精品解析：北京市中国人民大学附属中学2024届高三下学期一模前物理练习（一）

2024届高三物理一模前练习一 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的。把正确的答案填涂在答题纸上。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B. 汤姆逊发现电子说明原子具有核式结构 C. 卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子的能级结构模型 D. 放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 【答案】A 【解析】 【详解】A．天然放射现象说明原子核内部有复杂的结构，故A正确； B．汤姆逊发现了电子，但不能说明原子具有核式结构，故B错误； C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，故C错误； D．放射性元素的半衰期是其本身的属性，与温度无关，故D错误。 故选A。 2. 空间P、Q两点处固定电荷量绝对值相等的点电荷，其中Q点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势线分布如图所示，a、b、c、d、e为电场中的5个点，设无穷远处电势为0，则（　　） A. e点的电势大于0 B. a点和b点的电场强度相同 C. b点的电势低于d点的电势 D. 负电荷从a点移动到c点时电势能增加 【答案】D 【解析】 【详解】A．根据电场线与等势面垂直关系，可判断P点处为负电荷，无穷远处电势为0，e点在PQ连线的中垂线上，则，A错误； B．a、b两点电场强度大小相同，方向不同，则a、b两点电场强度不同，B错误； C．因b点所在等势面的电势高于d点所在等势面的电势，可知b点电势高于d点，即，C错误； D．由，负电荷从a到c电场力做负功，电势能增加，D正确。 故选D。 3. 如图所示的电路中，灯泡A1和A2的规格相同。先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。下列说法正确的是（ ） A. 断开开关S后，A1灯闪亮后熄灭 B. 断开开关S的瞬间，A1灯电流反向 C. 断开开关后，电路中的电能来自于线圈储存的磁场能 D. 重新接通电路，A1和A2同时亮起，然后A1灯逐渐熄灭 【答案】C 【解析】 【详解】A B．断开开关S后，由于线圈产生自感电动势，流过A1的电流在原来的基础上减小，电流方向与原电流方向相同，故A1灯不会闪亮，而是逐渐熄灭，故AB错误； C．断开开关后，磁场能向电能转化，电路中的电能来自于线圈储存的磁场能，故C正确； D．重新接通电路，A2立刻亮起，由于线圈产生自感电动势，A1灯逐渐亮起，故D错误。 故选C。 4. 图（a）为一列简谐横波在时的波形图，图（b）为介质中平衡位置在处的质点的振动图像，是平衡位置为的质点。下列说法正确的是（　　） A. 波的传播方向向右 B. 波速为 C. 时间内，运动的路程为 D. 当时，恰好在正的最大位移处 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据图（b）可知，平衡位置在处的质点在2s时刻沿y轴负方向运动，在图（a）中，根据同侧法可知，波的传播方向向向左，故A错误； B．根据图像可知，波速为 故B错误； C．周期为4s，由于 则时间内，运动的路程为 故C正确； D．由于 根据图（a）可知，2s时刻，质点P位于波谷，则当时，恰好在平衡位置，故D错误。 故选C。 5. 2023年诺贝尔物理学奖授予了“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒（）光脉冲实验方法”的三位物理学家，他们的实验为人类探索原子和分子内部的电子世界提供了新的工具。科学研究表明，人类所能测量的最短长度和最短时间都存在一个极限，分别称为普朗克长度和普朗克时间tp，两者之间满足关系（c为真空中的光速）。推导普朗克长度和普朗克时间需要用到三个常数：万有引力常量G、光速c和普朗克常数h。已知普朗克常数h的单位为J·s，下列关系式正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】普朗克常数h的单位为J·s，G万有引力常量的单位为N·m2/kg2，结合 1J=1N·m，1N=1kg·m/s2 可知Gh单位为m5/s3，则普朗克长度为 且 普朗克时间为 故选D。 6. 如图，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为，与外界的热交换量为，从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为，与外界的热交换量为，下列说法正确的是（　　） A. 气体在状态a、状态b、状态c时的内能相等 B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】A．设气体在状态a、状态b、状态c时的温度分别为、、，由图中数据，根据理想气体状态方程有 可得 则理想气体在状态和状态的内能相等且小于状态的内能，故A错误； B．由图可知，气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为 从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为 则有 故B错误； CD．