小卷3-【冲刺高考 黄金考点】2021年物理综合练习(解析版)

1 《冲刺高考 摘金夺银》 综合练习(三) 班级__________ 姓名____________ 学号____________ 共 11 小题，总分 50 分，第 1～7 题单选，每小题 3 分，第 8 题多选 2 分，共 23 分；第 9 题实验题 7 分； 第 10、11 题计算题(10 分+10 分)。作业时间 40 分钟。 1.2022 年，杭州将举办亚运会，在运动场上，下列说法正确的是( ) A.在 100 m 比赛中的冲刺阶段运动员可看成质点 B.若某运动员在 200 m 比赛中成绩为 20 s，则该运动员平均速度为 10 m/s C.羽毛球被扣杀后在飞入对方场地过程中受重力、空气阻力和球拍的作用力 D.乒乓球比赛中，有时会出现高抛发球，若在某次比赛中，乒乓球被抛出后距乒乓球桌的最大高度为 3.2 m， 则乒乓球从最高点到击球点的时间可能为 0.84 s 答案 D 解析 在 100 m 比赛中的冲刺阶段运动员躯干部位通过终点都有效，故运动不能看成质点，选项 A 错误； 200 m 比赛的位移小于 200 m，故运动员在 200 m 比赛中的平均速度小于 10 m/s，选项 B 错误；羽毛球被 扣杀后进入对方场地的过程中受重力和空气阻力作用，选项 C 错误；乒乓球在下落过程中受重力和空气阻 力作用，其下落的加速度小于重力加速度，由 h＝1 2at2 得，t＝ 2h a > 2h g ＝0.8 s，选项 D 正确。 2.高速公路的 ETC 电子收费系统如图所示，ETC 通道的长度是识别区起点到自动栏杆的水平距离．某汽车 以 21.6 km/h 的速度匀速进入识别区，ETC 天线用了 0.3 s 的时间 识别车载电子标签，识别完成后发出“滴”的一声，司机发现自动 栏杆没有抬起，于是采取刹车制动，汽车刚好没有撞杆．已知司 机的反应时间为 0.7 s，刹车的加速度大小为 5 m/s2，则该 ETC 通 道的长度约为( ) A．4.2 m B．6.0 m C．7.8 m D．9.6 m 答案 D 解析 汽车的速度 21.6 km/h＝6 m/s，汽车在前(0.3 s＋0.7 s)内做匀速直线运动，位移为：x1＝v0(t1＋t2)＝ 6×(0.3＋0.7) m＝6 m，随后汽车做减速运动，位移为：x2＝v02 2a ＝ 62 2×5 m＝3.6 m，所以该 ETC 通道的长度 为：L＝x1＋x2＝(6＋3.6) m＝9.6 m，故 A、B、C 错误，D 正确． 3.我国计划发射“人造月亮”，届时天空中将会同时出现月亮和“人造月 亮”．月亮 A 和“人造月亮” B 绕地球(球心为 O)的运动均可视为匀速圆周运 动，如图所示，设∠BAO＝θ，运动过程中θ的最大正弦值为 p，月亮绕地球运 动的线速度大小和周期分别为 v1 和 T1，“人造月亮”绕地球运动的线速度大 小和周期分别为 v2 和 T2，则( ) A.v1 v2 ＝ p，T1 T2 ＝ 1 p3 B.v1 v2 ＝ p，T1 T2 ＝ p3 2 C.v1 v2 ＝ 1 p ，T1 T2 ＝ 1 p3 D.v1 v2 ＝ 1 p ，T1 T2 ＝ p3 答案 A 解析 由题图知，当 AB 的连线与“人造月亮”的轨道圆相切时，θ最大，有最大正弦值为 p，根据几何关 系可得 sin θ＝r2 r1 ＝p.根据万有引力提供向心力 GMm r2 ＝m v2 r 可得：v1＝ GM r1 ，v2＝ GM r2 ，由 GMm r2 ＝m4π2 T2 r 得：T1＝ 4π2r13 GM ，T2＝ 4π2r23 GM ，所以v1 v2 ＝ r2 r1 ＝ p，T1 T2 ＝ r13 r23 ＝ 1 p3 ，故 A 正确，B、C、D 错误． 4.如图所示，A、B、C、D 为半球形圆面上的四点，且 AB 与 CD 交于球心且相互 垂直，E 点为球的最低点，A 点放置一个电荷量为＋Q 的点电荷，在 B 点放置一 个电荷量为－Q 的点电荷，则下列说法正确的是( ) A.C、D 两点电场强度不同 B.