决胜2021年新高考物理核心素养卷（05） （福建专用解析版）

2021年福建省新高考综合模拟

物理核心素养卷(05)

一、单项选择题:本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项

是符合题目要求的。

1.如图所示，一导热良好的足够长气缸水平放置在光滑水平桌面上，桌面足够高，气缸内有一活塞封闭了

一定质量的理想气体。一足够长轻绳跨过定滑轮，一端连接在活塞上，另一端挂一钩码，滑轮与活塞间的

轻绳与桌面平行，不计一切摩擦。已知当地重力加速度为g,大气压为po,钩码质量为m”活塞质量为m2,

气缸质量为m3,活塞横截面积为S。则释放钩码，气缸稳定运动过程中，气缸内理想气体的压强为()

班〃4gB口__—

•0(叫+〃％+砥)S,°(w2+m3)S

C.po

【答案】A

【解析】

对钩码、活塞和气缸的整体，由牛顿第二定律可知

叫g=(叫+吗+加3)。

对气缸

p0S-pS=m3a

联立解得

町加3g

p=Po----------------------

("%+m2+m3)5

故选A»

2.2020年12月8日，月表最强“打工人”嫦娥四号迎来从地球出发两周年纪念日。已知嫦娥四号上有一块

备用的核燃料电池，能在夜里为其提供动力，核燃料为jfPu,曹Pu核的核反应式为,Puf^x+'Y,

已知等Pu核、X核以及Y核的质量分别为〃H、叫＜、，内。则下列说法正确的是（）

A.康Pu核比X核多四个中子

B.该反应释放的核能为+畋+/）＜?

C.该核反应的类型为。衰变

D.该核反应的速度随处环境的压强和温度的变化而发生改变

【答案】C

【解析】

AC.根据核反应遵循质量数守恒与电荷数守恒可知

238=234+〃

94=772+2

解得

“=4

m-92

即核反应方程为

置Puf$X+；He

该核反应为a衰变，质量数减少4,核电荷数减少2,故中子数减少2,故A错误，C正确；B.此核反应

过程中亏损的质量为

A/n=mVu—mx—/nY

核反应的过程中释放的能量

2

£=（/np,,-wx-/nY）c

故B错误；

D.放射性元素的半衰期不受外界环境的影响，即该核反应的速度与所处的压强和温度等均无关，故D错

误。

故选Co

3.如图所示，两个相同的半球体A和8放置在一直角墙拐处，处于静止状态。A半球左端紧挨竖直墙面,

B半球与竖直墙面紧密接触，竖直墙面和球面均光滑，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则A半球与水平地

面间的动摩擦因数最小为（）

【答案】c

【解析】

设半球的质量为机，竖直墙壁对半球5的支持力式与半球A对半球8的支持力尸2的合力为尸，尸的大小

等于叫。由几何关系知产与B之间的夹角是30°,则有

耳=mgtan30°

A与8组成的系统保持静止一定满足

6<2jumg

up

mgtan30°<2/jmg

有

>6

所以动摩擦因数最小为立，故c正确。

6

故选C。

4.如图所示，一根轻弹簧右端固定在粗糙的水平面上，弹簧处于原长状态时，左端位于匕点。质量为2kg

的滑块从。点以初速度2m/s开始向右运动，与此同时在滑块上施加一个大小为20N的恒力/，尸的方向

与竖直方向的夹角为6=37。，当滑块滑到匕点时与弹簧相撞，弹簧被压缩到c位置时滑块速度变为零，然

后滑块被反弹，运动到△点时，速度再次为零。已知。、〃的间距为2m，d是。、b两点的中间位置，b、

C的间距为0.5m,g取10m/S2。sin370=0.6，cos37°=0.8,弹簧始终处于弹性限度内，则下列说法

正确的是（）

adbc

A.滑块刚接触弹簧就开始减速B.整个过程中因摩擦产生的热量为4J

C.滑块与水平面之间的动摩擦因数为1D.弹簧的最大弹性势能为30J

9

【答案】C

【分析】

本题通过功能关系、能量守恒定律、弹簧的弹性势能等知识，考查考生的模型建构能力和推理论证能力。

【解析】

A.滑块未接触弹簧时

=Fsin0-jLimg=—N>0

9

故滑块刚接触弹簧时，滑块所受合外力方向水平向右，滑块仍有向右的加速度，A项错误;

