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

　- 2R

　+ 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 IRC 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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