（全国卷）2021届高考物理模拟测试题二（含解析）(时间：60分钟，满分110分)二、选择题：本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第14～18题只有一项符合题目要求，第19～21题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．14．下列说法正确的是( )A．放射性元素无论是以单质还是化合物的形式存在，其半衰期不变，说明元素的放射性与核外电子无关B．某种天然放射性元素及其人工放射性同位素可以有相同的半衰期C．组成原子核的核子之间存在的核力是短程力，且与电荷有关D．居里夫妇发现经α粒子轰击的铝片中含有放射性磷，核反应方程为：He＋Al→P15．平行金属板A、B带等量异种电荷，以过两板中心O点(原点)的某轴线为x轴、由A指向B的方向为场强的正方向，作出场强大小随坐标变化的图象如图所示，其中aO＝Ob＝l.下列说法正确的是( )A．A板带正电B．沿x轴正方向电势降低C．电势差UbO＝UOa＝E0lD．将电子沿x轴由a点移动到b点，电子的电势能不变16．墙网球又叫壁球，场地类似于半个网球场，在球网处立有一竖直墙壁，墙壁上与球网等高的位置画了水平线(发球线)，在发球区发出的球必须击中发球线以上位置才有效，运动员站在接、发球区击球．假设运动员在某个固定位置将球发出，发球速度(球离开球拍时的速度)方向与水平面的夹角为θ，球击中墙壁位置离地面的高度为h，球每次都以垂直墙壁的速度撞击墙壁，设撞击速度大小为v，在球与墙壁极短时间的撞击过程中无机械能损失，球撞到墙面反弹后落地点到墙壁的水平距离为x，不计空气阻力，则下列说法正确的是( )A．h越大，x越大 B．v越小，x越大C．h越大，θ越大D．v越大，h越大17．英国《自然》杂志、美国太空网2017年4月19日共同发布消息称，一颗温度适中的岩态行星LHS1140b在经过小型LHS1140矮恒星时发生凌星现象．这颗新发现的“超级地球”与恒星的距离、岩石构成以及存在液态水的可能性，使其成为目前寻找外星生命的最佳选择．假设行星LHS1140b绕LHS1140恒星和地球绕太阳的运动均看作匀速圆周运动，下表是网上公布的相关数据，则下列说法正确的是( )恒星太阳质量为MLHS1140质量为0.6M行星地球质量为m轨道半径为rLHS1140b质量为6.6m轨道半径为1.4r11\nA.LHS1140b与地球运行的速度大小之比为B．LHS1140b与地球运行的周期之比为C．LHS1140b的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为D．LHS1140b的密度是地球密度的倍18.直导线右侧放一个矩形线框Q，二者分别通以电流I1、I2，电流方向如图(a)所示，图(b)为俯视图，直导线P与线框不在同一平面内，但P与线框竖直中心轴共面，O1O2为过线框中心O和直导线P的水平直线．不考虑线框上下两段导线对直导线的影响．下列说法正确的是( )A．若P固定，Q可以绕竖直中心轴转动，则图(b)中Q会先逆时针转动B．若P固定，Q可以绕竖直中心轴转动，则图(b)中Q会先顺时针转动C．若Q固定，P可以自由运动，则P将沿O1O2向O靠近D．若Q固定，P可以自由运动，则图(a)中P将顺时针转动19．如图所示，一理想变压器原线圈接入电压u＝110sin100πt(V)的交流电源，已知原、副线圈匝数之比n1:n2＝5:1，定值电阻R0＝2Ω，交流电压表和电流表均为理想电表，则( )A．变压器副线圈中交变电流的频率为50HzB．当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，电压表V1、电流表A的示数均增大C．