根据热力学第一定律可知，气体由状态变化到状态有 由A分析可知，气体在状态和状态的内能相等，则 即 则 故C错误D正确。 故选D。 7. 已知X射线是一种波长较短的电磁波，波长范围约为0.01~10nm，对应能量范围约为102eV～105eV。当X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象（衍射可看作较多个波之间产生了光程差而形成叠加效应的结果）。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的信息，人们可以利用X射线衍射探测晶体的微观结构。如图所示，当X射线射向NaCl晶体（为单晶体）时，入射X射线1、2与NaCl晶体的作用效果类似于被一簇平行面（晶面）反射，反射线1＇、2＇在足够远处叠加。已知晶面间距为d，X射线波长为λ，入射X射线与晶面的夹角为θ。下列说法正确的是（ ） A. NaCl晶体具有各向同性的特点 B. 在真空中X射线的传播速度比可见光的传播速度大 C. 若用X射线照射氢原子，不能使氢原子电离 D. 若反射线1＇、2＇叠加后相互加强，则可以推知 【答案】D 【解析】 【详解】A．NaCl晶体具有各向异性的特点，A错误； B．可见光与X射线都是电磁波，在真空中的速度都相同3.0×108m/s，B错误； C．已知X射线对应能量范围约为102eV～105eV，使基态氢原子电离的最小能量是13.6eV，所以，若用X射线照射氢原子，能使氢原子电离，C错误； D．反射线1＇、2＇叠加后相互加强 根据题意得 解得 D正确。 故选D。 8. 2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为，磁感应强度大小为。若电荷量为的正离子在此电场和磁场中运动，某时刻其速度平行于磁场方向的分量大小为，垂直于磁场方向的分量大小为，不计离子重力，则（　　） A. 电场力的瞬时功率不变 B. 该离子的加速度大小保持不变 C. 该离子受到的洛伦兹力大小为 D. 与的比值保持不变 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据运动的叠加原理可知，离子在垂直于纸面内做匀速圆周运动，沿水平方向做加速运动，则v1增大，根据功率的计算公式可知电场力的瞬时功率为P=Eqv1，可知电场力的瞬时功率增大，故A错误； B．离子受到的电场力不变，洛伦兹力大小不变，方向总是与电场力方向垂直，则该离子的加速度大小不变，方向改变；故B正确。 C．由于v1与磁场B平行，v2与磁场B垂直，离子受到的洛伦兹力为F洛=qv2B，故C错误； D．根据运动的叠加原理可知，离子在垂直于纸面内做匀速圆周运动，沿水平方向做加速运动，则v1增大，v2不变，与的比值不断增大，故D错误； 故选B。 9. 如图所示为某小组设计的电子秤原理图。轻质托盘与竖直放置的轻弹簧相连。R0为定值电阻，滑动变阻器R的滑片与弹簧上端连接。当盘中没有放物体时，滑片刚好位于滑动变阻器的最上端。该小组用理想电压表的示数U反映待测物体的质量m；用单位质量变化下，电压表示数变化量的绝对值描述电子秤的灵敏度。不计一切摩擦，弹簧始终于弹性限度内，下列说法正确的是（　　） A. 仅更换阻值更大的定值电阻R0，电子秤灵敏度会下降 B. 电子秤的灵敏度会随待测物体质量的增大而增大 C. 弹簧的劲度系数越小，电子秤的量程越大 D. 电压表示数与待测物体质量成非线性关系 【答案】A 【解析】 【详解】D．由图可知：滑动变阻器与R0串联，滑动变阻器的电阻全部连入电路；电压表测量滑片上半部分电阻两端的电压；当滑动变阻器滑片P向下移动时，电路中的电阻不变，由欧姆定律可知，电路中的电流不变；电压表的示数 又，，解得 即电压表示数与待测物体质量成线性关系，故D错误； C．由，可知弹簧的劲度系数越小，m的最大值越小，电子秤的量程越小，故C错误； AB．由，可知电子秤的灵敏度 可知仅更换阻值更大的定值电阻R0，电子秤灵敏度会下降；电子秤的灵敏度与待测物体质量无关；故A正确，B错误。 故选A。 10. 如图所示，把小球放在竖立的弹簧上，并把球往下按至A位置，如图甲所示，迅速松手后，球升高至最高位置C（图丙），逾中经过位置B时弹簧正处于原长（图乙）。忽略弹簧的质量和空气阻力。则小球从A运动到C的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 经过位置B时小球的动量最大 B. 在位置A松手瞬间，小球受到的弹力不一定大于两倍的重力 C. 从A到B过程，小球受到弹力的冲量大小大于重力的冲量大小 D. 小球、地球、弹簧所组成系统的机械能先增大后减小 【答案】C 【解析】 【详解】A．小球从A运动到C的过程中，当弹簧弹力等于小球重力时，小球速度最大，动量最大，此时弹簧处于压缩状态，所以经过位置B时小球的动量不是最大，故A错误； B．小球从A运动到B的过程，小球做简谐运动，根据对称性可知，小球在A位置的加速度大于在B位置的加速度，而B位置的加速度为g，则在A位置有 可得 故B错误； C．从A到B过程，根据动量定理可得 可知小球受到弹力的冲量大小大于重力的冲量大小，故C正确； D．在运动过程中，只有重力，弹簧的弹力做功，所以小球、地球、弹簧所组成系统的机械能守恒，故D错误。 故选C。 11. 宇航员飞到一个被稠密气体包围的某行星上进行科学探索。他站在该行星表面，从静止释放一个质量为的物体，由于气体阻力的作用，其加速度随下落位移变化的关系图像如图所示。已知该星球半径为，万有引力常量为。下列说法正确的是（　　） A. 该行星的平均密度为 B. 该行星的第一宇宙速度为 C. 卫星在距该行星表面高处的圆轨道上运行的周期为 D. 