文档内容
上海市 2024 年等级考物理试卷模拟卷 3（解析）
考生注意：
1．试卷满分100分，考试时间60分钟。
2．本考试分设试卷和答题纸。
3．答题前，务必在答题纸上填写姓名、学校、准考证号，并将核对后的条形码贴在指
定位置上。作答必须涂或写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。全部试题的作答必须
写在答题纸上与试卷题号对应的位置。
一、天宫空间站（19分）
北京时间2022年11月29日搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉
卫星发射中心点火发射，取得圆满成功。飞船入轨后，与空间站组合体进行自主快速交会
对接，神舟十五号乘组与神舟十四号乘组进行在轨轮换。北京时间2022年12月31日，中
国国家主席习近平在新年贺词中宣布，“中国空间站全面建成”。
1. 运载火箭的发射速度需（ ）
A. 小于第一宇宙速度
B. 大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度
C. 大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度
D. 大于第三宇宙速度
【1题详解】
第一宇宙速度是卫星绕地球表面运行的最大速度，是火箭发射的最小速度，达到第二宇宙
卫星将离开地球，所以运载火箭的发射速度需大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度。
故选B。
2. 天宫空间站绕地球运行近似可以看做匀速圆周运动，在天宫空间站运行的过程中，下列
哪个物理量保持不变（ ）
A. 线速度 B. 角速度 C. 加速度 D. 合外力
【2题详解】
天宫空间站绕地球运行近似可以看做匀速圆周运动，线速度、加速度和合外力 大的小不变
方向不断发生变化，角速度不变。故选B。
3. 航天员在太空舱中工作生活时，处于“完全失重”状态。下列哪种状态也是处于“完全失
重状态”（ ）
A. 坐在高速旋转的离心机座舱内 B. 坐在东方明珠的旋转餐厅中
C. 跳水运动员从十米高台上跳下 D. 伞兵打开降落伞从高空降落
【3题详解】
A．坐在高速旋转的离心机座舱内，受到座舱对人的支持力和重力，不属于完全失重，故
A错误；
B．坐在东方明珠的旋转餐厅中，座椅对人的支持力和重力相等，故B错误；
C．跳水运动员从十米高台上跳下，只受重力，属于完全失重，故C正确；
D．伞兵打开降落伞从高空降落，受到重力和降落伞的拉力，不属于完全失重，故D错误。
故选C。
的
4. 在运载火箭火发射升空 过程中，下列表述正确的是（ ）
A. 火箭重力势能增加，重力可能做正功 B. 火箭动能增加，所受合外力可能
不做功
C. 火箭机械能一定守恒 D. 火箭动量一定增加
【4题详解】
A．在运载火箭火发射升空的过程中，火箭重力势能增加，重力做负功，故A错误；
B．火箭动能增加，根据动能定理可知所受合外力不可能不做功，故B错误；
C．火箭在发射升空的过程中，动能和势能都增加，机械能不守恒，故C错误；
D．火箭所受合外力的冲量大于零，根据动量定理可知动量一定增加，故D正确。
故选D。
5. 仅考虑狭义相对论效应，在高速飞行的火箭里的时钟走过10s，理论上在地面的观测者
测得的时间（ ）
A. 大于10s B. 小于10s C. 等于10s D. 都有可能
【5题详解】
根据狭义相对论时空观的公式
可知地面的观测者测得的时间比在高速飞行的火箭里观测的时间长。故选A。
6. 神舟十五号载人飞船总重量约为8吨，在点火后的前8秒内从静止加速至44m/s。飞船
所受合外力总冲量为________kg·m/s，合外力做功为________J。
【6题详解】
火箭的加速度为
火箭受到的合外力为
飞船所受合外力总冲量为
根据动能定理有
二．气体实验
7. 在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后
两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积V和压强p的测量值，
并通过计算机拟合得到如图（b）所示两组p-V图线。
（1）实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了________________，为检验
气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可将图线转化为________图线；