沿 CD 连线移动一电荷量为＋q 的点电荷，电场力始终做功 C.C 点和 E 点电势相同 D.将一电荷量为＋q 的点电荷沿圆弧面从 C 点经 E 点移动到 D 点过程中，电场力先做负功，后做正功 答案 C 解析 C、D 在 AB 的中垂线上，又关于球心对称，所以 C、D 两点电场强度大小相等，方向也相同，选项 A 错误；沿 CD 直线，电场方向始终与 CD 直线垂直，所以一直不做功，选项 B 错误；CDE 所在的平面为 等势面，点电荷沿圆弧面从 C 点经 E 点到 D 点，电场力不做功，选项 D 错误；C、E 点位于同一等势面， 所以电势相同，选项 C 正确。 5．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 3∶1，L1、L2、L3 为三只规格均为“9 V 3 W”的灯 泡，各电表均为理想交流电表，定值电阻 R1＝9 Ω.输入端交变电压 u 随时间 t 变化的图象如图乙所示，三 只灯泡均正常发光，则( ) A．电压 u 的瞬时值表达式为 u＝36 2sin πt(V) B．电压表的示数为 33 V C．电流表的示数为 1 A D．定值电阻 R2＝3 Ω 答案 B 解析 由题图乙知，交变电压的周期为 T＝0.02 s，ω＝2π T ＝100π rad/s，电压 u 的瞬时值表达式为 u＝36 2sin 100πt(V)，故 A 错误；灯泡正常发光，每个灯泡的电流为 I＝P U ＝1 3 A，故副线圈的电流 I2＝3I＝1 A，根据 变流规律：I1 I2 ＝n2 n1 ，解得原线圈电流 I1＝1 3 A，故 C 错误；电阻 R1 的电压 UR1＝I1R1＝3 V，由题图乙知输入 端电压的有效值为 36 V，则变压器原线圈的电压 U1＝36 V－3 V＝33 V，所以电压表的示数为 33 V，故 B 正确；根据变压规律：U1 U2 ＝n1 n2 ，可得副线圈的电压 U2＝11 V，电阻 R2 两端的电压为 UR2＝U2－UL＝11 V－ 3 9 V＝2 V，故 R2＝UR2 I2 ＝2 Ω，故 D 错误． 6.在光电效应实验中，某同学用频率分别为甲 、乙 的两种单色光甲、乙分别照射 光电管 A、B，都恰好能发生光电效应。利用更大频率的单色光照射光电管 A、B， 根据实验数据描绘出的光电子的最大初动能 kE 与入射光频率 的关系图线如图 所示，下列说法正确的是（ ） A．  B．  C． 甲 乙 D． 甲 乙 【答案】D 【详解】 AB．根据爱因斯坦光电效应方程 k 0E h W ν 可知 kE  图线的斜率 k h 所以两条图线的斜率一定相等，两条图线与横轴的夹角 和  一定相等，AB 错误； CD．图线在横轴的截距等于金属的逸出功 0W 与普朗克常量 h 的比值，即截止频率，由图像可知光电管 A 的截止频率较小，又因单色光甲、乙分别照射光电管 A、B，都恰好发生光电效应，因此甲光的频率甲 小 于乙光的频率乙 ，C 错误，D 正确；故选 D。 7.风能是可再生资源中目前发展最快的清洁能源，风力发电也是具有大规模开发和商业化发展前景的发电 方式。在风电技术发展方面，由于相同风速时发电功率的不同，我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电 机替代定桨距控制风力发电机，来提高风力发电的效 率。具体风速对应的功率如图乙所示，设甲图中风力 发电机每片叶片长度为 30 m，所处地域全天风速均为 7.5 m/s，空气的密度为 1.29 kg/m3，圆周率π取 3.14， 下列说法正确的是( ) A.变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为 62% B.用变桨距控制风力发电机替换定桨距控制风力发电机后，每台风力发电机每天能多发电 8 200 kW·h C.无论采用变桨距控制风力发电机还是定桨距控制风力发电机，每台发电机每秒钟转化的空气动能均为 5.7×105 J D.