从释放到速度刚达到最大的过程中，物体克服阻力做功 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．由图可知，物体开始下落瞬间，只受万有引力作用，根据万有引力等于重力，可知 又 联立，可得 故A正确； B．在行星表面飞行的卫星，万有引力提供向心力，有 联立，可得 故B正确； C．卫星在距该行星表面高处的圆轨道上运行时，有 联立，可得 故C错误； D．从释放到速度刚达到最大的过程中，设阻力为f，由牛顿第二定律可得 解得 阻力做功为 即物体克服阻力做功。 故D正确； 故选ABD。 12. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1＝20 ，R2＝30 ，C为电容器．已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则（） A. 交流电的频率为0.02 Hz B. 原线圈输入电压的最大值为200V C. 电阻R2的电功率约为6.67 W D. 通过R3的电流始终为零 【答案】C 【解析】 【详解】试题分析：根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期、频率相同，周期为0.02s，频率为50赫兹，A错，由图乙可知通过R1的电流最大值为Im＝1A、由欧姆定律可得其最大电压为Um=ImR1＝20V，原副线圈的电压之比等于匝数之比即可得原线圈输入电压的最大值为U1=200V，B错；由并联电路特点可得电阻R2的电流有效值为，电阻R2的电功率为, C对； 因为电容器有通交流、阻直流的作用，所以有电流通过R3和电容器，D错； 所以本题选择C． 考点：交变电流 变压器 13. 如图甲所示，倾斜放置的传送带沿顺时针方向匀速转动，一物块从传送带的底端以一定的初速度冲上传送带，结果物块在传送带上运动的图象如图乙所示，重力加速度为，图中所示物理量均为已知量，则由图象不可以求出的物理量是（　　） A. 物块与传送带间动摩擦因数的大小 B. 物块回到传送带底端时相对于传送带的位移 C. 物块回到传送带底端时的动能 D. 物块回到传送带底端时的时刻 【答案】C 【解析】 【详解】A．设物块与传送带间动摩擦因数为μ，传送带的倾角为θ 根据图像可知，传送带的速度等于 时间内，物块的加速度大小 由牛顿第二定律，有 在时间内，物块的加速度大小 由牛顿第二定律，有 由以上联立可求得μ和θ，不能求出m，故A错误； BCD．物块上滑的总位移为 则下滑到底端的过程，有 可解得下滑用时 则物块回到传送带底端时的时刻为，故D错误。 物块回到传送带底端时的速度为 但因为质量未知，则此时动能不可求，故C正确。 由图像可计算得物块回到传送带底端时相对于传送带的位移为 故B错误。 故选C。 14. 在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。 现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。 方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。 下列说法正确的是（　　） A. 由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度 B. 由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长 C. 若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小 D. 通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大 【答案】B 【解析】 【详解】A．由能量守恒定律可得 解得 选项A错误； B．由表达式 可知 即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，选项B正确； C．若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，选项C错误； D．由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，选项D错误。 故选B。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律。已知重力加速度为g。 （1）在实验所需的物理量中，需要直接测量的是 _____，通过计算得到的是 _____。（填写代号） A．重饭的质量 B．重锤下落的高度 C．重锤底部距水平地面的高度 D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度 （2）在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的又点O与站邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律。图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点。设相邻点间的时间间隔为T。下列表达式可以用在本实验中计算F点速度的是 _______。 A． B． C． D． （3）若代入图乙中所测的数据，求得在误差范围内等于 ________（用已知量和图乙中测出的物理量表示），即可验证重锤下落过程中机械能守恒。即使在操作及测量无误的前提下，所计算重锤动能的增加量也会略 _______（选填“大于”或“小于“）相对应的重力势能的减少量，这是实验存在系统误差的结果。 （4）某同学用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点的距离，计算对应计数点的重物速度为，描绘图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断依据是否正确_________________。 【答案】 ①. B ②. D ③. C ④. ⑤. 小于 ⑥. 判断见解析 【解析】 【详解】（1）[1][2]实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，需要直接测量的物理量有重锤下落的高度，通过计算得到的是与下落高度对应重锤的瞬时速度。由于质量可以约去，所以不需要测量质量。 故选B、D。 （2）[3]F点的瞬时速度等于EG段的平均速度，则 或 不能通过或求解瞬时速度，否则是运用机械能守恒验证机械能守恒，失去验证的意义。 故选C。 （3）[4]根据机械能守恒可知 可知 即可验证重锤下落过程中机械能守恒。 [5]即使在操作及测量无误的前提下，由于阻力做功的影响，使得重锤动能的增加量也会略小于相对应的重力势能的减少量，这是实验存在系统误差的结果。 （4）[6]该同学判断不正确，假设重物下落过程受到一定阻力，根据动能定理可得 可得 可知就算重物受到一定的阻力，当阻力恒定时，图像也是一条过原点的直线，则为了验证机械能是否守恒，除了图像是过原点的直线外，还得根据斜率求得加速度与重力加速度比较。 16. 用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。实验中使用的两个小球半径相等。 （1）本实验必须满足的条件是__________（选填选项前的字母）。 A.同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放 B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量 C.轨道倾斜部分必须光滑 D.轨道末端必须水平 （2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射小球多次从斜轨上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜轨上位置S由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N。实验中还需要测量的有__________（选填选项前的字母）。 A.入射小球和被碰小球的质量、 B.入射小球开始的释放高度h C.小球抛出点距地面的高度H D.两球相碰后的平抛射程OM、ON （3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为：__________[用（2）中测量的量表示]。通过测量小球做平抛运动的射程来代替小球的速度，其依据是：_________。 （4）物理学定义碰撞的恢复系数为，其中A球的碰前碰后速度分别为、，B球的碰前碰后速度分别为、。请推导此碰撞中恢复系数的表达式__________。[用（2）中测量的量表示] 【答案】 ①. ABD ②. AD##DA ③. ④. 小球做平抛运动的高度相同，运动时间相同 ⑤. 【解析】 【详解】（1）[1]A．同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放，以保证碰前的速度相同，故A正确； B．为防止入射球碰后反弹，则入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故B正确； C．轨道倾斜部分不一定必须光滑，只要小球到达底端时速度相同即可，故C错误； D．轨道末端必须水平，以保证小球做平抛运动，故D正确； 故选ABD。 （2）[2]碰后小球和碰前小球均做平抛运动，则高度相同，运动时间相同，均为 P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球的位置，N为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度 碰撞后入射小球的速度 碰撞后被碰小球的速度 若 则 表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，故还需要测量的物理量是：入射小球和被碰小球的质量m1、m2以及两球相碰后的平抛射程OM、ON。 故选AD。 （3）[3][4]在实验误差允许范围内，若满足关系式 则可以认为两球碰撞前后在OP方向上的总动量守恒。由上分析知通过测量小球做平抛运动的射程来代替小球的速度，其依据是小球做平抛运动的高度相同，运动时间相同。 （4）[5]由题意有此碰撞中恢复系数的表达式 17. 如图所示，长为的绝缘轻细线一端固定在点，另一端系一质量为的带电小球，小球静止时处于点正下方的点。现将此装置放在水平向右的匀强电场中，电场强度大小为，带电小球静止在点时细线与竖直方向成角，已知电场的范围足够大，空气阻力可忽略不计，重力加速度为。 （1）求小球所带的电荷量大小； （2）若将小球从点由静止释放，求小球运动到点时绳子的拉力F； （3）若将小球从点由静止释放，其运动到点时细线突然断开，求小球运动到最高点时需要的时间。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 对小球受力分析可知 解得 【小问2详解】 从点运动到A点时由动能定理 在A点时 解得 【小问3详解】 小球从A点细线断开时的竖直速度 到达最高点的时间 解得 18. 