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193，上海市2023-2024学年高三下学期2月开学考试物理试题
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这是一份193，上海市2023-2024学年高三下学期2月开学考试物理试题，共19页。试卷主要包含了本考试分设试卷和答题纸等内容，欢迎下载使用。
1．试卷满分100分，考试时间60分钟。
2．本考试分设试卷和答题纸。答题前，务必在答题纸上填写学校、班级、姓名。作答必须 涂或写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。
3．本试卷标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项；标注“不定项”的试题，每小题应选1-2个选项。
4．本试卷标注“计算”“简答”“论证”等试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
5．本试卷标注为“作图”的试题，用 2B铅笔在答题纸对应框内画出图像，需要画出大致的轨迹以及特殊点。
一、近代物理对微观世界的研究
电子的跃迁在光谱，测温界有广泛运用，可能使用到的数据：红外线光子的能量为0.55~1.62eV。
1. 关于玻尔理论、氢原子能级、跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动
B. 一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有12种
C. 玻尔理论认为原子的能量和电子的轨道半径均是连续的
D. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量
2. 静止在匀强磁场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与磁场方向垂直，且经过一定时间后形成的轨迹如图所示。那么碳14 的核反应方程可能是（ ）
A. B.
C. D.
3. 如图为氢原子的能级图，大量处在基态的氢原子吸收某种频率的光子后跃迁到高能级，欲使氢原子辐射的光子能被红外测温仪捕获，则吸收的光子的能量应为__________
【答案】1. D 2. A
3. 12.75eV
【解析】
【1题详解】
A．根据玻尔理论，核外电子具有量子化的确定的轨道，故A错误；
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有
种，故B错误；
C．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故C错误；
D．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，故D正确。
故选D。
【2题详解】
原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相同，可知发生衰变。
故选A。
【3题详解】
[1]红外线的光子能量范围为0.55eV~1.62eV，由氢原子能级图可知，氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光子的能量为
-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV
可以被测温仪捕获，因此应使基态的氢原子跃迁到n=4能级，则吸收的光子的能量应为
13.6eV-0.85eV=12.75eV
二、生活中无处不在运动
北京2022年冬奥会极大推动了全国范围内的冰雪运动设施建设。如图所示为一个开阔、平坦的倾斜雪坡，一个小孩靠推一棵树获得大小为的水平初速度。雪坡的倾角为，与小孩之间的滑动摩擦系数为，不计空气阻力，不考虑摩擦力随速度大小的变化。雪坡足够大，经过足够长的时间。
4. 若小孩所作的是匀速运动，则________（选填∶“>”；“<”或“=”）
5. 小孩的运动情况可能有几种变化，试根据题目中的数据说明理由。在一条平直公路上，一辆汽车（视为质点）从计时开始到停止运动的总时间为，第一段时间做加速度大小为a（a为未知量）的匀减速直线运动，第二段时间做匀速直线运动，第三段时间也做加速度大小为a（a为未知量）的匀减速直线运动，三段运动时间相等，图像与时间轴所围成的面积为。
（1）汽车的初速度为________，汽车在前两段时间内的平均速度为_________，汽车在后两段时间内的平均速度为________。
（2）画出汽车运动的大致图像。___________
【答案】4. = 5. ①. ②. ③. ④.
