2020年普通高等学校招生全国统一考试物理样卷(四)(带答案解析)

2020年普通高等学校招生全国统一考试物理样卷（四)
第I 卷（选择题)
一、单选题
1．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
2．一辆汽车在水平公路上拐弯，其运动可看成匀速圆周运动。

沿圆周运动半径方向的汽车轮胎与路面的最大静摩擦力为41.410N ⨯。

圆周运动的半径为80m ，汽车的质量为3
2.010kg ⨯。

在汽车做圆周运动过程中（ ）
A ．受重力、支持力、半径方向的静摩擦力、向心力
B ．为避免侧滑，向心加速度不能超过27.0m /s
C ．为避免侧滑，最大速度为30m /s
D ．速度为20m /s 时，在半径方向轮胎与地面间的摩擦力为41.410N ⨯
3．如图所示，一个质量为m 的物块在恒力F 的作用下，紧靠在一个水平的上表面上保持静止，物块与上表面间静摩擦因数为μ，取1tan μα
=。

F 与水平面的夹角为θ，则θ角的最小值为（ ）
A
．α+ B
．α+ C
．α+ D
．α
4．如图所示，一个圆弧面AB 在A 点与水平面相切，圆弧面的半径4m R =。

在AB 两
点间放平面薄木板。

一个小物块以0v =的速度从A 点滑上木板，并恰好能运动至最高点。

取210m/s g =。

则小物块向上运动的时间为（ ）
A
B
C
D
．
二、多选题
5．如图甲所示，一个匝数为n 的多匝线圈，线圈面积为S ，电阻为r 。

一个匀强磁场垂直于线圈平面穿过该线圈。

在0时刻磁感应强度为0B ，之后随时间变化的特点如图乙所示。

取磁感应强度向上方向为正值。

线圈的两个输出端P 、Q 连接一个电阻R 。

在00~
t
过程中（ ）
A ．线圈的P 点的电势高于Q 点电势
B ．线圈的P 、Q 两点间的电势差大小为00
()nSB R R r t +
C ．流过R 的电荷量的大小为0nSB R r
+ D ．磁场的能量转化为电路中电能，再转化为电阻R 、r 上的内能
6．如图甲为研究光电效应实验的部分装置示意图。

实验中用频率为ν的光照射某种金属，其光电流随光电管外电源电压变化的i U -图像如图乙。

已知普朗克常量为h ，电子带的电荷量为e 。

下列说法中正确的是（ ）
A ．测量电压c U 时，光电管的K 极应连接外电源的负极
B ．光电子的最大初动能为c eU
C ．该金属的逸出功为h ν
D ．当电压大于m U 时，增加光照强度则光电流增大
7．空间中有水平方向的匀强电场，同一电场线上等间距的五个点如图所示，相邻各点间距均为2cm 。

一个电子在该水平线上向右运动，电子过a 点时动能为6eV ，运动至b 点时电势能为3eV -，再运动至c 点时速度为零。

电子电荷量的大小为e ，不计重力。

下列说法正确的是（ ）
A ．由a 至b 的运动过程，电场力做功大小为3eV
B ．匀强电场的电场强度大小为300V /m
C ．等势面d 的电势为3V
D ．该电子从c 点返回a 点时动能为6eV
8．地球探测器的发射可简化为以下过程。

先开动发动机使探测器从地表由静止匀加速上升至100km 高处，该过程的平均加速度约为230m /s 。

再开动几次发动机改变探测器速度的大小与方向，实现变轨，最后该探测器在100km 高度绕地球做匀速圆周运动。

2
11226.6710N m /kg -⨯⋅。

探测器上升过程中重力加速度可视为不变，约为29.8m /s 。

则关于探测器的下列说法，正确的是（ ）
A ．直线上升过程的末速度约为31.7310m /s ⨯
B ．直线上升过程发动机的推力约为37.9610N ⨯
C ．直线上升过程机械能守恒
D ．绕地球做匀速圆周运动的速度约为37.8610m /s ⨯
9．下列有关热现象的说法中，正确的是（ ）
A ．温度高的物体内能不一定大
B ．气体的温度升高，所有分子的运动速率都增大
C ．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
D ．对物体做功不能改变物体的分子势能
E.物体的内能跟物体的温度和体积有关
10．用甲、乙两种不同的单色光应用同一实验装置分别做双缝干涉实验。

