2021年河北省高考物理试卷（新课标Ⅰ）【题干后附答案解释】

2021年河北省高考物理试卷（新课标I）

一、单项选择题）

1.银河系中存在大量的铝同位素26⑷.264核£+衰变的衰变方程为猾47笠Mg+阳，

测得264核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（）

A.26/U核的质量等于26Mg核的质量

B.26/U核的中子数大于26Mg核的中子数

C.将铝同位素264放置在低温低压的环境中，其半衰期不变

D.银河系中现有的铝同位素264将在144万年后全部衰变为26MgC

【解答】

解：A.由于衰变过程发生质量亏损，质量转化为粒子的动能，所以衰变前后质量不相

等，故4项错误.

B.0+衰变时，释放一个正电子，衰变前后核子数不变，质子数减少1个，则中子数增

加1个，所以26⑷核的中子数比26Mg少1个，故B项错误.

C.半衰期与温度和压强无关，所以将铝同位素26H放置在低温低压的环境中，其半衰

期不变，故C项正确.

D.由于铝同位素264半衰期为72万年，所以银河系中现有的铝同位素264在144万年

后将有核的］衰变为26Mg,故。项错误.

故选C.

2.钠原子钟是精确的计时仪器.图1中的原子从。点以100m/s的初速度在真空中做平

抛运动，到达竖直平面MN所用时间为图2中专色原子在真空中从P点做竖直上抛运动,

到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为。点到竖直平面MN、P点到Q点的

距离均为0.2m.重力加速度取g=lOzn/sZ,则匕:勿为（）

।।M

Np

图1图2

A.100:1B.1:100C.l:200D.200:1C

【解答】

解：由题意可知图1中艳原子所用的时间为0飘=0.002s,图2中钠原子上

升过程中满足公式0-诏=-2gs,解得钠原子的初速度为2m/s,方向竖直向上，则

上升过程所花费的时间为弓=卷=黑刍=0.2s,下落过程满足自由落体运动规律，

则八="岁2,解得岁=0.2s,则t2=%+损=0.4s,所以匕:t2=0.022s:0.4s=

1:200,故C项正确，ABC项错误.

故选C.

3.普朗克常量九=6.626x10-34/.光速为以电子质量为nie，则在国际单位制

下的单位是（）

AJ/sB.mC.J•mD.m/sB

【解答】

解：普朗克常量的单位为1-S,根据牛顿第二定律可得F=ma,且有W=Fs,则普朗

克常量的单位可表示为kg-m/s2•m•s,又因光速的单位为m/s,电子的质量单位为

kg,则上在国际单位制下的单位应为小，故B项正确，4CD项错误.

Tnec

故选B.

4."祝融号"火星车登陆火星之前，"天问一号"探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行,

其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日.己知

一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道

半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为（）

A.V4B米C.求D,^|D

【解答】

解：根据万有引力定律6粤=根t=771誓「知，可得；=舞，根据题意有时火=

222

rrTT4TT2人

丁3Q1丁36铲r~

Q.1M地,则有泮=-^,且76筋=27阿步，代入数据可得1=3故。项正确，

TW1同步丁同步N5

4BC项错误.

故选D.

5.如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为当,一

束速度大小为"的等离子体垂直于磁场喷入板间.相距为L的两光滑平行金属导轨固定

在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为员，导轨平面与水平面夹角为氏

两导轨分别与P、Q相连.质量为m、电阻为R的金属棒帅垂直导轨放置，恰好静

止.重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力.下列说法正

确的是（）

mgRsinO

A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,v=

B^Ld

mgRsinO

B.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,V=----------

BrB2Ld

C.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，"=等鬻

D.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，"=嘿萼B

【解答】

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解：由题可得，等离子体q在两平行金属板中的匀强磁场名的作用下，以速度大小为心

垂直于磁场喷入板间，因此可得出该等离子体受到的洛伦兹力为尸法=攸81，由于磁

场方向为N极指向S极，因此由左手定则可以判断出等离子体中正电荷受到的力的方向

为竖直向下，负电荷受到的力的方向为竖直向上，因此P板汇集大量负电荷为负极，Q

板汇集大量正电荷为正极，此时进入的粒子还受到电场力的作用，因此当粒子不再发

生上下偏移时，电场力大小与洛伦兹力相等，即F^=qE=尸落=q〃Bi，再根据公式

E=（,因此两个金属极板间产生的电动势为U=8途d,因为两个极板又与金属导轨

构成闭合电路，因此通过导轨的电流为/=g结合上式可得〃=三，另外由于金属导

轨位于垂直于导轨面的磁场B2中且静止，因此该导轨受到的安培力方向沿斜面向上，

且大小等于导轨重力在沿斜面方向下的分力，即有B2〃=mgsin。，因此结合上面的公

式可以得出u=警粤；由于P板是负极，Q板是正极，因此导轨中电流方向为a到6,

由于安培力方向为沿斜面向上，因此由左手定则可以判断出磁场为的方向为垂直于导

轨平面向下，故B项正确，4CD项错误.

