2021届河北省衡水市高三(上)9月联考物理试题

绝密★启用前2021届新高三摸底联考物理试卷（新高考）本试卷共8页，16题（含选考题）.全卷满分100分.考试用时75分钟.注意事项:1.答题前，先将自己的姓名、考号等填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置.2.选择题的作答：选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑.写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效.3.填空题和解答题的作答：用签字笔直接写在答题卡上对应的答题区域内.写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效.4.选考题的作答：先把所选题目的题号在答题卡上指定的位置用2B铅笔涂黑.答案写在答题卡上对应的答题区域内，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效.5.考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交第Ⅰ卷一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一项且符合题目要求的.1.下列关于物理史实或现象的说法正确的是（）A.经典物理学无法解释原子的稳定性，但可以解释原子光谱的分立特性B.根据玻尔氢原子模型，氢原子辐射出光子后，电子绕核运动的动能将减小C.天然放射性元素的放射性与元素的化学状态无关，说明射线来自于原子核D.卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生出氧的一种同位素和一个中子2.如图所示，三根长直导线A、B、C垂直纸面固定放置，在纸面内三者的连线恰构成一等边三角形.已知导线A中通有电流强度为I、方向垂直纸面向里的电流，导线B中通有电流强度为、方向垂直纸面向外的电流，当导线C中没有通入电流时，导线A受到的磁场作用力大小为F；当导线C中通入垂直纸面向里的电流时，导线A受到的磁场作用力大小仍为F，则此A时导线B受到的磁场作用力大小为（）A.B.C.D.3.如图所示，教学用的可拆变压器有两个线圈A、B，线圈匝数和线圈绕向已经无法分辨，某同学为测定A、B两个线圈的匝数进行了如下操作.他先把漆包线比较细的线圈A接到的低压交流电源上，用交流电压表测得线圈B的输出电压为；然后拆下线圈B，在线圈B原来匝数的基础上，用漆包线沿某一个方向加绕10匝，然后重复上一步操作，发现电压表的示数为，若可拆变压器可看成理想变压器，则可测得A、B两个线圈原来的匝数分别为（）A.400、100B.320、80C.216、54D.256、644.2020年6月23日我国成功发射北斗三号系统最后一颗卫星，北斗全球星座部署完成.北斗三号系统空间段由3颗GEO、3颗IGSO和24颗MEO卫星组成.GEO卫星相对地球静止，轨道高度约为，IGSO卫星的轨道高度与GEO卫星的轨道高度相同，轨道倾角（绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角）为55度，MEO卫星的轨道高度约为，轨道倾角为55度.下列说法不正确的是（）A.MEO卫星的运行周期小于GEO卫星的运行周期B.GEO卫星与IGSO卫星运行的向心加速度大小相等C.MEO卫星的线速度大于IGSO卫星的线速度D.GEO卫星与IGSO卫星的动能相等5.如图甲所示，绝缘水平桌面上水平放置着一硬质金属线框，空间存在与桌面垂直、大小随时间按如图乙所示变化的勺强磁场，时刻磁场方向垂直于桌面向下，虚线为磁场边界.在到的时间内金属线框始终静止，则线框所受的摩擦力（以向右为正方向）随时间的变化图线正确的是（）A.B.C.D.6.如图所示为游乐场内“空中飞椅”的示意图，在半径为r的水平转盘的边缘固定着两条钢绳，钢绳的另一端连接着座椅，转盘在电动机带动下可绕穿过其中心的竖直轴匀速转动.