湖南省衡阳市2021届新高考物理模拟试题(2)含解析 18页

湖南省衡阳市 2021 届新高考物理模拟试题（ 2） 一、单项选择题：本题共 6 小题，每小题 5 分，共 30 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．如图所示， 一质量为 m 0=4kg 、倾角 θ =45°的斜面体 C 放在光滑水平桌面上， 斜面上叠放质量均为 m=1kg 的物块 A 和 B，物块 B 的下表面光滑， 上表面粗糙且与物块 A 下表面间的动摩擦因数为 μ=0.5，最大静摩 擦力等于滑动摩擦力；物块 B 在水平恒力 F 作用下与物块 A 和斜面体 C 一起恰好保持相对静止地向右运 动，取 g=10m/s2，下列判断正确的是（ ） A．物块 A 受到摩擦力大小 5NfF B．斜面体的加速度大小为 a=10m/s 2 C．水平恒力大小 F=15N D．若水平恒力 F 作用在 A 上， A、B、C 三物体仍然可以相对静止 【答案】 A 【解析】 【详解】 ABC ．对物块 A 和 B 分析，受力重力、斜面体对其支持力和水平恒力，如图所示 根据牛顿第二定律则有 sinθ 2F N ma 其中 cosθ 2N mg 对物块 A、B 和斜面体 C 分析，根据牛顿第二定律则有 0(2 )F m m a 联立解得 25m/sa 30NF 对物块 A 分析，根据牛顿第二定律可得物块 A 受到摩擦力大小 5NfF ma 故 A 正确， B、C 错误； D．若水平恒力 F 作用在 A 上，则有 AF mg ma 解得 225m/sAa a 所以物块 A 相对物块 B 滑动，故 D 错误； 故选 A。 2．电阻为 R 的单匝闭合金属线框，在匀强磁场中绕着与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势的 图像如图所示。下列判断正确的是（ ） A． 2 T 时刻线框平面与中性面平行 B．穿过线框的磁通量最大为 0 2 E T C．线框转动一周做的功为 2 0E T R D．从 4 Tt 到 3 4 Tt 的过程中，线框的平均感应电动势为 0 2 E 【答案】 B 【解析】 【详解】 A．由图可知 2 Tt 时刻感应电动势最大，此时线圈所在平面与中性面垂直， A 错误； B．当感应电动势等于零时，穿过线框回路的磁通量最大，且由 mE NBS 得 0 0m m 2 21 E E TE N T B 正确； C．线圈转一周所做的功为转动一周的发热量 2m 22 0 ( ) 2 2 E EEQ T T T R R R C 错误； D．从 4 T 到 3 4 T 时刻的平均感应电动势为 0m 22 2 2 EE T T D 错误。 故选 B。 3．安培曾假设：地球的磁场是由绕地轴的环形电流引起的。现代研究发现：地球的表面层带有多余的电 荷，地球自转的速度在变慢。据此分析，下列说法正确的是（ ） A．地球表面带有多余的正电荷，地球的磁场将变弱 B．地球表面带有多余的正电荷，地球的磁场将变强 C．地球表面带有多余的负电荷，地球的磁场将变弱 D．地球表面带有多余的负电荷，地球的磁场将变强 【答案】 C 【解析】 【详解】 地球自西向东自转，地球表面带电，从而形成环形电流。这一环形电流产生地磁场。若从北极俯视地球地 磁场由外向里， 由安培定则知产生磁场的环形电流方向应自东向西， 与地球自转方向相反， 则地球带负电。 地球自转速度变小，则产生的环形电流 I 变小，则产生的磁场变弱， ABD 错误， C 正确。 故选 C。 4．甲、 乙两车在同一平直公路上运动， 两车的速度 v 随时间 t 的变化如图所示。 下列说法正确的是 （ ） A．甲乙两车的速度方向可能相反 B．在 t1 到 t 2 时间内，甲车的加速度逐渐增大 C．在 t1 到 t2 时间内，两车在同一时刻的加速度均不相等 D．若 t=0 时刻甲车在前，乙车在后，在运动过程中两车最多能相遇三次 【答案】 D 【解析】 【详解】 A．速度是矢量，速度大于零代表一个方向，速度小于零则代表相反方向，所以两车速度方向相同，选项 A 错误； B．速度时间图像的斜率即加速度，在 t1 到 t2 时间内，甲车的加速度逐渐减小，选项 B 错误； C．