1、湖南省2021年普通高中学业水平选择性考试物理注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试卷和答题卡上。2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24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. 核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（）A. 放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B. 原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
2、C. 改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D. 过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害2. 物体的运动状态可用位置和动量描述，称为相，对应图像中的一个点。物体运动状态的变化可用图像中的一条曲线来描述，称为相轨迹。假如一质点沿轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，则对应的相轨迹可能是（）A. B. C. D. 3. “复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为，若动车组所受的阻力与其速率成正比（，为常量），动车组能达到的最大速度为。下列说法正确的是（）A.
3、动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变B. 若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动C. 若四节动力车厢输出的总功率为，则动车组匀速行驶的速度为D. 若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间达到最大速度，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为4. 如图，在位置放置电荷量为的正点电荷，在位置放置电荷量为的负点电荷，在距为的某点处放置正点电荷Q，使得点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为（）A. ，B. ，C. ，D. ，5. 质量为的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，为半圆的最低点，为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内
4、有一质量为的小滑块。用推力推动小滑块由A点向点缓慢移动，力的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是（）A. 推力先增大后减小B. 凹槽对滑块的支持力先减小后增大C. 墙面对凹槽的压力先增大后减小D. 水平地面对凹槽的支持力先减小后增大6. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端、接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻的阻值相同。在滑动变阻器的滑片从端滑动到端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（）A. L1先变暗后变亮，L2一直变亮B. L1先变亮后变暗，L2一直变亮C. L1先变暗后变亮，L2先变亮后变
5、暗D. L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。7. 2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的。下列说法正确的是（）A. 核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的倍B. 核心舱在轨道上飞行的速度大于C. 核心舱在轨道上飞行的周期小于D. 后续加挂实验舱后，空间站由于
6、质量增大，轨道半径将变小8. 如图（a），质量分别为mA、mB的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为。撤去外力并开始计时，A、B两物体运动的图像如图（b）所示，表示0到时间内的图线与坐标轴所围面积大小，、分别表示到时间内A、B的图线与坐标轴所围面积大小。A在时刻的速度为。下列说法正确的是（）A. 0到时间内，墙对B的冲量等于mAv0B. mA mBC. B运动后，弹簧最大形变量等于D. 9. 如图，圆心为的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行，和为该圆直径。将电荷量为的粒子从点移动到点，电场力做功为；若将该粒子从点移动到点
7、，电场力做功为。下列说法正确的是（）A. 该匀强电场的场强方向与平行B. 将该粒子从点移动到点，电场力做功为C. 点电势低于点电势D. 若只受电场力，从点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动10. 两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为，通过长为的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（）A. 与无关，与成反比B. 通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变
8、C. 通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D. 调节、和，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变三、非选择题：共56分。第1114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43分。11. 某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：（1）用游标卡尺测量垫块厚度，示数如图（b）所示，_；（2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；（3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；（4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度；
9、（5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表：1234560.0870.1800.2600.4250.519根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线_。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是_（保留三位有效数字）。12. 某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验
