2021年新高考物理(河北卷)

2021河北省普通高中学业水平选择性考试

物理

一、单项选择题:本题共7小题.每小题4分，共28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.（2021•河北,1,4分）银河系中存在大量的铝同位素26AU26Al核£+衰变的衰变方程为

得A1-笠Mg+?e,测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是（）

A.26Al核的质量等于26Mg核的质量

B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数

C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中,其半衰期不变

D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg

2.（2021•河北24分）钠原子钟是精确的计时仪器。图1中钠原子从。点以100m/s的初速度在真空

中做平抛运动，到达竖直平面MN所用时间为⑴图2中钠原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达

最高点。再返回P点,整个过程所用时间为d。点到竖直平面MM尸点到。点的距离均为0.2

m。重力加速度g取lOm/s?,则“；功为（）

M

Oi~►•Q

I

N

图1图2

A.100/1B.l/100C.l/200D.200/I

3.（2021.河北,3,4分）普朗克常量/?=6.626xl（y34J$光速为c,电子质量为哪,则上■在国际单位制下的单

位是（）

A.J/sB.mC.JmD.m/s

4.（2021•河北,4,4分）“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞

行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个火星

日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1,则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨

道半径的比值约为（）

A甑B.1C：第D.事

5.（2021•河北,5,4分）如图,距离为d的两平行金属板尸、。之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为Bi,

一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨

平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为6,导轨平面与水平面夹角为。，两导轨分别与尸、。相

连。质量为，小电阻为R的金属棒外垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g,不计导轨电阻、板

间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是（）

A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,丫=鬻学

B.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,=等需

C.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上』=党若

BiBzLd

D.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,1，=嘿甯

6.（2021•河北,6,4分）一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示。长度为兀R、不可伸长的轻细

绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球。小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时,

绳刚好拉直。将小球从。点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为

（重力加速度为g,不计空气阻力）（）

A，7（2+n）gRB.j2irgR

C.,2（1+n）gRD.2y[gR

7.（2021•河北,7,4分）如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。导轨

间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处。点为坐标原点。狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为。，一电容为

C的电容器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力厂作用下从O点开始以速度丫向

右匀速运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是（）

A.通过金属棒的电流为2BCv2tan0

B.金属棒到达尤o时，电容器极板上的电荷量为BCvxotan6

C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电

D.金属棒运动过程中，外力尸做功的功率恒定

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以

上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

8.（2021•河北,8,6分）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为匝数为N,放置在磁感应强度大小为B

的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为"0、加和"2,两个副线圈分别接有电阻以和

玲。当发电机线圈以角速度。匀速转动时，理想电流表读数为人不计线圈电阻，下列说法正确的是

()

A.通过电阻&的电流为色

B•电阻及两端的电压为啖

C.〃o与加的比值为缥包

D.发电机的功率为包丝包曳皿

no

9.（2021•河北,9,6分）如图，矩形金属框MNQ尸竖直放置，其中MN、足够长，且PQ杆光滑。一根轻

弹簧一端固定在“点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过PQ杆。金属框绕MN轴分别以角

速度。和。'匀速转动时，小球均相对PQ杆静止。若则与以。匀速转动时相比，以。'匀速转动

时（）

A.小球的高度一定降低

B.弹簧弹力的大小一定不变

C.小球对杆压力的大小一定变大

D.小球所受合外力的大小一定变大

10.（2021•河北,10,6分）如图，四个电荷量均为式q>0）的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别

为（4/,0）、（-4/,0）、（0,州）和（0,-州）,其中x轴上的两个点电荷位置固定,），轴上的两个点电荷可沿y轴对

称移动下列说法正确的是（）

A.除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零

B.当泗取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点

C.当州=8/时,将一带负电的试探电荷由点(4/,5/)移至点(0,-3/),静电力做正功

D.当然=4/时，将一带负电的试探电荷放置在点(/,/)处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成45°倾

