【334363】2021年上海市普通高中学业水平物理试卷

2021年上海市普通高中学业水平物理试卷

一、单项选择题（共40分。第1-8小题，每题3分，第9-12小题，每题4分。）

1．（3分）β粒子是（　　）

A．原子核外电子

B．中子转化而成

C．原子核内电子

D．质子转化而成

【答案】B

【考点】α衰变的特点、本质及方程；原子的核式结构模型；α、β、γ射线的本质及特点

【分析】依据β粒子来自β衰变，是由中子转化而来的。

【解答】解：β粒子是发生β衰变时，是由于原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，故ACD错误，B正确；故选：B。

【难度】1

2．（3分）α粒子散射实验中，大角度偏转（　　）

A．是由于与电子的碰撞

B．是由于库仑引力

C．反映了原子核由质子和中子组成

D．来源于原子核中带正电的核

【答案】D

【考点】卢瑟福α粒子散射实验

【分析】卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是原子核带正电且质量很大，α粒子也是带正电，由于同种电荷相互排斥和α粒子被质量大的原子核弹回。

【解答】解：α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的近七千分之一，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变；α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，综上所述，故ABC错误，D正确；故选：D。

【难度】1

3．（3分）坐标原点的波源O产生的波向两侧传播，当波源振动频率逐渐增大时，则可能的波形图为（　　）

A．

B．

C．

D．

【答案】A

【考点】机械波的图像问题；波的叠加；波长、频率和波速的关系

【分析】由公式v＝λf可知，频率变大，波速不变时，波长变小，且题意可知波源O产生两列波向两侧传播，波长都变小。

【解答】解：波速由介质决定，波速不变，由公式v＝λf可知，频率变大，波速不变时，波长变小，且题意可知波源O产生两列波向两侧传播，波长都变小，故A正确，ABD错误。故选：A。

【难度】1

4．（3分）“天宫一号”探测器在火星表面悬停以寻找最佳着陆点。当它水平匀速运动时，不计空气阻力，其喷气方向为（　　）

A．竖直向上

B．斜向上

C．竖直向下

D．斜向下

【答案】C

【考点】共点力的平衡问题及求解

【分析】当“天宫一号”水平匀速运动时，它处于平衡状态，根据平衡条件可判断它的喷气方向。

【解答】解：当“天宫一号”水平匀速运动时，它处于平衡状态，此时它受到竖直向下的重力，根据二力平衡可判断出通过喷气使它受到的反作用力应竖直向上，故“天宫一号”的喷气方向为竖直向下，故C正确，ABD错误。故选：C。

【难度】1

5．（3分）做直线运动的物体的v﹣t图像为一个半圆，如图所示。则它在0～4s内的平均速度为（　　）

A．πm/s

B．0.5πm/s

C．1m/s

D．0.25πm/s

【答案】B

【考点】根据v﹣t图像的物理意义分析单个物体的运动情况；平均速度（定义式方向）

【分析】平均速度等于位移与时间之比，而位移根据v﹣t图像与时间轴所围的面积求解。

【解答】解：根据v﹣t图像与时间轴围成的面积大小表示位移，可得0～4s内物体的位移为：x m＝2πm，平均速度为： m/s＝0.5πm/s，故ACD错误，B正确。故选：B。

【难度】1

6．（3分）如图所示为气体分子的速率分布图线。纵坐标表示速率分子占总体的百分比，图线1下方的面积为S₁，图线2下方的面积为S₂。则温度T和面积S的大小关系为（　　）

A．T₁＞T₂

B．T₁＜T₂

C．S₁＞S₂

D．S₁＜S₂

【答案】B

【考点】分子热运动速率随温度变化具有统计规律

【分析】温度越高分子热运动越激烈，分子运动激烈是指速率大的分子所占的比例大。

【解答】解：AB、气体的温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，所以T₁＜T₂，故A错误，B正确；CD、曲线下的面积表示分子速率从0﹣∞所有区间内分子数的比率之和，两条曲线与横坐标围成的面积相等，故CD错误；故选：B。

【难度】1

7．（3分）有一个半径为r圆形的光滑轨道，一个质点以v 的速度从轨道底部驶入，当到达与圆心等高的点时，关于它的速度v与加速度a，下列说法中正确的是（　　）

A．v＝0，a＝0

B．v≠0，a＝0

C．v＝0，a≠0

D．v≠0，a≠0

【答案】C

【考点】牛顿第二定律与向心力结合解决问题

【分析】对质点根据动能定理可求质点从底部到与圆心等高点的速度，对质点在与圆心等高点处，根据受力情况确定加速度的大小。

【解答】解：对质点从底部到与圆心等高点，根据动能定理得：﹣mgr 代入数据解得：v₁＝0与圆心等高时，由于速度为零，根据F＝m 可知，向心力为零，即轨道对质点的弹力为零，向心加速度为零，故质点只受重力作用，a＝g≠0，故C正确，ABD错误。故选：C。

