2021届河南省开封市高考物理一模试卷(含答案解析)

2021届河南省开封市高考物理一模试卷

一、单选题（本大题共5小题，共30.0分）

1.下列说法正确的是（）

A.氢原子核外电子轨道半径越大，其原子能量越小

B.在核反应中，比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核才会释放核能

C.0射线是原子的核外电子电离后形成的电子流

D.氢原子从n=2的能级跃迁到n=1的能级辐射出的光恰好能使某种金属发生光电效应，则从

n=3的能级跃迁到n=2的能级辐射的光也可使该金属发生光电效应

2.如图所示，在倾角为。的斜面顶端P点以初速度%水平抛出一个小球，最同

后落在斜面上的Q点，求小球在空中运动的时间（）

3.我国在2018年12月发射了“嫦娥四号”月球探测器，2019年1月11日“嫦娥四号”探测器与

“玉兔二号”巡视器在“鹊桥”中继卫星支持下顺利完成互拍，预示着我国探月工程四期和深

空探测工程将全面拉开序幕。由于月球绕地球公转周期和自转周期相同，我们总是看到月球的

同一面，所以“嫦娥四号”把目的地设定在神秘的“月球背面”进行研究。己知地球半径为R,

月球绕地球公转半径为r,万有引力常量为G,地球表面重力加速度为g,下列说法正确的是（）

A.月球表面的重力加速度为fg

B.月球公转的向心加速度为

C.“嫦娥四号”在向月球着陆过程中从高轨道向低轨道变轨时机械能增加

D.月球公转周期为票

4.柔软的细金属丝弯成一个矩形闭合线框用绝缘细线悬挂起来，如图所示，若匀

强磁场与线框平面垂直，开始时磁场很强，当磁场均匀减弱时（詈=k,k<0）.则::

XXX

XXX

正确的是（XXX

XXX

A.细线可能断掉XxxX

B.线框可能断裂

C.线框可能变成圆形

D.线框绕过a的竖直轴转动

5.一课外活动小组在一次活动中，用到的用电器上标有“36V72W”字样，用电器工作时需使用

变压器将220V的交变电压进行降压.由于手边只有一个匝数比为5：1的变压器，不能直接使

用.经过讨论后，大家认为可在原线圈上加一个可变电阻进行调节，设计好的电路示意图如图

甲所示.当在昉两端间加上如图乙所示的电压后，用电器恰好能正常工作，则下列说法正确的

是（）

A.原线圈cd两点间的电压为220U

B.在t=0.01s时，电压表的示数为0V

C.通过原线圈中的电流为104

D.可变电阻岛上消耗的电功率为16小

二、多选题（本大题共5小题，共28.0分）

6.“天宫一号”目标飞行器相继与“神舟八号”和“神舟九号”飞船成功交会对接，标志着我国

太空飞行进入了新的时代。“天宫一号”在运行过程中，由于大气阻力影响，轨道高度会不断

衰减，则轨道高度缓慢降低的过程中（）

A.“天宫一号”的运行速度始终小于第一宇宙速度

B.“天宫一号”的运行速率会缓慢减小

C.“天宫一号”的机械能不断减小

D.“天宫一号”的运行周期会缓慢增大

7.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用.下列表述正确的是（）

A.洛伦兹力对带电粒子会做功

B.洛伦兹力不改变带电粒子的动能

C.洛伦兹力的大小与速度无关

D.洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向

8.质量为m的物体，从静止开始以2g的加速度竖直向上运动九高度，那么

A.物体的重力势能增加B.物体的动能增加2?ng/i

C.物体的机械能保持不变D.物体的机械能增加

9.下列说法正确的是（）

A.布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动

B.气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加

C.液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点

D.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

10.一振动周期为7、位于x=0处的波源从平衡位置开始沿y轴正方向做简谐运动，该波源产生的简

谐横波沿x轴正方向传播，波速为/关于在x=子处的质点P,下列说法正确的是（）

A.质点P振动周期为7,振动速度的最大值为"

B.若某时刻质点P振动的速度方向沿y轴负方向，则该时刻波源处质点振动的速度方向沿y轴正

方向

C.质点P开始振动的方向沿y轴正方向

D.当P已经开始振动后，若某时刻波源在波峰，则质点P一定在波谷

E.当P已经开始振动后，若某时刻波源在波谷，则质点P也一定在波谷

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

11.位移传感器由发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器，接收器内装有红外

线和超声波接收器.

