精品解析：2025届上海市青浦区高三上学期一模考试物理试题

2024学年第一学期高三年级期终学业质量调研 物理试卷 一、常见的照明设备 电灯的发明改变了人类的生活方式，常见的照明设备有白炽灯、日光灯、LED灯等。这些照明设备和电阻器、电容器、变压器、电感器等元件组合，在我国220V的交流电路中实现着各自的功能。如图，智能开关和小灯组成简易智能电路，通过手机和家庭路由器实现远程控制。智能开关内有一个芯片，能接收路由器发来的控制信号。 1. 手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的（　　） A. 都是电磁波 B. 都是机械波 C. 前者电磁波，后者机械波 D. 前者机械波，后者电磁波 2. 智能开关收到的远程控制信号如图，该交流信号的电流有效值为______A；智能开关利用振荡电路接收该控制信号，当产生电谐振现象时，开关内振荡电路的固有频率为______Hz。 3. 如图是教室里的日光灯原理图，电路由灯管、镇流器和启辉器组成。闭合电键后，由于达不到灯管内气体的启辉电压600V，灯管为断路状态，此时启辉器内小灯泡点亮。启辉器内温度升至一定值时，启辉器断开，此时由于镇流器的作用，灯管两端瞬间会产生600V~1500V的电压，点亮灯管。由此可知，镇流器最可能是以下哪个元件（　　） A. B. C. D. 4. 家用白炽灯和小灯泡一样，用钨丝制成。某同学用如图所示电路测定白炽灯的I-U图像，其操作过程如下： ①断开电键，调节滑动变阻器至某一位置； ②闭合电键，迅速记录电压传感器和电流传感器数据U和I，随即断开电键； ③待灯泡冷却后，改变滑动变阻器阻值，重复上述操作，测量多组数据； ④由实验数据，画出I-U图像。 根据以上操作过程可得，该同学得到的白炽灯的I-U图像应该是（　　） A. B. C. D. 二、蹦床 蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技巧的竞技运动，它属于体操运动的一种，蹦床有“空中芭蕾”之称。 5. 在运动员进行蹦床比赛过程中（　　） A. 评委给运动员评分时可以把运动员看出质点 B. 蹦床对运动员的弹力是由于蹦床的形变引起 C. 运动员静止在蹦床上时，运动员对蹦床的压力就是运动受到的重力 D. 从蹦床上弹起过程中蹦床对运动员弹力大于运动员对蹦床的弹力 6. 运动员从高处落下，在接触蹦床向下运动过程中（　　） A. 动能先增加后减少，重力势能减少 B. 动能先增加后减少，重力势能增加 C. 动能减少，重力势能减少 D. 动能减少，重力势能增加 7. 在某次表演过程中，质量为m的运动员从开始下落到运动到最低点的过程中，经历的时间为t，此过程中运动员对蹦床的冲量的大小为____________。（重力加速度为g） 8. 小球掉落在轻弹簧的运动与蹦床运动极为相似。将小球拿到轻弹簧的顶端释放，小球在下降过程中其加速度a与下降高度h的关系如图所示。若小球的质量为m，则弹簧的劲度系数为____________，小球下降到高度h0处的速度__________。 三、舞台上的奇妙物理现象 在一场精彩的大型文艺演出中，舞台的设计和舞台上的表演运用了许多奇妙的物理知识。 9. 利用各色小彩灯布置晚会舞台。如图所示，通过理想降压变压器给串联在副线圈cd两端的多个小彩灯供电，已知原、副线圈的匝数分别为n1和n2。电源的输入电压不变，如果只将原线圈匝数增加，小彩灯亮度将_________（选填“变亮、变暗、不变”）。如果其中一个小彩灯被短路，变压器的输入功率将_____________（选填“变大、变小、不变”）。 10. （多选）舞台景观水池的水面下安装有几个彩色灯泡，岸上的游客看到红灯和绿灯是在同一水平线上，红灯和绿灯均可视为点光源，红光的折射率小于绿光。下列说法正确的是（　　） A. 一束红光和一束绿光会发生干涉 B. 游客看到的红灯的深度比实际深度要小 C. 红光比绿光在水中传播的更快 D. 若水池面积足够大，则红灯把水面照亮的面积较大 11. 