BC.滑块从起始位置。到运动到d点速度为零的整个过程中,因摩擦产生的热量等于滑块动能的减少量与

恒力F做的功之和，即

Q=}m；；+F&sin37°=16J

又因为

Q=4(租g+/COS37°)(〃+/“)

解得

B项错误；C项正确;

D.滑块由。到c的过程中，动能减少了

阳'=］仰诏=4J

P做的功

唯'=4sin37。

由于摩擦产生的热量

Q,-//(mg+Fcos37°)lac=10J

山能量守恒定律得，弹簧的最大弹性势能为

E/M„=A£/+W/-e'=24J

D项错误。

故选C

二、多项选择题:本题共4小题，每小题6分，共24分每小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。

5.如图所示，质量为0.4kg的四分之一圆弧轨道静止在光滑水平面，右侧有固定在竖直平面内的光滑半圆

轨道，半径为0.4m,下端与水平面相切。现在将质量为0.2kg可视为质点的小球，从图中A点静止释放，

小球离开圆弧轨道后恰好能通过半圆轨道的最高点，重力加速度为10m/s2,不计一切阻力。下列说法正确

的（）

A.小球沿圆弧轨道下滑过程，系统动量守恒

B.小球沿圆弧轨道下滑过程，系统机械能守恒

C.小球通过半圆轨道D点时，对轨道的压力大小为4N

D.小球与圆弧轨道分离时，圆弧轨道的位移为0.5m

【答案】BD

【解析】

A.小球沿圆弧轨道下滑过程，系统竖直方向合力不为零，故系统动量不守恒，故A错误;

B.小球沿圆弧轨道下滑过程，只有重力做功，系统机械能守恒，故B正确；

C.小球离开圆弧轨道后恰好能通过半圆轨道的最高点，在半圆轨道的最高点

v

m2-m—

R

从D点到最高点

~mv2=-mgR

在D点

y2

N-m=3mg-6N

R

根据牛顿第三定律可知，对轨道的压力大小为6N,故C错误；

D.小球与圆弧轨道分隅，由水平方向动量守恒得

mv„,=

由系统机械能守恒得

1212

其中

2

—mv--mv^n--2mgR

且

码“="M，X,“+XM=R,”

解得

xM=0.5m

故D正确。

故选BDo

6.中国行星探测任务名称为“天问系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”。若已知"天问一号''探测

器在距离火星中心为n的轨道上做匀速圆周运动，其周期为Ti。火星半径为Ro,自转周期为To。引力常量

为G,下列说法正确的是（）

A.火星的质量为厂个

GT；

4万2r3

B.火星表面两极的重力加速度为一

邛埼

Ojrr

C.火星的第一宇宙速度为F1

1

D.火星的同步卫星距离星球表面高度为aj年一国

【答案】BCD

【解析】

A.设火星的质量为M、“天问一号”探测器的质量为m,“天问一号”探测器在距离火星中心为n的轨道上做

匀速圆周运动，则有

G*吟"

4712M°

得"二』-，选项A错误;

GT;

B.假定有一质量为mi的物体静止在火星两极表面上，则有

1M

m^s=G—r

&)

得g='督

4712r347r2，

再将代入，得8=^:，选项B正确;

GT；(2后

C.设火星的第一宇宙速度为v,则有

2

V

/g=叫月

得丫=亚可

再将代入，得口二半

—,选项C正确:

4%)7i

D.设火星的同步卫星的质量为m3,高度为h,则有

G"l'M,="（生＞（.+人）

（4+〃y37/

[GM^

得〃=3一琮

\4n2

4兀2/

再将M=7为代入'选项D正确。

故选BCD。

7.如图所示，质量为m、电荷量为q的小球在电场强度E的匀强电场中，以初速度vo沿直线ON做匀变速

运动，直线ON与水平面的夹角为30。，若小球在初始位置的电势能为零，重力加速度为g,则下面说法中

正确的是（）

A.电场方向一定竖直向上

电场强度E的最小值为电空

B.

