2021届新高考物理模拟培优卷（九）

2021届新高考物理模拟培优卷（九）

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。

L查德威克在用X粒子轰击钺核的实验中发现了中子，解决了物理学家在原子研究中遇到的

难题，使原子物理研究取得了一项突破性进展。下列核反应方程中，产生的未知粒子

（XPX?、X?、X4）不是X粒子的是（）

A.瞪UY4Th+X|B.留Thf：：Pa+X,C.：H+：HfX,nD.2；H-^-X.

yzw1yuyiz113u14

2.如图所示，中间有缺口的铁芯绕有两个线圈，原、副线圈匝数比为2=原线圈两端交

流电压为"=30应sinlOCtoV,副线圈两端接一阻值为70。的电阻R,其他电阻均忽略不计。

由于铁芯有缺口，这种变压器磁通量损耗很大，则副线圈中理想电流表的示数可能是（）

C.3AD.2A

3.如图所示，物体甲放在水平地面上，物体乙用不可伸长的轻绳跨过定滑轮后与物体甲相连,

初态物体甲、乙都静止，现用力尸作用于物体乙和定滑轮A间的。点，缓慢将绳由沿

竖直方向拉成沿水平方向，此过程中力厂的方向始终与垂直，物体甲始终保持静止。下

列说法正确的是（）

A.此过程中尸先增大后减小B.绳子对滑轮的作用力先减小后增大

C.物体甲对地面的压力一直减小D.物体甲对地面的摩擦力一直减小

4.相距为L的质量不等的两颗星球组成双星系统，做匀速圆周运动的周期为T,若要给这个

系统发射一颗人造卫星，卫星质量远远小于星球质量，卫星也绕双星轨道圆心做匀速圆周运

动。对于这颗人造卫星，单纯从牛顿力学的角度分析，下列说法正确的是（）

A.卫星轨道与双星系统的轨道同平面，轨道半径一定大于4

B.卫星位置一定在两星球连线或连线的延长线上

C.卫星运动周期为T

D.卫星轨道半径越大，线速度越小

5.如图所示为霍尔元件的简易图，已知该元件为长方体，长、宽、高分别为。、4c,该元

件内的导电微粒是电子，电子的电荷量为e,元件单位体积内的电子个数为N,空间中存在

竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为8,当元件中通有水平向左的电流时，前后表面的

电势差为U。下列说法正确的是（）

A.前表面的电势比后表面的电势低

B.仅增加前后表面的距离6,则前后表面的电势差。减小

C.仅增加上下表面的距离c,则前后表面的电势差U增大

D.通入的电流的大小为N廿eU等c

6.均匀带电的球壳在球壳外空间中某点产生的电场可等效为在球心处所带电荷量相同的点

电荷产生的电场。如图所示，半径为R的半球壳（厚度不计）上均匀分布着总电荷量为q

的正电荷，以球心0为坐标原点、以过半球壳中心的轴线为x轴建立坐标系，在x=R处固

定一带电荷量为-。的点电荷，在x=1.5R处由静止释放一试探电荷，在x=2R处试探电荷速

度最大，静电力常量为左，则x=-2R处的电场强度大小为（）

,Q

C.0一公

7.如图所示的电路，电源电动势E恒定且内阻厂不可忽略，K、6、用为定值电阻，尺为滑

动变阻器，APA?为理想电流表，VPV2,V3为理想电压表。闭合开关后，小右分别表示

两个电流表的示数，5、［4、Q分别表示三个电压表的示数。现将滑动变阻器耳的滑片稍

向上滑动一些，AZPA/。分别表示两个电流表示数变化的大小，△%、公6、分别表示三

个电压表示数变化的大小。下列说法正确的是（）

\U,,AZ7,

C.A%小于大于环

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。

8.如图所示，一竖直圆盘上固定一质量为0.2kg的小球（可视为质点），小球与圆盘圆心。

的距离为5cm。现使圆盘绕过圆心。且垂直于圆盘的水平轴以大小为10rad/s的角速度匀

