全国卷2021届高考物理模拟测试题五含解析

#（全国卷）2021届高考物理模拟测试题五（含解析）（时间：60分钟，满分110分）二、选择题：本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第14~18题只有一项符合题目要求，第19~21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．14.氢原子的能级公式为E氢原子的能级公式为En二司16二123，…），其中基态能量E1=-13.6eV，能级图如图所示.大量氢原子处于量子数为n的激发态，这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1,则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为（）A.n=5,0.54eVB.n=5,0.31eVC.n=4,0.85eVD.n=4,0.66eV15.一个质点做匀变速直线运动，依次经过a、b、c、d四点.已知经过ab、bc和cd段的时间分别为t、2t、4ta和bd段的长度分别为x1和x2则质点运动的加速度为（Ax2—x1Ax2—x115t2x－x42t2cx2—2X142t2315t216.如图所示，一根长为l的金属细杆通有电流i时，水平静止在倾角为e的光滑绝缘固定斜面上，斜面处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.若电流和磁场的方1向均不变，电流大小变为2I，磁感应强度大小变为4B,重力加速度为g，则此时金属细杆（ ）A.中的电流方向垂直于纸面向外B.受到的安培力大小为2BILsin0C.对斜面的压力大小变为原来的2倍D.将沿斜面加速向上运动，加速度大小为gsin017．如图所示，有一个物块恰好能静止在固定的斜面上．若再对物体施加一个力，使物块能沿着斜面下滑，则该力可能是（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（ ）B.沿斜面向下的恒力C.垂直于斜面向下的恒力D.竖直向上的恒力.如图所示，宽为L的两固定光滑金属导轨水平放置，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.质量均为m、电阻值均为r的两导体棒ab和cd静止置于导轨上，其间距也为L，现给cd一向右的初速度v0，对它们之后的运动过程说法不正确的是()Ma1—NA.ab的加速度越来越大，cd的加速度越来越小1B.回路产生的焦耳热为4mv2C.通过ab的电荷量为mv02BLD.两导体棒间的距离最终变为L+mvrB2L2.如图所示，在磁感应强度B=、/2T的匀强磁场中，矩形线框绕垂直于磁场的轴以恒定角速度3=10rad/s转动，线框电阻不计，匝数为10，面积为0.4m2，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L(规格为“4W100Q”)和滑动变阻器，电流表视为理想交流电表．下列说法正确的是()A.若从图示位置开始计时，则线框中感应电动势的瞬时值表达式为e=40%；12cos10t(V).若灯泡正常发光，则原、副线圈的匝数比为1:2C.若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大D,若将自耦变压器触头向下滑动，则灯泡会变暗20.小 'c如图所示，匀强电场的方向与长方形abcd所在的平面平行，ab=、/3ad.电子从a点运动到b点的过程中，电场力做的功为4.5eV；电子从a点运动到d点的过程中，克服电场力做的功为4.5eV.以a点的电势为电势零点，下列说法正确的是（）A.b点的电势为4.5V33B.c点的电势为弓一VC.该匀强电场的方向是由b点指向a点D.该匀强电场的方向是由b点垂直指向直线ac21.小球甲从斜面顶端以初速度v沿水平方向飞出，最终落在该斜面上.已知小球甲在空中运动的时间为t，落在斜面上时的位移为s，落在斜面上时的动能为Ek,离斜面最远v时的动量为p.现将与小球甲质量相同的小球乙从斜面顶端以初速度n（n>1）沿水平方向抛出，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（ ）sa.小球乙落在斜面上时的位移为ntb.小球乙在空中运动的时间为nC.小球乙落在斜面上时的动能为Ekn2pD.小球乙离斜面最远时的动量为7rn2三、非选择题：共62分.第22~25题为必考题，每个试题考生都必须作答，第33~34题为选考题，考生根据要求作答．数字计时器/数字计时器/J光电门（一）必考题：共47分22．（5分）某同学利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，已知当地重力加速度为g.