电压表V1的示数U1与电压表V2的示数U2之比U1:U2＝5:1D．当滑动变阻器的滑片P处于最下端时，变压器的输出功率为242W20.如图所示，xOy平面的一、二、三象限内存在垂直纸面向外、磁感应强度B＝1T的匀强磁场，ON为处于y轴负方向的弹性绝缘薄挡板，长度为9m，M点为x轴正半轴上一点，OM11\n＝3m，现有一个比荷大小为＝1.0C/kg、可视为质点的带正电小球(重力不计)，从挡板下端N处以不同的速度沿x轴负方向射入磁场，若与挡板相碰后以原速率弹回，且碰撞时间不计，碰撞时电荷量不变，小球最后都能经过M点，则小球射入的速度大小可能是( )A．3m/sB．3.75m/sC．4m/sD．5m/s21．质量均为m的两个小球A、B用轻弹簧连接，一起放在光滑水平面上，小球A紧靠挡板P，如图所示．给小球B一个水平向左的瞬时冲量，大小为I，使小球B向左运动并压缩弹簧，然后向右弹开．弹簧始终在弹性限度内．取向右为正方向，在小球获得冲量之后的整个运动过程中，对于A、B及弹簧组成的系统，下列说法正确的是( )A．系统机械能和动量均守恒B．挡板P对小球A的冲量大小为2IC．挡板P对小球A做的功为D．小球A离开挡板后，系统弹性势能的最大值为三、非选择题：共62分．第22～25题为必考题，每个试题考生都必须作答，第33～34题为选考题，考生根据要求作答．(一)必考题：共47分22．(6分)将位移传感器和速度传感器获得的数据同时输入计算机，可一次性直接得到位移和速度的关系图象．为了探究动能定理，科技小组设计了如图(a)所示装置，让铁块从倾角为θ的斜面上某位置由静止开始下滑，通过位移传感器测定铁块到传感器的距离l，用速度传感器测定与l对应位置铁块的速度，在计算机中得到如图(b)的曲线图象，曲线在(0，a)处的切线斜率为零，在(b,0)处的切线斜率大小为k，重力加速度为g.(1)根据图(b)及已知量，可知下列说法正确的是________． 图(a) 图(b)A．x是铁块到传感器的距离l，y是铁块的速度vB．y是铁块到传感器的距离l，x是铁块的速度vC．若铁块质量为m，则铁块下滑过程中所受合力大小为F＝D．若铁块质量为m，则铁块下滑过程中所受合力大小为F＝(2)在计算机中重新设置位移与速度的函数关系，让计算机绘出的xv2图象是一条斜率为k0的直线，则铁块与斜面间的动摩擦因数μ＝________.23．(9分)某兴趣小组欲测定一只标有“4.0V,0.8W”的小灯泡的伏安特性曲线，准备的器材如下：双量程电压表V(量程为0～3V时的内阻rV1＝9kΩ，量程为0～15V时的内阻rV2＝15kΩ)；电流表A(量程100mA，内阻rA＝10Ω)；标准电阻R1(阻值为3kΩ)，标准电阻R2(阻值为15kΩ)，标准电阻箱R3(阻值0～999.9Ω)；滑动变阻器R4(阻值0～15Ω)；11\n学生稳压电源(电动势E＝6V，内阻不计)；单刀双掷开关S，导线若干．(1)实验需要小灯泡两端电压可以在0到4.0V之间任意调节，小组设计安装了如图(a)所示实验电路，其中标准电阻R应选________(填“R1”或“R2”)；(2)根据实验要求，电阻箱R3的阻值应调节到________Ω；(3)连接好电路，开关S分别接a、b，调节滑动变阻器测得多组数据，对数据进行处理后，作出IU图象，如图(b)所示，其中S接a时得到的图象应是图中的曲线________(填“1”或“2”)；在1、2两条曲线中，曲线________(填“1”或“2”)更接近小灯泡真实的伏安特性曲线；(4)直虚线3、4分别为曲线1、2上P、Q两点的切线，由图可知，当小灯泡两端电压为2.25V时，灯丝电阻为________Ω(保留一位小数)． 图(a) 图(b)24．