10、步骤如下：（1）将器材如图（a）连接：（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的_端（填“a”或“b”）；（3）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角和电流表示数，得到多组数据；（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为，与纵轴截距为，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为_，_（用、表示）（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图_（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；（6）利用测出的，可得该电池的电动势和内阻。13. 带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的
11、关键技术之一、带电粒子流（每个粒子的质量为、电荷量为）以初速度垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在平面内的粒子，求解以下问题。（1）如图（a），宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入圆心为、半径为的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点，求该磁场磁感应强度的大小；（2）如图（a），虚线框为边长等于的正方形，其几何中心位于。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到点的带电粒子流经过该区域后宽度变为，并沿轴正方向射出。求该磁场磁感应强度的大小和方向，以及该磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）；（3）如图（b），虛线框和均为边长等于的正方形，虚线框和均为
12、边长等于的正方形。在、和中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入和后汇聚到坐标原点，再经过和后宽度变为，并沿轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求和中磁场磁感应强度的大小，以及和中匀强磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）。14. 如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道。质量为的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为。以水平轨道末端点为坐标原点建立平面直角坐标系，轴的正方向水平向右，轴的正方向竖直向下，弧形轨道端坐标为，端在轴上。重力加速度为。（1）若A从倾斜轨道上距轴高度为的位
13、置由静止开始下滑，求经过点时的速度大小；（2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过点落在弧形轨道上的动能均相同，求的曲线方程；（3）将质量为（为常数且）的小物块置于点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距轴高度的取值范围。（二）选考题：共13分。请考生从两道题中任选一题作答。如果多做，则按第一题计分。物理选修3-315. 如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为和）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从下降高度到位置时，活塞
14、上细沙的总质量为。在此过程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为。下列说法正确的是（）A. 整个过程，外力做功大于0，小于B. 整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变C. 整个过程，理想气体的内能增大D. 整个过程，理想气体向外界释放的热量小于E. 左端活塞到达位置时，外力等于16. 小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量、截面积的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相
15、同细绳竖直悬挂一个质量的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为时，测得环境温度。设外界大气压强，重力加速度。（1）当电子天平示数为时，环境温度为多少？（2）该装置可测量的最高环境温度为多少？物理选修3-417. 均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t = 0时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图（b）所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是（ ）A. 该波从A点传播到B点，所需时间为B. 时，处质点位于波峰C. 时，处质点振动速度方向竖直向上D. 时，处质点所受回复力方向竖直向上E. 处质点起振后，内
16、经过的路程为18. 我国古代著作墨经中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高的人站在水平地面上，其正前方处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为、深度为，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？湖南省2021年普通高中学业水平选择性考试物理 答案解析一、选择题： 1. D解析：过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度
17、在安全剂量内则没有伤害，故D正确；故选D。2. D解析：质点沿轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，则有而动量为联立可得动量关于为幂函数，且，故正确的相轨迹图像为D。故选D。3. C解析：若四节动力车厢输出的总功率为，则动车组匀速行驶时加速度为零，有而以额定功率匀速时，有联立解得故C正确；故选C。4. B解析：根据点电荷场强公式两点量异种点电荷在P点的场强大小为 ，方向如图所示两点量异种点电荷在P点的合场强为 ，方向与+q点电荷与-q点电荷的连线平行如图所示Q点电荷在p点的场强大小为 三点电荷的合场强为0，则方向如图所示，大小有解得由几何关系可知Q的坐标为（0，2a），故选B。5. C解析：对
18、凹槽与滑块整体分析，有墙面对凹槽的压力为则越来越大时，墙面对凹槽的压力先增大后减小，所以C正确；故选C。6. A解析：副线圈的总电阻为解得则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，副线圈的总电阻选增大后减小，根据等效电阻关系有则等效电阻先增大后减小，由欧姆定律有 ，先减小后增大，先减小后增大，则先变暗后变亮，根据，由于先减小后增大，则副线圈的电压先增大后减小，通过L2的电流为则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，逐渐减小，副线圈的电压增大过程中 增大；在副线圈的电压减小过程中，通过R0的电流为逐渐增大，则越来越小，则则先变暗后变亮，一直变亮；故选A。二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共