已知两个座椅（含坐着的人）的质量分别为、，两条钢绳的长度分别为、，不计钢绳的重力及空气的阻力.当转盘以某一角速度匀速转动，系统达到稳定时，两条钢绳与竖直方向的夹角分别为、，下列说法正确的是（）A.若，则B.若，则C.若，则D.若，则7.如图所示，光滑平行金属导轨固定在倾角为的斜面上，导轨电阻忽略不计.虚线、间距为l且均与导轨垂直，在、之间的区域存在垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场.将质量均为m的两根导体棒、先后从导轨上同一位置由静止释放，释放位置与虚线的距离为，当导体棒进入磁场瞬间释放导体棒.已知导体棒进入磁场瞬间恰开始做匀速运动，两导体棒始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g，则整个过程回路中产生的焦耳热为（）A.B.C.D.无法确定二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，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.8.如图所示，在一正点电荷Q的电场中，某点的电势与该点到点电荷Q的距离r的关系如图甲所示.如图乙所示，在正点电荷Q的上方水平固定一光滑绝缘杆，O点在点电荷Q的正上方，现将一质量为m、带电量为的小球穿在杆上，然后从a点由静止释放后，小球沿杆依次经过O、b两点到达最远点c.已知a、O、b三点到点电荷Q的距离分别为、L、，下列说法正确的是（）A.小球在a点和b点的加速度大小之比为B.小球运动过程中的最大速度为C.电场中a点的场强和c点的场强相同D.小球由a点到b点的过程中电势能先减小后增大9.完全相同的甲、乙两物体静止在同一粗糙的水平地面上，分别在水平拉力、的作用下，同时同向开始运动，在末甲、乙两物体相遇，如图所示为甲、乙两物体的图象，则下列说法正确的是（）A.时刻乙物体在前，甲物体在后B.内，拉力逐渐减小到零C.内，甲物体的平均速度大于D.内，拉力对甲、乙两物体做的功一样多10.如图甲所示，足够长的轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，以弹簧上端位置为坐标原点O，沿竖直向下建立坐标轴.现将质量为m的小球从原点O正上方高度h处由静止释放，在小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，小球所受弹力F的大小随x（x表示小球的位置坐标）的变化关系如图乙所示.若不计小球与弹簧接触时的机械能损失，弹簧始终处于弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（）A.当时，小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和最大B.小球动能的最大值为C.当时，小球的速度大小为D.小球在最低点的加速度大小等于g第Ⅱ卷三、非选择题：本卷包括必考题和选考题两部分.第11~14题为必考题，每个试题考生都必须作答.第15~16题为选考题，考生根据要求作答.（一）必考题（共42分）11.（6分）某同学在做“探究合外力与加速度之间关系”的实验，实验装置如图甲所示.（1）按图甲正确组装实验器材，平衡小车所受的阻力.（2）如图乙所示为某次实验中打出的一条纸带的一部分，A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有两个打出的点没有画出.已知打点计时器的电源频率为，由此可算出小车的加速度_____（保留两位有效数字）.（3研究实验数据发现，小砂桶和桶内砂子的总重力总是略大于小车和小砂桶及桶内砂子的总质量与加速度的乘积，其原因可能是_____（填正确答案标号）.A.小砂桶和桶内砂子的总重力大于细线的拉力B.未完全平衡摩擦力C.平衡摩擦力过度D.交流电源的实际频率大于12.（10分）某同学利用下列器材描绘一只发光二极管在加正向电压时的图线.A.