山西省长治市2021届新高考第一次大联考物理试卷含解析

山西省长治市2021届新高考第一次大联考物理试卷
一、单项选择题：本题共6小题，每小题5分，共30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．下列关于运动项目的叙述正确的是（ ）
A ．若足球的运动轨迹是旋转的香蕉球时，要研究足球的运动足球可以看做质点
B ．2018年苏炳添在男子100m 中跑出的亚洲纪录是一个时刻
C ．4100m ⨯接力赛中的100m 都是指位移
D ．运动员100m 短跑用时10s ，则其加速过程的平均加速度定不小于22m/s
【答案】D
【解析】
【详解】
A ．若足球的运动轨迹是旋转的香蕉球时，要研究足球的运动足球大小不能忽略，不可以看做质点，选项A 错误；
B ．2018年苏炳添在男子100m 中跑出的亚洲纪录是一个时间间隔，选项B 错误；
C ．4100m ⨯接力赛中有弯道，则其中的100m 不都是指位移，选项C 错误；
D ．运动员100m 短跑用时10s ，若整个过程中一直加速，则加速度
222221002m/s 10
s a t ⨯=== 因运动员在100m 短跑中先加速后匀速，则其加速过程的平均加速度定不小于22m/s ，选项D 正确； 故选D 。

2．如图所示，甲球用细线悬挂于车厢顶，乙球固定在竖直轻杆的下端，轻杆固定在天花板上，当车向右加速运动时，细线与竖直方向的夹角为θ=45°，已知甲球的质量为m ，乙球 的质量为2m ，重力加速度为g 。

则轻杆对乙球的作用力大小等于（ ）
A ．mg
B ．2mg
C ．2mg
D ．2【答案】D
【解析】
【详解】 对甲球由牛顿第二定律知
ma=mgtanθ
则加速度大小为：
a=gtanθ
设杆对乙球的作用力为F ，则 222(2)F mg ma -=
解得：
F=22mg ；
A. mg ，与结论不相符，选项A 错误；
B. 2mg ，与结论不相符，选项B 错误；
C. 2mg ，与结论不相符，选项B 错误；
D. 22mg ，与结论相符，选项D 正确；
3．1916年爱因斯坦建立广义相对论后预言了引力波的存在，2017年引力波的直接探测获得了诺贝尔物理学奖．科学家们其实是通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在．如图所示为某双星系统A 、B 绕其连线上的O 点做匀速圆周运动的示意图，若A 星的轨道半径大于B 星的轨道半径，双星的总质量M ，双星间的距离为L ，其运动周期为T ，则下列说法中正确的是
A ．A 的质量一定大于
B 的质量
B ．A 的线速度一定小于B 的线速度
C ．L 一定，M 越小，T 越小
D ．M 一定，L 越小，T 越小
【答案】D
【解析】
【详解】
A 、根据万有引力提供向心力222A
B A A B B Gm m m r m r L
ωω==，因为A B r r >，所以A B m m <，即A 的质量一定小于B 的质量，故A 错误；
B 、双星系统角速度相等，根据v r ω=，且A B r r >，可知A 的线速度大于B 的线速度，故B 错误；
CD 、根据万有引力提供向心力公式得：2222244 A B A A B B Gm m m r m r L T T ππ==，解得周期为3
2L T GM =由此可知双星的距离一定，质量越小周期越大，故C 错误；总质量一定，双星之间的距离就越大，转动周
期越大，故D 正确；
故选D ．
【点睛】
解决本题的关键知道双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度．以及会用万有引力提供向心力进行求解．
4．一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v 。

假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体，物体静止时，弹簧测力计的示数为F 。

已知引力常量为G ，则这颗行星的质量为（ ）
A ．2
mv GF
B ．4Fv Gm
C ．4mv GF
D ．2Fv Gm
【答案】C
【解析】
【详解】 因在行星表面质量为m 的物体静止时，弹簧测力计的示数为F ，则可知行星表面的重力加速度 F g m
=
又 2
Mm G mg R = 对卫星：
2
v mg m R
= 联立解得：
4
mv M GF
= 故选C 。

