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物理（全国新课标卷）2024年高考冲刺押题卷02 （新情景题）（全解全析）
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这是一份物理（全国新课标卷）2024年高考冲刺押题卷02 （新情景题）（全解全析），共12页。
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如
需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写
在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
二、选择题：本题共8小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第14~18题只有一项符合题目要求，第19~21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
14．某发射星云可认为完全由氢原子构成，其发光机理可简化为：能量为12.09eV的紫外光子照射该星云时，会使其氢原子从基态跃迁到激发态，处于激发态的氢原子会辐射光子。氢原子能级图如图所示，部分颜色的可见光光子能量范围见下表，则观测到该星云的颜色是（ ）
A．红色B．黄色C．蓝色D．紫色
【答案】A
【详解】根据题意可知，此为大量氢原子跃迁的过程，而基态氢原子吸收紫外光子后发生跃迁，跃迁后的能量为，可知跃迁后的氢原子处于能级，而跃迁后的氢原子并不稳定，会向外辐射光子，再次跃迁回基态，其跃迁方式可以从能级跃迁至能级，再由能级跃迁至能级，或直接由能级跃迁至能级，由此可知氢原子从能级向基态跃迁的过程中会辐射3种频率的光子。从能级跃迁至能级释放的能量为，从能级跃迁至能级释放的能量，由能级跃迁至能级释放的能量，对比表中各种色光光子能量范围可知，从能级跃迁至能级时辐射的能量在红光光子能量范围内，其他两种跃迁所辐射的光子能量均不在所给色光光子能量范围内，因此，观测到该星云的颜色为红色。
故选A。
15．随着我国海军实力的日益增强，对舰载直升机的需求量也越来越大。在某次出海训练中，为了测试某种新型舰载直升机的各项性能指标，福建舰舰长让直升飞机从甲板上竖直匀加速起飞，在离福建舰6km的山东舰的舰载雷达向外持续发射波长为1m的无线电波。直升机起飞4s后第一次接收到山东舰的最强雷达信号。已知山东舰的舰载雷达离海面高30m，福建舰甲板离海平面的高度为20m。无线电波射到水面时遵循反射定律，不考虑海水对无线电波的吸收和反射后的相位变化。下列说法正确的是（提示：无线电波与其经水面的反射波在空中叠加时会发生干涉现象，使直升机在不同位置接收到的信号强弱发生变化）（ ）
A．无线电波在空气中的传播速度为340m/s
B．直升机的加速度为
C．直升机再经过2s时第二次接收到辽宁舰的雷达信号最强
D．起飞4s后直升机接收到最强雷达信号的时间间隔均相等
【答案】C
【详解】A．无线电波是电磁波，在空气中的传播速度远大于340m/s，故A错误；
BCD．无线电波与其经水面的反射波在空中叠加时会发生干涉现象，根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式可得，直升机起飞4s后第一次接收到山东舰的最强雷达信号，且福建舰甲板离海平面的高度为20m，则有，解得直升机的加速度为，由于飞机做匀加速直线运动，则起飞4s后直升机接收到最强雷达信号的时间间隔越来越小，设直升机再经过时第二次接收到辽宁舰的雷达信号最强，则有，解得，故C正确，BD错误。故选C。
16．某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图所示。材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是（ ）
A．表面3可以与表面2平行
B．该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的
C．仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大
D．仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
【答案】C
