陕西省榆林市2021届新高考物理四模考试卷含解析

陕西省榆林市2021届新高考物理四模考试卷
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．如图所示的电路中，AB 和CD 为两个水平放置的平行板电容器，AB 板间有一点P ，闭合开关K ，待电路稳定后将开关断开。

现将一有机玻璃板（图中未画出）插入CD 板间，则下列说法正确的是（ ）
A ．CD 平行板电容器的电容减小
B ．P 点电势降低
C ．A 、B 两板间的电场强度增大
D ．电阻R 中有向右的电流 【答案】B 【解析】 【详解】
A ．将玻璃板插入CD 板间，则相对介电常数ε增大，其他条件不变，由4S
C
kd
επ=可知，CD 平行板电容器的电容增大，故A 错误； BC ．电容器两板间电压
AB CD
Q U C C =
+总
断开开关后，两电容器总电荷量不变，由于CD 电容器的电容增大，电容器两板间电势差均变小，由U E d
=
可知，AB 板间电场强度变小，则P 点与B 板间的电势差变小，因为B 板接地电势始终为零，则P 点电势降低，故B 项正确，C 项错误；
D ．由于插入玻璃板的过程中，电容器两板间电势差变小，则AB 电容器放电，电阻R 中有向左的电流，故D 项错误。

2．如图所示的装置中，A 、B 两物块的质量分别为2 kg 、l kg,连接轻弹簧和物块的轻绳质量不计，轻弹簧的质量不计，轻绳与滑轮间的摩擦不计，重力加速度g = 10 m/s 2，则下列说法正确的是
A ．固定物块A ，则弹簧的弹力大小为20 N
B ．固定物块B ，则弹簧的弹力大小为40 N
C ．先固定物块A ，在释放物块A 的一瞬间，弹簧的弹力大小为10 N
D．先固定物块A，释放物块A后，A、B、弹簧一起运动的过程中，弹簧的弹力大小为15N
【答案】C
【解析】固定物块A，则弹簧的弹力大小等于B的重力，大小为10 N，选项A错误；固定物块B，则弹簧的弹力大小等于A的重力，大小为20 N，选项B错误；先固定物块A，则弹簧的弹力为10N，在释放物块A的一瞬间，弹簧的弹力不能突变，则大小为10 N，选项C正确；先固定物块A，释放物块A后，A、B、弹簧一起运动的过程中，加速度为，对物体B:T-m B g=m B a ，解得弹簧的弹力大小为40/3N，选项D错误；故选C.
3．“笛音雷”是春节期间常放的一种鞭炮，其着火后一段时间内的速度一时间图像如图所示（不计空气阻力，取竖直向上为正方向），其中t0时刻为笛音雷起飞时刻、DE段是斜率大小为g的直线。

则关于笛音雷的运动，下列说法正确的是（）
A．“笛音雷”在t1时刻加速度最小
B．“笛音雷”在t2时刻改变运动方向
C．“笛音雷”在t3时刻彻底熄火
D．t3~t4时间内“笛音雷"做自由落体运动
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．t1时刻的斜率不是最小的，所以t1时刻加速度不是最小的，故A错误；
B．t2时刻速度的方向为正，仍旧往上运动，没有改变运动方向，故B错误；
C．从图中看出，t3时刻开始做加速度不变的减速运动，所以“笛音雷”在t3时刻彻底熄火，故C正确；D．t3~ t4时间内“笛音雷”做向上运动，速度方向为正，不可能做自由落体运动，故D错误。

故选C。

4．质量为m的铁锤从高h处落下，打在水泥桩上，铁锤与水泥桩撞击的时间是t，则撞击过程中，铁锤对桩的平均冲击力大小为（）
A
2
m gh
mg
+B．
2
m gh
mg C
m gh
mg
+D
m gh
mg
-
【答案】A 【解析】 【详解】
根据自由落体的运动学公式22v gh =，可得铁锤碰前的速度为
v 取向下为正，对铁锤由动量定理得
()0mg F t mv -=-
解得
F mg =
由牛顿第三定律可得，铁锤对桩的作用力大小
F F mg '==
+ 故A 正确，BCD 错误。