(12分)如图所示，将两根质量均为m＝2kg的金属棒a、b分别垂直地放在水平导轨MNM′N′和PQP′Q′上，左右两部分导轨间距之比为1:2，左右两部分导轨间有磁感应强度大小相等但方向相反的匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻，金属棒b开始时位于图中M′P′位置，金属棒a在NQ位置．金属棒b用绝缘细线绕过光滑定滑轮和一物块c相连，c的质量mc＝2kg，c开始时距地面的高度h＝4.8m．物块c由静止开始下落，触地后不反弹，物块c触地时两棒速率之比va:vb＝1:2，物块c下落过程中b棒上产生的焦耳热为10J，设导轨足够长且两棒始终在不同的磁场中运动，g＝10m/s2，整个过程中导轨和金属棒接触良好，且导轨光滑，求：(1)物块c触地时，两棒的速度大小va和vb；(2)从物块c触地后开始，到两棒匀速运动过程中系统产生的热量．25．(20分)如图所示，OP为固定的水平轨道，ON段光滑，NP段粗糙，NP段长为L＝1.5m，一轻弹簧一端固定在轨道左侧O点的竖直挡板上，另一端自然伸长时在N点，P点右侧有一与水平方向成θ＝37°角的足够长的传送带PQ与水平面在P点平滑连接，传送带逆时针转动的速率恒为v＝3m/s.现用力将质量m＝2kg的小物块A(可视为质点)缓慢向左压缩弹簧至M点，此时弹簧的弹性势能Ep＝31J，然后由静止释放，运动到P点与一个和A完全相同的物块B发生碰撞，时间极短，碰撞时无机械能损失．A与NP段间的动摩擦因数μ1＝0.2，B与传送带间的动摩擦因数μ2＝0.25，重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：11\n(1)第一次碰撞前瞬间A的速度大小；(2)第一次碰撞后瞬间A、B的速度大小；(3)从A、B第一次碰撞到第二次碰撞所经历的时间t.(最终结果可用根号表示)(二)选考题：共15分．请考生从给出的2道题中任选一题作答．如果多做，则按所做的第一题计分．33．[物理——选修3－3](15分)(1)(5分)如图所示，天平的左盘有一装有一定质量水银的水银槽，用支架固定一竖直绝热细管，细管上部分封闭有一定质量的理想气体，下端开口并插入水银槽中，右盘放砝码，初始状态天平平衡．则当外界大气压强稍增大时，天平右盘将________(填“上升”“下降”或“不动”)，细管上部的理想气体的内能将________(填“增大”“减小”或“不变”)，温度将________(填“升高”“降低”或“不变”)．(2)(10分)如图所示，“7”字形玻璃管中注有一段水银，水银柱在玻璃管中封闭一段竖直的气柱B，活塞与水平水银柱间也封闭一段气柱A，开始时气柱A长为L＝5cm，压强为76cmHg，竖直管中水银柱长h1＝14cm，竖直气柱B长h2＝8cm，玻璃管处处粗细相同，活塞气密性良好，且与玻璃管内壁无摩擦，玻璃管水平部分足够长，A、B两段为相同气体，温度始终与外界温度相同．(ⅰ)求A、B两段气柱中气体质量之比；(ⅱ)若向右缓慢推活塞，使气柱B的压强等于120cmHg，则活塞需要向右移动多大的距离？(结果保留三位有效数字)11\n34．[物理——选修3－4](15分)(1)(5分)如图所示为一列简谐横波在某时刻的波形图，M是平衡位置为x＝2m处的质点，N是平衡位置为x＝8m处的质点，若N点相继出现两个波峰的时间间隔为8s，则下列说法正确的是________．(填正确答案标号．)A．该波的传播速度v＝2m/sB．若波沿x轴正方向传播，则x＝7m处的质点经过0.5s即可与M点位移相等C．M、N两质点的振动方向总是相反D．从图示位置计时，若M点比N点先到达波谷，则波的传播方向沿x轴负方向E．若波沿x轴正方向传播，从图示时刻计时，再经过0.5s，M、N两质点的位移相同(2)(10分)如图所示是一个水平横截面为圆形的平底玻璃缸，玻璃缸深度为2h，缸底面圆心处有一单色点光源S，缸中装有某种液体，深度为h，O点为液面的圆心，OS垂直于水平面．