【详解】AB．该条纹是由上层玻璃下表面2与下层玻璃上表面3的反射光发生干涉形成的，由空气尖劈原理可知，若表面3与表面2平行，则两表面的反射光之间的光程差始终恒定，则不会形成明暗相间的条纹，故AB错误；
若温度升高，干涉条纹向左移动，则上层玻璃下表面2与下层玻璃上表面3之间的空气膜厚度增加，即材料甲膨胀程度大，故C正确；
D．若换用频率更小的单色光，则波长变长，根据条纹间距公式，可知，干涉条纹间距增大，对应空气膜厚度符合条件的位置向右移动，故D错误。故选C。
17．如图所示，两个单匝线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，甲图中线圈面积为S，转动角速度为，乙图中线圈面积为，转动角速度为，甲图从线圈和磁场方向平行处开始计时；乙图从线圈和磁场方向垂直处开始计时，两图中磁感应强度大小相同，线圈电阻均忽略不计，外接电阻阻值均为R，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙两种情况下，感应电动势的瞬时值表达式相同
B．甲、乙两种情况下，磁通量随时间变化的表达式相同
C．甲、乙两种情况下，转过90°过程中通过线圈的电荷多少相同
D．甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率相同
【答案】D
【详解】A．甲图中感应电动势瞬时表达式为，乙图中感应电动势瞬时表达式为，故A错误；
B．甲种情况下，磁通量随时间变化的表达式，乙种情况下，磁通量随时间变化的表达式，故B错误；
C．甲乙转过90°过程中所用时间分别为，，甲乙在该时间内的平均电流分别为，，转过90°过程中通过线圈的电荷分别为，，故C错误；
D．由于甲乙两种情况下电压的有效值相同，均为，因此甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率均为，D正确。
故选D。
18．如图所示，轻绳两端固定在水平杆上，在轻绳上悬挂7个相同的灯笼，左右两侧灯笼关于过结点O的竖直线对称。已知PM段、QO段轻绳与竖直方向的夹角分别为α、β，灯笼均处于静止状态。则tanβ与tanα两数之比为（ ）
A．3B．5C．7D．9
【答案】B
【详解】设绳与竖直方向的夹角为，对中间五个灯笼受力分析，根据平衡条件可得，同理可得，，对结点受力分析，水平方向有，对结点受力分析，水平方向有，联立解得，故选B。
19．如图所示，水平放置的大餐桌转盘绕着过转盘圆心的竖直轴做匀速圆周运动，转盘表面质地均匀；转盘上放着两个完全相同的小碟子，随着转盘共同转动；两个碟子的质量都是m，线速度大小都是v；其中一个碟子中装有一个苹果，在任何情况下苹果都与该碟子保持相对静止；另一个碟子是空的。以下说法正确的是（ ）
A．匀速转动时，碟子对转盘的摩擦力方向指向转盘圆心
B．若转盘的角速度逐渐增大，则空碟子先相对转盘发生滑动
C．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子摩擦力的冲量大小为
D．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子的摩擦力所做的功为零
【答案】CD
【详解】A．匀速转动时，碟子的向心力由转盘给碟子的摩擦力提供，指向转盘圆心，由牛顿第三定律可得，碟子对转盘的摩擦力方向为转盘圆心与碟子的连线向外，故A错误；
B．当刚发生相对滑动时有最大静摩擦提供向心力，即，两个碟子与转盘接触面动摩擦因数相同，半径相同，则可知两个碟子相对转盘发生滑动的角速度相同，故B错误；
C．转盘匀速转动半周的过程中，空碟子速度反向，合外力对空碟子的冲量等于其动量改变量，则有，故C正确；
D．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子的摩擦力提供向心力，始终指向圆心，与速度方向垂直，不做功，则转盘对空碟子的摩擦力所做的功为零，故D正确。
故选CD。
20．2024年4月9日在北美洲南部能观察到日全食，此时月球和太阳的视角相等，如图所示。已知地球绕太阳运动的周期约为月球绕地球运动周期的13倍，太阳半径约为地球半径的100倍，地球半径约为月球半径的4倍，月球绕地球及地球绕太阳的运动均可视为圆周运动，根据以上数据可知（ ）
A．地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为
B．地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为
C．太阳的质量约为地球质量的倍
D．地球与太阳的平均密度之比约为
