（時間60分鐘，滿分100分）
2024.12
一、常見的照明設(shè)備（14分）
電燈的發(fā)明改變了人類的生活方式，常見的照明設(shè)備有白熾燈、日光燈、LED燈等。這些照明設(shè)備和電阻器、電容器、變壓器、電感器等元件組合，在我國220V的交流電路中實現(xiàn)著各自的功能。
1、如圖，智能開關(guān)和小燈組成簡易智能電路，通過手機和家庭路由器實現(xiàn)遠程控制。智能開關(guān)內(nèi)有一個芯片，能接收路由器發(fā)來的控制信號。
（1）（3分）手機和路由器、路由器和智能開關(guān)之間用于傳輸信號使用的（）
A．都是電磁波B．都是機械波
C．前者電磁波，后者機械波D．前者機械波，后者電磁波
~220V
燈 管
啟輝器
鎮(zhèn)流器
（2）（4分）智能開關(guān)收到的遠程控制信號如圖，該交流信號的電流有效值為 A；智能開關(guān)利用振蕩電路接收該控制信號，當產(chǎn)生電諧振現(xiàn)象時，開關(guān)內(nèi)振蕩電路的固有頻率為 Hz。
2、（3分）如圖是教室里的日光燈原理圖，電路由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器組成。閉合電鍵后，由于達不到燈管內(nèi)氣體的啟輝電壓600V，燈管為斷路狀態(tài)，此時啟輝器內(nèi)小燈泡點亮。啟輝器內(nèi)溫度升至一定值時，啟輝器斷開，此時由于鎮(zhèn)流器的作用，燈管兩端瞬間會產(chǎn)生600V~1500V的電壓，點亮燈管。由此可知，鎮(zhèn)流器最可能是以下哪個元件（）
A．電阻器 B．電容器
C．電感器 D．變壓器
3、（4分）家用白熾燈和小燈泡一樣，用鎢絲制成。某同學(xué)用如圖所示電路測定白熾燈的I-U圖像，其操作過程如下：
①斷開電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器至某一位置；
②閉合電鍵，迅速記錄電壓傳感器和電流傳感器數(shù)據(jù)U和I，隨即斷開電鍵；
③待燈泡冷卻后，改變滑動變阻器阻值，重復(fù)上述操作，測量多組數(shù)據(jù)；
④由實驗數(shù)據(jù)，畫出I-U圖像。
根據(jù)以上操作過程可得，該同學(xué)得到的白熾燈的I-U圖像應(yīng)該是（）
A B C D
二、蹦床（12分）
蹦床是一項運動員利用從蹦床反彈中表現(xiàn)雜技技巧的競技運動，它屬于體操運動的一種，蹦床有“空中芭蕾”之稱。
（3分）在運動員進行蹦床比賽過程中（）
評委給運動員評分時可以把運動員看出質(zhì)點
蹦床對運動員的彈力是由于蹦床的形變引起
運動員靜止在蹦床上時，運動員對蹦床的壓力就是運動受到的重力
D．從蹦床上彈起過程中蹦床對運動員的彈力大于運動員對蹦床的彈力
（3分）運動員從高處落下，在接觸蹦床向下運動過程中（）
動能先增加后減少，重力勢能減少B．動能先增加后減少，重力勢能增加
C．動能減少，重力勢能減少D．動能減少，重力勢能增加
3、（2分）在某次表演過程中，質(zhì)量為m的運動員從開始下落到運動到最低點的過程中，經(jīng)歷的時間為t，此過程中運動員對蹦床的沖量的大小為____________。（重力加速度為g）
4、（4分）小球掉落在輕彈簧的運動與蹦床運動極為相似。將小球拿到輕彈簧的頂端釋放，小球在下降過程中其加速度a與下降高度h的關(guān)系如圖所示。若小球的質(zhì)量為m，則彈簧的勁度系數(shù)為 ____________，小球下降到高度h0處的速度__________。
h
a
g
O
h0
三、舞臺上的奇妙物理現(xiàn)象（17分）
在一場精彩的大型文藝演出中，舞臺的設(shè)計和舞臺上的表演運用了許多奇妙的物理知識。
1、（4分）利用各色小彩燈布置晚會舞臺。如圖所示，通過理想降壓變壓器給串聯(lián)在副線圈cd兩端的多個小彩燈供電，已知原、副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2。電源的輸入電壓不變，如果只將原線圈匝數(shù)增加，小彩燈亮度將_________(選填“變亮、變暗、不變”)。如果其中一個小彩燈被短路，變壓器的輸入功率將_____________（選填“變大、變小、不變”）。
2、（4分）【多選】舞臺景觀水池的水面下安裝有幾個彩色燈泡，岸上的游客看到紅燈和綠燈是在同一水平線上，紅燈和綠燈均可視為點光源，紅光的折射率小于綠光。下列說法正確的是（）
A．一束紅光和一束綠光會發(fā)生干涉
B．游客看到的紅燈的深度比實際深度要小
C．紅光比綠光在水中傳播的更快
D．若水池面積足夠大，則紅燈把水面照亮的面積較大
3、（3分）在舞臺中固定一個直徑為6.5 m的球形鐵籠，三輛摩托車始終以70 km/h的速率在鐵籠內(nèi)旋轉(zhuǎn)追逐，旋轉(zhuǎn)軌道有時水平，有時豎直，有時傾斜，非常震撼。關(guān)于摩托車的旋轉(zhuǎn)運動，下列說法正確的是（）