主要实验步骤如下：①用游标卡尺测量挡光片的宽度d,用量角器测出气垫导轨的倾角e；②测量挡光片到光电门的距离x；③由静止释放滑块，记录数字计时器显示挡光片的挡光时间t；④改变x,测出不同x所对应的挡光时间t.根据上述实验步骤请回答：⑴用游标卡尺测量挡光片的宽度时的结果如图所示则挡光片的宽度d=mm.⑵滑块通过光电门时速度的表达式v=（用实验中所测物理量符号表示）.(3)根据实验测得的多组x、t数据，可绘制x-1图象，图象的纵坐标为x,横坐标为1,t2 t2如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律，则图象应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为 (用d、&g表示).23．(10分)测量电源的电动势和内阻，提供的器材如下：A.待测电源(电动势约为8V，内阻约为20)B.电压表V(0~3V,内阻约为3k0)C.电流表A(0~1A)D.电阻箱R(0~99999.90)E.滑动变阻器(0~200)F.滑动变阻器(0~1000)G.开关、导线若干(1)采用图甲所示电路测量电压表的内阻RV.调节电阻箱R，使电压表指针满偏，此时电阻箱示数为R1;再调节电阻箱R，使电压表指针指在满刻度的一半处，此时电阻箱示数为R2.①电压表内阻RV=.②关于上述实验，下列说法中正确的有.A.实验中电源可使用待测电源B.闭合开关S前，应将电阻箱阻值调到最小C.调节电压表满偏时，电阻箱的阻值是逐渐增大的D.实验中忽略了电源的内阻，会使测量值偏大⑵若测得电压表内阻RV=30100,与之串联R=。的电阻，将电压表的量程变为9V.(3)为测量电源的电动势和内阻,请用笔画线代替导线,将图乙电路连接完整．实验中,滑动变阻器应选择(选填“E”或"F”),并指出产生实验误差的一个原因：24.(12分)如图所示，在光滑水平桌面上O处固定一个弹性挡板，P处静置一可视为质点的质量为2kg的物块C,O、P间的距离等于P、Q间的距离.两个可视为质点的小物块A、B间夹有炸药，一起以v0=5m/s的速度向右做匀速运动，到P处碰C前引爆炸药，A、B瞬间弹开且在一条直线上运动，B与C发生碰撞后瞬间粘在一起.已知A的质量为1kg,B的质量为2卜9.要使B、C到达Q之前不再与A发生碰撞，则A、B间炸药释放的能量E应在什么范围内？（假设爆炸释放的能量全部转化为物块的动能）25.（20分）如图甲所示，长度L=0.8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A，其电荷量Q=1.8x10-7C,一质量m=0.02kg、电荷量为q的带正电小球B套在杆上.将杆沿水平方向固定于某非匀强外电场中，以杆左端为原点，沿杆向右为正方向，建立坐标系.点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变化关系如图乙中曲线工所示，小球B所受水平方向的合力随B位置x的变化关系如图乙中的曲线口所示，其中曲线口在0.16m<x<0.20m和x>0.40m范围可近似看作直线.（静电力常量k=9x109N・m2/C2）⑴求小球B所带电荷量q；（2）求非匀强外电场在x=0.3m处沿杆方向的电场强度的大小；（3）在合电场中，求x=0.4m处与x=0.6m处之间的电势差U;（4）已知小球在x=0.2m处获得v=0.4m/s的初速度后最远可以运动到x=0.4m处;若小球在x=0.16m处受到方向沿杆向右、大小为0.04N的恒力作用后油静止开始运动，为使小球能离开细杆，恒力作用的最小距离s是多少？卜A• O 甲（二）选考题（本题共15分.请考生从给出的2道物理题中任选一题作答.如果多做，则按所做的第一题计分.）33.［物理——选修3－3］（15分）（1）（5分）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 ．（填正确答案标号．）传感器传感器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（2）（10分）一定质量的理想气体从状态1开始，经历a、b、c、d四个变化过程又回到状态1，已知气体在状态1时的压强p1=2x105Pa,在状态4时温度为T4=600K,41和32的延长线均经过原点。，其它参数如图所示.（i）求气体在状态2时的压强p2;（ii）若气体沿直线从状态1直接变化到状态3,求气体对外界做的功.40 40 0.2 0.434．［物理——选修3－4］（15分）⑴（5分）用图⑶所示的干涉仪做“用双缝干涉测量光的波长”实验，图（b）是红光产生的干涉条纹，图⑹是通过目镜观测到测量头上的A、B两条纹的位置刻度，已知双缝到光屏的距离l=50.0cm,双缝间距d=0.250mm，则下列说法正确的是 .（填正确答案标号．）