【答案】AC
【详解】A．有几何关系可知，，结合视角图可得地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为，故A正确；
BCD．由，可得，则太阳的质量约为地球质量的，地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为，星球的密度为，则地球与太阳的平均密度之比约为，故C正确，BD错误。
故选AC。
21．如图，容积为的汽缸竖直放置，导热良好，右上端有一阀门连接抽气孔。汽缸内有一活塞，初始时位于汽缸底部高度处，下方密封有一定质量、温度为的理想气体。现将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门，然后缓慢加热活塞下方气体。已知大气压强为，活塞产生的压强为，活塞体积不计，忽略活塞与汽缸之间摩擦。则在加热过程中（ ）
A．开始时，活塞下方体积为
B．温度从升至，气体对外做功为
C．温度升至时，气体压强为
D．温度升至时，气体压强为
【答案】AD
【详解】A．由于初始时位于汽缸底部高度处，则初始时，活塞下方体积为，由于大气压强为，活塞产生的压强为，则初始时，气体的压强，将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门过程，末状态气体的压强为，根据玻意耳定律有，解得，即加热开始时，活塞下方体积为，故A正确；
B．若活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门之后缓慢加热，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强始终为，此时，根据盖吕萨克定律有，解得，可知，温度从升至过程，活塞没有到达顶部，气体做等压变化，则有，解得，则温度从升至，气体对外做功为，故B错误；
C．结合上述可知，温度升至时，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强为，故C错误；
D．结合上述可知，温度升至时，活塞已经到达气缸顶部，与顶部有相互作用的弹力，温度由升高至过程为等容过程， 根据查理定律有，解得，故D正确。
故选AD。
三、非选择题：共62分。
22．（6分）某实验小组做验证牛顿第二定律的实验，所用的实验装置如图1所示，滑块（含遮光条）的质量用M表示，砝码的质量用m表示。
（1）本实验 （填“需要”或“不需要”）满足。
（2）通过气垫导轨上的刻度尺读出两个光电门之间的距离L，通过数字计时器测量遮光条从光电门1到光电门2的时间t。实验小组保持光电门2的位置及滑块在气垫导轨上的释放位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，测得多组L和t数据，根据测验数据，作出了图像如图2所示，若图线斜率的绝对值为k，图线在纵轴上的截距为b，根据图线可求出滑块加速度的大小为 ，经过光电门2的速度大小为 。
（3）由以上实验即可验证牛顿第二定律。
【答案】 （1） 不需要 （2分） （2） （2分） （2分）
【详解】（1）当实验中调节气垫导轨水平且细线与气垫导轨平行时，力传感器的示数F等于细线的拉力，结合上述可知，该示数即为滑块的合力，可知实验中不需要使力传感器和钩码的总质量远小于滑块及遮光条的总质量。
（2）滑块释放位置不变，光电门2的位置不变，则无论光电门1位置如何变化，经过光电门2的速度大小不变，设为，则根据匀变速直线运动中平均速度的规律，两光电门之间的间距为，整理可得，则图像中斜率绝对值为，则，解得滑块加速度的大小为，截距为，可得经过光电门2的速度大小为
23．（12分）用图（a）的电路研究电容器的充放电，电源电动势为12V（内阻忽略不计）；R1、R2、R3为定值电阻，其中R2=160Ω；电流传感器（内阻忽略不计）将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I-t图像。
(1)①闭合开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线I，图线I与时间轴围成的“面积”为S1，其物理意义是 ；
②断开开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线II，图线II与时间轴围成的“面积”为S2，理论上应该有S1 S2（选填“>”“<”或“=”）；