5．大气压强为51.010Pa ⨯。

某容器的容积为10L ，装有压强为61.010Pa ⨯的气体，如果保持气体温度不
变，把容器的开口打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩余气体的质量与原来气体的质量之比为（ ）
A ．1∶9
B ．1∶10
C ．1∶11
D ．1∶20
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
以原来所有气体为研究对象，初状态：p 1=1.0×106Pa ，V 1=10L ，把容器的开关打开，气体等温膨胀，末状
态：p2=1.0×105Pa，设体积为V2，由玻意耳定律得
p1V1=p2V2
代入数据得
V2=100L
即容器中剩余10L压强为P0的原来气体，而同样大气压下气体的总体积为100L，所以剩下气体的质量与原来气体的质量之比等于同压下气体的体积之比
1
2
101
=
10010
m V
m V
==
剩
总
故ACD错误，B正确；
故选B。

6．图中ae为珠港澳大桥上四段l10m的等跨钢箱连续梁桥，若汽车从a点由静止开始做匀加速直线运动，通过ab段的时间为t，则通过ce段的时间为
A．t B．2t C．(2－2)t D．(2+2) t
【答案】C
【解析】
【详解】
设汽车的加速度为a，经历bc段、ce段的时间分别为t1、t2，根据匀变速直线运动的位移时间公式有：2
1
2
ab
x at
=，2
1
1
()
2
ac
x a t t
=+，2
12
1
()
2
ae
x a t t t
=++，解得：
2
2()2
t t
=-，故C正确，A、B、D错误；
故选C。

二、多项选择题：本题共6小题，每小题5分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分
7．如图1所示，矩形线圈放在光滑绝缘水平面上，一部分处于竖直向下的匀强磁场中，线圈用绝缘直杆连接在竖直墙上．当磁场的磁感应强度B随时间t按如图2所示的规律变化时，则在0-t时间内
A．杆对线圈的作用力一直是拉力B．轩对线圈的作用力先是拉力后是推力
C．杆对线的作用力大小恒定D．杆对线圈的作用力先减小后増大
【答案】BD
【解析】
【详解】
AB.磁通量先减小后增大，根据楞次定律可知，杆对线圈的作用力先是拉力后是推力， A 错误，B 正确； CD.由于磁场均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势恒定，感应电流恒定，由于磁感应强度先变小后变大，由F =BIL 可知，杆对线圈的作服力先减小后增大，C 错误，D 正确．
8．下列说法正确的是
A ．一定质量的理想气体，压强变小时，分子间的平均距离可能变小
B ．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列不规则
C ．物体内能改变时，其温度一定变化
D ．机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化 E.将0.05mL 浓度为0.02%的油酸酒精溶液滴入水中，测得油膜面积为20cm 2，则可测得油酸分子的直径
为5×
10-9m 【答案】ADE
【解析】
【分析】
【详解】
A ．根据气态方程pV C T
=，压强变小时，如果温度降低，则气体的体积可能减小，分子间的平均距离可能变小，故A 正确；
B ．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列规则，故B 错误；
C ．物体的内能包括分子动能和分子势能两部分，物体内能改变时，可能是分子势能发生了变化，而分子平均动能并没有发生变化，即温度可能不变化。

故C 错误；
D ．根据热力学第二定律可知，机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化，故D 正确；
E ．根据题意，一滴油酸酒精溶液含有的油酸体积为：
V=0.05×0.02% mL=1×10-5mL
所以油酸分子直径的大小：
5
79110cm 510cm 510m 20
V d S ---⨯===⨯=⨯ 故E 正确；
故选ADE 。

9．如图所示，质量为M 的木板静止在光滑水平面上，木板左端固定一轻质挡板，一根轻弹簧左端固定在
挡板上，质量为m 的小物块从木板最右端以速度v 0滑上木板，压缩弹簧，然后被弹回，运动到木板最右端时与木板相对静止。

