1、2021年普通高中学业水平等级考试物理仿真模拟卷(四) (时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。1甲、乙两汽车在同一公路不同车道上行驶，二者均做直线运动，图1、图2分别是甲、乙两汽车从启动开始计时的运动图象，下列说法正确的是()图1图2A甲汽车在3 s时刻的速度大小为10 m/sB甲汽车在03 s内的平均速度小于10 m/sC乙汽车在2 s时的加速度大小为5.5 m/s2D乙汽车在02 s内做匀加速直线运动命题意图本题考查考生的理解能力，需要考生利用xt图象和vt图象相关知识解题。C图1中图线在t3 s时的斜率表示甲汽
2、车在t3 s时的瞬时速度，为v30 m/s，A错误；甲汽车在前3 s内的平均速度10 m/s，B错误；由vt图象斜率表示物体加速度可知乙汽车在2 s时的加速度大小为a5.5 m/s2，C正确；乙汽车的vt图象是曲线，因此乙汽车不做匀加速直线运动，D错误。2如图所示，一原长为L0的弹簧上端固定一小球，置于竖直圆筒中，现让竖直圆筒依次竖直向下、竖直向上做加速度大小为g的匀加速直线运动，两次运动中弹簧的长度分别为L1、L2(弹簧始终在弹性限度内)，小球始终未碰到圆筒。则()AL1L2L0 BL1L2L0CL2L1L0命题意图本题考查考生的理解能力，需要考生利用超重、失重的知识解题。C当圆筒向下加速运
3、动时，即弹簧与小球一起向下加速时，弹簧与小球处于完全失重状态，此时L1L0；当圆筒向上加速运动时，即弹簧与小球一起向上加速时，弹簧、小球处于超重状态，弹簧受到的压力大于小球的重力，此时L2L2，C正确。3根据碳14(C)的衰变程度来计算样品大概年代的测量方法称为碳14测年法。碳14是中子撞击大气中的氮(N)发生核反应产生的，其反应方程为NnCX，碳14具有放射性，其半衰期为5 730年。则下列说法正确的是()A反应方程中的X指的是电子B4个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩2个C测得某样品中碳14含量是当前大气中含量的，则该样品距今约为17 000年D将碳14原子放在密闭的高温高压容器内
4、，其半衰期将变短命题意图本题考查考生的理解能力，需要考生熟知核反应方程的书写规则和半衰期的概念，体现了物理观念这一核心素养。C根据核反应方程电荷数守恒和质量数守恒，可知X应为质子，选项A错误；放射性元素的半衰期是统计规律，对少量原子核不适用，选项B错误；若测得某样品中碳14含量是当前大气中含量的八分之一，说明该样品经过了三个半衰期，故其距今为5 730317 190年，选项C正确；放射性元素衰变的快慢由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。4一列简谐横波沿x轴传播，图甲为波在t1 s时刻的波形图，图乙为平衡位置在x1 m处的质点P的振动图象，下列描述正确的是
5、()甲乙A该简谐横波沿x轴负方向传播Bt2 s时，平衡位置在x4 m处的质点Q的速度最大，方向沿y轴负方向C该简谐横波的波速为2 m/sDt3 s时，P、Q两质点的振动方向相同命题意图本题考查机械振动和机械波的相关知识，意在考查考生的理解能力和推理能力。B根据图乙可知，t1 s时，质点P向下振动，根据图甲可知，该简谐横波沿x轴正方向传播，选项A错误；由图乙可知该简谐横波的周期为2 s，根据图甲可知t2 s时，x3 m处的振动形式传播到质点Q处，则质点Q位于平衡位置，速度达到最大值，方向沿y轴负方向，选项B正确；根据图甲可知，该波的波长为2 m，则波速为v1 m/s，选项C错误；结合题图，可知t
6、3 s与t1 s相差一个周期，P、Q两质点均位于平衡位置，质点P速度方向沿y轴负方向，质点Q速度方向沿y轴正方向，两质点的振动方向相反，选项D错误。5如图甲所示为自耦变压器，原线圈接有图乙所示的交流电源，副线圈两端电压有效值为220 V，灯泡和其他电阻受温度的影响忽略不计，开始时开关S断开。则下列说法正确的是()甲乙A原、副线圈匝数比为115B闭合开关S后，小灯泡微亮，P2上滑可使小灯泡恢复正常发光C滑片P1上滑，通过电阻R1的电流增大D向上滑动P3，变压器的输出功率增大命题意图本题考查交变电流与变压器的动态分析，意在考查考生的分析综合能力。B根据图乙可知，原线圈所接正弦交流电压有效值为100