在舞台中固定一个直径为6.5 m的球形铁笼，三辆摩托车始终以70 km/h的速率在铁笼内旋转追逐，旋转轨道有时水平，有时竖直，有时倾斜，非常震撼。关于摩托车的旋转运动，下列说法正确的是（　　） A. 摩托车在铁笼的最高点时，对铁笼的压力最大 B. 摩托车驾驶员始终处于失重状态 C. 摩托车所受合外力做功为零 D. 摩托车的速度小于70 km/h，就会脱离铁笼 12. 如图（a）所示，演员正在舞台上表演“水袖”，甩出水袖波浪可简化为简谐横波，沿x轴正方向传播的某时刻部分波形图如图（b）所示（3-18m之间有多个完整波形图未画出）。若手抖动的频率是0.5Hz，袖子足够长且忽略横波传播时振幅的衰减，则图示时刻P点的振动方向为_____________________（填“沿y轴正方向”或“沿y轴负方向”），该简谐横波的波长为________________m，该简谐横波的传播速度为____________________m/s 四、莱顿瓶 莱顿瓶可看作电容器的原型，一个玻璃容器内外包裹导电金属箔作为极板，一端接有金属球的金属棒通过金属链与内侧金属箔连接，但与外侧金属箔绝缘。从结构和功能上来看，莱顿瓶可视为一种早期的平行板电容器。 13. 关于莱顿瓶，下列说法正确是（　　） A. 充电电压一定时，玻璃瓶瓶壁越薄，莱顿瓶能容纳的电荷越多 B. 瓶内外锡箔的厚度越厚，莱顿瓶容纳电荷的本领越强 C. 充电电压越大，莱顿瓶容纳电荷的本领越强 D. 莱顿瓶的电容大小与玻璃瓶瓶壁的厚度无关 14. 美国的科学家富兰克林曾利用莱顿瓶收集雷电，若已知莱顿瓶的电容为2nF，测量出收集完毕时其两端的电压为150V，则富兰克林收集到的电量为__________C。（1nF=10-9F） 15. 如图为葛同学设计的测量莱顿瓶电容的实验电路。已知电源电动势E=10V，内阻r =1Ω，保护电阻R0=4Ω，R为滑动变阻器，最大阻值为10Ω，定值电阻R1=1000Ω。 （1）调节滑动变阻器的滑片到中间位置，闭合开关S，微电流计测得莱顿瓶充电过程中的I-t图像如图所示。充电完成后，莱顿瓶两极板间的电势差为______V，所带电荷量约为______C，电容约为______F。（结果均保留两位有效数字） （2）闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，待电路稳定后，R0的最大电功率为____W。 16. 理想的平行板电容器两极板间的电场可视为匀强电场，已知两极板间的电势差U=10V，间距d =10cm，极板长度L= 40cm，负极板接地。一带电油滴恰能在电场中处于悬浮状态。（不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2） （1）该油滴的电荷量与质量之比________C/kg。 （2）若两极板间距增大为原来的2倍，该油滴从左侧沿中心线射入两板间，求油滴能从两极板间射出的初速度v0的最小值________m/s。 五、天宫空间站 天宫空间站是我国的国家级太空实验室，空间站离地高度为400公里左右，设计寿命为10年，长期驻留3人，最大可扩展为180吨级六舱组合体，可以进行较大规模的空间应用和实验。 17. 在轨道稀薄大气的影响下，空间站轨道会缓慢降低。2024年10月下旬，天宫空间站进行了轨道调整以维持设计工作要求。空间站轨道降低后，其（　　） A. 线速度减小，机械能减小 B. 线速度减小，机械能增大 C. 线速度增大，机械能减小 D. 线速度增大，机械能增大 18. 天宫空间站总质量为m，在距地面为h的近圆形轨道上运行，已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则空间站绕地球转动的周期为________。以无穷远处为零势能面，空间站距地心为处的引力势能表达式为（其中为地球质量），空间站的机械能为________。 19. 空间站内，甲乙两名航天员在准备出舱活动。