江苏省无锡市2021届新高考物理第四次调研试卷含解析

江苏省无锡市2021届新高考物理第四次调研试卷
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，固定在水平地面上的物体A ，左侧是圆弧面，右侧是倾角为θ的斜面，一根轻绳跨过物体A 顶点上的小滑轮，绳两端分别系有质量为m 1、m 2的小球，当两球静止时，小球m 1与圆心连线跟水平方向的夹角也为θ，不计一切摩擦，则m 1、m 2之间的关系是（ ）
A ．m 1＝m 2
B ．2
1tan m m θ
=
C ．m 1＝m 2tanθ
D ．m 1＝m 2cosθ
【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
设绳子对两球的拉力大小为F T ，对m 2根据平衡条件得 F T =m 2gsinθ
对m 1根据平衡条件得 F T = m 1gcosθ 联立解得 m 1=m 2tanθ 故选C.
2．如图所示，真空中有一个半径为R ，质量分布均匀的玻璃球，频率为γ的细激光束在真空中沿直线BC 传播，并于玻璃球表面的C 点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D 点又经折射进入真空中，已知
120COD ︒∠=，玻璃球对该激光的折射率为3，则下列说法中正确的是（ ）
A ．出射光线的频率变小
B ．改变入射角α的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射
C ．此激光束在玻璃中穿越的时间为3t R
c
=（c 为真空中的光速） D ．激光束的入射角为α=45° 【答案】C 【解析】
【详解】
A.光在不同介质中传播时，频率不会发生改变，所以出射光线的频率不变，故A 错误；
B. 激光束从C 点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故B 错误；
C. 此激光束在玻璃中的波速为
c v n =
=CD 间的距离为
260S Rsin =︒=
则光束在玻璃球中从C 到D 传播的时间为
3S R t v c
=
= 故C 正确；
D. 由几何知识得到激光束在在C 点折射角30r =︒，由
sin n sinr
α
=
可得入射角60α=︒，故D 错误。

3．家电待机耗电问题常常被市民所忽略。

北京市电力公司曾举办“计量日进您家”活动，免费上门为市民做家庭用电耗能诊断分析。

在上门实测过程中，技术人员发现电视机待机一天的耗电量在0.2度左右，小小机顶盒一天的待机耗电量更是高达0.4度。

据最新统计温州市的常住人口约1000万人，参考下表数据，估算每年温州市家庭用电器待机耗电量约为( )
A ．4×105度
B ．4×107度
C ．4×109度
D ．4×1011度
【答案】C 【解析】 【详解】
温州市的常住人口约1000万人，平均每户的人口按3人计算，温州大约330万户家庭，一个家庭电器的待机功率：2×10W+1×20W+2×40W+1×40W=160W ；所有用电器待机的总功为：W=NPt=330×104×0.16kW×（360×
24h ）=456192×104KW•h≈4.6×109度；故选C 。

4．如图所示，木箱置于水平地面上，一轻质弹簧一端固定在木箱顶部，另一端系一小球，小球下端用细线拉紧固定在木箱底部。

剪断细线，小球上下运动过程中木箱刚好不能离开地面。

已知小球和木箱的质量
相同，重力加速度大小为g ，若0t 时刻木箱刚好不能离开地面，下面说法正确的是
A ．0t 时刻小球速度最大
B ．0t 时刻小球加速度为零
C ．0t 时刻就是刚剪断细线的时刻
D ．0t 时刻小球的加速度为2g 【答案】D 【解析】 【详解】
小球运动到最高点时木箱恰好不能离开地面，此时小球速度为零，对木箱受力分析有: F Mg =，对小球受力分析有:
mg F ma '+=
又F F '=，M m =，解得:
2m M
a g g m
+=
= A.A 项与 上述分析结论不相符，故A 错误； B.B 项与 上述分析结论不相符，故B 错误； C.C 项与 上述分析结论不相符，故C 错误； D.D 项与 上述分析结论相符，故D 正确。

