全國卷2021屆高考物理模擬測試題五含解析

n1

1

A.

B.

D.

（全國卷）2021屆高考物理模擬測試題五（含解析）

(時間：60分鐘，滿分110分)

二、選擇題：本題共8小題，每小題6分，共48分．在每小題給出的四個選項中，第14～18題只有一項符合題目要求，第19～21題有多項符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分．

14.

1

氫原子的能級公式為E＝E(n＝1,2,3，…)，其中基態(tài)能量E＝－13.6eV，能級圖

n2

如圖所示．大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻

率最大的光子能量為－0.96

E，則n和可能發(fā)出的頻率最小的光子能量分別為()1

A．n＝5,0.54eVB．n＝5,0.31eV

C．n＝4,0.85eVD．n＝4,0.66eV

15．一個質(zhì)點做勻變速直線運動，依次經(jīng)過a、b、c、d四點．已知經(jīng)過ab、bc和

cd段的時間分別為t、2t、4t，acx－x

x－x

21

21

15t2

42t2

和bd段的長度分別為x和x

12

，則質(zhì)點運動的加速度為()

C.

x－2x

21

42t2

x－2x

21

15t2

16.

如圖所示，一根長為L

的金屬細桿通有電流I

時，水平靜止在傾角為θ的光滑絕緣固定

斜面上，斜面處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中．若電流和磁場的方

1

向均不變，電流大小變?yōu)镮，磁感應(yīng)強度大小變?yōu)?B，重力加速度為g，則此時金屬細桿

2

()

A．中的電流方向垂直于紙面向外

B．受到的安培力大小為2BILsin

θ

C．對斜面的壓力大小變?yōu)樵瓉淼?倍

D．將沿斜面加速向上運動，加速度大小為gsin

θ

17．如圖所示，有一個物塊恰好能靜止在固定的斜面上．若再對物體施加一個力，使物塊能沿著斜面下滑，則該力可能是(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)()

1

0

0

0

A．豎直向下的恒力

B．沿斜面向下的恒力C．垂直于斜面向下的恒力D．豎直向上的恒力

18．如圖所示，寬為L

的兩固定光滑金屬導軌水平放置，空間存在豎直向上的勻強磁

場，磁感應(yīng)強度大小為B.質(zhì)量均為m、電阻值均為r

的兩導體棒ab和cd靜止置于導軌上，

其間距也為L，現(xiàn)給cd一向右的初速度v

0

，對它們之后的運動過程說法不正確的是()

A．a(chǎn)b的加速度越來越大，cd的加速度越來越小

1

B．回路產(chǎn)生的焦耳熱為mv2

4

mv

C．通過ab的電荷量為

2BL

mvr

D．兩導體棒間的距離最終變?yōu)長＋

B2L2

19．如圖所示，在磁感應(yīng)強度B＝

2T的勻強磁場中，矩形線框繞垂直于磁場的軸以

恒定角速度ω＝10rad/s轉(zhuǎn)動，線框電阻不計，匝數(shù)為10，面積為0.4m2

，線框通過滑環(huán)

與一理想自耦變壓器的原線圈相連，副線圈接有一只燈泡L(規(guī)格為“4W100Ω”)和滑動變阻器，電流表視為理想交流電表．下列說法正確的是()

A．若從圖示位置開始計時，則線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝40

2cos10t

(V)

B．若燈泡正常發(fā)光，則原、副線圈的匝數(shù)比為1:2C．若將滑動變阻器滑片向上移動，則電流表示數(shù)增大D．若將自耦變壓器觸頭向下滑動，則燈泡會變暗20.