A．摩托車在鐵籠的最高點時，對鐵籠的壓力最大
B．摩托車駕駛員始終處于失重狀態(tài)
C．摩托車所受合外力做功為零
D．摩托車的速度小于70 km/h，就會脫離鐵籠
4、（6分）如圖（a）所示，演員正在舞臺上表演“水袖”，甩出水袖的波浪可簡化為簡諧橫波，沿x軸正方向傳播的某時刻部分波形圖如圖（b）所示（3-18m之間有多個完整波形圖未畫出）。若手抖動的頻率是0.5Hz，袖子足夠長且忽略橫波傳播時振幅的衰減，則圖示時刻P點的振動方向為（填“沿y軸正方向”或“沿y軸負方向”），該簡諧橫波的波長為m，該簡諧橫波的傳播速度為m/s
圖（a）
四、萊頓瓶（23分）
萊頓瓶可看作電容器的原型，一個玻璃容器內(nèi)外包裹導(dǎo)電金屬箔作為極板，一端接有金屬球的金屬棒通過金屬鏈與內(nèi)側(cè)金屬箔連接，但與外側(cè)金屬箔絕緣。從結(jié)構(gòu)和功能上來看，萊頓瓶可視為一種早期的平行板電容器。
1、（3分）關(guān)于萊頓瓶，下列說法正確的是（）
A．充電電壓一定時，玻璃瓶瓶壁越薄，萊頓瓶能容納的電荷越多
B．瓶內(nèi)外錫箔的厚度越厚，萊頓瓶容納電荷的本領(lǐng)越強
C．充電電壓越大，萊頓瓶容納電荷的本領(lǐng)越強
D．萊頓瓶的電容大小與玻璃瓶瓶壁的厚度無關(guān)
2、（2分）美國的科學(xué)家富蘭克林曾利用萊頓瓶收集雷電，若已知萊頓瓶的電容為2nF，測量出收集完畢時其兩端的電壓為150V，則富蘭克林收集到的電量為__________C。（1nF=10—9F）
μA
μA
3、（8分）如圖為葛同學(xué)設(shè)計的測量萊頓瓶電容的實驗電路。已知電源電動勢E=10V，內(nèi)阻r =1Ω，保護電阻R0=4Ω，R為滑動變阻器，最大阻值為10Ω，定值電阻R1=1000Ω。
（1）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到中間位置，閉合開關(guān)S，微電流計測得萊頓瓶充電過程中的I-t圖像如圖所示。充電完成后，萊頓瓶兩極板間的電勢差為______V，所帶電荷量約為______C，電容約為______F。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（2）閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑片，待電路穩(wěn)定后，R0的最大電功率為____W。
4、（10分）理想的平行板電容器兩極板間的電場可視為勻強電場，已知兩極板間的電勢差U=10V，間距d =10cm，極板長度L= 40cm，負極板接地。一帶電油滴恰能在電場中處于懸浮狀態(tài)。（不計空氣阻力，重力加速度g=10m/s2）
（1）該油滴的電荷量與質(zhì)量之比qm=________C/kg。
（2）若兩極板間距增大為原來的2倍，該油滴從左側(cè)沿中心線射入兩板間，求油滴能從兩極板間射出的初速度v0的最小值。
五、天宮空間站（18分）
天宮空間站是我國的國家級太空實驗室，空間站離地高度為400公里左右，設(shè)計壽命為10年，長期駐留3人，最大可擴展為180噸級六艙組合體，可以進行較大規(guī)模的空間應(yīng)用和實驗。
1、（3分）在軌道稀薄大氣的影響下，空間站軌道會緩慢降低。2024年10月下旬，天宮空間站進行了軌道調(diào)整以維持設(shè)計工作要求?？臻g站軌道降低后，其（）
A．線速度減小，機械能減小B．線速度減小，機械能增大
C．線速度增大，機械能減小D．線速度增大，機械能增大
2、（4分）天宮空間站總質(zhì)量為m，在距地面為h的近圓形軌道上運行，已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，則空間站繞地球轉(zhuǎn)動的周期為。以無窮遠處為零勢能面，空間站的機械能為。
3、（11分）空間站內(nèi)，甲乙兩名航天員在準備出艙活動。甲相對空間站靜止，乙拿著質(zhì)量為 50kg箱子正以2m/s的速度沿兩人連線方向向左靠近甲。若乙將箱子向左推向甲，乙和箱子間作用時間為0.2s，離手時箱子速度為4m/s，甲乙兩人和裝備的總質(zhì)量分別為200kg和250kg，求：
（1）乙對箱子的平均作用力大小。
（2）推出箱子后乙的速度。
（3）甲碰到箱子后立刻抓住不松開，要使甲乙航天員不碰撞，乙對箱子的平均作用力至少為多少？
六、海浪發(fā)電（16分）
圖甲為海上的一種浮桶式波浪發(fā)電燈塔，其原理如圖乙所示。浮桶內(nèi)的磁體通過支柱固定在暗礁上，水平方向產(chǎn)生輻向磁場。密閉浮桶的內(nèi)置線圈與桶相對靜止，可相對于磁體沿豎直方向運動，且始終處于磁場中。浮桶在僅受浮力和重力作用下的振動為簡諧運動，浮桶下部始終浸沒在海水中，且上部始終沒有進入海水中，其外側(cè)圓周的橫截面積（如圖乙中陰影部分所示）為S，海水密度為ρ，重力加速度為g，忽略海水對浮桶的阻力。