甲相对空间站静止，乙拿着质量为 50kg箱子正以2m/s的速度沿两人连线方向向左靠近甲。若乙将箱子向左推向甲，乙和箱子间作用时间为0.2s，离手时箱子速度为4m/s，甲乙两人和装备的总质量分别为200kg和250kg，求： （1）乙对箱子的平均作用力大小。 （2）推出箱子后乙的速度。 （3）甲碰到箱子后立刻抓住不松开，要使甲乙航天员不碰撞，乙对箱子平均作用力至少为多少？ 六、海浪发电 图甲为海上的一种浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图乙所示。浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，水平方向产生辐向磁场。密闭浮桶的内置线圈与桶相对静止，可相对于磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中。浮桶在仅受浮力和重力作用下的振动为简谐运动，浮桶下部始终浸没在海水中，且上部始终没有进入海水中，其外侧圆周的横截面积（如图乙中阴影部分所示）为S，海水密度为ρ，重力加速度为g，忽略海水对浮桶的阻力。 20. 浮桶做简谐运动回复力满足F回=-kx，请选择合适的方法确定系数k的表达式应为下列选项中的（　　） A. ρgS B. ρgS2 C. D. ρg 21. 若某次自由振动中的振幅为0.5m，周期为5s，且t=0时，浮桶位于振动的最高点，以向上为正方向。 （1）这次振动过程的位移与时间的关系式x=___________________________（m）。 （2）在下图中选取合适的刻度，作出浮桶的振动图像________（至少画出一个周期）。 22. 若海浪的周期始终为T=3.0s，浮桶实际随波浪上下运动可视为受迫振动。内置线圈的匝数N=200，固定磁体在线圈所处位置产生的辐向磁场的磁感应强度大小为B=0.20T，线圈直径D=0.40m，总电阻r=1.0Ω，该线圈与阻值R=15Ω的灯泡相连。取重力加速度g=10m/s2，且π2=10。 （1）已知浮筒作简谐运动的固有周期公式为，其中m为振子质量，在国际单位制中k的数值为2×103。则当浮桶及线圈的总质量m=___________kg时，该浮桶式波浪发电机的发电功率达到最高； （2）若振动的速度随时间变化关系可表示为，求灯泡在6s内消耗的电能___________。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2024学年第一学期高三年级期终学业质量调研 物理试卷 一、常见的照明设备 电灯的发明改变了人类的生活方式，常见的照明设备有白炽灯、日光灯、LED灯等。这些照明设备和电阻器、电容器、变压器、电感器等元件组合，在我国220V的交流电路中实现着各自的功能。如图，智能开关和小灯组成简易智能电路，通过手机和家庭路由器实现远程控制。智能开关内有一个芯片，能接收路由器发来的控制信号。 1. 手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的（　　） A. 都是电磁波 B. 都机械波 C. 前者电磁波，后者机械波 D. 前者机械波，后者电磁波 2. 智能开关收到的远程控制信号如图，该交流信号的电流有效值为______A；智能开关利用振荡电路接收该控制信号，当产生电谐振现象时，开关内振荡电路的固有频率为______Hz。 3. 如图是教室里的日光灯原理图，电路由灯管、镇流器和启辉器组成。闭合电键后，由于达不到灯管内气体的启辉电压600V，灯管为断路状态，此时启辉器内小灯泡点亮。启辉器内温度升至一定值时，启辉器断开，此时由于镇流器的作用，灯管两端瞬间会产生600V~1500V的电压，点亮灯管。由此可知，镇流器最可能是以下哪个元件（　　） A. B. C. D. 4. 家用白炽灯和小灯泡一样，用钨丝制成。