如圖所示，勻強電場的方向與長方形abcd所在的平面平行，ab＝3ad.電子從a點運動到b點的過程中，電場力做的功為4.5eV；電子從a點運動到d點的過程中，克服電

2

k

場力做的功為4.5eV.以a點的電勢為電勢零點，下列說法正確的是()A．b點的電勢為4.5V

3

B．c點的電勢為

2

3

V

C．該勻強電場的方向是由b點指向a點

D．該勻強電場的方向是由b點垂直指向直線ac

21．小球甲從斜面頂端以初速度v

沿水平方向飛出，最終落在該斜面上．已知小球甲

在空中運動的時間為t，落在斜面上時的位移為s，落在斜面上時的動能為E，離斜面最遠

k

v

時的動量為p.現(xiàn)將與小球甲質(zhì)量相同的小球乙從斜面頂端以初速度(n>1)沿水平方向拋

n

出，忽略空氣阻力，則下列說法正確的是()

s

A．小球乙落在斜面上時的位移為

n

t

B．小球乙在空中運動的時間為

n

E

C．小球乙落在斜面上時的動能為

n2

p

D．小球乙離斜面最遠時的動量為

n2

三、非選擇題：共62分．第22～25題為必考題，每個試題考生都必須作答，第33～34題為選考題，考生根據(jù)要求作答．

(一)必考題：共47分

22．(5分)某同學利用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律，已知當?shù)刂亓铀俣葹間.主要實驗步驟如下：

①用游標卡尺測量擋光片的寬度d，用量角器測出氣墊導軌的傾角θ；②測量擋光片到光電門的距離x；

③由靜止釋放滑塊，記錄數(shù)字計時器顯示擋光片的擋光時間t；

④改變x，測出不同x

所對應(yīng)的擋光時間t.

根據(jù)上述實驗步驟請回答：

(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度時的結(jié)果如圖所示，則擋光片的寬度d＝________mm.

(2)滑塊通過光電門時速度的表達式v＝________(用實驗中所測物理量符號表示)．

3

(3)根據(jù)實驗測得的多組x、t

數(shù)據(jù)，可繪制x

11圖象，圖象的縱坐標為x，橫坐標為，

t2t2

如果滑塊下滑過程符合機械能守恒定律，則圖象應(yīng)為過原點的一條傾斜直線，其斜率為________(用d、θ、g表示)．

23．(10分)測量電源的電動勢和內(nèi)阻，提供的器材如下：

A．待測電源(電動勢約為8V，內(nèi)阻約為2Ω)

B．電壓表V(0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ)

C．電流表A(0～1A)

D．電阻箱R(0～99999.9Ω)

E．滑動變阻器(0～20Ω)

F．滑動變阻器(0～100Ω)

G．開關(guān)、導線若干

(1)采用圖甲所示電路測量電壓表的內(nèi)阻R.調(diào)節(jié)電阻箱R，使電壓表指針滿偏，此時電

V

阻箱示數(shù)為R；再調(diào)節(jié)電阻箱R，使電壓表指針指在滿刻度的一半處，此時電阻箱示數(shù)為

1

R.

2

①電壓表內(nèi)阻R＝________.

V

②關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的有________．

A．實驗中電源可使用待測電源

B．閉合開關(guān)S前，應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)到最小

C．調(diào)節(jié)電壓表滿偏時，電阻箱的阻值是逐漸增大的

D．實驗中忽略了電源的內(nèi)阻，會使測量值偏大

(2)若測得電壓表內(nèi)阻R＝3010Ω，與之串聯(lián)R＝________Ω的電阻，將電壓表的量

V

程變?yōu)?V.

(3)為測量電源的電動勢和內(nèi)阻，請用筆畫線代替導線，將圖乙電路連接完整．實驗中，滑動變阻器應(yīng)選擇________(選填“E”或“F”)，并指出產(chǎn)生實驗誤差的一個原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

24．(12分)如圖所示，在光滑水平桌面上O處固定一個彈性擋板，P處靜置一可視為質(zhì)點的質(zhì)量為2kg的物塊C，O、P間的距離等于P、Q間的距離．兩個可視為質(zhì)點的小物塊A、B間夾有炸藥，一起以v＝5m/s的速度向右做勻速運動，到P處碰C前引爆炸

0

藥，A、B瞬間彈開且在一條直線上運動，B與C發(fā)生碰撞后瞬間粘在一起．已知A的質(zhì)量為1kg，B的質(zhì)量為2kg.要使B、C到達Q之前不再與A發(fā)生碰撞，則A、B間炸藥釋放