平移乙的图像，在 t 1到 t 2时间内，有一时刻两车的加速度相等，选项 C 错误； D．若 t=0 时刻甲车在前，乙车在后，在以后的运动过程中可能乙会追上甲，甲再追上乙，甲再被乙反超， 两车最多能相遇三次，选项 D 正确。 故选 D。 5．某工厂检查立方体工件表面光滑程度的装置如图所示，用弹簧将工件弹射到反向转动的水平皮带传送 带上，恰好能传送过去是合格的最低标准。假设皮带传送带的长度为 10m 、运行速度是 8m/s，工件刚被 弹射到传送带左端时的速度是 10m/s，取重力加速度 g=10m/s 2。下列说法正确的是（ ） A．工件与皮带间动摩擦因数不大于 0.32 才为合格 B．工件被传送过去的最长时间是 2s C．若工件不被传送过去，返回的时间与正向运动的时间相等 D．若工件不被传送过去，返回到出发点的速度为 10m/s 【答案】 B 【解析】 【分析】 【详解】 AB ．工件恰好传到右端，有 2 00 2v gL 代入数据解得 0.5 工件与皮带间动摩擦因数不大于 0.5 才为合格，此时用时 0 2svt g 故 A 错误 B 正确； CD ． 若工件不被传送过去，当反向运动时，最大速度与传送带共速，由于传送带的速度小于工件的初速 度，根据匀变速运动速度时间关系可知，返回的时间与正向运动的时间不相等，故 CD 错误。 故选 B。 6．如图所示，质量为 m 的小球用两根细线 OA OB、 连接，细线 OA的另一端连接在车厢顶，细线 OB 的 另一端连接于侧壁，细线 OA与竖直方向的夹角为 37 ,OB 保持水平，重力加速度大小为 g ，车向左 做加速运动，当 OB 段细线拉力为 OA段细线拉力的两倍时，车的加速度大小为 （ sin 37 0.6,cos37 0.8 ）（ ） A． g B． 5 4 g C． 3 2 g D． 7 4 g 【答案】 D 【解析】 【分析】 【详解】 设 OA段细线的拉力为 F ，则 cos37F mg 2 sin 37F F ma 求得 7 4 a g ，选项 D 正确， ABC 错误。 故选 D。 二、多项选择题：本题共 6 小题，每小题 5 分，共 30 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．如图（ a）所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框 abcd 绕与磁感线垂直的转轴 ab 匀速 转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图（ b）所示，若线框总电阻为 5Ω，则（ ） A． cd 边两端电压的有效值为 16.5V B．当线框平面与中性面的夹角为 45o 时，线框产生的电动势的大小为 22V C．从 0t 到 0.01st 时间内，通过线框某一截面的电荷量为 24.4 10 C D．线框转动一周产生的焦耳热为 3.87J 【答案】 AB 【解析】 【详解】 A．根据电动势随时间的变化曲线可得，交流电的电动势的瞬时值为 22 2 sin (V) 22 2 sin100 π(V)e t t 则交流电的电动势的有效值为 22VE cd 边两端电压的有效值为 3 16.5V 4cdU E 所以 A 正确； B．当线框平面与中性面的夹角为 45o 时，即 π 4 t 则此时的电动势为 22Ve 所以 B 正确； C．由图象可得交流电的周期为 0.02sT 从 0t 到 0.01st 时间内，即半个周期内，通过线框某一截面的电荷量为 2BSq R R 由电动势的瞬时值表达式可知 m 2π 22 2VBSE BS T 211 2πT m 50 BS 则 -22 11 2πC 3.9 10 C 125 BSq R 所以 C 错误； D．此交流电的电流有效值为 4.4AEI R 根据焦耳定律可得，线框转动一周产生的焦耳热为 2 1.936JQ I RT 所以 D 错误。 故选 AB 。 8．2019 年 1 月 3 日 10 时 26 分， “嫦娥四号 ”探测器成功在月球背面着陆，标志着我国探月航天工程达到 了一个新高度，如图所示为 “嫦娥四号 ”到达月球背面的巡视器。已知地球质量大约是月球质量的 81 倍， 地球半径大约是月球半径的 4 倍。