故选8.

6.一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示，长度为兀/?、不可伸长的轻细绳，

一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球.小球位于P点右侧同一水平高度的

Q点时，绳刚好拉直.将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时,

小球的速度大小为（重力加速度为g,不计空气阻力）（）

A.J（2+n）gRB.y/2ngRC.j2（l+Tt）gRD.2yfgRA

【解答】

解：由于小球从Q点释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，此时细绳有一半贴

在圆柱体上，即处于垂直状态的绳子长度为砥=等，因此整个小球的下落的高度为

仁九i+R=^+R,整个过程只有重力做功，因此由动能定理可得叫九=加/-

代入上述公式，且小球初速度为0,可得出」=J（2+兀）gR,故4项正确，

BCD项错误.

故选4.

7.如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B.导轨

间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处。点为坐标原点.狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为

9,一电容为C的电容器与导轨左端相连.导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力户作用下

从。点开始以速度。向右匀速运动，忽略所有电阻.下列说法正确的是（）

A.通过金属棒的电流为2BCi?2tanO

B.金属棒到达出时,电容器极板上的电荷量为BCuxotan®

C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电

D.金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定A

【解答】

解：人设导体棒运动到横坐标为L处，则此时金属棒的有效长度，=2，0tan0,产生的

感应电动势为U=8加，流过导体棒的电荷量即为通过电容器的电荷量，为Q=CU,

则电路中电流/=半=黑=ZBC/tanO,故4项正确.

At

v

B.金属棒到达&处时，电容器极板上的电荷量为Q=CU,其中U=B/u,I-2xotan0,

联立可得：Q=2BCx（）tan。，故B项错误.

C.根据右手定则可知，金属棒运动过程中，电流的方向为逆时针，则电容器的上极板

带正电，故C项错误.

D.金属棒做匀速直线运动，受力平衡，有F=F安=BIl,其中B恒定，由4项分析可

知，/恒定，而2=2x°tan。不断变长，则F逐渐增大，由尸=尸〃可知，尸的功率增大，

故。项错误.

故选4

二、多项选择题）

8.如图，发电机的矩形线圈长为2人宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的

匀强磁场中.理想变压器的原、副线圈匝数分别为加、功和电，两个副线圈分别接有

电阻⑹和/?2.当发电机线圈以角速度。匀速转动时，理想电流表读数为/.不计线圈电

阻，下列说法正确的是（）

A.通过电阻/?2的电流为随

B.电阻/?2两端的电压为鬻

C.n0与%的比值为生臀

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D.发电机的功率为迎吗必皿B,C

n0

【解答】

解：4B项，根据欧姆定律可得弘=/%,〃2=//?2,再根据理想变压器公式段=最代

入可得％=当/,。2=啊/%，故B项正确，4项错误.

Tlir?2Tli

C.根据法拉第电磁感应定律可得电动势为Um=2NBa3=60,根据理想变压器公

式5=%代入数据解得比值为%=中=笆包，故c项正确.

Thn0Ui17?i

D.发电机的功率为P=%/0=%/+（；2/2，又根据理「=%/0=%/+（；2/2，又根据

理想变压器公式可得s=%,”=生，联立解得「=包空吗坦，故。项错误.

%n0n2n02n0

故选BC.

9.如图，矩形金属框MNQP竖直放置，其中MN、PQ足够长，且PQ杆光滑.一根轻弹

簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过PQ杆.金属框绕MN轴

分别以角速度3和®'匀速转动时，小球均相对PQ杆静止.若3'>0,则与以3匀速转

动时相比，以“匀速转动时（）

(0

A.小球的高度一定降低

B.弹簧弹力的大小一定不变

C.小球对杆压力的大小一定变大

D.小球所受合外力的大小一定变大B,D

【解答】

解：对小球进行受力分析可知，小球受到竖直向下的重力mg、弹簧对小球的拉力以、

杆PQ给小球的支持力FN，由于转动时小球与PQ保持静止，则竖直方向上受力平衡，

可知弹簧弹力的方向指向左上方，如此有竖直方向上的力平衡重力，设匀速转动时，

弹簧与水平面间的夹角为仇受力如图所示：

FT

ABC项，对旋转的小球进行受力分析，竖直方向上有尸丁=mg,水平方向上有F/osO-

F=ma)2r.