4

的能量E應(yīng)在什么范圍內(nèi)？(假設(shè)爆炸釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為物塊的動能)

25．(20分)如圖甲所示，長度L＝0.8m的光滑桿左端固定一帶正電的點電荷A，其電

荷量Q＝1.8×10－7

C，一質(zhì)量m＝0.02kg、電荷量為q的帶正電小球B套在桿上．將桿

沿水平方向固定于某非勻強外電場中，以桿左端為原點，沿桿向右為正方向，建立坐標系．點

電荷A對小球B的作用力隨B位置x

的變化關(guān)系如圖乙中曲線Ⅰ所示，小球B所受水平方

向的合力隨B位置x

的變化關(guān)系如圖乙中的曲線Ⅱ所示，其中曲線Ⅱ在0.16m≤x≤0.20m

和x≥0.40m范圍可近似看作直線．(靜電力常量k＝9×109

N·m2/C

2

)

(1)求小球B所帶電荷量q；

(2)求非勻強外電場在x＝0.3m處沿桿方向的電場強度的大小；

(3)在合電場中，求x＝0.4m處與x＝0.6m處之間的電勢差U；

(4)已知小球在x＝0.2m處獲得v＝0.4m/s的初速度后，最遠可以運動到x＝0.4m處；若小球在x＝0.16m處受到方向沿桿向右、大小為0.04N的恒力作用后，由靜止開始運動，

為使小球能離開細桿，恒力作用的最小距離s

是多少？

(二)選考題(本題共15分．請考生從給出的2道物理題中任選一題作答．如果多做，則按所做的第一題計分．)

33．[物理——選修3－3](15分)

(1)(5分)如圖所示，水平地面上放置一個導熱性能良好的氣缸，氣缸內(nèi)用活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，一條輕細繩一端連接在活塞上，另一端繞過兩個光滑的定滑輪后連接在一個可施加拉力的傳感器上，傳感器由計算機控制，開始時活塞和氣缸均靜止．現(xiàn)通過計算

5

機對活塞施加拉力，讓活塞緩慢向上移動，發(fā)現(xiàn)活塞始終沒有被從氣缸中拉出，周圍環(huán)境溫度不變，不計一切摩擦．則在拉動活塞的過程中，下列說法正確的是________．(填正確答案標號．)

A．氣缸內(nèi)氣體對活塞單位時間內(nèi)碰撞的次數(shù)先減少后不變B．氣缸對地面的壓力先不變后逐漸減小到零

C．缸內(nèi)氣體對外做功，氣體從外界吸收熱量

D．缸內(nèi)氣體從外界吸收熱量，

分子勢能增加

E．傳感器施加的拉力最大值與氣缸、活塞和缸內(nèi)氣體的總重力大小相等

(2)(10分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)1開始，經(jīng)歷a、b、c、d四個變化過程又回到

狀態(tài)1，已知氣體在狀態(tài)1時的壓強p＝2×10

1

5

Pa，在狀態(tài)4時溫度為T＝600K,41和

4

32的延長線均經(jīng)過原點O，其它參數(shù)如圖所示．

(ⅰ)求氣體在狀態(tài)2時的壓強p；

2

(ⅱ)若氣體沿直線從狀態(tài)1直接變化到狀態(tài)3，求氣體對外界做的功．

34．[物理——選修3－4](15分)

(1)(5分)用圖(a)所示的干涉儀做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗，圖(b)是紅光產(chǎn)生的干涉條紋，圖(c)是通過目鏡觀測到測量頭上的A、B兩條紋的位置刻度，已知雙縫到光屏的距離l＝50.0cm，雙縫間距d＝0.250mm，則下列說法正確的是________．(填正確答案標號．)