不考虑地球、月球自转的影响，则下列判断中最接近实际的是（ ） A．地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比为 9：4 B．地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比为 81：16 C．地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 9：2 D．地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 2：9 【答案】 BC 【解析】 【详解】 AB ．根据天体表面物体的重力等于万有引力，有 可得 所以地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比为 故 A 错误， B 正确； CD ．当质量为 m 的物体在环绕天体表面飞行时的速度即为天体第一宇宙速度，根据万有引力提供向心力 有 可得第一宇宙速度 所以地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为 故 C 正确， D 错误。 故选 BC 。 9．在粗糙地面上，某吋刻乒乓球的运动状态如图所示，判断一段时间后乒乓球的可能运动状况（ ） A．静止 B．可能原地向前无滑滚动 C．原地向左滚动 D．原地向右滚动 【答案】 ABCD 【解析】 【详解】 由图可知乒乓球角速度的方向与平动速度造成的效果是相反的， 故到稳定状态过程中选项中选项中的过程 都有可能出现的，故 ABCD 均正确。 故选 ABCD 。 10．如图甲所示，为测定物体冲上粗糙斜面能达到的最大位移 x 与斜面倾角 的关系，将某一物体每次以 大小不变的初速度沿足够长的斜面向上推出，调节斜面与水平方向的夹角 ，实验测得 x 与斜面倾角 的 关系如图乙所示， g 取 10 m/s2，根据图象可求出 A．物体的初速度 0v =6 m/s B．物体与斜面间的动摩擦因数 =0.6 C．取不同的倾角 ，物体在斜面上能达到的位移 x 的最小值 min 1.44x m D．当某次 = 30 时，物体达到最大位移后将沿斜面下滑 【答案】 AC 【解析】 【详解】 AB. 物体在粗糙斜面上向上运动，根据牛顿第二定律 sin cosmg mg ma 得加速度为 sin cosa g g 由运动学公式当 =90°时， 2 0 2v gx ，可得 0 m2 6 sv gx ，当 =0 时， 2 0 2v gx ，可得 2 0 3 2 4 v gx ，故 A 项正确， B 项错误； C. 根据运动学公式得物体能达到的位移 2 0 2( sin cos ) vx g g 由辅助角公式 2 2 0 2 1 sin( )v g x 可得位移 x 的最小值 2 0 min 2 1.44m 2 1 vx g 故 C 项正确； D.由于 > ant ，所以当物体在斜面上停止后，不会下滑，故 D 项错误。 11．下列说法中正确的是 。 A．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一 B．变化的电场一定产生变化的磁场 C．光的偏振现象说明光是横波 D．无影灯是利用光的衍射原理 【答案】 AC 【解析】 【分析】 【详解】 A．狭义相对论的两条基本假设是光速不变原理和相对性原理 , 故 A 正确； B．均匀变化的电场一定产生恒定的磁场，故 B 错误； C．偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故 C 正确； D．无影灯是利用光的直线传播原理制成的，故 D 错误。 故选 AC 。 12．若宇航员到达某一星球后，做了如下实验 :(1)让小球从距离地面高 h 处由静止开始下落，测得小球下 落到地面所需时间为 t;(2) 将该小球用轻质细绳固定在传感器上的 O 点，如图甲所示。给小球一个初速度 后，小球在竖直平面内绕 O 点做完整的圆周运动，传感器显示出绳子拉力大小随时间变化的图象所示 (图 中 F 1、F 2 为已知 )。已知该星球近地卫星的周期为 T，万有引力常量为 G，该星球可视为均质球体。下列 说法正确的是 A．