【解析】
【4题详解】
若摩擦力适中，则小孩最终达到匀速运动，小孩在沿斜面方向满足
解得
【5题详解】
（1）[1][2][3]设汽车的初速度为，第一个时的速度为，则有
根据图像围成的面积表示位移，可得
联立求得
汽车在前两段时间内的平均速度为
汽车在后两段时间内的平均速度为
（2）[4]由前面分析，可画出汽车的图像如图所示
三、天体运动
2023 年10月26日消息，据中国载人航天工程办公室消息，神舟十七号载人飞船入轨后，于北京时间2023年10月26 日17时46 分，成功对接于空间站天和核心舱前向端口，整个对接过程历时约6.5小时。
6. 若某天体的质量约为地球的，半径约为地球的3倍，则天体和地球的重力加速度之比为___________，若在该天体上，和地球从同样高度以同样速度平抛同一物体，水平位移之比为___________。
7. 空间站的运行轨道可近似看作圆形轨道I，椭圆轨道Ⅱ为神舟十七号载人飞船与空间站对接前的运行轨道，已知地球半径为 R，两轨道相切于P点，地球表面重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A. 轨道I上的线速度大小为
B. 神舟十七号载人飞船在轨道Ⅰ上P点的加速度小于在轨道Ⅱ上P点的加速度
C. 神舟十七号载人飞船在P点经点火加速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ
D. 轨道Ⅰ上的神舟十七号载人飞船想与前方的空间站对接，只需要沿运动方向加速即可
【答案】6. ①. ②. 7. C
【解析】
【6题详解】
[1]根据
可知天体和地球的重力加速度之比为
[2]若在该天体上，和地球从同样高度以同样速度平抛同一物体，竖直方向根据
可得
水平方向有
可知水平位移之比为
【7题详解】
A．根据
可得
根据万有引力提供向心力可得
解得
则轨道I上的线速度大小满足
故A错误；
B．根据牛顿第二定律可得
可得
可知神舟十七号载人飞船在轨道Ⅰ上P点的加速度等于在轨道Ⅱ上P点的加速度，故B错误；
C．卫星从低轨道变轨到高轨道需要在变轨处点火加速，则神舟十七号载人飞船在P点经点火加速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ，故C正确；
D．轨道Ⅰ上的神舟十七号载人飞船想与前方的空间站对接，如果沿运动方向加速，神舟十七号载人飞船将做离心运动，不可能与前方的空间站完成对接，故D错误。
故选C。
四、爆炸
战争，离不开一个词，爆炸。某炮兵连进行实训演习，本题所产生的结果一律保留字母。
8. 一门炮车将一质量为m的炮弹，以水平面成 的倾角斜向上发射，到达最高点时炮弹爆炸成两块碎片a、 b，它们此时的速度仍沿水平方向，a、b的质量之比为，经监控发现碎片 b恰沿原轨迹返回，不计空气阻力，则碎片 a、b的位移大小之比为___________，碎片 a、b落地速度大小之比____________
炮兵连演习时，释放防空导弹，防空导弹是指从地面发射攻击空中目标的导弹。如图所示，某防空导弹斜射向天空，到最高点时速度大小为 ，离地高度为 H， 突然爆炸成质量均为m的两块。其中弹头A以速度 v沿的方向飞去， 且爆炸过程时间为Δt且极短。重力加速度为g，整个过程忽略空气阻力
9. 爆炸后，弹尾B会做一个什么样的运动，取决于什么？
10. （1） 求爆炸过程中，弹尾对弹头平均作用力大小；
（2） 求爆炸过程释放的化学能；
（3）若爆炸后弹尾 B做自由落体运动，则B在地上的能量为多少。
【答案】8. ①. 2:1 ②.