（1）如图1,固定在被测运动物体上的发射器向接收器同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲，

接收器收到红外线脉冲时开始计时口，收到超声波脉冲时停止计时功•已知超声波在空气中的传

播速度为以红外线传播时间极短，可忽略），发射器和接收器之间的距离s=.

（2）某小组设计了使用位移传感器的图2示实验装置测量木块下滑的加速度，让木块从倾斜木板上一

点4静止释放，计算机描绘了滑块相对传感器的位移随时间变化规律如图3所示.根据图线计算

片时刻速度"=，木块加速度a=（用图中给出的S。、Si、S2、片表示）.

12.某同学要测量一电阻约2000的圆柱体的电阻率p.步骤如下：

（1）用螺旋测微器测量其直径如图甲示，则其直径为mm.

（2）如图2示，0〜34档电流表读数A,0〜151/档电压表的读数为V.

四、计算题（本大题共4小题，共49.0分）

13.为了研究行星的磁场对宇宙高能粒子及行星生态环境的作用，研究小组研究建立了以下模型。

如图所示，在圆心为01、半径为R的接地的金属圆柱外，有一个匀强磁场均匀的分布在半径为R、

2R的两边界I、n之间的圆环区域内，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B（未知）。

在磁场右侧有一长为4R的带状粒子源，中点为。2,可以放出速度大小为孙、方向平行。1。2连线

的带正电粒子。带电粒子沿线均匀分布，每单位时间放出的粒子数为已知带电粒子的比荷

为小不计重力及任何阻力。

（1）若从。2点放出的粒子，恰好能被金属圆柱接收到，求磁感应强度8；

（2）若8=黄，求圆柱在单位时间内接收到的粒子数七；

（3）若B=器，在边界n上安放探测器来统计离开磁场的粒子数，请指出探测器能探测到粒子时所

处的位置，并计算探测器单位时间内探测到的粒子数的。

14.如图所示，光滑水平面上静止有质量均为2m的小滑块4、B,质

量为伍的子弹以水平向右的速度先射入木块4子弹穿出a后又水

平射入木块B而未穿出，此后B与4之间的距离保持不变，求:

(1)子弹穿出4时的速度；

(2)上述过程中系统损失的机械能.

15.汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故.已知某型号轮胎正常工作时的最高温度为90汽,

最高胎压不超过3.5atm,那么在t=20久时给该轮胎充气，求：(设轮胎容积不变)

(1)充气后的胎压应不超过多少才能保证安全？

(2)温度升高时说明气体压强变化的微观原因.

16.如图所示，ABC是直角三棱镜的截面图，44=90。，NB=30。。一束

平行于BC面的单色光从4B面上的“点射入，折射光线刚好射到C点，

已知三棱镜对单色光的折射率为e，三棱镜BC边的长为3求：

(i)M点离A点的距离;

5)保持入射光线的方向不变，让入射点沿48上移，使折射光线刚好落在4c边上的中点，试求：光

线的射入点至射出点的位移大小是多少？

参考答案及解析

1.答案：B

解析：

氢原子的核外电子由离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上时，能量增大：

由比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能；

3射线产生的过程是：原子核内的一个中子变为质子，同时释放一个电子；

能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，结合入射光的频率大于或等于极限频率

时，才能发生光电效应.

本题考查了S衰变的实质，比结合能概念，知道械原子的轨道半径与能量的关系，并掌握光电效应发

生条件，及结合能与比结合能的区别.

A、氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时，能量减小。减小的能

量以光子的形式释放出来。故氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越高，故A错误；

B、在核反应中，由比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能，故8正确；

C、口衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，故C错误；

。、根据能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，那么从〃=2和71=1间的能级差

大于n=3和n=2间的能级差，当从n=2的能级跃迁到n=1的能级辐射出的光恰好能使某种金属

发生光电效应，则从几=3的能级跃迁到n=2的能级辐射的光不可使该金属发生光电效应，故。错

误；

故选：B。

2.答案：A

解析：解：根据tanO=M=更得小球在空中运动的时间1=汕”.故A正确，错误.