已知物块与木板之间的动摩擦因数为μ，整个过程中弹簧的形变均在弹性限度内，则（ ）
A ．木板先加速再减速，最终做匀速运动
B ．整个过程中弹簧弹性势能的最大值为204()
Mmv M m + C ．整个过程中木板和弹簧对物块的冲量大小为0Mmv M m
+ D ．弹簧压缩到最短时，物块到木板最右端的距离为202()Mv M m g
μ+ 【答案】AB
【解析】
【分析】
【详解】
A ．物块接触弹簧之前，物块减速运动，木板加速运动；当弹簧被压缩到最短时，摩擦力反向，直到弹簧再次恢复原长，物块继续减速，木板继续加速；当物块与弹簧分离后，物块水平方向只受向左的摩擦力，所以物块加速，木板减速；最终，当物块滑到木板最右端时，物块与木板共速，一起向左匀速运动。

所以木板先加速再减速，最终做匀速运动，所以A 正确；
B ．当弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大，此时物块与木板第一次共速，将物块，弹簧和木板看做系统，由动量守恒定律可得
0()mv m M v =+
得
0mv v m M
=+ 从开始运动到弹簧被压缩到最短，由能量守恒可得 22p 0f 11()22E mv m M v W =
-+- 从开始运动到物块到达木板最右端，由能量守恒可得
22f 0112()22
W mv m M v =-+ 20f 4()
mMv W m M =+ 则最大的弹性势能为
20p 4()E Mmv M m += 所以B 正确；
C ．根据动量定理，整个过程中物块所受合力的冲量大小为
00Mmv I mv mv M m =-=-
+ 所以0Mmv M m
+是合力的冲量大小，不是木板和弹簧对物块的冲量大小，所以C 错误； D ．由题意可知，物块与木板之间的摩擦力为
f F m
g μ=
又系统克服摩擦力做功为
f f W F x =相对
则
20f f =4()Mv W x F M m g
μ=+相对 即弹簧压缩到最短时，物块到木板最右端的距离为204()Mv M m g
μ+，所以D 错误。

故选AB 。

10．一带负电粒子仅在电场力的作用下，从x 轴的原点O 由静止开始沿x 轴正方向运动，其运动速度v 随位置x 的变化关系如图所示，图中曲线是顶点为O 的抛物线，粒子的质量和电荷量大小分别为m 和q ，则下列说法正确的是（ ）
A ．电场为匀强电场，电场强度大小211
2E mv qx = B ．O 、x 1两点之间的电势差1211
2ox mv U qx = C ．粒子从O 点运动到x 1点的过程中电势能减少了
2112mv D ．粒子沿x 轴做加速度不断减小的加速运动
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
AD ．由题意可知，图中曲线是抛物线，则曲线的表达式可写为
212
1x x v v = 粒子只在电场力作用下运动，由动能定理得
212
Fx mv =
即 2211
22mv mv F x x == 又
F Eq =
所以粒子在运动过程中，受到的电场力不变，说明电场为匀强电场，场强为
211
2E mv qx = 即粒子沿x 轴做加速度不变，所以A 正确，D 错误；
BC ．粒子从O 点运动到x 1点，由动能定理得
1212
ox mv W U q ==电 电场力做正功，电势能减少，为
21p 2
mv E W -∆==电 则O 、x 1两点之间的电势差为
1212ox mv U q
= 所以B 错误，C 正确。

故选AC 。

11．如图所示，空间存在水平向左的匀强电场E 和垂直纸面向外的匀强磁场B ，在竖直平面内从a 点沿ab 、ac 方向抛出两带电小球，不考虑两带电小球间的相互作用，两小球的电荷量始终不变，关于小球的运动，下列说法正确的是( )
A．沿ab、ac方向抛出的小球都可能做直线运动
B．若小球沿ac方向做直线运动，则小球带负电，可能做匀加速运动
C．若小球沿ab方向做直线运动，则小球带正电，且一定做匀速运动
D．两小球在运动过程中机械能均守恒
【答案】AC
【解析】
【详解】
ABC．先分析沿ab方向抛出的带电小球，若小球带正电，则小球所受电场力方向与电场强度方向相同，重力竖直向下，由左手定则知小球所受洛伦兹力方向垂直ab斜向上，小球受力可能平衡，可能做直线运动；若小球带负电，则小球受力不可能平衡。

