2021年高考物理真题名师评析（湖南卷）

2021年高考物理真题名师评析（湖南卷）

【试题评析】

2021年湖南省普通高中学业水平选择性考试物理试题，贯彻落实全国教育大会精神以及《深化新时代

教育评价改革总体方案》，依照新课程标准，科学设计考试内容，优化高考选拔功能，强化综合能力立意

与物理学科素养导向。

今年的物理试题总体表现立足稳定，又有创新与变化，所考查知识点基本上围绕着主干知识来命题，

各部分分值安排比较合理，具有一定的区分度和效度。

选择题第1题，以核废料具有很强的放射性切入，考查衰变和半衰期，第15题，需要理解掌握相和相

轨迹，才能够正确解题。第7题以2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨

道为情景，考查万有引力定律和牛顿运动定律，对学生的综合能力要求高，学生只有熟练万有引力模块的

知识网络方能轻松应对。第8题，以轻弹簧连接的A、8两物体构成一个系统，考查动量守恒定律及其相

关的知识点，理解掌握加速度图像面积表示速度变化是解题关键。

实验题第11题考查探究加速度与力、质量的关系，第12题是测量电源的电动势与内阻，经典创新，

这两道题着重考察学生的基本技能，虽有创新但仍属于常规题。

计算题第13题以薄膜材料制备的关键技术之带电粒子流的磁聚焦和磁控束切入，考查带电粒子在匀

强磁场中运动，对学生能力要求较高，属于常规能力题。第14题作为压轴题，将动量守恒定律、机械能守

恒定律、平抛运动规律考查有机结合，综合性高，对学生的要求高，能体现高考的选拔功能。

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.核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（）

A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽

B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒

C.改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期

D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害

【参考答案】.D

【解题思路】根据半衰期的物理意义，放射性元素经过一个半衰期后剩余1/2,放射性元素经过两个完整

的半衰期后，剩余1/4,就是说，无论经过多长的时间，放射性元素都不可能完全衰变殆尽，选项A错误;

原子核衰变时，电荷数守恒，质量数守恒，选项B错误；放射性元素的衰变不受元素所处的物理化学状态

的影响，就是说，改变压力、温度或浓度，都不可能改变元素的半衰期，选项C错误；过量放射性辐射对

人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，选项D正确。

【易错提醒】正确理解半衰期的物理意义。

【名师点评】本题以核废料具有很强的放射性切入，考查衰变和半衰期，主要考查理解理解能力.

2.物体的运动状态可用位置X和动量p描述，称为相，对应p-x图像中的一个点。物体运动状态的变化

可用图像中的一条曲线来描述，称为相轨迹。假如一质点沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运

动，则对应的相轨迹可能是（）

【参考答案】D

【解题思路】本题考查匀变速直线运动规律、动量知识的综合运用，主要考查对新知识的理

解能力.根据题述，质点沿X轴方向做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律，其速度

V=d2ax,其动量p=mv=m,所以对应的相轨迹可能是D。

【名师点评】理解掌握相和相轨迹，是正确解题的关键。

3.“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为用的动车组在平直的轨道上行

驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比

（，=如，k为常量）,动车组能达到的最大速度为%。下列说法正确的是（）

A.动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变

B.若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动

C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为：％

D.若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间r达到最大速度%，则这一过程中

该动车组克服阻力做的功为-Pt

2

【参考答案】.C

【解题思路】本题考查对机车匀加速启动和恒定功率启动两种模型的理解掌握，主要考查灵

2

活运用知识能力.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,由4P=FiaVm=­2,2.25P=kv,联立解得动