故选A 。

5．古时有“守株待兔”的寓言。

假设兔子质量约为2 kg ，以10 m/s 的速度奔跑，撞树后反弹的速度为1 m/s ，设兔子与树的作用时间为0.1s 。

下列说法正确的是（ ）
①树对兔子的平均作用力大小为180N ②树对兔子的平均冲量为18N·s ③兔子动能变化量为－99J ④兔子动量变化量为－22kg·m/s A ．①② B ．①③
C ．③④
D ．②④
【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
①兔子撞树后反弹，设作用力为F ，由动量定理得：
212[1(10)]
N=220N 0.1
mv mv F t ---=
= ②树对兔子的平均冲量为
2122N s I mv mv ∆=-=-⋅
③动能变化量为
222111
99J 22
K E mv mv ∆=
-=- ④动量变化量为
2122kg m/s P mv mv ∆=-=-⋅
所以③④正确，①②错误。

故选C 。

6．平行板电容器C 与三个可控电阻R 1、R 2、R 3以及电源连成如图所示的电路，闭合开关S ，待电路稳定后，电容器C 两极板带有一定的电荷，要使电容器所带电荷量减少。

以下方法中可行的是（ ）
A ．只增大R 1，其他不变
B ．只增大R 2，其他不变
C ．只减小R 3，其他不变
D ．只减小a 、b 两极板间的距离，其他不变 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
A ．只增大1R ，其他不变，电路中的电流变小，R 2两端的电压减小，根据2Q CU =，知电容器所带的电量减小，A 符合要求；
B ．只增大2R ，其他不变，电路中的电流变小，内电压和R 1上的电压减小，电动势不变，所以R 2两端的电压增大，根据2Q CU =，知电容器所带的电量增大，B 不符合要求；
C ．只减小R 3，其他不变，R 3在整个电路中相当于导线，所以电容器的电量不变，C 不符合要求；
D ．减小ab 间的距离，根据4S
C kd
επ=，知电容C 增大，而两端间的电势差不变，所以所带的电量增大，D 不符合要求。

故选A 。

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，质量相等的两物体a 、b ，用不可伸长的轻绳跨接在光滑轻质定滑轮两侧，用外力压住b ，使b 静止在水平粗糙桌面上，a 悬挂于空中。

撤去压力，b 在桌面上运动，a 下落，在此过程中（ ）
A ．重力对b 的冲量为零
B ．a 增加的动量大小小于b 增加的动量大小
C ．a 机械能的减少量大于b 机械能的增加量
D ．a 重力势能的减少量等于a 、b 两物体总动能的增加量 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．根据I=mgt 可知，重力作用时间不为零，则重力对b 的冲量不为零，选项A 错误；
B ．设细线与水平方向夹角为θ，则ab 两物体的速度满足的关系是cos a b v v θ= ，则cos a b mv mv θ=，即a 增加的动量大小小于b 增加的动量大小，选项B 正确；
CD ．由能量关系可知，a 机械能的减少量等于b 机械能的增加量与b 与桌面摩擦产生的内能之和，则a 机械能的减少量大于b 机械能的增加量；a 重力势能的减少量等于a 、b 两物体总动能的增加量与b 与桌面摩擦产生的内能之和，选项D 错误。

故选BC 。

8．沿x 轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s ，则下列说法正确的是（ ）
A ．从图示时刻开始，经0.01s 质点a 通过的路程为40cm ，相对平衡位置的位移为零
B ．图中质点b 的加速度在增大
C ．若产生明显的衍射现象，该波所遇到障碍物的尺寸为20m
D ．从图示时刻开始，经0.01s 质点b 位于平衡位置上方，并沿y 轴正方向振动做减速运动 E.若此波遇到另一列波，并产生稳定的干涉现象，则另一列波的频率为50Hz 【答案】BD
E 【解析】 【详解】
A ．由图象可知波长为
4m λ=
又波速为
200m/s v =
则该列波的周期为
0.02s T v
λ
=
=
那么经过0.01s ，质点a 振动了半个周期，质点a 通过的路程为40cm ，应在负向最大位移处，所以A 错误； B ．根据同侧法可以判断b 质点此时正沿y 轴负方向振动，也就是远离平衡位置，所以回复力在增大，加速度在增大，所以B 正确；
C ．由图象已知该波的波长是4m ，要想发生明显的衍射现象，要求障碍物的尺寸与机械波的波长差不多或更小，所以障碍物20m 不能观察到明显的衍射现象，C 错误；
D ．经过0.01s ，质点b 振动了半个周期，图示时刻质点b 正沿y 轴负方向振动，所以可知过半个周期后，该质点b 在平衡位置上方且沿y 轴正方向振动，速度在减小，所以D 正确；
E ．该波的周期是0.02s ，所以频率为
1
50Hz f T
=
= 所以若此波遇到另一列波，并产生稳定的干涉现象，那么另一列波的频率也是50Hz ，所以E 正确。

故选BDE 。

9．如图所示电路中，电源内阻忽略不计．闭合电键，电压表示数为U ，电流表示数为I ；在滑动变阻器R 1的滑片P 由a 端滑到b 端的过程中
A ．U 先变大后变小
B ．I 先变小后变大
C ．U 与I 比值先变大后变小
D ．U 变化量与I 变化量比值等于R 3
【答案】BC 【解析】
由图可知电压表测量的是电源的电压，由于电源内阻忽略不计，则电压表的示数总是不变，故A 错误；在滑动变阻器1R 的滑片P 由a 端滑到b 端的过程中，滑动变阻器1R 的电阻先增大后减小，由于电压不变，根据闭合电路欧姆定律可知电流表示数先减小后增大，U 与I 的比值就是接入电路的1R 的电阻与2R 的电阻的和，所以U 与I 比值先变大后变小，故C 正确；由于电压表示数没有变化，所以U 变化量与I 变化量比值等于0，故D 错误；
【点睛】当滑动变阻器的两部分并联在电路中时，在最中间时，电阻最大，滑片从一端移动到另一端的过程中，电阻先增大后减小，
10．有一列沿x 轴传播的简谐橫波，从某时刻开始，介质中位置在x=0处的质点a 和在x=6m 处的质点b 的振动图线分别如图1图2所示．则下列说法正确的是
___________．
A ．质点a 的振动方程为y=4sin(
4πt+2
π)cm B ．质点a 处在波谷时，质点b-定处在平衡位置且向y 轴正方向振动 C ．若波沿x 轴正方向传播，这列波的最大传播速度为3m/s D ．若波沿x 轴负方向传播，这列波的最大波长为24m E.若波的传播速度为0.2m/s ，则这列波沿x 轴正方向传播 【答案】BDE 【解析】 【分析】
由于题目中不知道波的传播方向，所以在做此类问题时要分方向讨论，在计算波速时要利用波的平移来求解． 【详解】
A. 把t=0代入振动方程为y=4sin(4πt+2
π
)cm ，可知此时a 的位置应该在+4处，和所给的图不相符，故A 错；
B. 从图像上可以看出质点a 处在波谷时，质点b-定处在平衡位置且向y 轴正方向振动，故B 对；
C. 若波沿x 轴正方向传播，从图像上可以看出b 比a 至少滞后6s ，而ab 之间的距离为6m ，所以这列波的最大传播速度为1m/s ，故C 错；
D 、若波沿x 轴负方向传播，从图像上可以看出，a 比b 至少滞后2s ，所以这列波的最大波速为：
6
3/2
v m s =
= 则最大波长为3824vT m λ==⨯= ，故D 对； E 、根据图像，若波沿x 正方向传播，则波速的表达式为6
/86v m s n =+ ，当0.2/v m s = ，解得：3n = ，有解说明波是沿x 正方向传播，故E 对； 故选BDE
11．水平圆盘A 、B 以齿轮咬合传动，B 盘为主动转盘，A 盘半径为B 盘半径的2倍。

在A 、B 两盘上分别放置两个相同的物块P 、Q ，它们到圆盘中心的距离相等，均为r 。

物块与圆盘的最大静摩擦力为物块所受重力的k 倍，重力加速度大小为g 。

若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，下列说法正确的是（ ）
A ．圆盘A 、
B 转动的角速度相等
B ．P 、Q 不发生滑动时，所受的摩擦力始终不相等
C ．当A 盘的角速度增大至某一值时，P 、Q 同时开始滑动
D ．当A 盘的角速度3kg
r
ω=Q 所受摩擦力的大小等于kmg 【答案】BD 【解析】 【详解】
A ．圆盘A 、
B 边缘线速度相同，由v R
ω=
得 A A B B A B
1
2v
R R v R R ωω===① 故A 错误； BC ．物块滑动前有
2F mr ω=静
结合①式知Q 所受静摩擦力大，两物块最大静摩擦力均为kmg 。

ω增大则所需向心力2mr ω增大，则Q 先达到最大静摩擦力，开始滑动，故B 正确，C 错误； D ．P 、Q 两物块开始滑动时有
20kmg mr ω=
解得临界角速度
0kg
r
ω=
结合①式知，当3A kg
r
ω=
0423B A kg
r
ωωω==
> 故此时Q 所受摩擦力大小等于kmg ，故D 正确。

故选BD 。

12．下列说法中正确的是（）
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
C．热量只能从高温物体传到低温物体
D．固体分子间同时存在着引力和斥力
E.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
【答案】BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的具体表现，选项A错误；
B．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，选项B正确；
C．热量能自发地从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体，但是要引起其他的变化，选项C错误；
D．固体分子间同时存在着引力和斥力，选项D正确；
E．温度是分子平均动能的标志，标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，故E正确。

故选BDE。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．在测定电容器电容的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关S按图甲所示电路图进行连接。

先使开关S与1相连，电源给电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2，电容器放电，直至放电完毕，实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的图线如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及图线与时间轴所围“面积”的图像。

(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(填“相同”或“ 相反”)，大小都随时间________(填“增大”或“ 减小”)。

(2)该电容器的电容为________F(结果保留两位有效数字)。

(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电
容值，请你分析并说明该同学的说法是否正确________。

【答案】相反 减小 1.0×10－2 正确 【解析】 【详解】
(1)[1][2]根据图甲所示的电路，观察图乙可知充电电流与放电电流方向相反，大小都随时间减小； (2)[3]根据充电时电压—时间图线可知，电容器的电荷量为： Q ＝It ＝
U
R
t 而电压的峰值为U
m ＝6 V ，则该电容器的电容为： C ＝
m
Q U 设电压—时间图线与坐标轴围成的面积为S ，联立解得：
C ＝m Q U ＝m S RU ＝
182.730006
⨯F ＝1.0×10－2 F ； (3)[4]正确，电容器放电的过程中，电容器C 与电阻R 两端的电压大小相等，因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值U m ”及图线与时间轴所围“面积”，仍可应用：
C ＝m Q U ＝
m
S RU 计算电容值。

14．某实验小组同学，用铁架台、弹簧和多个质量均为50g m =的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系如图（甲）所示。

(1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下： 钩码个数 1 2 3 4 5 弹力/N F
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 指针对应刻度/cm L
12.51
_
15.39
16.11
17.30
当挂2个钩码时，指针对应刻度如图（甲）所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应
刻度L 为横轴的坐标系中，如图（乙）所示。

描点画出第2组对应的数据点，并连线得到F L -图像_____。

请根据图像分析并得出以下结论
①弹簧原长为__________cm 。

②弹簧的劲度系数k =__________N/cm （保留两位有效数字）。

(2)弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介。

某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数k 与原来一样。

你认为他的想法正确么_____？并解释一下你的理由_____。

【答案】13.70 11.40（11.2011.50~） 0.42（0.400.45~） 不正确 两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]刻度尺的读数为13.70cm 。

[2]描点并作图：
①[3]弹力为0时，弹簧原长为11.40cm 。

②[4]根据胡克定律F kx =可知，图像斜率的物理意义为弹簧的劲度系数
2.80N/cm 0.42N/cm 18.0011.4
k ==- (2)[5]不正确。