某同学用如图所示电路测定白炽灯的I-U图像，其操作过程如下： ①断开电键，调节滑动变阻器至某一位置； ②闭合电键，迅速记录电压传感器和电流传感器数据U和I，随即断开电键； ③待灯泡冷却后，改变滑动变阻器阻值，重复上述操作，测量多组数据； ④由实验数据，画出I-U图像。 根据以上操作过程可得，该同学得到的白炽灯的I-U图像应该是（　　） A. B. C. D. 【答案】1. A 2. ①. ②. 3. C 4. A 【解析】 【1题详解】 手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的都是电磁波。 故选A。 【2题详解】 [1]根据有效值的计算方法有 解得 A [2]由图可知电流周期为s，则固有频率为 Hz 【3题详解】 由题可知镇流器应用的是电感器的元件。 故选C。 【4题详解】 每次操作都是等待灯泡冷却后，即灯泡的电阻不变，则I-U图像成线性关系。 故选A。 二、蹦床 蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技巧的竞技运动，它属于体操运动的一种，蹦床有“空中芭蕾”之称。 5. 在运动员进行蹦床比赛过程中（　　） A. 评委给运动员评分时可以把运动员看出质点 B. 蹦床对运动员的弹力是由于蹦床的形变引起 C. 运动员静止在蹦床上时，运动员对蹦床的压力就是运动受到的重力 D. 从蹦床上弹起过程中蹦床对运动员的弹力大于运动员对蹦床的弹力 6. 运动员从高处落下，在接触蹦床向下运动过程中（　　） A. 动能先增加后减少，重力势能减少 B. 动能先增加后减少，重力势能增加 C. 动能减少，重力势能减少 D. 动能减少，重力势能增加 7. 在某次表演过程中，质量为m的运动员从开始下落到运动到最低点的过程中，经历的时间为t，此过程中运动员对蹦床的冲量的大小为____________。（重力加速度为g） 8. 小球掉落在轻弹簧的运动与蹦床运动极为相似。将小球拿到轻弹簧的顶端释放，小球在下降过程中其加速度a与下降高度h的关系如图所示。若小球的质量为m，则弹簧的劲度系数为____________，小球下降到高度h0处的速度__________。 【答案】5. B 6. A 7. mgt 8. ①. ②. 【解析】 【5题详解】 A．评委要根据运动员动作的完成度给运动员评分，故不能将运动员看做质点，A错误； B．蹦床对运动员的弹力是由于蹦床的形变引起的，B正确； C．运动员静止在蹦床上时，运动员对蹦床的压力大小等于运动员自身的重力大小，运动员对蹦床的压力和运动员的重力是两种性质力，不能说压力就是重力，C错误； D．蹦床对运动员的弹力与运动员对蹦床的弹力属于作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知作用力与反作用力始终等大，D错误。 故选B。 【6题详解】 运动员从高处落下，在接触蹦床向下运动过程中，运动员刚接触蹦床时重力大于弹力，先向下做加速运动，后弹力大于重力，运动员再做减速运动，故运动员的动能先变大后变小；运动员从接触弹簧到最低点过程中，重力做正功，运动员的重力势能一直减小，A正确。 故选A。 【7题详解】 运动员从开始下落到运动到最低点的过程中，设蹦床对运动员的冲量为,由动量定理有 由牛顿第三定律可知运动员对蹦床的弹力和蹦床对运动员的弹力等大反向，作用时间相等，故运动员对蹦床的冲量的大小与蹦床对运动员的冲量大小相等，故运动员对蹦床的冲量的大小为 【8题详解】 [1]小球下降时，由胡克定律有 小球在下降过程中，受竖直向下的重力和竖直向上的弹力，由牛顿第二定律可知 化简整理得 结合图像可知，弹簧的劲度系数为 [2]将小球的运动看成无数段匀变速运动，由运动学知识可知 即图像的面积表示，代入数据解得小球下降到h0处的速度大小为 三、舞台上的奇妙物理现象 在一场精彩的大型文艺演出中，舞台的设计和舞台上的表演运用了许多奇妙的物理知识。 9. 利用各色小彩灯布置晚会舞台。如图所示，通过理想降压变压器给串联在副线圈cd两端多个小彩灯供电，已知原、副线圈的匝数分别为n1和n2。