2020届上海市徐汇区高三（下）学习能力诊断（二模）物理试题（解析版）

2019 学年第二学期徐汇区学习能力诊断卷 物理试卷 一、单项选择题（共 40 分，1 至 8 题每小题 3 分，9 至 12 题每小题 4 分。每小题只有一个正 确选项） 1.热成像仪能够对公共场所往来的人流进行高效的体温筛查，这主要是利用了人体所放出的（　　） A. 微波 B. 红外线 C. 可见光 D. 紫外线 【答案】B 【解析】 【详解】ABCD．所有物体都会发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强，人体在发射红外线 时，体温越高，发射的红外线就越强，热成像仪就是根据这个原理制作的，故 ACD 错误，B 正确。 故选 B。 2.下列射线来自于原子核外的是（ ） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 阴极射线 【答案】D 【解析】 α 射线、β 射线、γ 射线都是在放射性物质衰变的过程中放射出的，来自于原子核的衰变，故 ABC 错误；阴 极射线是阴极受热后，原子的核外电子受激发而发射出的电子，故 D 正确．所以 D 正确，ABC 错误． 3.用 α 粒子轰击铝核的核反应方程是： ，n 为中子，则 X 的核子数为（　　） A. 15 B. 16 C. 29 D. 30 【答案】D 【解析】 【详解】ABCD．将题目中的核反应方程写成 根据电荷数守恒和质量数守恒得 27 13α Al n X+ → + 4 27 1 2 13 0He Al n XA Z + → +， 解得 ， 所以 X 的电荷数为 15，核子数为 30，故 ABC 错误，D 正确。 故选 D。 4.下列物理量中不能反映物体的固有属性的是（　　） A. 密度 B. 速度 C. 质量 D. 电量 【答案】B 【解析】 【详解】ABCD．物体的固有属性是物质所固有的性质，与外界其他因素无关。质量、密度和电量等就是物 体的固有属性，而速度是物体相对参考系来说的，同一物体，对于不同的参考系，物体的速度可能不一样， 也就是说物体速度与参考系有关，所以速度不是物体的固有属性，故 B 正确，ACD 错误。 故选 B。 5.在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体（　　） A. 分子的无规则运动停息下来 B. 分子的速度保持不变 C. 分子的平均动能保持不变 D. 每个分子的速度大小均相等 【答案】C 【解析】 【详解】A．由分子动理论可知，分子总是在永不停息的无规则运动，故 A 错误； B．因为分子总是在无规则运动，所以分子 速度总是在变化，故 B 错误； C．在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，理想气体将会达到平衡态，即理 想气体的温度、体积和压强等状态参量均不会发生变化，因温度不变，所以分子的平均动能保持不变，故 C 正确； D．在相同温度下各个分子的动能并不相同，故速度大小也不相等，故 D 错误。 故选 C。 6.一同步卫星绕地球运行，假设地球的自转周期变小，该卫星仍与地球保持同步，则该卫星的（　　） A. 轨道半径变小 B. 线速度变小 C. 角速度变小 D. 向心加速度变小 【答案】A 【解析】 【详解】ABCD．根据万有引力提供向心力，则 的 2 13 0 Z+ = + 4 27 1 A+ = + 15Z = 30A =解得 ， ， ， 由上述可知，轨道半径 r 越大，加速度 a，线速度 v，角速度ω就越大，只有周期 T 越小。假设地球的自转 周期变小，该卫星仍与地球保持同步，则该卫星的周期应该变小，那么卫星的轨道半径将变小，而线速度、 角速度和向心加速度都将变大，故 BCD 错误，A 正确。 故选 A。 7.一物体受到大小分别为 F1、F2、F3 的三个共点力的作用，其力的矢量关系如图所示，则它们的合力大小 是（　　） A. 0 B. 2F1 C. 2（F2+F3） D. F1+F2+F3 【答案】A 【解析】 【详解】ABCD．