9. 见解析 10. （1）；（2）（3）mgH
【解析】
【8题详解】
[1]设炮弹发射的速度为v，则水平速度为
则爆炸后碎片b的速度为
v2=-0.5v
碎片a、 b的质量分别为和，则爆炸过程由动量守恒定律
解得
v1=v
爆炸后ab做平抛运动，高度相同，则水平位移之比等于速度之比，即碎片 a、b的位移大小之比为2:1；
[2]竖直方向两炮弹落地时的竖直速度均为
则a落地速度
b落地速度
则碎片 a、b落地速度大小之比
【9题详解】
爆炸过程动量守恒
可得弹尾B的速度为
若则则弹尾B做自由落体运动；
若则则弹尾B沿原来的速度方向做平抛运动；
若则则弹尾B沿原来的速度的反方向做平抛运动；
【10题详解】
（1）对弹头分析，由动量定理
解得弹尾对弹头的平均作用力
（2）爆炸过程释放的化学能
（3）若爆炸后弹尾 B做自由落体运动，则B落在地上的能量为
五、光学
光的干涉，光的衍射，光的反射，光的折射等光学现象广泛发生于世界上。
11. 对下列解释正确的有（ ）
A. 图甲中全息照相利用了光的干涉原理
B. 图乙中光的色散现象利用了光的衍射原理
C. 图丙中光在光纤中传播利用了光的全反射原理
D. 图丁中照相机镜头表面镀有增透膜利用了光的偏振原理
12. 如图为一半圆形玻璃砖，圆心为 O，半径为 R，直线OO'垂直于竖直放置的屏幕。现将一束绿光由空气从P点垂直AB射入玻璃砖，在Q点发生折射后恰好在屏幕上 O'点出现光斑。 已知，， 光在空气中的速度为 c，则玻璃砖对绿光的临界角为_________，绿光从P 传至Q经历的时间为___________
13. 如图所示，有两块相同的玻璃直角棱镜ABC与 将AC面与 面平行放置并置于空气中，一束单色光垂直于 AB面由左侧入射。画出光经两块棱镜后出射的光路图。
通过种种实验，我们发现光不仅具有上述性质，它还有作为粒子的性质
14. 某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为的入射光照射金属时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（ ）
A. 实验时电源的右端为正极
B. 分别用从氢原子能级2到1 和能级3 到1 辐射的光照射金属得到遏止电压和，则
C. 换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的关系可能如图乙中的②所示
D. 当滑片 P 向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变
15. 一个点光源以功率P向四周均匀地发射波长为λ的单色光，在离光源中心距离为L处，与入射光方向垂直放置一钾箔，因其面积较小，可认为光源发出的光垂直均匀的照在钾箔上。已知光的传播速度为C，普朗克恒量为h，光子动量为。
（1）求该光源发射的能量传播到距离光源为L处单位面积上的功率；
（2）假设钾箔完全吸收了垂直照射到它上面的能量，求在单位面积上钾箔受到光照的平均作用力F；
（3） 关于钾箔在该单色光源的照射下是否能产生光电效应，经典理论认为：若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径r，只需吸收足够的光辐射能量就可以逐出电子。已知钾的逸出功为W，请根据以上信息，求电子被逐出的时间t。
【答案】11. AC 12. ①. ②.
13. 见解析 14. AD
15. （1）；（2）；（3）
【解析】
11题详解】
A．全息照相是利用光的干涉，全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片，两束光在感光片上叠加产生干涉。图甲中全息照相利用了光的干涉原理，故A正确；
B．图乙中光的色散现象利用了光的折射原理，故B错误；
C．光在光纤中的传输利用了全反射的原理。故C正确；
D．图丁中照相机镜头表面镀有增透膜利用了光的干涉原理，故D错误。
故选AC。
【12题详解】
[1]根据几何关系有
可得
由于，根据几何关系
可得折射角为
根据折射定律可得
玻璃砖对绿光的临界角满足
玻璃砖对绿光的临界角为
[2]绿光在玻璃砖中的速度为
根据几何关系有
绿光从P传至Q经历的时间为
【13题详解】
由几何关系可知，光线在AC面发生折射时的折射角与光线在发生折射时的入射角相等，故出射光线与垂直，光路如图所示
【14题详解】
A．因滑片向右调节滑动变阻器的滑片P，可使电流表的示数为零，此时光电管加反向电压，则光电管右端电势高，则电源右端为正极，故A正确；
B．氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据
可知氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程
可知
故B错误；
C．根据
可得
换用不同的光照射逸出功更大的金属时，所得到的关系图像与横轴的截距较大，但是直线斜率相同，故C错误；
D．滑片P初始位置应该是在中间，此时加在光电管上的电压为零，P左滑的过程中，光电管所加的正向电压变大，形成的光电流逐渐增大，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知电流表的示数先增加后不变，故D正确。
故选AD。
【15题详解】
（1）一个点光源以功率向四周均匀地发射波长为的单色光，光源发射的能量传播到距离光源为处单位面积上的功率为
（2）设钾箔的面积为S，t时间内钾箔吸收的光子个数为N，有
由动量定理
解得
单位面积上钾箔受到光照的平均作用力
（3）一个电子在单位时间内吸收的能量
逐出电子所需要的时间为t，需要的能量为W，有
