1、2021年河北省普通高中学业水平选择性考试物理一、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1. 银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（）A. 核的质量等于核的质量B. 核的中子数大于核的中子数C. 将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D. 银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为【答案】C【解析】【分析】【详解】A和的质量数均为相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；B核的中子数为个，核的中子数为个，B错误；C半衰期是原子核固有的属性，与外界
2、条件无关，C正确；D质量为的的半衰期为万年，经过万年为个半衰期，剩余质量为，不会全部衰变为，D错误。故选C。2. 铯原子钟是精确的计时仪器，图1中铯原子从O点以的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面所用时间为；图2中铯原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为，O点到竖直平面、P点到Q点的距离均为，重力加速度取，则为（）A 1001B. 1100C. 1200D. 2001【答案】C【解析】【分析】【详解】铯原子做平抛运动，水平方向上做匀速直线运动，即解得铯原子做竖直上抛运动，抛至最高点用时，逆过程可视为自由落体，即解得则故选C。3. 普朗克常量，光速为c，
3、电子质量为，则在国际单位制下的单位是（）A. B. mC. D. 【答案】B【解析】【分析】【详解】根据可得它们的单位为：故选B。4. “祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日，已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为（）A. B. C. D. 【答案】D【解析】【分析】【详解】绕中心天体做圆周运动，根据万有引力提供向心力，可得则，由于一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则飞船的轨
4、道半径则故选D。5. 如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是（）A. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，C. 导轨处磁场方向垂直导轨平面向上，D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，【答案】B【解析】【分析】【详解】等离子体垂
5、直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板Q带正电荷，金属板P带负电荷，则电流方向由金属棒a端流向b端。等离子体穿过金属板P、Q时产生的电动势满足 由欧姆定律和安培力公式可得再根据金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止，可得则金属棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。故选B。6. 一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示，长度为、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球，小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直，将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为（重力加速度为g，不计空气阻力）（）A
6、. B. C. D. 【答案】A【解析】【分析】【详解】小球下落的高度为h = R - R + R = R小球下落过程中，根据动能定理有mgh = mv2综上有v = 故选A。7. 如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，导轨间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处O点为坐标原点，狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为，一电容为C的电容器与导轨左端相连，导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，忽略所有电阻，下列说法正确的是（）A. 通过金属棒的电流为B. 金属棒到达时，电容器极板上的电荷量为C. 金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电D. 金属棒运动过
7、程中，外力F做功的功率恒定【答案】A【解析】【分析】【详解】C根据楞次定律可知电容器的上极板应带正电，C错误；A由题知导体棒匀速切割磁感线，根据几何关系切割长度为L = 2xtan，x = vt则产生的感应电动势为E = 2Bv2ttan由题图可知电容器直接与电源相连，则电容器的电荷量为Q = CE = 2BCv2ttan则流过导体棒的电流I = = 2BCv2tanA正确；B当金属棒到达x0处时，导体棒产生的感应电动势为E = 2Bvx0tan则电容器的电荷量为Q = CE = 2BCvx0tanB错误；D由于导体棒做匀速运动则F = F安 = BIL由选项A可知流过导体棒的电流I恒定，但L
8、与t成正比，则F为变力，再根据力做功的功率公式P = Fv可看出F为变力，v不变则功率P随力F变化而变化；D错误；故选A。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，有两个或两个以上选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，发电机矩形线圈长为、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为、和，两个副线圈分别接有电阻和，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是（）A. 通过电阻的电流为B. 电阻两端的电压为C. 与的比值为D. 发电机的功率为