用面积为πh2的黑纸片覆盖在液面上，则液面上方恰好无光线射出．若在上述黑纸片上，以O为圆心剪出一个面积为πh2的圆孔，把余下的黑纸环仍放置在液面上原来的位置，使所有出射光线都从缸口射出，则缸口的最小面积为多少？11\n仿真2 8＋4＋2选114．解析：放射性元素的存在形式、环境温度、外界压强等因素都不会影响原子核的结构，元素的化学性质与核外电子有关，半衰期与核外电子无关，选项A正确；天然放射性元素的半衰期比其人工放射性同位素的半衰期长得多，选项B错误；核力与电荷无关，选项C错误；居里夫妇发现经α粒子轰击的铝片中含有放射性磷，核反应方程为He＋Al→P＋n，选项D错误．答案：A15．解析：a、b间场强大小为E0且保持不变，则其为匀强电场，外侧场强快速趋近于零，且都为负值，因此x轴为平行于两板的中心轴线，如图所示，场强为负表示场强方向由B指向A，则A板带负电，选项A错误；两板间平行于两板的中心线为一等势线，电势不变，b、O与O、a之间的电势差均为零，选项BC错误；由于两板间的x轴为一等势线，所以将电子由a点沿x轴移动到b点，电场力不做功，电势能不变，选项D正确．答案：D16.解析：将球撞向墙壁的运动反向视为平抛运动，初速度大小为v，反弹时做平抛运动的初速度大小也为v，两运动的轨迹有一部分重合，运动员在某个固定位置发球，因此不同的击球速度对应不同的击中墙壁高度h，但所有轨迹均经过发球点，如图所示，h越大，运动时间越长，墙壁到发球点的水平位移x′相同，则v越小，由图可知，平抛运动的水平位移x越小，选项A、B错误；设球击中墙壁的位置到发球点的高度为h′，由平抛运动的推论可知，＝tanθ，则h越大，h′越大，θ越大，选项C正确；由x′＝vt可知，v越大，t越短，h′越小，则h越小，选项D错误．答案：C17．解析：根据万有引力提供向心力可得v＝，T＝2π，代入相关数据，可得LHS1140b与地球运行的速度大小之比为，运行的周期之比为，选项A错误，B正确；因题目没有提供LHS1140b和地球的半径，无法计算它们的第一宇宙速度之比和密度之比，选项C、D错误．答案：B18．解析：题图(b)中，由安培定则可知电流I1产生的磁感线为以P为圆心的顺时针方向的同心圆，由左手定则可判断线框左侧导线受到的安培力指向导线P，线框右侧导线受到的安培力背离导线P，若P固定，Q可以绕竖直中心轴转动，则题图(b)中Q会先顺时针转动，选项A错误，B正确；若Q固定，线框左侧导线对P的安培力指向左侧导线，线框右侧导线对P的安培力背离右侧导线，根据力的合成法则知直导线P所受合外力方向偏向右下，故直导线P在刚开始一段时间内向右下方运动，选项CD错误．答案：B11\n19．解析：变压器原线圈接入电压u＝110sin100πt(V)的交流电源，根据ω＝2πf＝100πrad/s，解得f＝50Hz，故A正确；当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，负载总电阻增大，副线圈中的电流减小，所以原线圈中的电流减小，电流表示数减小，而输入电压不变，即电压表V1示数不变，故B错误；原、副线圈匝数之比n1:n2＝5:1，而电压表V2测滑动变阻器两端电压，所以电压表V1的示数U1与电压表V2的示数U2之比大于5:1，故C错误；当滑动变阻器的滑片P处于最下端时，滑动变阻器接入电路的电阻为零，副线圈两端的电压U副＝U1＝22V，变压器的输出功率为P＝＝W＝242W，故D正确．答案：AD20．解析：此题可以采用代入验证的方法．r＝，代入数据，半径r的数值与v的数值相等，故最先代入A选项，如图1所示，A选项可能．再代入D选项，如图2，D选项可能．C选项不可能．最后代入B选项，如图3，B选项可能．答案：ABD21．