2021年江苏省南京市高考物理三模试卷(含答案详解)

2021年江苏省南京市高考物理三模试卷

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1.下列说法正确的是（）

A.分子间距离越小，分子势能越小

B.分子间距离越小，分子间作用力越小

C.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用

D.晶体的物理性质都是各向异性的

2.已知钙和钾的截止频率分别为7.73x1014HZ和5.44x1014Hz,在某种单色光的照射下两种金属

均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的

（）

A.波长B.频率C.能量D.动量

3.如图所示是一半径为R的玻璃球体，0为球心，AB为水平直径，M点

是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从。点射出，出射光线平行于

AB,已知4480=30。，光在真空中的传播速度为c,则（）方y

A.此玻璃的折射率为|百'/

B.光线从B传到。的时间为辿

C

C.若增大乙4BD,光线不可能在DM段发生全反射现象

D.若减小N4BD,从4D段射出的光线均平行于AB

4.如图甲所示，质量相等大小可忽略的a、b两小球用不可伸长的等长轻质细线悬挂起来，使小球a

在竖直平面内来回摆动，小球b在水平面内做匀速圆周运动，连接小球b的绳子与竖直方向的夹

角和小球a摆动时绳子偏离竖直方向的最大夹角都为0,运动过程中两绳子拉力大小随时间变化

的关系如图乙中c、d所示。则下列说法正确的是（）

B.a球在最低点的速度大小跟b球速度大小相同

C.。的取值不是唯一的

D.。=60°

5.关于封闭容器内的气体压强，下列说法正确的是（）

A.封闭容器内的气体压强是由于容器内气体受到重力作用而产生

B.等温变化过程中，若气体的体积减小，则分子的密集程度增大，则压强变大

C.等容变化过程中，若气体分子平均动能增大，则气体压强变小

D.当压强不变而体积和温度变化时，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数可能不变

6.如图，光滑斜面的倾角为。=45。，斜面足够长，在斜面上A点向斜

上方抛出一小球，初速度方向与水平方向夹角为a,小球与斜面垂左、"..

直碰撞于。点，不计空气阻力；若小球与斜面碰撞后返回4点，碰

撞时间极短，且碰撞前后能量无损失，重力加速度g取10m/s2.则______________

可以求出的物理量是（）,"

A.a的值B.小球的初速度火

C.小球在空中运动时间D.小球初动能

7.如图所示，质量相同的4、B、C三木块从同一高度自由下落，8木块刚要下落，：

时被水平飞来的子弹击中而下落，C木块落至某一位置时被水平飞来的子弹很

快地击中，设子弹均未穿出，则4、8、C三木块在空中的运动时间以、口、生的,一

关系是（）

A.以=%<tcB.tA<tB<tcC.tA<tB=tcD.以=1B=tc

8.目前，世界各国都在积极研究磁流体发电机，设两金属板间的距离为d,两极板间匀强磁场的磁

感应强度为B.等离子体垂直进入磁场的速度为外单个离子所带的电量为q.离子通道（即两极板内

所围成空间）的等效电阻为r,负载电阻为R则下列说法中正确的是（）

A.下极板电势高

B.上下两极板间的电势差与两板间的间距无关

C.电阻R上消耗的电功率为「=立至

D.发电机的总电功率为P=史上

R+r

9.如图所示，不带电的金属球4固定在绝缘底座上，它的正上方有一B点，该处有

带正电液滴不断地由静止开始下落（不计空气阻力，每滴液滴的质量、电荷量均

相同），液滴到达4球后将电荷量全部传给4球，且前一液滴到达4球后，后一液

滴才开始下落，不计8点未下落的带电液滴对下落液滴的影响，则下列说法正确

的是（）

A.第一滴液滴做自由落体运动，以后液滴做变加速运动，都能到达4球

B.当液滴下落到重力与电场力大小相等时，开始做匀速运动

C.能够下落到4球的所有液滴在下落过程中达到最大动能时的位置均相同

D.除第一滴外所有液滴下落过程中电势能均在增加

10.如图所示，一内壁光滑的圆锥，轴线。0'是竖直的，顶点。在下方，锥角为2a,若

有两个相同的小珠（均视为质点）在圆锥的内壁上沿不同的水平圆轨道运动，则

（）

A.它们的动能相同

B.它们运动的周期相同

C.锥壁对它们的支撑力不相同

D.设顶点0为势能零点，它们的动能与势能之比相同

二、实验题（本大题共1小题，共15.0分）

11.某同学用如图甲所示的实验装置测量物块沿长木板滑动的加速度及物块与长木板间的动摩擦因

数，长木板一端固定在铁架台上的4点，另一端8支在地而上，且在8端装有测量物块下滑时的

瞬时速度的速度传感器及对应的物块到B端距离的距离传感器.