GN)假设小球高度增加，则。减小，根据几何关系可知弹簧长度减小，由于弹簧处于拉

仰状态，故而弹簧弹力&减小，那么在竖直方向上F/necmg,因此假设不成立；

②假设小球高度降低，则。增大，根据几何关系可知弹簧长度增大，由于弹簧处于拉

伸状态，故而弹簧弹力今增大，那么在竖直方向上FrSinOAmg,因此假设不成立；

③假设小球高度不变，则。不变，弹簧弹力尸丁不变，竖直方向上满足FTsinO=mg,假

设成立.在水平方向上有FyCos。一心=爪32r，其中FyCos。不变，3变大，可判断心

减小，故B项正确，AC项错误.

。.小球所受合外力的大小等于向心力，则小球所受合外力的大小一定变大，故。项正

确.

故选8。.

10.如图，四个电荷量均为q(q>0)的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别

为(M0)、(一4。0)、(0/0)和(0,-尢)，其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两

个点电荷可沿y轴对称移动(以)*0).下列说法正确的是()

A.除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零

B.当y。取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点

C.当乂)=8/时，将一带负电的试探电荷由点(4，,5。移至点(0,-3，)，静电力做正功

D.当先=双时，将一带负电的试探电荷放置在点Q』)处，其所受到的静电力方向与x轴

正方向成45°倾斜向上A,C

【解答】

解：儿菱形外侧各点电荷场强叠加都指向外侧，场强大小不为零，故4项正确.

B.原点处场强为零，由对称性可知，其他场强为零的点必定成对出现，故B项错误.

C.由对称性可知，(0,-32)与(0,31)的电势等大,由(0,41)(42,0)两点电荷可知(41,51)与

(0,32)电势相等，由(0,-41)(-41,0)两点,根据电场线方向可知,从(M5。移动至

(0,3。电场力对负点电荷做正功，故C项正确.

D.如图，

E1=晨了COSN1=鬻•C0S41,Er=晨乐COSN1=|^-COSZ2,由余弦定理可得:

22222

(4/)2=(V2/)+02+⑸)2-2y12lxV/+(5Z)coszl,(4/)=(V2/)+

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+（31）2?_2V2/x，2+（3，）2cos（180。-42）,解得：coszl=冷COSZ2=看

故可得：EI=T|粽"”等，七2=焉“竺评＞之，则负电荷受力与场强方

向相反，与x负半轴方向成45°倾斜向下，故。项错误.

故选ZC.

三、实验探究题）

11.某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡（63匕0.154）,直流

电源（9V）,滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干.设计的电路

如图1所示.

（1）根据图1,完成图2中的实物连线.

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原

因可能是（）

A.电流表短路

B.滑动变阻器的滑片接触不良

C.滑动变阻器滑片的初始位置在匕端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到/-U

图像，其中一部分如图3所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为

n（保留三位有效数字）。

图3(1)

（3）27.0

【解答】

解：（1）由图可知，滑动变阻器的滑片与电流表的负极相连，在图2中作出此线即可,

（2）选项分析：

4电流表在电路中可以视作导线，因此电流表短路基本不会影响灯泡的工作，故4项

错误.

B.滑动变阻器滑片接触不良，则会导致滑动滑片时;电流表和电压表示数变化不明显,

灯丝不会熔断，故B项错误.

C.滑动变阻器的初始位置在6端，则灯泡和滑动变阻器并联接入电路，即直接接在电

源两端，而电源电压超过了灯泡的额定电压，因此灯泡会被烧坏，故C项正确.

故选C.

（3）由图可知，P点对应的电压和电流分别为U=2了和/=74nM=0.074A,根据欧

姆定律得R=y«27.on,

12.某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有：一

端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的

滑块（质量为200g,其上可放钩码）、刻度尺.当地重力加速度为9.80m/s2.实验操

作步骤如下：

这光条光电门1光电门2

图1

①安装器材，调整两个光电门距离为50.00SI,轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示;

②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过

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两个光电门的速度；

③保持绳下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码

的质量，重复上述步骤；

④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、

滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量AEk及系统总机械能的减少量4E,

结果如下表所示：

M/kg0.2000.2500.3000.3500.400

屿〃0.5870.4900.3920.2940.195

0.3930.4900.6860.785

回答下列问题:

（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为/（保留三位有效数字）;

M/kg

图2

则物块与模板之间的摩擦因数为（保留两位有效数字）（1）0.980

（2）0.588

,0.40

【解答】

解：（1）根据能量守恒可知，实验中轻细绳所悬挂的钩码重力势能的减少量AEp=

g+4E,解得4Ep=0.9807.