【难度】1

8．（3分）一带正电的物体沿电场线方向运动，则（　　）

A．受力增大

B．速度减小

C．电势能减小

D．加速度减小

【答案】C

【考点】电场力做功与电势能变化的关系；电场强度与电场力的关系和计算；电场线的定义及基本特征

【分析】依据电场线的疏密来体现电场强度的强弱，根据F＝qE，来判定电场力大小，结合沿着电场线方向电场力做正功，则电势能减小，从而即可判定。

【解答】解：AD、一带正电的物体沿电场线方向运动，由于不知电场线的疏密，因此无法确定电场强度强弱，则不知道电场力大小，那么加速度也无法确定大小，故AD错误；BC、根据带正电物体受到的电场力与运动方向相同，电场力做正功，电势能减小，动能增大，速度也增大，故B错误，C正确；故选：C。

【难度】1

9．（4分）物体做直线运动的频闪照片如图所示，则（　　）

A．加速度向左

B．速度向左

C．加速度向右

D．速度向右

【答案】C

【考点】匀变速直线运动速度与时间的关系

【分析】频闪照片的频率不变，即照片中的点的时间间隔不变，结合题图中物体在相等的时间间隔内的位移变化情况，即可判断出物体的速度和加速度方向。

【解答】解：由题图可知，从左向右物体在相等的时间间隔内的位移越来越大，故物体可能向右做加速运动或向左做减速运动，即加速度方向向右。故选：C。

【难度】1

10．（4分）在一根电流随时间均匀增加的长直导线周围存在（　　）

A．恒定的匀强磁场

B．恒定的非匀强磁场

C．随时间变化的匀强磁场

D．随时间变化的非匀强磁场

【答案】D

【考点】通电直导线周围的磁场

【分析】直线电流产生磁场，其磁力线的形状为以导线为圆心的封闭的同心圆，且磁场的方向与电流的方向互相垂直.磁感线的疏密程度不同。

【解答】解：据电流的磁效应可知，直线电流周围存在磁场且离导线越远磁感应强度越小，故此磁场不是匀强磁场，由于电流随时间均匀增加，则磁场强度也增加，故D正确，ABC错误。故选：D。

【难度】1

11．（4分）一根足够长的试管开口向下，中间用水银封闭了一定质量的气体，如图所示。现将试管绕定点缓慢向右转到虚线处，则下列图像中正确的是（　　）

A．

B．

C．

D．

【答案】D

【考点】理想气体状态变化的图像问题

【分析】根据气体压强的计算方法分析转动过程中气体压强的变化情况，由此分析体积和温度的变化情况，再根据图像的斜率以及等温线的特点进行解答。

【解答】解：设管内气体的压强为p、体积为V，水银柱的长度为h，转过的角度为θ。则p＝p₀﹣p_hcosθ，当θ增大时，cosθ减小，封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变。AB、根据理想气体状态方程 C可得：V ，压强增大、V﹣T图像中斜率应该减小，故AB错误；C、根据理想气体状态方程 C可得：p ，气体体积减小、p﹣T图像的斜率增大，故C错误；D、p﹣V图像的等温线为双曲线的一支，由于封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变，故D正确。故选：D。

【难度】3

12．（4分）如图，在一个点电荷Q附近的a、b两点放置检验电荷。则检验电荷的受力F与其电荷量q的关系图为（　　）

A．

B．

C．

D．

【答案】B

【考点】库仑定律的表达式及其简单应用；电场强度与电场力的关系和计算

【分析】根据电场强度的定义式E 得：F＝Eq，得到F﹣q图像斜率的大小为E，电场越强的地方斜率越大。

【解答】解：离点电荷越近，电场强度越大，根据电场强度的定义式E 得：F＝Eq，F﹣q图像为过原点的倾斜直线，斜率的大小等于E的大小，所以图像中a与原点的连线的斜率大于b与原点连线的斜率，故B正确，ACD错误。故选：B。

【难度】5

二、填空题（共20分，每题4分）

13．（4分）氚核 H的中子数为　 　。它的半衰期为12年，则经过　 　年后，氚核的数量减小为原来的 。

【答案】2，24

【考点】α衰变的特点、本质及方程

【分析】依据中子数与质子数之和为质量数，结合经过一个半衰期有半数原子核发生衰变，从而即可求解。

【解答】解：氚核 H，则其质量数为3，而质子数为1，那么其中子数为：3﹣1＝2；它的半衰期为12年，而氚核的数量减小为原来的 ，依据经过一个半衰期有半数原子核发生衰变，那么经过2个半衰期，因此经过了24年；故答案为：2，24。