根据三角形定则，F2 与 F3 的合力等于从 F2 的起点到 F3 的终点的有向线段，即与 F1 大小 相等方向相反，所以三个共点力的合力为 0，故 BCD 错误，A 正确。 故选 A。 8.如图为两机械波 a 和 b 在同一介质中传播时某时刻的波形图，则两列波的波长之比 、周期之比 Ta∶Tb 分别为（　　） A. 1∶2，1∶2 B. 1∶2，2∶1 C. 2∶1，1∶2 D. 2∶1，2∶1 【答案】D 【解析】 【详解】ABCD．由图可知，a 波的波长是 b 波的波长的两倍，则 22 2 2 2πMm vG ma m m r m rr r T ω  = = = =    2 GMa r = GMv r = 3 GM r ω = 3 2π rT GM = a b:λ λ同一介质中两波的波速 v 相同，则两波的周期之比为 故 ABC 错误，D 正确。 故选 D。 9.下列关系式中正确的是（　　） A. 重力对某物体做功：-2J < -5J B. 物体的重力势能：-2J < -5J C. 物体带电量：-2C < -1C D. 电场中某点电势：-2V < -5V 【答案】A 【解析】 【详解】A．功的正负既不表示方向，也不表示大小，而表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功，功大 小的比较要看绝对值，所以-2J < -5J，故 A 正确； B．重力势能为正值表示重力势能比零势能面大多少，重力势能为负值表示重力势能比零势能面小多少，负 号后面的数值越大表示重力势能越小，所以-2J > -5J，故 B 错误； C．电荷量的正负表示物体是带正电荷，还是带负电荷，物体所带电荷量的大小要看绝对值，所以-2C > -1C，故 C 错误； D．电势为正值表示电势比零势面高多少，电势为负值表示电势比零势面低多少，负号后面的数值越大表示 电势越低，所以-2V > -5V，故 D 错误。 故选 A。 10.一单摆做简谐振动，如图为摆绳对摆球的拉力大小 F 随时间 t 变化的图像，则该单摆的摆长为（重力加 速度 g 取 10m/s2）（　　） A. 0.4m B. 1.6m C. 4m D. 16m 【答案】B 【解析】 【详解】ABCD．因为一个周期内两次经过平衡位置，经过平衡位置时拉力最大，可知小球的周期为 0.8π a b 2 1: :λ λ = a b a b a b: : : :12T vT v λ λλ λ= = =s，由 得，该单摆的摆长为 故 ACD 错误，B 正确。 故选 B。 11.M、N 是匀强电场中不在同一条电场线上的两点，AB 是过 M 点与电场线垂直的直线，若一负检验电荷在 M 点的电势能 Ep > 0，则一正检验电荷在 N 点的电势能（　　） A. 一定大于零 B. 一定小于零 C. 可能等于零 D. 可能等于 Ep 【答案】B 【解析】 【详解】ABCD．负检验电荷（q < 0）在 M 点的电势能 Ep > 0，由 可知，M 点的电势 ，又 因为沿着电场线方向电势逐渐降低，所以 N 点的电势 ，由 可知，一正检验电荷在 N 点的电 势能一定小于零，故 ACD 错误，B 正确。 故选 B。 12.如图，把一个带铁芯的线圈 L、开关 S 和电源用导线连接，将一金属套环置于线圈 L 上，且使铁芯穿过 套环。则闭合开关 S 的瞬间（　　） A. 套环将保持静止，套环内无电流流过 B. 套环将保持静止，套环内的电流与线圈内的电流方向相同 C. 套环将向上跳起，套环内 电流与线圈内的电流方向相反 D. 套环将向上跳起，套环内的电流与线圈内的电流方向相同 的 2π LT g = 2 2 2 2 10 (0.8π) m 1.6m4π 4π gTL ×= = = pE q ϕ = 0M ϕ < 0N ϕ < pE q ϕ =【答案】C 【解析】 【详解】ABCD．闭合开关 S 的瞬间，线圈和铁芯中的磁场增强，则闭合套环中的磁通量增加，根据楞次定 律可知，套环中将产生感应电流，且感应电流产生的磁场与线圈中的磁场方向相反，所以套环受到斥力作 用向上跳起，又根据右手螺旋定则可知，感应电流的方向与线圈中电流的方向相反，故 ABD 错误，C 正确。 