核心素养卷（04） 决胜2021年新高考物理核心素养卷（湖南专用）（解析版）

2021年湖南省新高考综合模拟

物理核心素养卷（04）

一、选择题:本题共6小题，每小题4分，共24分，每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求

的。

1.常言道，万物生长靠太阳。据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太

阳内部达到一定温度时，会发生"核燃烧"，其中"核燃烧"的核反应方程为；He+X-：Be47,方程中X表

示某种粒子，：Be是不稳定的粒子，其半衰期为了，这个核反应释放出的能量为△E,光在真空中的传播速

度为c,下列说法正确的是（）

A.若使：Be的温度降低，其半衰期会减小

B.方程中的X为电子（_；e）

AE

c.该核反应过程产生的质量亏损为

C

D."核燃烧"的核反应是裂变反应

【答案】C

【解析】A.半衰期的大小与温度等外界因素无关，若使：Be的温度降低，其半衰期不变，故A错误；

B.根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为2,质量数为4,即X粒子是；He,故B错误；

C.由爱因斯坦质能方程可知，该核反应过程产生的质量亏损为

\E

△m下

故C正确；

D."核燃烧"的核反应是聚变反应，故D错误。

故选C。

2.游乐园的小型“摩天轮”上对称站着质量均为m的8位同学，如图所示，“摩天轮”在竖直平面内逆时针匀

速转动，若某时刻转到顶点。上的甲同学让一小重物做自由落体运动，并立即通知下面的同学接住，结果

重物掉落时正处在c处（如图）的乙同学恰好在第一次到达最低点b处接到，己知“摩天轮”半径为R,重力

加速度为g,（不计人和吊篮的大小及重物的质量，假设人与吊篮之间除脚接触外没有其它接触）。则（）

A.摩天轮轮动的周期为7=2,5

B.乙同学初始状态受到的摩擦力向右

2

C.乙同学在最低点处对地板的压力为机g-t〃吆

64

TT~

D.乙同学在最「同点处对地板的压力为,"g+—mg

64

【答案】B

【解析】A.由题意可知，由自由落体时间为

,12

h=2gt'

t=2

此时间正好等于运动周期的八分之一，可得摩天轮转动的周期为

T=8,=16

所以A错误；

B.乙同学初始状态若没有摩擦力，支持力与重力都是竖直方向，且方向相反，不可能提供向心力，所以乙

同学此时受到向右的摩擦力，所以B正确；

CD.由牛顿第二定律可得，最高点对应表达式为

4n2

mg-N、R

4n2TI2

N\tng-m-R=mg--mg

最低点对应表达式为

4兀2

-mg=m^rR

4兀27l~

N?='ng+m—rR=mg+—mg

1~o4

所以CD错误。

故选Bo

3.如图所示，在高度不同的两水平台阶上放有质量分别为mi、佗的两物体4、B,物体间用轻弹簧相连，

弹簧与竖直方向夹角为。在物体A左端施加水平拉力F,使48均处于静止状态，已知物体A表面光滑,

重力加速度为g,则下列说法正确的是

A.弹簧弹力的大小为誓；

cos6*

B.rm与m2一定相等

C.地面对B的支持力可能为零

D.地面对B的摩擦力大小为F

【答案】D

【解析】A.对A分析，水平方向上有

F辨sin。=F

则弹簧弹力

F

F坤=-------

sin。

竖直方向上有

m]g+Fcos6=N

可知

_N-mtg

cos。

故选项A不符合题意；

BC.物体8在水平方向上平衡，可知B在水平方向上受到向右的摩擦力，则地面对8支持力不为零，竖直方

向上有

F.#cose+N'=初2g

则有

N+N'=niyg+m2g

由此可知叫与机2不一定相等，故选项B、C不符合题意；

D.对整体分析，地面对8的摩擦力大小等于尸，故选项D符合题意.