（1）实验时，打开传感器，让物块从长木板上某处由静止下落，传感器将接收到的瞬时速度及相对应

的物块离B点的距离信息传给计算机，计算机将获得的数据拟合出图乙所示的图象，由图乙上的

数据可以得到物块下滑的加速度大小a=；

(2)要测量物块与长木板间的动摩擦因数，除了测得的加速度a,还需要测量一些物理量，写出需要

测量的物理量及其符号：，根据测得的物理量表示物块与长木板问动摩擦因数的表达式

M=----------

三、计算题(本大题共4小题，共45.0分)

12.已知处于基态的氢原子的电子轨道半径r=0.53x10-lom,基态的能级值为E1=-13.6eK.

(1)有一群氢原子处在量子数n=3的激发态，画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出几

种光谱线.

(2)计算这几条光谱线中最短的波长.

13.如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨

道平面交替排列的匀强磁场当和％,81=殳=1.07,Bi和外的方向相反，两磁场始终竖直向

上做匀速运动，电梯轿厢固定在图示的金属框abed内，并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质

量为4.95X1。33，所受阻力/=500N,金属框垂直轨道的边长ab=2.0m,两磁场的宽度均与

金属框的边长ad相同，金属框整个回路的电阻R=8.0xICT。，g取lOm/s?.已知电梯正以巧=

10m/s的速度匀速上升，求：

x^xXX

XXXX

XXXX

XXXX

XXXX

A7,1--------------------口。

(1)金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向;

(2)磁场向上运动速度%的大小；

(3)该电梯的工作效率。

14.如图所示，绝缘水平面上有相距为L-15nl的4、B两点,质量为m-2.2kg、带电量为q=+3x

10-4c的物体静止放在水平面上的4点，其与水平面间的动摩擦因数为〃=0.5。某时刻，空间加

上与水平方向成0=37。角斜向上的匀强电场，使物体从静止开始加速运动，经过C点时，电场

突然消失，物体继续运动到B位置停下。已知物体减速运动的时间是加速运动时间的2倍，

sin37°=0.6,cos370=0.8,重力加速度g取lOm/s2,求：

(1)匀强电场的电场强度；

(2)电场中4、C两点之间的电势差。

15.如图所示,一质量M=0.8kg足够长的绝缘平板放在光滑的水平地

面上，平板右端紧靠竖直墙壁，整个空间加有水平向左的匀强电

场，场强大小E=0.6V/m,竖直墙壁左边宽度为d=1.5m的范围

内加有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个质量m=0.2kg,电荷量

q=lC带负电的小物体(可视为质点)，从板上的P点由静止释放，进入磁场恰好开始匀速向右运

动，当它与竖直墙壁相碰撞时撤去电场和磁场，设在碰撞前后的瞬间物体的速度大小不变、方

向相反.已知物体与平板间的动摩擦因数“=0.2,P'点到磁场左边界的距离L=2.0m,重力加

速度g取lOm/sz.求：

(1)磁感应强度B的大小;

(2)从物体开始运动到相对于平板静止的过程中，由于摩擦产生的热量Q.

参考答案及解析

1.答案：C

解析：解：4、当「=小时，分子间作用力为零，分子势能最小，A错误；

B、当「=?时，分子间作用力为零，若r<r0时分子间作用力越大，B错误；

C、露珠呈球状是由于液体表面张力的作用，C正确；

。、多晶体的物理性质都是各向同性的，。错误；

故选C

分子间既存在引力又存在斥力，我们说的分子力是二者的合力，当「=为时，分子间作用力为零，分

子势能最小.单晶体的物理性质都是各向异性的.