电源的输入电压不变，如果只将原线圈匝数增加，小彩灯亮度将_________（选填“变亮、变暗、不变”）。如果其中一个小彩灯被短路，变压器的输入功率将_____________（选填“变大、变小、不变”）。 10. （多选）舞台景观水池的水面下安装有几个彩色灯泡，岸上的游客看到红灯和绿灯是在同一水平线上，红灯和绿灯均可视为点光源，红光的折射率小于绿光。下列说法正确的是（　　） A. 一束红光和一束绿光会发生干涉 B. 游客看到的红灯的深度比实际深度要小 C. 红光比绿光在水中传播的更快 D. 若水池面积足够大，则红灯把水面照亮的面积较大 11. 在舞台中固定一个直径为6.5 m的球形铁笼，三辆摩托车始终以70 km/h的速率在铁笼内旋转追逐，旋转轨道有时水平，有时竖直，有时倾斜，非常震撼。关于摩托车的旋转运动，下列说法正确的是（　　） A. 摩托车在铁笼的最高点时，对铁笼的压力最大 B. 摩托车驾驶员始终处于失重状态 C. 摩托车所受合外力做功为零 D. 摩托车的速度小于70 km/h，就会脱离铁笼 12. 如图（a）所示，演员正在舞台上表演“水袖”，甩出水袖的波浪可简化为简谐横波，沿x轴正方向传播的某时刻部分波形图如图（b）所示（3-18m之间有多个完整波形图未画出）。若手抖动的频率是0.5Hz，袖子足够长且忽略横波传播时振幅的衰减，则图示时刻P点的振动方向为_____________________（填“沿y轴正方向”或“沿y轴负方向”），该简谐横波的波长为________________m，该简谐横波的传播速度为____________________m/s 【答案】9. ①. 变暗 ②. 变大 10. BCD 11. C 12. ①. 沿y轴负方向 ②. 7.5 ③. 3.75 【解析】 【9题详解】 [1]根据电压与线圈匝数之比有 如果只将原线圈匝数增加，则副线圈电压减小，小彩灯亮度将变暗； [2]如果其中一个小彩灯被短路，则副线圈电阻减小，根据 可知，变压器的输入功率将变大。 【10题详解】 A．红光与绿光频率不同，两列光不会发生干涉，故A错误； B．光从水下射到水平要发生折射，折射角大于入射角，而人眼睛看到水下物体是按照光的直线传播看出去的，因此游客看到的灯的深度比灯的实际深度要小，故B正确； C．绿光频率较高，水对绿光折射率较大，根据光在介质传播速度公式可知，红光比绿光在水中传播的更快，故C正确； D．设单色光在水下S处，实际深度为H0，光线在AB两处恰好发生全反射，临界角为C，如下图所示： 由图可知 根据临界角公式 联立可得光源把水面照亮的圆的半径 可知，红光的折射率小于绿光的折射率，则红光的半径大，所以红灯把水面照亮的面积较大，故D正确； 故选BCD。 【11题详解】 A．在最高点根据牛顿第二定律可知 解得 结合牛顿第三定律可知，摩托车在铁笼的最高点时，对铁笼的压力最小，故A错误； B．摩托车驾驶员在最低点时加速度向上，处于超重状态，故B错误； C．摩托车速度不变，根据动能定理可知，摩托车所受合外力做功为零，故C正确； D．设恰好做圆周运动的速度为v，最高点有 解得 故D错误； 故选C。 【12题详解】 [1]波沿x轴正方向传播，根据同侧法可知P点的振动方向为沿y轴负方向； [2]由波形图可知 m 3-18m之间有多个完整波形图未画出，则有 解得 ，m [3]根据波速与波长的关系有 四、莱顿瓶 莱顿瓶可看作电容器的原型，一个玻璃容器内外包裹导电金属箔作为极板，一端接有金属球的金属棒通过金属链与内侧金属箔连接，但与外侧金属箔绝缘。从结构和功能上来看，莱顿瓶可视为一种早期的平行板电容器。 13. 关于莱顿瓶，下列说法正确的是（　　） A. 充电电压一定时，玻璃瓶瓶壁越薄，莱顿瓶能容纳的电荷越多 B. 瓶内外锡箔的厚度越厚，莱顿瓶容纳电荷的本领越强 C. 充电电压越大，莱顿瓶容纳电荷的本领越强 D. 莱顿瓶的电容大小与玻璃瓶瓶壁的厚度无关 14. 美国的科学家富兰克林曾利用莱顿瓶收集雷电，若已知莱顿瓶的电容为2nF，测量出收集完毕时其两端的电压为150V，则富兰克林收集到的电量为__________C。