故选 C。 二、填空题（共 20 分） 13.爱因斯坦提出光子说，认为每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，比例常数为普朗克常量 h，则 h 的单位为______；该单位用国际单位制基本单位可表示为_________。 【答案】 (1). J·s（或 J/Hz） (2). kg·m2/s 【解析】 【详解】[1]光子能量计算公式ε = hν，其中光子能量ε的单位为 J，光子频率ν的单位为 s-1（或 Hz），所以普 朗克常量 h 的单位为 J·s（或 J/Hz）。 [2]能量的单位 J 与动能 的单位 kg·m2/s2 相同，所以 h 的单位 J·s 可表示为 kg·m2/s。 14.倾角为α、质量为 M 的斜面体静止在水平桌面上，质量为 m 的木块静止在斜面体上，木块受到的摩擦力 大小为______，桌面对斜面体的摩擦力大小为______。（重力加速度为 g） 【答案】 (1). mgsinα (2). 0 【解析】 【详解】[1]对木块进行受力分析，如图所示，由平衡条件得，木块受到的摩擦力大小为 [2]对 M 和 N 整体受力分析，受重力和支持力，二力平衡，故桌面对斜面体的摩擦力大小为 0。 15.图为飞机降落时采用无线电波信号进行导航的原理示意图。两天线对称地固定于飞机跑道两侧，发射出 的两束无线电波振动情况完全相同。若飞机降落过程中接收到的信号始终保持最强，则表明飞机已对准跑 21 2 mv f sinF mg α=道。该导航原理利用了波的______的特性；请解释这一导航原理 ________________________________________________。 【答案】 (1). 干涉 (2). 两列波长相同的无线电波发生干涉后，在两者距离相等的各个点上信号最强， 这些点连接起来是一条直线，和跑道重合 【解析】 【详解】[1]当两束无线电波振动情况完全相同时，那么某些区域的振动会持续加强，某些区域的振动会持 续减弱，这就是波的干涉，而飞机降落过程中接收到的信号始终保持最强，就是利用了波的干涉。 [2]两列波长相同的无线电波发生干涉后，在两者距离相等的各个点上信号最强，这些点连接起来是一条直 线，和跑道重合，当飞机降落过程中接收到的信号始终保持最强时就表明飞机已对准跑道。 16.电场中有 A、B、C 三点，一电量为+q、质量为 m 的带电粒子仅受电场力作用，从 A 点开始以初速 v0 做 直线运动，其 v-t 图像如图。粒子在 t0 时刻运动到 B 点，3t0 时刻运动到 C 点。由图可推断，A、B、C 三点 中，_____点的电场强度最大，粒子经过_____点时具有的电势能最大；A、B 两点的电势差 UAB=_________。 【答案】 (1). B (2). B (3). 【解析】 【详解】[1]由 v-t 图像可知，在 0~t0 中，图像切线斜率绝对值逐渐增大，t0 以后图像切线斜率绝对值逐渐减 小，所以在 t0 时刻图像切线斜率绝对值最大，即在 t0 时刻带电粒子加速度最大，又因为带电粒子仅受电场 力作用，由牛顿第二定律可知，在 t0 时刻（B 点）带电粒子的电场力最大，即电场强度最大。 [2]由 v-t 图像可知，在 0~t0 中，带电粒子往正方向做减速运动，电场力做负功，电势能增大，t0 以后带电粒 子往负方向做加速运动，电场力做正功，电势能减小，所以在 t0 时刻（B 点）电势能最大。 [3]结合图像，带电粒子从 A 点运动到 B 点，由动能定理得 解得 2 0 2 mv q − 2 0 10 2ABqU mv= −17.一辆汽车的质量为 1.3 吨。当轮胎“充满”气时，每个轮胎与地面的接触面积为 130cm2，胎内气体体积 为 20L，压强为__________Pa。当轮胎充气“不足”而轮毂盖边缘着地时，胎内仍有 15L 压强为 1atm 的空 气。用一电动充气机以每分钟 50L 的速度将压强为 1atm 的空气压入轮胎，假设在此过程中气体温度保持不 变，则充满四个轮胎约需要_________分钟。（重力加速度 g 取 10m/s2，1atm 约为 105Pa） 【答案】 (1). 