2q

2

C.如果电场强度为E=—,则小球相对初始位置的最大高度为二

q2g

如果电场强度为E=^，小球电势能的最大值为皿

D.

q4

【答案】BD

【解析】

AB.因为小球做匀变速直线运动，则小球所受的合力与速度方向在同一条宜线上，结合平行四边形定则知,

电场力的方向不确定，有最小值，当电场力垂直于运动方向时，电场力最小为加gcos30。，如图所示

所以电场强度的最小值

，〃gcos30。Cmg

上min=--------------==一

q2q

故A错误，B正确；

CD.根据平行四边形定则知，小球所受的重力和电场力相等，两个力的夹角为120。，所以合力大小与分力

大小相等，等于盛，根据牛顿第二定律知，小球的加速度为g,小球斜向上做匀减速直线运动，匀减速直

线运动的位移

3

2g

则小球上升的最大高度

/2=xsin3O°=曳

4g

在整个过程中电场力做功

W=qExcos1200=--mv^

1,1

电势能增加一〃/，所以小球电势能的最大值为一山说7。故C错误，D正确。

44

故选BD。

8.如图，U形光滑金属框abed置于水平绝缘平台上，ab和de边平行，和be边垂直。ab、de足够长，整

个金属框电阻可忽略，一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运

动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与be边保持平行，经过

一段时间后（）

xxx"xXXx

a---------|----------b

XXXXXX尸X

-------A

XXXXXXX

dc

xxxN**xx

A.金属框和导体棒速度相等

B.金属框和导体棒加速度相等

C.导体棒所受安培力不变

D.金属框的加速度不变

【答案】BCD

【解析】

金属框在恒力F作用下向右加速，由右手定则可知，be边产生的感应电流从c流向b,由左手定则可知，

导体棒受到向右的安培力作用，导体棒向右做加速运动，设金属框的加速度为ai,导体棒的加速度为a2,

设金属框的速度为“，导体棒的速度为V2,设导体棒的电阻为R,回路的感应电流

_BLv-BLV

1—{2

R

设金属框的质量为M,导体棒的质量为m,对金属框，牛顿第二定律得

F-BlL=Max

对导体棒MN,由牛顿第二定律得

B1L=ma2

金属框与导体棒都做初速度为零的加速运动，VI、V2都变大，2|从£开始减小，导体棒的加速度a2从0开

M

始增大，当金属框与导体棒的加速度相等时，即

Cly—a2=Q

时，解得

F=+rri)a

加速度保持不变，回路感应电流

I_mF_-v2)_BLkv

一-R-R

此后金属框与导体棒的速度差AV保持不变，感应电流不变，导体棒所受到的安培力不变，加速度不变，金

属框与导体棒以相等的加速度做匀加速直线运动。

故选BCD»

三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。

9.如图所示为一半圆柱形透明体的横截面，入射光线沿AB方向从弧面上的P点以入射角，=60°射

入透明体，恰好从3点射出。若直径A5=2R,光在真空中的速度为c,则透明体的折射率为,

光从P点传播到3点所用的时间为。

【答案】6—

【解析】

[11做出光路图如图所示

MP//AB,则

a=i=60°

由于OP=08,折射角

。=4=30。

2

透明体的折射率

sin。

⑵光在透明体中的传播速度

V=—

n

PB=2Rcos®

从尸点传播到B点所用的时间

PB

t=——

v

解得

10.一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10V、

18V、26Vo有一负电荷从a点运动到c点，其电势能将(填“增大”“不变”或“减小”)；若电子从b

点运动到c点，电场力做功.

