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上海市2024物理等级考模拟卷7（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．太空行走（25分）
太空行走（Walking in space）又称为出舱活动。是载人航天的一项关键技术，是载人航天
工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。
要实现太空行走这一目标，需要诸多的特殊技术保障，蕴含丰富的物理原理。
1．如图所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为 和 ，他们携手远离空
间站，相对空间站的速度为 。A将B向空间站方向轻推后，A的速度变为 ，
下列说法正确的是（ ）（3分）
A．研究A、B相对空间站的速度是以地球为参考系
B．A将B向空间站方向轻推的过程中，不能认为A、B组成的系统动量守恒
C．A将B向空间站方向轻推后，B的速率为 ，方向指向空间站
D．若A将B向空间站方向轻推的作用时间为 ，则A、B互相作用的平均力为
E．空间站围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
【解析】1．A.研究A、B相对空间站的速度是以空间站为参考系，故A错误；
BC．A将B向空间站方向轻推的过程中，A、B组成系统动量守恒，由动量守恒定律有
解得
方向远离空间站，故BC错误；
D．根据题意，对A由动量定理有解得
故D正确；
E.空间站围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，故E正确。
故选DE。
2．若某次宇航员离开空间站太空行走时，连同装备共 ，在离飞船 的位置与空间
站处于相对静止的状态，装备中有一个高压气源，能以 的速度喷出气体，为了能在
内返回空间站，请推导计算需要在开始返回的瞬间至少一次性向后喷出气体的质量
（不计喷出气体后航天员和装备质量的变化）？（4分）
【解析】2．根据题意可知，能在 之内返回，则返回时的速度为
根据动量守恒定律，设至少一次性向后喷出气体的质量是 ，以返回空间站的速度为正
方向，则有
解得
3．在空间站进行实验可以克服来自地球磁场及电场的干扰，使得物理现象更为准确和明显。
为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。在图中，L为自感系数较大的
电感线圈，且电阻不计；AB为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动
势。则（ ）（3分）
A．合上K的瞬间，A先亮，B后亮
B．合上K的瞬间，A、B同时亮
C．断开K以后，B变得更亮，A缓慢熄灭
D．断开K后，A熄灭，B重新亮后再熄灭【解析】3．AB．合上 的瞬间，由于电感在线圈中电流发生变化时会产生一种阻碍作用，
则电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，故A错误，B正确；
CD．断开K，A灯立即熄灭，由于线圈 中电流逐渐减小，产生一个与电流同向的自感电
动势，感应电流流过B灯，则B闪亮一下后熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
4．宇航员在空间站内进行了自主发电，利用自主发电机给空间站内用电器供电进行尝试，
设计原理图如下，升压和降压线圈匝数n均为理想变压器；发电机的输出功率 ，
发电机的电压 ，经变压器升压后输电，输电线总电阻 ，在用户端用降压
变压器把电压降为 ，空间站输电线上损失的功率 ，请完成下表参数值。
（5分）
【解析】4．[1]由公式 可得
[2]根据公式 可得
[3]根据题意可知，用户得到的功率为
则有
[4][5]由理想变压器电流与线圈匝数关系有5．2022年4月16日神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆，已知地球半径为 ，地球表面
