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2024 届明日之星高考物理精英模拟卷 【甘肃版】
一、选择题:本题共 7小题,每小题 4分,共 28分,每小题给出的四个选项中,只有
一项是符合题目要求的。
1.氢原子的能级图如图甲所示,一群处于n4能级的氢原子,用其向低能级跃迁过程
中发出的光照射图乙中的阴极K,用其中a、b两种频率的光照射时,测得图乙中电流
表随电压表读数变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是( )
A.题中的氢原子跃迁共能辐射出3种不同频率的光子
B.图乙中,在滑片P向右滑动过程中,光电流I一直增大
C.a光的频率大于b光的频率
D.b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比a光照射时的大
2.2023年9月21日,神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站上通过
天地连线,为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到,在圆轨道上运
行的空间站中,航天员可以自由地漂浮,授课中展示了太空中蜡烛燃烧时火焰呈现球
形、利用乒乓球拍可以弹开水球的奇妙“乒乓球”实验。已知空间站距地面高度约为
1
地球半径的 ,则( )
16
A.在奇妙“乒乓球”实验中,球被击飞后不受力的作用
B.蜡烛燃烧过程中,随空间站绕地球做圆周运动的向心力大小不变
2
16
C.航天员绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度大小的
17
D.空间站绕地球飞行的速度大于第一宇宙速度
3.如图所示,甲为匀强电场,乙为非匀强电场。等量异种点电荷a、b用绝缘轻短杆连
接,中点为O。两个相距很近的等量异种点电荷所组成的系统被称为电偶极子。将该
电偶极子分别放在甲、乙电场中使其保持静止,不计重力作用。则( )
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A.乙电场中电偶极子绕O点在纸面内旋转90°后,两点电荷所受电场力等大反向
B.甲、乙电场中电偶极子绕O点在纸面内逆时针旋转180°,电场力做的功均为0
C.甲、乙电场中电偶极子沿电场线向右平移一小段距离,电场力做的总功均为0
D.乙电场中电偶极子释放后一小段时间内,电偶极子的电势能减小
4.如图所示为干涉检平仪的原理图,在两块夹角很小(接近零)的玻璃平板之间有一
劈形空气膜,当单色光垂直下板照射到玻璃平板上时,会发生干涉、产生等间距的干
涉条纹。下列关于相邻亮条纹的水平间距x 与夹角θ(θ接近零时,有tan)的关系
图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
5.一列简谐横波沿 x轴负方向传播,平衡位置位于原点 O的质点的振动图像如图所示,
则t 19s时的波形图可能是( )
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A. B.
C. D.
6.如图所示,在粗糙的水平桌面上,物块a、b间夹着一压缩的轻质弹簧(与a、b未拴
接)处于静止状态,现将a、b同时放开,两物块被弹簧向相反的方向弹开,最后弹簧
脱离物块。已知a的质量大于b的质量,两物块与桌面间的动摩擦因数相同。从放开
到两物块均停下前的过程,下列情况可能的是( )
A.任一时刻a的动量小于b的 B.物块a、b同时达到最大速度
C.物块a、b同时停下 D.物块a、b滑行的距离相同
7.如图所示,在竖直平面内建立直角坐标系xOy,空间存在着正交的匀强电场和匀强
磁场,电场强度的方向与x轴夹角为45°斜向右上方,磁感应强度的方向垂直纸面向
里。一个质量为m、电荷量为q的带正电微粒从O点出发,以某一初速度(沿与x轴
正方向夹角为 45°的方向)进入复合场中,正好做直线运动,当微粒运动到A(L,L)时,
电场方向突然变为竖直向上,大小变为原来的 2 倍(不计电场变化的时间),微粒继
续运动一段时间后,正好垂直于y轴穿出第一象限,重力加速度为g,下列说法正确
的是( )
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A.微粒从O点运动到A点过程中可能做变速运动
2mg
B.电场强度E的大小为E
q
m g
C.磁感应强度的大小为B
2q 2L
3π 2L
D.微粒在第一象限运动的时间为 1
4 g
二、选择题:本题共 3小题,每小题 5分,共 15分。在每小题给出的四个选项中,有
多项符合题目要求。全部选对的得 5分,选对但不全的得 3分,有选错的得 0分。