7、 V，副线圈电压为220 V，由U1U2n1n2，可知原、副线圈匝数比为511，A错误；闭合开关S后，小灯泡微亮，想要增大小灯泡中电流，需要增大副线圈中的电压，P2上滑可使小灯泡恢复正常发光，B正确；滑片P1上滑，原、副线圈匝数比增大，U1U2n1n2，可得副线圈两端电压变小，通过电阻R1的电流变小，C错误；向上滑动P3，R2接入电路中的阻值大，利用副线圈电阻R总R1可知，副线圈总电阻增大，副线圈两端电压不变，则通过电阻R1的电流减小，变压器的输出功率减小，D错误。6第45颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星，该卫星与此前发射的倾斜地球同步轨道卫星(代号为P，周期与地球自转周期相同)、中圆地球轨
8、道卫星(代号为Q)和地球同步轨道卫星(代号为S)进行组网，若这三种不同类型的卫星的轨道都是圆轨道，已知中圆地球轨道卫星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，下列说法正确的是()AP和S绕地球运动的向心加速度大小相等B这三种不同类型轨道卫星的线速度大小有可能相同C这三种不同类型轨道卫星的周期有可能相同DP和S绕地球运动的向心力大小一定相等 命题意图本题考查考生的理解能力，需要考生应用万有引力定律、牛顿运动定律和圆周运动等知识解题。A由Gma可知，P和S绕地球运动的向心加速度大小相等，A正确；由Gm可得v，中圆地球轨道卫星的线速度大于同步卫星的线速度，B错误；由于中圆地球轨道卫星的轨道半径小于同步卫星
9、的轨道半径，由开普勒第三定律可知，中圆地球轨道卫星的周期小于同步卫星的周期，C错误；由于P和S的质量不一定相等，所以P和S绕地球运动的向心力大小不一定相等，D错误。7如图，绝缘杆OP竖直固定在绝缘水平桌面上，带正电的小球A套在杆上，带正电的小球B右侧为绝缘竖直固定挡板。系统静止在图示位置，不计一切摩擦，两小球均可视为质点，重力加速度为g。由于空气潮湿，两球缓慢漏电，球A从a处缓慢移到b处，则此过程中()A球B对桌面的压力逐渐增大B杆对球A的弹力逐渐减小C挡板对球B的弹力逐渐减小D两球间的库仑力逐渐增大命题意图本题考查静电力作用下的动态平衡，意在考查考生的推理能力，体现了物理观念、科学思维等学科
10、素养。D以两球为研究对象，受力分析可知桌面对球B的支持力N始终与两球的总重力大小相等、方向相反，根据牛顿第三定律知球B对桌面的压力始终与两球的总重力大小相等，即不变，选项A错误；对球A受力分析，如图所示，球A缓慢移动，则受到的合外力始终为零，库仑力F，杆对球A的弹力NAmgtan ，球A从a处缓慢移到b处的过程中，逐渐增大，cos 逐渐减小，tan 逐渐增大，则F、NA均逐渐增大，选项B错误，D正确；由两球受力平衡得挡板对球B的弹力NB与NA等大反向，则NB逐渐增大，选项C错误。8上海市东海大桥10万千瓦风电场是亚洲第一座大型海上风电场，采用自主研发的34台单机容量为3兆瓦(1兆瓦106 W)
11、的离岸型风电机组，年发电量约2.67亿千瓦时。若已知该发电机轮毂高度为90 m，叶轮直径为92 m，该地空气密度约为1.2 kg/m3，发电效率约为33%。下列说法正确的是()A每台发电机组平均每天等效发电时长约为12 hB发电机叶轮所处位置年平均风速约为8.7 m/sC若风速提高到原来的两倍，则发电功率提高到原来的四倍D单位时间内通过某发电机叶轮的空气的平均动能约为1107 J命题意图本题考查风力发电、电能的计算等知识，意在考查考生的建立模型能力和分析综合能力。B根据公式E365Pt0，解得t07 h，A错误；根据A选项的分析可知，每天每台发电机组等效工作时长为7 h，风力每天对发电机作用时
