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2021届高考物理模拟测试题三

2021届高考物理模拟测试题三

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13

（全国卷）2021届高考物理模拟测试题三（含解析）
(时间：60分钟，满分110分)
二、选择题：本题共8小题，每小题6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，有选错的得0分．
14．下图中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)

A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
15.

在平直公路上行驶的a车和b车的位移—时间图象分别为图中的直线A和曲线B.t＝3 s时，直线A和曲线B刚好相切．下列说法正确的是(　　)
A．t＝3 s时，两车具有共同的加速度
B．a车做匀速运动，b车做加速运动
C．在运动过程中，b车始终没有超过a车
D．在0～3 s内，a车的平均速度比b车的大
16.

如图所示，偏转电场的极板水平放置，偏转电场右边的挡板竖直放置，氕、氘、氚三粒子同时从同一位置沿水平方向进入偏转电场，最终均打在右边的竖直挡板上．不计氕、氘、氚的重力，不考虑三者之间的相互影响，下列说法正确的是(　　)
A．若三者进入偏转电场时的初动能相同，则一定到达挡板上同一点
B．若三者进入偏转电场时的初动量相同，则到达挡板的时间一定相同
C．若三者进入偏转电场时的初速度相同，则一定到达挡板上同一点
D．若三者进入偏转电场时的初动能相同，则到达挡板的时间一定相同
17．位于贵州的“中国天眼”(FAST)是目前世界上口径最大的单天线射电望远镜，通过FAST可以测量地球与木星之间的距离．当FAST接收到来自木星的光线传播方向恰好与地球公转线速度方向相同时，测得地球与木星的距离是地球与太阳距离的k倍．若地球和木星绕太阳的运动均视为匀速圆周运动且轨道共面，则可知木星的公转周期为(　　)
A．(1＋k2)年　B．(1＋k2)年
C．(1＋k)年 D．k年
18．如图所示，水平虚线下方存在大小为B、方向水平向里的匀强磁场．正方形金属线框abcd边长为L，质量为m，电阻为R.将线框在虚线上方一定高度处由静止释放，运动过程中ab边始终水平，线框始终在竖直面内，所受空气阻力恒为f.线框进入磁场的过程做匀速直线运动．重力加速度为g.则线框释放时ab边与水平虚线间的高度差为(　　)

A. B.
C. D.
19.

如图所示，一小物块被夹子夹紧，夹子通过轻绳悬挂在小环上，小环套在水平光滑细杆上．物块质量为M，到小环的距离为L，其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为fm.小环和物块以速度v向右匀速运动，小环碰到杆上的钉子P后立刻停止，物块向上摆动，整个过程中，物块在夹子中没有滑动．小环和夹子的质量均不计，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
A．物块向右匀速运动时，绳中的张力等于Mg
B．小环碰到钉子P后瞬间，绳中的张力大于2fm
C．物块上升的最大高度为
D．速度v不能超过

20.

如图所示，边长为L的正三角形abc区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量均为q的三个粒子A、B、C以大小不等的速度从a点沿与ab边成30°角的方向垂直射入磁场后从ac边界穿出，穿出ac边界时与a点的距离分别为、、L.不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则下列说法正确的是(　　)
A．粒子C在磁场中做圆周运动的半径为2 L
B．A、B、C三个粒子的初速度大小之比为3:2:1
C．A、B、C三个粒子从磁场中射出的方向均与ab边垂直
D．仅将磁场的磁感应强度减小，则粒子B从c点射出
21.

如图所示，一竖直放置的轻弹簧一端固定于地面，另一端与质量为3 kg的物体B固定在一起，质量为1 kg的物体A放于物体B上．现A和B一起竖直向上运动，当A、B分离后，A上升0.2 m到达最高点，此时B的速度方向向下，弹簧处于原长．从A、B分离起至A到达最高点的这一过程中，下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)
A．A、B分离时B的加速度为2 g
B．弹簧的弹力对B做功为零
C．弹簧的弹力对B的冲量大小为6 N·s
D．B的动量变化量为零
三、非选择题：共62分．第22～25题为必考题，每个试题考生都必须作答，第33～34题为选考题，考生根据要求作答．
(一)必考题：共47分
22．(5分)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，把弹簧放置在水平桌面上，测出其自然长度，然后竖直悬挂让弹簧自然下垂，如图甲所示，在其下端挂上钩码．