【详解】（1）[1] 实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了控制气体的温
度不发生变化。
[2] 根据理想气体状态方程可得
或
为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，能较直观的判定该关系，可将图线转化
为 或 图像。
（2）两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是
________（多选）。
A. 两组实验环境温度不同 B. 两组封闭气体的质量不同
C. 某组器材的气密性不佳 D. 某组实验中活塞移动太快
（解析）(2）[3]AB．根据 ，由曲线可知对于同一V值所对应的p值不同，故两
组注射器内气体的p与V的乘积不相等，可知当气体质量一定时，若两组实验环境温度 T
不同， pV乘积不等；同理，当两组封闭气体的质量不同时，pV乘积不等，故AB正确；
CD．若某组器材的气密性不佳，在实验中会漏气，气体质量会持续变化，此时不可能得到
反比例关系图线；同理，若某组实验中活塞移动太快，会使注射器内封闭气体的温度不断
变化，此时图线也不可能符合反比例关系，故CD错误。
故选AB。
（3）某小组缓慢推活塞进行实验得到了数据图像①，验证了“玻意耳定律”，请从分子动
理论的角度解释这个过程：________________。在这个过程中，理想气体________（选填
“吸热”、“放热”或 “无热交换”）。
解析：[4]一定质量的理想气体，其分子总数是一个定值，当温度保持不变时，则分子的平
均速率也保持不变，当其体积增大几倍时，则单位体积内的分子数变为原来的几分之一，
因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大
几倍，即压强与体积成反比，这就是玻意耳定律。
[5]缓慢推活塞，气体体积减小，外界对气体做功，而温度保持不变则气体内能不变，故
气体放热。
三、风洞实验
风洞是人工产生和控制的气流，用以模拟飞行器或物体周围气体的流动，在风力作用的正对面积不变时，风力 （v为风速）。
8. 如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验，风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上
“托起”。此过程中（ ）
A. 人被向上“托起”时处于超重状态
B. 地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对平衡力
C. 人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力
D. 人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小
【8题详解】
A．人被加速向上“托起”，即气流对人向上的作用力大于人所受的重力，由牛顿第三定
律可知人对气流的作用力大于人所受的重力，根据定义，人处于超重状态，故A正确；
B．地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对相互作用力，故B错误；
C．人受到的重力和人受到气流的力作用于同一物体（即人），不是一对作用力与反作用
力，故C错误；
D．人被加速向上“托起”， 人受到的重力大小小于气流对人的作用力大小，故D错误。
故选A。
9. 体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中（ ）
A. 失重且机械能增加 B. 失重且机械能减少
C. 超重且机械能增加 D. 超重且机械能减少
【9题详解】
体验者加速下落，加速度竖直向下，处于失重状态，下落过程中空气阻力做负功，机械能
减小。
故选B。
10. 如图1所示，高 ，直径 的透明“垂直风洞”。在本次风洞飞行上升表
演中，表演者的质量 ，为提高表演的观赏性，控制风速v与表演者上升的高度h间的关系如图2所示， 。设想：表演者开始静卧于 处，再打开气流，请
描述表演者从最低点到最高点的受力情况和运动状态：________________。
【10题详解】
由（4）（5）可知表演者先做加速度之间减小的加速运动，在做加速度逐渐增大的减速运
动。
11. 在上一题基础上，表演者上升达到最大速度时的高度 ________m；
【11题详解】
由图可知
则风力
表演者在上升过程中的最大速度 时有
联立解得
12. 表演者上升能达到的最大高度 ________m。【12题详解】
根据动能定理