本题考查了分子之间的作用力随分子间距的变化，需要注意的是在「=小时，分子间作用力为零并不

是不受分子力，分子势能最小并不是零.

2.答案：A

解析：

根据爱因斯坦光电效应方程列式，分析钙逸出的光电子波长、频率、能量和动量大小，金属的逸出

功%%，%是金属的截止频率。

解决本题的关键要掌握光电效应方程，明确光电子的动量与动能的关系、物质波的波长与动量的关

系X

根据爱因斯坦光电效应方程得：Ek=hy-W0,

又%=hyc,

联立得：Ek=hy-hyc,

据题：钙的截止频率比钾的截止频率大，由上式可知：从钙表面逸出的光电子最大初动能较小，由

，=而皈，可知该光电子的动量较小，根据人=、可知，波长较大，则频率较小，故A正确，B、

C、。错误。

故选

3.答案：B

解析：解：4、如图，由几何知识可得入射角》=448。=30。，折射角rM

2乙48。=30。=60。/

则此玻璃的折射率为九=等=遍，故A错误.\一一/

sini\y

B、BO长度而=2Rcos30°=73/?

光在玻璃球内传播的速度°=£=

n3

故光线从8传到。的时间为£=迈="，故8正确.

VC

C由sinC=L=立〈五，则临界角C<45。

n32

所以若增大NABD,入射角能大于临界角，光线可能在。M段发生全反射现象，故C错误.

。、要使出射光线平行于AB,入射角必为30。，若减小乙4BD,入射角减小，则从40段射出的光线与

48不平行，故。错误.

故选：B.

根据几何知识求出入射角和折射角，由折射定律求折射率.由几何关系求出BD长度，由求出

光在玻璃球内传播的速度。，再由t=；求出时间.对照全反射条件分析增大乙480,光线能否发生全

反射.

本题是折射定律和全反射知识的应用，关键是画出光路图，运用几何知识求解入射角与折射角，即

可求解.

4.答案：D

解析：解：4、a球作摆动，绳子的拉力作周期性变化.b球在水平面作匀速圆周运动，竖直方向没

有加速度，则有

Fbcos9=mg,&=枭，保持不变，

所以图乙中直线d表示绳子对小球b的拉力大小随时间变化的关系，直线c表示绳子对小球a的拉力大

小随时间变化的关系，故A错误；

B,a球在最低点4F0-rng=

b球竖直方向4E（）cosO=mg,水平方向4FoSin。=加点？，

联立解得龙=竺叱詈竺竺，

而域="”产曳，显然cos。41,所以％中以。故B错误；

CD,在甲图中，设小球经过最低点的速度大小为绳子长度为3则由机械能守恒得:

mgL^l—cosd)=-1mv7z,

2

在最低点，有七一小9=巾1

联立解得心=mg(3-2cos0)

由图乙知七=%,即mg(3—2cos。)=器，解得8=60。，故C错误，。正确。

故选：D。

a球作摆动，绳子的拉力作周期性变化.b球在水平面作匀速圆周运动，绳子的拉力大小不变.由向

心力知识分别得到绳子的最大拉力表达式，由图乙两种情况最大拉力大小相等，联立即可求解8。

本题要分析清楚两小球的运动情况，知道指向圆心的合力提供小球做圆周运动的向心力，应用机械

能守恒定律与牛顿第二定律即可正确解题。

5.答案：B

解析：解：4、大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强，与气体重力

无关，故A错误；

8、一定质量的气体，温度一定，体积减小，分子数保持不变，则分子密集程度增大，气体发生等温

变化体积减小，由玻意耳定律可知，气体压强增大，故8正确；

C、等容变化过程中，若气体分子平均动能增大，则气体压强变大，故C错误；

。、从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，

与分子碰撞次数和分子碰撞力有关，当压强不变而体积和温度变化时，单位时间内与器壁单位面积

碰撞的分子数和分子力合的作用效果一样，那么当温度升高，分子力增大，分子数就减小，当温度

降低，分子力减小，那分子碰撞次数增大，故。错误。

故选：B。

大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。单个分子碰撞器壁的冲力

是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的

观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。

气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关，气

体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。

6.答案：A

解析：解：设初速度必与竖直方向夹角6，则0=90。一以1)；

由4点斜抛至至最高点时，设水平位移为匕，竖直位移为由最高点至碰撞点。的平抛过程n中水

V

平位移为%2，竖直位移点抛出时：X=vosinp(2)；Vyi=v0cosp(3)；=^-(4)»