4.如图所示，质量均为m的木块A和&用一个劲度系数为k的竖直轻质弹簧连接，最初系统静止，重力

加速度为g，现在用力F向上缓慢拉A直到B刚好要离开地面，则这一过程中弹性势能的变化量AEp和力F

做的功VV分别为（）

A

B

222-

Anrg-nrg-B2〃「g-

k'kk'k

72c22

C.o,^-^D.o,——2_

kk

【答案】D

【解析】A未加力F时，受力平衡，此时弹簧压缩量为XI,根据平衡得

mg-kx、

B刚好离开地面时弹簧的仰长量为X2,根据平衡得

mg-kx2

A上升过程弹簧压缩量先减小，后弹簧被拉长，两次弹簧形变量相同，所以弹性势能的变化量

¥=0

这一过程中物块A上升的最大高度为

2ms

x=X.+修=———

一k

根据能量守恒可知F做的功即为A物体重力势能的增加量，即

2,n2g2

W=mgx=

k

故选Do

5.一台小型发电机外接理想电压表和电阻为66C的灯泡，如图甲所示，已知发电机线圈的匝数为700、内

阻为4C,灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是()

A.t=ixi(r2s时，穿过线圈的磁通量为零

B.BlxlO-2s时,电压表的示数为零

C.lmin内，灯泡产生的焦耳热为183.3J

D.穿过线圈的磁通量变化率的最大值为立Wb/s

6

【答案】D

【解析】A.由图乙可知当/=lxl0-2s时，发电机输出电压为零，此时线圈平面与中性面重合，穿过线圈

的磁通量为最大值。故A错误；

B.理想交流电压表的示数为有效值

U=m=j_^!v=iiov

V2V2

故B错误；

C.1分钟内，灯泡产生的焦耳热为

Q=C=H2x60J=100J

R66

故C错误；

D.发电机的最大电动势为

£m=-UZL(//?+r、)=—1170A/^2X(/6乙6+4\)V=-70-0V2FTV

Kooo

根据

A®

E=n----

At

可得

凰吟邛由

故D正确。

故选D„

6.如图所示，PQ为放在竖直平面的半圆弧的直径，。为圆心，小球带正电，以初速度v沿直径水平抛出;

甲图中只受重力作用，乙图中有竖直向下的匀强电场，丙图中有垂直纸面向里的匀强磁场，丁图中有垂直

纸面向外的匀强磁场，小球能垂直落在圆弧弧面上的是（）

【答案】D

【解析】AB.平抛运动中，某时刻速度的反向延长线交于该段时间的水平位移的中点，设该点为M甲图

中，小球的水平位移一定小于直径，则N点一定在圆心。点的左侧，小球不能垂直落在圆弧弧面上；乙图

中的小球做类平抛运动，同理，也不能垂直落在圆弧弧面上，AB错误；

C.假设小球依旧落在同一点，洛伦兹力不做功，因此小球落在圆弧面上的速度大小不变，要垂直落入圆弧

面，说明速度和竖直方向的夹角变大，则竖直方向的速度变大，水平方向的速度减小，丙图中的小球所受

的洛伦兹力向上，在水平方向加速，竖直方向减速，其速度的反向延长线与PQ的交点M一定在N点左侧，

一定不能垂直落在圆弧弧面上，C错误；

D.丁图中的小球所受的洛伦兹力向下，水平方向减速竖直方向加速，小球能垂直落在圆弧弧面上，D正确。

故选D。

二、选择题:本题共4小题，每小题5分，共20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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7.如图所示，汽车质量为m,以恒定功率P沿一倾角为。的长斜坡向上行驶，汽车和斜坡间的动摩擦因数