重力加速度为 。总质量为 的空间站绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，距地球表面
高度为 ，阻力忽略不计。(10分)
（1）若万有引力常量为 ，求证地球质量 （2分）
（2）该空间站绕地球匀速圆周运动的动能 ；（3分）
（3）物体间由于存在万有引力而具有的势能称为引力势能。若取两物体相距无穷远时引力
势能为0，质点 和 的距离为r时，其引力势能为 。假设空间站为避免与
其它飞行物相撞，将从原轨道转移到距地球表面高为 的新圆周轨道上，则该转移至少
需要提供多少额外的能量；（5分）
【解析】5．（1）根据万有引力等于重力有
解得
（2）根据万有引力提供向心力有
联立解得
则动能为（3）根据题意，结合（2）分析可知，动能减小量为
由 和 可得，势能增加量为
由能量守恒定律可知，该转移至少需要提供额外的能量
二．电能的运用（26分）
电能的应用遍及于生产和生活的各个方面，为了获得和利用电能，人们制造了发电机并通
过传输线路将电能传输到工厂、学校、家庭…。
1．发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置；下列实验装置中与发电机原理
相同的是（ ）（3分）
A． B．
C． D．
【解析】1．A．通电导体在磁场中受到安培力作用，不是电磁感应现象，故A错误；
B．闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，是电磁感应现象，故B正确；
C．通电线圈在磁场中转动，不是电磁感应现象，故C错误；
D．通电螺线管周围产生磁场，是电流的磁效应，故D错误。
故选B。
2．如图为两种不同的发电机结构示意图。图（a）为置于两个磁极间可绕水平轴转动的金
属圆盘，其中心与边缘各与一个电刷接触，通过手柄使圆盘转动时可在回路中产生电流：
图（b）为位于两磁极间的导体线圈，当其绕图中虚线轴转动时也能产生电流。
（1）说明这两种结构发电机共同的发电原理和输出电流特性。 、 （ 3 分）
（2）若将图（a）中半径为R的圆盘整体位于方向与盘面垂直，磁感应强度大小为B的均
匀磁场中，当圆盘以恒定角速度ω旋转时，与其接触的两电刷间的电动势E= 。（2
分）
【解析】2．（1）[1][2]这两种结构发电机共同的发电原理是穿过闭合线圈的磁通量发生变
化，a图发电机产生稳定的电流，b图发电机产生周期性变化的电流；
（2）[3]两电刷间的电动势为
3．交流电技术使高压输电成为现实，家庭电路所使用的就是电压为220V，频率为50Hz的
正弦交流电，其电压随时间的变化规律如图所示。图中U = V，Δt=t-t= s。该
m 2 1
交变电压的表达式为 。（6分）【解析】3．[1][2][3]根据题意，电压的有效值为220V，所以
所以
4．变压器是远距离输电不可或缺的设备。
（1）变压器的基本结构如图所示，在理想变压器中铁芯的作用是 ；理想变压器的输
入功率和输出功率之比为 。（4分）
（2）变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度的方
向平行，这是为了减小铁芯中产生的 。（2分）
【解析】4．（1）[1]在理想变压器中铁芯的作用是减小磁场的损失；
[2]理想变压器没有能量损失，所以输入功率和输出功率之比为1:1；
（2）[3]变压器的铁芯由相互绝缘的多层硅钢片叠加而成，并使硅钢片平面与磁感应强度
的方向平行，这是为了减小铁芯中产生的涡流。
5．如图，发电机的输出功率P=100kW，电压U=250V，经理想变压器升压后向用户输电，
1
输电线总电阻R=8Ω，在输电线上损失的功率P=5kW，在用户端再利用理想变压器将电压
0降为U=220V。求：
2
（1）输电线路中的电流I；（2分）
（2）两个变压器的匝数比 =？ =？（4分）
【解析】5．（1）根据题意有
代入数据解得
（2）由于理想变压器输入功率等于输出功率，所以
联立解得
同理
解得