A.实验中必须用拨杆来调整单缝和双缝，使单缝和双缝相互平行A.实验中必须用拨杆来调整单缝和双缝，使单缝和双缝相互平行B.实验中还需测出单缝到光屏的距离C.实验中测得红光的波长为700nmD.若改用间距为0.300mm的双缝做实验，则相邻两亮条纹中心的距离将增大E.若将红色滤光片换成绿色滤光片，则相邻两亮条纹中心的距离将减小（2）（10分）将气垫导轨倾斜放置，倾角为e=30°,质量为m=5x10-2kg的物块放在气垫导轨上，用轻弹簧连接固定挡板和物块，如图年）所示.从弹簧处于自然伸长状态时上端的位置由静止释放物块，物块在气垫导轨上运动的x-t图象如图（6所示，物块的振幅为mA（未知）.已知弹簧振子的周期T=2j工，其中m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数，取g=10m/s2.（i）求物块振动的位移表达式；（ii）若让物块振动的振幅为2cm,请写出物块振动时所受回复力与振动位移的关系式.图心） 图（b）图心） 图（b）答案.解析：氢原子基态的能量为E1=-13.6eV，大量氢原子处于某一激发态，这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1,则最高能级的能量E二0.04E1;-0.54eV即处在n=5能级频率最小的光子的能量为AE′=-0.54eV-(-0.85eV)=0.31eV,故B正确.答案：B1 1.解析：设质点经过a点时的速度为v，则有x1二v-3t+2a(3t)2,x2=(v+at)-6t+]a(6t)2，联立解得a二x2二1，故D正确.15t2答案：D.解析：金属细杆受到重力、斜面的支持力和安培力而平衡，由左手定则可判断，1电流方向垂直于纸面向里，故A错误；此时金属细杆受到的安培力大小为F力=4BJL=安22BIL,故B错误；金属细杆水平静止在斜面上时，根据平衡条件得FNcos6二mg,FNsin9二BIL,当电流大小和磁感应强度大小改变时，根据受力分析和牛顿第二定律得FN二mgcosmg(1+sin20) 2BILcos9-mgsin99+2BILsin9二—,a= 二gsin9,加速度方向沿斜面向cos9 m上，故C错误，D正确.答案：D.解析：设斜面倾角为9,物块的质量为m，物块与斜面间的动摩擦因数为U，由题意可知，mgsin9二“mgcos9,若对物块施加竖直向下的恒力F,则沿斜面向下的力为(mg+F)sin9,物块与斜面间的最大静摩擦力为“(mg+F)cos9,由于(mg+F)sin9二"(mg+F)cos9,所以物块仍静止，故A错误；若对物块施加沿斜面向下的恒力F,则沿斜面向下的力为mgsin9+F,物块与斜面间的最大静摩擦力为“mgcos9,由于mgsin9+F>“mgcos9,所以物块向下滑，故B正确；若对物块施加垂直于斜面向下的恒力F,则沿斜面向下的力为mgsin9,物块与斜面间的最大静摩擦力为“(mgcos9+»,由于mgsin9<“(mgcos9+F),所以物块仍静止，故C错误；若对物块施加竖直向上的恒力F,则沿斜面向下的力为(mg-F)sin9,物块与斜面间的最大静摩擦力为“(mg-F)cos9,由于(mg-F)sin9:“(mg-F)cos9,所以物块仍静止，故D错误.答案：BB2L2v B2L2v.解析：根据安培力公式和牛顿第二定律得：F二二ma，解得a二,两2r 2mr棒的加速度a均越来越小，A错误；棒ab和cd在运动过程中始终受到等大反向的安培力，1系统的动量守恒，以向右的方向为正方向，则有：mv0=2mv1,解得：v1=2v0，由动能定

11 1理得：-W安=2^2mv2-2mv0,解得回路产生的焦耳热为：Q二W安二4mvg,选项B正确；设整个过程中通过回路的电荷量为q，对cd棒由动量定理得：mv1-mv0=-BILt=-BLq,所以q二mv0,选项C正确；对cd棒由动量定理得：m%-mv。=-萼乙二-誓勺,2BL 102r2r解得：Ax=mvr,两导体棒间的距离最终变为L+mvr,选项D正确.B2L2 B2L2答案：A.解析：输入电压的最大值为Um=NBS3=40\QV，在图示位置穿过线框的磁通量为0，感应电动势最大，若从图示位置开始计时，则线框中感应电动势的瞬时值表达式为e:40-,;12cos10t(V),A正确；变压器输入电压的有效值为U1=40得2V=40V,若灯泡正常发光，则u2=\/PR二■,,''4x100V=20V,根据理想变压器的变压比得此时原、副线圈的匝数比为2:1,B错误；,若将滑动变阻器滑片向上移动，则滑动变阻器接入电路的电阻U变大，负载等效电阻变大，根据I2=r2可知，副线圈中电流变小，则原线圈中电流变小，即电流表示数变小，C错误；若将自耦变压器触头向下滑动，则副线圈匝数变小，根据理想变压器的变压比可知输出电压减小，所以灯泡变暗，D正确.答案：AD.