比较两次实验得到的干涉条纹图案，甲光的干涉条纹间距大于乙光的干涉条纹间距，则（ ）
A ．甲的波长大于乙的波长
B ．甲的频率大于乙的频率
C ．玻璃对甲的折射率小于对乙的折射率
D ．若两种光在玻璃中传播，甲的速度等于乙的速度
E.若两种光从玻璃射向空气发生全反射，甲的临界角大于乙的临界角
第II 卷（非选择题)
三、实验题
11．研究电阻值相近的两个未知元件X 和Y 的伏安特性，使用的器材有多用电表、电压表（内阻约为3k Ω）、电流表（内阻约为1Ω）。

(1)用多用电表欧姆挡的“1⨯”倍率粗测元件X 的电阻，示数如图（a ）所示，其读数为_____Ω。

若用电压表与电流表测量元件X 的电阻，应选用图（b ）或图（c ）中的哪一个电路_____（选填“（b ）”或“（c ）”）。

(2)连接所选电路并闭合开关S ，滑动变阻器的滑片P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐______（选填“增大”或“减小”）；依次记录实验中相应的电流值与电压值。

(3)将元件X 换成元件Y ，重复上述步骤进行实验。

(4)图（d ）是根据实验数据作出的元件X 和Y 的U I -图线，由图像可知，当元件Y 中的电流增大时其电阻_________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

12．用图甲所示的实验装置验证1m 、2m 组成的系统的机械能守恒。

2m 从高处由静止开始下落，同时1m 向上运动拉动纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。

图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个未标出的点，计数点间的距离如图中所示。

已知电源
的频率为50Hz ，150g m =，2150g m =，取210m /s g =。

完成以下问题。

（计算结
果保留2位有效数字）
(1)在纸带上打下计数点5时的速度5v =_____m /s 。

(2)在打0~5点过程中系统动能的增加量k E ∆=______J ，系统势能的减少量p E ∆=_____J ，由此得出的结论是________________。

(3)依据本实验原理作出的2
2
v h -图像如图丙所示，则当地的重力加速度g =______2m /s 。

四、解答题
13．雨滴的实际形成及下落过程较为复杂，其中的一种简化模型如下所述。

一个质量为0.04g 的雨滴甲由静止竖直下落40m 后，与另一个以10m /s 的速度竖直匀速下落的雨滴乙碰撞，碰撞后合为一个较大的雨滴。

雨滴乙的质量为0.02g ，碰撞位置离地面的高度为30m ，取重力加速度为210m /s g =。

设各雨滴在空气中运动时所受阻力大小相等。

(1)求雨滴下落过程所受空气阻力的大小；
(2)若雨滴与地面的碰撞时间为0.2s ，碰撞后的雨滴速度为零，求碰撞作用力的大小。

14．如图，从离子源A 发出的初速度为零、带电荷量为q 质量为m 的正离子，被电压为1U 的电场加速后，沿中心轴线射入带电的平行板电容器。

电容器的板长为L 、板间距离为2
L ，板间电压为124U U =。

离子射出电场一段时间后又进入一个环状区域的匀强磁场，磁场的外半径为R ，宽度2R s =
，磁场方向垂直于纸面向里，磁场的圆心与平
行板电容器的中心重合，求：
(1)该离子进入偏转电场时速度的大小；
(2)为使该离子不能从磁场外边缘射出，磁场的磁感应强度B 的最小值；
(3)为保证该离子不从磁场外边缘射出，离子在磁场中运动的最长时间。