若煤的热值为 3.2×107 J/kg 那么一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧 87 kg 煤所产 生的内能相当 答案 D 4 解析 设在时间 t 内发电机获得的风能为 Ek，则 Ek＝1 2mv2，由于 m＝ρV＝ρπr2vt，所以 Ek＝1 2mv2＝1 2ρπr2v3t ＝1 2 ×1.29×3.14×302×7.53×t≈768 981t，故变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为η＝Pt Ek %＝ 400×103t 768 981t %＝52%，故 A 错误；由图象可知，当风速为 7.5 m/s 时，变桨距控制风力发电机的功率为 400 kW， 定桨距控制风力发电机的功率为 100 kW，所以每台风力发电机每天能多发电 E＝(P1－P2)t＝(400－ 100)×24 kW·h＝7 200 kW·h，故 B 错误；由 A 知道空气的动能为 Ek≈768 981t J，所以每台发电机每秒钟 转化的空气动能均为 Ek＝768 981t J＝768 981×1 J≈7.7×105 J，故 C 错误；一台变桨距控制风力发电机每 小时获得的风能为 Ek′＝Ekt′＝768 981×3 600 J≈2.77×109 J，完全燃烧 m 千克煤所产生的内能与之相当， 则 m＝E/q=2.77×109/3.2×107kg≈87kg，选项 D 正确。故选 D。 8. (多选)以下关于原子、原子核的说法正确的是( ) A.α粒子散射实验中，α粒子轰击的金箔也可以用其他重金属箔片，如铂箔片 B.各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异，因此利用不同气体可以制作五颜六色的霓虹灯 C.因为放射性的强度不受温度、外界压强的影响，所以说明射线来自原子核 D.β衰变方程 23490Th→23491Pa＋ 0－1e，因为 23490Th 和 23491Pa 的核子数均为 234，所以这两个原子核的结合能相等 答案 ABC 解析 α粒子散射实验中，α粒子也可以轰击铂箔，产生散射现象，A 正确；能级之间跃迁，可产生不同频 率的光，B 正确；实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式 存在，都具有放射性，由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就 是说，射线来自原子核，C 正确；β衰变 23490Th→23491Pa＋ 0－1e 会向外释放能量，虽然 23490Th 和 23491Pa 核子数均为 234，但前者比后者的结合能小，故 D 错误。 9.(7 分)利用如图甲所示的装置可以完成力学中的许多实验。 (1)下列说法正确的是________。 A.用此装置“探究小车速度随时间变化的规律”时，必须设 法消除小车和滑板间摩擦阻力的影响 B.用此装置“探究加速度与力、质量的关系”时，每次改变 小车质量后，需要重新平衡摩擦力 C.用此装置“探究加速度与力、质量的关系” 时，为保 证小车所受的拉力近似等于砂及砂桶的重力，必须使砂及砂桶的质量远大于小车的质量 D.用此装置“探究功与速度变化的关系”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑板平行 (2)某同学用图甲装置进行“探究加速度与力、质量的关系”时，进行了如下操作： ①在滑板的右侧加一垫块，用以平衡摩擦阻力，如 图乙所示，开启电源，轻推小车，打出了一条如图 丙所示的纸带，据此纸带可判断，垫块________(填 “偏薄”或“偏厚”)。 甲 5 ②垫块调整后，再打出一条纸带，从比较清晰的点起，每 5 个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距 离(单位 cm)，如图丁所示，由纸带数据计算可得，打下计数点 3 时小车的速度为________ m/s，小车的加 速度为________ m/s2(以上均保留 2 位有效数字)。 