(2)测得S1为2.64mA•s，由此可知电容器的电容C= μF，定值电阻R3= Ω；开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为 C。
【答案】(1) 电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量 （2分） =（2分）
(2) 220 （2分） 480（3分） （3分）
【详解】（1）①根据，可知I-t图像与对应时间轴所围成的面积表示的物理意义是电荷量，即电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量。
② S1和S2均表示电容器放电的电荷量，所以
（2）根据，可得
根据，可知，两次放电过程的最大电流与电路电阻成反比，即
解得
开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为
24．（10分）如图某升降电梯的轿厢A、配重B和电动机由轻质缆绳连接，电动机拉动B，使A运动。某次运行时，A（含载重）的质量M=1000kg，t=0时，A从1楼由静止开始以0.5m/s2的加速度加速运动，然后以v=1m/s的速度匀速运动，最后以大小为0.5m/s2的加速度减速上升至3楼停止，A上升的高度h=7m。已知B的质量m=800kg，不计空气阻力和摩擦阻力，g取10m/s2。求：
（1）此次电梯匀速运行的时间；
（2）t=1s时，B下端缆绳的拉力大小；
（3）A（含载重）从静止开始上升到5m的过程，A（含载重）的机械能增量。
【答案】（1）5s；（2）；（3）
【详解】（1）电梯加速运行的时间
位移
减速运行的时间
位移
匀速运行的时间
（2）由（1）可知时，匀加速上升，匀加速下降，设B下端缆绳的拉力大小为，B上端缆绳的拉力大小为，对AB
代入数据解得
（3）由（1）可知上升到时，速度大小为，机械能增量
代入数据解得
25．（14分）一种简易静电加速装置如图甲所示：在一个侧壁为圆锥中段，底盘水平放置的塑料碗内壁贴上十字的镀铜锡条，外壁贴上十字的铝条，并将铝条反扣贴在内壁，形成如图所示的铜、铝相间的电极。将由锡纸包裹的轻质小球静置于A点，镀铜锡条与高压恒压源正极相连、铝条与负极相连后，小球开始沿逆时针方向被加速。如图乙所示，塑料碗侧壁截面与水平面夹角为θ，圆形底盘半径为R，小球质量为m，恒压源电压始终为U。小球与锡条接触分离后，所带电荷量为，与铝条接触分离后，所带电荷量为。忽略各处阻力，不考虑小球与塑料碗、空气之间的电荷交换，仅考虑相邻电极间电场对小球的加速作用，重力加速度为g。
（1）求小球第一次运动到B点时的速度大小；
（2）若小球加速几圈后，恰好开始沿碗壁向上运动，求小球加速的圈数；
（3）小球加速（）圈后撤掉电场，此时轻微晃动塑料碗，使小球可以在距碗底一定高度的水平面上以速度v做匀速圆周运动（整个过程小球没有离开塑料碗）。求晃动塑料碗时，碗对小球做的功W。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据动能定理
可得
（2）设小球加速圈后速度大小为，恰好沿碗壁向上运动。意味着小球与碗底之间无相互作用力。碗壁对小球支持力的水平分力提供小球做圆周运动的向心力，竖直分力与重力大小相等，根据牛顿第二定律
解得
由动能定理
联立可得
（3）设此时小球距离碗底的竖直高度为h，碗壁对小球支持力为，则有
解得
根据动能定理
联立可得
26．（20分）如图，PQ、MN是两条固定在水平面内间距的平行轨道，两轨道在O、处各有一小段长度可以忽略的绝缘体，绝缘体两侧为金属导轨，金属导轨电阻不计。轨道左端连接一个的电阻，轨道的右端连接一个“恒流源”，使导体棒ab在O、右侧时电流恒为。沿轨道MN建立x轴，O为坐标原点，在两轨道间存在垂直轨道平面向下的有界磁场，区域B随坐标x的变化规律为，；区域为匀强磁场，磁感应强度大小。开始时，质量、长度、电阻的导体棒ab在外力作用下静止在处，ab棒与导轨间动摩擦因数。现撤去外力，发现ab棒沿轨道向左运动。已知重力加速度g取，求：（结果可保留根式和π）
（1）撤掉外力瞬间ab棒中的电流方向和ab棒的加速度大小；
（2）撤掉外力后，ab棒由静止运动到处的速度大小；
（3）若ab棒最终停在处，其运动的总时间为多少。（已知：质量为m的物体做简谐运动时，回复力与物体偏离平衡位置的位移满足，且振动周期。）
【答案】（1）到，；（2）；（3）
【详解】（1）由题可知，棒沿轨道向左运动，即受到了向左的安培力作用，根据左手定则判断，电流的方向从到。
对棒，由牛顿第二定律
解得
（2）棒受安培力随位移线性变化，所以