15．某汽车轮胎能在C C 3070︒︒-~的范围内正常工作，正常工作时胎内气体的压强最高不能超过3.5atm ，最低不能低于1.6atm 。

在20C ︒的室温环境下给该轮胎充气，充气结束时，胎内气体的温度升高到30C ︒。

假定轮胎容积不变，分析解答下列问题。

(i)夏天的汽车行驶在温度较高的马路上，轮胎容易爆裂。

若该胎内气体温度高达77C ︒，从微观上分析胎内气体压强变化导致爆胎这一现象；
(ii)求充气结束时轮胎内气体压强的范围（结果保留两位有效数字）。

16．甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x 轴正向和负向传播，波速度均为25/v cm s =.两列波在0t =时的波形曲线如图所示，求:
（1）0t =时，介质中偏离平衡位置位移为16cm 的所有质点的x 坐标;
（2）从0t =开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为16cm -的质点的时间.
参考答案
1．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 。

2．B
【解析】
【详解】
A ．汽车在水平面做圆周运动时，沿圆周半径方向的静摩擦力提供向心力，这不是独立的两个力，A 错误；
B ．汽车向心力的最大值为4m 1.410N F =⨯，对应有最大向心加速度
2m m 70m/s .F a m
=
= B 正确；
C ．汽车达最大速度m v 时有 2m m v a r
= 则
m v ==
C 错误；
D ．速度为20m/s v =时，对应的向心力
2
441.010N 1.410N v F m r
==⨯<⨯ 则半径方向轮胎与地面间的静摩擦力为41.010N ⨯，D 错误。

故选B 。

3．D
【解析】
【详解】
对物块受力分析：
物块受重力mg 、恒力F 静摩擦力f F 弹力N F 。

正交分解后，竖直方向平衡有
N sin F F mg θ=-
最大静摩擦力
fm N F F μ=
水平方向有
fm cos F F θ„（临界点）
解得
sin cos mg F
μμθθ-… 题意有
1tan μα
=
结合数学知识，联立方程解得
θα+…ABC 错误，D 正确。

故选D 。

4．A
【解析】
【详解】
设木板长度为l 。

向上滑动过程能量守恒，有
2
01cos 2
mv mg l mgh μθ=⋅+ 如图所示
由几何关系得
222l x h =+，sin h
l θ=
，cos x l
θ= 又有
1
2
R l h l =
运动过程有
cos sin mg mg ma μθθ+=
又有
0v at =
解以上各式得
t =
A 正确，BCD 错误。

故选A 。

5．ABC 【解析】 【详解】
A ．结合图乙知磁场方向向上且逐渐减小。

由楞次定律知感应电流的方向由Q 点经线圈到P 点，则P 点电势高，A 正确；
B ．感应电动势为
00
B
E n
nS t t ∆Φ==∆ 又有
E
I R r
=
+ 电势差大小
U IR =
解得
00
()nSB R
U R r t =
+
B 正确；
C ．流过电路的电荷量大小为
0q It =
解得
nSB q R r
=
+ C 正确；
D ．电磁感应的过程中磁场能量不转化，而是作为媒介将其他形式的能转化为电能，然后再在电阻R 、r 上转化为内能，D 错误。

故选ABC 。

6．BD 【解析】 【详解】
A ．电压c U 为反向遏止电压，此时光电管的K 极应连接外电源的正极，A 错误；
B ．光电子克服电场力做功，根据能量守恒定律，光电子的最大初动能
km c E eU =
B 正确；
C ．光电效应方程为
km 0E h W ν=-
结合B 选项解得金属的逸出功为
0c W h eU ν=-
C 错误；
D ．电压m U 对应正向饱和电流，已收集了相应光照强度下的所有的光电子。

若增大光照强度，光子数量增加，光电子数量增加，则电路中的光电流增大，D 正确。

故选BD 。

7．AD 【解析】 【详解】
A ．电场线沿水平方向，则等间距的各点处在等差等势面上。

电子沿电场线方向做匀变速运动。

电子从a 至c 的过程，电势能与动能之和守恒，动能减小了6eV ，则电势能增加了6eV ，则电势差
6V ac U =
则
3V ab bc U U ==
电子从a 至b 的过程，电场力做负功，大小为
3eV ab eU =
A 正确；
B ．电场强度大小
2150V/m 2210m
ac
U E -=
=⨯⨯
B 错误；
C ．电子经过等势面b 时的电势能为3eV -，则b 点的电势
3V b ϕ=
又有
23V 6V b d ϕϕ-=⨯=
则
3V d ϕ=-
C 错误；
D ．电子在a 点时动能为6eV ，从a 减速运动至c ，然后反向加速运动再至a 点，由能量守恒定律知电子此时的动能仍为6eV ，D 正确。