3

车组匀速行驶的速度v=巳％,选项C正确；由于动车组所受的阻力与其速率成正比，Fs=kv,动车组匀加

速启动，速度v=at,由牛顿第二定律，F-F畔ma,其牵引力F=kat+ma,即牵引力F随时间t逐渐增大，

选项A错误；若四节动力车厢输出功率均为额定功率P,由P=Fv可知，其牵引力随速度的增大而减小，

而动车组所受的阻力与其速率成正比，，所以动车组从静止开始不可能做匀加速运动，选项B错误；若四节

动力车厢输出功率均为额定功率，则动车组总功率为4P,由动能定理，4P/-W产g加42,解得这一过程中

该动车组克服阻力做功为,选项口错误。

【名师点评】对于机车所受的阻力与其速率成正比问题，机车匀加速启动，其牵引力不是恒量。

4.如图，在（a,0）位置放置电荷量为q的正点电荷，在（（）,a）位置放置电荷量为q的负点电荷，在距P（a,a）

为血。的某点处放置正点电荷。，使得P点的电场强度为零。则。的位置及电荷量分别为（）

2a

°（总…产出

♦q

A.（0,2a）,亚qB.（0,2a）,2亚q

C.（2a,0）,D.（2a,0）,2五q

【参考答案】.C

【命题意图】本题以坐标系设置点电荷位置，通过点电荷电场叠加，考查考生

【解题思路】本题考查电场叠加、点电荷电场强度公式，主要考查对点电荷电场强度公式和

平行四边形定则的应用能力。（a,0）位置电荷量为q的正点电荷在P（a,a）处产生的电场的场强E+=k',

方向沿y轴正方向，（0,«）位置电荷量为q的负点电荷在P（a,。）处产生的电场的场强E.=k2,方向

a"

沿X轴负方向，合场强为Ea=6k%,方向与y轴正方向夹角为45°,在距离尸（“，。）为0a的某

a

点放置正点电荷Q,使得P点的电场强度为零，根据电场叠加原理，k请丁,解得Q=2&q,

Q的位置为（0,2a）,选项C正确。

【名师点评】

电场强度是矢量，其合成遵循平行四边形定则。

5.质量为"的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，A为半圆的最低点，3为半圆

水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为优的小滑块。用推力尸推动小滑块由A点向8

点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是（）

A.推力F先增大后减小

B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大

C.墙面对凹槽的压力先增大后减小

D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大

【参考答案】c

【命题意图】本题设置光滑凹槽中滑块在沿圆弧的切线方向力F作用下的运动情景，通过考生对

动态变化平衡状态的分析、叠加体受力分析，考查科学思维能力。

【解题思路】本题考查动态变化平衡状态的分析、叠加体受力分析，主要考查理解能力.用推

力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，由平衡条件可知，推力

F=/ngsinO,凹槽对滑块的支持力N=wgcosnO,小滑块由A点向B点缓慢移动过程中，6角逐渐增大，力

F逐渐增大，力N逐渐减小，选项AB错误；由牛顿第三定律，滑块对凹槽的压力N=N=,〃gcose,滑块对

凹槽的压力N，在水平方向的分力N，sin0="?gcosOsinO=O.5mgsin2O,对凹槽分析受力，由平衡条件可知，墙

面对凹槽的压力为FkOSmgsinZO,当0=45。时最大，所以墙面对凹槽的压力先增大后减小，选项C正确;

由于力F的方向始终沿圆弧的切线方向，对滑块和凹槽整体受力分析，可知，水平地面对凹槽的支持力逐

渐减小，选项D错误。

【名师点评】

本题考查的知识有叠加体受力分析、动态平衡状态受力分析、平衡条件等，需要考生根据题

给信息和所学知识，选择合适的研究对象，用物体平衡条件分析解答。

6.如图，理想变压器原、副线圈匝数比为〃।输入端。、。接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡

L?的阻值始终与定值电阻凡的阻值相同。在滑动变阻器H的滑片从。端滑动到人端的过程中，两个灯泡始

终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（）

B.L先变亮后变暗，L?一直变亮

C.L先变暗后变亮，L2先变亮后变暗

D.L先变亮后变暗，L?先变亮后变暗

【参考答案】A

【命题意图】本题考查变压器动态变化及其相关知识点。

【解题思路】在滑动变阻器R的滑片从a滑动到b的过程中，在滑动R的中点时，变压器负载电阻最大，

输出电流和输出电功率最小，灯泡L2一直变亮，灯泡L1先变暗后变亮，选项A正确BCD错误。

【名师点评】两个电阻并联，若两个电阻之和为定值，当两个电阻阻值相等时，并联等效电阻最大。

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。

7.2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问

天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道

离地面的高度约为地球半径的工。下列说法正确的是（）

16

A.核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的倍

B.核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/s

C.核心舱在轨道上飞行的周期小于24h

D.后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小

【参考答案】AC

【命题意图】本题以核心舱发射为情景，考查万有引力定律，卫星及其相关知识点。

MmMm

【解题思路】.由万有引力定律可得，尸地二G,在轨道上，F=G,联立解得：

产地，选项A正确；核心舱在轨道上飞行的速度小于7.9km/s,飞行的周期小于24h,选项B错误C正确;