三．纳米材料（16分）
纳米材料具有高强度、高导电性等特性，生活中应用已经较为广泛。
1．纳米晶体指纳米尺度上的晶体，下列描述正确的是（ ）（2分）
A．晶体与非晶体间不可以相互转化B．同种元素的原子可以组成不同的空间点阵
C．纳米单晶沿不同方向的物理性质不同
D．单晶体在溶化中分子势能减小
【解析】1．A．晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的，例如天然石英是晶体，熔
融过的石英却是非晶体，A错误；
B．同种元素构成的不同晶体叫同素异形体，由于分子结构不同，所以物理性质不同。B正
确；
C．由于单晶体在不同方向上，物质微粒的排列情况不同，所以单晶体在物理性质上表现
为各项异性，C正确；
D．单晶体在溶化中，若分子间距大于平衡间距，则分子势能增大，D错误。
故选BC。
2．纳米防水涂层厚度约为 ，若以 为单位，其厚度数量级的范围是 。
（2分）
涂层的防水性是一种不浸润现象，从微观角度来分析，其原因是：（4分）
①
②
【解析】2．[1]厚度数量级的范围是10-10~10-6。
[2][3]不浸润现象的围观原因为
①附着层受到液体内部分子的引力比较强，附着层里就会有部分分子进入液体内部，附着
层里的分子就比液体内部稀疏。
②附着层里出现跟表面张力相似的收缩力。
3．分子间相互作用力在纳米尺度内存在，设想将两个孤立的视作球形的分子由紧挨着释放，
分子势能 ，两分子系统的动能 。（均选填：“增大”“减小”、“先增大后
减小”或“先减小后增大”）（4分）
【解析】3．两分子在斥力作用下远离，随着间距增加，分子势能先减小后增大，分子动能
先增大后减小。
4．纳米机器人能用于肿瘤靶向治疗。通过分解过氧化氢释放气体（可看作理想气体）产生
动力。若某一气泡温度初始压强为p，体积为V，在运动过程中保持温度不变，体积膨胀了
，则此时气泡内压强变为 ，此过程中气体将 热量（选填：“吸收”、
“放出”或“既不吸收也不放出”）。（4分）【解析】4．根据
此时气泡内压强变为
由于温度不变，则内能不变，气体对外做功，则此过程中气体将吸收热量。
四．核电（15分）
核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一
流水平。我国第四代反应堆—钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破，该反应堆
以钍 为核燃料。钍 俘获一个中子后，经过若干次β衰变转化成铀 。铀233
的一种典型裂变产物是钡 和氪 ，同时释放巨大能量。铀核裂变的核反应方程为
。
1．核能的利用离不开人类对微观世界的不断探索。下图表示了科学家对原子认识的演变史，
下列说法正确的是（多选）（ ）（4分）
A．汤姆孙基于道尔顿的实心小球模型和电子的发现事实建构了枣糕模型
B．卢瑟福建构的行星模型不仅揭示了原子内存在原子核而且揭示了原子核的组成结构
C．玻尔基于行星模型和氢原子光谱的实验规律建构了氢原子模型并做了有限推广
D．基于量子理论建构的电子云模型完全否定了玻尔模型的正确性及其科学研究价值【解析】1．A．汤姆孙基于道尔顿的实心小球模型和电子的发现事实建构了枣糕模型，也
叫西瓜模型，故A正确；
B．卢瑟福建构的行星模型揭示了原子内存在原子核，但是并没有揭示原子核内部的组成
结构，故B错误；
C．玻尔基于行星模型和氢原子光谱的实验规律建构了氢原子模型并做了有限推广，该模
型对于氢原子以为的原子不成立，故C正确；
D．基于量子理论建构的电子云模型并没有完全否定玻尔模型的正确性及其科学研究价值，
故D错误；
故选AC。
2．下列说法正确的是（单选）（ ）（2分）
A．铀233、铀235、铀238化学性质相同
B．铀233、铀235、铀238的半衰期相同
C．铀核裂变后，核子的比结合能减小
D．此反应堆的增殖因数f=3
【解析】2．A．铀233、铀235、铀238是铀的同位素，核外电子数相等，则化学性质相
同，故A正确；
B．铀233、铀235、铀238的原子核内的核子数不相等，他们的半衰期不相同，故B错误；