乙
1、（3分）浮桶做簡諧運動的回復(fù)力滿足F回=-kx，請選擇合適的方法確定系數(shù)k的表達式應(yīng)為下列選項中的（ ）
A．ρgSB．ρgS2C．gS2ρD．ρgS
2、（7分）若某次自由振動中的振幅為0.5m，周期為5s，且t=0時，浮桶位于振動的最高點，以向上為正方向。
（1）這次振動過程的位移與時間的關(guān)系式x=___________________________（m）。
甲
乙
（2）在下圖中選取合適的刻度，作出浮桶的振動圖像（至少畫出一個周期）。
3、（8分）若海浪的周期始終為T=3.0s，浮桶實際隨波浪上下運動可視為受迫振動。內(nèi)置線圈的匝數(shù)N=200，固定磁體在線圈所處位置產(chǎn)生的輻向磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=0.20T，線圈直徑D=0.40m，總電阻r=1.0Ω，該線圈與阻值R=15Ω的燈泡相連。取重力加速度g=10m/s2，且π2=10。
（1）已知浮筒作簡諧運動的固有周期公式為，其中m為振子質(zhì)量，在國際單位制中k的數(shù)值為2×103。則當浮桶及線圈的總質(zhì)量m=___________kg時，該浮桶式波浪發(fā)電機的發(fā)電功率達到最高；
（2）若振動的速度隨時間變化關(guān)系可表示為v=0.8πcs（2π3t）m/s，求燈泡在6s內(nèi)消耗的電能。
參考答案及評分標準
一、常見的照明設(shè)備（14分）
1、（1）（3分）A（2）（4分）；
2、（3分）C
3、（4分）A
二、蹦床（12分）
1、（3分）B
2、（3分）A
3、（2分）mgt、
4、（4分）mgh0；gh0；
三、舞臺上的奇妙物理現(xiàn)象（17分）
1、（4分）變暗；變大
2、（4分）BCD
3、（3分）C
4、（6分）沿y軸負向；7.5；3.75
四、萊頓瓶（23分）
1、（3分）A
2、（2分）3×10-7C
3、（1）（6分）9.0；1.5×10-6～1.8×10-6均可；1.7×10-7～2.0×10-7均可；
（2）（2分）16W
4、（1）（2分）-0.1
（2）當油滴恰好從下極板邊緣射出時有v0有最小值vmin·······（1分）
豎直方向有F合=G-F電=mg-qU2d=12mg ····························（1分）
由F合=ma可知： 12mg=may····································（1分）
可得ay=5m/s2 ···································（2分）
做初速度為零的勻加速直線運動
由x=12at2得： d=12ayt2 t=0.2 s ·······························（1分）
水平方向做勻速直線運動，由x=v0t得：
L=vmint ，可得vmin=2m/s ·······························（2分）
五、天宮空間站（18分）
1、（3分）C
2、（4分）；
3、（1）以向左為正方向，以箱子為研究對象，設(shè)乙對箱子的作用力為F，由動量定理：
····································（2分）
可得： ······（1分）
（2）以向左為正，研究箱子和乙組成的系統(tǒng)，由動量守恒可得：
·································（2分）
可得：v乙=1.6m/s ······ （1分） 方向向左 ······（1分）
（3）甲接住箱子后，設(shè)，則乙對箱子的作用力最小
以向左為正，研究甲、乙和箱子組成系統(tǒng)，由動量守恒可得：
······ （1分）
可得： ·············································（1分）
以乙為研究對象，設(shè)乙和箱子間作用力大小為，由動量定理：
································· （1分）
可得： ·············································（1分）
六、海浪發(fā)電（16分）
1、（3分）A
2、（1）（3分）0.5sin（2π5t+π2）
/m
/s
0.5
—0.5
5
2.5
3、（2）（4分）
3、（1）（2分）450kg
（2）由振動的速度表達式，可得vm=0.8πm/s
發(fā)電的最大電動勢為=128V····（1分）
根據(jù)閉合電路歐姆定律
得：流過燈泡的電流有效值為·····（2分）
消耗的電能為：W=I2Rt=2880J······（1分）

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