故选AD 。

8．BD 【解析】 【详解】
A ．匀加速上升过程有
22v ah =
解得
32.4510m/s v =≈⨯
A 错误；
B ．匀加速上升过程有
F mg ma -=
解得
23()210(9.830)N 7.9610N F m g a =+=⨯⨯+=⨯
B 正确；
C ．匀加速上升过程除地球引力做功外，还有发动机推力做功，则机械能不守恒，C 错误；
D ．匀速圆周运动过程有
22
()v Mm
G m R h R h
=++圆 解得
v =
圆
又有
2Mm
G
mg R
= 解得
3
7.8610m/s v =
=≈⨯圆 D 正确。

故选BD 。

9．ACE 【解析】 【详解】
A ．物体温度高，其分子平均动能一定大。

但分子数不确定，总动能不确定。

且分子间势能也不确定，则物体内能不确定，A 正确；
B ．气体温度升高，其分子运动平均速率增大。

其中多数分子速率变大，也有少数分子速率变小，B 错误；
C ．在引起外界变化时，物体可以从单一热源吸收热量全部用于做功，C 正确；
D ．对物体做功，物体内能增加。

可表现为分子势能增加，或分子动能增加，或二者均增加，D 错误；
E ．物体的内能是所有分子动能和分子势能之和，分子动能与温度有关，分子势能与体积等有关，则内能跟物体的温度和体积有关，E 正确。

故选ACE 。

10．ACE 【解析】 【详解】
A ．双缝干涉条纹间距
L
x d
λ∆=
同一实验装置其L d 、相同，x ∆越大则λ越长，则甲光的波长大，A 正确； B ．甲光的波长大于乙光，由
c λν=
知甲光的频率小于乙光的频率，B 错误；
C ．频率ν越小，介质对它的折射率n 越小，则玻璃对甲光的折射率小，C 正确；
D ．根据
c
n ν
=
可知甲光在玻璃中的速度大，D 错误； E ．根据全发射的特点
1sin C n
=
可知光在玻璃中的折射率n 越小，则全反射临界角C 越大，则甲光临界角大，E 正确。

故选ACE 。

11．10 （b ） 增大 增大 【解析】 【详解】
(1)[1]选择“1⨯”倍率测量读数为10Ω，则待测电阻值为10Ω。

(2)[2]元件X 电阻值约为10Ω，根据
3k Ω10Ω
10Ω1Ω
>
可知元件X 与电流表内阻相近，则电流表采用外接法误差较小，应选（b ）电路。

(3)[3]在（b ）电路中，滑动变阻器的滑片P 从左向右滑动，元件X 两端电压增大，则其电流增大则电流表的示数逐渐增大。

(4)[4]根据欧姆定律变形
U R I
=
U I -图像上的点与原点连线斜率的大小为电阻，由图像的变化特点知，元件Y 的电阻随电
流的增大而增大。

12．2.4 0.58 0.60 在误差允许的范围内，12m m 、组成的系统机械能守恒 9.7 【解析】 【详解】
(1)[1]第4点与第6点间的平均速度等于第5点的瞬时速度，有
2
5(21.6026.40)10m/s 2.4m/s 20.1
v -+⨯==⨯
打下计数点5时的速度2.4m/s 。

(2)[2]系统动能的增加量
()2k 1251
0.58J 2
E m m v ∆=
+= 打0~5点过程中系统动能的增加量0.58J 。

[3]系统势能的减少量
()p 210.60J E m m gh ∆=-=
系统势能的减少量0.60J 。

[4]可见k E ∆与p E ∆大小近似相等，则在误差允许的范围内，12m m 、组成的系统机械能守恒。

(3)[5]系运动过程中机械能守恒，则有
()()212211
2
m m v m m gh +=- 解得
21
122
2m m gh m v m -=+ 则22
v h -图像的斜率 12212 5.82
1.20
m/s m m k g m m -=
=+
则
29.7m/s g =
当地的重力加速度29.7m/s 。

