2024年上海市普通高中学业水平等级考试物理试题（网络回忆版）

物质性质实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一，也是物理学研究的重要方法。

【答案与解析】

本块为物质性质主题背景说明

1．通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为（　　）2．验证气体体积随温度变化关系的实验装置如图所示，用支架将封有一定质量气体的注射器和温度传感器固定在盛有热水的烧杯中。实验过程中，随着水温的缓慢下降，记录多组气体温度和体积的数据。

（1）不考虑漏气因素，符合理论预期的图线是＿＿＿＿

A． B．

C． D．

（2）下列有助于减小实验误差的操作是＿＿＿＿

A．实验前测量并记录环境温度 B．实验前测量并记录大气压强

C．待温度读数完全稳定后才记录数据 D．测量过程中保持水面高于活塞下端

A． $10^{-15}\mathrm{m}$

B． $10^{-12}\mathrm{m}$

C． $10^{-9}\mathrm{m}$

D． $10^{-6}\mathrm{m}$

【答案与解析】

油酸分子直径数量级约为 $10^{-9}\mathrm{m}$ ，选C。气体作等压变化，由盖–吕萨克定律 $V\propto T$ ， $V\!-\!T$ 图线为过原点的倾斜直线，故(1)选A；为减小实验误差应使封闭气体始终浸没于水中、均匀受热，故选D。
汽车智能化我国的汽车智能化技术发展迅猛。各类车载雷达是汽车自主感知系统的重要组成部分。汽车在检测到事故风险后，通过自主决策和自主控制及时采取措施，提高了安全性。

【答案与解析】

本块为汽车智能化主题背景说明

3．车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　）4．一辆质量 $m=2.0\times10^{3}\mathrm{kg}$ 的汽车，以 $v=36\mathrm{km/h}$ 的速度在平直路面上匀速行驶，此过程中发动机功率 $P_{1}=6.0\mathrm{kW}$ ，汽车受到的阻力大小为＿＿＿＿N。当车载雷达探测到前方有障碍物时，主动刹车系统立即撤去发动机驱动力，同时施加制动力使车辆减速。在刚进入制动状态的瞬间，系统提供的制动功率 $P_2=48\mathrm{kW}$ ，此时汽车的制动力大小为＿＿＿＿N，加速度大小为＿＿＿＿ $\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}$ 。（不计传动装置和热损耗造成的能量损失）

A．仅激光是横波

B．激光与超声波都是横波

C．仅超声波是横波

D．激光与超声波都不是横波

【答案与解析】

匀速行驶时阻力 $f=P_1/v=6000/10=600\mathrm{N}$ ；刚进入制动瞬间，制动力 $F=P_2/v=48000/10=4800\mathrm{N}$ ，合外力 $F_{\text{合}}=4800+600=5400\mathrm{N}$ ，加速度 $a=F_{\text{合}}/m=5400/2000=2.7\mathrm{m/s^2}$ 。激光为电磁波属于横波，超声波为机械波属于纵波，仅激光是横波，故选A。
神秘的光光的行为曾令物理学家感到困惑。双缝干涉、光电效应等具有里程碑意义的实验。逐渐揭开了光的神秘面纱。人类对光的认识不断深入，引发了具有深远意义的物理学革命。

【答案与解析】

本块为神秘的光主题背景说明

5．在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，双缝间距为d，双缝到光强分布传感器距离为L。（1）实验时测得N条暗条纹间距为D，则激光器发出的光波波长为＿＿＿＿。

A． $\frac{Dd}{NL} B$ ． $\frac{Dd}{(N-1)L} C$ ． $\frac{DL}{Nd} D$ ． $\frac{DL}{(N-1)d}$

（2）在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片时相比＿＿＿＿

A．增加 B．不变 C．减小

（3）移去偏振片，将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有＿＿＿＿（多选）

A．减小缝宽 B．使单缝靠近传感器

C．增大缝宽 D．使单缝远离传感器

【答案与解析】

（1） $N$ 条暗条纹间距 $\mathrm{D}$ 包含 $N-1$ 个条纹间距， $\Delta x=D/(N-1)$ ，又 $\Delta x=L\lambda/d$ ，故 $\lambda=Dd/((N-1)L)$ ，填B。（2）偏振片只改变光的振动方向，不改变波长，故条纹间距不变，填B。（3）单缝衍射中央亮纹宽度 $\Delta x_0=2L\lambda/a$ ，减小缝宽 $a$ 或使单缝远离传感器（增大 $L$ ）均使中央亮纹变宽，填AD。