解得
六、电的产生与运输
某同学对发电机的组成原理很感兴趣，做了如下实验
16. 他先将面积为 的矩形线圈放入水平方向的匀强磁场中，线圈与磁场之间的夹角为30°，ad、bc边与磁场垂直，如图所示，该匀强磁场的磁感应强度大小为0.2T。初始状态穿过线圈的磁通量大小为_____________， 现将线圈以ad为轴按图中所示方向旋转60°，穿过线圈的磁通量变化量为_____________。
17. 该同学是否达到了发电的目的？ 说明理由
他了解原理了以后自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑） ，半径之比为4：1，小轮与线圈固定在同一转轴上。 线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡，假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内：
18. 求大轮转动的角速度的取值范围
19. 求灯泡两端电压的有效值
20. 判断下列两种方法是否能使得灯泡变得更亮
（1） 增大小轮的半径 （2）用总长比原长更长的漆包线重新绕制边长为L的线圈
该同学进一步制作了一个模拟的风力发电机发电输电简易模型，如图所示，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈在磁感应强度大小B=0.1T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'以角速度 匀速转动，其中矩形线圈匝数为N=75，面积为0.2m²， 线圈总电阻r=2Ω， 小灯泡电阻R=8Ω， 电流表为理想表。
21. 则交流电流表的示数为___________，线圈从图示位置转过60°过程中，通过电流表的电荷量_____________。
既然电发了，那么又是如何运输的呢，该同学又转而研究了变压器的相关原理
22. 如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器 和降压变压器 向用户供电。已知输电线总电阻，，升压变压器的原、副线圈匝数之比为1：6，降压变压器的原、副线圈匝数之比为5：1，副线圈与纯电阻组成闭合电路，用户用电器电阻 若 均为理想变压器， 的副线圈两端电压表达式为 求∶
（1） 用户端的用电电流和输电电流；
（2） 输电线上损耗电压△U 和损耗的功率
（3） 发电机的输出电压和输出功率。
【答案】16. ①. ②.
17. 达到了发电的目的，因为闭合回路中有磁通量的变化，能产生感应电流。
18.
19.
20. （2） 21. ①. ②.
22. ①. ， ②. ， ③. ，
【解析】
【16题详解】
[1]设原磁通量为正值，则
[2]旋转后磁通量
磁通量的变化量
【17题详解】
达到了发电的目的，因为闭合回路中有磁通量的变化，能产生感应电流。
【18题详解】
由灯泡能发光且工作在额定电压以内可得电流最大值为
线圈电动势的有效值
又由正弦式交流电的峰值
大轮与小轮通过皮带传动，线速度相等，则
其中
求得大轮转动角速度的范围
【19题详解】
大轮与小轮通过皮带传动，线速度相等，则
其中
线圈产生的电动势最大值为
灯泡两端电压有效值为
【20题详解】
小灯泡的功率为
（1）增大小轮的半径，小圈转动的角速度变小，灯泡的功率减小，（1）错误；
（2）用总长比原长更长的漆包线重新绕制边长为L的线圈，匝数变大，小灯泡功率变大，（2）正确。
【21题详解】
[1]发电机产生的电动势的最大值为
电动势有效值为
根据闭合电路欧姆定律可得电流表的示数为
[2]转过线圈由最大面积转过后，有效面积为
22题详解】
（1）副线圈两端电压有效值为
用户端的用电电流
因为
输出电流
（2）输电线上损耗电压
损耗功率为
（3）根据
可得
根据
可得
根据
根据
解得发电机的输出电压
发电机的输出功率为
1．试卷满分100分，考试时间60分钟。
2．本考试分设试卷和答题纸。答题前，务必在答题纸上填写学校、班级、姓名。作答必须 涂或写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。
3．本试卷标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项；标注“不定项”的试题，每小题应选1-2个选项。
4．本试卷标注“计算”“简答”“论证”等试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
5．本试卷标注为“作图”的试题，用 2B铅笔在答题纸对应框内画出图像，需要画出大致的轨迹以及特殊点。
一、近代物理对微观世界的研究
电子的跃迁在光谱，测温界有广泛运用，可能使用到的数据：红外线光子的能量为0.55~1.62eV。
1. 关于玻尔理论、氢原子能级、跃迁，下列说法正确的是（ ）
A. 玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动
B. 一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有12种
C. 玻尔理论认为原子的能量和电子的轨道半径均是连续的
D. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量
2. 静止在匀强磁场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与磁场方向垂直，且经过一定时间后形成的轨迹如图所示。那么碳14 的核反应方程可能是（ ）
