2021届全国高考物理模拟测试卷三（Word版附解析）

2021 届物理高考模拟测试卷（三） (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)3 4 年 B．(1＋k2)2 3 年 C．(1＋k)3 2 年 D．k 3 2 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.mmg－fR 2B2L4 B.mmg－fR2 2B4L4 C.mmg－fR2 B2L4 D.mmg－fR 2B4L4 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v2 g D．速度 v 不能超过 2fm－MgL M 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 3 、2L 3 、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1 3 ，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 S L0 ，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＝ΔΦ Δt ，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1 2 ，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2 3 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 v－＝x t 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＝L v0 ，偏 转距离 y＝1 2at20，其中 a＝qU md ，初动能 Ek0＝1 2mv20，联立得 y＝qUL2 4dEk0 ，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＝L＋L1 v0 ＝ L＋L1 2Ek0 m ，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＝L＋L1 v0 ＝mL＋L1 p ， 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＝ qUL2 2mdv20 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 R22＝R21＋(kR1)2＝(1 ＋k2)R21，由开普勒第三定律得R31 T21 ＝R32 T22 ，可得 T22＝R32 R31 ·T21＝(1＋k2)3 2·T21，由于地球公转周期为 1 年，则木星的公转周期 T2＝(1＋k2)3 4 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＝1 2mv2，进入磁场时，根据 法拉第电磁感应定律有：E＝BLv，I＝E R ，安培力：F＝BIL，由平衡条件得：mg＝F＋f，联立 解得：h＝mmg－fR2 2B4L4 ，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v2 2g ，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＝Mv2m L ，解得最大速度 vm ＝ 2fm－MgL M ，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＝L 3 ，rB＝2L 3 ，rC＝L，A 错误．根据洛伦兹力提供向心力有 qvB＝mv2 r ，可得 v ＝qBr m ，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＝mv qB 可知，仅将 B 改为2B 3 ，则粒子 B 做圆周运动的半径将变为 r′ B＝2L 3 ×3 2 ＝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＝ 2gh＝2 m/s，则 t＝ 2h g ＝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＝kL0 S 可知，杨氏模量的单位是N/m·m m2 ＝N/m2. ②由 F x 图象可知 k＝ 8 10－2 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＝ G 2cos θ. (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 ＝ E r＋Rg＋R1＋R0＋k G 2cos θ . (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 ＝ E r＋Rg＋R1＋R0＋k G 2cos θ 且电流是半偏，代入数据，可得 G＝600 N. (4)由公式 I＝ E r＋Rg＋R1＋R0＋k G 2cos θ 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) G 2cos θ(2 分) (2) E r＋Rg＋R1＋R0＋k G 2cos θ (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＝ΔΦ Δt 得 E＝ΔΦ Δt ＝BLvΔt Δt ＝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＝E R(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＝1 2mv20(2 分) 解得 v0＝ 2EqL m (1 分) 所以 B 开始运动时的速度为 vB＝v0 2 ＝ EqL 2m (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 1 2v0t＝Eq 2mt2＋L(3 分) 一元二次方程的判别式Δ＝－3EqL 2m