8.如图是某人站在力传感器上由静止先“下蹲”后静止再“站起”到静止过程中力传
感器的示数随时间变化的图像,其中点1、3、5、6、8、10处纵坐标都是500 N,点2、4
的纵坐标分别为200 N、700 N,重力加速度g取10m/s2,由图像上各点判断人的运
动情况,下列说法正确的是( )
A.下蹲时,从点1到点3过程中,加速度方向先向下后向上,点4处速度最大
B.下蹲时,点2处加速度最大,加速度大小为6m/s2,方向向下
C.从点8到点10,人一直向上匀减速,点8处速度最大
D.点8到点10的图形和点6到点8的图形与F 500N横线所围的面积一定大小相等
9.如图所示,边长为a的正方形玻璃砖,其折射率为n 2,现有一束光沿与AD边成
45°的方向从AD边入射,经过一系列折射和反射后从BC边射出。已知光程是一个折
合量,在数值上等于介质折射率乘以光在介质中的传播路程。下列说法正确的是( )
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2 3
A.所有光线经过AD边折射后在正方形玻璃砖中的光程均相等,大小为 a
3
2 6
B.所有光线经过AD边折射后在正方形玻璃砖中的光程均相等,大小为 a
3
3 3
C.从BC边折射出的光线分为两束平行光,其宽度分别为1 a和 a
3 3
2 6 6
D.从BC边折射出的光线分为两束平行光,其宽度分别为 a和 a
2 6 6
10.如图所示,点电荷甲、乙固定在绝缘水平面上,A、B、C 为两点电荷连线的四等分
点,以甲为圆心,甲、A间的距离为半径画圆,D、E、F 是圆上的三点,DF为圆的
直径,且与两点电荷的连线垂直,E点在两点电荷连线的延长线上,G点为两点电荷
连线中垂线上的点。已知甲所带的电荷量为q,A点的电场强度为零。则下列说法正
确的是( )
A.乙所带的电荷量为3q
B.B、C两点的电场强度大小之比为9:20
C.B点的电势大于 G点的电势
D.电子在C点的电势能小于在G点的电势能
三、非选择题:本题共 5小题,共 57分。
11.(8分)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 f kv或 f kv2,小组同学准备了若
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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vt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v 。
f
(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v ________(用k,r,g,表示)。
f
(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
f 6πrt,其中1.8105 Pas,r为球体的半径。用天平称量出实验所用小球的质
量m2.7103 kg,用游标卡尺测量出该小球的直径d,如图所示,则d
________mm。
(3)按(2)问表达式通过计算得到该小球的收尾速度v ________ m/s(结果保留
f
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________。
12.(10分)现要测量某电源的电动势和内阻,可利用的器材有:电流表A,量程为
0~300 mA,内阻为1.00 Ω;电压表V,量程为0~3 V,内阻达几千欧;阻值未知的相
同规格定值电阻R 若干;开关S;一端连有鳄鱼夹 P的导线(导线1),其他导线若
0
干。某同学设计的测量电路如图(a)所示。
(1)根据图(a),用笔画线代替导线在图(b)中完成实物图连线,并标出导线1和
其P端。
(2)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使电阻依次以1、2、3、4、5的数量接入电
路,记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I,并在图(c)中的坐标纸上描出点
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的相应位置。请根据点的分布作出U I 图线。
(3)根据U I 图线求出电源电动势E _______V。(结果保留三位有效数字)
(4)请计算每一个定值电阻的阻值约为_______Ω。(结果保留三位有效数字)
(5)实验时,无法找到多个相同规格的定值电阻,只能找到数只不同规格的电阻(大
小均在10 Ω~50 Ω之间),该同学是否能完成本实验?为什么?