12、长为t24 h，根据公式Pt034mv2和mvt，解得v8.7 m/s，将风速增加为现在的两倍，则发电功率变为现在的八倍，B正确，C错误；根据公式Ektmv2，解得Ek2.6106 J，D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9如图所示为一喷雾型消毒装置，其原理是，当用力压手柄时，将在短时间内向瓶中挤压进一些空气，使瓶内的气体压强瞬间变大，于是瓶内的液体就喷出来了。将瓶内的气体看成理想气体，在被快速压缩的瞬间认为气体不与其他物体间有热传递。下列说法正确的是()A向瓶内压入空气瞬间瓶内气体的密
13、度增大B喷出的雾状消毒物质处于气态C刚喷出的雾状物质在空气中的运动属于布朗运动D喷出的雾状物质分子之间的引力很快变小命题意图本题考查考生的推理能力和理解能力，需要考生熟知分子热运动、布朗运动、分子力等知识。AD向瓶内压入空气瞬间，瓶内气体的总体积不变，质量增大，则密度增大，选项A正确；该装置喷出的雾状物质是小液滴，选项B错误；刚喷出的雾状物质在空气中的运动是惯性引起的，不是布朗运动，选项C错误；喷出的雾状物质很快挥发，变成气态，故分子之间的距离变大，分子之间的引力变小，选项D正确。10如图所示，在一个倾角为37的长斜面底端O点正上方h1.7 m的P点处将一小球以速度v0水平抛出，恰好垂直击中斜
14、面上的Q点，sin 370.6。下列说法正确的是()A小球的初速度v04 m/sBQ点离O点的距离|QO|1.2 mC保持h不变，将小球以2v0的速度水平抛出，则击中斜面的位置到O点的距离小于2|QO|D若抛出点高度变为2h，欲使小球仍能垂直击中斜面，小球的初速度应调整为v0命题意图本题考查平抛运动知识，意在考查考生的认识理解能力和对平抛模型的处理。CD如图甲所示，小球垂直击中斜面时，速度的偏向角为53，根据平抛运动规律的推论可知，速度偏向角的正切值tan 5322，可得yh0.9 m，x1.2 m，|QO|1.5 m，B错误；小球在空中运动的时间t0.4 s，初速度v03 m/s，A错误；保
15、持抛出点高度不变，初速度大小变为原来的两倍，如图乙所示，若无斜面，则小球应击中Q点，实际击中点为轨迹与斜面的交点，显然离底端O的距离小于2|QO|，C正确；若抛出点高度变为2h，根据小球垂直击中斜面的规律知，y2h，小球下落的高度和水平位移均变为原来的两倍，故小球的初速度应调整为原来的倍，D正确。甲乙11研究磁现象时，常常要讨论穿过某一面积的磁场及其变化，为此引入了磁通量的概念。在电场中也可以定义为电通量，如图1所示，设在电场强度为E的匀强电场中，有一个与电场方向垂直的平面，面积为S，我们把E与S的乘积叫做穿过这个面积的电通量，图2中和为一点电荷Q的电场的等势球面，所在的等势面到Q的距离为r，
16、所在的等势面到Q的距离为2r。已知距离该点电荷r处的电势，下列说法正确的是()图1图2A、两个等势面处电场强度大小之比为41B、两个等势面处电势之比为12C、两个球面的电通量之比为11D电子从等势面运动到等势面，电场力做的功为命题意图本题考查考生的分析综合能力，需要考生利用点电荷电场强度公式、电势、电势能、电场力做功进行分析。AC根据点电荷电场强度公式，Ek，、两个等势面处电场强度大小之比为，A正确；根据点电荷Q的电势公式，、两个等势面处电势之比为，B错误；球表面积公式S4R2，根据电通量E的定义为EES，、两个球面的电通量之比为，C正确；、两个等势面电势差为U，电子从等势面运动到等势面电场力
17、做的功为WeU，D错误。12如图所示，半径为a的半圆形匀强磁场区域和边长为2a的正方形匀强磁场区域相邻，磁场方向都是垂直于纸面(未画出)。一重力不计、质量为m、电荷量为q的带电粒子以速度v从E点沿EF方向射入匀强磁场区域，偏转后垂直AD边从AD中点射入匀强磁场区域，最后从C点射出磁场区域。已知sin 530.8，下列说法正确的是()A粒子在区域、运动的轨迹半径之比为25B磁场区域的磁感应强度大小为C粒子在区域、运动的速度方向偏转了127D粒子在区域、中运动的总时间为命题意图本题考查考生的分析综合能力，需要考生利用洛伦兹力、左手定则、牛顿运动定律进行分析。AD由左手定则可判断出两个区域的磁场方向