斜向上

三、非选择题:共54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。

(一)必考题:共42分。

11.(2021•河北,11,6分)某同学研究小灯泡的伏安特性。实验室提供的器材有:小灯泡(6.3V,0.15A),直

流电源(9V),滑动变阻器,量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干。设计的电路如图I所示。

(1)参照图1,完成图2中的实物连线。

(2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是

(单项选择,填正确答案标号)。

A.电流表短路

B.滑动变阻器的滑片接触不良

C滑动变阻器滑片的初始位置在b端

(3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作,将实验数据描点作图，得到1-U图像，其中一部分如图3

所示。根据图像计算出产点对应状态下小灯泡的电阻为Q。(保留三位有效数字)

12.(2021•河北,12,9分)某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材

有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块

(质量为200g,其上可放钩码)、刻度尺。当地重力加速度为9.80m/s2。实验操作步骤如下：

遮光条光电门1光电门2

图1

g装器材，调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；

变通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速

度；

③保持绳下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量，重复上述

步骤；

策成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码

和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量AEk及系统总机械能的减少量结果如下表所示。

.V/Ag0.2000.2500.3000.3500.400

AH/J0.5870.4900.3920.2940.195

A/TZJ0.3930.4900.6860.785

回答下列问题：

（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为J（保留三位有效数字）;

（2）步骤@中的表格所缺数据为;

（3）以M为横轴,AE为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出图像；

图2

若忽略滑轮和绳子之间的摩擦力做功,求滑块与木板之间的动摩擦因数为。（保留三位有

效数字）

13.（2021•河北,13,11分）如图，一滑雪道由AB和BC两段滑道组成其中A8段倾角为0,BC段水平,

段和8C段由一小段光滑圆弧连接。一个质量为2kg的背包在滑道顶端4处由静止滑下，若1s后质

量为48kg的滑雪者从顶端以1.5m/s的初速度、3mH的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧

的水平处追上背包并立即将其拎起。背包与滑道的动摩擦因数为"=卷，重力加速度g取10m/s2,sin

，唉cos。啜忽略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化。求:

A

BC

（1）滑道AB段的长度；

（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。

14.（2021•河北,14,16分）如图,一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强

度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连。正极板上。点处的粒子源垂直极板向上发射速度为

山、带正电的粒子束，单个粒子的质量为，以电荷量为第一足够长的挡板OM与正极板成37°倾

斜放置，用于吸收打在其上的粒子。C、P是负极板上的两点,C点位于。点的正上方/点处放置一

粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子,CP长度为口。忽略栅极的电场边缘效应、粒子

间的相互作用及粒子所受重力,sin37°=|。

_1_1_C——'―尸----------

+

t-Je"^37；...................

（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压的大小；

（2）调整电压的大小,使粒子不能打在挡板OM上，求电压的最小值Umin；

（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（CHWCP<CS,H、S两点未

在图中标出），对于粒子靶在aS区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收

到〃（〃22）种能量的粒子，求CH和CS的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。

（二）选考题:共12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.（2021•河北,15,12分）［选修3-3|

（1）（4分）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气

体，如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡

后，汽缸A内气体的内能（选填“大于”“小于”或“等于"）汽缸B内气体的内能。图2为重新

平衡后A、8汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线（填图像中曲线标号）表示汽缸8中

气体分子的速率分布规律。

;各速率区间的分子数

HHI占总A分子数的Z百分比

°分子的速率

图1图2

（2）（8分）某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为27℃时,压强为3.0x103Pa。

⑴当夹层中空气的温度升至37℃，求此时夹层中空气的压强；

(ii)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比例,设环境

温度为27℃，大气压强为l.OxlO5Pa.