解析：运动过程中系统中只有弹簧弹力做功，系统机械能守恒，由于挡板P的弹力对小球A有向右的冲量，因此系统动量不守恒，选项A错误；在冲量作用下小球B获得的初动能Ek0＝mv＝m2，当小球A将要离开挡板P时弹簧处于原长，由机械能守恒定律知此时小球B的动能Ek＝Ek0，由动量定理知挡板P对小球A的冲量等于系统动量的改变量，即IA＝mv0－(－mv0)，解得IA＝2I，选项B正确；从初始到小球A将要离开挡板，小球A一直静止，则挡板P对小球A不做功，选项C错误；A离开挡板后，弹簧压缩至最短或拉伸到最长时系统弹性势能最大，此时A、B速度相等，则有mv0＝I＝(m＋m)v′及Ep＝mv－×2mv′2，解得Ep＝，选项D正确．答案：BD22．解析：(1)由动能定理得F(l0－l)＝mv2，解得l＝l0－v，求导可得图线切线的斜率大小为k′＝，曲线在(0，a)处的切线斜率为零，则速度为零，对应铁块静止释放的位置，所以y是铁块到传感器的距离l，选项A错误，B正确；曲线在(b,0)处切线斜率大小为k，速度大小为b，铁块所受合力大小为F＝，选项C错误，D正确．(2)由x＝l0－l结合(1)可知，xv2图象的斜率k0＝，其中合力F＝mgsinθ－μmgcosθ，解得μ＝tanθ－.答案：(1)BD(3分) (2)tanθ－(3分)23．解析：(1)根据实验要求，电压表改装后的最大量程在4.0～6.0V之间最好，由＝11\n，解得串联电阻的阻值R在3kΩ到9kΩ之间，所以选择R1与电压表串联；(2)小灯泡额定电流IL＝＝0.2A＝200mA，电流表量程由100mA改装为200mA，由IArA＝(IL－IA)RA得，并联电阻RA＝rA＝10Ω；(3)S接a时，改装后的电流表内接，改装后的电流表测得的是通过小灯泡的电流的真实值，而改装后的电压表测得的是包括改装电流表两端电压在内的电压，电流相同时电压值偏大，故S接a得到的是曲线2；根据改装后电表内阻与小灯泡电阻的比较可知，改装后电流表外接得到的伏安特性曲线比较接近小灯泡真实的伏安特性曲线；(4)由于曲线1更接近小灯泡真实的伏安特性曲线，因此灯丝电阻由P点坐标求出，即RL＝＝Ω≈13.8Ω.答案：(1)R1(2分) (2)10(2分) (3)2(2分) 1(1分)(4)13.8(13.7～13.9均可，2分)24．解析：(1)金属棒a、b的有效长度分别为L和2L，所以电阻分别为R和2R，金属棒a、b串联，在任何时刻电流均相等，b棒产生的焦耳热Q2＝10J，根据焦耳定律Q＝I2Rt，得a棒上产生的焦耳热为Q1＝5J(1分)根据能量守恒定律有mcgh＝mv＋(m＋mc)v＋Q1＋Q2(1分)又va:vb＝1:2故有va＝3m/s，vb＝6m/s(1分)(2)物块c触地后，a棒向左做加速运动，b棒向右做减速运动，两棒最终匀速运动时电路中电流为零，即两棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等，设磁感应强度大小为B，则BLv′a＝B·2Lv′b(2分)即v′a＝2v′b(1分)对两棒分别应用动量定理，有a·t＝mv′a－mva，－Fb·t＝mv′b－mvb(2分)a＝BL，b＝B·2L故b＝2a(1分)故有＝联立以上各式解得v′a＝4.8m/s，v′b＝2.4m/s(1分)根据能量守恒定律有，从物块c触地到两棒匀速运动的过程中系统产生的热量为Q3＝mv＋mv－mv′－mv′(1分)解得Q3＝16.2J(1分)答案：(1)3m/s 6m/s (2)16.2J25．