该星球的平均密度为 2 3 GT B．小球质量为 2 2 1( ) 12 F F t h C．该星球半径为 2 2 24 hT t D．环绕该星球表面运行的卫星的速率为 2 Th t 【答案】 ABD 【解析】 【详解】 A. 对近地卫星有 2 2 2 4πMmG m R R T ，星球密度 M V ，体积 34 π 3 V R ，解得 2 3π GT ，故 A 正确。 B.小球通过最低点时拉力最大，此时有 2 0 2 vF mg m r 最高点拉力最小，此时有 2 1 vF mg m r 最高点到最低点，据动能定理可得 2 2 0 1 1·2 2 2 mg r mv mv 可得 2 1 6F F mg ，小球做自由落体运动时，有 21 2 h gt 可得 2 2hg t ， 2 2 1( ) 12 F F tm h ，故 B 正确。 C.根据 2 RT v 及 v gR 可得：星球平均密度可表示为 2 3π 3 4π g GT GR 可得 2 2 22π hTR t ，故 C 错误。 D.环绕该星球表面运行的卫星的速率可表示为 2π hTv gR t 故 D 正确。 三、实验题 :共 2 小题，每题 8 分，共 16 分 13．某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了 提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻。实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双电压表，该同学便 充分利用这块电压表，设计了如图所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完 成水果电池组电动势和内阻的测量，他用到的实验器材有： 待测水果电池组（电动势约 4V ，内阻约 50 ）、双向电压表（量程为 2V ，内阻约为 2k ）、电阻箱 （ 0 9999: ）、滑动变阻器（ 0 200: ），一个单刀双掷开关及若干导线。 （ 1）该同学按如图所示电路图连线后，首先测出了电压表的内阻。请完善测量电压表内阻的实验步骤： ①将 1R 的滑动触头滑至最左端，将 S 拨向 1 位置，将电阻箱阻值调为 0； ②调节 1R 的滑动触头，使电压表示数达到满偏； ③保持 ______不变，调节 2R ，使电压表的示数达到 ______； ④读出电阻箱的阻值，记为 2R ，则电压表的内阻 VR ______。 （ 2）若测得电压表内阻为 2k ，可分析此测量值应 ______（选填 “大于 ”“等于 ”或 “小于 ”）真实值。 （ 3）接下来测量水果电池组的电动势和内阻，实验步骤如下： ①将开关 S 拨至 ______（选填 “1”或 “2”）位置，将 1R 的滑动触片移到最 ______端，不再移动； ②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值； ③重复步骤②，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值。 （ 4）若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为 R ，作出 1 1 U R 图象，则可消除系统误差，如图所示，其 中纵截距为 b，斜率为 k ，则电动势的表达式为 ______，内阻的表达式为 ______。 【答案】 （1）③ 1R 半偏（或最大值的一半） ④ 2R （2）大于 （3）① 2 左 （ 4） 1E b kr b 【解析】 【详解】 （ 1）由题图可知，当 S 拨向 1 位置，滑动变阻器 1R 在电路中为分压式接法，利用电压表的半偏法得：调 节 1R 使电压表满偏； [1]. 保持 1R 不变， 2R 与电压表串联； [2]. 调节 2R 使电压表的示数达到半偏（或最大值的一半） ； [3]. 则电压表的内阻 vR 与电阻箱示数 2R 相同。 （ 2） [4].由闭合电路欧姆定律可知，调节 2R 变大使电压表达到半偏的过程中，总电阻变大。