5．如图所示，两根不可伸长的轻绳一端与一个质量为m 的小球相连于O 点，另一端分别固定在小车天花板上的A 、B 两点，OA 绳与天花板的夹角为30°，OB 绳与天花板的夹角为60°，重力加速度为g ．当小车以速度ν向右做匀速直线运动，小球与车保持相对静止时，下列说法正确的是
A ．OA 绳对小球的拉力大小为
3mg B ．OB 绳对小球的拉力大小为
12
mg C ．OA 绳对小球拉力做功的功率为3
4
mgv D ．重力对小球做功的功率为mgv 【答案】C 【解析】 【分析】
根据共点力的平衡，根据平行四边形法则求解两边绳的拉力大小；根据P=Fv 求解功率. 【详解】
小车以速度ν向右做匀速直线运动，则小球处于平衡状态，由平衡条件可知，0
1
sin 302
OA T mg mg ==
， 03
cos30OB T mg mg ==
，选项AB 错误；OA 绳对小球拉力做功的功率为03cos304
OA OA P T v mgv ==
，选项C 正确； 重力对小球做功的功率为0
cos900G P Gv ==，选项D 错误；故选C.
6．利用半导体二极管的单向导电性，可以对交变电流进行整流将交变电流变为直流，一种简单的整流电路如图甲所示，ab 为交变电流信号输入端，D 为半导体二极管，R 为定值电阻。

信号输入后，电阻R 两端输出的电压信号如图乙所示，则关于该输出信号，下列说法正确的是（ ）
A ．频率为100Hz.
B ．电压有效值为50V
C ．一个标有“90V ，30μF”的电容器并联在电阻R 两端，可以正常工作
D ．若电阻R=100Ω，则1min 内R 产生的热量为2.5×104J 【答案】B 【解析】 【详解】
A ．由图乙可知，该电压的周期T=0.02s ，故频率为
1
f T
=
=
50Hz 故A 错误；
B ．由电流的热效应知，一个周期内电阻产生的热量
2
2
0.010.02U U R R
⨯=⨯有 其中的
502V 2
U =
= 故电压有效值为U 有=50V ，故B 正确；
C ．电容器两端的瞬时电压不应超过标称电压90V ，而R 两端电压的瞬时值最大为100V ，故电容不能正常工作，故C 错误；
D ．电阻R 产生的热量应使用电压的有效值进行计算，故1min 内产生的热量为
241.510J U Q t R
=
=⨯有
故D 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．在如图所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表，电源电动势为E ，内阻为r ，电路中定值电阻1R 的阻值小于电源内阻r ，则当滑动变阻器R 的滑片由a 端向b 端滑动的过程中，电流表1A 、2A ，电压表V 的示数变化量的绝对值分别为1I ∆、2I ∆、U ∆，下列说法正确的是（ ）
A ．两个电流表的示数均减小
B ．电压表的示数增大
C ．12I I ∆<∆
D ．2
U
r I ∆=∆ 【答案】BD 【解析】 【分析】
【详解】
B ．滑动变阻器R 的滑片由a 端向b 端滑动的过程中，滑动变阻器R 接入电路的电阻变大，电路中总电阻变大，总电流变小，电流表2A 的示数变小，内电压减小，外电压增大，电压表的示数增大，选项B 正确； A ．1R 两端的电压增大，电流表1A 的示数增大，选项A 错误：
C ．因
2U
r I ∆=
∆，2U I r
∆∆= 设1R 两端电压变化量大小为1U ∆，
111U R I ∆=∆，1
11
U I R ∆∆= 因为1U U ∆<∆，1r R >，所以12I I ∆>∆，选项C 错误； D ．由于r E U U =+，因此电源内电压变化量的绝对值
r U U ∆=∆
因此
22
r
U U r I I ∆∆==∆∆ 选项D 正确。

故选BD 。

8．在x 轴上固定有两个点电荷Q 1、Q 2，其静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示。

下列说法中正确的有（ ）
A ．Q 1 和Q 2带同种电荷
B ．x 1 处的电场强度为零
C ．负电荷从x 1沿x 轴移到x 2。

电势能逐渐减小
D ．负电荷从x 1沿x 轴移到x 2，受到的电场力逐渐减小， 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
A．由图知1x处的电势等于零，所以1Q和2Q带有异种电荷，A错误；
B．图象的斜率描述该处的电场强度，故1x处场强不为零，B错误；
C．负电荷从1x移到2x，由低电势向高电势移动，电场力做正功，电势能减小，故C正确；
D．由图知，负电荷从1x移到2x，电场强度越来越小，故电荷受到的电场力减小，所以D正确．
故选CD。