9、【答案】BC【解析】【分析】【详解】AB由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律U1= IR1根据变压器电压与匝数的关系有，代入数据有U0= ，U2= 再由欧姆定律有U2= I2R2可计算出I2= 综上可知，A错误、B正确；C由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax= NB2L2，U0= = NBL2由选项AB知U0= 则C正确；D由于变压器为理想变压器则有P0= P1 + P2= U1I + U2I2= I2R1 + U2I2代入选项ABC公式有P0= 由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误。故选BC。9. 如图，矩形金属框竖直放置，其中、足够长
10、，且杆光滑，一根轻弹簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过杆，金属框绕轴分别以角速度和匀速转动时，小球均相对杆静止，若，则与以匀速转动时相比，以匀速转动时（）A. 小球的高度一定降低B. 弹簧弹力的大小一定不变C. 小球对杆压力的大小一定变大D. 小球所受合外力的大小一定变大【答案】BD【解析】【分析】【详解】对小球受力分析，设弹力为T，弹簧与水平方向夹角为，则对小球竖直方向而可知为定值，T不变，则当转速增大后，小球的高度不变，弹簧的弹力不变。则A错误，B正确；水平方向当转速较小时，杆对小球的弹力FN背离转轴，则即当转速较大时，FN指向转轴即则因 ，根据牛顿第三定律可知，小球
11、对杆的压力不一定变大。则C错误；根据可知，因角速度变大，则小球受合外力变大。则D正确。故选BD。10. 如图，四个电荷量均为的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为、和，其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动（），下列说法正确的是（）A. 除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零B. 当取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零点C. 当时，将一带负电的试探电荷由点移至点，静电力做正功D. 当时，将一带负电的试探电荷放置在点处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成倾斜向上【答案】ACD【解析】【分析】【详解】A根据场强叠加原理可知，除无穷远处之外，菱形外部
12、电场强度处处不为零，选项A正确；B因为在x轴上的两个点电荷在O点的合场强为零，在y轴上的两电荷，无论y0取什么值，因为关于原点对称，则在O点的合场强也为零，在横轴和纵轴上除原点外，出现合场强为零的点，根据对称性可知，一定是成对出现的，关于原点对称，所以算上原点，合场强为零的点是奇数个，不会是2个，选项B错误；C由几何关系可知，坐标为（4l，5l）的A点在第一象限内所在的虚像的垂直平分线的上方；坐标为（0，-3l）的B点在第三象限内所在的虚像的垂直平分线的上方，且到达虚线的距离相等，由电势叠加可知，B点的电势高于A点，则带负电的试探电荷在A点的电势能较大，从A点到B点电势能减小，可知电场力做正功
13、，选项C正确；D若y0=4l，则四个点构成正方形，由对称可知在点（l，l）处的场强一定沿着过该点与原点连线的方向上；在y轴正向和x正向上的点电荷在（l，l）处的合场强在y轴负向和x负向上的点电荷在（l，l）处的合场强可知（l，l）点的场强沿着MN方向且与x轴从成45角的方向向下，将一带负电的试探电荷放置在点处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成倾斜向上，选项D正确。故选ACD。三、非选题：共54分第1114题为必考题，每个试题考生都必须作答第1516题为选考题，考生根据要求作答（一）必考题：共62分11. 某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，
14、量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。（1）根据图1，完成图2中的实物连线_；（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是_（单项选择，填正确答案标号）；A电流表短路B滑动变阻器的滑片接触不良C滑动变阻器滑片的初始位置在b端（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为_（保留三位有效数字）。【答案】 (1). (2). C (3). 【解析】【分析】【详解】（1）1电流表负极与滑动变阻器的右端的位置连接，如图（2）2开关闭合，小灯泡闪
15、亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。A电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；B滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；C滑动变阻器的滑片开始时置于端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确；故选C。（3）根据小灯泡的伏安特性曲线可知在点时的电压和电流分别为，根据欧姆定律可知小灯泡的电阻为12. 某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为，其上可放钩码）、刻度尺，当地重力加速度为，实验操作步骤如下：安装
16、器材，调整两个光电门距离为，轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；保持最下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量及系统总机械能的减少量，结果如下表所示：0.2000.2500.3000.3500.4000.5820.4900.3920.2940.1950.3930.4900.6860.785回答下列问题：（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减
17、少量为_J（保留三位有效数字）；（2）步骤中的数据所缺数据为_；（3）若M为横轴，为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出图像_；若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功，则物块与木板之间的摩擦因数为_（保留两位有效数字）【答案】 (1). 0.980 (2). 0.588 (3). (4). 0.40（0.380.42）【解析】【分析】【详解】（1）1四个钩码重力势能的减少量为（2）2对滑块和钩码构成的系统，由能量守恒定律可知其中系统减少的重力势能为系统增加的动能为系统减少的机械能为，则代入数据可得表格中减少的机械能为（3）3根据表格数据描点得的图像为4根据做功关系可知则图像的斜率为解得动摩擦因