速转动，重力加速度大小为g=10m/s2,则（）

A.小球的重力和圆盘对小球作用力的合力不变

B.当小球运动到。点正上方时，圆盘对小球的作用力最小

C.圆盘对小球的作用力方向与竖直方向的夹角最大为30°

D.小球从最高点运动到最低点的过程中，圆盘对小球的作用力一直增大

9.如图所示，劲度系数上=10N/m的轻质弹簧放置在光滑的水平面上，左端系在墙上，在大

小为10N的水平向左的推力歹作用下，物块4B紧挨着弹簧处于静止状态，两物块不粘

连，质量均为，"=2kg。现突然改变厂的方向使其水平向右，即变为拉力作用在物块8上,

同时产的大小按某种规律变化，使A、B一起以a=4m/sz的加速度向右做匀加速运动，直到

A、B分离,弹簧始终处于弹性限度内，贝心）

A.两物块刚开始向右做匀加速运动时，拉力为10N

B.弹簧刚好恢复原长时，两物块正好分离

C.从两物块一起做匀加速运动开始，经过巫s两物块正好分离

10

D.从两物块一起开始做匀加速运动到分离，拉力厂对物块做的功为1.4J

10.圆心为。、半径为R的圆形区域内存在磁感应强度大小为2、方向垂直纸面向外的匀强

磁场，磁场边缘上的A点有一粒子源，该粒子源可以在纸面内向磁场中发射速度不同的同

种带电粒子，OA竖直，MN与OA平行，且与圆周相切于B点，在MV的右侧有方向水平

向左的匀强电场。当粒子的速度大小为％且沿A。方向时，粒子刚好从B点离开磁场。不计

粒子重力和粒子间的相互作用。下列说法正确的是（）

A.粒子的比荷为白

B.速率同为%的粒子在磁场中运动的总时间与入射方向有关

itR

C.若粒子的速度大小为2%且沿A。方向时，粒子第一次在磁场中运动的时间为—

“0

D.粒子的速度大小为.v0且方向沿纸面内各个方向时，g的圆周上有粒子射出磁场

三、非选择题:共54分。第11-14题为必考题，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。

1L用图示装置验证动量守恒定律。先安装好实验装置，在水平面上铺一张白纸，白纸上铺

放复写纸，在白纸上记录下重垂线所指的位置。，实验中静止释放小球A,释放点位置不变。

（1）小王选择了两半径相等的小球，测得%=2.00kg,%=3.99kg,测得不放被碰小球B

时，小球A的落点为N,ON=0.40m,放上被碰小球B时，被碰小球B的落点为尸，小球

A的落点为。，（9P=0.20m,则该碰撞过程中动量_______（选填“守恒”或“不守恒”），实

验目的达到后，小王利用所给数据，又判断了该碰撞中机械能是否守恒，小王判断的结果是

机械能（选填“守恒”或“不守恒”）。

（2）小李选择了另外两个半径相等的小球C、D,测得加0>7生，但没有测量两小球的具

体质量，测得不放被碰小球。时，小球C的落点为P,放上被碰小球。时，小球C的落点

为M,被碰小球。的落点为N,用刻度尺测量出OM、OP和ON的长度，若小李要验证碰

撞为弹性碰撞，则需要验证的关系式是（用。w、OP和。N表示）。

12.某实验小组计划测量电源的电动势和内阻。

（1）用如图1所示的实验电路测量毫安表的内阻，实验器材如下：

待测毫安表A1（量程为10mA,内阻约为50。）；

电源（电动势约为L5V,内阻不计）；

电阻箱鸟（0~999.90）；

滑动变阻器&（0-10Q）；

单刀单掷开关和单刀双掷开关各一个及导线若干。

①电表X需要选择下列仪表中的=

A.电流表（0~0.6A）B.电压表（0~3V）C.电压表（0~1V,内阻为100。）

②实验步骤如下：

闭合开关K］之前，应该将滑动变阻器的滑片滑到端（填或"b"）,闭合开

关将单刀双掷开关接1,调节滑动变阻器的滑片，使电表X有适当的示数乙；将单刀

双掷开关接2,保持滑动变阻器的滑片不动，调节电阻箱的阻值，使电表X的示数仍为尤。。

若此时电阻箱的阻值为与，则毫安表的内阻为.

