核心素养卷（02） 决胜2021年新高考物理核心素养卷（河北专用）（解析版）

2021年河北省新高考综合模拟

物理核心素养卷（02）

一、选择题:本题共6小题，每小题4分，共24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，小型理想变压器原线圈与滑动变阻器R串联，在人两点间接上正弦交流电，其有效值为U,

副线圈与四只相同的小灯泡相连，调节滑动变阻器，使开关断开时灯泡正常发光，再次调节滑动变阻器，

使开关闭合时灯泡也能正常发光，不考虑导线电阻对电路的影响，则开关由断开到闭合，滑动变阻器R的

电功率之比为（）

【答案】D

【解析】

设小灯泡正常发光时其两端电压为U一流过小灯泡的电流为人，原、副线圈匝数比为k,则开关断开时，

3/

原线圈两端电压为电流为半，滑动变阻器两端电压为则滑动变阻器的电功率为

（l/-W）3/

L-LL

k

开关闭合后，原线圈两端电压为欠电流为半，滑动变阻器两端电压为。-狂人，则滑动变阻器的电功

k

率

p,

一k

所以

P:P'=3:4

故选D,.

2.如图所示，分别把两个带电小球A、B（均可视为点电荷）用等长的绝缘细线悬挂在天花板上，在其所在

空间施加一水平方向的匀强电场后，悬线刚好沿竖直方向，且A、B均保持静止。则（）

A.两悬线受到的拉力大小一定相等

B.两球一定带等量异种电荷

C.匀强电场方向一定水平向右

D.A、B两球连线中点处的场强可能为零

【答案】B

【解析】

A.由共点力的平衡可知，悬线受到的拉力大小等于带电小球所受的重力大小，由于两小球的质量关系未知,

所以无法判断两小球所受重力的大小的关系，也就无法判断两悬线受到的拉力大小的关系，故A错误；

BC.若匀强电场水平向右，由平衡条件可分析出A应带负电荷、5应带正电荷，两球之间的库仑力为引力且

大小相等，可设为F，设A小球所带电荷量为公、8小球所带电荷量为外,故由平衡条件可知

F=qAE=qKE

同理，当匀强电场的方向水平向左时,A带正电荷、B带负电荷，且电荷量相等,故B正确,C错误;

D.对于任一小球，平衡时有

qE=k'

（广为平衡时两球之间的距离），即

而由点电荷场强的合成知识可知，在两球连线中点处，两点电荷的合场强大小为

E'=k-^x2=k也

且始终与所加匀强电场的方向相反，因此两球连线中点处的合场强大小为

故一定不会为零，故D错误。

故选Bo

3.如图甲所示，质量为0.4kg的物块在水平力F作用下由静止释放，物块与墙面间的动摩擦因数为0.4,力F

随时间，变化的关系如图乙所示，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g=10m/s2»下列图像中，能正确反映