【难度】3

14．（4分）密闭容器中气体温度降低，则气体分子的 　 　减小。容器壁单位面积上受到分子撞击的平均作用力 　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

【答案】平均动能，减小

【考点】气体压强的微观解释

【分析】温度是分子平均动能大小的标志，温度越低，分子的平均动能越小；容器壁单位面积上受到分子撞击的平均作用力与分子的密集程度及分子平均动能决定。

【解答】解：温度是分子平均动能大小的标志，密闭容器中气体温度降低，则气体分子的平均动能减小；密闭容器中气体体积不变，即分子的密集程度不变，气体分子动能变小，则容器壁单位面积上受到分子撞击的平均作用力减小。故答案为：平均动能，减小。

【难度】3

15．（4分）上海科学家创造出的激光在2×10^﹣14s内产生400J的能量。则它的平均功率为 　 　W。若它的中心波长为8×10^﹣7m，对应的频率应该为 　 　Hz。

【答案】2×10¹⁶，3.75×10¹⁴

【考点】激光的特点及其应用

【分析】根据平均功率公式求解；在真空中传播时，根据公式c＝λf求解频率。

【解答】解：根据功率公式，可得激光的平均功率为：P W＝2×10¹⁶W根据公式c＝λf，可得对应的频率应该为：f Hz＝3.75×10¹⁴Hz故答案为：2×10¹⁶，3.75×10¹⁴。

【难度】3

16．（4分）已知M的单位是kg/mol，T的单位为K，C的单位为J/（K•mol），则国际单位中C的基本单位是 　 　。若存在v ，α为无量纲数，则λ＝　 　。

【答案】kg•m²•s^﹣2•K^﹣1•mol^﹣1；0.5

【考点】力学单位制与单位制

【分析】在国际单位制中，质量、长度、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度作为基本物理量，其单位作为基本单位，而由基本单位推出的单位称导出单位；基本单位和导出单位组成单位制；结合相关公式推导可求解。

【解答】解：国际单位中C的基本单位是：J/（K•mol）＝N•m/（K•mol）＝kg•m²•s^﹣2•K^﹣1•mol^﹣1 的单位是： v的单位是：m•s^﹣1所以λ＝0.5故答案为：kg•m²•s^﹣2•K^﹣1•mol^﹣1；0.5

【难度】3

17．（4分）在测量引力常量G的实验中，小球（可视为质点）偏离竖直方向一个小角度θ，两球心之间距离为r，质量为M的均匀圆球快速移开后，小球运动 　 　（填写“可以”或“不可以”）视为简谐运动。若测量出两球心距r、圆球质量M、小球偏离竖直方向的水平距离d和小球摆动的周期T后，引力常量G可以表示为 　 　。（当θ很小时，sinθ≈tanθ）

【答案】可以，

【考点】万有引力与重力的关系（黄金代换）

【分析】当摆动角度较小时，可以将小球的运动看作是简谐运动。利用平衡知识求得引力常量。结合单摆周期表达式，可求出引力常量。

【解答】解：万有引力很小，所以可知初始角度很小，可以看作是简谐运动，对小球受力分析、由平衡条件可得到：F＝G mgtanθ，因为角度θ很小，sinθ≈tanθ，所以有：G mgsinθ，G ，设摆长是L，由图可知sinθ ，单摆周期是T＝2π ，联立解得G .故答案为：可以， 。

【难度】5

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．（10分）在“描绘等量异种电荷等势线”的实验中：

（1）实验中需要使用 　 　传感器。

（2）红、黑表笔分别接在d、f时，U_df＜0，则红表笔不动，黑表笔接在e点时，U_de　 　0（填写“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）请画出f点所在的等势面。

（4）实验中实际测得的是 　 　。

（A）等量同种电荷的等势面

（B）等量异种电荷的等势面

（C）稳恒电流场中的等势面

（D）变化电流场中的等势面

【答案】（1）电压（2）＞（3）如图所示；（4）C

【考点】等势面及其与电场线的关系

【分析】本实验是用DIS描绘电场的等势线，根据实验原理确定使用的仪器；根据对应的等量异种电荷形成的电场线的分布规律确定各点的电势高低，并得出对应的等势线；明确本实验实际测得的是稳恒电流场中的等势面。

【解答】解：（1）实验时需要找出等势点，所以实验中需要使用电压传感器；（2）红、黑表笔分别接在d、f时，U_df＜0，说明d点电势低，A端为正极，B端为负极，则可知d点电势高于e点，故红表笔不动，黑表笔接在e点时，U_de＞0；（3）根据等量异种电荷形成的电场和等势面分布规律可知，过f点的等势线如图所示；（4）本实验是用DIS描绘电场的等势线，但是用恒定电流场来模拟静电场，由于两接线柱是正负极，所以模拟的是等量异种电荷的静电场，故C正确，ABD错误。故选：C故答案为：（1）电压（2）＞（3）如图所示；（4）C。