对棒，从开始到过程，列动能定理
得
（3）在区域中，棒受到的合力为
由简谐振动的性质可知棒以处为平衡位置作简谐振动，振幅，
周期为
则在区域中的运动时间为
设棒穿过左侧匀强磁场过程中，由动量定理
则全程总时间
颜色
红
黄
蓝
紫
能量范围（eV）
1.62～1.99
2.07～2.20
2.78～2.90
2.90～3.11
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如
需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写
在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
二、选择题：本题共8小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第14~18题只有一项符合题目要求，第19~21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
14．某发射星云可认为完全由氢原子构成，其发光机理可简化为：能量为12.09eV的紫外光子照射该星云时，会使其氢原子从基态跃迁到激发态，处于激发态的氢原子会辐射光子。氢原子能级图如图所示，部分颜色的可见光光子能量范围见下表，则观测到该星云的颜色是（ ）
A．红色B．黄色C．蓝色D．紫色
【答案】A
【详解】根据题意可知，此为大量氢原子跃迁的过程，而基态氢原子吸收紫外光子后发生跃迁，跃迁后的能量为，可知跃迁后的氢原子处于能级，而跃迁后的氢原子并不稳定，会向外辐射光子，再次跃迁回基态，其跃迁方式可以从能级跃迁至能级，再由能级跃迁至能级，或直接由能级跃迁至能级，由此可知氢原子从能级向基态跃迁的过程中会辐射3种频率的光子。从能级跃迁至能级释放的能量为，从能级跃迁至能级释放的能量，由能级跃迁至能级释放的能量，对比表中各种色光光子能量范围可知，从能级跃迁至能级时辐射的能量在红光光子能量范围内，其他两种跃迁所辐射的光子能量均不在所给色光光子能量范围内，因此，观测到该星云的颜色为红色。
故选A。
15．随着我国海军实力的日益增强，对舰载直升机的需求量也越来越大。在某次出海训练中，为了测试某种新型舰载直升机的各项性能指标，福建舰舰长让直升飞机从甲板上竖直匀加速起飞，在离福建舰6km的山东舰的舰载雷达向外持续发射波长为1m的无线电波。直升机起飞4s后第一次接收到山东舰的最强雷达信号。已知山东舰的舰载雷达离海面高30m，福建舰甲板离海平面的高度为20m。无线电波射到水面时遵循反射定律，不考虑海水对无线电波的吸收和反射后的相位变化。下列说法正确的是（提示：无线电波与其经水面的反射波在空中叠加时会发生干涉现象，使直升机在不同位置接收到的信号强弱发生变化）（ ）
A．无线电波在空气中的传播速度为340m/s
B．直升机的加速度为
C．直升机再经过2s时第二次接收到辽宁舰的雷达信号最强
D．起飞4s后直升机接收到最强雷达信号的时间间隔均相等
【答案】C
【详解】A．无线电波是电磁波，在空气中的传播速度远大于340m/s，故A错误；
BCD．无线电波与其经水面的反射波在空中叠加时会发生干涉现象，根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式可得，直升机起飞4s后第一次接收到山东舰的最强雷达信号，且福建舰甲板离海平面的高度为20m，则有，解得直升机的加速度为，由于飞机做匀加速直线运动，则起飞4s后直升机接收到最强雷达信号的时间间隔越来越小，设直升机再经过时第二次接收到辽宁舰的雷达信号最强，则有，解得，故C正确，BD错误。故选C。
16．某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图所示。材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是（ ）
A．表面3可以与表面2平行
B．该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的
C．仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大
D．仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
【答案】C
【详解】AB．该条纹是由上层玻璃下表面2与下层玻璃上表面3的反射光发生干涉形成的，由空气尖劈原理可知，若表面3与表面2平行，则两表面的反射光之间的光程差始终恒定，则不会形成明暗相间的条纹，故AB错误；