16.(2021•河北,16,12分)[选修3-4]

(1)(4分)如图,一弹簧振子沿x轴做简谐运动。振子零时刻向右经过A点,2s后第一次经过8点。已

知振子经过A、8两点时的速度大小相等,2s内经过的路程为5.6m,则该简谐运动的周期为

s,振幅为m。

-I------*|

BOA

(2)(8分)将两块半径均为/?、完全相同的透明半圆柱体A、8正对放置，圆心上下错开一定距离，如图

所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为仇当。=60。时,A右侧恰好无光线

射出;当9=30°时，有光线沿8的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移山不考虑多次反射。求：

⑴半圆柱体对该单色光的折射率;

(ii)两个半圆柱体之间的距离d。

答案与解析

2021年物理（河北卷）

i.c考查核反应方程及半衰期。

核反应过程中出现质量亏损,A错误;26Al中子数是13,26Mg中子数是14,B错误;半衰期是由

原子核内部自身因素决定的，与外部条件无关,C正确;由半衰期公式M-NM（JW计算得经过

144万年后26Al还剩下；D错误。

4

2.C考查平抛运动与竖直上抛运动。

平抛时:水平方向有SRU得仁繇s=0.002s;竖直上抛时根据上升过程和下降过程的对称性

及产得f2=2j^=0.4s;故人.2=1；200。C正确。

3.B考查单位制。

=3学=笔驾与m,B正确。

1kgrn/s1kg-m/s1kgm/s

4.D考查万有引力定律的应用。

设火星质量为M，“飞船的轨道半径为小周期为"地球质量为M,地球同步卫星的轨道半径

GMA^2

为/•，周期为T,对飞船有仔=〃弗八①

对地球同步卫星有华=抗2等r②

由①②得紧次看=坐。

D正确。

5.B考查左手定则，安培力作用下的平衡问题。

根据左手定则知正离子往Q板偏转，负离子往P板偏转，电流从a流向〃，对导体棒进行受力

分析,由于导轨光滑且金属棒静止，故安培力沿导轨平面向上，如图。根据左手定则知导轨处磁场

的方向垂直轨道平面向下。

mg

由力的平衡条件得BiIL=mgsin6①

由欧姆定律得/=《②

由在P、。之间最终有电场力等于洛伦兹力，得吟=(?出③

由①②③得丫=黑耳。

8182dL

B正确。

【解题指导】本题是磁流体发电机和安培力平衡问题的综合，是平时复习时两个常见问题的组合。

解决这类问题要注意以下几点：

(1)熟练应用左手定则判断电源的正负极；

(2)要把立体图转换为平面图；

(3)正确受力分析，应用左手定则正确判断安培力方向，结合力的合成与分解列方程进行解答。

6.A考查动能定理或机械能守恒定律。

方法一:根据动能定理有=｝加-0,

解得v=J(2+mgR。A正确。

方法二:选PQ所在高度处为参考平面，初状态的机械能为屈=0,末状态的机械能为E2=-mg(

R+竽)加v2,

由机械能守恒定律可得E|=反,解得v=J(2+TT)gR。A正确。

7.A考查电容器的电容和电磁感应问题及功率。

假设导体棒向前移动时间为加，

则/=孚=竽=四空誓”=2a，tan仇故A正确；

AtAtAt

金属棒到达超时，导体棒上产生的电动势为t/=2Bxovtan仇

由C4得Q=2CBi，X0tan。，故B错误；

由右手定则知电容器的上极板带正电，故C错误；

P^FV,F-F^BILJ^CBx^tan，，乙=2"tan，，得P=4B2/fQan2仇功率随时间增大,D错误。

8.BC考查交变电流和变压器的综合问题。

由乎=%=?可得。2=型2则通过&的电流为=膂,A错误,B正确；

3n2U2叫R2nxR2

线框产生交变电流的最大值为E、、、=NBSs=2NBL%,有效值E与=V2NBL2co,^=/=

丹警,C正确；