13.(10分)实验小组在专业人员陪同下利用暑假实践活动测量海水深度,一端开口一
端封闭的长玻璃管质量m200g,横截面积S 10cm2,先将玻璃管倒插在海水表面,
海面平静时测出玻璃管露出水面部分长度L 40cm。如图所示,潜水员带着玻璃管缓
1
慢下潜,到海底稳定后测出空气柱长度L 12cm,水柱长度L 88cm,假设下潜过
2 3
程中玻璃管竖直且不漏气,海面温度为27 ℃,海底温度为17 ℃,海水密度
1103 kg/m3,大气压强 p 1.0105 Pa,重力加速度g取10m/s2,不计玻璃管
0
厚度,管内空气可视为理想气体。
(1)求海水的深度;
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(2)下潜过程中管内空气吸热还是放热?
14.(12分)如图所示,水平地面上固定一倾角为θ的足够长斜面,一质量为m 2m
A
的滑块A放在斜面上时恰处于静止状态,另一质量为m m的滑块B(滑块B光滑)
B
从滑块A上方相距L的位置由静止释放,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加
速度为g,两滑块间的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短,求:
(1)两滑块第一次碰撞后瞬间各自的速度大小;
(2)两滑块第一次碰撞到第三次碰撞时间内,滑块A运动的位移大小。
15.(17分)如图,一质量m0.1kg的凸形硬性金属框abcd abcd放在光滑绝缘的
水平桌面上,平行且足够长的导轨cd和cd间距d 1m,侧边abcd与abcd不计电
阻,aa长L2m,电阻R4,金属框通过不可伸长的轻绳跨过桌边的轻质定滑轮
与一质量M 0.2kg的重物相连,开始时用手托着重物,轻绳恰好伸直。另一长为d、
质量为m、电阻为R的光滑金属棒gh垂直于cd放在金属框上,二者始终保持良好接
触,gh离cc足够远,金属框离桌边足够远,整个桌面处在竖直向上的磁感应强度
B 1T的匀强磁场中,不计一切摩擦和其他电阻,现由静止释放重物,重物着地时,
系统已经达到稳定状态,重力加速度g取10m/s2,则:
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(1)重物着地时,金属框的加速度为多少,此时金属框和金属棒的速度差为多少?
(2)重物着地后不再弹起,重物着地时金属棒的速度v 12m/s,经过一段时间金属
2
框和金属棒再次达到稳定状态,求这段过程中金属棒gh上产生的热量Q和流过金属
棒的电荷量q。
答案以及解析
1.答案:D
解析:大量氢原子从n4能级向低能级跃迁时能辐射出C2 6种不同频率的光子,A
4
错误;当滑片P向右端移动过程中,有可能会达到饱和电流,所以光电流I可能先增
大后不变,B错误;a光的遏止电压小于b光的遏止电压,根据eU hW ,可知a
c 0
光的频率小于b光的频率,C错误;由E hW ,可知b光照射阴极K时逸出的光
k 0
电子的最大初动能比a光照射时的大,D正确。
2.答案:C
解析:在空间站内的物体均受到万有引力的作用,A错误;蜡烛燃烧过程中,质量减
mv2
小,做圆周运动的线速度和半径不变,由向心力的公式F 可知向心力大小变小,B
r
Mm
错误;根据万有引力提供向心力,有G ma,所以航天员绕地球运动的向心加速
r2
GM gR2 16 2
度大小a g,C正确;根据万有引力提供向心力,有
r2 1 2 17
R R
16
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Mm v2 GM
G m ,解得v ,由于空间站的运行轨道半径大于近地卫星的轨道半径,
r2 r r
所以空间站绕地球飞行的速度小于第一宇宙速度,D错误。
3.答案:D
解析:乙电场中电偶极子绕O点在纸面内顺时针旋转90°后,点电荷b所受电场力斜
向左下,点电荷a所受电场力斜向右下,大小相等,方向不相反,同理,逆时针转动
时,两点电荷所受电场力也不反向,A错误。甲、乙电场中电偶极子绕O点逆时针旋
转180°,电场力均对正点电荷做负功,对负点电荷也做负功,电场力做的总功均为