Ay/cm

a

6,rc

4

2

□__।__।[b.

02468x/cm

【答案】减小1.28x1078

【解析】

“1负电荷从a点运动到c点，电势升高，则电势能减小。

⑵b、c两点的电势差为

Ubc—=TV

则电子从b点运动到c点，电场力做功为

-19-18

Whc=eUbc=-1.6x10x(-8)J=1.28x10J

11.利用如图(1)装置探究加速度与力的关系。

图(1)

(1)实验时，测出两个光电门间距L,遮光条的宽度d,在祛码盘中放上祛码，让滑块从光电门1的右侧由静

止释放，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门1和2的时间分别为At,和At2,计算出滑块的加速度ai=—

(用d、L、Ati和At2表示)

(2)一个同学利用图(1)的装置实验时，保持滑块的质量不变，把祛码盘和祛码的总重力作为滑块的拉力F,

改变祛码盘中祛码的质量，多次重复步骤(1),分别计算出加速度aHa2、a3、…，并记录对应的Fi、F2、F3、…。

在a-F坐标系描点得到的图线如图(2)所示，该同学认为图线不过坐标原点，是气垫导轨不水平。若两个支

架间距是S,重力加速度为g,则两个支架的高度差Ah=(用S、g和ao表示)

(3)在实验过程中，下列做法正确的是一(填字母代号)。

A.调节滑轮的高度，使牵引滑块的细绳与气垫导轨保持平行

B.该装置可以不平衡摩擦力也不需要将气垫导轨调节水平

C.若要调节气垫导轨水平，则需接通气源，调节支撑气垫导轨的两个支架P和Q的高度，使滑块遮光板

通过两光电门的时间加|和加2相等；

D.祛码与祛码盘的总质量不必远小于滑块的质量

日又

育荷AC

*2L

【解析】

(1)遮光条经过光电门1和2的时间分别为At,和At2,则速度分别为

V.=一

d

v2=-----

根据

¥—Vj2=2aL

解得

2L

(2)由装置图结合牛顿第二定律可知当F=0时加速度为ao,则

4=gsin6=g

VA/I2+s2

解得

(3)A.调节滑轮的高度，使牵引滑块的细绳与气垫导轨保持平行，选项A正确；

B.该装置可以不平衡摩擦力，但必须需要将气垫导轨调节水平，选项B错误；

C.若要调节气垫导轨水平，则需接通气源，调节支撑气垫导轨的两个支架P和Q的高度，使滑块遮光板通

过两光电门的时间Ati和加2相等，选项C正确；

D.要使得祛码及祛码盘的总重力近似等于滑块的牵引力，则必须要祛码与祛码盘的总质量远小于滑块的质

量，选项D错误。

故选ACo

12.某实验小组设计了如图甲所示电路，测量电流表G的内阻，可供选择的器材如下：

待测电流表G：量程为0~100mA,内阻约为2C

安培表A：量程为0~0.6A,内阻为0.2。

定值电阻Ri：阻值为10Q

定值电阻R2：阻值为50c

定值电阻R3：阻值为300C

滑动变阻器心：阻值范围为070。

滑动变阻器R5：阻值范围为07000。

学生电源，电动势为6V

开关S及导线若干

实验要求测量时两个表的读数都能超过量程的go

(1)定值电阻RA应选,定值电阻RB应选,滑动变阻器应选。

乙

(2)用笔画线代替导线，按图甲要求，在图乙中连接实物图__________。

(3)实验步骤如下：

①按电路图连接电路(为电路安全，先将滑动变阻器滑片P调到左端)；

②闭合开关S,移动滑片P至某一位置，记录A和G的读数，分别记为h和12；

③多次移动滑片P,记录各次A和G的读数L和12；

④以L为纵坐标，12为横坐标，作出相应图线，如图丙所示；