干路总电流 变小，由 ·E I r U 外 得 U 外 变大，由电路知 U U U 右外 并 ，滑动变阻器的滑动触头右侧分得的电压 ·U I R右 右 变小，则 U 并 变大，电压表半偏时， 2R 上分得的电压就会大于电压表上分得的电压，那么 2R 的阻值就会大于电压表的阻值。 （ 3） [5].[6]. 测水果电池组的电动势和内阻，利用伏阻法， S 拨到 2 位置，同时将 1R 的滑动触头移到最左 端。利用 1 1 2 UE U r R ， 1 1 2 UE U r R '' ' ，联立求 E、 r。 （ 4） [7].[8]. 由闭合电路欧姆定律得： UE U r R ， 变形得 1 1 1r U E R E ， 则 r k E ， 1 b E ， 解得： 1E b ， kr b 。 14． (1)如图所示的四个图反映 “用油膜法估测分子的大小 ”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排 列应是 ________（用符号表示） (2)用“油膜法 ”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有： ___________ 。 (3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由于（ _____） A．油酸未完全散开 B．油酸溶液浓度低于实际值 C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格计为一格 D．求每滴溶液体积时， 1mL 的溶液的滴数多记了 10 滴 【答案】 dacb 把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜， 把形成油膜的分子看做紧密排列的球 形分子 A 【解析】 【详解】 (1)[1] “油膜法估测油酸分子的大小 ”实验步骤为：配制酒精油酸溶液 (教师完成，记下配制比例 ) →测定一 滴油酸酒精溶液的体积 (d) →准备浅水盘 →形成油膜 (a) →描绘油膜边缘 (c) →测量油膜面积 (b) →计算分子直 径；因此操作先后顺序排列应是 dacb； (2)[2] 在 “用油膜法估测分子的大小 ”实验中，我们的科学的近似处理是：①油膜是呈单分子分布的；②把 油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙； (3)[3] 计算油酸分子直径的公式是 Vd S V 是纯油酸的体积， S 是油膜的面积。 A. 油酸未完全散开，测得的 S 偏小，测得的分子直径 d 将偏大，故 A 正确； B. 如果测得的油酸溶液浓度低于实际值，测得的油酸的体积偏小，测得的分子直径将偏小，故 B 错误； C. 计算油膜面积时将所有不足一格的方格计为一格，测得的 S 将偏大，测得的分子直径将偏小，故 C 错 误； D. 求每滴体积时， lmL 的溶液的滴数误多记了 10 滴，一滴溶液的体积 1 1 mLV n 可知，测得一滴液体的体积偏小，测得纯油酸的体积将偏小，测得的分子直径将偏小，故 D 错误。 四、解答题：本题共 3 题，每题 8 分，共 24 分 15．有一个容积 V＝30L 的瓶内装有质量为 m 的某种气体，由于用气，瓶中的压强由 p1＝50atm 降到 p 2 ＝ 30atm ，温度始终保持 0℃，已知标准状况下 1mol 气体的体积是 22.4L ，求： ①使用掉的气体的质量 Δm； ②使用掉的气体的分子数． (阿伏加德罗常数 N A＝6.0 ×1023mol －1，保留两位有效数字 ) 【答案】① Δm＝0.4m ②n＝1.6 ×1025 个 【解析】①用气过程中，温度不变，由 p1V 1＝p 2V 2，V 2＝50 L 可得用掉的气体在压强为 30 atm 时的体积为 ΔV＝V 2－V 1＝20 L ，Δm＝0.4m ②再由 p 2ΔV＝p 0V 3 可得这部分气体在标准状况下的体积为 V 3＝600 L 所以， 23 253 600 6.0 10 =1.6 10 22.4A Vn N V摩 个 个 。 16．如图所示，光滑的水平桌面边缘处固定一轻质定滑轮， A 为质量为 2m 的足够长的木板， B、C、D 为 三个质量均为 m 的可视为质点的物块， B 放在 A 上， B 通过水平且不可伸长的轻绳跨过定滑轮与 D 连接， D 悬在空中。 