不能吸收10.2eV 的能量．故A 错误；
B ．大量处于n =4能级的氢原子，最多可以辐射出24
C 6=种，故B 错误；
C ．从n =3能级跃迁到n =2能级辐射出的光的能量值大于从n =4能级跃迁到n =3能级辐射出的光的能量值，用从n =3能级跃迁到n =2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n =4能级跃迁到n =3能级辐射出的光，照射该金属时不一定能发生光电效应，故C 错误；
D ．处于n =4能级的氢原子跃迁到n =1能级辐射出的光的能量为：
410.85(13.6)12.75eV E E E =-=---=，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34eV 的金属铂产生的光电子的最大初动能为：12.75 6.34 6.41eV km E E W =-=-=，故D 正确；
3、A
【解析】
如果m 1、m 2均静止或m 1沿斜面向下匀速运动，以m 1、m 2和斜面组成的整体为研究对象，整体的为合力都为零，其受力情况如图1，由平衡条件得知，地面对斜面没有摩擦力．故A 正确，B 错误．
如果m 1沿斜面向上加速运动，将m 1的加速度分解为水平和竖直两个方向如图2，根据牛顿第二定律可知，整体有水平向右分加速度，则地面对斜面有向右的摩檫力．故C 错误．与C 项同理可知，如果m 1沿斜面向下加速运动，其加速度沿斜面向下，整体有水平向左的分加速度，根据牛顿第二定律得知，地面对斜面有向左的摩檫力．故D 错误．
故选A.
4、D
【解析】
AB ．根据该反应的特点可知，该核反应属于重核裂变，根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，x 为中子，故AB 错误；
CD ．根据物理学史可知，卢瑟福发现了质子，预言了中子的存在，中子是查德威克通过实验最先发现的，故C 错误，D 正确。

故选D 。

5、D
【解析】
A ．取水面上质量为m 的水滴，从小孔喷出时由机械能守恒定律可知
212
mgy mv =
解得
v 选项A 错误；
BCD ．水从小孔P 射出时做平抛运动，则
x=vt
h-y =12
gt 2 解得
x =可知x 与小孔的位置有关，由数学知识可知，当y =h -y ，即y =
12h 时x 最大，最大值为h ，并不是y 越小x 越大，选项D 正确，BC 错误。

故选D 。

6、B
【解析】
以导线为研究对象，由左手定则判断可知导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律可知，导线对磁铁的反作用力方向斜向左下方，磁铁有向左运动的趋势，受到桌面水平向右的摩擦力；同时磁铁对桌面的压力增大，桌面对磁铁的支持力也将增大。

故选B。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。

在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。

全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7、AC
【解析】
A．当3R不变，滑动触头P顺时针转动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数减少，MN两端的电压减小，总电流减小，滑动变阻器两端的电压将变小，电流表的读数变小，故A正确；
B．当3R不变，滑动触头P逆时针转动时，副线圈匝数增大，电压增大，电流表读数变大，电压表读数变大，故B错误；
CD．保持P的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则MN两端的电压不变，当将触头向上移动时，连入电路的电阻的阻值变大，因而总电流减小，1R分担的电压减小，并联支路的电压即电压表的示数增大，通过2R的电流增大，流过滑动变阻器的电流减小，所以电流表读数变小，电压表读数变大，故C正确，D错误；
故选AC。

8、ABC
【解析】
A．周期是振子完成一次全振动的时间，根据图像可知振子的周期是2.0s，A正确；
t=时，振子位于平衡位置处，所以受到的合力为零，B正确；B．由图可知，0.5s
t=时，振子位于平衡位置处，对应的速度最大；此时刻振子的位移C．由图可知， 1.5s
方向从上向下，即振子的速度方向竖直向下，C正确；
t=时位移负的最大位移处，所以回复力最大，方向向D．由图可知，弹簧振子在 2.0s
上，则振子的加速度最大，且竖直向上，D错误。

故选ABC。

9、BC
【解析】
AB．对B、C两球整体受力分析，正交分解得
F AB cos30°＋F CD cos60°＝2G
F AB sin30°＝F CD sin60°
联立解得
F AB G
F CD ＝G
选项A 错误，B 正确；
CD ．对C 球受力分析，正交分解得
F BC cos θ＋F CD cos60°＝G
F BC sin θ＝F CD sin60°
联立解得
θ＝60°
选项C 正确，D 错误。

故选BC 。

10、AC
【解析】
AB ．D 、E 两点电场，是A 、B 两正点电荷的电场与C 点的负点电荷的电场的叠加。

A 、B 两正点电荷在D 点和E 点的合场强大小相等，方向相反，C 点的负点电荷在D 点和E 点的场强大小相等，方向不同，所以，D 点和E 点的合场强大小相等，方向不同，A 正确，B 错误；
C ．
D 点和
E 点在Q -的等势面上，同时关于两正点电荷对称，所以D 点和E 点的电势相等，C 正确；
D ．根据电势能的计算公式
p E q ϕ=
可知负电荷在D 点和E 点的电势能相同，D 错误。