后续加挂实验舱后，空间站质量增大，轨道半径不变，选项D错误。

【名师点评】第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，是卫星绕地球运动的最大速度。

8.如图（a）,质量分别为加入、的A、8两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力口作用在A上，系

统静止在光滑水平面上（8靠墙面），此时弹簧形变量为X。撤去外力并开始计时，A、8两物体运动的

图像如图（b）所示，表示0至篙时间内A的a-f图线与坐标轴所围面积大小，S2,S3分别表示八到G

时间内A、3的a-f图线与坐标轴所围面积大小。A在八时刻的速度为％。下列说法正确的是（）

A

A.0到八时间内，墙对3的冲量等于m/。

B.mA>mH

C.8运动后，弹簧的最大形变量等于X

D.S1-S2=S3

【参考答案】BC

【命题意图】本题考查动量守恒定律、牛顿运动定律及其相关知识点。

【解题思路】.根据加速度图像面积表示速度变化可知，0到tl时间内，A的速度变化等于S1,由动量定

理可知，弹簧对A的冲量大小等于m,\S“根据牛顿第三定律可知弹簧对B的冲量也等于m,\S”墙对B的

冲量也等于选项A错误；从fi到f2时间内AB组成的系统动量守恒，由动量守恒定律，mAS2=mBS3,

由于S2Vs3,所以nu>mB,选项B正确；B运动后，弹簧最大形变量等于x,选项C正确；对整个过程,

动量守恒定律，由于二者质量不等，A、B的速度变化不等，选项D错误。

【名师点评】理解掌握加速度图像面积表示速度变化是解题关键。

9.如图，圆心为。的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行，。人和cd为该圆直径。将电荷量为

q（q>0）的粒子从。点移动到％点，电场力做功为2W（卬>0）；若将该粒子从c点移动到d点，电场力

做功为下列说法正确的是（）

A.该匀强电场的场强方向与就平行

B.将该粒子从d点移动到匕点，电场力做功为0.5W

C.a点电势低于c点电势

D.若只受电场力，从d点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动

【参考答案】AB

【命题意图】本题考查静电场，场强和电势，电场力做功，带电粒子在匀强电场中的运动

及其相关知识点。

【解题思路】本题考查静电场，主要考查理解能力.根据电场力做功公式讨=411可知，ab之间的

电势差是cd之间电势差的2倍，分别过c、d两点做ab的垂线，则两垂线均为等势线，所以该匀强电场的

场强方向与ab平行，选项A正确；根据题述，将正电荷q从a运动到b,电场力做正功可知，电场线方向

由a指向b,a点电势高于b点电势，选项C错误；将该粒子由d点移动到b点，电场力做功0.5W,选项

B正确；若带电粒子沿与电场线平行方向射入，则做直线运动，选项D错误。

【名师点评】在匀强电场中，等长平行线段两端点之间的电势差相等。

10.两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L,通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合

体。距离组合体下底边”处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L,

左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度%水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大

小8使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（）

xxxxxxT

*XX。XX

A.B与V。无关,与J万成反比

B.通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变

C.通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等

D.调节“、叫和8,只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变

【参考答案】ACD

【命题意图】本题考查电磁感应，能量守恒定律及其相关知识点。

【解题思路】本题考查电磁感应，能量守恒定律，主要考查灵活运用知识分析解决问题的

能力..组合体做平抛运动，进入匀强磁场区域后水平方向切割磁感线的两段导体产生的感应电动势抵消，

竖直方向切割磁感线产生感应电动势和感应电流，受到安培力作用，使其匀速通过磁场。由平抛运动规律，

竖直方向速度Q=岳万，产生的感应电动势E=BLQ=BL伍万'，由闭合电路欧姆定律，感应电流

BLj2gHB-CJlgH=nB。I?42gH-

I=E/R=--------,所受安培力F=BIL=-----------------,匀速唇动，F=mg,即------------=mg,B与vO

RRR

无关，与H成反比，选项A正确。通过磁场的过程中，金属框中电流大小不变，方向改变，选项

B错误；由于组合体匀速通过磁场，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等，选

项C正确；只要组合体匀速通过磁场，由能量守恒定律，可知减少的重力势能等于产生的热

量，选项D正确。

【名师点评】在电磁感应现象中，损失的机械能等于产生的焦耳热。

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.（6分）

某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：

图⑹

(1)用游标卡尺测量垫块厚度〃，示数如图(b)所示，h=cm；

(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平;

(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；

(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数〃和滑块对应的加速度”；

(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4),记录数据如下表:

n123456

2

(a/ms)0.0870.1800.2600.4250.519

根据表中数据在图(C)上描点，绘制图线。

a/(m*s2)

0.677

0.5

0.4

0.1

iiii

：：：：

0234567n

图(c)

如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是m/s2(保留三位有效数字)。

【参考答案】(D1.02(5)图像0.342.