（1nF=10-9F） 15. 如图为葛同学设计的测量莱顿瓶电容的实验电路。已知电源电动势E=10V，内阻r =1Ω，保护电阻R0=4Ω，R为滑动变阻器，最大阻值为10Ω，定值电阻R1=1000Ω。 （1）调节滑动变阻器的滑片到中间位置，闭合开关S，微电流计测得莱顿瓶充电过程中的I-t图像如图所示。充电完成后，莱顿瓶两极板间的电势差为______V，所带电荷量约为______C，电容约为______F。（结果均保留两位有效数字） （2）闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，待电路稳定后，R0的最大电功率为____W。 16. 理想的平行板电容器两极板间的电场可视为匀强电场，已知两极板间的电势差U=10V，间距d =10cm，极板长度L= 40cm，负极板接地。一带电油滴恰能在电场中处于悬浮状态。（不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2） （1）该油滴的电荷量与质量之比________C/kg。 （2）若两极板间距增大为原来的2倍，该油滴从左侧沿中心线射入两板间，求油滴能从两极板间射出的初速度v0的最小值________m/s。 【答案】13. A 14. 3×10-7 15. ①. 9.0 ②. 1.5×10-6～1.8×10-6均可 ③. 1.7×10-7～2.0×10-7均可 ④. 16 16. ①. -0.1 ②. 2 【解析】 【13题详解】 A．根据 解得 充电电压一定时，玻璃瓶瓶壁越薄，d越小，莱顿瓶能容纳的电荷Q越多，A正确； B．根据，瓶内外锡箔的厚度与电容大小无关，因此锡箔纸厚度增加，C不变，莱顿瓶容纳电荷的本领不变，B错误； C．根据，充电电压与电容C大小无关，因此充电电压升高，莱顿瓶容纳电荷的本领不变，C错误； D．根据，莱顿瓶的电容大小与玻璃瓶瓶壁的厚度d有关，D错误。 故选A。 【14题详解】 根据 解得 【15题详解】 [1]根据闭合电路欧姆定律得 莱顿瓶两极板间的电势差为 [2]所带电荷量等于图像所围的面积 [3]电容为 [4] 最大电流为 最大功率为 【16题详解】 [1]根据平衡条件得 解得 [1]油滴做类平抛运动 根据牛顿第二定律得 根据速度公式得 解得 五、天宫空间站 天宫空间站是我国的国家级太空实验室，空间站离地高度为400公里左右，设计寿命为10年，长期驻留3人，最大可扩展为180吨级六舱组合体，可以进行较大规模的空间应用和实验。 17. 在轨道稀薄大气的影响下，空间站轨道会缓慢降低。2024年10月下旬，天宫空间站进行了轨道调整以维持设计工作要求。空间站轨道降低后，其（　　） A 线速度减小，机械能减小 B. 线速度减小，机械能增大 C. 线速度增大，机械能减小 D. 线速度增大，机械能增大 18. 天宫空间站总质量为m，在距地面为h的近圆形轨道上运行，已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则空间站绕地球转动的周期为________。以无穷远处为零势能面，空间站距地心为处的引力势能表达式为（其中为地球质量），空间站的机械能为________。 19. 空间站内，甲乙两名航天员在准备出舱活动。甲相对空间站静止，乙拿着质量为 50kg箱子正以2m/s的速度沿两人连线方向向左靠近甲。若乙将箱子向左推向甲，乙和箱子间作用时间为0.2s，离手时箱子速度为4m/s，甲乙两人和装备的总质量分别为200kg和250kg，求： （1）乙对箱子的平均作用力大小。 （2）推出箱子后乙的速度。 （3）甲碰到箱子后立刻抓住不松开，要使甲乙航天员不碰撞，乙对箱子的平均作用力至少为多少？ 【答案】17. C 18. ①. ②. 19. （1）500N（2）1.6m/s，方向向左（3）1000N 【解析】 【17题详解】 设空间站距地心的距离为，地球和空间站的质量分别为和，由万有引力定律及牛顿第二定律得 整理得，线速度 因为空间站轨道降低，圆周运动的半径减小，所以由上式可知，空间站的线速度增大。