质量为m的飞机模型，在水平跑道上由静止匀加速起飞，假定起飞过程中受到的平均阻力为f，发动机牵引力恒为F，离开地面起飞时的速度为v，重力加速度为g。求： （1）飞机模型的起飞距离（离开地面前的运动距离）； （2）若飞机起飞利用电磁弹射技术，将大大缩短起飞距离。图甲为电磁弹射装置的原理简化示意图，与飞机连接的金属块（图中未画出）可以沿两根相互靠近且平行的导轨无摩擦滑动。使用前先给电容为C的大容量电容器充电，充电电压为U0，弹射飞机时，电容器释放储存电能时所产生的强大电流从一根导轨流入，经过金属块，再从另一根导轨流出；导轨中的强大电流形成的磁场使金属块受磁场力而加速，从而推动飞机起飞。 a、在图乙中画出电源向电容器充电过程中电容器两极板间电压u与极板上所带电荷量q的图像，在此基础上求电容器时储存的电能； b、在电磁弹射装置与飞机发动机同时工作的情况下，可缩短起飞距离。若金属块推动飞机所做的功与电容器释放电能的比值为η，完成此次弹射后电容器剩余的电荷是原来的一半。求飞机的此次的起飞距离x。 【答案】（1）；（2）a、图像见解析，；b、 【解析】 【分析】（1）根据牛顿第二定律求解加速度，根据匀变速直线运动位移—速度公式求解起飞距离； （2）a、根据电容的定义式画u﹣q图像，根据W＝qU可得u﹣q图线与q轴所围的面积表示电容器储存的电能； b、根据图像求解电容器释放的电能，根据动能定理求解起飞距离。 【详解】（1）平均阻力为f，发动机牵引力恒为F，由牛顿第二定律得 F﹣f＝ma 解得 设飞机的起飞距离为s，根据位移—速度公式得 v2＝2as 解得 （2）a、极板上所带电荷量为 q＝Cu 则u﹣q图像如图所示： 图象与横轴所围的面积表示电能，则电容器充电电压为U0时，电容器储存电能为 b、完成此次弹射后，电容器储存的电能 释放的电能为 金属块推动飞机所做的功为 飞机起飞过程，由动能定理得 解得 19. 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。光照射到物体表面时，光子被物体吸收或反射时，光都会对物体产生压强，这就是“光压”。已知太阳半径为，单位时间辐射的总能量为，光速为。求： （1）距离太阳中心处，太阳光光子被完全吸收时产生的光压是多大？ （2）科幻作品中经常以文明能够利用的能量程度来对文明进行分级。比如，一级文明能够利用行星的全部能量，人类处于0.73级；二级文明能够利用恒星的全部能量；三级文明能够利用整个星系的能量。科幻作家们设想了一种被称为“戴森球”的装置来收集整个恒星的能量。“戴森球”是一种包围整个恒星的球状膜，它的内表面可以吸收恒星发出的所有光的能量。如果给太阳安装一个“戴森球”，求：戴森球的半径多大时。戴森球可以靠着光压来抵抗太阳的万有引力，避免其向太阳塌缩，已知引力常量为，太阳的质量为。戴森球的总质量记为。 【答案】（1） （2） 【解析】 【小问1详解】 距离太阳中心处，单位面积吸收太阳辐射的能量为 设物体的表面积为，物体吸收的能量为 到达物体表面的光子数为 到达物体表面光子的合动量为 根据动量定律有 解得 太阳光光子被完全吸收时产生的光压 【小问2详解】 根据题意，由平衡条件有 解得 20. 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置，不同的电源非静电力做功的本领有所不同，物理学中用电动势来描述电源的这种特性。 （1）如图甲所示，固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属框两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下，沿框架以速度v向右做匀速直线运动，运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量大小为e，金属棒MN电阻为R，其他电阻均忽略不计。 a.在金属棒产生电动势的过程中，请说明是什么力充当非静电力，并根据电动势的定义求金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势； b.经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞。在此基础上，求出金属棒MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式。 （2）科学家发现导体两端的温度差也能产生电动势，这种电动势称为温差电动势，我们用图乙所示的简化模型来分析，一段长度为L的直导线AB沿Ox轴放置，A端位于坐标原点处。与恒温热源接触后，A端温度恒为，B端温度恒为（）。假定导线上相同位置处的温度相同，不同位置处的温度沿x方向均匀变化，导线形状随温度的变化忽略不计。 a.若温差电动势的大小与导线两端的温度差成正比，比例系数为，求导线AB两端的电动势； b.从微观上来看，可认为：温度越高，金属离子（即原子失去自由电子后的剩余部分）热运动的平均动能越大，与之相比，自由电子热运动平均动能随温度的变化可以忽略不计。如图乙所示，取导线中长为的一个薄层，自由电子受到左侧金属离子的碰撞比右侧的强，薄层两端就形成了压强差，自由电子会发生定向运动。已知薄层两端的压强差与其两端的温度差成正比，且比例系数为nk，n为单位体积内的自由电子数（假设导线中各处n都相同），k为常数。导线AB的横截面积为S，电子电荷量大小为e，忽略自由电子与金属离子之间及自由电子彼此间的库仑作用。请利用自由电子的受力特点，结合电动势的定义式，推导得出温差电动势的表达式。 【答案】（1）a．洛伦兹力，，b．；（2）a．，b． 【解析】 【详解】（1）a．金属棒MN向右切割磁感线时，棒中的电子受到沿棒向下的洛伦兹力，大小为 是这个力充当了非静电力。