18、数为（0.380.42）13. 如图，一滑雪道由和两段滑道组成，其中段倾角为，段水平，段和段由一小段光滑圆弧连接，一个质量为的背包在滑道顶端A处由静止滑下，若后质量为的滑雪者从顶端以的初速度、的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起，背包与滑道的动摩擦因数为，重力加速度取，忽略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化，求：（1）滑道段的长度；（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。【答案】（1）；（2）【解析】【分析】【详解】（1）设斜面长度为，背包质量为，在斜面上滑行的加速度为，由牛顿第二定律有解得滑雪者质量为，初速度为，加速度为，在斜面上滑行时间为，落后时间，则
19、背包的滑行时间为，由运动学公式得联立解得或故可得（2）背包和滑雪者到达水平轨道时的速度为、，有滑雪者拎起背包的过程，系统在光滑水平面上外力为零，动量守恒，设共同速度为，有解得14. 如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连，正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q，一足够长的挡板与正极板成倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，长度为，忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用
20、及粒子所受重力。（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压的大小；（2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板上，求电压的最小值；（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（，H、S两点末在图中标出）、对于粒子靶在区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n（）种能量的粒子，求和的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。【答案】（1）；（2）；（3）；【解析】【分析】【详解】（1）从O点射出的粒子在板间被加速，则粒子在磁场中做圆周运动，则半径由解得 （2）当电压有最小值时，当粒子穿过下面的正极板后，圆轨道与挡板OM相
21、切，此时粒子恰好不能打到挡板上，则从O点射出的粒子在板间被加速，则粒子在负极板上方的磁场中做圆周运动粒子从负极板传到正极板时速度仍减小到v0，则由几何关系可知联立解得 （3）设粒子第一次经过电场加速，在负极板上方磁场区域偏转的轨迹半径为r0，若粒子在电场加速电压小于Umin，粒子穿过磁场在正极板下方磁场运动时，会被OM板吸收。则第一次出现能吸收到n（）种能量的位置（即H点），为粒子通过极板电压时，粒子第二次从上方打到负极板的位置（轨迹如图中蓝色线条所示）。由（2）的计算可知则极板电压大于时，粒子均不会被OM吸收，可以经过正极板下方磁场偏转，回到负极板上方磁场中，偏转后打在负极板上。则H点右方的
22、点的粒子靶都可以接受到n（）种能量的粒子。即。（二）选考题：共12分请考生从2道题中任选一题作答，并用2B铅笔将答题卡上所选题目对应的题号右侧方框涂黑，按所涂题号进行评分；多涂、多答，按所涂的首题进行评分；不涂，按本选考题的首题进行评分15. 两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能_（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B内气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线_（填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规
23、律。【答案】 (1). 大于 (2). 【解析】【分析】【详解】1对活塞分析有因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有；所以在达到平衡过程中外界对气体做功有则根据因为气缸和活塞都是绝热的，故有即重新平衡后A气缸内的气体内能大于B气缸内的气体内能；2由图中曲线可知曲线中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线的温度较高，所以由前面分析可知B气缸温度较低，故曲线表示气缸B中气体分子的速率分布。16. 某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27时，压强为。（1）当夹层中空气的温度升至37，求此时夹层中空气的压强；（2）当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有
24、空气质量的比值，设环境温度为27，大气压强为。【答案】（1）；（2）【解析】【分析】【详解】（1）由题意可知夹层中的气体发生等容变化，根据理想气体状态方程可知代入数据解得（2）当保温杯外层出现裂缝后，静置足够长时间，则夹层压强和大气压强相等，设夹层体积为V，以静置后的所有气体为研究对象有解得则增加空气的体积为所以增加的空气质量与原有空气质量之比为17. 如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，内经过的路程为0.4m。该弹簧振子的周期为_s，振幅为_m。【答案】 (1). 4 (2). 0.2【解析】【分析】【详解】1根
25、据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为2从A到B经过了半个周期的振动，路程为，而一个完整的周期路程为0.8m，为4个振幅的路程，有解得振幅为18. 将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为，当时，A右侧恰好无光线射出；当时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h，不考虑多次反射，求：（1）半圆柱体对该单色光的折射率；（2）两个半圆柱体之间的距离d。【答案】（i）；（ii）【解析】【分析】【详解】（i）光从半圆柱体A射入，满足从光密介质到光疏介质，当时发生全反射，有解得（ii）当入射角，经两次折射从半圆柱体B的半径出射，设折射角为，光路如图由折射定律有有几何关系有联立解得