C 静止在水平桌面上 A 的右方某处（ A、C 和滑轮在同一直线上） 。A、B 间存在摩擦力，且 认为最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，在 D 的牵引下， A 和 B 由静止开始一起向右加速运动，一段时间 后 A 与 C 发生时间极短的弹性碰撞， 设 A 和 C 到定滑轮的距离足够远， D 离地面足够高， 不计滑轮摩擦， 已知重力加速度为 g。 (1)为使 A 与 C 碰前 A 和 B 能相对静止一起加速运动，求 A 与 B 间的动摩擦因数 μ应满足的条件； (2)若 A 与 B 间的动摩擦因数 μ =0.75，A 与 C 碰撞前 A 速度大小为 v0，求 A 与 C 碰后，当 A 与 B 刚好相 对静止时， C 与 A 右端的距离。 【答案】 （1） 1 2 ；（ 2） 2 04 3 vd g 【解析】 【分析】 【详解】 （ 1） B 对 A 的最大静摩擦来提供 A 向前加速运动，加速度为 2 2 mg ga m 对 ABC 整体受力分析，根据牛顿第二定律可知 4mg ma 联立解得 1= 2 所以 μ应满足 1 2 。 （ 2）设 A 与 C 碰撞后， A 和 C 的速度分别为 vA 和 vC，则 02 2 A cmv mv mv 2 2 2 0 1 1 12 2 2 2 2 CAmv mv mv 解得 0 1 3Av v 0 4 3cv v 设 A 与 C 碰后，绳的拉力为 F' T ， B 和 D 加速的加速度大小为 a2，则 T 2mg F ma T 2F mg ma 解得 2 1 8 a g A 的加速度大小为 a3，则 32mg ma 解得 3 3 8 a g 设碰后，经时间 t， A 和 B 的速度相同，则 A 3 0 2v a t v a t 时间 t 内 A 的位移 2 A A 3 1 2 x v t a t 时间 t 内 C 的位移 C Cx v t 所求距离为 C Ad x x 解得 2 04 3 vd g 17．如图所示， ABCD 为固定在竖直平面内的轨道， AB 段平直倾斜且粗糙， BC 段是光滑圆弧，对应的 圆心角 53 ，半径为 r ，CD 段水平粗糙，各段轨道均平滑连接，在 D 点右侧固定了一个 1 4 圆弧挡板 MN ，圆弧半径为 R，圆弧的圆心也在 D 点。倾斜轨道所在区域有场强大小为 9 5 mgE q 、方向垂直于斜 轨向下的匀强电场。 一个质量为 m、电荷量为 q 的带正电小物块 (视为质点 )在倾斜轨道上的 A 点由静止释 放，最终从 D 点水平抛出并击中挡板。 已知 A，B 之间距离为 2r ，斜轨与小物块之的动摩擦因数为 1 4 ， 设小物块的电荷量保持不变，重力加速度为 g， 53 0.8sin ， 53 0.6cos 。求： (1)小物块运动至圆轨道的 C 点时对轨道的压力大小； (2)改变 AB 之间的距离和场强 E 的大小，使小物块每次都能从 D 点以不同的速度水平抛出并击中挡板的 不同位置，求击中挡板时小物块动能的最小值。 【答案】 （1）在 C 点小物块对圆轨道的压力大小为 13 5NF mg ；（2）小物块动能的最小值为 min 3 2kE mgR 【解析】 【详解】 (1)小物块由 A 到 B 过程由动能定理，得： 212 2 2 Bmgsin r mgcos qE r mv 解得： 4 5Bv gr 小物块由 B 到 C 过程由机械能守恒定律得： 2 21 11 cos 2 2C Bmgr mv mv 解得： 8 5Cv gr 在 C 点由牛顿第二定律，得： 2 C N vF mg m r 解得： 13 5NF mg 由牛顿第三定律可得，在 C 点小物块对圆轨道的压力大小为 13 5NF mg (2)小物块离开 D 点后做平抛运动，水平方向： 0x v t 竖直方向： 21 2 y gt 而： 2 2 2x y R 小物块平抛过程机械能守恒，得： 2 0 1 2kmgy E mv 由以上式子得： 2 3 4 4k mgR mgyE y 由数学中均值不等式可知： 2 3 32 4 4 2k mgR mgyE mgR y 则小物块动能的最小值为 min 3 2kE mgR