非静电力搬运电子所做的功为 根据电动势定义得 b．假设电子以速度v相对金属棒做匀速直线运动。因为金属棒MN的运动，电子受到沿棒方向的洛伦兹力的作用。沿导线方向，电子只受到金属离子的平均作用力f和洛伦兹力F作用，二力平衡则 （2）a．根据题意，有 b．方法一：根据题意，薄层两端的压强差为 薄层两端的温度差 薄层内电子受的合力为 则 薄层内共有电子个数 一个电子受力 非静电力做功 电动势的定义式为，则电动势为 方法二：根据题意，薄层两端的压强差为 薄层两端的温度差为 薄层内电子受的合力为 则 对于薄层内的自由电子来说，其电荷量 非静电力做功 电动势的定义，则电动势为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2024届高三物理一模前练习一 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的。把正确的答案填涂在答题纸上。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B. 汤姆逊发现电子说明原子具有核式结构 C. 卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子的能级结构模型 D. 放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 2. 空间P、Q两点处固定电荷量绝对值相等的点电荷，其中Q点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势线分布如图所示，a、b、c、d、e为电场中的5个点，设无穷远处电势为0，则（　　） A. e点的电势大于0 B. a点和b点的电场强度相同 C. b点的电势低于d点的电势 D. 负电荷从a点移动到c点时电势能增加 3. 如图所示的电路中，灯泡A1和A2的规格相同。先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。下列说法正确的是（ ） A. 断开开关S后，A1灯闪亮后熄灭 B. 断开开关S的瞬间，A1灯电流反向 C. 断开开关后，电路中的电能来自于线圈储存的磁场能 D. 重新接通电路，A1和A2同时亮起，然后A1灯逐渐熄灭 4. 图（a）为一列简谐横波在时的波形图，图（b）为介质中平衡位置在处的质点的振动图像，是平衡位置为的质点。下列说法正确的是（　　） A. 波的传播方向向右 B. 波速为 C. 时间内，运动的路程为 D. 当时，恰好在正的最大位移处 5. 2023年诺贝尔物理学奖授予了“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒（）光脉冲实验方法”的三位物理学家，他们的实验为人类探索原子和分子内部的电子世界提供了新的工具。科学研究表明，人类所能测量的最短长度和最短时间都存在一个极限，分别称为普朗克长度和普朗克时间tp，两者之间满足关系（c为真空中的光速）。推导普朗克长度和普朗克时间需要用到三个常数：万有引力常量G、光速c和普朗克常数h。已知普朗克常数h的单位为J·s，下列关系式正确的是（　　） A. B. C. D. 6. 如图，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为，与外界的热交换量为，从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为，与外界的热交换量为，下列说法正确的是（　　） A. 气体在状态a、状态b、状态c时的内能相等 B. C. D. 7. 已知X射线是一种波长较短的电磁波，波长范围约为0.01~10nm，对应能量范围约为102eV～105eV。当X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象（衍射可看作较多个波之间产生了光程差而形成叠加效应的结果）。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的信息，人们可以利用X射线衍射探测晶体的微观结构。如图所示，当X射线射向NaCl晶体（为单晶体）时，入射X射线1、2与NaCl晶体的作用效果类似于被一簇平行面（晶面）反射，反射线1＇、2＇在足够远处叠加。已知晶面间距为d，X射线波长为λ，入射X射线与晶面的夹角为θ。下列说法正确的是（ ） A. NaCl晶体具有各向同性的特点 B. 在真空中X射线的传播速度比可见光的传播速度大 C. 若用X射线照射氢原子，不能使氢原子电离 D. 若反射线1＇、2＇叠加后相互加强，则可以推知 8. 2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为，磁感应强度大小为。若电荷量为的正离子在此电场和磁场中运动，某时刻其速度平行于磁场方向的分量大小为，垂直于磁场方向的分量大小为，不计离子重力，则（　　） A. 电场力的瞬时功率不变 B. 该离子的加速度大小保持不变 C. 该离子受到的洛伦兹力大小为 D. 与的比值保持不变 9. 如图所示为某小组设计的电子秤原理图。轻质托盘与竖直放置的轻弹簧相连。R0为定值电阻，滑动变阻器R的滑片与弹簧上端连接。当盘中没有放物体时，滑片刚好位于滑动变阻器的最上端。该小组用理想电压表的示数U反映待测物体的质量m；用单位质量变化下，电压表示数变化量的绝对值描述电子秤的灵敏度。不计一切摩擦，弹簧始终于弹性限度内，下列说法正确的是（　　） A. 仅更换阻值更大的定值电阻R0，电子秤灵敏度会下降 B. 电子秤的灵敏度会随待测物体质量的增大而增大 C. 