发光二极管（正向电压小于等于，最大工作电流为）B.电压表V（量程为，内阻很大）C.毫安表A（量程为，内阻为）D.滑动变阻器E.定值电阻F.电池组（，内阻不计）G.开关和导线若干（1）该同学对实验器材已经进行了部分连线，请用笔画线代替导线，把图甲中实验器材连接成完整的实验电路.（2）某次测量中，电压表、毫安表的示数如图乙中（a）、（b）所示，则发光二极管两端电压____V，通过发光二极管的电流_____（结果保留三位有效数字）.（3）通过实验该同学描绘出了发光二极管的正向图线如图丙所示.若把此发光二极管和阻值为的定值电阻串联后与电池组（，内阻不计）组成闭合电路，此时发光二极管的阻值____，功率为______W.13.（10分）如图所示，在边长为L的正方形区域内存在图示方向的匀强电场，正方形的内切圆内存在垂直纸面向里的匀强磁场.现有一质量为m、带电量为的粒子从边中点e以速度沿内切圆直径射入场区，粒子恰沿直线从边的中点f射岀场区.保持粒子入射位置及速度大小、方向均不变，仅撤去磁场，粒子射出电场时速度偏向角.已知，不计粒子重力.（1）求仅撤去磁场时粒子在电场内运动的时间及电场强度E的大小；（2）若保持粒子入射位置及速度大小、方向均不变，仅撤去电场，求粒子在磁场中的运动时间.14.（16分）如图所示，物块A和长木板B叠放在水平地面上，物块A位于长木板B的左边缘，物块A、长木板B的质量分别为m、，物块A与长木板B、长木板B与地面间的动摩擦因数均为.先用大小为、水平向右的外力F作用在物块A上，经过时间t撤去F，物块A最终未从长木板B上滑落，当物块A、长木板B都静止后，用质量为的锤子以水平速度（未知）去敲击长木板B的左端，由于锤子与长木板B作用时间极短，长木板B瞬间获得水平向右的速度，而锤子以的速度反弹，最终长木板B静止在水平地面上，物块A恰好回到长木板B的左端.已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.求：（1）用锤子敲击长木板B之前，物块A在长木板B上滑动的距离；（2）锤子敲击长木板B时的速度.及敲击后瞬间长木板B获得的速度大小；（3）整个过程中长木板B的位移.（二）选考题：共12分.请考生从给出的2道题中任选一题作答.如果多做，则按所做的第一题计分.15.[物理——选修3—3]（12分）（1）（5分）下列关于一定质量的理想气体的说法正确的是_____.（填正确答案标号.选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分.每选错1个扣3分，最低得分为0分）A.气体温度升高，则每个气体分子热运动的速率均增大B.气体放出热量，其分子平均动能不一定减小C.当体积增大时，其温度和内能一定减小D.若体积减小、温度不变，其压强一定增大E.在绝热情况下，当气体被压缩时，压强一定增大（2）（7分）如图所示，圆柱形绝热气缸竖直放置，质量为、截面积为的绝热活塞将一定质量的理想气体和一形状不规则的固体Q封闭在气缸内.在气缸内距缸底处有卡环，使活塞只能向上滑动.开始时活塞搁在卡环上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为.现通过加热电热丝使气缸内气体温度缓慢升高，当温度为时，活塞上升了.已知重力加速度，卡环和电热丝的体积忽略不计，求：（ⅰ）活塞恰好离开卡环时，气缸内气体的温度为多少K；（ⅱ）气缸内固体Q的体积.16.[物理——选修3—4]（12分）（1）（5分）如图甲所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，介质中A、B两质点平衡位置间的距离为，且大于一个波长小于两个波长，A、B两质点的振动图象如图乙所示，由此可知_______.（填正确答案标号.选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分.每选错1个扣3分，最低得分为0分）A.时A、B两质点的加速度相同B.该简谐横波的波长可能为C.该简谐横波的波速为D.经过时间A质点运动到B质点E.