负功,B错误。甲电场中电偶极子沿电场线向右平移一小段距离,电场力对正电荷做
的正功等于负电荷克服电场力做的功,电场力做的总功为0,乙电场中电偶极子沿电
场线向右平移一小段距离,电场力对正电荷做的正功小于负电荷克服电场力做的功,
电场力做的总功为负功,C错误。乙电场中电偶极子所受电场力向左,释放后一小段
时间内,电偶极子向左做加速运动,动能增加,电势能减小,D正确。
4.答案:D
解析:由干涉知识可知,当光在空气膜上、下表面的光程差等于波长的整数倍时,对
应位置为干涉加强点,若某条亮条纹所在位置对应的光程差为n(n1,2,3, ),则与
其相邻亮条纹所在位置对应的光程差为(n1)(n1,2,3, )或(n1) (n1,2,3, ),
故两相邻亮条纹对应的空气膜厚度差均为 。如图所示,根据几何关系有tan ,
2 2x
又玻璃平板间的夹角很小,结合题述有x ,D正确。
2
5.答案:A
解析:由原点O处质点的振动图像可知,振动周期为T 12s,设该质点的振动方程
2π 2π π
为y Asin t ,则0 Asin 5s ,解得 ,t 19s时该质点相对平衡
T T 6
位置的位移为10 3cm,之后再经过极短时间,该质点相对平衡位置的位移增大,可
知该质点在t 19s时向下振动,结合波的传播方向可知,A正确。
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6.答案:A
解析:第一步:判断两物块哪个先停下
假设物块a、b同时停下,a、b受到合力的冲量均为0,由于弹力的冲量大小相等,则
摩擦力的冲量也要大小相等,由于a的质量大于b的质量,相等时间a所受摩擦力的
冲量大,所以假设不成立,即物块a、b不可能同时停下。设a、b从释放到停下用时分
别为t 、t ,对a,有I m gt 00,对b,有I m gt 00,其中I为弹簧弹
a b a a b b
力的冲量,可知t t ,即物块a先停下,C错误。
b a
第二步:判断a、b运动过程中的动量大小应用动量定理
从释放到a、b物块停下前的任一时刻,对a有I m gt p 0,对b有
t a a
I m gt p 0,由于m m ,可得 p p ,A正确。
t b b a b a b
第三步:判断两物块运动距离时应结合速度和运动时间
从释放到a、b均停下前的任一时刻,b的动量始终大于a的,又a的质量大,则a的
速度小,并且a先停下,所以b滑行的距离一定大于a的,D错误。
第四步:判断是否同时达到最大速度,应知道所受合力为零时速度最大
刚释放时,弹簧弹力大于物块a、b与桌面间的最大静摩擦力,两物块向相反的方向做
加速运动,弹簧长度增加,弹簧弹力变小,当弹力等于物块a的滑动摩擦力时,a的
加速度减小到0,速度达到最大,此时弹力仍大于物块b的滑动摩擦力,b的加速度不
为0,所以物块a、b不是同时达到最大速度,B错误。
7.答案:D
解析:微粒从O点到A点做直线运动,由于洛伦兹力的大小与速度有关,若微粒做变
速运动,则洛伦兹力的大小发生变化,微粒不能持续做直线运动,故微粒一定做匀速
直线运动,所受合力为0,A错误;由于微粒到达A点之前做匀速直线运动,对微粒
2mg
受力分析得向Eq mgsin45,解得E ,B错误;由平衡条件得
2q
qvBmgcos45,电场强度大小和方向改变后,微粒受到的重力和电场力平衡,微粒
mv2
在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由几何知识可得轨迹半径r 2L,又qvB ,
r
m g 2L 2L
联立解得B ,v gL ,C错误;微粒做匀速直线运动的时间t ,
q 2L 1 v g
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3
πr
3π 2L
4
微粒做匀速圆周运动的时间t ,微粒在第一象限运动的总时间为
2 v 4 g
3π 2L
t t t 1 ,D正确。
1 2 4 g
8.答案:BD
解析:由题意可知,人的重力G mg 500 N,由牛顿第三定律可知,点1到点3过
程,人所受支持力小于重力,加速度一直向下,处于失重状态,点3处为下蹲过程速
度最大时刻,点3到点5过程处于超重状态,向下减速,点4处速度小于点3处速度,A