解析：(1)设第一次碰前瞬间A的速度大小为v0，从释放物块A至到达P点的过程，由能量守恒定律有Ep＝μ1mgL＋mv(2分)解得v0＝5m/s(1分)(2)设A、B第一次碰撞后瞬间的速度大小分别为vA、vB，则由动量守恒定律有mv0＝mvA＋mvB(1分)由机械能守恒定律有mv＝mv＋mv(1分)解得vA＝0，vB＝5m/s(2分)11\n(3)碰后B先沿传送带向上做匀减速运动到速度为零，设加速度大小为a1，则有mgsinθ＋μ2mgcosθ＝ma1(1分)解得a1＝8m/s2(1分)运动的时间为t1＝＝s(1分)位移为x1＝vBt1＝m(1分)此后B反向加速，加速度大小仍为a1，直至与传送带共速，运动时间为t2＝＝s(1分)位移为x2＝·t2＝m(1分)接着B以加速度大小a2继续加速运动直到与A再次碰撞，则有a2＝gsinθ－μ2gcosθ(1分)x1－x2＝vt3＋a2t(2分)解得t3＝(2分)运动的总时间t＝t1＋t2＋t3＝s(2分)答案：(1)5m/s (2)0 5m/s (3)33．解析：(1)天平称的是水银槽和槽中的水银的质量，而管中的水银受大气压强所产生的向上的力、封闭理想气体压强产生的向下的力和自身的重力而保持平衡，大气压强稍增大时，进入细管中的水银质量增加，使水银槽中的水银质量减小，水银槽及槽中的水银所受的重力减小，故左盘上升，右盘下降；细管中理想气体体积减小，外界对气体做功，气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，细管上部理想气体内能增大，温度升高．(2)命题意图：本题考查考生的理解能力和推理能力，需要考生熟知气体实验定律和理想气体状态方程，体现科学思维的学科素养．(ⅰ)开始时，气柱A的压强为pA＝76cmHg，气柱B的压强为pB＝(76＋14)cmHg＝90cmHg(2分)设玻璃管的横截面积为S，将B部分气体等效成压强为76cmHg的气体，气体体积为V′B＝hBS，根据玻意耳定律得pAhBS＝pBh2S同种气体温度和压强相同时，由气体压强微观意义分析可知密度相同，则＝＝＝(2分)(ⅱ)当气柱B的压强为p′B＝120cmHg时，设气柱B的高度为h，由玻意耳定律得pBh2S＝p′BhS(1分)解得h＝h2＝6cm(1分)这时气柱A的压强为p′A＝(120－16)cmHg＝104cmHg(1分)设这时气柱A的长度为L′，根据玻意耳定律有pALS＝p′AL′S(1分)解得L′＝3.65cm(1分)则活塞向右移动的距离为x＝(h2－h)＋(L－L′)＝3.35cm(1分)答案：(1)下降(2分) 增大(2分) 升高(1分) (2)(ⅰ) (ⅱ)3.35cm34．解析：(1)某点相继出现两个波峰的时间间隔为机械波的传播周期，即T＝8s11\n，故v＝＝2m/s，A正确；只有两个质点间的距离是半波长的奇数倍时，两质点的振动方向才会总是相反，C错误；如果M点比N点先到达波谷，说明此时M点正在往下振动，N点正在往上振动，则波的传播方向沿x轴负方向，D正确；若波沿x轴正方向传播，经过0.5s后波形图往右平移1m，此时x＝1m处的质点正处于平衡位置，而x＝2m处的质点M与x＝1m处的质点的振动时间差是T，其yM＝－Asin22.5°，x＝8m处的质点N与x＝1m处质点的振动时间差是T，其yN＝－Asin(180°－22.5°)＝yM，E正确，B错误．(2)用面积为S1＝πh2的黑纸片覆盖在液面上，液面上方恰好无光线射出，则从点光源S发出的光线射到黑纸片的边缘处恰发生全反射，临界角为C，光路图如图甲所示．S1＝πr＝πh2(1分)由几何关系得tanC＝(1分)由全反射知识有sinC＝(1分)解得n＝(1分)剪出一个面积为S2＝πh2圆孔后，设透光部分的半径为r2，射出光线的最大入射角为i，对应的折射角为θ，光路图如图乙所示．S2＝πr＝πh2(1分)由几何关系得tani＝(1分)根据折射定律有n＝(1分)缸口的最小半径为r3＝r2＋htanθ(1分)缸口的最小面积为S3＝πr(1分)解得S3＝πh2(1分)答案：(1)ADE (2)πh211