13．(1) 4
f 210N F -=⨯；
(2)310N F -=
【解析】 【详解】
(1)乙雨滴匀速运动，受力平衡有
f m
g F =乙
解得
4f 210N F -=⨯
雨滴下落过程所受空气阻力的大小42N 10-⨯； (2)甲雨滴匀加速下落有
22v a h =甲甲甲
又有
f m
g F m a -=甲甲甲
两雨滴碰撞过程动量守恒，有
()1m v m v m m v +=+甲甲乙乙甲乙
整体匀加速下落有
22212v v a h -=合合
又有
()()f m m g F m m a +-=+甲乙甲乙合
与地面碰撞，取竖直向上为正方向，根据动量定理
()()20F m m g t m m v ⎡⎤⎡⎤-+=--+⎣⎦⎣⎦乙甲乙甲
解得
310N F -=
310N -。

14．
(1)
(2)
(3)
【解析】 【详解】
(1)电场1U 中加速，有
2
112
x qU mv =
解得
x v =
(2)电场中类平抛，如图：
1
24
U U =
竖直方向有
2
2
qU ma
L
= y v at =
水平位移
x L v t =
又有
v =解得
v =
在最小磁场B 中做圆周运动，有
2v qvB m r
=
由几何关系得
222()()R s r R r -+=-
解得
38
r R =
解得
B =
(3)在磁场中运动速度v 一定，磁场B 不同，运动时间不同。

图示为最长时间。

圆周运动周期
2m
T qB
π=
由几何关系得
4
tan 3
R s r α-=
= 则
53α︒=
圆周运动时间
()360253360
t T ︒︒︒
-⨯=
磁
解得
t =
磁15．(i)汽车行驶时，轮胎内部气体体积近似不变，则气体分子密集程度不变。

温度升高，气体分子平均动能变大，导致分子碰撞冲击力变大，且单位时间单位面积的碰撞频率变大，则气体压强变大，过大的压强可使轮胎爆裂；(ii)2.0atm 3.1atm ~ 【解析】 【详解】
(i)汽车行驶时，轮胎内部气体体积近似不变，则气体分子密集程度不变。

温度升高，气体分子平均动能变大，导致分子碰撞冲击力变大，且单位时间单位面积的碰撞频率变大，则气体压强变大，过大的压强可使轮胎爆裂； (ii)如图所示：
设充气后30C ︒时压强为1p ，行驶过程温度为70C ︒时对应较大压强3.5atm 。

气体等容变化，由查理定律得
1 3.5atm (27330)K (27370)K
p =++ 解得
1 3.1atm p ≈
设充气后30C ︒时压强为2p ，行驶过程温度为C 30︒-时对应较小压强1.6atm 。

由查理定律得
2 1.6atm (27330)K (27330)K
p =+- 解得
2 2.0atm p ≈
则充气结束时的压强范围为2.0atm 3.1atm ~。

16．(1) (50300)0,1,2,...x n cmnn =+=±± (2)t=0.1s
【解析】
【详解】
（1）根据两列波的振幅都为8cm ，偏离平衡位置位移为16cm 的的质点即为两列波的波峰相遇．
设质点x 坐标为x
根据波形图可知，甲乙的波长分别为60cm λ=乙，50cm λ=甲
则甲乙两列波的波峰坐标分别为
1115050(1,2,3)x k k =+⨯=±±±⋯⋯
1225060(1,2,3)x k k =+⨯=±±±⋯⋯
综上，所有波峰和波峰相遇的质点坐标为
整理可得1(50300)x n cm =+1,2,3n =±±±⋯⋯
（ii ）偏离平衡位置位移为16cm -是两列波的波谷相遇的点，
0t =时，波谷之差122121(5060)(5050)22
n n x ++∆=+⨯-+⨯1,2,3n =±±±⋯⋯ 整理可得1210(65)5x n n ∆=-+
波谷之间最小的距离为'5x cm ∆=
两列波相向传播，相对速度为250/v cm s =
所以出现偏离平衡位置位移为16cm -的最短时间'0.12x t s v
∆==。