A. B.
C. D.
3. 如图为氢原子的能级图，大量处在基态的氢原子吸收某种频率的光子后跃迁到高能级，欲使氢原子辐射的光子能被红外测温仪捕获，则吸收的光子的能量应为__________
【答案】1. D 2. A
3. 12.75eV
【解析】
【1题详解】
A．根据玻尔理论，核外电子具有量子化的确定的轨道，故A错误；
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有
种，故B错误；
C．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故C错误；
D．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，故D正确。
故选D。
【2题详解】
原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相同，可知发生衰变。
故选A。
【3题详解】
[1]红外线的光子能量范围为0.55eV~1.62eV，由氢原子能级图可知，氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光子的能量为
-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV
可以被测温仪捕获，因此应使基态的氢原子跃迁到n=4能级，则吸收的光子的能量应为
13.6eV-0.85eV=12.75eV
二、生活中无处不在运动
北京2022年冬奥会极大推动了全国范围内的冰雪运动设施建设。如图所示为一个开阔、平坦的倾斜雪坡，一个小孩靠推一棵树获得大小为的水平初速度。雪坡的倾角为，与小孩之间的滑动摩擦系数为，不计空气阻力，不考虑摩擦力随速度大小的变化。雪坡足够大，经过足够长的时间。
4. 若小孩所作的是匀速运动，则________（选填∶“>”；“<”或“=”）
5. 小孩的运动情况可能有几种变化，试根据题目中的数据说明理由。在一条平直公路上，一辆汽车（视为质点）从计时开始到停止运动的总时间为，第一段时间做加速度大小为a（a为未知量）的匀减速直线运动，第二段时间做匀速直线运动，第三段时间也做加速度大小为a（a为未知量）的匀减速直线运动，三段运动时间相等，图像与时间轴所围成的面积为。
（1）汽车的初速度为________，汽车在前两段时间内的平均速度为_________，汽车在后两段时间内的平均速度为________。
（2）画出汽车运动的大致图像。___________
【答案】4. = 5. ①. ②. ③. ④.