6

A．實驗中必須用撥桿來調(diào)整單縫和雙縫，使單縫和雙縫相互平行

B．實驗中還需測出單縫到光屏的距離

C．實驗中測得紅光的波長為700nm

D．若改用間距為0.300mm的雙縫做實驗，則相鄰兩亮條紋中心的距離將增大E．若將紅色濾光片換成綠色濾光片，則相鄰兩亮條紋中心的距離將減小

(2)(10分)將氣墊導軌傾斜放置，傾角為θ＝30°，質(zhì)量為m＝5×10－2

kg的物塊放在氣

墊導軌上，用輕彈簧連接固定擋板和物塊，如圖(a)所示．從彈簧處于自然伸長狀態(tài)時上端

的位置由靜止釋放物塊，物塊在氣墊導軌上運動的xt

圖象如圖(b)所示，物塊的振幅為

A(未知)．已知彈簧振子的周期T＝2π取g＝10m/s2.

m

，其中m為振子的質(zhì)量，kk

為彈簧的勁度系數(shù)，

(ⅰ)求物塊振動的位移表達式；

(ⅱ)若讓物塊振動的振幅為2cm，請寫出物塊振動時所受回復(fù)力與振動位移的關(guān)系式．

7

1

2

21

N

00

2

答案

14．解析：氫原子基態(tài)的能量為E＝－13.6eV，大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)，這些氫

1

原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E，則最高能級的能量E＝

1

0.04E＝－0.54eV，即處在n＝5能級；頻率最小的光子的能量為ΔE′＝－0.54eV－(－0.851

eV)＝0.31eV，故B正確．

答案：B

11

15．解析：設(shè)質(zhì)點經(jīng)過a點時的速度為v，則有x＝v·3t＋a(3t)2，x＝(v＋at)·6t＋

22

a(6t)

x－2x

2，聯(lián)立解得a＝，故D正確．

15t2

答案：D

16．解析：金屬細桿受到重力、斜面的支持力和安培力而平衡，由左手定則可判斷，

電流方向垂直于紙面向里，故A錯誤；此時金屬細桿受到的安培力大小為F

安

1

＝4B·IL＝

2

2BIL，故B錯誤；金屬細桿水平靜止在斜面上時，根據(jù)平衡條件得F

cos

N

θ＝mg，F(xiàn)

sin

N

θ

＝BIL，當電流大小和磁感應(yīng)強度大小改變時，根據(jù)受力分析和牛頓第二定律得F′＝mgcos

θ＋2BILsin

θ＝

mg1＋sin2θ2BILcosθ－mgsinθ，a＝

cosθm

＝gsin

θ，加速度方向沿斜面向

上，故C錯誤，D正確．

答案：D

17．解析：設(shè)斜面傾角為θ，物塊的質(zhì)量為m，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，由題意可知，mgsinθ＝μmgcosθ，若對物塊施加豎直向下的恒力F，則沿斜面向下的力為(mg

