1 2021 年河北省普通高中学业水平选择性考试
物理
注意事项:
1 1. .答卷前,考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上.
2 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 3 .考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回.
一、单项选择题:本题共 7 7 小题,每小题 4 4 分,共 8 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26 Al,26 Al核 衰变的衰变方程为26 26 013 12 1Al Mg e ,测得26 Al核的半衰期为 72 万年,下列说法正确的是(
)
A. 26 Al核的质量等于26 Mg核的质量 B. 26 Al核的中子数大于26 Mg核的中子数 C. 将铝同位素26 Al 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26 Mg将在 144 万年后全部衰变为26 Mg 【答案】C 【解析】
A.2613 Al 和2612 Mg 的质量数均为 26 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.2613 Al 核的中子数为 26 13 13 个,2612 Mg 核的中子数为 26 1214 个,B 错误; C.半衰期是原子核固有的属性,与外界条件无关,C 正确;
D.质量为 m 的2613 Al 的半衰期为 72 万年,经过 1442 72 万年为 2 个半衰期,剩余质量为14m ,不会全部衰变为2612 Mg ,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 100m/s 的初速度在真空中做平抛运动,到达竖直平面 MN 所用时间为 1t ;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 2t, O 点到竖直平面 MN 、 P 点到 Q 点的距离均为 0.2m ,重力加速度取210m/s g ,则1 2: t t为(
)
A 100∶1 B. 1∶100 C. 1∶200 D. 200∶1 【答案】C 【解析】
铯原子做平抛运动,水平方向上做匀速直线运动,即1x vt
解得 10.2s100xtv 铯原子做竖直上抛运动,抛至最高点用时22t,逆过程可视为自由落体,即221( )2 2tx g 解得28 8 0.20.4s10xtg
则 120.211000.4 200tt 故选 C。
3. 普朗克常量346.626 10 J s h ,光速为 c ,电子质量为em,则ehm c在国际单位制下的单位是(
)
A. J/s
B. m C. J m
D. m/s
【答案】B 【解析】
根据ehm c可得它们的单位为:2J? s N? kg? m/s ? m? smkg?m/s kg? m/s kg? m/s 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. 34
B. 314 C. 352 D. 325 【答案】D 【解析】
绕中心天体做圆周运动,根据万有引力提供向心力,可得22 24 GMmm RR Tp=
则2 34 RTGM ,2324GMTR
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,则飞船的轨道半径 2 323332 240.1 422=4 4 5RG MGM T GMR R 同地火 地飞 同( )
则325RR飞同 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
1B ,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2B,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 ab 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,1 2sin mgRvB B Ld B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,1 2sin mgRvB B Ld C. 导轨处磁场 方向垂直导轨平面向上,1 2tan mgRvB B Ld D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,1 2tan mgRvB B Ld 【答案】B 【解析】
等离子体垂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 U 满足1Uq qBvd
由欧姆定律UIR和安培力公式 F BIL 可得2 12B B Lvd UF B LR R 安
再根据金属棒 ab 垂直导轨放置,恰好静止,可得= sin F mg 安
则1 2sin mgRvB B Ld 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 R 、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. (2 )gR
B. 2 gR
C. 2(1 )gR
D. 2 gR
【答案】A 【解析】
小球下落的高度为 h = π R
- 2R
+ R = 22 R
小球下落过程中,根据动能定理有 mgh = 12mv2
综上有 v = ( 2)gR
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22 tan BCv
B. 金属棒到达 0x 时,电容器极板上的电荷量为0 tanBCvx
C. 金属棒运动过程中,电容器的上极板带负电 D. 金属棒运动过程中,外力 F 做功的功率恒定 【答案】A 【解析】
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 = 2 x tan θ , x = vt
则产生的感应电动势为 E = 2 Bv2 t tan θ
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 = 2 BCv2 t tan θ
则流过导体棒的电流 I = Qt = 2 BCv2 tan θ
A 正确; B.当金属棒到达 x 0 处时,导体棒产生的感应电动势为 E ′
= 2 Bvx 0 tan θ
则电容器的电荷量为 Q = CE ′
= 2 BCvx 0 tan θ
B 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 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 3 小题,每小题 6 6 分,共 8 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 6 分,选对但不全的得 3 3 分,有选错的得 0 0 分.