图1

（2）将毫安表与一电阻箱串联改装成电压表V（量程为0~3V,内阻为小），取一电阻箱

R并用图2所示的电路测量电源的电动势和内阻。实验步骤如下：

①调节电阻箱R,使电压表有适当的示数；

②记录电阻箱R的阻值和电压表的示数U；

③重复步骤①、②，多测几组数据；

④用图象法处理数据，以!为横轴，以《为纵轴得到的图象为一条直线，若最后测得此直

RU

线的斜率为左，纵截距为6,则可以求出电源的电动势，电源的内阻

r=（用题目中给的物理量符号表示）。若考虑电压表的分流，则电源内阻的测量

值比真实值_________（填“偏大”“偏小”或“相等”）。

13.如图所示，质量为机、带电荷量为-4（4>0）的小物块静止在墙壁A处，A处有一个弹射

器（未画出），可让小物块瞬间获得动能，并向右运动，是长度为4R的绝缘水平轨道,

2端与半径为R的光滑绝缘半圆轨道相切，半圆的直径3。竖直，且Q的右侧空间有

水平向右的匀强电场（图中未画出），电场强度后=誓,g为重力加速度。小物块与AB间

的动摩擦因数〃=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8o若小物块恰能通过半圆轨道，求:

D

C

（1）小物块在A点获得的动能Ek-

（2）小物块运动到半圆轨道最高点D时对轨道的压力大小。

14.距离为d的两根轨道ABE尸、8GH平行放置，48、与水平面的夹角为30。，BE、DG

为两段光滑绝缘圆弧轨道（长度可忽略），除BE、0G两段外其余部分均为金属，电阻可

忽略不计，EF、GH均光滑、足够长且二者在同一水平面上，轨道的4c端接一个电容为

c=券的电容器，FH端接一个电阻恒为R的小灯泡，ABC。所在平面内的磁场方向垂

直于平面向下，EG右侧的水平面内的磁场方向竖直向上，磁感应强度的大小均为团长为

d、质量为优、电阻不计的导体棒尸从靠近AC端的位置由静止开始沿轨道下滑，在EG处

与静止在此处的质量为2租、电阻为2R、长度为d的导体棒。发生弹性碰撞，碰撞后瞬间

导体棒尸被拿走，此时小灯泡刚好正常发光。P棒的初始位置离水平面的高度为/?,导体棒

与倾斜轨道间的动摩擦因数为〃=塔，重力加速度为g,导体棒在运动过程中始终与轨道

垂直且接触良好。求:

（1）小灯泡的额定功率；

（2）导体棒。在磁场中运动的距离及此过程中导体棒Q上产生的焦耳热。

（二）选考题:共12分。请考生从2道题中任选一题作答。如果多做，则按所做的第一题计

分。

15.【选修3-3】

（1）某实验小组的同学进行“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。若油酸酒精溶液的体积

分数为上〃滴溶液的体积为V,取1滴溶液滴在浅盘上形成的油膜面积为S,则油酸分子的

直径大小应为o实验时，如果所用的油酸酒精溶液长时间放置在空气中，则测量结果

O(填“偏大”“偏小"或'不变”)

(2)如图甲所示，一个厚度不计的圆筒形导热气缸开口向上竖直放置，气缸底面积

S=lxl(T*m2,高度介=0.2m,己知大气压强=1.0xl()5pa,室温为7℃,取g=DM2»