时A、B两质点的运动速度相同（2）（7分）某种透明介质的截面如图所示，为半径为R的四分之一圆弧，O为圆心，为直角三角形，，与足够大的光屏垂直，A点与光屏接触细光束沿圆弧半径射向圆心O，当在界面上的入射角时，仅在光屏上形成一个亮斑，若不考虑光在透明介质中的多次反射.（i）求该介质的折射率应不小于多少；（ⅱ）若，当入射角i逐渐减小到时，A点右侧光斑恰好消失，仅在光屏A点左侧有个光斑，求及光斑到A点的距离.2021届新高三摸底联考物理参考答案及评分细则一、单项选择题1.C【解析】按照经典物理学，核外电子在库仑引力作用下做圆周运动，电子的动能以电磁波形式辐射出去，最终落在原子核上，原子是不稳定的.电子辐射电磁波的频率等于电子绕核转动的频率，电子能量逐渐减小，它离原子核越来越近，我们应该看到原子辐射出各种频率的光，即原子光谱是连续的，故经典物理学无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱的分立特性，A项错误；根据玻尔氢原子模型，氢原子辐射出光子后，原子的能级降低，电子的轨道半径减小，电子的动能增大，B项错误；一种放射性元素，不管它是以单质存在，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主要取决于原子核外的最外层电子数，这就说明射线与核外电子无关，而是来自于原子核，C项正确；卢瑟福用粒子轰击氮原子核，核反应方程为，为质子，D项错误.2.B【解析】当导线C中不通入电流时，导线A受到的磁场作用力大小为F，根据牛顿第三定律可知导线B受到的磁场作用力大小也为F，因导线A、B中电流方向相反，故导线A、B之间的作用力为斥力.当导线C中通入垂直纸面向里的电流后，导线A、C之间的作用力为引力，且与导线B对导线A的作用力的夹角为120°，因为导线A受到的磁场作用力大小仍为F，则导线C对导线A的作用力大小也为F.因导线C到导线A、B的距离相同，故导线C在导线A、B所处位置的磁感应强度大小相等，但导线B中的电流是导线A中电流的两倍，则导线C对导线B的作用力大小为的斥力，且与导线A对导线B的作用力的夹角为60°，根据力的合成可知导线B受到的磁场作用力，B项正确.3.A【解析】设A、B两个线圈原来的匝数分别为、，线圈A的输入电压有效值，线圈B的输出电压，根据变压器电压比可得；在线圈B加绕10匝后，线圈B的输出电压升高，说明加绕的线圈与原来线圈B的绕向相同，根据电压比关系应有，联立可得、，A项正确.4.D【解析】由轨道高度和地球半径关系可知MEO卫星的运转半径小于GEO卫星的运转半径，根据可得，A项正确；设地球的质量为M，根据万有引力提供向心力有，可得向心加速度，因为IGSO卫星与GEO卫星的轨道高度相同，所以向心加速度大小相等，B项正确；设地球的质量为M，人造卫星做匀速圆周运动的半径为r，根据万有引力提供向心力有，可知，因，所以MEO卫星的线速度大于IGSO卫星的线速度，C项正确；因GEO卫星与IGSO卫星的质量关系未知，故D项错误.5.C【解析】根据图象，由楞次定律可知线框中感应电流方向一直为顺时针方向，根据法拉第电磁感应定律得，由闭合电路欧姆定律得，则时间内感应电流的方向和大小均不变，根据左手定则可知，在时间内，安培力方向向左，故线框所受的摩擦力方向向右，在时刻，磁场的方向发生变化，安培力方向反向，摩擦力方向反向，由安培力大小可知安培力的大小随磁感应强度B的变化而变化，A、B、D项错误，C项正确.6.D【解析】根据向心力公式可得，与质量无关，当时，必有，A、B项错误；对质量为的座椅（含坐着的人）有，若，，必有，提供的向心力小于需要的向心力，应远离圆心，所以，D项正确；同理若，必有，C项错误.7.B【解析】导体棒进入磁场时恰好匀速运动，在导体棒进入磁场时导体棒开始释放，故当导体棒匀速离开磁场区域瞬间，导体棒恰进入磁场并开始匀速运动，导体棒经过磁场区域的过程中，回路产生的焦耳热，导体棒经过磁场区域的过程中，回路产生的焦耳热，整个过程中回路产生的焦耳热，B项正确.