弹簧的劲度系数越小，电子秤的量程越大 D. 电压表示数与待测物体质量成非线性关系 10. 如图所示，把小球放在竖立的弹簧上，并把球往下按至A位置，如图甲所示，迅速松手后，球升高至最高位置C（图丙），逾中经过位置B时弹簧正处于原长（图乙）。忽略弹簧的质量和空气阻力。则小球从A运动到C的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 经过位置B时小球的动量最大 B. 在位置A松手瞬间，小球受到的弹力不一定大于两倍的重力 C. 从A到B过程，小球受到弹力的冲量大小大于重力的冲量大小 D. 小球、地球、弹簧所组成系统的机械能先增大后减小 11. 宇航员飞到一个被稠密气体包围的某行星上进行科学探索。他站在该行星表面，从静止释放一个质量为的物体，由于气体阻力的作用，其加速度随下落位移变化的关系图像如图所示。已知该星球半径为，万有引力常量为。下列说法正确的是（　　） A. 该行星的平均密度为 B. 该行星的第一宇宙速度为 C. 卫星在距该行星表面高处的圆轨道上运行的周期为 D. 从释放到速度刚达到最大的过程中，物体克服阻力做功 12. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1＝20 ，R2＝30 ，C为电容器．已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则（） A. 交流电的频率为0.02 Hz B. 原线圈输入电压的最大值为200V C. 电阻R2的电功率约为6.67 W D. 通过R3的电流始终为零 13. 如图甲所示，倾斜放置的传送带沿顺时针方向匀速转动，一物块从传送带的底端以一定的初速度冲上传送带，结果物块在传送带上运动的图象如图乙所示，重力加速度为，图中所示物理量均为已知量，则由图象不可以求出的物理量是（　　） A. 物块与传送带间动摩擦因数的大小 B. 物块回到传送带底端时相对于传送带的位移 C. 物块回到传送带底端时的动能 D. 物块回到传送带底端时的时刻 14. 在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。 现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。 方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。 下列说法正确的是（　　） A. 由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度 B. 由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长 C. 若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小 D. 通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律。已知重力加速度为g。 （1）在实验所需的物理量中，需要直接测量的是 _____，通过计算得到的是 _____。（填写代号） A．重饭的质量 B．重锤下落的高度 C．重锤底部距水平地面的高度 D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度 （2）在实验得到的纸带中，我们选用如图乙所示的又点O与站邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律。图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点，F点是第n个点。设相邻点间的时间间隔为T。下列表达式可以用在本实验中计算F点速度的是 _______。 A． B． C． D． （3）若代入图乙中所测的数据，求得在误差范围内等于 ________（用已知量和图乙中测出的物理量表示），即可验证重锤下落过程中机械能守恒。即使在操作及测量无误的前提下，所计算重锤动能的增加量也会略 _______（选填“大于”或“小于“）相对应的重力势能的减少量，这是实验存在系统误差的结果。 （4）某同学用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点的距离，计算对应计数点的重物速度为，描绘图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断依据是否正确_________________。 16. 用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。实验中使用的两个小球半径相等。 （1）本实验必须满足的条件是__________（选填选项前的字母）。 A.同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放 B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量 C.轨道倾斜部分必须光滑 D.轨道末端必须水平 （2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射小球多次从斜轨上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜轨上位置S由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N。实验中还需要测量的有__________（选填选项前的字母）。 