3.5×105 (2). 4.4 【解析】 【详解】[1]以一个轮胎与地面的接触部分为研究对象，设胎内气体压强为 ，每个轮胎与地面的接触面积 ，汽车质量 ，大气压强 ，由平衡条件得 解得 [2]设每个轮胎需要打入一个大气压的气体体积为 ，充满气后，每个轮胎气体的体积为 ，压强 ，充气前，每个轮胎气体的体积为 ，压强 ，气体温度保持不变， 由玻意耳定律得 解得 所以充满四个轮胎需要 时间 三、综合题（共 40 分）注意：第 19、20 题在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要 求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 18.在“用 DIS 研究加速度和力的关系”实验中： 的 2 0 2AB mvU q = − 1p 20.013mS = 1300kgm = 5 0 10 Pap = 1 0 1 4p S p S mg= + 5 1 3.5 10 Pap = × ΔV 1 20LV = 5 1 3.5 10 Pap = × 2 15LV = 5 2 1.0 10 Pap = × 1 1 2 2( Δ )pV p V V= + Δ 55LV = 554 min 4.4min50t = × =（1）甲同学采用位移传感器测量加速度，实验装置如图 a 所示。位移传感器测得小车的 v-t 图像后，分别 得到 t1 和 t2 时刻的速度 v1 和 v2，则小车的加速度 a=___________。 （2）乙同学采用光电门测量加速度，实验装置如图 b。将小车放置在轨道上，使挡光片的前端位于 A 点处， 由静止开始释放小车，测出小车上挡光片通过光电门的时间 Δt，测出 A 到 B 的距离 L 和挡光片的宽度 d。 ①根据上述物理量，小车的加速度 a=__________； ②在该实验中，下列操作步骤中必须做到的是（ ） A．要用天平称量小车质量 B．钩码的质量应该远小于小车质量 C．每次测量均要改变小车的质量 D．不论轨道光滑与否，轨道一定要保持水平 （3）光电门常被用来测量物体运动的瞬时速度，请分析这种测量方法中误差产生的主要来源_________？ 得到的速度测量值和真实值相比是偏大还是偏小_________？ 【答案】 (1). (2). （或 ） (3). B (4). 用光电门测出的其 实是挡光片经过的平均速度，平均速度只能粗略地描述运动，因而会产生误差 (5). 测量值和真实值相 比，在不同的运动中情况不同，若加速运动，测量值偏小；减速运动，测量值偏大；匀速运动，测量值等 于真实值 【解析】 【详解】（1）[1]由加速度的定义式可知，小车的加速度 （2）[2]由 得 则小车的加速度 2 1 2 1 v v t t - - 2 22 ( ) d L t∆ 2 22 ( )2 d dL t + ∆   2 1 2 1 Δ Δ v vva t t t −= = − 2 2 0 2v v ax− = 2 0 2Δ d aLt   − =   2 22 (Δ ) da L t =为了更精确，也可把计算结果写成 [3]本次实验的目的是研究加速度和力的关系，所以不需要称量小车质量，也不用改变小车的质量，故 AC 错误；为了保证实验前小车的合外力为零，轨道光滑时，轨道就要保持水平，轨道不光滑时，轨道一端就 要垫高以平衡摩擦，故 D 错误；为了保证绳子拉力与钩码的重力大小近似相等，钩码的质量应该远小于小 车质量，故 B 正确。 故选 B。 （3）[4]物体运动时，速度可能是变化的，用光电门测出的其实是挡光片经过的平均速度，平均速度只能粗 略地描述运动，因而会产生误差。 [5]对于匀变速度直线运动，用光电门测出的速度是挡光片经过光电门中间时刻的速度，而真实的速度应该 是挡光片经过光电门中间位置的速度，所以测量值和真实值相比，在不同的运动中情况不同，若加速运动， 测量值偏小；减速运动，测量值偏大；匀速运动，测量值等于真实值。 19.