【解析】
【4题详解】
若摩擦力适中，则小孩最终达到匀速运动，小孩在沿斜面方向满足
解得
【5题详解】
（1）[1][2][3]设汽车的初速度为，第一个时的速度为，则有
根据图像围成的面积表示位移，可得
联立求得
汽车在前两段时间内的平均速度为
汽车在后两段时间内的平均速度为
（2）[4]由前面分析，可画出汽车的图像如图所示
三、天体运动
2023 年10月26日消息，据中国载人航天工程办公室消息，神舟十七号载人飞船入轨后，于北京时间2023年10月26 日17时46 分，成功对接于空间站天和核心舱前向端口，整个对接过程历时约6.5小时。
6. 若某天体的质量约为地球的，半径约为地球的3倍，则天体和地球的重力加速度之比为___________，若在该天体上，和地球从同样高度以同样速度平抛同一物体，水平位移之比为___________。
7. 空间站的运行轨道可近似看作圆形轨道I，椭圆轨道Ⅱ为神舟十七号载人飞船与空间站对接前的运行轨道，已知地球半径为 R，两轨道相切于P点，地球表面重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A. 轨道I上的线速度大小为
B. 神舟十七号载人飞船在轨道Ⅰ上P点的加速度小于在轨道Ⅱ上P点的加速度
C. 神舟十七号载人飞船在P点经点火加速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ
D. 轨道Ⅰ上的神舟十七号载人飞船想与前方的空间站对接，只需要沿运动方向加速即可
【答案】6. ①. ②. 7. C
【解析】
【6题详解】
[1]根据
可知天体和地球的重力加速度之比为
[2]若在该天体上，和地球从同样高度以同样速度平抛同一物体，竖直方向根据
可得
水平方向有
可知水平位移之比为
【7题详解】
A．根据
可得
根据万有引力提供向心力可得
解得
则轨道I上的线速度大小满足
故A错误；
B．根据牛顿第二定律可得
可得
可知神舟十七号载人飞船在轨道Ⅰ上P点的加速度等于在轨道Ⅱ上P点的加速度，故B错误；
C．卫星从低轨道变轨到高轨道需要在变轨处点火加速，则神舟十七号载人飞船在P点经点火加速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ，故C正确；
D．轨道Ⅰ上的神舟十七号载人飞船想与前方的空间站对接，如果沿运动方向加速，神舟十七号载人飞船将做离心运动，不可能与前方的空间站完成对接，故D错误。
故选C。
四、爆炸
战争，离不开一个词，爆炸。某炮兵连进行实训演习，本题所产生的结果一律保留字母。
8. 一门炮车将一质量为m的炮弹，以水平面成 的倾角斜向上发射，到达最高点时炮弹爆炸成两块碎片a、 b，它们此时的速度仍沿水平方向，a、b的质量之比为，经监控发现碎片 b恰沿原轨迹返回，不计空气阻力，则碎片 a、b的位移大小之比为___________，碎片 a、b落地速度大小之比____________
炮兵连演习时，释放防空导弹，防空导弹是指从地面发射攻击空中目标的导弹。如图所示，某防空导弹斜射向天空，到最高点时速度大小为 ，离地高度为 H， 突然爆炸成质量均为m的两块。其中弹头A以速度 v沿的方向飞去， 且爆炸过程时间为Δt且极短。重力加速度为g，整个过程忽略空气阻力
9. 爆炸后，弹尾B会做一个什么样的运动，取决于什么？
10. （1） 求爆炸过程中，弹尾对弹头平均作用力大小；
（2） 求爆炸过程释放的化学能；
（3）若爆炸后弹尾 B做自由落体运动，则B在地上的能量为多少。
【答案】8. ①. 2:1 ②.