(1)实验时逐渐增加弹簧下端钩码个数并记录所挂钩码的重力F与其对应弹簧的形变量x，作出的F ­ x图象如图乙所示．图线不过原点的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)该同学又找来与弹簧性质相同的橡皮筋，橡皮筋在弹性限度内弹力F0与伸长量x0成正比，即F0＝kx0，查阅资料后发现式中k值与橡皮筋的原长L0和横截面积S有关．理论与实验都表明k＝Y，其中Y是由材料本身决定的常数，在材料力学中称为杨氏模量．
①杨氏模量Y的单位是________(填选项前的字母)．
A．N B．m
C．N/m D．N/m2
②若该橡皮筋的k值与(1)中弹簧的劲度系数相同，该橡皮筋的原长为10.0 cm，横截面积为1.0 mm2，则可知该橡皮筋的杨氏模量Y的大小为________(结果保留两位有效数字)．
23．(10分)导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生相应变化，这种现象称为应变电阻效应．如图甲所示的用来称重的电子吊秤就是利用了这个应变效应．电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器．其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)，拉力敏感电阻丝的电阻也随之发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将所称物体重量变换为电信号．

物理小组找到一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示，小组按如图丙所示的电路制作了一个简易“吊秤”．电路中电源电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω；灵敏毫安表量程为0～10 mA，内阻Rg＝50 Ω；R1是可变电阻；A、B两接线柱等高且固定．现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环，将其两端分别接A、B两接线柱固定不动，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，不计敏感电阻丝重力．现完成下列操作步骤：
步骤a.滑环下不吊重物时，闭合开关，调节可变电阻R1，使毫安表指针满偏；
步骤b.滑环下吊上已知重力的重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；
步骤c.保持可变电阻R1接入电路的电阻不变，读出此时毫安表示数I；
步骤d.换用已知重力的不同重物挂在滑环上，记录每一个重力值对应的电流值；
步骤e.将毫安表刻度盘改装为重力刻度盘．
(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式：F＝________.
(2)设RL ­ F图象的斜率为k，试写出毫安表示数I与待测重物重力G的表达式：I＝________(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)．
(3)若RL ­ F图象中R0＝100 Ω，k＝0.5 Ω/N，测得θ＝60°，毫安表指针半偏，则待测重物的重力G＝________ N.
(4)关于改装后的重力刻度盘，下列说法正确的是________(填选项前的字母)．
A．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线均匀
B．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线均匀
C．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线不均匀
D．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线不均匀
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台“简易吊秤”称重前，进行了步骤a的操作，则测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
24．(12分)如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场中有一固定金属线框PMNQ，线框平面与磁感线垂直，线框宽度为L.导体棒CD垂直放置在线框上，并以垂直于棒的速度v向右匀速运动，运动过程中导体棒与金属线框保持良好接触．
(1)根据法拉第电磁感应定律E＝，推导MNCDM回路中的感应电动势E＝ BLv；
(2)已知B＝0.2 T，L＝0.4 m，v＝5 m/s，导体棒接入电路中的有效电阻R＝0.5 Ω，金属线框电阻不计，求：
①匀强磁场对导体棒的安培力大小和方向；
②回路中的电功率．

25．(20分)如图所示，在光滑水平长直轨道上有A、B两个绝缘体，它们之间通过一根长L的轻质细线相连，其中A的质量为m，B的质量为M＝2m，A带电荷量为＋q，B不带电．空间存在着方向水平向右的匀强电场，电场强度为E.开始时用外力把A与B靠在一起并保持静止，某时刻撤去外力，A开始向右运动，当细线绷紧时，细线存在极短时间的弹力，而后B开始运动．已知B开始运动时的速度等于线刚绷紧前瞬间A的速度的，整个过程中，A的电荷量保持不变．

(1)求B开始运动时，A和B的速度大小各为多少；
(2)通过计算来判断细线在第二次绷紧前A、B是否发生碰撞；
(3)在(2)中，若A、B发生碰撞，求碰撞前瞬间B的位移；若A、B不发生碰撞，求细线第二次绷紧前瞬间B的位移．