再分析沿ac方向抛出的带电小球，同理可知，只有小球带负电时可能受力平衡，可能做直线运动。

若小球做直线运动，假设小球同时做匀加速运动，则小球受到的洛伦兹力持续增大，那么小球将无法做直线运动，假设不成立，小球做的直线运动一定是匀速运动，故A、C正确，B错误；
D．在小球的运动过程中，洛伦兹力不做功，电场力对小球做功，故小球的机械能不守恒，故D错误。

故选AC。

12．关于固体、液体、气体和物态变化，下列说法中正确的是______________。

A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离
B．一定质量的某种理想气体状态改变时，内能必定改变
C．0C︒的铁和0C︒的冰，它们的分子平均动能相同
D．晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征
E.扩散现象在液体和固体中都能发生，且温度越高，扩散进行得越快
【答案】ACE
【解析】
【详解】
A．由于液体表面分子间距大于内部分子间距，故表面处表现为引力，故A正确；
B．一定质量理想气体的内能由温度决定，状态变化时温度可能不变，内能也就可能不变，故B错误；C．因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故C正确；
D．晶体分单晶体和多晶体，只有单晶体具有规则形状，某些性质表现出各向异性，而多晶体没有规则形状，表现出各向同性，故D错误；
E．气体、液体和固体物质的分子都在做无规则运动，所以扩散现象在这三种状态的物质中都能够进行，
且温度越高，扩散进行得越快，故E正确。

故选ACE。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律及平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数的实验．在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g．采用的实验步骤如下：
A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；
B．用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量m a、m b：
C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上：
D．烧断细线后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动：
E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间△t：
F．滑块a最终停在C点（图中未画出），用刻度尺测出AC之间的距离S a
G．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s b；
H．改变弹簧压缩量，进行多次测量．
（1）用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为________mm；
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即a的动量大小____________等于b的动量大小___________；（用上述实验所涉及物理量的字母表示）
（3）改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到小滑块a的S a与关系图象如图丙所示，图象的
斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为____________．（用上述实验数据字母表示）
【答案】
【解析】
（1）螺旋测微器的读数为：2.5mm+0.050mm=2.550mm．
（2）烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度为：，故a
的动量为：，b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：及联立解得：，故b的动量为：．
（3）对物体a由光电门向左运动过程分析，则有：，经过光电门的速度：，由牛顿第二定律可得：，联立可得：，则由图象可知：．
14．在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的的实验器材。

(1)甲同学按电路图a进行测量实验，其中R2为保护电阻，则
①请用笔画线代替导线在图b中完成电路的连接______；
②根据电压表的读数U和电流表的读数I，画出U-I图线如图c所示，可得电源的电动势E=___________V，内电阻r=___________Ω(结果保留两位有效数字)。

(2)乙同学误将测量电路连接成如图d所示，其他操作正确，根据电压表的读数U和电流表的读数I，画出U-I图线如图e所示，可得电源的电动势E=___________V，内电阻r=___________Ω(结果保留两位有效数字)。

【答案】（1）①②2.8 0.60 （2）3.0 0.50
【解析】
【详解】
解：(1)①根据原理图可得出对应的实物图，如图所示；
②根据闭合电路欧姆定律可得：U E Ir =-，则由数学规律可知电动势 2.8E V =，内电阻2.8 1.60.600.2
U r I ∆-==Ω=Ω∆； (2)由乙同学的电路接法可知1R 左右两部分并联后与2R 串联，则可知在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现图e 所示的图象，则由图象可知当电压为2.5V 时，电流为0.5A ，此时两部分电阻相等，则总电流为11I A =；而当电压为2.4V 时，电流分别对应0.33A 和0.87A ，则说明当电压为2.4V 时，干路电流为20.330.87 1.2I A A =+=；则根据闭合电路欧姆定律可得2.5E r =-，2.4 1.2E r =-，解得电源的电动势 3.0E V =，内电阻0.50r =Ω；
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图所示，在圆柱形汽缸中用一定质量的光滑导热活塞密闭有一定质量的理想气体，在汽缸底部开有
一小孔，与U 形水银管相连，已知外界大气压为p 0，室温t 0=27°C ，稳定后两边水银面的高度差为△h=1.5cm ，
此时活塞离容器底部高度为h 1=50cm 。