为U，某一时刻t时刻速度大小为V,则（）

A.t时刻汽车的牵引力为£

V

B.t时刻汽车的牵引力为mgsin0+pi/T)gcos0

p

C.t时刻汽车的加速度为----(gsin。+〃gcos0)

mv

P

D.汽车上坡的最大速度为——

mgsind

【答案】AC

PP

【解析】t时刻的牵引力为F=—,故A正确，B错误；根据牛顿第二定律可知--mgsin0-nmgcos0=ma,

vv

P

解得a=------(gsin9+ngcos0),故C正确；当牵弓|力F=mgsin6+Rmgcos6时,速度达到最大

mv

v=———-----------故D错误，故选AC.

mgsmO+jLimgcosU

8.宇航员飞到一个被稠密气体包围的某恒星上进行科学探索。他站在该恒星表面，从静止释放一个质量为

m的物体，由于气体阻力，其加速度。随下落位移x变化的关系图象如图所示。已知该星球半径为R,万有

引力常量为G。下列说法正确的是()

R

A.该恒星的平均密度为士*

4G

B.该恒星的第一宇宙速度为J病

4兀人我+/7)3

C.卫星在距该恒星表面高h处的圆轨道上运行的周期为7

Va。

D.从释放到速度刚达最大的过程中，物体克服阻力做功空血

【答案】BD

【解析】A.物体下落的位移X=0时，空气阻力也为0,由图可知，/就是恒星上的重力加速度.在恒星

表面，根据重力等于万有引力，可得

-Mm

所以恒星的质量

M;皿

G

再由球体的体积公式

A

%星=铲叱

解得恒星的平均密度为

_M_3ao

'恒星腺星4兀GR

A错误;

B.由万有引力提供向心力得

-Mmv2

G——=m—

R2R

解得

YR

B正确;

C.由万有引力提供向心力得

G（R+U"

解得卫星在距该恒星表面高h处的圆轨道上运行的周期为

._2-（R+力）卜+h

1R\a。

C错误；

D.因为物体由静止下落，初速度为零，根据加速度。随下落位移x变化的关系图象围成的面积表示速度平

方的一半，得

v2c1

=2x--a0x0=670%0

再根据动能定理

12

ma/o-Wf=—mv-0

解得

叼号

D正确；

故选BD.

9.如图所示，在真空中固定两个等量异种的点电荷+4和-4.两个点电荷连线中点为尸，M点在连线上。

在+4和-4的电场中，有一个正方形MNOP,后放入的检验电荷不影响原电场，下列说法正确的是（）

+q

A.M点电势低于N点电势

B.A/点电场强度大于。点的电场强度

C.将同一负检验电荷放在P点与。点，在P点的电势能较大

D.移动同一负检验电荷从。到N与从P和M相比，电场力做的功%V<W^M

【答案】BD

【解析】A.M点离正电荷较近，则M点电势高于N点电势，选项A错误；

B.M点电场强度大于P点的场强，而P点场强大于。点的电场强度，则M点电场强度大于。点的电场

强度，选项B正确；

C.P。所在的直线为等势线，则将同一负检验电荷放在2点与。点，电势能相同，选项C错误；

D.因PM间的电势差大于ON之间的电势差，根据W=Uq可知移动同一负检验电荷从。到N与从尸和M相

比，电场力做的功叫v<叱狎，选项D正确。

故选BDo

10.如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁

场。长为/的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度。匀速转

动.在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在

电容器极板间处于静止状态.已知重力加速度为g,不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（）

A.棒产生的电动势为

2

B.微粒的电荷量与质量之比为2g

Br2co

C.电阻消耗的电功率为生至

4R

D.电容器所带的电荷量为丝的

2

【答案】BCD

【解析】A.如图所示，金属棒绕00'轴切割磁感线转动，棒产生的电z；力势

口cor1

E=BDr-----=—Br'c2o

22

A错误；

B.电容器两极板间电压等于电源电动势E,带电微粒在两极板间处于静止状态，则

E

q—=mg

a

即

幺=邈=dg=2dg

丁五一。户;京

2

B正确;

c.电阻消耗的功率

E2B2r4(o2

Dr=----=------------

R4R

C正确；

D.电容器所带的电荷量

Q=CE=CB^O

D正确。

故选BCD。

三、非选择题:共56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。

(-)必考题:共43分。

11.在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中,小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面

水平后，添加了用力传感器来测细线中的拉力o

⑴关于该实验的操作，下列说法正确的是.