\a/(nvs-2)

【解题思路】本题考查探究加速度与合外力的关系实验、游标卡尺及其相关知识点，主要

考查实验探究能力.

（1）根据游标卡尺读数规则，垫块厚度h=10mm+2x0.1mm=10.2mm=1.02cm。

（5）利用描点法描出各点，再过尽可能多的点做直线，得出斤〃图像。由图像上横坐标n=4对应点的

纵坐标可知，表中缺失的数据为0.342m/s2。.

【方法总结】游标卡尺不估读。

12.（9分）

某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻

值为&）、一个电流表（内阻为R,，、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于R。，并配有可在电阻丝上移动

的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学

提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：

（1）将器材如图（a）连接:

（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的端（填"a"或"b”）；

（3）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角。和电流表示数/,得到多

组数据；

（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为左，与纵轴截距为d,设单

位角度对应电阻丝的阻值为q,该电池电动势和内阻可表示为£=,r=（用R。、

R.*、k、d、石表示）

（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值小。利用现有器材设计实验，在图（c）

方框中画出实验电路图（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；

（6）利用测出的“，可得该电池的电动势和内阻。

【参考答案】（2）b（4）/Wk里-出+（5）电路如图。

k

【解题思路】本题考查测量电动势和内阻实验、图像法处理实验数据尺及其相关知识点，

主要考查实验探究能力.（2）开关闭合前，金属夹应该夹在电阻丝的b端。

（4）设金属丝单位角度对应的电阻为r°,则电阻KRr。，对图（a）所示电路，利用闭合电路欧姆定律,

E=/出+K+r+K。）=/出+加+r+K。），变化为与图像相符的函数关系式，白=区0+区?t&.由&=k,

1EEE

解得电动势E=Mk；由&+r+、=d解得厂里-的+岛）。

Ek

（5）采用伏安法测量电阻丝总电阻R,实验电路图如图所示。得出总电阻R后，金属丝单位角度对应

的电阻为ro=R/3OO.

【方法总结】用图像法处理实验数据，要根据题给电路利用物理规律列出方程，并且把方程变化为与

图像相符的函数关系式。

13.（13分）

带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一。带电粒子流（每个粒子的质量为加、电荷

量为+“）以初速度u垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在，平面内的粒子，

求解以下问题。

(1)如图(a),宽度为24的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A(0”)、半径为6的圆形匀强磁场中，

若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点。，求该磁场磁感应强度5,的大小；

(2)如图(a),虚线框为边长等于的正方形，其几何中心位于C((),-4)。在虚线框内设计一个区域面

积最小的匀强磁场，使汇聚到。点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2々，并沿x轴正方向射出。求该

磁场磁感应强度当的大小和方向，以及该磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)；

(3)如图(b),虚线框I和II均为边长等于6的正方形，虚线框m和IV均为边长等于〃的正方形。在I、

II、m和IV中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为2G的带电粒子流沿x轴正方向射入I和II

后汇聚到坐标原点。，再经过in和w后宽度变为2〃，并沿了轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴

控束。求I和m中磁场磁感应强度的大小，以及n和w中匀强磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明

过程)。

【名师解析】本题考查洛伦兹力和牛顿运动定律及其相关知识点，主要考查灵活运用知识能

力.

mv

⑴最上面的粒子绕磁场边界到达O点，即轨迹半径为ri，由qvB产mL,解得氏=上

(2)最上面的粒子绕磁场边界到达O点，方向沿着x轴负方向，则需要继续逆时针绕半圈到达矩形边界

的最低点，即轨迹半径为小由qvB2=mL,解得员=/71"V，由左手定则可判断出磁场方向为垂直纸面向

里，磁场区域面积为s=”4.