已知柱形容器横截面积S=0.01m 2，大气压p 0=75cmHg=1.0×
105 Pa ， g=10m/s 2.求∶
①活塞的质量；
②现室温降至-33°C 时活塞离容器底部的高度h 2。

【答案】①2kg ；②40cm 。

【解析】
【分析】
【详解】
①.活塞产生压强
01.575
p mg p S =
=V 解得 m=2kg
②.气体等压变化，U 形管两侧水银面的高度差不变仍为△h=1.5cm
初状态：1300T =K ，150V =cm·
S 末状态：2240T =K ，22V h S =
由盖吕萨克定律 1
212
V V T T = 解得
h 2=40cm
16．如图所示，光滑的水平桌面边缘处固定一轻质定滑轮，A 为质量为2m 的足够长的木板，B 、C 、D 为三个质量均为m 的可视为质点的物块，B 放在A 上，B 通过水平且不可伸长的轻绳跨过定滑轮与D 连接，D 悬在空中。

C 静止在水平桌面上A 的右方某处（A 、C 和滑轮在同一直线上）。

A 、B 间存在摩擦力，且认为最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，在D 的牵引下，A 和B 由静止开始一起向右加速运动，一段时间
后A 与C 发生时间极短的弹性碰撞，设A 和C 到定滑轮的距离足够远，D 离地面足够高，不计滑轮摩擦，
已知重力加速度为g 。

(1)为使A 与C 碰前A 和B 能相对静止一起加速运动，求A 与B 间的动摩擦因数μ应满足的条件；
(2)若A 与B 间的动摩擦因数μ=0.75，A 与C 碰撞前A 速度大小为v 0，求A 与C 碰后，当A 与B 刚好相对静止时，C 与A 右端的距离。

【答案】（1）12
μ≥；（2）2043v d g = 【解析】
【分析】
【详解】
（1）B 对A 的最大静摩擦来提供A 向前加速运动，加速度为
22mg
g
a m μμ==
对ABC 整体受力分析，根据牛顿第二定律可知
4mg ma =
联立解得
1=2
μ 所以μ应满足12
μ≥。

（2）设A 与C 碰撞后，A 和C 的速度分别为v A 和v C ，则
022A c mv mv mv =+
222011122222
C A mv mv mv =+ 解得
013
A v v = 043
c v v = 设A 与C 碰后，绳的拉力为F'T ，B 和D 加速的加速度大小为a 2，则
T 2mg F ma '-=
T 2F mg ma μ'-=
解得
218
a g = A 的加速度大小为a 3，则
32mg ma μ=
解得
338
a g = 设碰后，经时间t ，A 和B 的速度相同，则
A 302v a t v a t +=+
时间t 内A 的位移
2A A 312
x v t a t =+ 时间t 内C 的位移
C C x v t =
所求距离为
C A d x x =-
解得
2043v d g
=
17．一种测量稀薄气体压强的仪器如图（a ）所示，玻璃泡M 的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管1K 和2K 。

1K 长为l ，顶端封闭，2K 上端与待测气体连通；M 下端经橡皮软管与充有水银的容器R 连通。

开始测量时，M 与2K 相通；逐渐提升R 直到2K 中水银面与1K 顶端等高，此时水银已进入1K ，且1K 中水银面比顶端低h ，如图（b ）所示。

设测量过程中温度、与2K 相通的待测气体的压强均保持不变。

已知1K 和2K 的内径均为d ，M 的容积为0V ，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g 。

求： (i)待测气体的压强
(ii)该仪器能够测量的最大压强
【答案】 (i)22
20π4π()
x gd h p V d l h ρ=+-(ii)22max 0π4gd l p V ρ= 【解析】
【详解】
(i)M 中气体等温变化。

初态为
112
0,π2x d p V V p l ⎛⎫==+ ⎪⎝⎭
末态为 2
22,π2x d p p gh V h ρ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭
由等温变化有
1122pV p V = 解得
22
20π4π()
x gd h p V d l h ρ=+- (ii)气体等温变化。

初态为
2
3max 30,π2d p p V V l ⎛⎫==+ ⎪⎝⎭
末态为 24max 4,π2d p p gl V l ρ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭
有3344p V p V =，解得 22max 0
π4gd l p V ρ=。