9

Vot2v0

故选：A.

平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，结合竖直位移和水平位移

的关系，运用运动学公式求出小球在空中运动的时间.

解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解，基

础题.

3.答案：D

解析：

月球表面的重力加速度无法求解；根据万有引力提供向心力结合机械能守恒定律进行分析。

解决天体(卫星)运动问题的基本思路：

(1)在地面附近万有引力近似等于物体的重力，即可得到GM=g/?2；

(2)天体运动都可近似地看成匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供，即/以=尸向，根据向心力的

计算公式进行分析。

人月球表面的重力加速度没法通过题设条件求出，故A错误；

及设地球质量为M.有：鬻=mg,月球绕地球环绕有：％察=机月a,得：a=3g,故B错误；

C.“嫦娥四号”在向月球着陆过程中从高轨道向低轨道变轨时机械能应该减少，故C错误。

D由~=瑞得：T=与J^,故。正确。

故选。。

4.答案：C

解析：解：当磁场减弱时，根据楞次定律可得，感应电流的磁场的方向向里，为顺时针方向；根据

左手定则可知，上边受到的安培力向上，右边受到的安培力向右，下边受到的安培力向下，左边受

到的安培力向左，所以线圈受到的力是向外的，线圈的面积有扩大的趋势，没有转动的趋势，同时，

安培力的合力为0,对线的拉力没有影响。故只有P选项正确。

故选：Co

根据楞次定律求出线圈回路电流方向，然后求出安培力的大小和方向，根据平衡条件进一步求解.

本题考查了电磁感应定律和安培力公式、左手定则、受力平衡等知识点的简单综合应用.

5.答案：D

解析：解：4、副线圈两端的电压即用电器两端的电压，根据变压器的电压与匝数的关系得：

n2

外=54=5x36V=180匕故4错误；

B、电压表中的电压是交流的有效值，不是瞬时值。故8错误；

C、根据公式「=〃得：副线圈中的电流与=/==24

根据变压器的电流与匝数的关系得：/1=y/2=：x24=0.4A.故C错误；

D、可变电阻Ro上消耗的电功率为：%=(U-(4)/1=(220-180)xO.4W=16lV.故。正确。

故选：Do

副线圈两端的电压即用电器两端的电压，根据变压器的电压与匝数的关系，即可求得cd两端的电压；

电压表中的电压是交流的有效值，不是瞬时值；

根据公式P=U/计算出副线圈中的电流，然后根据变压器的电流与匝数的关系计算原线圈中的电流;

根据P=U/计算可变电阻上的电功率.

考查变压器的原理，明确电流与电压与匝数的关系，还要明确该电路中，时两端的电压与cd两端的

电压不是一个电压，cd两端的电压才是变压器的输入电压.

6.答案:AC

解析：解：力、第一宇宙速度是卫星最大的环绕速度，天宫一号的线速度一定小于第一宇宙速度。故

A正确

BD,轨道高度缓慢降低的过程，即r减小时，由万有引力提供向心力，即有

==解得u=呼，7=2兀后，则知r减小，"增大，T减小，故8。错误。

C、在轨道下降过程中，除万有引力外，只有大气阻力对天宫一号作负功，故其机械能不断减少。故

C正确

故选：ACo

根据万有引力提供向心力，通过选择不同的向心力公式，来研究不同的物理量与轨道半径的关系。

第一宇宙速度是卫星最大的环绕速度，所有航天器围绕地球做圆周运动时的速度都小于这一速度。

机械能的变化等于除重力外其它力对物体做的功。

对于卫星问题，关键要明确向心力来源：万有引力，选择不同的向心力公式形式，得到各个量的表

达式是解答的关键。

7.答案：BD

解析：解：力、洛伦兹力的方向与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，故A错误

8、不改变速度的大小，只改变速度的方向，所以不改变粒子的动能.故8正确.

C、洛伦兹力大小F=quB,与速度的大小有关.故C错误.

。、洛伦兹力与速度方向始终垂直，其作用效果只改变速度的方向，故。正确

故选8。

洛伦兹力的方向与速度方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小.