C．铀核裂变后，新核更加稳定，则新核的核子的比结合能增大，故C错误；
D．钍 俘获一个中子后，经过若干次β衰变转化成铀 ，根据质量数与电荷数守恒
有
由于
由于增殖因数是指反应堆中新生一代的中子数与产生它的直属上一代中子数之比，可知此
反应堆的增殖因数
故D错误。
故选A。
3．已知铀核233的质量为 ，钡核142的质量为 ，氪核89的质量为 ，质子的质量为 ，中子的质量为 ，真空中光速为c，则此铀核裂变一次释放的能量E= 。（2
分）
【解析】3．铀核裂变一次的质量亏损为
根据质能方程可知，铀核裂变一次释放的能量
解得
4．天然放射性元素钍 经过一系列α衰变和β衰变之后，变成铅 ，则铅208比钍
232少 个中子；此衰变过程中共有 次α衰变和 次β衰变。（3分）
【解析】4．[1]铅208的中子数为
208-82=126
钍232的中子数为
232-90=142
则则铅208比钍232的中子数目少
142-126=16
[2][3]天然放射性元素钍 经过一系列α衰变和β衰变之后，变成铅 ，令其核反应
方程为
根据质量数与电荷数守恒有
，
解得
，
即此衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变。
5．钍232的半衰期为140亿年，若一块矿石中含有2kg钍232，发生衰变的钍232均变成
了铅208，则经过70亿年还剩下 kg钍232，生成了 kg铅208。（结果保留2
位有效数字）（4分）
【解析】5．[1]钍232的半衰期为140亿年，经过70亿年,根据半衰期的规律有[2]发生衰变的钍232均变成了铅208，钍232的质量与铅208的质量之比近似等于两原子
核的核子数之比，则有
解得
五．蹦极（18分）
蹦极就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运
动。下图为蹦极运动的示意图。弹性绳的一端固定在O点，另一端和运动员相连。人重
60kg。运动员从距离地面45m的高台子站立着从O点自由下落，到B点弹性绳自然伸直，
C点加速度为零，D为最低点，然后弹起。运动员可视为质点，不计弹性绳的质量，整个
过程中忽略空气阻力。
1 关于运动员从O到B的运动，下列说法中正确的是（ ）（2分）
A. 匀速直线运 B. 匀加速直线运动 C. 匀减速直线运动 D. 变加速
直线运动
【解析】1.从O到B的，弹性绳自然伸直，没有拉力，只受重力，因此做匀加速直线运动；
2. 运动员从 的过程中（ ）（2分）的
A. 过程，运动员处于超重状态
B. 的过程，运动员处于失重状态
C. 运动员减少的重力势能等于弹性绳增加的弹性势能
D. 的过程，运动员做加速度增加的减速运动
【解析】2. 的过程，运动员处于失重， 的过程，运动员处于超重状态，
运动员减少的重力势能等于弹性绳增加的弹性势能和运动员的动能， 的过
程，弹力大于重力，合力竖直向上，运动员做加速度增加的减速运动。
3. 同学蹦极过程中使用的弹性绳不计质量。分析在误差允许范围内，弹性绳产生的弹力遵
循胡克定律。假设弹性绳索长20m，劲度系数为1000N/m。由此可以得到C点与O点的距
离是（ ）（ ）（3分）
A. 26m B. 26cm C. D.
【解析】3.根据胡克定律可得
解得
因此C点与O点的距离是20.6m。
4. 同学进一步对弹性绳的弹力进行了探究。他猜想弹性绳在拉伸过程中弹力与形变量的关
系可能满足胡克定律，为了验证猜想进行了一些实验，他选取一根弹性绳，弹性绳的劲度
系数都很小。用一小量程弹簧测力计和刻度尺分别测量弹性绳的弹力与总长度，记下它每
一次的长度L及对应的拉力大小F，并在坐标纸上描出如图所示的图像。（1）由图可知，在误差允许范围内可得到的实验结论是：________。（5分）
（2）该弹性绳的劲度系数 ________N/m，原长 ________cm。（结果均保留三位有效
数字）（6分）
【解析】4．[1]由图像可知，绳长越长弹力越大，因此弹性绳的弹力大小与弹性绳的长度
成正相关；
[2]根据胡克定律可得
解得
[3]由图可知
解得