9. 见解析 10. （1）；（2）（3）mgH
【解析】
【8题详解】
[1]设炮弹发射的速度为v，则水平速度为
则爆炸后碎片b的速度为
v2=-0.5v
碎片a、 b的质量分别为和，则爆炸过程由动量守恒定律
解得
v1=v
爆炸后ab做平抛运动，高度相同，则水平位移之比等于速度之比，即碎片 a、b的位移大小之比为2:1；
[2]竖直方向两炮弹落地时的竖直速度均为
则a落地速度
b落地速度
则碎片 a、b落地速度大小之比
【9题详解】
爆炸过程动量守恒
可得弹尾B的速度为
若则则弹尾B做自由落体运动；
若则则弹尾B沿原来的速度方向做平抛运动；
若则则弹尾B沿原来的速度的反方向做平抛运动；
【10题详解】
（1）对弹头分析，由动量定理
解得弹尾对弹头的平均作用力
（2）爆炸过程释放的化学能
（3）若爆炸后弹尾 B做自由落体运动，则B落在地上的能量为
五、光学
光的干涉，光的衍射，光的反射，光的折射等光学现象广泛发生于世界上。
11. 对下列解释正确的有（ ）
A. 图甲中全息照相利用了光的干涉原理
B. 图乙中光的色散现象利用了光的衍射原理
C. 图丙中光在光纤中传播利用了光的全反射原理
D. 图丁中照相机镜头表面镀有增透膜利用了光的偏振原理
12. 如图为一半圆形玻璃砖，圆心为 O，半径为 R，直线OO'垂直于竖直放置的屏幕。现将一束绿光由空气从P点垂直AB射入玻璃砖，在Q点发生折射后恰好在屏幕上 O'点出现光斑。 已知，， 光在空气中的速度为 c，则玻璃砖对绿光的临界角为_________，绿光从P 传至Q经历的时间为___________
13. 如图所示，有两块相同的玻璃直角棱镜ABC与 将AC面与 面平行放置并置于空气中，一束单色光垂直于 AB面由左侧入射。画出光经两块棱镜后出射的光路图。
通过种种实验，我们发现光不仅具有上述性质，它还有作为粒子的性质
14. 某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为的入射光照射金属时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（ ）
A. 实验时电源的右端为正极
B. 分别用从氢原子能级2到1 和能级3 到1 辐射的光照射金属得到遏止电压和，则
C. 换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的关系可能如图乙中的②所示
D. 当滑片 P 向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变
15. 一个点光源以功率P向四周均匀地发射波长为λ的单色光，在离光源中心距离为L处，与入射光方向垂直放置一钾箔，因其面积较小，可认为光源发出的光垂直均匀的照在钾箔上。已知光的传播速度为C，普朗克恒量为h，光子动量为。
（1）求该光源发射的能量传播到距离光源为L处单位面积上的功率；
（2）假设钾箔完全吸收了垂直照射到它上面的能量，求在单位面积上钾箔受到光照的平均作用力F；
（3） 关于钾箔在该单色光源的照射下是否能产生光电效应，经典理论认为：若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径r，只需吸收足够的光辐射能量就可以逐出电子。已知钾的逸出功为W，请根据以上信息，求电子被逐出的时间t。
【答案】11. AC 12. ①. ②.
13. 见解析 14. AD
15. （1）；（2）；（3）
【解析】
11题详解】
A．全息照相是利用光的干涉，全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片，两束光在感光片上叠加产生干涉。图甲中全息照相利用了光的干涉原理，故A正确；
B．图乙中光的色散现象利用了光的折射原理，故B错误；
C．光在光纤中的传输利用了全反射的原理。故C正确；
D．图丁中照相机镜头表面镀有增透膜利用了光的干涉原理，故D错误。
故选AC。
【12题详解】
[1]根据几何关系有
可得
由于，根据几何关系
可得折射角为
根据折射定律可得
玻璃砖对绿光的临界角满足
玻璃砖对绿光的临界角为
[2]绿光在玻璃砖中的速度为
根据几何关系有
绿光从P传至Q经历的时间为
【13题详解】
由几何关系可知，光线在AC面发生折射时的折射角与光线在发生折射时的入射角相等，故出射光线与垂直，光路如图所示
【14题详解】
A．因滑片向右调节滑动变阻器的滑片P，可使电流表的示数为零，此时光电管加反向电压，则光电管右端电势高，则电源右端为正极，故A正确；
B．氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据
可知氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程
可知
故B错误；
C．根据