小球垂直打到斜面时，碰撞无能力损失，设竖直方向速度%2，

则水平方向速度保持％：=%sin0不变，斜面倾角。=45°,vy2=vxtan45°=vx=vosinp(5)；y2-

当⑹；

2g

Vo(cos2/?-sin2/?),r、

△y=yi-y2=―~-(7),

平抛运动中，速度的偏向角正切值等于位移偏向角的正切值的二倍，

所以：瓷/詈=加11(90。-£)=就(8),由(8)变形化解：x1=2y】tan"酗誓々9)；

4VX乙4mlipQ

同理，n中水平位移为：x2=2y2tan45°=^^(10);

_唳出°(sin0+cos。)

%总=%]+~(JI)

黄=tan45°f故4y=%总，即—2si印=sin13—cos8(12),

S-

由此得tan£=-,a=90°—/?=90°—arctan-o

故可求得a的值，其他选项无法求出；

故选：Ao

根据运动的合成与分解，4点至。点的曲线运动分为两个阶段：I阶段为4点斜抛至竖直最高点，此

时竖直速度减为零，I阶段反向看是平抛运动；n阶段为从竖直最高点平抛至碰撞点D,由两个运

动过程结合平抛运动结论求解。

此题以斜抛为载体，实质等效为两个阶段的平抛运动，学生需掌握平抛运动的分解及其推论才可正

确解题，同时对数学运算能力要求很高，难度很大。

7.答案：A

解析：解：木块4做自由落体运动。

木块B在刚要下落时被水平飞来的子弹击中并留在其中，使木块获得水平速度，之后木块和子弹一起

做平抛运动，竖直方向上的分运动仍然为自由落体运动。

木块C在下落途中被一颗子弹沿水平方向击中并留在其中，设子弹击中木块C前木块C的速度为口子

弹击中木块C后竖直分速度为之,取竖直向下为正方向，由竖直方向的动量守恒得：mcv=(7nc+

m给"B,可知如<u,所以子弹击中木块C后，木块C的竖直分速度减小，在空中的运动时间延长，

所以，tA=tB<tc,故A正确，BCD错误。

故选：Ac

子弹击中木块并留在其中的过程，系统的动量近似守恒，由动量守恒定律分析木块竖直方向分速度

的变化情况，然后分析三木块在空中运动时间的长短。

解决本题的关键要明确子弹击中木块的过程遵守动量守恒定律，并能运用运动的分解法研究木块C的

运动情况。

8.答案：D

解析：

根据电场力和洛伦兹力平衡求出电动势的大小，结合闭合电路欧姆定律求出电流的大小，从而得出

两极板间的电势差。根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小，通过P=E/求出发电机的总功率，及

电阻R上的消耗功率。

解决本题的关键知道稳定时，电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡，结合闭合电路欧姆定律进行求解。

解：4根据左手定则，可知，正电荷向上偏，负电荷向下偏，则上板是电源的正极，下板是电源的

负极，故A错误；

8.根据quB=q^得电动势的大小为：E=Bdv,故B错误；

C.闭合电路欧姆定律，则流过R的电流为：/=5-=竽，而功率。=/27?=翳U乩故C错误；

AT7*K~rV(H+T)