错误;根据mgF ma,可知点2处加速度向下且最大,a 6m/s2,B正确;人在
点6到点8过程处于超重状态,加速度一直向上,点8为站起过程最大速度处,人在
从点8到点10过程处于失重状态,人一直向上减速,但F变化,说明加速度变化,不
是匀减速,C错误;由于人在点6和点10处都处于静止状态,点8到点10的图形和
点6到点8的图形与F 500N横线所围的面积都表示合力的冲量大小,根据动量定理
可知这两个面积大小相等,D正确。
9.答案:BD
解析:如图所示,由几何知识可知,所有光线经过AD边折射后在正方形玻璃砖中的
sini 2 3 2 6
传播路程均相等,由n 可知,光程为s nL 2AF 2 a a,B
sinr 3 3
3 2 2 6
正确;两束平行光的宽度为d CFcos451 a a,
1 3 2 2 6
3 2 6
d CEcos45 a a,D正确。
2 3 2 6
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10.答案:CD
解析:设两点电荷之间的距离为4L,乙所带的电荷量为 Q,由库仑定律可知,甲在A
kq
点产生的电场强度水平向右,大小为E ,A点的电场强度为0,则乙在A点产生
1 L2
kQ
的电场强度水平向左,大小为E ,有E E ,解得Q9q,A错误;甲在
2 (3L)2 1 2
kq kq
B、C两点产生的电场强度水平向右,大小分别为E 、E ,乙在
B甲 (2L)2 C甲 (3L)2
9kq 9kq
B、C两点产生的电场强度水平向左,大小分别为E 、E ,则B点的
B乙 (2L)2 C乙 L2
2kq 80kq
电场强度大小为E E E ,C点的电场强度大小为E E E ,
B B乙 B甲 L2 C C乙 C甲 9L2
E 9
则B、C两点电场强度大小之比为 B ,B错误;BG段,两点电荷产生的合电场
E 40
C
均有从B指向G的分量,没电场线方向电势逐渐隆低,则B点的电势比G点的电势高,C
正确;由以上分析可知BC段的电场强度方向水平向左,则电子在该段所受的电场力
方向水平向右,电子由C到B的过程中电场力做负功,电势能逐渐增大,则电子在B
点的电势能大于在C点的电势能,又B点的电势比G点的电势高,则电子在G点的电
势能大于电子在B点的电势能,综上可得电子在G点的电势能大于在C点的电势能,
D正确。
4πr3g
11.答案:(1)
3k
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(2)39.85
(3)4.0103; f kv2
解析:(1)从题中所给条件“vt图像趋于一条水平的渐近线”可知小球运动末期近
4πr3
似匀速,所受重力与阻力大小相等,方向相反,小球的体积V ,且有Vg kv ,
3 f
4πr3g
整理得v ;(2)由游标卡尺的读数规则可知
f 3k
1
d 39mm17 mm39.85mm;(3)根据 f 6πrv mg,解得
20 f
v 4.0103 m/s,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
f
f kv2。
12.答案:(1)见解析(2)见解析(3)2.78(4)18.9(18.8~19.0均可)(5)能完
成实验,理由见解析
解析:(1)实物图连线如图所示。
(2)U I 图线如图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律U EIr 可知,图中纵截距为电源电动势,则
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E 2.78V。
(4)取题图中最左边描的点,读出其坐标为(29 mA,2.74 V),此时5个电阻R 全
0
1 2.74V
部接入电路,路端电压最大,则R 18.9。
0 5 29103 A
(5)能完成实验。根据闭合电路欧姆定律U EIr 可知,U I 图线斜率的绝对值为
内阻 r,纵截距为电动势 E,定值电阻阻值的改变并不影响U I 图线的斜率与纵截距,
且实验时电流表与电压表的示数都在量程范围内,故该同学能完成实验。