A.入射小球和被碰小球的质量、 B.入射小球开始的释放高度h C.小球抛出点距地面的高度H D.两球相碰后的平抛射程OM、ON （3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为：__________[用（2）中测量的量表示]。通过测量小球做平抛运动的射程来代替小球的速度，其依据是：_________。 （4）物理学定义碰撞的恢复系数为，其中A球的碰前碰后速度分别为、，B球的碰前碰后速度分别为、。请推导此碰撞中恢复系数的表达式__________。[用（2）中测量的量表示] 17. 如图所示，长为的绝缘轻细线一端固定在点，另一端系一质量为的带电小球，小球静止时处于点正下方的点。现将此装置放在水平向右的匀强电场中，电场强度大小为，带电小球静止在点时细线与竖直方向成角，已知电场的范围足够大，空气阻力可忽略不计，重力加速度为。 （1）求小球所带的电荷量大小； （2）若将小球从点由静止释放，求小球运动到点时绳子的拉力F； （3）若将小球从点由静止释放，其运动到点时细线突然断开，求小球运动到最高点时需要的时间。 18. 质量为m的飞机模型，在水平跑道上由静止匀加速起飞，假定起飞过程中受到的平均阻力为f，发动机牵引力恒为F，离开地面起飞时的速度为v，重力加速度为g。求： （1）飞机模型的起飞距离（离开地面前的运动距离）； （2）若飞机起飞利用电磁弹射技术，将大大缩短起飞距离。图甲为电磁弹射装置的原理简化示意图，与飞机连接的金属块（图中未画出）可以沿两根相互靠近且平行的导轨无摩擦滑动。使用前先给电容为C的大容量电容器充电，充电电压为U0，弹射飞机时，电容器释放储存电能时所产生的强大电流从一根导轨流入，经过金属块，再从另一根导轨流出；导轨中的强大电流形成的磁场使金属块受磁场力而加速，从而推动飞机起飞。 a、在图乙中画出电源向电容器充电过程中电容器两极板间电压u与极板上所带电荷量q的图像，在此基础上求电容器时储存的电能； b、在电磁弹射装置与飞机发动机同时工作的情况下，可缩短起飞距离。若金属块推动飞机所做的功与电容器释放电能的比值为η，完成此次弹射后电容器剩余的电荷是原来的一半。求飞机的此次的起飞距离x。 19. 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。光照射到物体表面时，光子被物体吸收或反射时，光都会对物体产生压强，这就是“光压”。已知太阳半径为，单位时间辐射的总能量为，光速为。求： （1）距离太阳中心处，太阳光光子被完全吸收时产生的光压是多大？ （2）科幻作品中经常以文明能够利用的能量程度来对文明进行分级。比如，一级文明能够利用行星的全部能量，人类处于0.73级；二级文明能够利用恒星的全部能量；三级文明能够利用整个星系的能量。科幻作家们设想了一种被称为“戴森球”的装置来收集整个恒星的能量。“戴森球”是一种包围整个恒星的球状膜，它的内表面可以吸收恒星发出的所有光的能量。如果给太阳安装一个“戴森球”，求：戴森球的半径多大时。戴森球可以靠着光压来抵抗太阳的万有引力，避免其向太阳塌缩，已知引力常量为，太阳的质量为。戴森球的总质量记为。 20. 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置，不同的电源非静电力做功的本领有所不同，物理学中用电动势来描述电源的这种特性。 （1）如图甲所示，固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属框两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下，沿框架以速度v向右做匀速直线运动，运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量大小为e，金属棒MN电阻为R，其他电阻均忽略不计。 a.在金属棒产生电动势的过程中，请说明是什么力充当非静电力，并根据电动势的定义求金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势； b.经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞。在此基础上，求出金属棒MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式。 （2）科学家发现导体两端的温度差也能产生电动势，这种电动势称为温差电动势，我们用图乙所示的简化模型来分析，一段长度为L的直导线AB沿Ox轴放置，A端位于坐标原点处。与恒温热源接触后，A端温度恒为，B端温度恒为（）。假定导线上相同位置处的温度相同，不同位置处的温度沿x方向均匀变化，导线形状随温度的变化忽略不计。 a.若温差电动势的大小与导线两端的温度差成正比，比例系数为，求导线AB两端的电动势； b.从微观上来看，可认为：温度越高，金属离子（即原子失去自由电子后的剩余部分）热运动的平均动能越大，与之相比，自由电子热运动平均动能随温度的变化可以忽略不计。如图乙所示，取导线中长为的一个薄层，自由电子受到左侧金属离子的碰撞比右侧的强，薄层两端就形成了压强差，自由电子会发生定向运动。已知薄层两端的压强差与其两端的温度差成正比，且比例系数为nk，n为单位体积内的自由电子数（假设导线中各处n都相同），k为常数。导线AB的横截面积为S，电子电荷量大小为e，忽略自由电子与金属离子之间及自由电子彼此间的库仑作用。请利用自由电子的受力特点，结合电动势的定义式，推导得出温差电动势的表达式。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $