上海市青浦区2021届第四次新高考模拟考试物理试卷含解析

上海市青浦区2021届第四次新高考模拟考试物理试卷
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．我国不少地方在节日期间有挂红灯笼的习俗。

如图，质量为m 的灯笼用两根长度一定的轻绳OA 、OB 悬挂在水平天花板上，O 为结点，OA>OB ，∠AOB=90°。

设OA 、OB 对O 点的拉力大小分别为F A 、F B ，轻绳能够承受足够大的拉力，则（ ）
A ．F A 大于F B
B ．F A 、F B 的合力大于mg
C ．若左右调节A 点位置，可使F A 等于F B
D ．若左右调节A 点位置，可使F A 、F B 均大于mg
【答案】D
【解析】
【详解】
A ．对O 点受力分析，如图所示：
根据平衡条件，并结合正弦定理，有：
A B sin sin sin(180)
F F
G βααβ==︒-- 由于αβ>，故：
A B sin 1sin F F βα
=< A 错误；
B ．根据平衡条件，A F 、B F 的合力等于mg ，B 错误；
C ．调节悬点A 的位置，使A 点向右移动，由于OA 始终比OB 长，所以不可能出现αβ=的情况，所以
不可能使A F 等于B F ，C 错误；
D ．调节悬点A 的位置，使A 点向左移动，当αβ+趋向180︒时，可使A F 、B F 都大于mg ，D 正确。

故选D 。

2．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2. 49 eV 的金属钠，下列说法正确的是（ ）
A ．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短
B ．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最高
C ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11. 11 eV
D ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9. 60 eV
【答案】D
【解析】
【详解】
这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论△E=E m -E n （m ＞n ）得知，从n=3跃迁到n=1所发出的光能量最大，由E=hγ=hc/λ得知，频率最高，波长最短．故A B 错误；从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.6-1.51eV=12.09eV ，根据光电效应方程得E km =hv-W 0=12.09-2.49eV=9.60eV ．故C 错误，D 正确．故选D ．
3．如图所示，一U 型粗糙金属导轨固定在水平桌面上，导体棒MN 垂直于导轨放置，整个装置处于某匀强磁场中。

轻轻敲击导体棒，使其获得平行于导轨向右的速度并做切割磁感线运动，运动过程中导体棒MN 与导轨始终保持垂直且接触良好。

欲使导体棒能够在导轨上滑行距离较大，则磁感应强度的方向可能为（ ）
A ．垂直导体棒向上偏左
B ．垂直导体棒向下偏左
C ．垂直金属导轨平面向上
D ．垂直金属导轨平面向下
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
欲使导体棒能够在导轨上滑行距离较大，则导体棒在滑行过程中所受摩擦力应较小，则安培力的方向应为斜向上，由右手定则和左手定则可知，磁感应强度的方向可能为垂直导体棒向下偏左，故B 正确。

故选B 。

4．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E 运行，在P 点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是： （ ）
A ．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P 点的速度都相同
B ．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P 点的加速度都相同
C ．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D ．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量(动量P=mv ，v 为瞬时速度)
【答案】B
【解析】
【详解】
从轨道1变轨到轨道2，需要加速逃逸，故A 错误；根据公式2Mm G ma r =可得：2
M a G r =，故只要到地心距离相同，加速度就相同，卫星在椭圆轨道1绕地球E 运行，到地心距离变化，运动过程中的加速度在变化，B 正确C 错误；卫星在轨道2做匀速圆周运动，运动过程中的速度方向时刻在变，所以动量方向不同，D 错误．
5． “礼让行人”是城市文明交通的体现。

小王驾驶汽车以36km/h 的速度匀速行驶，发现前方的斑马线上有行人通过，立即刹车使车做匀减速直线运动，直至停止，刹车加速度大小为10m/s 2。

若小王的反应时间为0.5s ，则汽车距斑马线的安全距离至少为
A ．5m
B ．10m
C ．15m
D ．36m
【答案】B
【解析】
【详解】
汽车的初速度为036km/h 10m/s v ==，反应时间10.5s t =内做匀速直线运动，有：
1015m x v t ==
刹车过程的加速度大小为210m/s a =，由匀减速直线运动的规律：
220202v ax -=-
可得刹车距离为
2
025m 2v x a
== 故安全距离为： 12()10m d x x ≥+=；
故B 正确，ACD 错误；
故选B 。

6．如图所示，质量均为m 的物块A 、B 压在置于地面上的竖直轻弹簧上，上端弹簧弹性系数为k 1，下端弹簧的弹性系数为2k ，弹簧与地面、弹簧与物块间均没有栓接，A 、B 处于静止状态，现给A 一个竖直向上的拉力F ，F 的大小自0开始缓慢增大，物块B 自初始位置能上升的最大高度为（ ）
A ．1
mg k B ．2mg k C ．1211mg k k ⎛⎫+ ⎪⎝⎭ D ．1212mg k k ⎛⎫+ ⎪⎝⎭
【答案】B
【解析】
【详解】
开始2k 弹簧压缩量 12
2mg x k = 当A 离开弹簧1k ，2k 弹簧的压缩量
22
mg x k = 所以B 上升的最大高度
122
mg x x x k ∆=-= 故B 正确，ACD 错误。

故选：B 。

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．如图所示，卫星a 没有发射停放在地球的赤道上随地球自转；卫星b 发射成功在地球赤道上空贴着地表做匀速圆周运动；两卫星的质量相等。

认为重力近似等于万有引力。

下列说法正确的是（ ）
A ．a 做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期
B ．b 做匀速圆周运动的向心加速度等于重力加速度g
C ．a 、b 做匀速圆周运动所需的向心力大小相等
D ．a 、b 做匀速圆周运动的线速度大小相等，都等于第一宇宙速度
【答案】AB
【解析】
【分析】
【详解】
A ．a 在赤道上随地球自转而做圆周运动，所以a 做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期，A 正确；
B ．对卫星b 重力近似等于万有引力，万有引力全部用来充当公转的向心力
2Mm G mg R
= 所以向心加速度等于重力加速度g ，B 正确；
C ．两卫星受到地球的万有引力相等。

卫星a 万有引力的一部分充当自转的向心力，即
2
Mm G F mg R =+向赤 卫星b 万有引力全部用来充当公转的向心力，因此a 、b 做匀速圆周运动所需的向心力大小不相等，C 错误；
D ．a 做匀速圆周运动的周期等于地球同步卫星的周期，根据2r v T
π=可知 a v v <同
万有引力提供向心力
2
2Mm v G m r r
= 解得线速度表达式
v =
因为 b r R r =<同
所以b 卫星的速度等于第一宇宙速度
b a v v v >>同
D 错误。

故选AB 。

8．以下说法正确的是（ ）
A ．玻璃打碎后不容易把它们拼在一起，这是由于分子间斥力的作用
B ．焦耳测定了热功当量后，为能的转化和守恒定律奠定了实验基础
C ．液体表面层分子间引力大于液体内部分子间引力是表面张力产生的原因
D ．当分子间的距离增大时，分子间的斥力和引力都减小，但斥力减小得快
E.悬浮在液体中的颗粒越小，小颗粒受到各个方向液体分子的冲击力就越不平衡，布朗运动就越明显
【答案】BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A. 碎玻璃不能拼在一起，是由于分子距离太大，达不到分子吸引力的范围，故A 错误；
B. 焦耳测定了热功当量后，为能的转化和守恒定律奠定了实验基础，选项B 正确；
C. 由于液体表面层分子间距离大于分子平衡时的距离，分子间的作用力表现为引力，则液体表面存在张力，故C 错误；
D. 当分子间的距离增大时，分子间的斥力和引力都减小，但斥力减小得快，选项D 正确；
E. 悬浮在液体中的颗粒越小，小颗粒受到各个方向液体分子的冲击力就越不平衡，布朗运动就越明显，选项E 正确。

故选BDE 。

9．关于气体压强的产生，下列说法正确的是______。

A ．气体的压强是大量气体分子对器壁频繁、持续地碰撞产生的
B ．气体对器壁产生的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
C ．气体对器壁的压强是由于气体的重力产生的
D．气体的温度越高，每个气体分子与器壁碰撞的冲力越大
E.气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关
【答案】ABE
【解析】
【分析】
【详解】
A．气体对容器的压强是大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的，故A正确；
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，故B正确；
C．气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的，与气体的重力无关，故C错误；D．气体的温度越高，分子平均动能越大，但不是每个气体分子的动能越大，所以气体的温度越高，并不是每个气体分子与器壁碰撞的冲力越大，故D错误；
E．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁碰撞作用产生的，压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关，故E正确。

故选ABE。

10．科学实验证明，通电长直导线周围磁场的磁感应强度大小
I
B k
l
，式中常量k>0，I为电流强度，l
为距导线的距离。

如图所示，三根完全相同且通有恒定电流的长直导线a、b、c，其截面位于等边三角形的三个顶点，a、b、c通过的恒定电流大小分别为I a、I b、I c，b、c位于光滑绝缘水平面上，三根导线均可保持静止状态，则（）
A．a、b通有同向的恒定电流
B．导线a受的合磁场力竖直向上
C．导线a、b所受的合磁场力大小相等、方向相反
D．导线a、b、c上通有的电流大小关系为I a＝2I b＝2I c
【答案】BD
【解析】
【详解】
AB．对长直导线a分析，长直导线a受到重力、长直导线b对长直导线a的磁场力和长直导线c对长直导线a的磁场力，根据平衡条件可知长直导线b与长直导线a作用力是相互排斥，长直导线c对长直导线a作用力是相互排斥，所以长直导线a与长直导线b有反向的恒定电流，长直导线a受的合磁场力竖直向上，
且有大小等于长直导线a 的重力，故A 错误，B 正确；
C ．视长直导线a 、b 、c 整体，对其受力分析，根据平衡条件可得光滑绝缘水平面对长直导线b 支持力等于长直导线b 重力的32倍；对长直导线b 受力分析，受到重力、光滑绝缘水平面对其支持力、长直导线c 对其吸引力和长直导线a 对其排斥力，根据力的合成与分解可得长直导线b 所受的合磁场力大小等于长直导线b 重力的12
倍，方向竖直向下，故C 错误； D ．对长直导线b 受力分析，在水平方向，根据平衡条件可得
cos60a b c b B I L B I L ︒=
即可得
12
a c I I = 对长直导线
b 受力分析，同理可得
12
a b I I = 故D 正确；
故选BD 。

11．近年来，我国的高速铁路网建设取得巨大成就，高铁技术正走出国门。

在一次高铁技术测试中，机车由静止开始做直线运动，测试段内机车速度的二次方v 2与对应位移x 的关系图象如图所示。

在该测试段内，下列说法正确的是（ ）
A ．机车的加速度越来越大
B ．机车的加速度越来越小
C ．机车的平均速度大于
02v D ．机车的平均速度小于02
v 【答案】BC
【解析】
【详解】 AB ．如图所示，在该测试段内，随着机车位移的增大，在相等位移x ∆上，速度的二次方的差值逐渐减小，由2()2v a x ∆=∆可知，机车的加速度逐渐减小，故A 错误，B 正确；
CD ．由于机车做加速度减小的变加速直线运动，故在该测试段内机车的平均速度大于
02
v ，故C 正确，D 错误。

故选BC 。

12．如图所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，磁感应强度为B ，质量为m 、边长为a 的正方形线框ABCD 斜向穿进磁场，当AC 刚进入磁场时，线框的速度为v ，方向与磁场边界成45︒，若线框的总电阻为R ，则（ ）
A ．线框穿进磁场过程中，框中电流的方向为DCBA
B ．A
C 刚进入磁场时线框中感应电流为2Bav R
C ．AC 刚进入磁场时线框所受安培力大小为222B a v R
D ．此进CD 两端电压为
34
Bav 【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
线框进入磁场的过程中穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向外，则感应电流的方向为ABCD 方向，故A 错误；AC 刚进入磁场时CD 边切割磁感线，AD 边不切割磁感线，所以产生的感应电动势E Bav =，则线框中感应电流为 E Bav I R R
==，此时CD 两端电压，即路端电压为3344
R U E Bav R ==，故B 错误，D 正确；AC 刚进入磁场时线框的CD 边产生的安培力与v 的方向相反，AD 边受到的安培力的方向垂直于AD 向下，它们的大小都是F BIa =，由几何关系可以看出，AD 边与CD 边受到的安培力的方向相互垂直，所以AC 刚进入磁场时线框所受安培力为AD 边与CD 边受到的安培力的矢量合，即2222B a v F F R
=
=合，故C 正确。

故选CD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．研究物体做匀变速直线运动的情况可以用打点计时器，也可以用光电传感器。

(1)一组同学用打点计时器研究匀变速直线运动，打点计时器使用交流电源的频率是50Hz ，打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况。

①打点计时器的打点周期是________s 。

②图甲为某次实验打出的一条纸带，其中1、1、3、4为依次选中的计数点（各相邻计数点之间有四个点迹）。

根据图中标出的数据可知，打点计时器在打出计数点3时小车的速度大小为________m/s ，小车做匀加速直线运动的加速度大小为________m/s 1．
(1)另一组同学用如图乙所示装置研究匀变速直线运动。

滑块放置在水平气垫导轨的右侧，并通过跨过定滑轮的细线与一沙桶相连，滑块与定滑轮间的细线与气垫导轨平行。

滑块上安装了宽度为3.0cm 的遮光条，将滑块由静止释放，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间为0.015s ，通过第二个光电的时间为0.010s ，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为0.150s 。

则滑块的加速度大小为______m/s 1，若忽略偶然误差的影响，测量值与真实值相比______（选填“偏大”、“偏小”或“相同”）。

【答案】0.01 0.53 1.4 4.0 偏小
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]交流电源的频率是50Hz ，则打点计时器的打点周期是
10.02s T f
== [1]由于每相邻两个计数点间还有4个点，所以相邻的计数点间的时间间隔为0.1s ，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打计数点3点时小车的瞬时速度大小
2313.80 3.2010m/s 0.53m/s 20.1
v --=⨯=⨯ [3]根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT 1可以求出加速度的大小 222342322(13.807.80)(7.80 3.20)10m/s 1.4m/s 0.1x x a t -----=
=⨯= (1)[5]遮光条通过第一个光电门的速度为
10.030m/s 2.0m/s 0.015v == 遮光条通过第二个光电门的速度为 20.030m/s 3.0m/s 0.010v =
= 则滑块的加速度大小为
222132m/s 4.0m/s 0.25
v v a t --=== [6]由实验原理可知，运动时间为遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间，遮光条开始遮住第一个光电门的速度小于1v ，遮光条开始遮住第二个光电门的速度小2v ，由于遮光条做匀加速运动，则速度变化量减小，所以测量值与真实值相比偏小。

14． (1)用10分度游标卡尺测一工件外径的度数如图(1)所示，读数为______mm ；
用螺旋测微器测一圆形工件的直径读数如图(2)所示，读数为______mm 。

(2)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻x R 约为20Ω，电压表的内阻约为2k Ω，电流表的内阻约为1Ω，测量电路中电流表的连接方式如图（a ）或图（b ）所示，电阻由公式x U R I
=计算得出，式中U 与I 分别为电压表和电流表的示数，若将图（a ）和图（b ）中电路图测得的电阻值分别记为1x R 和2x R ，则______（填“1x R ”或“2x R ”）更接近待测电阻的真实值，且测量值1x R ______（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值，测量值2x R ______（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。

【答案】32.7 1.506 1x R 大于 小于
【解析】
(1)[1]10分度的游标卡尺，精确度是0.1mm ，游标卡尺的主尺读数为32mm ，游标尺上第7个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为
7×0.1mm=0.7mm
所以最终读数为
32mm+0.7mm=32.7mm
[2]螺旋测微器的固定刻度为1.5mm ，可动刻度为
6.0×0.001mm=0.006mm
所以最终读数为
1.5mm+0.006mm=1.506mm
(2)[3]由于待测电阻满足 200020020010V x
x A R R R R ＝＜＝ 所以电流表应用内接法，即1x R 更接近真实值；
[4]根据串并联规律可知，采用内接法时真实值应为
A U U U R R I I
-=测真＜＝ 即测量值大于真实值；
[5]采用外接法时，真实值应为
V
U U R R I I I -测真＝＞＝ 即测量值小于真实值。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．假设某星球表面上有一倾角为θ=37°的固定斜面，一质量为m=2.0kg 的小物块从斜面底端以速度12m/s 沿斜面向上运动，小物块运动2.0s 时速度恰好为零.已知小物块和斜面间的动摩擦因数μ=0.125，该星球半径为()3
4.810.sin370.6,cos370.8R km =⨯︒=︒=． 试求：
（1）该星球表面上的重力加速度g 的大小；
（2）该星球的第一宇宙速度.
【答案】 (1)27.5m /s (2)3610m /s ⨯
【详解】
解：(1)对物体受力分析，由牛二律可得：mgsin mgcos ma θμθ--= 根据速度时间关系公式有：00a t v -
=
代入数据解得：27.5m/s g = (2)第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，根据重力等于万有引力有：2
GMm mg R = 2
2GMm mv R R
= 解得：337.5 4.810m/s 610m/s v gR ==⨯⨯=⨯
16．如图所示，在平面直角坐标系内，第I 象限的等腰三角形MNP 区域内存在垂直于坐标平面向外的匀
强磁场，y<0的区域内存在着沿y 轴正方向的匀强电场。

一质量为m 带电荷量为q 的带电粒子从电场中Q （-2h ，-h ）点以速度v 0水平向右射出，经坐标原点O 射入第I 象限，最后垂直于PM 的方向射出磁场。

已知MN 平行于x 轴，NP 垂直于x 轴，N 点的坐标为（2h ，2h ），不计粒子的重力，求：
(1)电场强度的大小；
(2)最小的磁感应强度的大小；
(3)粒子在最小磁场中的运动时间。

【答案】 (1) 202mv E qh =；(2) 0min (21)mv B qh
=；(3) 0(21)h t v π= 【解析】
【分析】
【详解】
(1)由几何关系可知粒子的水平位移为2h ，竖直位移为h ，由类平抛运动规律得
02h v t =
212
h at = 由牛顿第二定律可知
Eq ma =
202mv E qh
= (2)粒子到达O 点，沿y 铀正方向的分速度
00
2y Eq h v at v m v ==⋅= 则速度与x 轴正方向的夹角α满足
0tan 1y v v α=
=
即 45α︒=
粒子从MP 的中点垂直于MP 进入磁场，由洛伦兹力提供向心力
2
v Bqv m R
= 解得
mv B qR
= 粒子运动轨迹越大，磁感应强度越小，由几何关系分析可得，粒子运动轨迹与PN 相切时，垂直于PM 的方向射出磁场垂直于MP 射出磁场，则
max max R =
轨道半径
max (2R h =
粒子在磁场中的速度
0v =
解得
0min 1)mv B qh
= (3)带电粒子在磁场中圆周运动的周期
22R m T v qB
ππ== 带电粒子在磁场中转过的角度为180︒，故运动时间
min 0121
(21)22m h t T B q v ππ-==⋅= 17．从两个波源发出的两列振幅相同、频率均为5Hz 的简谐横波，分别沿x 轴正、负方向传播，在某一时刻到达A 、B 点，如图中实线、虚线所示．两列波的波速均为10m/s ．求
（i ）质点P 、O 开始振动的时刻之差；
（ii ）再经过半个周期后，两列波在x=1m 和x=5m 之间引起的合振动振幅极大和极小的质点的x 坐标．
【答案】（i ）0.05s （ii ）两列波在x=1m 和x=5m 之间引起的合振动振幅极大的质点的x 坐标为：2m 、3m 、3m 、4m 、5m ．合振动振幅极小的质点的x 坐标为1.5m 、2.5m 、3.5m 、4.5m ．
【解析】
（i ）该波的周期为110.25
T s f ===， 由图知，质点P 、O 开始振动的时刻之差为0.054T t s ∆=
=； （ii ）该波的波长为100.22vT m m λ==⨯=，根据波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，可知，两列波在x=1m 和x=5m 之间引起的合振动振幅极大的质点的x 坐标为：1m 、2m 、3m 、4m 、5m ．合振动振幅极小的质点的x 坐标为1.5m 、2.5m 、3.5m 、4.5m ．
【点睛】解决本题的关键是掌握波的叠加原理，知道波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱．。