13.答案:(1)40.18 m
(2)放热
解析:(1)玻璃管在海面上平衡时,其浮力等于重力,设管内、外液面高度差为h,
管内空气压强为 p ,
1
有mg Shg,得h0.2m,
p p gh1.02105 Pa
1 0
选管内空气柱为研究对象,
初状态有 p 1.02105 Pa,体积V L hS,T 300K,
1 1 1 1
末状态有 p p gh,体积V L S,T 290K,
2 0 2 2 2
pV pV
根据理想气体状态方程,有 1 1 2 2 ,
T T
1 2
海水的深度H hL ,
3
解得H 40.18m。
(2)到达某位置时手对玻璃管的作用力恰好为零,此时浮力等于玻璃管重力,松手后
玻璃管悬停在水中,不会浮出水面
下潜过程中,温度降低,管内空气内能减小,管内空气体积减小,外界对空气做正功,
根据热力学第一定律,ΔU W Q,则Q0,即放热。
2 1
14.答案:(1) 2gLsin; 2gLsin
3 3
(2)8L
解析:(1)由牛顿第二定律得,滑块B的加速度为a gsin
两滑块第一次碰撞前瞬间,滑块B的速度为v 2aL 2gLsin
0
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设两滑块第一次碰撞后瞬间,滑块A和滑块B的速度大小分别为v、v ,则有
1 2
1 1 1
m v m v m v , m v2 m v2 m v2
B 0 A 1 B 2 2 B 0 2 A 1 2 B 2
2 1
联立得v 2gLsin,v 2gLsin
1 3 2 3
(2)对于滑块A,由平衡条件得m gsin f
A
1
两滑块第一次碰撞到第二次碰撞,有x vt v t at2
12 112 2 12 2 12
4v2 8L
解得x 0
12 3a 3
2
设两滑块第二次碰撞前瞬间,滑块A和滑块B的速度分别为v、v ,则有v v v
3 4 3 1 3 0
v v at
4 2 12
设两滑块第二次碰撞后瞬间,滑块A和滑块B的速度分别为v、v ,则有
5 6
m v m v m v m v
A 3 B 4 A 5 B 6
1 1 1 1
m v2 m v2 m v2 m v2
2 A 3 2 B 4 2 A 5 2 B 6
1
两滑块第二次碰撞到第三次碰撞,有x v t v t at2
23 5 23 6 23 2 23
8v2 16L
联立解得x 0
23 3a 3
两滑块第一次碰撞到第三次碰撞时间内,滑块A运动的位移为x x x 8L
A 12 23
15.答案:(1)5m/s2;24 m/s
(2)0.2 J;0.2 C
解析:(1)重物牵动金属框向左加速,金属框切割磁感线产生感应电动势,回路产生
俯视沿顺时针方向的电流,金属棒gh受安培力向左加速,设框和棒的速度分别为
v、v ,则回路中的感应电动势E Bdv v ①
1 2 1 2
E
回路中的电流I ②
2R
对重物,根据牛顿第二定律有MgT Ma ③
1
对金属框,根据牛顿第二定律有T BId ma ④
1
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联立③④得MgBId (M m)a ,
1
对金属棒gh,根据牛顿第二定律有BId ma ⑤
2
开始时a a ,v v 增大,E增大,I增大,a 减小,a 增大,直至a a ,达到稳
1 2 1 2 1 2 1 2
定状态,然后二者以共同的加速度做匀加速直线运动。重物着地时,设金属框和金属
棒共同的加速度为a,有Mg (M 2m)a,
解得a 5m/s2⑥
B2d2v v
此时由①②⑤式得 1 2 ma,
2R
解得此时金属框和金属棒的速度差v v 4m/s⑦
1 2
(2)金属框和棒系统动量守恒,最终达到相同速度v,金属框和金属棒上产生的热量
相同。
mv mv 2mv⑧
1 2
1 1 1
mv2 mv2 2mv2 2Q⑨
2 1 2 2 2
解得Q0.2J⑩
设这段过程流过金属棒的平均电流为I ,由动量定理得BdIt mvv ⑪
2
这段过程流过金属棒的电荷量q It ⑫
解得q0.2C⑬
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