[6]两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图所示，在质量为M ＝0.99kg 的小车上，固定着一个质量为m ＝0.01kg 、电阻R ＝1Ω的矩形单匝线圈MNPQ ，其中MN 边水平，NP 边竖直，MN 边长为L=0.1m ，NP 边长为l ＝0.05m ．小车载着线圈在光滑水平面上一起以v 0＝10m/s 的速度做匀速运动，随后进入一水平有界匀强磁场（磁场宽度大于小车长度）．磁场方向与线圈平面垂直并指向纸内、磁感应强度大小B ＝1.0T ．已知线圈与小车之间绝缘，小车长度与线圈MN 边长度相同．求：
（1）小车刚进入磁场时线圈中感应电流I 的大小和方向；
（2）小车进入磁场的过程中流过线圈横截面的电量q ；
（3）如果磁感应强度大小未知，已知完全穿出磁场时小车速度v 1＝2m/s ，求小车进入磁场过程中线圈电阻的发热量Q ．
【答案】（1）0.5A 电流方向为 M→Q→P→N→M （2）5×
10-3C （3）32J 【解析】
【分析】
【详解】
（1）线圈切割磁感线的速度v 0=10m/s ，感应电动势
E=Blv 0=1×0.05×10=0.5V
由闭合电路欧姆定律得，线圈中电流
0.5A 0.5A 1
E I R =＝＝ 由楞次定律知，线圈中感应电流方向为 M→Q→P→N→M
（2）小车进入磁场的过程中流过线圈横截面的电量为
q=I △t= E R △t
又 E= t
ΦV V △Φ=BS
联立可得 q= BS R
＝5×10−3C
（3）设小车完全进入磁场后速度为v ，在小车进入磁场从t 时刻到t+△t 时刻（△t→0）过中，根据牛顿第二定律得 -BIl=-m v t V V 即
-BlI △t=m △v
两边求和得 =BlI t m v ∑-∑V V
则得
Blq=m （v 0-v ）
设小车出磁场的过程中流过线圈横截面的电量为q′，同理得
Blq′=m （v-v 1）
又线圈进入和穿出磁场过程中磁通量的变化量相同，因而有 q=q′
故得
v 0-v=v-v 1
即
v=01 2
v v +=6 m/s 所以，小车进入磁场过程中线圈电阻的发热量为 Q=
12(M+m)v 02-12(M+m)v 2=12×1×102-12×1×62=32J 16．如图甲，匀强电场的电场强度为E ，电场中沿电场线方向上两点A 和B 距离为d 。

（1）一个点电荷+q 从A 点移动到B 点，请你用功的定义、电场力做功与电势差的关系证明AB U E d
=； （2）若以B 处为零势能位置，计算负点电荷-q ，在A 处具有的电势能E pA ；
（3）某一带正电的点电荷周围的电场线如图乙所示，其中一条电场线上的三点M 、N 、P ，N 是MP 的中点。

请你判断M 、N 两点间电势差U MN 与N 、P 两点间电势差U NP 是否相等，并阐述你的理由。

【答案】（1）见解析；（2）-Eqd （3）不相等。

【解析】
【分析】
【详解】
（1）证明：q 从A 点移到B 点，电场力做功为
W=Fd
q 受到的电场力为
F=qE
根据电势差的定义式得A 、B 两点间的电势差为
AB W U q
＝ 以上方程联立可得
AB U E d
＝ （2）负点电荷-q 从A 到B ，电场力做功
AB W Fd Eqd =-=-
AB U Ed =
AB A B U ϕϕ=-
()pA A E q ϕ=-
0pB B E q ϕ==
解得
pA E Eqd =-
（3）U=Ed 公式仅适用于匀强电场，点电荷的电场不是匀强电场，虽然MN=NP ，但是由于MN 之间的场强比NP 之间的场强大，则M 、N 之间电势差U MN 大于N 、P 之间的电势差U NP 。

17．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
=。