若温度升高，干涉条纹向左移动，则上层玻璃下表面2与下层玻璃上表面3之间的空气膜厚度增加，即材料甲膨胀程度大，故C正确；
D．若换用频率更小的单色光，则波长变长，根据条纹间距公式，可知，干涉条纹间距增大，对应空气膜厚度符合条件的位置向右移动，故D错误。故选C。
17．如图所示，两个单匝线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，甲图中线圈面积为S，转动角速度为，乙图中线圈面积为，转动角速度为，甲图从线圈和磁场方向平行处开始计时；乙图从线圈和磁场方向垂直处开始计时，两图中磁感应强度大小相同，线圈电阻均忽略不计，外接电阻阻值均为R，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙两种情况下，感应电动势的瞬时值表达式相同
B．甲、乙两种情况下，磁通量随时间变化的表达式相同
C．甲、乙两种情况下，转过90°过程中通过线圈的电荷多少相同
D．甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率相同
【答案】D
【详解】A．甲图中感应电动势瞬时表达式为，乙图中感应电动势瞬时表达式为，故A错误；
B．甲种情况下，磁通量随时间变化的表达式，乙种情况下，磁通量随时间变化的表达式，故B错误；
C．甲乙转过90°过程中所用时间分别为，，甲乙在该时间内的平均电流分别为，，转过90°过程中通过线圈的电荷分别为，，故C错误；
D．由于甲乙两种情况下电压的有效值相同，均为，因此甲、乙两种情况下，电阻R消耗的功率均为，D正确。
故选D。
18．如图所示，轻绳两端固定在水平杆上，在轻绳上悬挂7个相同的灯笼，左右两侧灯笼关于过结点O的竖直线对称。已知PM段、QO段轻绳与竖直方向的夹角分别为α、β，灯笼均处于静止状态。则tanβ与tanα两数之比为（ ）
A．3B．5C．7D．9
【答案】B
【详解】设绳与竖直方向的夹角为，对中间五个灯笼受力分析，根据平衡条件可得，同理可得，，对结点受力分析，水平方向有，对结点受力分析，水平方向有，联立解得，故选B。
19．如图所示，水平放置的大餐桌转盘绕着过转盘圆心的竖直轴做匀速圆周运动，转盘表面质地均匀；转盘上放着两个完全相同的小碟子，随着转盘共同转动；两个碟子的质量都是m，线速度大小都是v；其中一个碟子中装有一个苹果，在任何情况下苹果都与该碟子保持相对静止；另一个碟子是空的。以下说法正确的是（ ）
A．匀速转动时，碟子对转盘的摩擦力方向指向转盘圆心
B．若转盘的角速度逐渐增大，则空碟子先相对转盘发生滑动
C．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子摩擦力的冲量大小为
D．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子的摩擦力所做的功为零
【答案】CD
【详解】A．匀速转动时，碟子的向心力由转盘给碟子的摩擦力提供，指向转盘圆心，由牛顿第三定律可得，碟子对转盘的摩擦力方向为转盘圆心与碟子的连线向外，故A错误；
B．当刚发生相对滑动时有最大静摩擦提供向心力，即，两个碟子与转盘接触面动摩擦因数相同，半径相同，则可知两个碟子相对转盘发生滑动的角速度相同，故B错误；
C．转盘匀速转动半周的过程中，空碟子速度反向，合外力对空碟子的冲量等于其动量改变量，则有，故C正确；
D．转盘匀速转动半周的过程中，转盘对空碟子的摩擦力提供向心力，始终指向圆心，与速度方向垂直，不做功，则转盘对空碟子的摩擦力所做的功为零，故D正确。
故选CD。
20．2024年4月9日在北美洲南部能观察到日全食，此时月球和太阳的视角相等，如图所示。已知地球绕太阳运动的周期约为月球绕地球运动周期的13倍，太阳半径约为地球半径的100倍，地球半径约为月球半径的4倍，月球绕地球及地球绕太阳的运动均可视为圆周运动，根据以上数据可知（ ）
A．地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为
B．地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为
C．太阳的质量约为地球质量的倍
D．地球与太阳的平均密度之比约为
【答案】AC
【详解】A．有几何关系可知，，结合视角图可得地球到太阳的距离与月球到地球的距离之比约为，故A正确；