物块所受摩擦力大小与时间（4-，）变化关系的是（）

乙

【答案】C

【解析】

物块水平方向受力平衡

尸=&=5r

滑动摩擦力竖直向上

Ff-/JFN=0.4x5t=2t

所以FLt图象的是过原点的倾斜直线，斜率k=2,当物块静止时，物块受到静摩擦力作用

F（-mg=4N

图象和t轴平行，F「t图象的面积表示Fr的冲量，根据动量定理

mgt-gx2f2-0

解得物块运动的时间为

r=4s

故C正确，ABD错误。

故选C。

4很多探险者采用乘坐热气球的方式完成探险任务。某探险小组到达目的地的上空后。乘坐的热气球以速度

U匀速下降，热气球、探险小组成员和压舱物的总质量为M。当热气球在距地面的高度为〃处时，将压舱

V

物自然抛掉一些，当热气球落地时的速度介于。到工时，热气球可安全着陆，已知重力加速度为g,假设

热气球受到空气的作用力不变，若抛压舱物的时间可忽略不计，则抛出的压舱物的质量可能为（）

、2Mv2cMv263V2M63rM

4gh+v2g〃+y-63v+130g/263v+I32gh

【答案】B

【解析】

热气球要能安全到达地面,则热气球从距地面h处时开始做匀减速直线运动,设减速过程的加速度大小为。，

由运动学公式有

廿一嗓=2ah

对热气球匀速运动过程受力分析可知

%=Mg

设抛下的压舱物的质量为加，压舱物抛出后，热气球受到空气的作用力不变，重力减小了"吆，则合外力

向上，大小为机g,由牛顿第二定律有

mg=—ni)a

当热气球落地时的速度为零时，解得

Mv2

m=---------

2gh+v

V

当热气球落地时的速度为了时，解得

O

63yM

m---------------

63«+128g力

故选B«

5.如图所示，置于竖直面内的光滑细圆环半径为R,质量为根的小球套在环上，一原长为R的轻弹簧一端

系于球上，另一端系于圆环最低点，圆环绕竖直直径转动，重力加速度为g。若角速度①由零开始缓慢增

大，下列说法正确的是（）

A.当•时，小球仅受两个力的作用

B.当行jl

时，弹簧恰好处于原长状态

C.当。〉』至时，弹簧一定处于压缩状态

D.当①足够大时，小球能够到达与圆心等高的位置

【答案】B

【解析】

若弹簧恰好处于原长，小球只受两个力的作用，图所示，由几何关系可知

0=60°

此时由向心力公式

mgtan60°=m(Rsin60°)疗

解得

故B正确，A错误。

C.当口＞』至时，小球将做向上移动，弹簧一定处于伸长状态，故C错误:

D.假设当。足够大时，小球能够到达与圆心等高的位置做圆周运动，此时弹簧处于伸长状态，弹力斜向左

下，圆环的弹力在水平方向，小球在竖直方向的合力不为0,小球就不能在水平面做圆周运动，与假设矛盾。

所以当口足够大时，小球都不能够到达与圆心等高的位置，故D错误。

故选B。

6.图示装置叫质谱仪，最初是由阿斯顿设计的，是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。其工

作原理如下：一个质量为m、电荷量为g的离子，从容器A下方的小孔，飘入电势差为U的加速电场，其

初速度几乎为0,然后经过邑沿着与磁场垂直的方向，进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相

的底片D上。不计离子重力。则（)

A.离子进入磁场时的速率为v=

1\2qU

B.离子在磁场中运动的轨道半径为厂=

C.离子在磁场中运动的轨道半径为r=-

B

D.若a、b是两种同位素的原子核，从底片上获知a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是1.08:1,则a、b的