8. 如图,发电机 矩形线圈长为 2L 、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 0n、 1n 和2n,两个副线圈分别接有电阻1R 和2R,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2R的电流为12n In B. 电阻2R两端的电压为2 11n IRn C. 0n与 1n 的比值为212NBLIR D. 发电机的功率为21 202 ( ) NBL I n nn 【答案】BC 【解析】
AB.由题知理想电流表读数为 I ,则根据欧姆定律 U 1 =
IR 1 根据变压器电压与匝数的关系有0 01 1n Un U,0 02 2n Un U 代入数据有 U 0 =
011nIRn, U 2 =
211nIRn 再由欧姆定律有 U 2 =
I 2 R 2
可计算出 I 2 =
2 11 2n RIn R 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 E max =
NB 2 L2 ω , U0 =
max2E =
2 NBL2 ω
由选项 AB 知 U 0 =
011nIRn
则201 12 n NBLn IRC 正确; D.由于变压器为理想变压器则有 P 0 =
P 1
+ P 2 =
U 1 I
+ U 2 I 2 =
I2 R1
+ U 2 I 2
代入选项 ABC 公式有 P 0 =
2 2 21 2 2 10 1 22 n R n R NBL In n R 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 P 0 ,D 错误。
故选 BC。
9. 如图,矩形金属框 MNQP 竖直放置,其中 MN 、 PQ 足够长,且 PQ 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 PQ 杆,金属框绕 MN 轴分别以角速度 和 匀速转动时,小球均相对 PQ 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】
对小球受力分析,设弹力为 T ,弹簧与水平方向 夹角为 θ ,则对小球竖直方向sin T mg 而0( )cosMPT k l 可知 θ 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 F N 背离转轴,则2cosNT F m r 即2cosNF T m r 当转速较大时, F N 指向转轴" "2cosNT F m r 即" "2cosNF m r T 则因"
,根据牛顿第三定律可知,小球对杆的压力不一定变大。则 C 错误; 根据2= F m r 合可知,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 0 q q 的点电荷分别放置于菱形的四个顶点,其坐标分别为 4 ,0 l、 4 ,0 l 、 00,y和 00, y ,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( 00 y ),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 0y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08 y l 时,将一带负电的试探电荷由点 4 ,5 l l移至点 0, 3l ,静电力做正功
D. 当04 y l 时,将一带负电的试探电荷放置在点 , l l处,其所受到的静电力方向与 x 轴正方向成 45 倾斜向上 【答案】ACD 【解析】
A.根据场强叠加原理可知,除无穷远处之外,菱形外部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y 0 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(4 l ,5 l )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,-3 l )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,选项 C 正确;
D.若 y 0 =4 l ,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 122 2 2 2 22 2 225 5( 9 ) 9kq l l kqEll l l l 在 y 轴负向和 x 负向上的点电荷在( l , l )处的合场强 2 12 2 2 2 222 2 2213( 25 ) 25133kq l l kqE El l l ll 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 , l l处,其所受到的静电力方向与 x 轴正方向成 45 倾斜向上,选项 D 正确。
故选 ACD。
三、非选题:共 4 54 分.第 11 ~4 14 题为必考题,每个试题考生都必须作答.第15 ~6 16 题为选考题,考生根据要求作答.
(一)必考题:共 2 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( 6.3V , 0.15A ),直流电源( 9V ),滑动变阻器,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 I U 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______ Ω (保留三位有效数字)。
【答案】
(1).
(2). C
(3). 27.0
【解析】
(1)[1]电流表负极与滑动变阻器的右端的 b 位置连接,如图
(2)[2]开关闭合,小灯泡闪亮一下后灯丝烧断,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 b 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 P 点时的电压和电流分别为 2V U ,74mA I
根据欧姆定律UIR可知小灯泡的电阻为32Ω 27.0Ω74 10URI 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、 50g 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 200g ,其上可放钩码)、刻度尺,当地重力加速度为29.80m/s ,实验操作步骤如下:
①安装器材,调整两个光电门距离为 50.00cm ,轻细绳下端悬挂 4 个钩码,如图 1所示; ②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; ③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; ④完成 5 次测...
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