BCD．由，可得，则太阳的质量约为地球质量的，地球对月球的引力与太阳对月球的引力之比约为，星球的密度为，则地球与太阳的平均密度之比约为，故C正确，BD错误。
故选AC。
21．如图，容积为的汽缸竖直放置，导热良好，右上端有一阀门连接抽气孔。汽缸内有一活塞，初始时位于汽缸底部高度处，下方密封有一定质量、温度为的理想气体。现将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门，然后缓慢加热活塞下方气体。已知大气压强为，活塞产生的压强为，活塞体积不计，忽略活塞与汽缸之间摩擦。则在加热过程中（ ）
A．开始时，活塞下方体积为
B．温度从升至，气体对外做功为
C．温度升至时，气体压强为
D．温度升至时，气体压强为
【答案】AD
【详解】A．由于初始时位于汽缸底部高度处，则初始时，活塞下方体积为，由于大气压强为，活塞产生的压强为，则初始时，气体的压强，将活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门过程，末状态气体的压强为，根据玻意耳定律有，解得，即加热开始时，活塞下方体积为，故A正确；
B．若活塞上方缓慢抽至真空并关闭阀门之后缓慢加热，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强始终为，此时，根据盖吕萨克定律有，解得，可知，温度从升至过程，活塞没有到达顶部，气体做等压变化，则有，解得，则温度从升至，气体对外做功为，故B错误；
C．结合上述可知，温度升至时，活塞恰好到达气缸顶部，与顶部没有相互作用的弹力，气体压强为，故C错误；
D．结合上述可知，温度升至时，活塞已经到达气缸顶部，与顶部有相互作用的弹力，温度由升高至过程为等容过程， 根据查理定律有，解得，故D正确。
故选AD。
三、非选择题：共62分。
22．（6分）某实验小组做验证牛顿第二定律的实验，所用的实验装置如图1所示，滑块（含遮光条）的质量用M表示，砝码的质量用m表示。
（1）本实验 （填“需要”或“不需要”）满足。
（2）通过气垫导轨上的刻度尺读出两个光电门之间的距离L，通过数字计时器测量遮光条从光电门1到光电门2的时间t。实验小组保持光电门2的位置及滑块在气垫导轨上的释放位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，测得多组L和t数据，根据测验数据，作出了图像如图2所示，若图线斜率的绝对值为k，图线在纵轴上的截距为b，根据图线可求出滑块加速度的大小为 ，经过光电门2的速度大小为 。
（3）由以上实验即可验证牛顿第二定律。
【答案】 （1） 不需要 （2分） （2） （2分） （2分）
【详解】（1）当实验中调节气垫导轨水平且细线与气垫导轨平行时，力传感器的示数F等于细线的拉力，结合上述可知，该示数即为滑块的合力，可知实验中不需要使力传感器和钩码的总质量远小于滑块及遮光条的总质量。
（2）滑块释放位置不变，光电门2的位置不变，则无论光电门1位置如何变化，经过光电门2的速度大小不变，设为，则根据匀变速直线运动中平均速度的规律，两光电门之间的间距为，整理可得，则图像中斜率绝对值为，则，解得滑块加速度的大小为，截距为，可得经过光电门2的速度大小为
23．（12分）用图（a）的电路研究电容器的充放电，电源电动势为12V（内阻忽略不计）；R1、R2、R3为定值电阻，其中R2=160Ω；电流传感器（内阻忽略不计）将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I-t图像。
(1)①闭合开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线I，图线I与时间轴围成的“面积”为S1，其物理意义是 ；
②断开开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线II，图线II与时间轴围成的“面积”为S2，理论上应该有S1 S2（选填“>”“<”或“=”）；
(2)测得S1为2.64mA•s，由此可知电容器的电容C= μF，定值电阻R3= Ω；开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为 C。
【答案】(1) 电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量 （2分） =（2分）
(2) 220 （2分） 480（3分） （3分）