缸内气体可视为理想气体。

(i)若室温升到27℃,求此时气缸内空气质量与室温为7℃时气缸内空气质量之比；

(ii)若室温仍为7°C,如图乙所示，在气缸开口处加质量为加=02kg的活塞，活塞与气

缸之间无摩擦且不漏气，如果在活塞上缓慢放置一定质量的细砂，气柱高度变为气缸高度的

j,求砂子的质量并判断此过程缸内气体吸热还是放热。

国甲图乙

16.【选修37】

(1)如图所示是实验室测得的一个单摆的共振曲线。取g=10m/s2,/=10,则该单摆的

摆长约为m(结果保留一位小数)，若摆长减小，共振曲线的峰将向移动。

(2)如图甲所示为某半径为R的半球形透明介质的截面，A5为半圆的直径，。为圆心，

在。点左侧，一束单色光从A。上的E点垂直射入半球形介质，在圆弧上恰好发生全反

射，OE=—R0

2

(i)求该半球形透明介质的折射率。

(ii)若将该透明介质制成截面为直角三角形的透明体，如图乙所示，ZABC=30°,AC边

的长度为L=fm,令上述单色光的平行光束从AC边以45。角入射，求边和8c边上

有光射出的区域的长度之和(不考虑光在介质中二次反射)。

图甲图乙

答案以及解析

L答案：B

解析：查德威克通过a粒子轰击镀核的实验发现了中子，根据核反应遵循电荷数守恒和质量

数守恒判断出XrX3>X4是a粒子，X?（_：e）不是a粒子，选项B符合题意。

2.答案：D

解析：原线圈两端电压的有效值为-=¥^V=30V,若铁芯没有缺口，根据理想变压器

电压关系*=:得，副线圈两端电压的有效值为6=210V,由于铁芯有缺口，考虑到磁

通量实际有损耗，副线圈两端电压的有效值应小于210V,则副线圈中电流的有效值应小于

210V

/不~=3A,则副线圈中理想电流表的示数可能是2A,选项D正确。

3.答案：D

解析：设物体甲质量为物体乙质量为小，某时刻对。点受力分析并建立如图1所示坐

标系，有工=尸一/gsin6=0,Fy=T-mgcos0=0,解得歹=mgsinO,T=〃?gcos。，由题

意可知6角缓慢从0°增大到90。，所以力尸逐渐增大，绳子张力T逐渐减小，A错误；由于

绳子张力逐渐减小，同时滑轮两侧的绳子的夹角逐渐变大,所以绳子对滑轮的合力逐渐减小,

B错误；对物体甲受力分析并建立如图2所示的坐标系，有尺'=Tsina-4=0,

F^=FN+Tcosa-Mg=0,解得与=Tsina,工,二色-Tcosa,由A项分析可知绳子张力

T逐渐变小，滑轮左侧绳子与竖直方向夹角a不变，所以地面对物体甲的支持力品逐渐增

大，即物体甲对地面的压力逐渐增大，物体甲受到的摩擦力与逐渐减小，即物体甲对地面

的摩擦力逐渐减小，C错误，D正确。

X

4.答案：C

解析：卫星质量远远小于星球质量，不用考虑卫星对双星系统的影响，卫星绕双星轨道圆心

做匀速圆周运动，则卫星所受合力一定总指向轨道圆心，故卫星在运动中相对双星有固定的

位置，轨道与双星轨道共平面，卫星可以在双星连线上，也可以是三星连线为三角形，选项

B错误；在双星连线上时，卫星轨道半径可以小于白，选项A错误；卫星运动周期必须与

2

双星周期T相同，所受合力大小恒定，选项C正确；周期一定，则轨道半径越大，线速度

越大，选项D错误。

5.答案：D

解析：由题意可知，电流方向向左，电子定向移动的方向向右，由左手定则可知，电子所受

洛伦兹力的方向指向后表面，则后表面带负电，因此前表面的电势比后表面的电势高，选项

A错误；当电子所受的电场力和洛伦兹力相等时，电子处于平衡状态，设电子定向移动的速

度大小为v,则由平衡条件可知egneBv,解得。=8加，因此仅增加前后表面的距离，前

后表面的电势差增大，选项BC错误；由电流的微观表达式有/=NeSv=NMcv,则由以上

可解得/=2Ne等Uc，选项D正确。

6.答案：A

解析：试探电荷在x=2R处的速度最大，说明试探电荷在该处的加速度大小为0,即点电荷

和半球壳在此处产生的电场强度大小相等，设半球壳在此处产生的电场强度大小为耳，有

纥,将半球壳补全，完整球壳在x=-2R处产生的电场强度大小为耳由对

称性可知右侧半球壳在x=-2R处产生的电场强度大小为纥=4,左半球壳在x=-2R处

qq

产生的电场强度大小为£=上,尤=-2R处的电场强度大小为E'=k

2R22发

故A选项正确。

7.答案：C

解析：滑动变阻器的滑片向上滑动，滑动变阻器凡接入电路的电阻变大，由“串反并同”