18、都是垂直纸面向外，根据题述，带电粒子以速度v从E点沿EF方向射入匀强磁场区域，偏转后垂直AD射入匀强磁场区域，画出带电粒子运动轨迹如图所示，由几何关系可得，带电粒子在区域运动轨迹半径为r1a，由qvB1m，解得B1，对带电粒子在匀强磁场区域，由几何关系可得r(2a)2(r2a)2，解得r22.5a，则粒子在区域、运动的轨迹半径之比为25，由qvB2m，解得B2，A正确，B错误；带电粒子在匀强磁场区域运动的时间t1，由几何关系可得sin ，解得带电粒子在匀强磁场区域运动轨迹所对的圆心角为53，粒子在区域、运动速度方向偏转了143，带电粒子在匀强磁场区域运动的时间t2，带电粒子在磁场区域、中运动的
19、总时间为tt1t2，C错误，D正确。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13(6分)图甲所示的实验装置可用来测量滑块与桌面之间的动摩擦因数。步骤如下：A将光电门固定在水平桌面直轨道上的O点，将拉力传感器固定在滑块上，用不可伸长的细线通过一个光滑定滑轮将滑块与钩码相连，将滑块从A点由静止释放，用拉力传感器(未画出)记录对应的滑块所受拉力F的大小，通过光电门记录对应的遮光条通过光电门的时间t，结合遮光条的宽度d计算出滑块通过光电门时的速度，用刻度尺量出滑块初始位置A点到O点的距离L；B改变钩码的个数重复上述实验，重力加速度为g；C正确记录每一组F与t相对应的数据，作出F的函数关系图象如图乙所示。
20、(1)根据步骤A中测出的物理量可知滑块的加速度的表达式为a_；(2)通过图象计算出滑块的质量m_；(3)通过图象计算出滑块与水平桌面直轨道之间的动摩擦因数_。甲乙命题意图本题考查考生的实验能力，需要利用运动学公式、牛顿第二定律解题。解析(1)由题意分析可知，滑块做初速度为零的匀加速直线运动，在位移L内的末速度为v，设滑块的加速度为a，则2aLv2，可得a。(2)对滑块受力分析，由牛顿第二定律可得Fmgma，整理可得Fmgm，结合图乙可知F的函数关系图象的斜率是，对应公式中的系数m，即m，可得m。(3)由第(2)问分析可知，F函数关系图象在纵轴的截距b就是滑块所受的滑动摩擦力mg，即mgb，则，
21、可得出。答案(1)(2分)(2)(2分)(3)(2分)14(8分)实验室有一阻值约为1 k的电阻Rx，为了精确测量它的阻值，某小组在实验室找到以下器材。电源E(电动势约为3 V，内阻忽略不计)电压表V1(量程为1.5 V，内阻RV1750 )电压表V2(量程为3 V，内阻RV2约为2.5 )滑动变阻器R(最大阻值为100 )开关S和导线若干(1)小组成员设计的电路图如图甲所示，其中虚线框A内接入_(选填“V1”或“V2”)，导线P应该与_(选填“a”或“b”)连接。(2)某次实验时，电压表V2的指针如图乙所示，其读数为_。(3)改变滑片位置，得到多组数据，作出如图丙所示的图象，图象中直线的斜率
22、为k，则电阻Rx_。(用k、RV1或RV2表示)甲乙丙命题意图本题考查伏安法测电阻，意在考查考生对伏安法测电阻原理的理解和实验探究能力。解析(1)电压表V1的内阻已知，可当成电流表使用，故虚线框B内接入V1，虚线框A内接入V2，由于电压表V2的内阻精确值未知，而为了精确测得流过未知电阻的电流，电压表V1应采用内接法，故导线P与接线柱b连接。(2)根据读数规则，可知此时电压表的读数为2.25 V。(3)根据电路结构，可知U2U1，故RxRV1(k1)RV1。答案(1)V2(2分)b(2分)(2)2.25 V(2分)(3)(k1)RV1(2分)15(8分)如图甲所示，某口罩生产车间的流水线安装的是
23、U形传送带，可简化为如图乙所示的结构图，其中AB、CD段为直线，BC段为同心半圆弧面，半圆弧中心线(虚线部分)半径为R50 cm。自动分拣装置中的机械手将质量均为m0.4 kg的包装好的口罩产品无初速度放至匀速运行的传送带A端，质检员在BC段进行检测，产品在BC段与传送带相对静止，测量出CD段相邻两件产品间的距离均为d80 cm，位于D端的收件员每隔4 s从传送带上无间隔地取下一件产品，每件产品与传送带间的动摩擦因数均为0.5。(1)求每件产品放在传送带上后，相对传送带运动的距离；(2)每件产品放在传送带上后，如果要使传送带保持原有的速率匀速运行，求电动机应增加的平均功率。甲乙命题意图本题考查