A.必须用天平测出砂和砂桶的质量

B.一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量

C.应当先释放小车，再接通电源

D.需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带

(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,相邻两计数点之间还有四

个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是.m/s2。(计算结果保留三位有效数字)

⑶由实验得到小车的加速度。与力传感器示数F的关系如图丙所示。则小车与轨道的滑动摩擦力

Ff=.N。

【答案】D2.401.0

【解析】(lg]AB.对小车的拉力是通过力传感器得到的，故无需测量沙和沙桶的质量，也不需要满足沙和

沙桶的总质量远小于小车的质量，故AB错误；

C.使用打点计时器，应先接通电源，在释放小车，故C错误；

D.探究物体质量一定时加速度与力的关系，要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确。

故选D。

⑵⑵打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,相邻两计数点之间还有四个点未画出，可知相邻两计数

点之间的时间间隔为

T=5X-L=0.1S

f

根据©=可得

a=为7。£x10-2=2.40m/s2

4T2

⑶⑶根据牛顿第二定律可知

2F-Ff=ma

解得f1.0N。

12.在物理课外活动中，小明同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路原理图。已知选用的电

流表内阻Rg=10Q、满偏电流/g=10mA,该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的

中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数值没有标出。

⑴为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，小明同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如

下实验:

①将选择开关接2,红、黑表笔短接，调节Ri的阻值使电表指针mA处。

②将多用电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱如图丙所示,

则C处刻度应为00

③计算得到多用电表内电池的电动势为V（保留2位有效数字）

（2）将选择开关接2,调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙中电流档7.0mA位置

处，则待测电阻的阻值为Q（保留2位有效数字）

⑶若只将实验中的电流表换成满偏电流为100mA的电流表，则欧姆表的倍率将。（选填"变大"、

"变小"或"不变"）。

【答案】101501.564变小

【解析】（1）①⑴将选择开关接2,红、黑表笔短接，调节色的阻值使电表指针满偏，即指10mA处。

②⑵将多用电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱读数为150Q,

则C处刻度应为150Q。

③⑶由闭合电路的欧姆定律可知

E

2*4+150

计算得到多用电表内电池的电动势为

E=150xl0xl0^V=1.5V

⑵⑷将选择开关接2,调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙中电流档7.0mA位

置处，则

E

7x10-3=

凡+Rx

解得

&=64。

即待测电阻的阻值为64Q；

⑶⑸若只将实验中的电流表换成满偏电流为100mA的电流表，则根据

E

可知欧姆表的内阻减小，指针指到相同的位置表示待测电阻Rx的值变小，即欧姆表的倍率将减小。

13.如图所示，两竖直放置、相距为L的平行光滑金属导轨J和K的顶端用导线相连，在导轨两个水平区域

内存在相距高度为h的匀强磁场I和II,设两磁场竖直宽度均为d,磁感应强度均为B,方向均垂直纸面向

里。一阻值为R、质量为m、长度为L的金属棒水平紧靠两竖直导轨，从距离磁场I上边界高为H（H>h）

处由静止释放，且在进入两磁场时金属棒中的电流恰好相等。不计金属导轨及导线电阻，重力加速度为g。

求：

⑴金属棒刚进入磁场I时所受安培力的大小；

(2)金属棒穿过两磁场过程中产生的总焦耳热。

【答案】⑴B七42gHq)2mg(h+d)

R

【解析】(1)导体棒做自由落体运动

v2=2gH

导体切割磁感线

E=BLv

根据闭合电路欧姆定律

/一

R

安培力为

F=BIL=BY河

R

(2)导体棒匀加速通过力

v2—v'2—2gh

根据能量守恒定律

gmv2-gmv'~+mgd=Q'