质量之比为1.08:1

【答案】C

【解析】

离子在电场中加速有

Uq=—mv2

解得

在磁场中偏转有

解得

同位素的电量一样，其质量之比为

色=£=1.082

m2r2

故选c。

二、选择题:本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，每题有多项符

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。

7.我国2020年完成35颗卫星组装的北斗全球卫星导航定位系统。北斗是由5颗静止轨道卫星和30颗非静

止轨道卫星构成的全球定位系统，30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星的轨道高度约

为21500km,静止轨道卫星的高度约为36000km,已知地球半径为6400km,关于北斗导航卫星，下列

说法中正确的是（）

A.中轨道卫星的线速度比静止轨道卫星的线速度小

B.中轨道卫星的周期小于24小时

C.中轨道卫星的向心加速度比静止轨道卫星的向心加速度小

D.静止轨道卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大

【答案】BD

【解析】

ABC.根据

mM四』苓v2

G下r-m—=ma

可知

可知中轨道卫星的线速度比静止轨道卫星的线速度大；中轨道卫星的周期小于静止轨道卫星的周期，即小

于24小时；中轨道卫星的向心加速度比静止轨道卫星的向心加速度大，选项AC错误，B正确；

D.月球到地球的平均距离大约为380000km,由可知，静止轨道卫星绕地球运行的角速度比月球

绕地球运行的角速度大，选项D正确。

故选BDO

8.某区域存在一电场，％轴上各点电势夕随位置X化的关系如图所示。一质子从。点由静止释放，仅在电场

力作用下沿X轴通过。点，下列说法中正确的是（）

A.该电场是由两个等量异种点电荷形成的

B.质子从。到C的过程中所受电场力先增大后减小

C.质子从。到C的过程中其电势能减小20eV

D.质子从D到C的过程中其动能先增大后减小

【答案】CD

【解析】

A.若是由两个等量异种电荷形成，则在这两电荷中点电势为零，而图中无电荷为零的点，故A错误；

B.0-X图像的斜率为电场强度E,从。到C的过程中E先减小后增大，所以质子从。到。的过程中所

受电场力先减小后增大，故B错误；

C.EPD-40eV,Epc=20eV，则

AFp=EpD-EpC=20eV

所以质子从。到。的过程中其电势能减小20eV,故C正确；

D.从质子从。到。的过程中电势能先减小后增大，由能量守恒得，动能先增加后减小，故D正确。

故选CD。

9.如图所示，倾角为a的斜面上固定了成一定的角度的两银光滑的金属导轨，两轨道的角平分线与斜面的边

线平行，轨道的电阻不计。斜面内分布了垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某时刻起，用沿

角平分线的力F,将质量为m。单位长度电阻为r的金属杆拉着匀速向上运动，速度大小为v,金属杆始终

与拉力F垂直。以开始运动作为f=0时刻，这一过程中。金属杆中的电流i,金属杆受到的安培力玛，拉

力F,回路中产生的热量Q等随时间t变化的关系图像中可能正确的是（)

BF

【答案】AC

【解析】

A.金属杆切割磁感线的有效长度为1,产生的感应电动势E=Blv,网路中的电阻为/?=",则回路中的感

应电流为

E_Blv_Bv

则感应电流恒定，A正确;

B.金属杆在斜向上运动的位移为％=以，设金属轨道构成的夹角为2。，则切割磁感线的金属杆的有效长度

为

I=2vttan6

则金属杆受到的安培力为

F安=BIl=8/*2utan/

则安培力随时间正比增加，B错误;

C.分析金属杆的受力，根据平衡条件有

F=F&+mgsina+2Blvtan0t

根据数学知识，F随时间成正比，C正确;

D.回路中产生的热量Q等于克服安培力所做的功，即

Q-E安x=8/x2vtan夕•vY=2BIv2tan。/

与时间的平方成正比，不是一次函数，D错误。

故选ACo

10.在大型物流货场，广泛的应用传送带搬运货物。如图甲所示，与水平面倾斜的传送带以恒定的速率运动,

皮带始终是绷紧的，将m=lkg的货物放在传送带上的A端，经过1.2s到达传送带的B端。用速度传感器测

得货物与传送带的速度v随时间t变化的图象如图乙所示。已知重力加速度g=10m/s2,则可知（）

甲

A.货物与传送带间的动摩擦因数为0.5

B.A、B两点的距离为2.4m

C.货物从A运动到B过程中，传送带对货物做功的大小为12.8J

D.货物从A运动到B过程中，货物与传送带摩擦产生的热量为4.8J

【答案】AD

【解析】

A.在0~0.2s时间内，货物的速度小于传送带速度，货物受到沿斜面向下的滑动摩擦力作用，由牛顿第二定

律有

mgsin0+pimgcos0=ma1

由图乙可得

4=l()m/s2

货物加速到与传送带速度相等后，在0.2~1.2s时间内，货物速度大于传送带速度，故有

mgsin0—/jmgcos6-ma-,

由图乙可得

a,=2m/s2

联立解得

cos。=0.8,〃=0.5

故A正确;

B.v-t图象与t轴所围的面积表示位移，货物的位移等于传送带的长度，由图乙可知传送带的长度为

L-3.2m

B错误；

C.货物受到的摩擦力为

f=〃〃2gcos。=4N

0~0.2s时间内的位移为

用=0.2m

对货物受力分析知摩擦力沿传送带向下，摩擦力对货物做正功

Wfl=fxx=0.8J

同理0.2~1.2s时间内，货物的位移为

x2-3m

摩擦力沿传送带向上，对货物做的负功为

吗2=一色=-⑵

所以整个过程，传送带对货物做功的大小为

12J-0.8J=11.2J

C错误；

D.货物与传送带摩擦产生的热量等于摩擦力乘以相对路程，0~0.2s时间内，传送带的位移为

x3=0.4m

0.2~1.2s时间内，传送带的位移为

x4=2m

总相对路程为

Ax=F-玉+&-工4=1.2m

货物与传送带摩擦产生的热量为

(2=/Ar=4.81

故D正确。

故选ADo

三、非选择题:共52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。

II.某同学采用如图甲所示的竖直实验装置图，来探究共点力的平衡条件。其中，弹簧测力计A固定于P点,

下端用细线悬挂一个重物M,用一端固定于细线上O点的弹簧测力计B水平向左拉细线，使结点O静止于

图中位置，则:

(1)下列实验操作中，属于必要的实验操作是;

A.手拉弹簧测力计B的方向可以与板面不平行

B.弹簧测力计使用前需要调零

C.用弹簧测力计测量出重物的重力

D.改变弹簧测力计B拉力的大小，进行多次实验，每次都要使结点O静止在同一位置

(2)在实验中，弹簧测力计B的示数为耳=2.50N,弹簧测力计A的示数如图乙所示，在图丙的坐标纸上,

已画出了两个分力可、骂的方向。请选用合适的标度，作出两个分力£、玛的合力,并用刻度尺测

出两个分力的合力大小约为No然后，将分力耳、鸟的合力与重物的重力进行比较，多次实验即可得

出共点力的平衡条件。

,1N,

【答案】BC2.50(2.30-2.70)

【解析】

（1）[1]A.因为需要在板面所在的平面对力进行矢量合成，故手拉弹簧测力计B的方向必须与板面平行，故A

错误；

B.弹簧测力计使用前需要调零，B正确；

C.用弹簧测力计测量出重物的重力，即可得出竖直方向力的大小和方向，故C正确；

D.改变弹簧测力计B拉力的大小，进行多次实验，不需要结点O静止在同一位置，只要满足平衡状态就可

以，故D错误。

故选BC。

⑵⑵[3]图乙的读数为3.6N,在丙图中做出R、F2的图示，并应用平行四边形法则进行合成，测出两个合力

F的大小约为2.5N（2.30~2.70均可）；

凶

12.⑴某实验小组为了测量某电阻Rx的阻值，他们先用多用电表进行粗测，测量出Rx的阻值约为18。左右。

为了进一步精确测量该电阻，实验台上有以下器材：

A.电流表（量程15mA,内阻未知）：

B.电流表（量程0.6A,内阻未知）；

C.电阻箱（0-999.9Q）；

D.电源（电动势约3V,内阻约1。）；

E.单刀单掷开关2只；

F.导线若干。

甲同学设计了如图甲所示的实验原理图并连接好实验器材，按照如下步骤完成实验：

a、先将电阻箱R的阻值调到最大，闭合，，断开S2,调节电阻箱R的阻值，使电流表指针有较大的偏转

且示数为I,此时电阻箱的阻值为Ri;

b、保持开关SI闭合，再闭合开关S2,调节电阻箱R的阻值，使电流表的示数仍为I,此时电阻箱R的阻值

为R2

①根据实验步骤和实验器材规格可知，电流表应选择（选填器材前的字母）。

②根据实验步骤可知，待测电阻Rk___________（用步骤中所测得的物理量表示）。

（2）同学乙认为该电路可以用来测电源的电动势、内阻，若已知所选电流表的内阻R=3.0C,闭合开关S2,调

节电阻箱R,读出多组电阻箱R的阻值和电流表I的示数；由实验数据绘出的;-R图像如图乙所示，由此

可求得电源电动势E=V,内阻『Q。（计算结果保留两位有效数字）

【答案】AR2-R}3.21.0

【解析】

（D①⑴电源电动势为3V,电路中的最大电流

E3

_=—A=0.17A

Rx18

如果电流表选B,则读数误差太大，故电流表应选A；

②[2]根据闭合电路欧姆定律得:

S2断开时有

E=I(Rx+Ri+Rz\+r)

S2闭合时有

E=I(RZ+RA+I*)

解得

（2）[3][4]闭合开关S2,由闭合电路欧姆定律得

E=1(R+RA+C)