二、多项选择题8.BD【解析】由点电荷电场强度可知a、b两点的场强大小之比为，则小球所受电场力之比为，但电场力与杆的夹角不相等，所以库仑力沿杆方向的分量即小球所受合外力大小之比并不等于，A项错误；小球释放后先做加速运动，后做减速运动，在经过O点时速度最大，由图甲可知，由动能定理得，可得最大速度，B项正确；小球最远可到达c点，c点与a点的电势相等，故c点到点电荷Q的距离应为，a、c两点的电场强度大小相等，但方向不同，C项错误；小球由a点到O点的过程中，电场力做正功，电势能减小，由O点到b点的过程中，电场力做负功，电势能增大，D项正确.9.AC【解析】内，甲物体的位移大于乙物体的位移，末甲、乙两物体相遇，故时刻甲物体在后，乙物体在前，A项正确；在内，甲物体的加速度逐渐减小到零，又，拉力逐渐减小到等于阻力f，B项错误；在内，甲物体的位移大于乙物体的位移，乙物体的平均速度等于，所以甲物体的平均速度大于，C项正确；末甲、乙两物体的速度相等，动能相等，根据动能定理得，在时间内，甲物体的位移大于乙物体的位移，所以拉力对甲物体做的功多，D项错误.10.BC【解析】当时，弹簧弹力等于重力大小，小球的加速度为零，动能最大，由机械能守恒定律可知小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和最小，A项错误；当时，由图象可知弹力做的功，由释放到动能最大的过程，根据动能定理得，可得，B项正确；当时，由图象可知弹力做的功，由动能定理可得，解得小球的速度大小，C项正确；小球在位置会继续向下运动而压缩弹簧，小球在最低点时，有，由牛顿第二定律可知小球在最低点的加速度，D项错误.三、选择题11.（2）0.56（3分）（3）BD（3分）【解析】（2）由图乙读出，，所以，根据可得.（3）由于系统做加速运动，小砂桶和桶内砂子的总重力大于细线的拉力，但对小车和小砂桶及桶内砂子组成的系统，存在，并不影响系统的合外力，A项错误；木板右端垫起的高度低，没有完全平衡摩擦力，系统受到的合外力小于小砂桶及桶内砂子的总重力，即，会造成，B项正确，C项错误；若交流电源的实际频率大于，而计算时打点间隔按，比真实的时间间隔大，计算得到的加速度会偏小，会有，D项正确.12.（1）如图所示（2分）（2）2.05（2.04~2.06，2分）12.0（2分）（3）200（2分）（2分）【解析】（1）滑动变阻器阻值较小，为能使发光二极管两端电压在较大范围内变化，控制电路需采用分压电路.设计电路如图所示，正确连线.（2）电压表V的最小分度为，应估读到下一位，读数为.毫安表A的读数为，根据并联电路规律可知通过发光二极管的电流为.（3）根据闭合电路欧姆定律可知发光二极管两端电压，在坐标系中做出的关系图线，与发光二极管的伏安特性曲线相交于点，此状态下二极管的电阻，功率.13.【解析】（1）当只有电场时，粒子做类平抛运动，设粒子出电场时沿电场方向分速度为速度偏向角的正切值（1分）沿初速度方向：（1分）沿电场力方向：（1分）可得，可知粒子一定是从c点射出电场可得（1分）加速度沿电场方向分速度（1分）可得（1分）（2）设磁场的磁感应强度大小为B，当电场和磁场共存时粒子做直线运动，则（1分）当只存在磁场时粒子做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得（1分）由几何关系可知偏转角满足（1分）粒子在磁场内运动周期粒子在磁场内运动时间（1分）14.【解析】（1）外力F作用的时间t内，物块A加速运动，因为，所以长木板B静止不动对物块A，由动量定理得（1分）撤去力F后，（1分）全过程中物块A、长木板B相对滑动的距离（1分）可得（1分）（2）长木板B被敲击后获得速度，物块A、长木板B相对滑动，设两者达到的共同速度为v，位移分别为、对长木板B应用牛顿第二定律得（1分）物块A做加速运动的加速度（1分）则（1分）（1分）（1分）物块A、长木板B共速后，A、B整体的加速度，物块A、长木板B之间相对静止，一起减速到静止（1分）物块A回到长木板B的左端，则（1分）联立解得（1分）锤子敲击长木板B左端的过程，根据动量守恒定律得（1分）可得（1分）（3）长木板B被敲击前