解析：电子从a点运动到b点的过程中，电场力做的功为4.5eV，电子从a点运动到d点的过程中，克服电场力做的功为4.5eV,根据W二qU,可得Uab=-4.5V,Uad=4.5V,又知5a=0，则5b=4.5V,/二-4.5V,根据匀强电场的规律知Uab二Udc,可得5c=0,所以a、c连线为电场的等势线，电场强度的方向垂直于等势线，所以该匀强电场的方向是由b点垂直指向直线ac,选项B、C错误，A、D正确.答案：AD1vt 2v2tan0cos0gcos0'vt 2v2tan0cos0gcos0'TOC\o"1-5"\h\z.解析：设斜面倾角为0，则tan0二一，解得t二 ,s二vt gEk=2m仞-20)=22(1+4320).将与小球甲质量相同的小球乙从斜面频以初速度v沿水平方向抛出时，小球乙在空中运动的时间为三,小球乙落在斜面上时的位移为士,n n n2E,小球乙落在斜面上时的动能为4，选项A错误，B、C正确；小球离斜面最远时，速度方向n2mv平行于斜面，大小为%;旃，动量为P1=mv广码，则将与小球甲质量相同的小球

乙从斜面顶端以初速度v沿水平方向抛出时，小球乙离斜面最远时的动量为p，选项D错误.n n答案：BC22.解析：（1）游标卡尺的主尺读数为2mm,游标读数为0.05x8mm=0.40mm,所以最终读数为d=2mm+0.40mm=2.40mm.⑵由于挡光片通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度.滑块通过光电d门时速度v二f10⑶如果滑块下滑过程符合机械能守恒定律，则应有mgxsine=2m彳2,所以x二2It）1 d22，x-淖象应为过原点的一条倾斜直线，其斜率为研.d d2答案：（1）2.40（2分）（2、（1分）（3）2gsnH（2分）UUU23.解析：（1）①设满偏电压为U，则由串联电路的规律可知：U+r-Rl'+2r-R2,解得：RV=R2-2R1.②由于要测量电源的电动势和内阻，故可选用待测电源，故A正确；由于采用限流接法，故闭合开关前，应将电阻箱阻值调到最大，故B错误；为了保证实验安全，调节电压表满偏时，电阻箱的阻值是逐渐减小的，故C错误；由于电源内阻的影响，当电压表半偏时，电路电流变小，路端电压变大，电压表半偏时电阻箱的电压大于电压表满偏时电压的一半，由RV=R2-2R1可知，电压表内阻的测量值大于真实值，故D正确.9 R9 R、,+R（2）据改装原理可知3二噪一，解得:R=6020Q.⑶根据原理图可得出对应的实物图，如图所示：由于电源内阻较小，为了便于控制滑动变阻器应选择E;由图可知，电路中采用相对电源的电流表外接法，故电压表的分流使电流表示数偏小从而产生误差.答案：（1）①R2-2R1（1分）②A、D（1分）（2）6020（2分）⑶见解析图（2分）E（2分）电压表的分流（2分）.解析：引爆炸药前后，对A、B组成的系统，由动量守恒定律得（mA+mB）v0=mAvA+mBvB（2分）设炸药爆炸释放出来的能量为E,由能量守恒定律可知1112mAVA+2mbVB-2（mA+mB）V0二E（2分）B、C碰撞前后，由动量守恒定律得mBvB=（mC+mB）v共（2分）要使B、C到达Q之前不再与A发生碰撞，根据题意可知，若炸开后A仍向右运动，则需满足vA<v共（1分）解得E、3J（1分） 八若炸开后A向左运动，则需满足|vA|<3v共（1分）解得E<1875J（1分） 八故3J<E<1875J（2分）答案：3J<E<1875J.解析：⑴由图象可知，当x=°.3m时，F1二k鲁0皿8N（2分）F[X2因此q=右二10一6C（1分）（2）在x=0.3m处点电荷对小球的作用力为F1,则F合=F1+qE（2分）因此匕E=F合^1二-。；12no.018N/C=-3x104N/C（2分）q 1x10-6即非匀强外电场在x=0.3m处沿杆方向的电场强度大小为3x104N/C,方向向左（1分）（3）根据图象可知，在x=0.4m与x=0.6m之间合力做功W二-0.004x0.2J=-8x10-4J（2分）又qU=W，可得U=-800V（1分）0.03x0.04（4）由图象可知，小球从x=0.16m到x=0.2m处，电场力做功W:一2-J=6x10-4J（2分）1小球从x=0.2m到x=0.4m处，电场力做功W2=-2mv2=-1.6x10-3J（2分）小球从x=0.4m到x=0.8m处，电场力做功W3=-0.004x0.4J=-1.6x10-3J（2分）由动能定理得W1+W2+W3+Fs=0（2分）Wi+Wo+W?解得s二--f^3:0.065m（1分）答案：（1）10-6C（2）3x104N/C（3）-800V（4）0.065m33.解析：⑴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；气缸对地面的压力先减小后为零，B错误；拉力对活塞做功，而气体由于体积增大而对外做功，但其