普通高等学校招生全国统一考试全国卷理科综合物理押题卷4docx.docx
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普通高等学校招生全国统一考试全国卷理科综合物理押题卷4docx
2021年普通高等学校招生全国统一考试•全国卷理科综合
物理押题卷（4）
（时间：
60分钟满分：
110分）
二、选择题：
本题共8小题，每小题6分，共48分。
在每小题给出的四个选项中，第14〜18题只有一项符合题目要求，第19〜21题有多项符合题目要求。
全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
14.如图所示，某同学从距水面一定高度的平台上做蹦极运动。
弹性绳一端固定在该同学身上，另一端固定在平台上。
该同学从静止开始竖直跳下，在其到达水面前速度减为零。
运动过程中，弹性绳始终处于弹性限度内。
忽略空气阻力，该同学可视为质点。
从弹性绳开始张紧至该同学第一次到达最低点的运动过程中，下列说法正确的是（）
A.合外力对该同学一直做正功
B.重力对该同学做正功，其重力势能增大
C.重力的瞬时功率先增大后减小
D.绳子拉力的瞬时功率先减小后增大
C［从弹性绳开始张紧至该同学第一次到达最低点的运动过程中，该同学的速度先增大后减小，由动能定理知，合外力对该同学先做正功后做负功，A错误;由WG=mgh知重力对该同学做正功，由功能关系知，该同学重力势能减小，B错误；由PG=mgv知重力的瞬时功率先增大后减小，C正确；弹性绳开始张紧时与该同学在最低点时，绳子拉力的瞬时功率均为零，故绳子拉力的瞬时功率先增大后减小，D错误。
］
15.如图所示，边长为％、质量为m的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通一逆时针方向的电流。
图中虚线过湖边中点和ac边中点，在虚线的下方有一垂直于导线框所在平面向外的匀强磁场，其磁感应强度大小为B.此时导线框处于静止状态，细线中的拉力大小为Fi；保持其他条件不变，现将虚线下方的磁场移至虚线上方，细线中拉力大小变为F2o导线框中的电流大小为
B.
F2—F1
BL
D.
2F2~Fi
BL-
AF1—F2
A-BL
2F\—F2
C-BL-
A［磁场在虚线下方时，根据左手定则，各边受到安培力
如图所示，结合矢量合成法则得Fs1=BIL—2x.^BILsin30°=|皿
X；j
BIL,方向竖直向下，根据平衡条件有F\=mg+^B1L；磁场移
到虚线上方后，线框处于匀强磁场中，则沥边和如边受到的安培力大小相等，
阮边不受安培力，因此安培力的合力为F安2=2乌11岛30。
=*1,方向竖直向
1P\—F》
上，则有F2=mg~^BIL,则1=—^,A正确。
］
16.如图所示是氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出若干不同频率的光子，其中两种频率最高的光子能使某种金属板发生光电效应，由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子属于巴耳末系。
则以下说法正确的是（）
-0.54
-0.85
-1.51
-3.40
113.60
A.大量处于n=4激发态的氢原子跃迁产生的光子不属于巴耳末系的有3种
1209eV
B.该金属的截止频率大于；
C.巴耳末系的光子可使该金属板发生光电效应
D.使”=4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量
D［大量处于〃=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出6种不同频率的光子，从n=4跃迁到n=2和从n=3跃迁到n=2辐射的光子属于巴耳末系，故A错误；使某金属板发生光电效应的两种光子中，能量较小的是从"=3
1209eV
跃迁到"=1辐射的光子，故该金属的截止频率小于《拦,故B错误；能使该金属板发生光电效应的光子的能量应大于等于12.09eV,而巴耳末系光子能量的最大值为3.4eV,所以巴耳末系的光子不能使该金属板发生光电效应，故C错误;"=4能级的氢原子具有的能量为一0.85eV,故要使其发生电离能量变为0,至少需要0.85eV的能量，故D正确。
］