可知6变大，A错误；由欧姆定律可知?=&+&，叫接入电路的阻值变大，所以半变大,

B错误；电压表V2的示数等于电阻舄和凡两端的电压之和，凡接入电路阻值变大，电压表

Y的示数变大，由于总电流变小，但是流过招的电流变大，所以流过电阻用的电流变小,

电阻耳两端的电压变小，所以公。3大于AL，C正确；由闭合电路欧姆定律分析可知

AU.AU,

笠看…%所以才小于家,D错误。

8.答案：BCD

解析：小球随圆盘做匀速圆周运动，合力提供向心力，大小不变，K=;W02=1N,方向时

刻改变，选项A错误；当小球运动到。点正上方时圆盘对小球的作用力最小，为

£=〃?g-4=lN,选项B正确；如图所示，当圆盘对小球的作用力方向与半径方向垂直时,

F1

与竖直方向夹角最大，此时sinO=1=彳,则0=30。，选项C正确；根据力的矢量三角形

mg2

可知，小球从最高点运动到最低点的过程中，圆盘对小球的作用力一直增大，选项D正确。

解析：系统静止时，弹簧的压缩量设为玉,g=F0，代入”=10N、Zc=10N/m,解得占=lm,

两物块刚开始向右做匀加速运动时，对两物块由牛顿第二定律有尸+片=2，w,代入数据可

得尸=6N,A错误；两物块刚好分离时，物块之间的弹力正好为0,设此时弹簧的压缩量

为乙，对物块A由牛顿第二定律有包=加。，解得X2=O-8m,B错误；两物块一起做匀

加速运动，分离时运动的位移/-02m,由x总=ga产解得f=*s,C正确；

弹簧对两物块向右的弹力与与弹簧的压缩量x的关系图象如图所示，弹力对两物块做正功,

则有%=（4单2+与J（占一%）,由胡克定律有/=g、=依2,可得%=L8J,两物

母2

块从一起做匀加速运动到分离，应用动能定理有叫+吗单=gx2〃w2-o,v=s,解得

WF=1.4J,D正确。

10.答案：AD

解析：当粒子的速度大小为%且沿A。方向时，设粒子在磁场中运动轨迹的圆心为a,运动

轨迹如图1所示，由几何关系得粒子在磁场中运动轨迹的半径4=R,带电粒子在磁场中做

匀速圆周运动，由牛顿第二定律有解得@=2，A正确；当粒子的速度大小

4mBR

为％且沿其他方向时，设粒子第一次由C点射出磁场，粒子在磁场中的运动轨迹如图2所

示，设粒子运动轨迹的圆心为轨迹所对圆心角为4,由几何关系可知0Ao2c是一个菱

形，所以粒子从C点离开磁场时的速度方向平行于电场方向，粒子在电场中做匀变速直线

运动先减速到零又反向加速从C点再次进入磁场，设再次进入磁场后粒子运动轨迹的圆心

为轨迹所对圆心角为%,由几何关系可知a+a=兀，速率为%的粒子在磁场中做完

T2成

整圆周运动的周期T=—,所以速率为%的粒子在磁场中运动的总时间

%

1TIR

t=tl+t2=~T=—,与粒子速度方向无关，B错误；粒子的速度大小为2%且沿4。方向进

乙%

入磁场时，由牛顿第二定律有女2%5=小强，解得此时粒子在磁场中运动的轨迹半径

r2

f2兀弓2TIR

r2=2R,此时粒子在磁场中做圆周运动的周期为T=L=—,粒子在磁场中运动的轨迹

如图3所示，由几何关系有tana=*=:<£,所以则粒子第一次在磁场中运动

弓236

2aeTTIRG

的时间r=^T<Z=丁，c错误；粒子的速度大小为组%时，粒子离开磁场的位置离A

Z71O3%2

32

点最远时其运动轨迹如图4所示,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qx走％5=加心，

2°丫3

解得看=&,由几何关系有sin£=g,解得尸=60°,NAO尸=120。，当粒子入射速度方

2R