根据P人=/>由，由于发电机线圈没有内阻，也就是其功率等于副线圈两用电器的功率之

和4小好加+粽,D错误。

【解题指导】本题是交变电流和变压器的综合问题。解决这类问题要领如下：

(1)熟练理解交变电流的产生过程及峰值、瞬时值、有效值和平均值的计算；

(2)明确理想变压器有两个副线圈时，两副线圈的电压关系为"=N该变压器的功率关系为P>、=P史

=P1+P2；

(3)电压表和电流表、功率、热量的计算等是用的交流电的有效值。

~9.BD考查受力分析和牛顿第二定律。

对小球进行受力分析，小球受到杆的弹力可能向右也可能向左。

Ax____

或者

kx

T

Img

竖直方向上有日sin叙mg,若x增大，则。要减小，若x减小，则6要增大才可以，而由几何知识

可知,x增大时，。也增大,所以小球的高度不变，弹簧弹力的大小一定不变，故A错误,B正确;水平

方向上设向左为正方向，则有kxcos。+尺=，〃。2凡因为所以合外力大小F'-ma>'2R>nia>2R,i^.

D正确;又因为日cos6不变，所以入'=，〃4%-辰cos。，其大小可能变大，可能变小，也可能不变，故C

错误。

10.ACD考查静电场的叠加及做功问题。

A项，菱形外侧各点电荷电场强度叠加都指向外侧,电场强度大小不为零，故A项正确。B项,

原点处电场强度为零，由对称性可知，其他电场强度为零的点必定成对出现，故B项错误。C项，由

对称性可知,(0,-3/)与(0,3/)的电势等大，由(0,8/),(4/,0)两点电荷可知(4/,5/)与(0,3/)电势相等，由(0,-

8/),(-4/,0)两点,根据电场线方向可知，从(4/,5/)移动至(0,37)电场力对负点电荷做正功，故C项正

确。D项,由对称性可知,(/,/)处电场强度方向由该点指向原点，则负电荷受力与电场强度方向相

反，与x轴正方向成45°倾斜向上，故D项正确。

11.答案(1)如图所不

(2)C

(3)27.0

解析(2)小灯泡的额定电压为6.3V,电源电压为9V,当滑片在b端时，小灯泡两端电压为9V,烧

坏小灯泡。

(3)P点的电阻为P点的电压除以P点的电流，即悬Q=27.0Q。

12.答案(1)0.980(2)0.588

(3)如图所示0.400

解析(1心弓=4/咫力=4x50x10-3X98x0.5J=0.980J。

(2)AE=A£p-AEk=0.980J-0.392J=0.588J。

(3)根据表格数据描点作图即可;由题意可知，滑块和木板之间的摩擦力做功即为系统损失的机械

能，则有根据图像得”0.400。

13.答案(1)9m(2)7.44m/s方向沿水平方向向右

解析(1)对背包受力分析：

mg

沿斜面方向有mgsin0-f=ma①

垂直斜面方向有FN=W^COS0②

且/=〃尸N③

由①②③代入数据可得a=2m/s2

设滑雪者经时间f到达底端

贝“有见6=会(1+，)2=加+#产

解得Q2s«=-lS舍去)

代入④解得XAB=9m

(2)到达底端时

滑雪者的速度以人=血+〃，=7.5m/s

背包的速度u包=〃(1+。=6m/s

以滑雪者与背包为研究对象，设水平向右为正方向，由动量守恒定律得

包U包+〃2人V人=("I包+〃?人)U共

代入数据解得u共=7.44m/s,

方向沿水平方向向右。

(3)CH=%W兽竺2(〃22)

38q

解析⑴设加速后速度为匕在磁场中半径为R

2

由动能定理得4")=；〃疗尚Jv0

2

由牛顿第二定律得qvB=^-

R

由几何关系得Lo=2R

由①②③可得Uo=华上-嘤

oTTl£q

(2)由题意知与板相切时有最小电压Umin。

设经电场加速后粒子速度为再经电场减速后粒子速度为V0

由动能定理得qUmin二｝"产引□VQ2

由牛顿第二定律得

Ri

由几何关系得此+高=2吊，即照=扣2⑧

由⑤⑥⑦⑧可得Um