17.在某一粗糙的水平面上，一质量为2kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动，当运动一段时间后，拉力逐渐减小，且当拉力减小到零时，物体刚好停止运动，图中给出了拉力随位移变化的关系图象。
已知重力加速度g=10m/s2-根据以上信息不能精确得出或估算得出的物理量有（）
A.物体与水平面间的动摩擦因数
B.合外力对物体所做的功
C.物体做匀速运动时的速度
D.物体运动的时间
D［物体做匀速直线运动时，拉力F与滑动摩擦力f大小相等，物体与水平面间的动摩擦因数为〃=£=0.35,A项能得出；减速过程中，由动能定理得％mg
+Wf=Q-^mv2,根据F-x图象中图线与坐标轴围成的面积可以估算力F做的功WF,而Wf=-fimgx,由此可求得合外力对物体所做的功及物体做匀速运动时的速度v,B、C项能得出；因为物体做变加速运动，所以运动时间无法求出，D项不能得出。
］
18.如图所示，电路中力端接有电压有效值为U的交流电，变压器为理想变压器，各电阻的阻值相等，电流表为理想交流电表。
开关S断开时，电流表读
数为/1,开关S闭合时，电流表读数为乃，变压器原、副线圈匝数的比值为2。
则11、乃的比值上为（）
3
A-5
2
C.g
3
D，2
A［理想变压器原、副线圈的匝数比m:
n2=2:
1,当开关S断开时，副线
圈两端电压为〃2=土竺12=%^’又hm=hm,可解得八=蜀；同理，可解得当开关S闭合时，乃=关。
所以k=§=§,A正确。
］
19.如图所示，在竖直方向上固定了两个等量的同种点电荷+Q,相距为Z,在两电荷连线的中点。
所在的水平线上，对称固定放置了一长为2d的绝缘细管，有一带电荷量为+［、质量为所的小球以初速度v从细管的左端管口射入，恰好在细管的最右端停止运动。
重力加速度为g,静电力常量为七贝M）
A.小球在运动过程中，受到的摩擦力先增大后减小
B.小球加速度的大小一定是先增大、后减小
C.小球克服摩擦力所做的功为gmv2
D.在运动过程中小球的电势能先增大后减小
CD［小球在细管中运动时，竖直方向上只受重力与管对它的支持力，所以小球所受的滑动摩擦力不变，A错误；在细管左右两边，电场强度各有一个最大值，如果左边电场强度最大值的位置在小球出发点的右边，则小球加速度先增大后减小，再增大，再减小，B错误；由于对称性，小球在细管的左右两端点的电势能相等，所以克服摩擦力做的功等于初动能，C正确；小球在。
点的左侧运动时克服电场力做功，电势能增大，在。
点右侧运动时，电场力做正功，电势能减小，D正确。
］
20.如图所示，一辆质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上，小车A上有一质量m=lkg的光滑小球3,将一左端固定于小车A上的轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能Ep=6J,小球与小车右壁距离为Z,解除锁定，小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层（忽略其厚度）碰撞并被粘住，下列说法正确的是（）
A.碰到油灰阻挡层前A与3的动量相同，动能不同
B.小球脱离弹簧时A的速度大小为1m/s
C.小球和灰阻碰撞并被粘住，该过程小球受到的冲量大小为3N・s
D.整个过程B移动的距离为f
BC［整个系统水平方向不受外力作用，根据动量守恒定律知，A、3两者动量大小相等，方向相反，故A、3的动量不相同，由p=mv,您=壹砰=勺知，A、3的动能不同，A错误；设小球脱离弹簧时，小车与小球的速度分别为vi、V2,根据能量守恒、动量守恒定律得Ep=^mvl+^Mvi,0=mvi—Afv2，代入数值解得vi=3m/s,v2=lm/s,B正确；小球和油灰阻挡层碰撞后，根据动量守恒定律可知，小球和小车静止，小球受到的冲量等于小球动量的变化量，即I=0—mvi=—3N・s,C正确；设3对地向右移动距离为x,则A对地向左移动距离为/一x,y1V3/
根据动量守恒定律得。
=7峙一肱乙一，代入数值解得》=亨，D错误。
］
21.如图所示，在xQy坐标系的第二、三象限内有半圆形有界磁场，磁场方向垂直于坐标平面向里，磁场的磁感应强度大小为3,圆心在坐标原点。
处，半径为R,一粒子源在坐标为（-1.5/?
0.57?