整理得

1=

IEE

由:-R图像可知

~~E

RA+「

b=

E

而已知RA,解得

E=-

k

K

可得

E=3.2V

r=LOQ

13.如图，两条平行的光滑金属导轨相距L=lm,金属导轨由倾斜与水平两部分组成，倾斜部分足够长且与

水平方向的夹角为9=37。。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。金属棒EF和MN的质量均为m=0.2kg,

电阻均为R=2C。EF置于水平导轨上，MN置于倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好.现在外

力作用下使EF棒以速度v=4m/s向左匀速运动，MN棒恰能在倾斜导轨上保持静止状态.倾斜导轨上端接

一阻值也为R的定值电阻.（取的1137。=0.6,8S37。=0.8；重力加速度g=10m/s?）

（1）EF向左滑动时，E、F哪端电势高;

（2）求磁感应强度B的大小;

（3）若将EF棒固定不动，让MN棒由静止释放，MN棒沿斜面下滑距离d=5m时达到稳定速度的过程

中，EF棒中产生的焦耳热。

【答案】（1）F端电势高；（2）

【解析】

CDF端电势高。

（2）EF棒运动切割磁感线产生感应电动势

E=BLv。

电路总电阻为

13

R均=-R+R=-R

总22

流过EF棒的电流

一巨

对MN棒，由平衡条件得

mgsin0=Leos®

解得

B=1.5T

(3)设MN棒沿倾斜导轨下滑的稳定速度为v,则有

E'=BLvcos0

MN棒中电流

Er2BLucos。

ITf=—=--------------

Ra3R

对MN棒

mgsin0=BT-Lcos0

解得

v=2.5m/s

根据功能关系有

.八12

mgdsin0=—mv+Q总

EF棒中产生的热量

QEF=7。总

o

解得

QFF=—J

EF48

14.如图所示，在E=103v/m的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在N

点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R=0.4m,N为半圆形轨道最低点，一带负电且电荷

量q=104c的小滑块，质量m=0.01kg,与水平轨道间的动摩擦因数R=0.15,位于N点右侧d=1.5m的

M处，若给小滑块一个初速度vo向左运动，小滑块恰能通过半圆形轨道的最高点Q.取g=10m/s2,求：

NM

(1)小滑块的初速度V0；

(2)小滑块通过Q点后落回水平轨道时落点S距N的水平距离X.

【答案】(1)%=7m/s(2)x=0.8m

【解析】

2

(1)设小滑块恰能到达Q点时速度为v,由牛顿第二定律得：机g+qE=哭-

小滑块从开始运动至到达Q点过程中，由动能定理得：

1212

-(mg+qE)-2R-4-qE)-d=—mv--mv0

联解得：v0=7m/s

(2)小滑块从Q点飞出，由类平抛运动知识有：

mg+qE=ma

2R=-at2

2

x=vt

联解得：x=O.Sm

(-)选考题:共9分。请考生从2道题中任选一题作答，并用2B铅笔将答题卡上所选题目对应

的题号右侧方框涂黑，按所涂题号进行评分；多涂、多答，按所涂的首题进行评分；不涂，

按本选考题的首题进行评分。

15.如图所示，竖直放置导热良好的气缸缸体质量m=10kg,轻质活塞横截面积S=5xl(y3m2,活塞上部的气

缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的下表面与劲度系数k=2.5xl()3N/m的弹簧相连，活塞不漏气且与气缸

壁无摩擦。当气缸内气体温度为27℃时，缸内气柱长l=50cm,气缸下端边缘距水平地面看。已知大气压

强po=1.0xl05Pa,g取1Om/s2,则:

①当缸内气体温度缓慢降低到多少K时，气缸下端边缘刚好接触地面？

②当缸内气体温度缓慢降低到多少K时，弹簧恢复原长？

m

同川川川“川勿I到

\X\\XXX\\X\\X\\\\X\\V>X\\V\\\\V>10

【答案】①270K；②205K

【解析】

①气缸下端边缘恰好接触地面前，弹簧长度不变，气缸内气体压强不变，气体发生等压变化

f/-—"is

Zioj

qT2

解得

T2=270K

②初态弹簧压缩

kx=mg

解得