由（4）可知风力与 成线性关系，风力做功
联立解得
四、电磁炮（15分）
“电磁炮”（如图甲）是利用电磁力对弹体加速的新型武器，如图乙所示是“电磁炮”的原理
结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L=0.2m。在导轨间有竖直向上的匀强
磁场，磁感应强度B=1×102T，“电磁炮”的弹体总质量m=0.2kg，其中弹体在轨道间的电阻
R=0.4Ω，电源的内阻r=0.6Ω，电源能为加速弹体提供的电流I=4×103A，不计弹体在运动中
产生的感应电动势和空气阻力。
13. 在某次试验发射过程中，弹体所受安培力大小为________N；弹体从静止加速到
4km/s，轨道至少要________m；
【13题详解】
[1]根据安培力表达式
解得
[2]根据牛顿第二定律可得根据位移与速度之间的关系可得
联立解得
14. 电磁炮的发射需要大量的电能瞬间释放，这些电能需要电容器来储存，这就需要对电
容器先充电。如图所示，导轨的左端连接电容C=5×10-2F的电容器，开关S先接1，使电容
器充电，电压充到为U 时将开关S接至2，炮弹受安培力作用开始向右加速运动。直流电
0
源的a端为________（选填“正极”、“负极”或“可正可负”）；
【14题详解】
由于炮弹受到安培力向右，根据左手定则可知电流方向自下而上可得a端为负极；
15. 以下分析正确的是（ ）
A. 强迫储能器上端为正极
的
B. 飞机 质量越大，离开弹射器时的动能一定越大
C. 强迫储能器储存的能量越多，飞机被加速的时间一定越长
D. 平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小
【15题详解】
A．由于炮弹受到安培力向右，根据左手定则可知电流方向自下而上，强迫储能器下端为
正极，故A错误；
B．飞机离开弹射器的动能由强迫储能器储存的能量转化而来，与飞机质量无关，故B错
误；
C．强迫储能器储存的能量转化为飞机的初动能，强迫储能器储存的能量越多，飞机初动
能就越大，加速时间越短，故C错误；
D．根据
可知当L减小，安培力减小，合外力减小，加速度减小，故D正确。故选D。
16. 充电过程中电容器两极板间的电压u随电容器所带电荷量q发生变化。请在图中画出
u-q图像。
【16题详解】
根据电容器表达式
可得 图像
17. 由上图可知，充完电后电容器的电压为________V；并可以借助图像求出稳定后电容器
储存的能量为________J。
【17题详解】充完电后电容器的电压根据欧姆定理可得
解得
图像面积表示稳定后电容器储存的能量
电容定义式
联立可得解得
五、电磁感应综合
18. 如图（a），竖直放置足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距L=1m，上端用阻值为
R=10Ω的电阻相连。整个装置处于磁感应强度B=1T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平
面向内。质量为m=0.5kg，电阻不计的金属棒ab从轨道底部以v=10m/s开始竖直向上运动，
0
然后又向下返回直至匀速运动。运动过程中ab始终与导轨垂直且良好接触，空气阻力不计。
求：
（1）ab刚开始运动时R中的电流大小和方向；
（2）ab刚开始运动时的加速度a 和匀速下滑时的速度v；
0 1
的
（3）比较ab上升过程 时间t 与下落返回至出发点的时间t 的长短；
上 下
（4）以ab的出发点为原点，竖直向上建立x轴，若ab在上升过程中的v-x图像如图（b）
所示，求图像与坐标轴所包围的面积S。
【解析】
【详解】（1）棒 在磁场中运动产生的动生电动势为
流过电阻 的电流强度为：
电流方向由左向右
（2）对初始时刻 进行受力分析：根据牛顿第二定律得
其中
代入数据解得
方向竖直向下；
对匀速下滑时的 进行受力分析，如图所示
由受力平衡的条件得
电动势为
电流为
代入数据解得
（3）由于在上升和下降过程中安培力一直做负功，所以上升和下降经过同一位置时，上升
的速度大于下降的速度，可知上升过程的平均速度大于下降过程的平均速度，而上升和下降的位移大小相同，根据
可得
（4）由能量守恒知道， 的初动能在上升过程中转化为 重力势能的增量和电阻 产
生的焦耳热，即
代入数据解得
由功能关系知，物体克服安培力做功等于电能的增加量，也就是全电路的焦耳热，即
克服安培力做功大小即为 图中曲线和坐标轴所围成的面积，而安培力大小为
每时每刻都是速度 的 倍，因此 图中曲线和坐标轴所围成的面积是 图与
坐标轴所包围的面积S的 倍，那么
可得