又因

Q=2Q'

解得

Q=2tng（h+d）

14.某人参加户外活动，水平轻绳一端固定，人手握轻绳另一端从静止开始无初速度运动，到最低点时松

开轻绳，最后落到水平地面上。如图所示，将这一过程简化：长度为L的不可伸长的轻绳一端固定于。点,

另一端栓接一质量为m的小球（可视为质点），。点距离水平地面高度为H（t<H）,将轻绳水平拉直，

使小球从静止开始无初速度释放，小球到达最低点时与轻绳脱离，最后落到水平地面上，已知重力加速度

为g，不计空气阻力。求：

（1）小球落地前瞬时速度大小；

⑵如果L大小可以改变（L仍小于H）,其他条件不变，求小球落地点与。点的最大水平距离。

【答案】（1）V=y[2^H（2）XnuLX=H

【解析】（1）设小球落地前瞬时速度大小为v,由机械能守恒定律得

~1mv2=mgHTT

解得

v=《2gH

（2）设小球摆至最低点时，速度大小为V。

12T

—mvQ二mgL

V0=y/2gL

小球在最低点脱离轻绳后做平抛运动，历时t落地，设小球落地点与。点的水平距离为X,有

H—=ggf2

x^UH-L）

当

L=H-L

即

时，小球落地点与0点的最大水平距离为

=H

（二）选考题:共13分。请考生从两道中任选一题作答。如果多做，则按第一题计分。

15.［物理选修3-3J

（1）,如图所示，水平地面上放置一个导热性能良好的气缸，气缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体,

一条轻细绳一端连接在活塞上，另一端绕过两个光滑的定滑轮后连接在一个可施加拉力的传感器上，传感

器由计算机控制，开始时活塞和气缸均静止。现通过计算机对活塞施加拉力，让活塞缓慢向上移动，发现

活塞始终没有被从气缸中拉出，周围环境温度不变，不计一切摩擦，则在拉动活塞的过程中，下列说法正

确的是o

A.气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减少后不变

B.气缸对地面的压力先不变后逐渐减小到零

C.缸内气体对外做功，气体从外界吸收热量

D.缸内气体从外界吸收热量，分子势能增加

E.传感器施加的拉力最大值与气缸、活塞和缸内气体的总重力大小相等

【答案】ACE

【解析】AE.由于气缸导热，缓慢拉动活塞时缸内气体温度不变，气体分子平均动能不变，活塞上移时，

气体体积增大，温度不变而压强减小，当绳的拉力增大到等于气缸、活塞和缸内气体的总重力时，气缸离

开地面向上运动，此时气体体积不变，压强不变，因此气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减少后

不变，AE正确：

B.气缸对地面的压力先减小后为零，B错误；

C.拉力对活塞做功，而气体由于体积增大而对外做功，但其内能保持不变，根据热力学第一定律，气体从

外界吸热，C正确：

D.理想气体只有分子动能，没有势能，D错误。

故选ACE。

（2）.研究大气现象时可把温度、压强相同的部分气体叫做气团，气团的直径达几千米，边缘部分与外界

的热交换对整个气团没有明显影响，气团在上升过程中可看成是一定质量理想气体的绝热膨胀。设气团在

上升过程中，由状态I（P-匕、1）绝热膨胀到状态11（，2、%、T2＞可判断（《（填"＞或

气团在此过程中对外做的功为W,则其内能变化AE=,气团在变化前后的分子间平均距离之比

4

/-----------------'

【答案】＞-w田

【解析】口1气团在上升过程中，由状态I（P1、0、71）绝热膨胀到状态口（P2、%、72）,对外做功，

内能减小，温度降低，TI＞72；

[2].气团在绝热膨胀过程中对外做的功为W