解决本题的关键掌握洛伦兹力的大小公式，知道洛伦兹力的方向和作用效果

8.答案：BD

解析：

物体从静止以2g的加速度竖直向上运动，则除重力以外，还有拉力做功，所以机械能不守恒.重力

势能由重力做功决定.动能则由动能定理来研究。

考查重力做功与重力势能的关系、合力做功决定动能的变化、除重力以外的力做功决定机械能变化。

物体重力势能增加了mgh，故A错误；

由动能定理知动能增加了故B正确；

所以机械能增加了3rngh,故C错误、。正确。

故选80。

9.答案：ACE

解析：解：4、布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，故A正确。

8、气体的温度升高，气体分子平均动能增大，但不是每个气体分子运动的速率都增加，故B错误。

C、液晶具有与晶体相似的性质，如具有光学各向异性，即对光的通透性质不同，故C正确。

。、做功和热传递是改变物体内能的两种方式，由于没有考虑热传递，故。错误。

心由热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故E正确。

故选：ACE.

正确解答本题要掌握：布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的运动；温度是分子平均动能的标志；

液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点；做功和热传递都可以改变物体的内能；正确理解

好应用热力学第二定律.

本题考查了有关分子运动和热现象的基本知识，考查到的知识点比较多，对于这些基本知识一定注

意加强记忆和积累.其中对热力学第二定律的几种不同的表述要准确理解.

10.答案:BCD

解析：解：

4质点P振动周期与波源的振动周期相同，也为7.但其振动速度与波速不同，最大速度与波速无关，

故4错误。

B、因为％=罢=2.5九所以质点P与波源是反相点，若某时刻质点P的速度方向沿y轴负方向，则

该时刻波源速度方向沿y轴正方向，故8正确；

C、根据波的特点：简谐波传播过程中，质点的起振方向都与波源的起振方向相同，故质点P开始振

动的方向沿y轴正方向。故C正确。

。、当P开始振动后，由于质点P与波源是反相点，若某时刻波源在波峰，则质点P一定在波谷，故。

正确。

E、质点P与波源是反相点，故若某时刻波源在波谷，则质点P一定在波峰，故E错误。

故选：BCD.

简谐波在传播过程中，介质中各个质点的起振方向都与波源的起振方向相同。质点的振动速度与波

传播速度不同。介质中各个质点振动的周期都等于波源的振动周期，简谐波的波长为a=i/T,根据

质点P与波源距离与波长的关系，分析振动情况的关系。

利用机械波的基本特点：简谐横波传播过程中，介质中各个质点振动的周期都等于波源的振动周期，

起振方向都与波源的起振方向相同，进行分析。

解析：解：⑴超声波是匀速运动，故发射器和接收器之间的距离为：s=vt=v(t2-tx).

(2)根据某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度，得：

次=

10

210，

木块的加速度：。=詈=——产2=交臂色；

故答案为：

(l)v(t2-tl).

,2)So~~S22s「S?-SQ

l，工，■—-

(1)由于超声波是匀速运动，由S=a可得发射器和接收器之间的距离.

(2)由于滑块在斜面上做匀加速直线运动，所以某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬

时速度；根据加速度的定义式即可求出加速度；

该题的关键是要分析出物体做匀加速运动，由此才能得出瞬时速度等于平均速度.

12.答案：4.7001.7510.7

解析：解：(1)螺旋测微器：不动刻度为4.5nun,可动刻度为20.0x0.01mm,则读数为4.5mm+20.0x

0.01mm=4.700mm；

(2)电流表量程为0〜34,由图示电流表可知，其分度值为：0.14示数为：1.754

电压表量程为0〜15V,由图示电压表可知，其分度值为：0.5U,电压表的读数为：10.7V；

故答案为：(1)4.700(2)1.75；10.7。

(1)螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读到

0.001mmo

(2)根据电表量程由图示表盘确定其分度值，然后根据指针位置读出其示数。

本题考查了螺旋测微器的读数方法和电流表与电压表读数，对电表读数时要先确定其量程与分度值,

然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直。

13.答案：解：(1)粒子进入磁场只受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设。2/

点放出的粒子在磁场中做圆周运动的半径为G，轨迹如图1所示，轨迹r\

刚好与圆柱相切，Q-----)

由勾股定理得：(R+ri)2=r/+(2R)2/

解得：ri=|R图1

由洛伦兹力提供向心力得：qv0B=m*

解得i=鬻一4K

/\\

(2)当B=黄，粒子运动半径万=R,如图2所示，由几何关系知，

刚好与圆柱相切的粒子的轨迹圆的圆心。'在边界U上，此粒子的飞铲

入射点为4,在4点下方直到沿最下方与磁场边界相切进入的粒子

都能被圆柱接受到，

由几何关系可得：2点在。山2连线以下?处，图2

故4点与最下方的粒子的竖直距离h=2"；裂

3R

圆柱在单位时间内接收到的粒子数：小=区诙=.