【难度】5

19．（14分）如图，在倾角为θ的斜面ABC上，AB光滑且长为L，BC段粗糙（摩擦因数恒定）且足够长。一质量为m的物体在平行于斜面的力F作用下，从静止开始运动，AB段做匀加速直线运动，经过t₀到达B点。重力加速度为g，求：

（1）AB段的拉力F的大小；

（2）物体运动到B点时拉力的功率P_B；

（3）若BC段拉力的功率恒为P_B，且物体做减速运动。定性画出物体由A运动到C的v﹣t图像。

【答案】解：（1）物体在AB段运动时，受力分析根据牛顿第二定律有：F﹣mgsinθ＝ma₁物体做静止开始的匀加速直线运动，满足公式： 解得AB段的拉力F的大小为 （2）物体运动到B点时，其速度为：v_B＝a₁t₀在B点拉力的功率为：P_B＝Fv_B （3）根据公式P＝Fv，依题意，功率恒为P_B，且物体做减速运动，所以拉力F变大，根据牛顿第二定律：mgsinθ+f﹣F＝ma₂解得： 公式中mgsinθ+f，保持不变，所以a₂减小，当其减为零时，物体开始匀速运动。物体由A运动到C的v﹣t图像如图所示：

【考点】功率的定义、物理意义和计算式的推导；作用力与反作用力

【分析】考查牛顿第二定律的应用，在AB和BC阶段正确受力分析列出加速度方程是解题的关键，对功率概念的把握是本题的要点，从功率与拉力的关系判断出拉力放入变化，从而定性的作出从B到C的速度﹣时间图线。

【解答】解：（1）物体在AB段运动时，受力分析根据牛顿第二定律有：F﹣mgsinθ＝ma₁物体做静止开始的匀加速直线运动，满足公式： 解得AB段的拉力F的大小为 （2）物体运动到B点时，其速度为：v_B＝a₁t₀在B点拉力的功率为：P_B＝Fv_B （3）根据公式P＝Fv，依题意，功率恒为P_B，且物体做减速运动，所以拉力F变大，根据牛顿第二定律：mgsinθ+f﹣F＝ma₂解得： 公式中mgsinθ+f，保持不变，所以a₂减小，当其减为零时，物体开始匀速运动。物体由A运动到C的v﹣t图像如图所示：

【难度】5

20．（16分）如图（a）所示，竖直放置的足够长光滑平行导轨，宽L＝0.75m，导轨位于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8T。一根内阻不计金属棒跨接在导轨上，上方接如图所示的电路，R₀＝10Ω，R为一电阻性元件。电键S断开时，金属棒由静止释放，其下落到匀速过程中R的U﹣I图线如图（b）所示。g取10m/s²，求：

（1）金属棒匀速直线运动时的速度；

（2）金属棒的质量；

（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能。

【答案】（1）金属棒匀速直线运动时的速度为10m/s；（2）金属棒的质量为0.03kg；（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能为 J。

【考点】导体平动切割磁感线产生的感应电动势；电磁感应过程中的动力学类问题；电磁感应过程中的电路类问题

【分析】（1）由图读出金属棒匀速直线运动时电压表的读数U，由于金属棒电阻不计，所以金属棒产生的感应电动势E＝U，根据E＝BLv求金属棒匀速直线运动时的速度。

（2）由图读出金属棒匀速直线运动时电流表的读数，由F＝BIL求出金属棒受到的安培力，再由平衡条件求金属棒的质量。

（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒匀速运动，根据平衡条件求出通过金属棒的电流，得到通过电阻R上的电流，作出U﹣I图象，读出金属棒匀速运动时的电压，由E＝BLv求出速度，从而求得动能。

【解答】解：（1）由图可知，金属棒匀速直线运动时电压表的读数U＝6V，电流表的读数I＝0.5A由于不计金属棒内阻，则金属棒产生的感应电动势E＝U结合E＝BLv₀，解得金属棒匀速直线运动时的速度：v₀＝10m/s（2）金属棒匀速运动时，有mg＝F_安又F_安＝BIL解得m＝0.03kg（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒再次匀速运动，仍有mg＝F_安＝BI_总L设流过电阻R的电流为I，则I＝I_总 0.5 0.5﹣0.1U即U＝5﹣10I，在图（b）中作出U﹣I图像，如图所示，该图像与原来R的U﹣I图线交点表示金属棒再次匀速运动时的电压和电流此时，E′＝U＝2V由E′＝BLv′，解得金属棒再次匀速运动时的速度v′ m/s，动能为E_k 0.03×（ ）²J J答：（1）金属棒匀速直线运动时的速度为10m/s；（2）金属棒的质量为0.03kg；（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能为 J。

【难度】5