D设总功率为P,电源功率，P=IE,且/=普，则有：「=且=空史，故。正确。

R+rR+rR+r

故选Do

9.答案：D

解析：

随着球4液滴增多，带电量增大，空间产生的场强增强，除第一滴液滴做自由落体运动，以后液滴做

变加速运动，不一定能到达4球；通过分析受力情况，判断液滴的运动情况；当液滴所受的电场力与

重力相等时动能最大，但各个液滴动能最大的位置不同，最大动能不等；根据功的公式W=F，分析

电场力做功关系。

本题关键要正确分析液滴的受力情况，从而判断其运动情况，知道液滴所受的电场力与重力平衡时

动能最大，类似于小球掉在弹簧上的问题，要能进行动态分析。

解：4、液滴到达4球后将电荷量全部传给4球，所以4球电荷量Q逐渐增加，以后的液滴下落过程中

受到重力和电场力共同作用，当电荷量Q增加到一定程度后，液滴将不能到达4球，故A错误；

8、液滴受到的电场力是变力，当液滴下落到重力等于电场力位置时，速度最大，以后将减速下落,

故8错误；

C、设速度最大处液滴距4球的距离为R,有mg=黑,可以看出随Q逐渐增加，R也逐渐增加，故C

错误；

。、除第一滴外所有液滴下落过程中，电场力做负功，所以电势能增加，故。正确

故选：D

10.答案：D

解析：解：对小球受力分析，受重力和支持力，如图：

由几何知识知：F=mgcota,两小球质量相同，则合力尸相同。

A.根据牛顿第二定律，有：F=mgcota=m^-

得：v=y/grcota

4的半径较大，则u较大，即动能较大，故A错误；

8.根据尸=A的半径r较大，则周期T较大，故B错误；

C.由图中几何关系：N=黑,a相同，故N相同，故C错误；

。.球的动能为=gmgrcota,势能：mgrcota,则动能与势能之比为%故动能与势能之比为定

值，与距离顶点的高度无关，故。正确；

故选：Do

对小球受力分析，受重力和支持力，合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解即可。

解决该题的关键是正确对小球进行受力分析，掌握小球做圆周运动的向心力是在水平方向，找到其

向心力的表达式；

1L答案：j长木板4B间的距离L及4到水面的距离九；军黑

yvLiri

解析：解：（1）在乙图象中，根据速度位移公式可知后=2也可知：。=今

NX。

（2）根据牛顿第二定律可知：mgsinO-p.mgcos0=ma

解得“贽？

故要求的摩擦因数，需要知道斜面与水平面的夹角，故需测量长木板4B间的距离L及4到水面的距离

八，代入数据解得：〃=若券

gvL-ri

故答案为：（1）/；（2）长木板4B间的距离L及4到水面的距离九，

（1）根据病-x判断出物体下滑的加速度大小;

(2)根据牛顿第二定律表示出摩擦因数，即可判断所需测量的物理量，代入即可求得摩擦因数大小

本题主要考查了利用牛顿第二定律求得摩擦因数的方法，关键是抓住实验的原理，知道需要测量的

物理量即可

12.答案：解：当氢原子从量子数几=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线.如图所示:

n=3

n=2

n=l

(2)从n=3的激发态跃迁到基态时，放出的光子能量最大，波长最短.

由%-Ei=竽得:

8

he6.63x10-34x3x10

X—--------=------------------------------------)71

E3—E](-1.51-(-13.6))x1.6xIO-19

=1.03xIO_7m=103nm.

答：(1))氢原子一共发出3种光谱线，如上图所示；

(2)光谱线中最短的波长为103nm.

解析：根据高能级跃迁到低能级画图；

波长最短，即频率最大，能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差.

本题考查对玻尔理论的理解和应用能力，关键抓住辐射的光子能量与能级差之间的关系.

13.答案：解：(1)对abed金属框，由衡条件得：2F^=mg+f,

安培力：F^=Bl-ab,解得：/=1.25x10。；

由右手定则可知，图示时刻电流方向为：adeb；

(2)感应电动势：E=2B-ab(y0-v^,

E=IR,解得:v0=12.5m/s；

(3)有用功率：P=mg%，

总功率：=2F对％,

效率：〃X100%,

总

解得：牛=79.2%；

答：(1)金属框中感应电流的大小为1.25xIO",图示时刻感应电流的方向为：adeb；

⑵磁场向上运动速度处的大小为12.5m/s；

(3)该电梯的工作效率为79.2%.

解析：金属框匀速上升时，ab、cd两均切割磁感线产生感应电动势，两边均受到安培力，根据平衡

条件和右手定则可确定感应电流的大小和方向.由欧姆定律和感应电动势公式求出磁场向上运动速

度%的大小.根据功率公式求出重力、阻力和的热功率，进而求出效率.

本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下

运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力.

14.答案：解：(1)设电场强度为E,加速的时间为3则减速时间为23加速的加速度为a