147?08

(3)当8=器，粒子的轨迹圆半径上=2R,轨迹圆半径与圆形磁场区域半径相等，可知当圆柱体不

存在时，这些相互平行入射的粒子将全部聚焦在圆心。1正上方的边界口上的P点(磁聚焦)，因此探测

器应放边界上圆心。［正上方处。°3,-----二卡

由于圆柱体的存在，部分粒子将打在圆柱体上，讨论如下两种临界情"0Zyp

①粒子的轨迹圆与圆柱体外切

画出外切时的轨迹图如图3所示，设轨迹圆圆心生与P点的水平和竖

直距离分别为x、y,

由几何关系得:%2+y2==(2R)2,上2+(y+2R)2=(3R)2,

解得：y=.

则在。2上方的2R-：=十的范围内的粒子可以被探测到；

②粒子的轨迹圆与圆柱体内切

轨迹如图4所示，△。传。为两邻边长为2R的等腰三角形，01E为CD的「2\

垂线，/EQ\

△OiCD的面积：S=^R2

4_____\/

可求得：O.E=—R，CE=7R2-OE2=32>T

图4

则在最下面3范围内的粒子可以被探测到，

探测器单位时间内探测到粒子总数为电=Ztl=%•

n4Rnnu2

答：(1)磁感应强度B的大小为鬻，磁场方向垂直纸面向里；

(2)圆柱在单位时间内接收到的粒子数％为等；

O

(3)探测器能探测到粒子时所处的位置为边界上圆心01正上方处，探测器单位时间内探测到的粒子数

为华。

解析：(1)画出粒子轨迹图，由几何关系求得轨迹半径，由洛伦兹力提供向心力，应用牛顿第二定律

求得磁感应强度：

(2)由已知8的表达式可知轨迹半径，画出满足题意的临界轨迹图，由几何关系求得入射点的竖直距

离范围，可得单位时间内接收到的粒子数；

(3)由已知B的表达式可知轨迹半径，可知满足“磁聚焦”模型，画出满足题意的临界轨迹图，由几

何关系求得入射点的竖直距离范围，可得单位时间内接收到的粒子数。

本题考查了带电粒子在磁场中运动问题，解答此类问题画运动轨迹图是解决此类问题的基本功，掌

握垂直速度方向画圆心所在的直线，依据其它条件(如出射点的位置，轨迹与边界相切等)确定圆心

位置，即可确定轨迹半径与圆心角；知道半径与速度大小相关联，时间与圆心角相关联。

14.答案：解：(1)设子弹穿出A时的速度为外木块4的速度为以.对子弹和木块4组成的系统，由动量

守恒可得

mv0—2mvA+mv

子弹射入B中后的共同速度为%.对子弹和木块B组成的系统，由动量守恒可得

mv=(2m+m)vB

由题知此后B与4之间的距离保持不变，则以=vB,

可求得以=g"o，V=-v0

(2)对子弹、木块4、B组成的系统，由能量守恒可得

11

△E=-TTIVQ--(2m+2m+m)vj

可求：△E=|mvo

答：(i)子弹穿出a时的速度为|孙；

(2)上述过程中系统损失的机械能为|m诺.

解析：(1)对子弹和木块4组成的系统，根据动量守恒定律列式，子弹射入B中后的共同速度为与.对

子弹和木块B组成的系统，根据动量守恒定律列式，联立方程求解；

(2)对子弹、木块4、B组成的系统，由能量守恒列式即可求解.

解决本题的关键知道在子弹与木块作用的过程中，系统动量守恒，能选择不同的研究对象和研究过

程列出等式，难度适中.

15.答案：解：(1)由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化.

气体状态参量：=273+20=293K,T2=273+90=363K,