(二)选考题(本题共15分．请考生从给出的2道物理题中任选一题作答．如果多做，则按所做的第一题计分．)
33．(15分)[物理——选修3－3]
(1)(5分)把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置，每隔一定时间把炭粒的位置记录下来，最后按时间先后顺序把这些点进行连线，得到如图所示的图象，对于这一现象，下列说法正确的是________．(填正确答案标号)

A．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
B．越小的炭粒，受到撞击作用的不平衡性表现得越明显
C．观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中
D．将水的温度降至零摄氏度，炭粒会停止运动
E．分子从表面张力大的液体中逸出比从表面张力小的液体中逸出更困难
(2)(10分)如图所示是一定质量的理想气体由状态M→N→I→G变化的p ­ V图象．已知该气体在状态M时的温度为27 ℃.

(ⅰ)求该气体在状态I时的温度；
(ⅱ)已知该气体内能的变化满足ΔU＝σΔT(常量σ＝103 J/K)，则气体从状态M→N→I→G变化的整个过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？

34．(15分)[物理——选修3－4]
(1)

(5分)某同学在实验室做“用双缝干涉测量光的波长”实验，在实验操作过程中，该同学转动手轮，使分划板向一侧移动，测得第一条亮纹中心与第七条亮纹中心间的距离为a＝7.68 mm，已知双缝间的距离为d＝0.5 mm，双缝到屏的距离为L＝1.00 m，则对应的光波的波长λ＝________ nm.若在实验时，该同学没有调节好实验装置就进行实验，结果使测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，而是处在如图所示的位置，则在这种情况下测量干涉条纹间距Δx时，测量值________实际值(填“大于”“小于”或“等于”)，这时可通过调节________使它们平行．
(2)(10分)如图所示为一列沿x轴传播的简谐横波，介质中两质点P、Q的平衡位置相距个波长．已知t＝0时的波形图如图所示，此时质点P的位移为3 cm，设向上为正方向，经时间t1(小于一个周期)，质点P的位移又为3 cm，且向下运动，已知该简谐横波的振幅为6 cm，频率为1 Hz.求：

(ⅰ)该横波的波速大小；
(ⅱ)t1时刻质点Q的位移．
答案
14．解析：题图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构模型，故A错误．题图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误．题图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确．题图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误．
答案：C
15．解析：x ­ t图象的斜率表示速度，由图象可知，a车做匀速直线运动，b车做减速直线运动，故B错误；t＝3 s时，两图线斜率相等，表示此时两车的速度相等，故A错误；由图象可知，b车始终在a车的后面，故C正确；在0～3 s内，a车的位移为6 m，b车的位移为8 m，由公式＝可知，a车的平均速度小于b车的平均速度，故D错误．
答案：C
16．解析：设任一粒子的电荷量为q，偏转电场的极板长为L，板间距离为d，偏转电压为U，极板到挡板的水平距离为L1，在偏转电场中，粒子做类平抛运动，运动时间t0＝，偏转距离y＝at，其中a＝，初动能Ek0＝mv，联立得y＝，氕、氘、氚三粒子的电荷量相同，但质量不同，若三者进入偏转电场时的初动能相同，则离开电场时偏转距离相同，离开电场时的速度方向也相同，所以三个粒子一定到达挡板上同一点，而从进入偏转电场至到达挡板的运动时间t＝＝，则三个粒子到达挡板的时间不相同，选项A正确，D错误；若三者进入偏转电场时的初动量相同，由于到达挡板的时间t＝＝，可知三个粒子到达挡板的时间不相同，选项B错误；若三者进入偏转电场时的初速度相同，由y＝可知，三个粒子离开偏转电场时的偏转距离不同，故三个粒子不能到达挡板上同一点，选项C错误．
答案：A
17.