【详解】（1）①根据，可知I-t图像与对应时间轴所围成的面积表示的物理意义是电荷量，即电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量。
② S1和S2均表示电容器放电的电荷量，所以
（2）根据，可得
根据，可知，两次放电过程的最大电流与电路电阻成反比，即
解得
开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为
24．（10分）如图某升降电梯的轿厢A、配重B和电动机由轻质缆绳连接，电动机拉动B，使A运动。某次运行时，A（含载重）的质量M=1000kg，t=0时，A从1楼由静止开始以0.5m/s2的加速度加速运动，然后以v=1m/s的速度匀速运动，最后以大小为0.5m/s2的加速度减速上升至3楼停止，A上升的高度h=7m。已知B的质量m=800kg，不计空气阻力和摩擦阻力，g取10m/s2。求：
（1）此次电梯匀速运行的时间；
（2）t=1s时，B下端缆绳的拉力大小；
（3）A（含载重）从静止开始上升到5m的过程，A（含载重）的机械能增量。
【答案】（1）5s；（2）；（3）
【详解】（1）电梯加速运行的时间
位移
减速运行的时间
位移
匀速运行的时间
（2）由（1）可知时，匀加速上升，匀加速下降，设B下端缆绳的拉力大小为，B上端缆绳的拉力大小为，对AB
代入数据解得
（3）由（1）可知上升到时，速度大小为，机械能增量
代入数据解得
25．（14分）一种简易静电加速装置如图甲所示：在一个侧壁为圆锥中段，底盘水平放置的塑料碗内壁贴上十字的镀铜锡条，外壁贴上十字的铝条，并将铝条反扣贴在内壁，形成如图所示的铜、铝相间的电极。将由锡纸包裹的轻质小球静置于A点，镀铜锡条与高压恒压源正极相连、铝条与负极相连后，小球开始沿逆时针方向被加速。如图乙所示，塑料碗侧壁截面与水平面夹角为θ，圆形底盘半径为R，小球质量为m，恒压源电压始终为U。小球与锡条接触分离后，所带电荷量为，与铝条接触分离后，所带电荷量为。忽略各处阻力，不考虑小球与塑料碗、空气之间的电荷交换，仅考虑相邻电极间电场对小球的加速作用，重力加速度为g。
（1）求小球第一次运动到B点时的速度大小；
（2）若小球加速几圈后，恰好开始沿碗壁向上运动，求小球加速的圈数；
（3）小球加速（）圈后撤掉电场，此时轻微晃动塑料碗，使小球可以在距碗底一定高度的水平面上以速度v做匀速圆周运动（整个过程小球没有离开塑料碗）。求晃动塑料碗时，碗对小球做的功W。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据动能定理
可得
（2）设小球加速圈后速度大小为，恰好沿碗壁向上运动。意味着小球与碗底之间无相互作用力。碗壁对小球支持力的水平分力提供小球做圆周运动的向心力，竖直分力与重力大小相等，根据牛顿第二定律
解得
由动能定理
联立可得
（3）设此时小球距离碗底的竖直高度为h，碗壁对小球支持力为，则有
解得
根据动能定理
联立可得
26．（20分）如图，PQ、MN是两条固定在水平面内间距的平行轨道，两轨道在O、处各有一小段长度可以忽略的绝缘体，绝缘体两侧为金属导轨，金属导轨电阻不计。轨道左端连接一个的电阻，轨道的右端连接一个“恒流源”，使导体棒ab在O、右侧时电流恒为。沿轨道MN建立x轴，O为坐标原点，在两轨道间存在垂直轨道平面向下的有界磁场，区域B随坐标x的变化规律为，；区域为匀强磁场，磁感应强度大小。开始时，质量、长度、电阻的导体棒ab在外力作用下静止在处，ab棒与导轨间动摩擦因数。现撤去外力，发现ab棒沿轨道向左运动。已知重力加速度g取，求：（结果可保留根式和π）
（1）撤掉外力瞬间ab棒中的电流方向和ab棒的加速度大小；
（2）撤掉外力后，ab棒由静止运动到处的速度大小；
（3）若ab棒最终停在处，其运动的总时间为多少。（已知：质量为m的物体做简谐运动时，回复力与物体偏离平衡位置的位移满足，且振动周期。）
【答案】（1）到，；（2）；（3）
【详解】（1）由题可知，棒沿轨道向左运动，即受到了向左的安培力作用，根据左手定则判断，电流的方向从到。
对棒，由牛顿第二定律
解得
（2）棒受安培力随位移线性变化，所以
对棒，从开始到过程，列动能定理
得
（3）在区域中，棒受到的合力为
由简谐振动的性质可知棒以处为平衡位置作简谐振动，振幅，
周期为
则在区域中的运动时间为
设棒穿过左侧匀强磁场过程中，由动量定理
则全程总时间
颜色
红
黄
蓝
紫
能量范围（eV）
1.62～1.99
2.07～2.20
2.78～2.90
2.90～3.11
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