24、牛顿第二定律、圆周运动、能量与功率的知识，意在考查考生的理解能力及分析综合能力。解析(1)在D点的收件员每隔4 s从传送带上取下一件产品，则传送带的速度为v0.2 m/s(1分)每件产品与传送带间的动摩擦因数均为0.5，则有mgma，vat0(2分)加速过程中每件产品相对传送带运动的距离为xvt0at0.004 m。(1分)(2)由(1)可知每件产品放在传送带上后，相对传送带运动的距离为x0.004 m因摩擦产生的热量为Qmgx(1分)每件产品动能的增加量为Ekmv2(1分)电动机应增加的平均功率为(1分)解得P0.4 W。(1分)答案(1)0.004 m(2)0.4 W16(8分)雨后太阳光
25、入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴形状是半径为R的球形，图中的圆代表水滴过球心O的截面，一红色光线沿截面以入射角i从A点射入水滴中，经水滴一次反射后从B点射出水滴，出射光线BP与PA平行。光在真空中的传播速度为c。(1)求水对红光的折射率n以及红光从A点传播到B点所用的时间t；(2)若一紫光沿PA方向从A点射入水滴中，则经水滴一次反射后，紫光是从B点上方还是下方射出水滴？命题意图本题考查几何光学知识，考查考生的作图能力、推理能力、应用数学处理物理问题的能力，需要考生熟知折射定律。解析(1)红光在水滴中的光路图如图所示，设红光从A点射入水滴时的折射角为r，则由几何关系知i2r(1分)n(1分
26、)解得n2cos 由几何关系有ACCB2Rcos r(1分)n(1分)时间t解得tcos2。(1分)(2)水对紫光的折射率n(1分)因nn，折射角rvB，所以不符合题意，舍去。设整个过程中小物块B相对地面向右滑行的距离为x，小物块B在长木板上运动的加速度大小为a，根据牛顿第二定律知2mBgmBa(1分)解得a2g1 m/s2(1分)由匀变速直线运动规律得x1.92 m(1分)当B刚运动到C的最右端时，长木板C相对地面向右滑行的距离为xCxL(1.921.5) m0.42 m。(1分)答案(1)0.4 m/s(2)0.42 m18(16分)如图所示，一阻值为R、边长为l的匀质正方形导线框abcd
27、位于竖直平面内，下方存在一系列高度均为l的匀强磁场区，磁场方向均与线框平面垂直，各磁场区的上下边界及线框cd边均水平。第1磁场区的磁感应强度大小为B1，线框的cd边到第1磁场区上边界的距离为h0。线框从静止开始下落，在通过每个磁场区时均做匀速运动，且通过每个磁场区的速度均为通过其上一个磁场区速度的2倍。重力加速度大小为g，不计空气阻力。求：(1)导线框的质量m；(2)第n和第n1个磁场区磁感应强度的大小Bn与Bn1所满足的关系；(3)从导线框开始下落至cd边到达第n个磁场区上边界的过程中，cd边下落的高度H及导线框产生的总热量Q。命题意图本题考查电磁感应、受力平衡、能量守恒和运动学规律等相关知
28、识点。意在考查学生对模型的处理能力和对多过程问题的分析综合能力。解析(1)设导线框刚进第1个磁场区的速度大小为v1，由运动学公式得v2gh0(1分)设导线框所受安培力大小为F1，导线框产生的电动势为E1，电流为I，由平衡条件得F1mg(1分)F1B1Il，E1B1lv1，I(2分)联立得m。(1分)(2)设导线框在第n和第n1个磁场区速度大小分别为vn、vn1，由平衡条件得mg，mg(1分)vn12vn(1分)联立得BnBn1。(1分)(3)设cd边加速下落的总距离为h，匀速下落的总距离为L，由运动学公式得h(2分)vn2n1v1(1分)L2(n1)l(2分)联立得HhL4n1h02(n1)l(1分)由能量守恒定律得Q2mg(n1)l(1分)联立得Q。(1分)答案(1)(2)BnBn1(3)