在轨道降低过程中，大气阻力对空间站做负功，由能量守恒可知，空间站的机械能减小。 故选C。 【18题详解】 [1] 由万有引力定律及牛顿第二定律得 解得空间站绕地球转动的周期 [2] 由万有引力定律及牛顿第二定律得 此处空间站的动能 又由 空间站的势能 空间站的机械能 【19题详解】 （1）设向左为正方向，以箱子为研究对象，设乙对箱子的作用力为F，由动量定理得 将，，代入上式可得，乙对箱子的平均作用力大小 （2）以向左为正，对箱子和乙由动量守恒可得 上式代入数据，，，可得，推出箱子后乙的速度 速度为正，方向向左。 （3）甲接住箱子后，若三者共速，设共同速度为，此种情况下乙对箱子的平均作用力最小，以向左为正方向，研究甲、乙和箱子组成系统，由动量守恒得 代入数据解得 以乙为研究对象，由动量定理可得 代入数据解得，箱子对乙平均作用力 由牛顿第三定律可得，乙对箱子的平均作用力最小值为。 六、海浪发电 图甲为海上的一种浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图乙所示。浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，水平方向产生辐向磁场。密闭浮桶的内置线圈与桶相对静止，可相对于磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中。浮桶在仅受浮力和重力作用下的振动为简谐运动，浮桶下部始终浸没在海水中，且上部始终没有进入海水中，其外侧圆周的横截面积（如图乙中阴影部分所示）为S，海水密度为ρ，重力加速度为g，忽略海水对浮桶的阻力。 20. 浮桶做简谐运动的回复力满足F回=-kx，请选择合适的方法确定系数k的表达式应为下列选项中的（　　） A. ρgS B. ρgS2 C. D. ρg 21. 若某次自由振动中的振幅为0.5m，周期为5s，且t=0时，浮桶位于振动的最高点，以向上为正方向。 （1）这次振动过程的位移与时间的关系式x=___________________________（m）。 （2）在下图中选取合适的刻度，作出浮桶的振动图像________（至少画出一个周期）。 22. 若海浪的周期始终为T=3.0s，浮桶实际随波浪上下运动可视为受迫振动。内置线圈的匝数N=200，固定磁体在线圈所处位置产生的辐向磁场的磁感应强度大小为B=0.20T，线圈直径D=0.40m，总电阻r=1.0Ω，该线圈与阻值R=15Ω的灯泡相连。取重力加速度g=10m/s2，且π2=10。 （1）已知浮筒作简谐运动的固有周期公式为，其中m为振子质量，在国际单位制中k的数值为2×103。则当浮桶及线圈的总质量m=___________kg时，该浮桶式波浪发电机的发电功率达到最高； （2）若振动的速度随时间变化关系可表示为，求灯泡在6s内消耗的电能___________。 【答案】20. A 21. ①. 0.5sin（） ②. 22. ①. 450kg ②. 288J 【解析】 【20题详解】 根据题意，设浮桶及线圈的总质量为M，在水面平衡时，排开水的体积为V0，则有 设浮桶及线圈相对平衡位置的位移是x，可得 F回=-F浮+Mg== 可得回复力系数 故选A。 【21题详解】 [1]设振动方程为 其中振幅0.5m，周期为5s，且t=0时，x=0.5m，代入解得 0.5sin（）（m） [2]如图 【22题详解】 [1] 简谐运动的周期 结合回复力系数，可得浮桶与线圈做简谐运动的固有周期 海浪的周期始终为T=3.0s，则二者周期相等时，波浪机械能转化为电能的效率最高，解得 m=450kg [2]由速度与时间关系可知最大速度为0.8m/s，发电的最大电动势为 电流的有效值为 A 消耗的电能为 J 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$