解析：本题中，太阳、地球、木星的位置关系如图所示，设地球的公转半径为R1，木星的公转半径为R2，测得地球与木星的距离是地球与太阳距离的k倍，则有R＝R＋(kR1)2＝(1＋k2)R，由开普勒第三定律得＝，可得T＝·T＝(1＋k2)·T，由于地球公转周期为1年，则木星的公转周期T2＝(1＋k2)年，故A正确．
答案：A
18．解析：金属线框进入磁场前，根据动能定理得：mgh－fh＝mv2，进入磁场时，根据法拉第电磁感应定律有：E＝BLv，I＝，安培力：F＝BIL，由平衡条件得：mg＝F＋f，联立解得：h＝，故选项B正确，A、C、D错误．
答案：B
19．解析：向右匀速运动时，夹子和物体所受重力与拉力平衡，所以绳中的张力等于Mg，A正确．小环碰到钉子P后瞬间，物块做圆周运动，此时物块在夹子中没有滑动，则夹子对物块的摩擦力不大于最大静摩擦力，所以绳中的张力一定不大于2fm，B错误．小环碰到钉子P以后，物块做圆周运动，机械能守恒，所以物块上升的最大高度为，C错误．当夹子对物块的摩擦力等于最大静摩擦力时，物块的速度最大，此时有2fm－Mg＝，解得最大速度vm＝，D正确．
答案：AD
20．解析：由圆周运动的对称性可知，从同一直线边界以30°的弦切角进磁场，射出时的速度也与边界成30°角，而圆心角为60°，则圆心和入射点以及出射点构成等边三角形，由几何关系可知rA＝，rB＝，rC＝L，A错误．根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，可得v＝，则初速度之比vA:vB:vC＝1:2:3，B错误．由于三粒子从ac边射出时速度方向与ac边的夹角均为30°，而∠cab＝60°，故射出的方向均与ab边垂直，C正确，由r＝可知，仅将B改为，则粒子B做圆周运动的半径将变为r＝×＝L，而其他条件不变，由几何关系可知，粒子B将从c点射出，D正确．
答案：CD
21．解析：由分离的条件可知，A、B两物体分离时二者的速度、加速度均相等，二者之间的相互作用力为0，对A分析可知，A的加速度aA＝g，所以B的加速度为g，故A错误；A、B两物体分离时弹簧恢复原长，A到达最高点时弹簧又恢复原长，从A、B分离起至A到达最高点的这一过程中，弹簧的弹性势能变化为零，所以弹簧的弹力对B做的功为零，故B正确；分离的瞬间，两个物块速度加速度均相同，之后A做竖直上抛运动达到最高点，这段距离可求出其初速度v＝＝2 m/s，则t＝＝0.2 s，在此过程中对B，由动量定理得mBgt＋IN＝mBv－(－mBv)，代入数据解得IN＝6 N·s，故C项正确；当两者分离时，B向上运动，当A运动到最高点时，B向下运动，故B动量变化不为零，总的动量变化向下，故D项错误．
答案：BC
22．解析：(1)弹簧的原长是放置在水平桌面上测出的，竖直悬挂时，由于弹簧自身的重力影响，F＝0时弹簧的形变量不为零．
(2)①根据表达式Y＝可知，杨氏模量的单位是＝N/m2.
②由F ­ x图象可知k＝ N/cm＝100 N/m；代入表达式可得橡皮筋的杨氏模量Y的大小为1.0×107 N/m2.
答案：(1)弹簧自身重力的影响(2分)　(2)①D(1分)　②1.0×107 N/m2(2分)
23．解析：(1)由受力情况及平行四边形定则可知，G＝2Fcos θ，则F＝.
(2)由实验步骤可知，当拉力为F时，电流为I，根据闭合电路的欧姆定律得E＝I(r＋Rg＋R1＋RL)，由图象可知，拉力与电阻的关系式为RL＝kF＋R0，联立可得I＝.
(3)由实验步骤可知，当没有挂重物时，电流为满偏电流，即E＝Ig(r＋Rg＋R1＋R0)，又I＝且电流是半偏，代入数据，可得G＝600 N.
(4)由公式I＝可知，电流值与重力不成正比，故刻度盘不均匀；该秤下所挂重物的重力越小，则拉力敏感电阻丝的电阻越小，毫安表示数越大，故重力零刻度线应在毫安表满刻度处，C正确．
(5)根据操作步骤a可知，当电源内阻增大时，仍会使得毫安表满偏，此时电阻R1会变小，但r＋R1之和仍旧不变，所以测量结果也不变．
答案：(1)(2分)　(2)(2分)　(3)600(2分)　(4)C(2分)　(5)不变(2分)
24．解析：(1)设在Δt时间内MNCDM回路面积的变化量为ΔS，磁通量的变化量为ΔΦ，则有