(3)图b中最下方的粒子绕1/4圆周运动到O,即qvBn\=m—,解得8m=丝'

2

接着绕1/4圆周运动从第1象限右上角射出磁场，即g田尸切V土，解得8尸”V

在第II象限和第IV象限中磁场区域最小面积为月牙形，即Su=(Jt/2-l)4，Siv=(Jt/2-l)小。

14.（15分）

如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为L的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨

道右下方有一段弧形轨道PQ。质量为〃，的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为〃。以水平轨道末端。

点为坐标原点建立平面直角坐标系x轴的正方向水平向右，)，轴的正方向竖直向下，弧形轨道尸端

坐标为Q端在)，轴上。重力加速度为g。

(1)若A从倾斜轨道上距x轴高度为2〃乙的位置由静止开始下滑，求A经过。点时的速度大小；

(2)若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过。点落在弧形轨道PQ上的动能均相同，求PQ的

曲线方程;

(3)将质量为;I加(％为常数且425)的小物块8置于。点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与8发生

弹性碰撞(碰撞时间极短)，要使A和8均能落在弧形轨道上，且A落在8落点的右侧，求A下滑的初始

位置距x轴高度的取值范围。

【名师解析】本题考查动能定理、平抛运动规律、动量守恒定律及其相关知识点，主要考

查综合运用知识分析解决问题的能力.

<1)A沿倾斜轨道由静止开始下滑到O点的过程中，由动能定理

1.

mg-ZfiL-umgL=-mvf

解得：

(2)假设A落到P点，由平抛运动规律，

.,1,

l

x=vot==-gt=(iL

解得：vo=、'2“gL.

1,

En®-mvi+may»ZtimqL

则落到轨道上的动能2

同时，二1",葭二~〃

解得，。二2叩”

变形得'，4y；=山"x„=0：.y0=2ttL

则PQ的曲线方程为':'•"/-■•

(3)令A碰撞前速度为v,释放高度为h,由动能定理

mgh-fimgL=-rnp2

贝I]V-=2c)h-ZiigL

AB发生弹性碰撞，系统动量守恒，机械能守恒，设碰撞后A速度为v,\,B速度为VB,有

mv=m叼।♦imvg

1.1.1-

-mu"=+-xmfg

444

解得：以一缶「3・-

因为425叮知以小「0.即A总后会反律.速比人小为工也

Illite.为保ifHUitth.则P.4%=艰而工

22

TT)'v'=(TTT)'(2gA-2figL)42ngL

即4*+A

解得

A反弹后，经历一次往返后从O抛出，抛出的速度为v2,由动能定理,

・ymg-2L«-mvj--m

为保证A落在轨道上，则「•：一小

=(TTT)"2m-2figL)<,AfigL

即♦4

解得「“加

又为保证A落点在B右侧，则V2>VB,

综上，得后）3一如十

变形得：=H+U

又因为A*5.IM3#IL(J77)2+"，小+

则释放高度的取值范围为

2(a41)1.i

此次■_rr--7+〃LVh33/IL(7

Jr-2A-3A

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

15.[物理——选修3-3]（13分）

（1）（5分）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为3和$2）封闭

一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降力高度到8位置

时，活塞上细沙的总质量为加。在此过程中，用外力产作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过

程环境温度和大气压强％保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是

«（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分,

最低得分为。分）

A

B

A.整个过程，外力/做功大于0,小于mg/z

B.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变

C.整个过程，理想气体的内能增大

D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于咫〃)

E.左端活塞到达B位置时，外力尸等于敦良

S|

【参考答案】BCE

【解题思路】本题考查理想气体、热力学第一定律及其相关知识点，主要考查综合分析能

力.由于是在左侧活塞上缓慢加细沙，右侧活塞位置不变，所以整个过程中，外力对气体做功等于0,选项

A错误；由于气缸导热，气体温度不变，所以整个过程中理想气体的分子平均动能保持不变，选项B正确;

由于理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体内能增大，选项C正确；根据热力学第一定律，整个过

程中。理想气体向外界释放的热量等于外力做功，选项D错误；对左侧活塞，由平衡条件，pS产mg,对右

侧活塞，由平衡条件，pS2=F,联立解得：F=mgSj/Si,选项E正确。

(2)(8分)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固

定在桌面上，用质量町=600g、截面积S=20cn?的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无

摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬

挂一个质量/=1200g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时，测得环境温

度7]=300K。设外界大气压强p°=L0x1()5pa,重力加速度g=10m/s?。

(i)当电子天平示数为400.0g时，环境温度T2为多少？

(ii)该装置可测量的最高环境温度7mx为多少？

【解题思路】本题考查理想气体实验定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力。

(i)当电子天平示数为600.0g时，分析铁块受力可知轻绳拉力为

Fi=/mg-FN=1.2X10N-0.6X10N=6N