）的P点，可以沿x轴正方向发射速率在一定范围内的同种带负电的粒子，粒子的质量为农、电荷量为q,速度最大的粒子刚好不过y轴，速度最小的粒子刚好不过x轴，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则下列判断正确的是（）
A.粒子的最大速度大小为丈"
B.粒子的最小速度大小为票
C.经磁场偏转的偏向角为180。
的粒子的速度大小为碧
D.速度最大的粒子在磁场中的运动时间比速度最小的粒子在磁场中的运动时间短
BD［由几何关系可知，粒子在磁场中做圆周运动的最大半径rm=［居-修"=*R,由牛顿第二定律可知，qvmB=nv^,求得Vm='尊座，A错误；由几何关系知，粒子在磁场中做圆周运动的最小半径rmin=f,同理可得到最小速度岫=衅,B正确；偏向角为180。
的粒子在磁场中做圆周运动的半径『=
可得该粒子的速度大小v=郎,C错误；由分析可知，速度最小的粒子在磁场中运动的轨迹圆弧所对的圆心角大于180°,而速度最大的粒子在磁场中运动的轨迹圆弧所对的圆心角小于180。
，由周期7=岩可知，粒子在磁场中做圆周运qt）
动的周期相同，由t=-^~T可知，速度最大的粒子在磁场中的运动时间比速度最小的粒子在磁场中的运动时间短，D正确。
］
三、非选择题：
共62分。
第22〜25题为必考题，每个试题考生都必须作答。
第33〜34题为选考题，考生根据要求作答。
（一）必考题：
共47分。
22.（6分）某同学利用拉力传感器来验证力的平行四边形定则，实验装置如图甲所示。
在贴有白纸的竖直板上，有一水平细杆MN,细杆上安装有两个可沿细杆移动的拉力传感器A、B,传感器与计算机相连接。
两条不可伸长的轻质细绳AC.BC（AC>B。
的一端结于。
点，另一端分别与传感器A、3相连。
结点。
下方用轻细绳悬挂重力为G的钩码。
。
实验时，先将拉力传感器A、3靠在一起，然后不断缓慢增大两个传感器A、3间的距离d,传感器将记录的AC、绳的张力数据传输给计算机进行处理，得到如图乙所示张力F随距离d的变化图线。
A、3间的距离每增加0.2m,就在竖直板的白纸上记录一次A、B、。
点的位置。
则在本次实验中，所用钩码的重力6=N；当A、3间距离为1.00m时，AC绳的张力大小Fa=N；实验中记录A、B、C点位置的目的是
甲乙
［解析］根据题意，由于AOBC,所以刚开始分开的时候，只有绳有拉力，而且其拉力大小等于物体的重力，由图乙知G=30N,由图分析可以知道图线II为AC绳拉力的图象，则当A、3间距离为1.00m时，AC绳的张力大小儿=18N；实验中记录A、B、C点位置的目的是记录AC、绳的张力的方向，从而便于画出平行四边形。
［答案］30（2分）18（2分）记录AC、绳张力的方向（2分）
23.（9分）（2019•重庆三诊）为了测某电源的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：
电阻箱R,定值电阻氏）、两个电流表Ai、A2,开关Ki，单刀双掷开关&待测电源，导线若干。
实验小组成员设计如图甲所示的电路图。
（1）闭合开关Ki，断开单刀双掷开关K2,调节电阻箱的阻值为Ri，读出电流
表A2的示数/o；然后将单刀双掷开关K2接通1,调节电阻箱的阻值为使电流表A2的示数仍为To,则电流表Ai的内阻为o
（2）将单刀双掷开关K2接通2,多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表Ai的示数［，该同学打算用图象处理数据，以电阻箱的阻值R为纵轴，为了直观得到电流［与R的图象关系，则横轴x应取。
A.IB.I2
C.厂1D.也
（3）根据⑵选取的x轴，作出R-x图象如图乙所示，则电源的电动势E=
内阻r=-（用R、&、Ro及图象中的a、b袤示）
［解析］
（1）由题意可知，电路中的电流保持不变，由闭合电路欧姆定律可知,电路总电阻不变，则电流表Ai内阻等于两种情况下电阻箱的阻值之差，即Rai=Ri—Ri。
（2）单刀双掷开关K2接通2时，根据欧姆定律可得E=/（尸+Ro+R+Rai）,整
E1
理得7?
=亍一（尸+7?
（）+砍1）,为得到直线图线，应作R—亍图象，故C项正确。
1pqa
（3）由R—亍图象结合R=］—（r+Ro+RAi）可得，图象斜率k==E,图象纵截距一—（尸+Ro+Rai）,解得电源的电动势E=§,内阻,=。
一（Ro+Rai）—a—Ro—（7?