＋F)sin

θ，物塊與斜面間的最大靜摩擦力為μ(mg＋F)cos

θ，由于(mg＋F)sin

θ＝μ(mg

＋F)cos

θ，所以物塊仍靜止，故A錯誤；若對物塊施加沿斜面向下的恒力F，則沿斜面向

下的力為mgsin

θ＋F，物塊與斜面間的最大靜摩擦力為μmgcos

θ，由于mgsin

θ＋F>

μmgcos

θ，所以物塊向下滑，故B正確；若對物塊施加垂直于斜面向下的恒力F，則沿斜

面向下的力為mgsin

θ，物塊與斜面間的最大靜摩擦力為μ(mgcos

θ＋F)，由于mgsin

θ

<μ(mgcos

θ＋F)，所以物塊仍靜止，故C錯誤；若對物塊施加豎直向上的恒力F，則沿斜

面向下的力為(mg－F)sin

θ，物塊與斜面間的最大靜摩擦力為μ(mg－F)cos

θ，由于(mg

－F)sin

θ＝μ(mg－F)cosθ，所以物塊仍靜止，故D錯誤．

答案：B

B2L2vB2L2v

18．解析：根據(jù)安培力公式和牛頓第二定律得：F＝＝ma，解得a＝，兩

2r2mr

棒的加速度a均越來越小，A錯誤；棒ab和cd在運動過程中始終受到等大反向的安培力，

1

系統(tǒng)的動量守恒，以向右的方向為正方向，則有：mv＝2mv，解得：v＝v，由動能定

0110

8

安1

0

安0

－

0

10

00

m

2

2

k

k

1

11

111

理得：－W＝·2mv2－mv2，解得回路產(chǎn)生的焦耳熱為：Q＝W＝mv2，選項B正確；

224

設(shè)整個過程中通過回路的電荷量為q，對cd棒由動量定理得：mv－mv＝－BILt＝－BLq，

10

mvB2L2vB2L2·Δx所以q＝，選項C正確；對cd棒由動量定理得：mv－mv＝－t＝－，

2BL2r2r

mvrmvr

解得：Δx＝，兩導體棒間的距離最終變?yōu)長＋，選項D正確．

B2L2B2L2

答案：A

19．解析：輸入電壓的最大值為U＝NBSω＝402V，在圖示位置穿過線框的磁通量為0，感應(yīng)電動勢最大，若從圖示位置開始計時，則線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為

e＝40

2cos

40

10t(V)，A正確；變壓器輸入電壓的有效值為U＝

1

2

2

V＝40V，若燈泡

正常發(fā)光，則U＝PR＝4×100V＝20V，根據(jù)理想變壓器的變壓比得此時原、副線

2

圈的匝數(shù)比為2:1，B錯誤；若將滑動變阻器滑片向上移動，則滑動變阻器接入電路的電阻

U

變大，負載等效電阻變大，根據(jù)I＝可知，副線圈中電流變小，則原線圈中電流變小，

R

2

即電流表示數(shù)變小，C錯誤；若將自耦變壓器觸頭向下滑動，則副線圈匝數(shù)變小，根據(jù)理想變壓器的變壓比可知輸出電壓減小，所以燈泡變暗，D正確．

答案：AD

20．解析：電子從a點運動到b點的過程中，電場力做的功為4.5

eV，電子從a點運

動到d點的過程中，克服電場力做的功為4.5

eV，根據(jù)W＝qU，可得U＝－4.5V，U

ab

ad

＝4.5V，又知φ＝0，則φ＝4.5V，φ＝－4.5V，根據(jù)勻強電場的規(guī)律知U＝U，可

abdabdc

得φ＝0，所以a、c連線為電場的等勢線，電場強度的方向垂直于等勢線，所以該勻強電c

場的方向是由b點垂直指向直線ac，選項B、C錯誤，A、D正確．

答案：AD

1

gt2

22vtanθvt2v2tanθ

21．解析：設(shè)斜面傾角為θ，則tanθ＝，解得t＝，s＝＝，

vtgcosθgcosθ

11

E＝m(v2＋4v2tan2θ)＝mv2(1＋4tan2θ)．將與小球甲質(zhì)量相同的小球乙從斜面頂端以初22

vts

速度沿水平方向拋出時，小球乙在空中運動的時間為，小球乙落在斜面上時的位移為，nnn2

E

小球乙落在斜面上時的動能為，選項A錯誤，B、C正確；小球離斜面最遠時，速度方向

n2

v

平行于斜面，大小為v＝

cos

mv

，動量為p＝mv＝，則將與小球甲質(zhì)量相同的小球θcosθ

9

1

2

V

V

V21

V21

V

V

vp

乙從斜面頂端以初速度沿水平方向拋出時，小球乙離斜面最遠時的動量為，選項D錯誤．

nn

答案：BC

22．解析：(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為2mm，游標讀數(shù)為0.05×8所以最終讀數(shù)為d＝2mm＋0.40mm＝2.40mm.

mm＝0.40mm，

(2)由于擋光片通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度．滑塊通過光電d

門時速度v＝.

t

(3)如果滑塊下滑過程符合機械能守恒定律，則應(yīng)有mgxsin

1d

θ＝m2，所以x＝2t

d2

2gsin

1

2

θt

，x

1d2

圖象應(yīng)為過原點的一條傾斜直線，其斜率為.t22gsinθ

dd2

答案：(1)2.40(2分)(2)(1分)(3)(2分)

t2gsinθ

UUU

23．解析：(1)①設(shè)滿偏電壓為U，則由串聯(lián)電路的規(guī)律可知：U＋R＝＋R，

R22R

解得：R＝R－2R.