向沿纸面内各个方向时，粒子离开磁场的位置在AF弧之间，粤=』，D正确。

3603

(2)OP=ON-OM

解析：(1)用平抛运动的水平距离代替两个小球的速度，

mAON=2.00kgx0.40m,mBOP=3.99kgx0.20m,由于碰撞后球A的动量为0,因此在误差

222

允许范围内叫ON=mBOP,系统动量守恒；碰前有|mA(ON)=-x2.00kgx(0.40)m,碰

后有(。尸了=；x3.99kgx(0.20)2m,计算可知系统动能有损失，因此机械能不守恒。

(2)若碰撞为弹性碰撞，则满足=S二。Af+/ON,

222

|mc(OP)=|mc(OM)+^mD(ON),解得OP=ON-OM。

12.答案：(1)①C

②。；Ri

Ik

(2)@E=-；r=—；偏小

bb

解析：(1)由于毫安表的量程为10mA,所以电表X不能选择A选项中量程为。〜0.6A的

电流表，而B选项中的电压表内阻未知，不能使用，C中的电压表在内阻已知的情况下可

IV

以改装为电流表，它允许通过的最大电流，m=痂6=10mA,所以电表X应该选择C；

闭合开关之前应该让并联支路的电压最小，所以滑动变阻器的滑片应该置于。端；由于实验

使用替代法测电阻，所以当开关K?接2,电表X的示数仍为与时，电阻箱的阻值即为毫安

表的内阻。

(2)④忽略电压表的分流影响时，由闭合电路欧姆定律有=整理得

R

1r1111r1

-=-x-+-,以上为横轴，以上为纵轴得到的图象为一条直线，由题意有人二上力=上，

UERERUEE

1k

解得£=若考虑电压表的分流作用，则电源内阻的测量值为电源内阻与电压表内

bb

阻的并联电阻阻值，即谢=仔/〈餐，所以电源内阻的测量值比真实值偏小。

"十Ny

13.答案：(1)—mgR(2)—mg

解析：(1)设小物块在半圆轨道上的尸点时，电场力与重力的合力指向半圆轨道的圆心。

由题意知小物块恰能通过半圆轨道，说明小物块在尸点的向心力由电场力与重力的合力提

供，如图所示，其中tanO=^=1,贝I]0=37。

mg4

解得力

研究小物块从A到P的过程，由动能定理有

-"mg-47?-mgR(l+cos37°)-qERsin37°=mvp-Ek

39

解得稣=《~mgR

o

(2)研究小物块从A到。的过程，由动能定理有一〃=g机式,一线

解得VD=3屈^

设小物块在。点受到轨道向下的支持力，大小为凡则有"咯+尸=〃7日

R

3

解得公产

3

根据牛顿第三定律知，小物块运动到半圆轨道最高点。时对轨道的压力大小为产

14.答案：(1)8BY-ghQ)]6mgh

243R81

解析：（1）导体棒尸在倾斜轨道上运动时，对导体棒尸受力分析有

mgsin300—jumgcos30—F^=ma

△q」nCAU,nCBdAv,八八2j2

且G=BId=B—d=B-------d=B----------d=CBda

AtAtAt

mgg

解得〃=

3(m+CB2d2)6

h

设P棒到达EG时的速度为%,有说=2"

sin30°

设导体棒P、。碰撞后瞬间的速度分别为彩、匕

P、Q棒碰撞过程动量守恒，有mv0=mv2+2加匕

由能量守恒定律有^mvo=（机试+；x2:阴2

2

解得匕=1

此时导体棒0产生的感应电动势£1=&%

E

此时流过灯泡的电流/=

R+2R

8B2d2gh

此时灯泡的功率尸=4页=/2xR=

2437?

（2）当导体棒。在水平轨道上滑动时，对导体棒。由动量定理有

/安=0_2祖匕

设导体棒。在水平轨道上滑动的时间为右通过的距离为尤，则有