2—Ri）。
［答案］⑴&―R（2分）
（2）C（3分）（3#（2分）a—R°—（R2—Ri）（2分）
24.（14分）如图甲所示，水平传送带两端A、B间的距离为Z=2.0m,右端有一平板车静止在光滑水平地面上。
一个质量为秫=0.1kg的小物块以一定的初速度从A端滑上传送带，已知小物块在传送带上做匀加速直线运动的时间与做匀速直线运动的时间相等，两过程中小物块运动的位移之比为2：
3,小物块滑离3端后滑上平板车，最终没有脱离平板车，平板车开始运动后的速度一时间图象如图乙所示，已知传送带速度vo=4m/s且保持不变，重力加速度g=10m/s2o求：
（1）小物块在传送带上做匀加速直线运动的时间及小物块与传送带间的动摩擦因数同；
（2）平板车的质量M；
（3）小物块从滑上传送带开始到相对平板车静止的过程所产生的内能Q。
［解析］
（1）设小物块滑上传送带时的速度为v,在传送带上做匀加速直线运动的时间为t
由题意知“°；匕:
vot=23（1分）
4
解得v=3111/8（1分）
由于小物块在传送带上做匀加速直线运动与匀速直线运动的时间相等，故|匕
=vot（l分）
解得t=0.3s（1分）
由运动学公式有v^—v2=2aix（1分）
2
其中x=5L
由牛顿第二定律得nimg=ma\（1分）
Q
解得01=5。
（1分）
（2）小物块滑上平板车之后最终没有脱离平板车，根据动量守恒定律有mvo=
（jn+M）vt（1分）
由图象知小物块与平板车最后的共同速度竹=1m/s（1分）
解得平板车的质量M=0.3kgo（1分）
（3）在传送带上有Qi=fa相对（1分）
其中f=Jimg
2
X相对=voL§Z=O.4m（1分）
根据能量守恒定律可得小物块在平板车上滑动过程中产生的内能为
Q2=^mvi—^（m+M）vt=0.6J（1分）
43
解得。
=。
1+。
2=斥Jo（1分）
［答案］
（1）|
（2）0.3kg（3）亲J
25.（18分）有一种火星探测卫星，用于探测火星外部空间环境，其内有一收集带电微粒的装置，示意图如图所示，在一直角坐标系的第三象限，PQ、MN为两个f圆弧形导体极板，共同圆心在坐标原点。
，P。
极板电势饥=50V,MN敝板电势径=—50V,有大量带正电的微粒均匀地吸附在PQ极板上，然后会被电场加速聚于。
点并直接进入第一象限的匀强磁场中（未画出）。
该磁场的磁感应强度3o=O.5T,方向垂直于xQy平面，所有带电微粒经过磁场后均能平行于x轴射出，且处于该区域的磁场的面积已调整为最小。
在第一象限还有一个微粒收集装置，AE为绝缘挡板，与y轴平行，AB.CD为平行带电极板，两极板之间有竖直向下的电场（未画出），两极板的电势差U=60V,极板A3、CD的长度均为Z=10cm,间距d=5cm,CD板位于x轴上，C点离原点0的距离为7cm,已知带电微粒的比^=|xlO6C/kg,不计粒子重力及粒子间相互作用，装置其他部分均为真空环境。
（1）求从0点射出的带电微粒的速度及匀强磁场的方向；
（2）求该匀强磁场的面积；
（3）若CD板作为带电微粒的收集板，则它的收集效率为多大？
（结果保留三位有效数字）
v°=寸旋尹=3盼M
（2分）
（1分）
要使带电微粒按题目要求运动，带电微粒在磁场中必须顺时针运动，可得磁
场方向垂直于xOy平面向外。
（1分）
（2）带电微粒从。
点进入磁场，如图1所示
或*“mvo,
则qvoBo=——,r=-^-=6cm
（2分）
对于进入第一象限与x轴正方向成任意角度0的带电微粒，经过磁场的偏转,
从磁场的边界F点射出，设F点坐标为3,y）,有
x=rsin0,r—y=rcos0
（2分）
图1图2
则有x1-\-（y—r）2=r2,即+6）2=62（单位为cm）（2分）
因此边界是一个圆心坐标为（0,6cm）、半径r=6cm的圆的一部分。
考虑到初速度vo与x轴正方向的夹角0最大是90°,因此磁场区域的最小面积为图2的阴
所以面积为S=
x2cm2=18（7r~2）cm2o
影部分。
（1分）
（3）设离下极板高为的带电微粒进入电场后恰好能落到CD板的右边缘。
点
由h=^at2,l=vot（2分）
其中。
（2分）
代入数据可得h=3cm,设该带电微粒进入第一象限时的速度方向与x轴正方向的夹角为a,则有
尸—h
cosa=^—,a=60°（1分）
可知进入第一象限且与x轴成0°~60°角的带电微粒都能被收集，故收集效率〃=务、100%=66.7%。
（2分）
［答案］
（1）^x104m/s磁场的方向垂直纸面向外
（2）18（71—2）cm2（3）66.7%
（二）选做题：
本题共15分。
请考生从给出的2道物理题中任选一题作答。
如果多做，则按所做的第一题计分。
33.［物理——选修3—3］（15分）
（1）（5分）下列说法中正确的是。
（填正确答案标号，选对1个得2分,选对2个得4分，选对3个得5分。
每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A.一定质量的理想气体体积增大时，其内能一定减少
B.气体的温度降低，某个气体分子热运动的动能可能增加
C.当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，水中不会有水分子飞出水面
D.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
E.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大
（2）（10分）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，汽缸内部总长为21cm，活塞横截面积为10cn?