ΔS＝LvΔt(2分)
ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt(2分)
根据法拉第电磁感应定律E＝得
E＝＝＝BLv(1分)
(2)①MNCDM回路中的感应电动势E＝BLv(1分)
回路中的电流I＝(1分)
导体棒受到的安培力F＝BIL(1分)
联立解得F＝0.064 N(2分)
安培力的方向与速度方向相反(1分)
②回路中的电功率P＝EI(1分)
解得P＝0.32 W(2分)
答案：见解析
25．解析：(1)设细线第一次绷紧时，A的速度为v0，则有EqL＝mv(2分)
解得v0＝ (1分)
所以B开始运动时的速度为vB＝＝ (1分)
细线绷紧前后A、B组成的系统动量近似守恒，则有mv0＝mvA＋2mvB(2分)
解得B开始运动时A的速度为vA＝0(1分)
(2)假设二者恰能发生碰撞，则有v0t＝t2＋L(3分)
一元二次方程的判别式Δ＝－<0，故t无实数解，说明B追不上A，假设不成立，二者不会发生碰撞(3分)
(3)设细线从第一次绷紧到第二次绷紧所经历的时间为t2，则有sB＝sA(1分)
sB＝t2(1分)
sA＝t(1分)
解得sB＝L(2分)
答案：(1)0　　(2)见解析　(3)L
33．解析：(1)图中的折线是每隔一定的时间炭粒的位置的连线，并非炭粒的运动轨迹，不能说明水分子在短时间内的运动是规则的，A错误；炭粒越小，在某一瞬间跟它相撞的水分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，B正确；扩散可发生在液体和固体之间，故观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中，C正确；将水的温度降低至零摄氏度，炭粒的运动会变慢，但不会停止，D错误；分子从液体表面逸出需要克服其他液体分子的引力，表面张力大的液体表面分子间的作用力大，E正确．
(2)(ⅰ)对于一定质量的理想气体，M→I过程由理想气体状态方程有
＝(2分)
得T1＝600 K(1分)
(ⅱ)理想气体M→N的过程体积增大，气体对外做功，由p ­ V图线与横轴所围的面积可知
W1＝－＝－5×105 J
N→I过程，气体体积增大，压强不变，气体膨胀，对外做功
W2＝－pN(VI－VN)＝－4×105 J
I→G过程，气体体积减小，外界对气体做功
W3＝＝3×105 J
从状态M→N→I→G的过程中，外界对气体做的功为
W＝W1＋W2＋W3＝－6×105 J(2分)
M→G过程，由理想气体状态方程有＝(1分)
得TG＝200 K(1分)
该气体内能的变化量为ΔU＝σ(TG－TM)＝－105 J(1分)
由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q(1分)
可得Q＝5×105 J，即气体从外界吸收热量，该过程中传递的热量为5×105 J(1分)
答案：(1)BCE　(2)(ⅰ)600 K　(ⅱ)吸热　5×105 J
34．解析：(1)相邻两亮条纹中心间的距离Δx＝＝1.28 mm，可得λ＝＝640 nm.测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上时，测得第n条与第1条亮(暗)纹中心间的距离比两者在同一方向上时的大，对应算出的Δx也偏大．图中出现的问题是分划板中心刻线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上．
(2)(ⅰ)由波形图知，波长为λ＝8 m(1分)
根据波速公式有v＝λf＝8 m/s(2分)
(ⅱ)由题意可知，t＝0时刻质点P振动方向向上，则该简谐横波沿x轴正方向传播(1分)
则质点P的振动方程为yP＝6sin cm(1分)
则3 cm＝6sin cm(1分)
解得t1＝ s(1分)
由于质点Q在质点P右侧个波长处，所以质点Q的振动与质点P相比滞后个周期，其振动方程为
yQ＝6sin cm＝6sin cm(2分)
当t1＝ s时，质点Q的位移yQ＝6sin cm＝－6 cm(1分)
答案：(1)640(2分)　大于(1分)　测量头(2分)
(2)(ⅰ)8 m/s　(ⅱ)－6 cm