⑤根据h-L图线的斜率k及定值电阻RA、RB,得到待测电流表G的内阻表达式为RG=(用k、

RA、RB表示)，利用图像中的数据测得RG=

丙

【答案】R2RIR4(k-1)RB-RA2.5Q

【解析】

⑶由于待测电流表G的量程远小于安培表A的量程，根据欧姆定律可知应将电阻R?与电流表G串

联在与Ri并联，从而改装成一个大量程的电流表，该标的量程为

可以满足测量时两个表的读数都能超过量程的,，滑动变阻器采用的分压式接法，为方便实验操作应选择

3

最大阻值较小的滑动变阻器；

(2)⑷根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示

(3升5］根据欧姆定律可得

2

⑹根据图像代入数据可得

RG=2.5。

13.质谱仪是一种测量带电粒子比荷的仪器，某型号质谱仪的内部构造如图所示，M、N板间存在电压为

Uo的加速电场，半径为R的圆形区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场，光屏放置于圆形磁场区域右侧，

光屏中心P到圆形磁场区域圆心O的距离为2R。带电粒子从S点由静止飘入M、N板间，经电场加速后进

入圆形磁场区域，在磁场力作用下轨迹发生偏转，最终打在光屏上的某点，测量该点到P点的距离，便能

推算出带电粒子的比荷.不计带电粒子的重力。

（1）若带电粒子为电子，已知电子的电荷量为e,质量为mo,求电子经过电场加速后的速度大小v及电子

在磁场中运动的轨迹半径r；

（2）若某种带电粒子通过电场加速和磁场偏转后，打在光屏上的Q点，已知P点到Q点的距离为26R，

求该带电粒子的比荷旦及其在磁场中运动的时间t。

m

q_2Ua7rBR2

m~3B2R2'2U0

【解析】

（1）电子在电场中加速，由动能定理有

解得

V/

电子在磁场中做匀速圆周运动，由

解得

1『双；

（2）带电粒子到达Q点的轨迹如图所示

MUQN

...…'一工…x]...............P

\ORR

\xXXXX/

Fl\XxBx/

由几何关系可得

0

0=60°,。=一=30。

2

R

tana=—t

r

类比有

/_1RmU。

列q

解得

q_2U。

m3B2R2

带电粒子在磁场中运动的圆心角即0=60°,所以

周期

T2兀m

1=----

qB

所以

TTBR2

t=-----

2U。

14.2022年北京将与张家口一同举办第24届冬奥会。俯式冰橇(又叫钢架雪车)是冬奥会的比赛项目之一,

其场地可简化为赛道和缓冲道BC、CD三部分，其中CO部分水平，各部分平滑连接。己知

》AB=1200m,赛道A?的倾角为8c的倾角为《，冰橇与赛道AB间的动摩擦因数为M=0。5、冰

橇与8C间的动摩擦因数为〃2=06。比赛时，触发信号灯亮起后，质量为〃=60kg的运动员从起点A开

始，以平行赛道AB的恒力厂=40N推动质量，〃=40kg的冰橇由静止开始沿赛道向下运动，8s末迅速登上

冰橇，与冰橇一起沿赛道滑行做匀加速直线运动。设运动员登上冰橇前后冰橇速度不变，不计空气阻力(取

sina«0.1,cosa«1,sinJ3*0.3,cos[3«0.95,g=10m/s2).

(1)求比赛中运动员最大速度的大小％；

(2)为确保此运动员能够停在水平道CDh,缓冲道8c的长度/c不能超过多少？(结果保留3位有效数

字)

【答案】⑴36m/s；⑵74.5m

【解析】

(1)冰橇在被人推动过程中有

F+mgsina-^mgcosa=may

8s内冰橇位移

1二

X\=]卬

8s时冰橇速度