厚度为1cm,给活塞施加一向左的水平恒力F=20N,稳定时活塞封闭的气柱长度为10cm。
大气压强为1.0xl（）5pa,外界温度为27°C,不计摩擦。
羿眄塞挡板
1若将恒力F方向改为水平向右，大小不变，求稳定时活塞封闭气柱的长度;
2若撤去外力F,将外界温度缓慢升高，当挡板对活塞的作用力大小为60N时，求封闭气柱的温度。
［解析］
（1）根据公式罕=。
可得体积增大，有可能压强减小，温度不变，其内能不变，A错误；温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律,物体温度降低，不是每个分子热运动的动能均降低，个别分子动能有可能增加，B正确；水蒸气达到饱和状态时，蒸发和液化达到动态平衡，仍旧会有蒸发现象,仍旧会有水分子飞出水面，C错误；压强就是因为大量气体分子不断碰撞容器器壁而产生的，D正确；错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，则计算时所用体积数值偏大，会导致分子直径计算结果偏大，E正确。
（2）①恒力F水平向左时，对活塞，根据受力平衡条件有
F+poS=piS（1分）
代入数据解得pi=1.2x105Pa（1分）
恒力F水平向右稳定时活塞受力平衡，有
poS=P2S+F（1分）
代入数据解得「2=0.8x105Pa（1分）
气体发生等温变化，根据玻意耳定律有
piVx=p2V2（1分）
其中Vi=/i5=10cm-S,V2=hS
代入数据解得12=15cm。
（1分）
②升温前封闭气柱温度3=300K；升温后封闭气柱温度设为乃，最后气柱长度
Z3=（21—l）cnio
_Fn
气柱的压强p3=po+〒=l.6xl（）5Pa,
体积Vi=hS（1分）
根据气体状态变化方程有号（2分）
解得0=800K
贝I］r=527°Co（1分）
［答案］（l）BDE⑵①15cm②527°C
34.［物理——选修3-4］（15分）
（1）（5分）如图所示，一束复色光射到三棱镜上，从三棱镜另一面射出两单色光A、B,两种色光中折射率较小的是；如果增大入射角，则先发生全反射的是;如果A、3两种光使用同一装置做双缝干涉实验，条纹间距较大的是O
（2）（10分）一列简谐波沿x轴正方向传播，该波在r=l.os时的图象如图甲所示，介质中质点P的振动图象如图乙所示。
求：
1该列简谐波的波速V；
2在0〜10s时间内质点M的路程s和位移大小。
［解析］
（1）由题图可知，3光折射率较大，B光的频率大，A光折射率较小，A光的频率小。
由于B光的折射率较大，3光的全反射临界角较小，如果增大入射角，则3光先发生全反射。
在同种介质中，A光的波长比3光的波长长，如果A、3两种光使用同一装置做双缝干涉实验，根据Ax=^l知，
条纹间距较大的是A光。
（2）①由题图甲得波长久=4m（1分）
由题图乙得周期T=1.0s（1分）
波速v=¥=4m/s。
（2分）
②由题图乙可知质点P从f=0.5s开始振动
该波由质点P传播到质点肋所需时间
x-
t=~=5s
v
（1分）
所以在0〜10s时间内质点肱振动了
攵=4.5s
（1分）
因为〃=学=4.5
（1分）
路程s=4Ax〃=4xO.2x4.5m=3.6m（1分）
0~10s时间内质点M的位移为0。
（1分）
［答案］
（1）A（2分）3（1分）A（2分）
（2）①4m/s②3.6m0
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