答案 (1)D (2)①偏薄 ②0.37(0.36～0.38) 0.15 解析 (1)小车速度随时间变化不需要平衡摩擦力；探究加速度与质量、力的关系和探究做功与速度关系都 需要平衡摩擦力，但是改变小车质量后，不需要重新平衡摩擦力，所以选项 A、B 均错误；用此装置“探 究加速度与力质量的关系”时，为保证小车所受的拉力近似等于砂及砂桶的重力，必须使砂及砂桶的质量 远小于小车的质量，选项 C 错误；为了保证绳上拉力为小车所受合力，绳子拉力要与木板平行，选项 D 正确。 (2)根据两点间的平均速度求中间瞬时速度，所以 v3＝Δx t ＝0.37 m/s；根据Δx＝aT2 可知加速度 a＝0.15 m/s2 10.(9 分)随着科技的发展，我国未来的航空母舰上将安装电磁弹射器以缩短飞机的起飞距离。如图所示， 航空母舰的水平跑道总长 l＝180 m，其中电磁弹射区的长度 l1＝80 m，在该区域安装有直线电机，该电机 可从头至尾提供一个恒定的牵引力 F 牵。一架质量 m＝2.0×104 kg 的飞机，其喷气式发动机可以提供恒定 的推力 F 推＝1.2×105 N。假设飞机在跑道所受阻力大小恒为飞机重力的 0.2 倍，离舰起飞的速度 v＝40 m/s。 设航空母舰始终处于静止状态，飞机可看做质量恒定的 质点。(g＝10 m/s2)求： (1)飞机在后一阶段的加速度大小； (2)飞机在电磁弹射区末的速度大小； (3)电磁弹射器的牵引力 F 牵的大小。 答案 (1)4.0 m/s2 (2)20 2 m/s (3)2×104 N 解析 (1)根据牛顿第二定律有 F 推－0.2mg＝ma2 代入数据解得 a2＝4.0 m/s2。 (2)由 v2－v21＝2a2(l－l1) 代入数据解得 v1＝20 2 m/s。 (3)由 v21＝2a1l1 得 a1＝5 m/s2 根据牛顿第二定律有 F 牵＋F 推－0.2mg＝ma1 代入数据解得 F 牵＝2×104 N。 11．(10 分)如图甲所示是某质谱仪的模型简化图，P 为质子源，初速度不计的质子经电压加速后从 O 点垂 直磁场边界射入，在边界 OS 的上方有足够大的垂直纸面的匀强磁场区域，B＝0.2 T．a、b 间放有一个宽 度为 Lab＝0.1 cm 的粒子接收器 S，Oa 长度为 LOa＝2 cm.质子的比荷q m ＝1.0×108 C/kg，质子经电场、磁场 后正好打在接收器上． 6 (1)磁场的方向是垂直纸面向里还是向外？ (2)质子进入磁场的角度范围如图乙所示，向左向右最大偏角α＝8°，所有的质子要打在接收器上，求加速 电压的 范围(结果保留三位有效数字，取 cos 8°＝0.99， 1 cos 8° ＝1.01)． (3)将质子源 P 换成气态的碳 12 与碳 14 原子单体，气体在 P 点电离后均带一个单位正电荷(初速度不计)， 碳 12 的比荷 e m12 ＝ 1 12 ×108 C/kg，碳 14 的比荷 e m14 ＝ 1 14 ×108 C/kg，保持磁感应强度不变，从 O 点入射的角 度范围α＝8°不变，加速电压可以在足够大的范围内改变，要使在任一电压下接收器上最多只能接收一种 粒子，求 Oa 的最小值(结果保留三位有效数字，取 7 6 ＝1.08)． (4)第(3)问中的电离体经电压加速后，单位时间内从 O 点进入的粒子数保持不变，其中碳 12 占 80%、碳 14 占 20%.通过控制加速电压，使碳 14 在磁场中做圆周运动的半径与时间的关系 R14＝0.9＋0.1t(cm)．请在图 丙中描绘出接收器上的亮度随时间的变化的图象(每毫秒内接收到的粒子越多越亮，1 表示在这一过程中最 亮的亮度)． 答案 见解析 解析 (1)垂直纸面向外 (2)qU＝1 2mv2 qvB＝mv2 R LOa 2cos α ≤R≤LOb 2 204 V≤U≤221 V (3)R14 R12 ＝ 7 6 当 2R12＝LOa 时 7 2R14cos 8°－2R12>Lab LOa>1.45 cm (4)