故选AC 。

三、实验题：本题共2小题，共18分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。

11、0.32
2ma g a - 系统误差 【解析】
(1)[1]根据逐差法求解加速度
22220.03290.02950.02640.0232m/s 0.32m/s 440.1
CE AC x x a T -+--===⨯ (2)[2]对P 、Q 、Z 构成的系统应用牛顿第二定律
()()m M g mg m m M a +-=++
解得
2ma M g a
=- (3)[3]根据题意可知这种误差为客观因素造成的不可避免的误差，应为系统误差。

12、1d t ∆ 12- ()222210
c M m
d m + 【解析】
(1)[1]根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，挡光片到达光电门处B 的速度大小为：
1
d v t =∆ (2)[2]系统重力势能的减小量等于系统动能的增加量，有：
()2122mgh M m v =
+ 即： ()2
21
122d mgh M m t =+∆ 整理可得：
()2
211222M m d lg t lg lgh mg +∆=- 若lg t lgh ∆-图线为一直线，则该图线的斜率为12
- (3)[3]根据()2
2
1122d mgh M m t =+∆得： ()22122
M m d t mgh
+∆= 则有：
()2222M m d lg t lg lgh mg
+∆=-
所以有：
()2
211222M m d t lg lgh mg +∆=- 可知纵轴截为：
()22122M m d c lg mg
+= 解得：
()222210c
M m d g m +=
四、计算题：本题共
2小题，共26分。

把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出
必要的文字说明、方程式和演算步骤。

13、 (1)R ；(2)边缘为红色，面积增加23R π
【解析】
a 、
b 光发生全反射，根据临界角表达式，结合几何关系求解a 、b 点的高度差；根据红光的临界角不变，则红光射向水面发生全反射后光的方向不变，深度加倍，边缘为红色，半径加倍，由此解得增加的面积.
【详解】
（1）根据圆圈都是蓝色可知，a 、b 光发生全反射时射出水的最大半径均为R ，由光的色散可知n 1小于n 2，设a 、b 光的临界角为C 1和C 2，则有：111sin C n =；221sin C n = 由数学知识可知a 、b 到P 的距离分别为11tan R h C = 22
tan R h C
=， 则ab 的高度差
h=h 2-h 1，解得h R =
（2）根据红光的临界角不变，则红光射向水面发生全反射后光的方向不变，深度加倍，边缘为红色，半径加倍，水面上发光半径变为2R ，面积增加
222(2)3S R R R πππ∆=-=
【点睛】
解答几何光学问题,关键是画出规范的光路图,结合光的折射定律和全反射的公式,结合几何关系求解.
14、 (1)16.2J ；(2)2s
【解析】
(1)弹簧将A 弹开，由机械能守恒可得：
2012
p A E m v =
解得 0v =8m/s
A 、
B 发生碰撞，由动量守恒可得：
01()A A B m v m m v =+
解得
1v =4m/s
此过程机械能损失为
2210111()22
A A
B E m v m m v ∆=-+=16J 接下来，A 、B 与
C 相对运动，到第一次发生碰撞，相对运动位移为d 。

此过程机械能损失为
2C E m gd μ∆==0.2J
因此整个过程机械能损失为
12E E E ∆=∆+∆=16.2J
(2)设槽和滑块C 相对静止时速度为v 。

0()A A B C m v m m m v =++
解得
v =2m/s
分别对A 、B 和C 受力分析可知
1()C A B m g m m a μ=+
2C C m g m a μ=
解得
12a a ==1m/s 2
A 、
B 整体与滑块
C 发生的碰撞时，A 、B 与滑块C 交换速度。

由题意可知， 1v a t =
解得
t =2s
15、 (1)1L ；(2)15atm
【解析】
(1)体积为1V 压强为5atm 的氢气充入容器时，容器将自动爆炸,分压原理可知爆炸时氢气的压强
20 1.5atm 1atm 0.5atm P P P =-=-=混
选择最终充入的所有氢气为研究对象，因为导热性能良好，并且是缓慢地充入容器，故发生等温变化：
初态：压强15atm P =，体积1V ；
末态：压强20.5atm P =，体积210L V =；
根据玻意耳定律可得
1122PV PV =
解得充入压强为5atm 氢气的体积
11L V =
(2) 选择容器内气体为研究对象，爆炸时温度由27C ︒突然上升到2727C ︒，过程中体积不变，发生的是等容变化：
初态：压强 1.5atm P =混，温度
2(27273)K 300K T =+=
末态：压强3P ，温度
3(2727273)K 3000K T =+=
根据查理定律可得
323
P P T T =混 可得爆炸瞬间容器内气体的压强
315atm P =。