②由于要測量電源的電動勢和內(nèi)阻，故可選用待測電源，故A正確；由于采用限流接法，故閉合開關(guān)前，應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)到最大，故B錯誤；為了保證實驗安全，調(diào)節(jié)電壓表滿偏時，電阻箱的阻值是逐漸減小的，故C錯誤；由于電源內(nèi)阻的影響，當電壓表半偏時，電路電流變小，路端電壓變大，電壓表半偏時電阻箱的電壓大于電壓表滿偏時電壓的一半，由R＝R－2R可知，電壓表內(nèi)阻的測量值大于真實值，故D正確．

9R＋R

(2)據(jù)改裝原理可知＝，解得：R＝6020Ω.

3R

(3)根據(jù)原理圖可得出對應(yīng)的實物圖，如圖所示：

由于電源內(nèi)阻較小，為了便于控制滑動變阻器應(yīng)選擇E；由圖可知，電路中采用相對電源的電流表外接法，故電壓表的分流使電流表示數(shù)偏小從而產(chǎn)生誤差．

答案：(1)①R－2R(1分)②A、D(1分)(2)6020(2分)(3)見解析圖(2分)

21

分)電壓表的分流(2分)

24．解析：引爆炸藥前后，對A、B組成的系統(tǒng)，由動量守恒定律得

(m＋m)v＝mv＋mv(2分)

AB0AABB

設(shè)炸藥爆炸釋放出來的能量為E，由能量守恒定律可知

E(2

10

222

1

1

合1

1

2

123

111

mv2＋mv2－(m＋m)v2＝E(2分)

AABBAB0

B、C碰撞前后，由動量守恒定律得mv＝(m＋m)v(2分)

BBCB共

要使B、C到達Q之前不再與A發(fā)生碰撞，根據(jù)題意可知，若炸開后A仍向右運動，則需滿足v≤v(1分)

A共

解得E≥3J(1分)

若炸開后A向左運動，則需滿足|v|≤3v(1分)

A共

解得E≤1875J(1分)

故3J≤E≤1875J(2分)

答案：3J≤E≤1875J

qQ

25．解析：(1)由圖象可知，當x＝0.3m時，F(xiàn)＝k＝0.018N(2分)

x2

Fx2

因此q＝＝10－6C(1分)

kQ

(2)在x＝0.3m處點電荷對小球的作用力為F，則F＝F＋qE(2分)

1合1

F－F－0.012－0.018因此E＝＝N/

q1×10－6

C＝－3×104

N/C(2分)

即非勻強外電場在x＝0.3m處沿桿方向的電場強度大小為3×104

N/C，方向向左(1

分)

10

－4

(3)根據(jù)圖象可知，在x＝0.4m與x＝0.6m之間合力做功W＝－0.004×0.2J(2分)

J＝－8×

又qU＝W，可得U＝－800V(1分)

0.03×0.04

(4)由圖象可知，小球從x＝0.16m到x＝0.2m處，電場力做功W＝J＝6

2

×10－4J(2分)

1

小球從x＝0.2m到x＝0.4m處，電場力做功W＝－mv2

2

＝－1.6×10

－3

J(2分)

小球從x＝0.4m到x＝0.8m處，電場力做功W＝－0.004×0.4

3

J＝－1.6×10

－3

J(2

分)

由動能定理得W＋W＋W＋Fs＝0(2分)

123

W＋W＋W

解得s＝－＝0.065m(1分)

F

答案：(1)10－6m

(4)0.065

C(2)3×104

N/C(3)－800V

33．解析：(1)由于氣缸導熱，緩慢拉動活塞時缸內(nèi)氣體溫度不變，氣體分子平均動能不變，活塞上移時，氣體體積增大，溫度不變而壓強減小，當繩的拉力增大到等于氣缸、活塞和缸內(nèi)氣體的總重力時，氣缸離開地面向上運動，此時氣體體積不變，壓強不變，因此氣缸內(nèi)氣體對活塞單位時間內(nèi)碰撞的次數(shù)先減少后不變，AE正確；氣缸對地面的壓力先減小

11

13

12