6．某紫外激光波长为 $\lambda$ ，其单个光子能量为＿＿＿＿。若用该激光做光电效应实验，所用光电材料的截止频率为 $v_{0}$ ，则逸出光电子的最大初动能为＿＿＿＿。（普朗克常量为h，真空中光速为c）

【答案与解析】

单个光子能量 $E=h\nu=hc/\lambda$ ；由光电效应方程，逸出光电子的最大初动能 $E_{\mathrm{k}}=h\nu-W_0=hc/\lambda-h\nu_0$ 。
引力场中的运动包括太阳、地球在内的所有物体都会在其周围产生引力场。在不同尺度的空间，引力场中的物体运动具有不同的表象。牛顿揭示了苹果下落和行星运动共同的物理机制。意味着天上的物理和地上的物理是一样的，物理规律的普适性反映了一种简单的美。

【答案与解析】

本块为引力场中的运动主题背景说明

7．如图，小球a通过轻质细线Ⅰ，Ⅱ悬挂，处于静止状态。线Ⅰ长 $l=0.5\mathrm{m}$ ，Ⅰ上端固定于离地 $H=2.1\mathrm{m}$ 的O点，与竖直方向之间夹角 $\theta=37^{\circ}$ ；线Ⅱ保持水平。O点正下方有一与a质量相等的小球b，静置于离地高度 $h=1.6\mathrm{m}$ 的支架上。（取 $\sin37^{\circ}=0.6$ ， $\cos37^\circ=0.8$ ， $g=9.8\mathrm{m/s^{2}}$ ）

（1）在线Ⅰ，Ⅱ的张力大小 $F_{\text{I}}$ ， $F_{\text{II}}$ 和小球a所受重力大小G中，最大的是＿＿＿＿。（2）烧断线Ⅱ，a运动到最低点时与b发生弹性碰撞。求： ①与b球碰撞前瞬间a球的速度大小 $v_{a}$ ；（计算）＿＿＿＿ ②碰撞后瞬间b球的速度大小 $v_{b}$ ；（计算）＿＿＿＿ ③b球的水平射程s。（计算）＿＿＿＿

【答案与解析】

（1）小球 $a$ 静止，受力平衡： $F_1\cos37^\circ=G$ ，得 $F_1=G/0.8=1.25G$ ； $F_{\parallel}=F_1\sin37^\circ=1.25G\times0.6=0.75G$ 。故 $F_1>G>F_{\parallel}$ ，最大的是 $F_1$ 。（2）① $a$ 下摆，由动能定理 $mgl(1-\cos37^\circ)=\frac12mv_a^2$ ，得 $v_a=\sqrt{2gl(1-\cos37^\circ)}=\sqrt{2\times9.8\times0.5\times0.2}=\sqrt{1.96}=1.4\mathrm{m/s}$ 。② $a$ 、 $b$ 质量相等且发生弹性碰撞，碰后交换速度， $v_b=v_a=1.4\mathrm{m/s}$ 。③ $b$ 从 $h=1.6\mathrm{m}$ 高处平抛，飞行时间 $t=\sqrt{2h/g}=\sqrt{2\times1.6/9.8}\approx0.57\mathrm{s}$ ，水平射程 $s=v_b t=1.4\times0.57=0.80\mathrm{m}$ 。

8．图示虚线为某彗星绕日运行的椭圆形轨道，a、c为椭圆轨道长轴端点，b、d为椭圆轨道短轴端点。彗星沿图中箭头方向运行。

（1）该彗星某时刻位于a点，经过四分之一周期该彗星位于轨道的＿＿＿＿

A．ab之间 B．b点 C．bc之间 D．c点

（2）已知太阳质量为M，引力常量为G。当慧日间距为 $r_{1}$ 时，彗星速度大小为 $v_{1}$ 。求彗日间距为 $r_{2}$ 时的彗星速度大小 $v_2$ 。（计算）＿＿＿＿