可得
换用不同的光照射逸出功更大的金属时，所得到的关系图像与横轴的截距较大，但是直线斜率相同，故C错误；
D．滑片P初始位置应该是在中间，此时加在光电管上的电压为零，P左滑的过程中，光电管所加的正向电压变大，形成的光电流逐渐增大，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知电流表的示数先增加后不变，故D正确。
故选AD。
【15题详解】
（1）一个点光源以功率向四周均匀地发射波长为的单色光，光源发射的能量传播到距离光源为处单位面积上的功率为
（2）设钾箔的面积为S，t时间内钾箔吸收的光子个数为N，有
由动量定理
解得
单位面积上钾箔受到光照的平均作用力
（3）一个电子在单位时间内吸收的能量
逐出电子所需要的时间为t，需要的能量为W，有
解得
六、电的产生与运输
某同学对发电机的组成原理很感兴趣，做了如下实验
16. 他先将面积为 的矩形线圈放入水平方向的匀强磁场中，线圈与磁场之间的夹角为30°，ad、bc边与磁场垂直，如图所示，该匀强磁场的磁感应强度大小为0.2T。初始状态穿过线圈的磁通量大小为_____________， 现将线圈以ad为轴按图中所示方向旋转60°，穿过线圈的磁通量变化量为_____________。
17. 该同学是否达到了发电的目的？ 说明理由
他了解原理了以后自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑） ，半径之比为4：1，小轮与线圈固定在同一转轴上。 线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡，假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内：
18. 求大轮转动的角速度的取值范围
19. 求灯泡两端电压的有效值
20. 判断下列两种方法是否能使得灯泡变得更亮
（1） 增大小轮的半径 （2）用总长比原长更长的漆包线重新绕制边长为L的线圈
该同学进一步制作了一个模拟的风力发电机发电输电简易模型，如图所示，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈在磁感应强度大小B=0.1T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'以角速度 匀速转动，其中矩形线圈匝数为N=75，面积为0.2m²， 线圈总电阻r=2Ω， 小灯泡电阻R=8Ω， 电流表为理想表。
21. 则交流电流表的示数为___________，线圈从图示位置转过60°过程中，通过电流表的电荷量_____________。
既然电发了，那么又是如何运输的呢，该同学又转而研究了变压器的相关原理
22. 如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器 和降压变压器 向用户供电。已知输电线总电阻，，升压变压器的原、副线圈匝数之比为1：6，降压变压器的原、副线圈匝数之比为5：1，副线圈与纯电阻组成闭合电路，用户用电器电阻 若 均为理想变压器， 的副线圈两端电压表达式为 求∶
（1） 用户端的用电电流和输电电流；
（2） 输电线上损耗电压△U 和损耗的功率
（3） 发电机的输出电压和输出功率。
【答案】16. ①. ②.
17. 达到了发电的目的，因为闭合回路中有磁通量的变化，能产生感应电流。
18.
19.
20. （2） 21. ①. ②.
22. ①. ， ②. ， ③. ，
【解析】
【16题详解】
[1]设原磁通量为正值，则
[2]旋转后磁通量
磁通量的变化量
【17题详解】
达到了发电的目的，因为闭合回路中有磁通量的变化，能产生感应电流。
【18题详解】
由灯泡能发光且工作在额定电压以内可得电流最大值为
线圈电动势的有效值
又由正弦式交流电的峰值
大轮与小轮通过皮带传动，线速度相等，则
其中
求得大轮转动角速度的范围
【19题详解】
大轮与小轮通过皮带传动，线速度相等，则
其中
线圈产生的电动势最大值为
灯泡两端电压有效值为
【20题详解】
小灯泡的功率为
（1）增大小轮的半径，小圈转动的角速度变小，灯泡的功率减小，（1）错误；
（2）用总长比原长更长的漆包线重新绕制边长为L的线圈，匝数变大，小灯泡功率变大，（2）正确。
【21题详解】
[1]发电机产生的电动势的最大值为
电动势有效值为
根据闭合电路欧姆定律可得电流表的示数为
[2]转过线圈由最大面积转过后，有效面积为
22题详解】
（1）副线圈两端电压有效值为
用户端的用电电流
因为
输出电流
（2）输电线上损耗电压
损耗功率为
（3）根据
可得
根据
可得
根据
根据
解得发电机的输出电压
发电机的输出功率为
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