（2）由（1）中分析可知，缺少的数据ZE=4Ep-/Ek=0.588人

（3）根据表格数据描点作图即可；由题意可知，滑块和木板之间的摩擦力做功即为系

统损失的机械能，则有代入数据解得〃。0.40.

四、解答题）

13.如图，一滑雪道由4B和BC两段滑道组成，其中4B段倾角为氏BC段水平，48段和

BC段由一小段光滑圆弧连接.一个质量为2kg的背包在滑道顶端4处由静止滑下，若

1s后质量为48kg的滑雪者从顶端以1.5m/s的初速度、3m/s2的加速度匀加速追赶，恰

好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起.背包与滑道的动摩擦因数为〃=

*重力加速度取g=10?n/s2,sin。=表，cos。=靠忽略空气阻力及拎包过程中滑

雪者与背包的重心变化.求：

BC

（1）滑道力B段的长度；

（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度.（1）滑道力B段的长度是97n

（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度7.44m/s.

【解答】

解：（1）对背包沿滑道受力分析，根据牛顿第二定律可得：

m1gs\n0-^m^cosd=

解得背包的加速度%=2m/s2,

由题意知背包和滑雪者位移相等：

2

=v0（t—t0）+^a2（t—t0）»

解得背包的运动时间t=3s,

则背包的位移，即滑道4B段的长度为必8=2ait2=9m.

（2）滑雪者追上背包时背包的速度为

%=%七=6m/s,

滑雪者追上背包时滑雪者的速度为拎起背包后滑雪者与背包速度相等，

拎起背包过程动量守恒：

+m2v2—（rn1+

解得u共=7.44m/s.

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14.如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大

小为8的匀强磁场，极板与可调电源相连.正极板上。点处的粒子源垂直极板向上发射

速度为几、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q.一足够长的挡板

与正极板成37。倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子.C、P是负极板上的两点，C点位

于。点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子,

CP长度为忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力，

3

sin37°=-.

5

（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压%的大小;

（2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板0M上，求电压的最小值Umm；

（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点CCH<

CP<CS,H、S两点末在图中标出）。对于粒子靶在HS区域内的每一点，当电压从零

开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n（n22）种能量的粒子，求和CS的长度

（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。（1）可调电源电压％的大小

2q

（2）电压的最小值是鬻

（3）CH和CS的长度为当等，CS趋近于+8.

3qB

【解答】

解：（1）粒子的运动轨迹如图所示，根据能量守恒定律可得=

根据公式小三=F均可得在磁场中有qvB=芸?n,

~2

联立可得％=方（史誉）・

（2）根据题意可得，粒子第一次运动到正极板时，速度仍为火,且竖直向下，按顺时

针方向旋转且与0M相切，假设到达上极板时速度为由,圆的半径为Ri，

则可得q-Umin=如说一如诏，

假设粒子到正极板下方的半径为R2,则可得q为B=巾?，

结合几何关系可得

2R】=R2+悬，则%=》2，

则可得%则可得Umm=鬻・

oloq

（3）根据题意可知，当粒子由下方与0M刚好相切时，再进入上方磁场做圆周运动与

上板交点为H，此位置为距C最近且满足题意的位置，假设上面圆的半径为％,

则,

R2

由此可得&=翳，

根据几何关系可得

篇+&=2%可得

4

R]=鼻区2,

则CH=2&+（2&-2/?2）=

当电压在此值基础上再增大时，在H右侧均可满足题意，故CS趋近于+oo.

15.回答下列问题：

（1）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸4、B,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相

同的理想气体，如图1所示.现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若4中细沙的质量大于B

中细沙的质量，重新平衡后，汽缸4内气体的内能（填"大于〃"小于"或"等于"）

汽缸B内气体的内能。图2为重新平衡后4、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线

（填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律.

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各速率区间的分子数

占总分子数的百分比

(2)某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27。(7时，压强为3.0x103pa.

(i)当夹层中空气的温度升至37°C,求此时夹层中空气的压强；

(ii)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空

气质量的比值，设环境温度为27。。，大气压强为1.0x10'Pa.(1)大于，①

(I)此时夹层中空气的压强是3.1x103Pa

(ii)夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值97:3

【解答】

解：(1)当平衡时，mA>mB,A活塞下降高度大于B活塞下降高度，细沙减少的重力

势能转化为气体内能，rnA