【答案与解析】

（1）由开普勒第二定律，彗星在 $T/4$ 内扫过 $1/4$ 总轨道面积（以太阳为焦点）；因 $a$ 为长轴端点，从 $a$ 出发经 $T/4$ 所扫面积已超过相邻轴象限的中心扇形，彗星已过 $b$ 点而尚未到达 $c$ 点，位于 $bc$ 之间，填C。（2）仅引力做功，机械能守恒： $\frac12mv_1^2-\frac{GMm}{r_1}=\frac12mv_2^2-\frac{GMm}{r_2}$ ，得 $v_2=\sqrt{v_1^2+2GM(1/r_2-1/r_1)}$ 。
氢的同位素氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。

【答案与解析】

本块为氢的同位素主题背景说明

9．原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。（1）质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为＿＿＿＿

A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变

（2） $^{1}_{1}\mathrm{H}$ 核的质量为 $m_1$ ， $^{2}_{1}\mathrm{H}$ 核的质量为 $m_{2}$ ，它们通过核反应形成一个质量为 $m_{3}$ 的氦原子核 $(^{3}_{2}\mathrm{He})$ ，此过程释放的能量为＿＿＿＿。（真空中光速为c）

【答案与解析】

（1）轻核结合成较重核的过程为核聚变，填C。（2）质量亏损 $\Delta m=m_1+m_2-m_3$ ，释放的核能 $\Delta E=\Delta m\,c^2=(m_1+m_2-m_3)c^2$ 。

10．某回旋加速器的示意图如图所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒 $D_{1}$ ， $D_{2}$ 内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ，Ⅱ分别与 $D_{1}$ ， $D_{2}$ 相连，仅在 $D_{1}$ ， $D_{2}$ 缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近 $D_{2}$ 的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入 $D_{1}$ 。

（1）粒子在 $D_{1}$ ， $D_{2}$ 运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W，冲量为I，则＿＿＿＿；

A． $W=0$ ， $I=0 B$ ． $W\neq0$ ， $I=0 C$ ． $W\neq0$ ， $I\neq0 D$ ． $W=0$ ， $I\neq0$

（2） $^{1}_{1}\mathrm{H}$ 核和 $_{1}^{3}\mathrm{H}$ 核自图中O处同时释放，Ⅰ，Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化， $^{1}_{1}\mathrm{H}$ 核在每次经过缝隙间时均被加速（假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略）。 $^{1}_{1}\mathrm{H}$ 核完成3次加速时的动能与此时 $_{1}^{3}\mathrm{H}$ 核的动能之比为＿＿＿＿。

A． $1:3 B$ ． $1:9 C$ ． $1:1 D$ ． $9:1 E$ ． $3:1$

【答案与解析】

（1）洛伦兹力始终与速度垂直，不做功，故 $W=0$ ；但其冲量 $I=\int\vec F\,\mathrm{d}t\neq0$ （改变动量方向），填D。（2）粒子每次过缝隙获能 $qU$ ， $^1_1\mathrm{H}$ 完成 $3$ 次加速时动能 $E_1=3qU$ ；因 $^3_1\mathrm{H}$ 质量为其 $3$ 倍，半圆周期亦为 $3$ 倍，同一时间内仅加速 $1$ 次，动能 $E_2=qU$ ，故 $E_1:E_2=3:1$ ，填E。

11．如图，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为 $r(r\gg d)$ ，且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。

（1）电极间电场强度大小为＿＿＿＿；（2）由 $^{1}_{1}\mathrm{H}$ 核、 $^{2}_{1}\mathrm{H}$ 核和 $_{1}^{3}\mathrm{H}$ 核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。 ①出射的粒子具有相同的＿＿＿＿；

A．速度 B．动能 C．动量 D．比荷

②对上述①中的选择做出解释。（论证）＿＿＿＿

【答案与解析】

（1）两电极间距很小、半径很大，近似平行板，场强 $E=U/d$ 。（2）①粒子沿圆弧出射时电场力提供向心力 $qE=mv^2/r$ ，因 $q$ 、 $E$ 、 $r$ 相同，故 $mv^2$ 相同，即动能相同，填B。②论证：出射粒子满足 $qE=mv^2/r$ ，又 $E=U/d$ ，故 $mv^2=qEr$ ；三种同位素电荷量 $q$ 相同，且沿同一圆弧运动半径 $r$ 相同，故 $mv^2$ 相同，动能 $\frac12mv^2$ 相同。
自行车发电照明系统某自行车所装车灯发电机如图（a）所示，其结构见图（b）。绕有线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动。摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化。线圈两端c、d作为发电机输出端。通过导线与标有“ $12V$ ， $6W$ ”的灯泡 $\mathrm{L}_1$ 相连。当车轮匀速转动时，发电机输出电压近似视为正弦交流电。假设灯泡阻值不变，摩擦轮与轮胎间不打滑。