19、20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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。7. AC解析：根据万有引力定律有核心舱进入轨道后的万有引力与地面上万有引力之比为所以A正确；根据可知轨道半径越大周期越大，则其周期比同步卫星的周期小，小于24h，所以C正确；故选AC。8. ABD解析：由于在0 t1时间内，物体B静止，则对B受力分析有F墙 = F弹则墙对B的冲量大小等于弹簧对B的冲量大小，而弹簧既作用于B也作用于A，则可将研究对象转为A，撤去F后A只受弹力作用，则根据动量定理有I = mAv0（方向向右）则墙对B的冲量与弹簧对A的冲量大小相等、方向相同，A正确；由at
20、图可知t1后弹簧被拉伸，在t2时刻弹簧的拉伸量达到最大，根据牛顿第二定律有F弹 = mAaA= mBaB由图可知aB aA则mB mAB正确；由at图可知t1后B脱离墙壁，且弹簧被拉伸，在t1t2时间内AB组成的系统动量守恒，且在t2时刻弹簧的拉伸量达到最大，A、B共速，由at图像的面积为Dv，在t2时刻AB的速度分别为，A、B共速，则D正确。故选ABD。9. AB解析：由于该电场为匀强电场，可采用矢量分解的的思路，沿cd方向建立x轴，垂直与cd方向建立y轴如下图所示在x方向有W = Exq2R在y方向有2W = EyqR + ExqR经过计算有Ex = ，Ey = ，E = ，tan = 由
21、于电场方向与水平方向成60，则电场与ab平行，且沿a指向b，A正确；该粒从d点运动到b点，电场力做的功为W = Eq = 0.5WB正确；故选AB。10. CD解析：由于组合体进入磁场后做匀速运动，由于水平方向的感应电动势相互低消，有mg = F安 = 则组合体克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，C正确；无论调节哪个物理量，只要组合体仍能匀速通过磁场，都有mg = F安则安培力做的功都为W = F安3L则组合体通过磁场过程中产生的焦耳热不变，D正确。故选CD。三、非选择题：（一）必考题： 11. 答案： (1). 1.02 (2). (3). 0.342解析：（1）1垫块的厚度为h=1cm
22、+20.1mm=1.02cm（5）2绘制图线如图；3根据可知a与n成正比关系，则根据图像可知，斜率解得a=0.342m/s212. 答案： (1). (2). (3). (4). 解析： 1开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的端。 2设圆心角为时，电阻丝接入电路中的电阻为，根据闭合电路欧姆定律可知整理得结合图象的斜率和截距满足，解得电源电动势和内阻为 3实验器材中有定值电阻和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图原理的简单说明： 将开关置于位置，读出电流表示数； 将开关置于电阻丝处，调节电阻
23、丝的角度，直到电流表示数为，读出此时角度 ； 此时，即可求得数值。13. 答案：（1）；（2），垂直与纸面向里，；（3），解析：（1）粒子垂直进入圆形磁场，在坐标原点汇聚，满足磁聚焦的条件，即粒子在磁场中运动的半径等于圆形磁场的半径，粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力解得（2）粒子从点进入下方虚线区域，若要从聚焦的点飞入然后平行轴飞出，为磁发散的过程，即粒子在下方圆形磁场运动的轨迹半径等于磁场半径，粒子轨迹最大的边界如图所示，图中圆形磁场即为最小的匀强磁场区域磁场半径为，根据可知磁感应强度为根据左手定则可知磁场的方向为垂直纸面向里，圆形磁场的面积为（3）粒子在磁场中运动，3和4为粒子运动的轨
24、迹圆，1和2为粒子运动的磁场的圆周根据可知I和III中的磁感应强度为，图中箭头部分的实线为粒子运动的轨迹，可知磁场的最小面积为叶子形状，取I区域如图图中阴影部分面积的一半为四分之一圆周与三角形之差，所以阴影部分的面积为类似地可知IV区域的阴影部分面积为根据对称性可知II中的匀强磁场面积为14. 答案：（1）；（2）（其中，）；（3）解析：（1）物块从光滑轨道滑至点，根据动能定理解得（2）物块从点飞出后做平抛运动，设飞出的初速度为，落在弧形轨道上的坐标为，将平抛运动分别分解到水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，有，解得水平初速度为物块从点到落点，根据动能定理可知解得落点处动能为因为物
25、块从点到弧形轨道上动能均相同，将落点的坐标代入，可得化简可得即（其中，）（3）物块在倾斜轨道上从距轴高处静止滑下，到达点与物块碰前，其速度为，根据动能定理可知解得 - 物块与发生弹性碰撞，使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，则A与B碰撞后需要反弹后再经过水平轨道-倾斜轨道-水平轨道再次到达O点。规定水平向右为正方向，碰后AB的速度大小分别为和，在物块与碰撞过程中，动量守恒，能量守恒。则解得 - -设碰后物块反弹，再次到达点时速度为，根据动能定理可知解得 -据题意， A落在B落点的右侧，则 -据题意，A和B均能落在弧形轨道上，则A必须落在P点的左侧，即： -联立以上，可得的取值范围
26、为（二）选考题： 物理选修3-315. 答案：BDE解析：根据气缸导热且环境温度没有变，可知气缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B正确；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：D正确；左端活塞到达 B 位置时，根据压强平衡可得：即：E正确。故选BDE。16. 答案：（1）297K；（2）309K解析：（1）由电子天平示数为600.0g时，则细绳对铁块拉力为又：铁块和活塞对细绳的拉力相等，则气缸内气体压强等于大气压强当电子天平示数为400.0g时，设此时气缸内气体压强为p2，对受力分析有 由题意可知，气缸内气体体积不变，则压强与温
27、度成正比：联立式解得（2）环境温度越高，气缸内气体压强越大，活塞对细绳的拉力越小，则电子秤示数越大，由于细绳对铁块的拉力最大为0，即电子天平的示数恰好为1200g时，此时对应的环境温度为装置可以测量最高环境温度。设此时气缸内气体压强为p3，对受力分析有又由气缸内气体体积不变，则压强与温度成正比联立式解得物理选修3-417. ACE解析：由图a、b可看出，该波的波长、周期分别为 = 10m，T = 4s则根据波速公式v = = 2.5m/s则该波从A点传播到B点，所需时间为t = m/s = 4m/sA正确；波从AE波面传播到C的距离为x =(10 - 10)m则波从AE波面传播到C的时间为t = 则t = 8s时，C处质点动了3.1s，则此时质点速度方向向上，C正确；由选项A知T = 4s，12s = 3T一个周期质点运动的路程为4cm，则3T质点运动的路程为12cm，E正确。故选ACE。18. 答案：（i）1.38；（ii）1.7解析：（i）根据题意作出如下光路图当孔在人身高一半时有tan = = ，sin = 0.8，tan = ，sin = 由折射定律有n = （ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，则可画出如下光路图根据几何关系有