如图，置于同一水平面上两金属导轨相互平行，相距 l=0.6m，导轨左右两端分别与规格为“3V，3W” 的灯 L1 和“6V，6W”的灯 L2 相连，电阻 r=1Ω 的导体棒 ab 置于导轨上且与导轨垂直，磁感应强度 B=1T 的匀强磁场垂直穿过导轨平面。当导体棒在外力作用下沿导轨向右匀速运动时，灯 L1 恰好正常发光。导轨 电阻忽略不计。求： （1）灯 L2 的实际功率 P2； （2）导体棒 ab 的速度大小 v； （3）导体棒 ab 所受安培力的功率 P 安。 【答案】（1）1.5W；（2）7.5m/s；（3）6.75W 【解析】 【详解】（1）L1 的电阻 2 22 (Δ )2 da dL t =  +   2 2 1 1 1 3 Ω 3Ω3 UR P = = =L2 的电阻 L1 与 L2 的实际功率之比为 所以，灯 L2 的实际功率 （2）外电路的电阻为 因为内外电路电流相同，所以 所以感应电动势 由 得，棒 ab 做匀速运动的速度 （3）因为内外电路电流相同，所以 所以导体棒消耗的功率是 安培力 功率等于内外电路消耗的所有电功率，所以 20.摩天大楼中，直通高层的客运电梯简化模型如图 a 所示，电梯总质量 m=2.0×103kg。在 t=0 时，电梯由静 止开始上升，其加速度随时间变化的 a – t 图像如图 b 所示。忽略一切阻力，重力加速度 g 取 10m/s2。 （1）求电梯在上升过程中受到的最大拉力 F1 和最小拉力 F2； 的 2 2 2 2 2 6 Ω 6Ω6 UR P = = = 2 1 2 2 1 2 1 2 2 U P R R UP R R = = = 2 1 1 1 3W 1.5W2 2P P= = × = 1 2 1 2 2ΩR RR R R = =+外 2U IR R U Ir r = = =外 外 外 内 1 3 3 3V 4.5V2 2 2E U U U U U= + = + = = × =外 内 外 外 外 E Blv= 4.5 m/s 7.5m/s1 0.6 Ev Bl = = =× 2 2 2P I R R P I r r = = =外 外 外 内 1 2 1 1 1( ) (3 1.5)W 2.25W2 2 2P P P P= = + = × + =内 外 1 2 (3 1.5 2.25)W 6.75WP P P P= + + = + + =内安（2）类比是一种常用 研究方法。对比加速度和速度的定义，参考由 v – t 图像求位移的方法，求电梯在第 1s 内的速度改变量∆v1 和上升过程中的最大速度 vmax； （3）求电梯在 1 ~ 10s 时间内上升的高度 h 与机械能的变化量 ΔE。 【答案】（1） ， ；（2） ， ；（3） ， 【解析】 【详解】（1）由牛顿第二定律得 由 a – t 图像可知，F1 和 F2 对应的加速度分别是 ， 解得 （2）由 得， ，类比可知，所求速度变化量等于第 1s 内 a – t 图线下的面积 由图 b 可知，电梯在 0~11s 加速上升，11s~30s 匀速运动，30s~41s 减速上升，所以 11s~30s 内速率最大， 第 11s 时的速度值等于 0~11s 内 a – t 图线下的面积 （3）1~10s 内电梯匀加速上升，初速为 0.5m/s，加速度为 1m/s2，时间 9s，则 代入数据解得 机械能的变化量 的 42.2 10 N× 41.8 10 N× 1Δ 0.50 m/sv = m 10m/sv = 45m 59.9 10 J× F mg ma− = 2 1 1 0m/sa .= 2 2 1 0m/sa .= − 3 4 1 1( ) 2 0 10 (10 1 0)N 2 2 10 NF m g a . . .= + = × × + = × 3 4 2 2( ) 2 0 10 (10 1 0)N 1 8 10 NF m g a . . .= + = × × − = × Δ Δ va t = Δ Δv a t= ⋅ 1 1Δ 10 1m/s 0.50 m/s2v = × × = m 1 (9 11) 1m/s 10m/s2v = × + × = 2 0 1 2h v t at= + 45mh =代入数据解得 1 1Δ FE W F h= = 59.9 10 JΔE ×=