【答案与解析】

本块为自行车发电照明系统主题背景说明

12．在磁铁从图示位置匀速转过 $90^{\circ}$ 的过程中（1）通过 $\mathrm{L}_1$ 的电流方向（在图中用箭头标出）；＿＿＿＿（2） $\mathrm{L}_1$ 中的电流＿＿＿＿

A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大

【答案与解析】

（1）由楞次定律及右手螺旋定则，通过 $L_1$ 的电流方向向上。（2）磁铁匀速转过 $90^\circ$ 过程中，线圈磁通量变化率逐渐增大，感应电动势与电流逐渐变大，填A。

13．若发电机线圈电阻为 $2\Omega$ ，车轮以某一转速n转动时， $\mathrm{L}_1$ 恰能正常发光。将 $\mathrm{L}_1$ 更换为标有“ $24V$ ， $6W$ ”的灯泡 $\mathrm{L}_{2}$ ，当车轮转速仍为n时（1） $\mathrm{L}_{2}$ 两端的电压＿＿＿＿

A．大于 $12V B$ ．等于 $12V C$ ．小于 $12V$

（2） $\mathrm{L}_{2}$ 消耗的功率＿＿＿＿

A．大于 $6W B$ ．等于 $6W C$ ．小于 $6W$

【答案与解析】

（1） $L_1$ 正常发光时 $R_1=12^2/6=24\Omega$ ， $I_1=6/12=0.5\mathrm{A}$ ，发电机电动势 $E=I_1(R_1+r)=0.5\times(24+2)=13\mathrm{V}$ 。换 $L_2$ （ $R_2=24^2/6=96\Omega$ ）同转速时 $E$ 不变， $I_2=E/(R_2+r)=13/98\approx0.133\mathrm{A}$ ， $U_2=I_2R_2\approx12.7\mathrm{V}>12\mathrm{V}$ ，填A。（2） $P_2=I_2^2R_2\approx1.69\mathrm{W}<6\mathrm{W}$ ，填C。

14．利用理想变压器将发电机输出电压变压后对标有“ $24V$ ， $6W$ ”的灯泡供电，使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数比 $n_{1}:n_{2}=1:2$ ，该变压器原线圈两端的电压为＿＿＿＿V。

【答案与解析】

副线圈接“ $24\mathrm{V},6\mathrm{W}$ ”灯泡正常发光，故 $U_2=24\mathrm{V}$ ；理想变压器 $U_1/U_2=n_1/n_2=1/2$ ，得原线圈电压 $U_1=U_2/2=12\mathrm{V}$ 。

15．在水平路面骑行时，假设骑车人对自行车做的功仅用于克服空气阻力和发电机阻力。已知空气阻力与车速成正比，忽略发电机内阻。（1）在自行车匀加速行驶过程中，发电机输出电压u随时间t变化的关系可能为＿＿＿＿

A．B．C．D．

（2）无风时自行车以某一速度匀速行驶，克服空气阻力的功率 $P_{f}=30\mathrm{W}$ ，车灯的功率为 $P_{L}=4\mathrm{W}$ 。为使车灯的功率增大到 $P_{L}^{\prime}=6\mathrm{W}$ ，骑车人的功率P应为＿＿＿＿

【答案与解析】

（1）匀加速行驶时 $v=at$ 线性增大，发电机输出的正弦电压其频率与幅值均随速度增大而增大，填C。（2）理想发电机电动势 $\varepsilon\propto v$ ，车灯功率 $P_{\mathrm{L}}=\varepsilon^2/R\propto v^2$ ；空气阻力功率 $P_{\mathrm{f}}\propto v^2$ ，故 $P_{\mathrm{L}}/P_{\mathrm{f}}$ 恒定 $=4/30$ 。当 $P_{\mathrm{L}}'=6\mathrm{W}$ 时， $P_{\mathrm{f}}'=30\times(6/4)=45\mathrm{W}$ ，骑车人总功率 $P=P_{\mathrm{f}}'+P_{\mathrm{L}}'=45+6=51\mathrm{W}$ 。