9．如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度θ（0＜θ＜90°）入射到第一块玻璃板的上表面．下列说法正确的是（）
A．在第一块玻璃板下表面一定有出射光
B．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光
C．第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行
D．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧
E.第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、光线从第一块玻璃板中的上表面射入，在第一块玻璃板中上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理可知，光在第一块玻璃板下表面一定有出射光，同理，在第二个玻璃板下表面也一定有出射光，故A正确，B错误．
C、因为光在玻璃板中的上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理知，从下表面出射光的折射角和开始在上表面的入射角相等，即两光线平行，所以第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行，故C正确．
D、根据光线在玻璃板中发生偏折，由于折射角小于入射角，可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故D正确，E错误．
故选ACD．
10．如图甲所示，水平地面上有足够长平板车M，车上放一物块m，开始时M、m均静止。

t=0时，车在外力作用下开始沿水平面向右运动，其v-t图像如图乙所示，已知物块与平板车间的动摩擦因数为0.2，取g=10m/s2。

下列说法正确的是（）
A ．0-6s 内，m 的加速度一直保持不变
B ．m 相对M 滑动的时间为3s
C ．0-6s 内，m 相对M 滑动的位移的大小为4m
D ．0-6s 内，m 、M 相对地面的位移大小之比为3：4 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．物块相对于平板车滑动时的加速度
22m /s mg
a g m
μμ=
==
若其加速度一直不变，速度时间图像如图所示
有图像可以算出t=3s 时，速度相等，为6m/s 。

由于平板车减速阶段的加速度大小为
2218
m /s 2m /s 62
a a =
==- 故二者等速后相对静止，物块的加速度大小不变，方向改变。

物块相对平板车滑动的时间为3s 。

故A 错误，B 正确；
C ．有图像可知，0-6s 内，物块相对平板车滑动的位移的大小
186128m 1m 36m=6m 222
x +∆=⨯⨯+⨯-⨯⨯
故C 错误；
D ．0-6s 内，有图像可知，物块相对地面的位移大小
11
66m=18m 2
x =⨯⨯
平板车相对地面的位移大小
21
68m=24m 2
x =⨯⨯
二者之比为3：4，故D 正确。

故选BD 。

11．如图是氢原子的能级示意图。

当氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出光子a ；从n=2能级跃迁到n=1能级时，辐射出光子b 。

以下判断正确的是（ ）
A ．光子b 可能使处于基态的氢原子电离
B ．n=4能级比n=2能级氢原子的电子动能小
C ．一个处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射10种不同的谱线
D ．若与a 同频率的光可以使某金属发生光电效应，那么与b 同频率的光也可以使该金属发生光电效应 【答案】BD 【解析】 【详解】
A ．由能级跃迁的频率条件： h ν=E m -E n
可知，光子a 的能量为2.55eV ，光子b 的能量为10.2eV ，要使处于基态的氢原子电离，入射光子的能量要大于等于13.6eV ，故光子b 不能使处于基态的氢原子电离，A 不符合题意； B ．氢原子的能级越高，电子的轨道半径越大，由库仑力提供向心力得：
22
2
ke mv r r
= 又因电子的动能2
1
2
k E mv =，解得电子的动能
2
2=k ke E r
故轨道半径越大，电子动能越小，B 符合题意；
C ．一个处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射不同谱线最多的方式是逐级跃迁，故最多可辐射4种不同的谱线，C 不符合题意；
D ．由于光子b 的能量比a 的高，故光子b 的频率也比a 的高，若与a 同频率的光可以使某金属发生光电效应，那么与b 同频率的光也可以使该金属发生光电效应，D 符合题意。

故选BD 。

12．用头发屑模拟各种电场的分布情况如甲、乙、丙、丁四幅图所示，则下列说法中正确的是（ ）
A ．图甲一定是正点电荷形成的电场
B ．图乙一定是异种电荷形成的电场
C ．图丙可能是同种等量电荷形成的电场
D ．图丁可能是两块金属板带同种电荷形成的电场 【答案】BC 【解析】 【详解】
A ．点电荷的电场都是辐射状的，所以图甲模拟的可能是正点电荷形成的电场，也可能是负点电荷形成的电场，A 错误；
B ．根据等量异种电荷电场线分布的特点对比可知，图乙一定是异种电荷形成的电场，B 正确；
C ．根据等量同种电荷电场线的特点对比可知，图丙可能是同种等量电荷形成的电场，也可能是同种不等量电荷形成的电场，C 正确；
D ．由图可知，两个金属板之间的电场类似于匀强电场，所以图丁可能是两块金属板带异种电荷形成的电场，D 错误。

故选BC 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．小明在实验室找到一个可调内阻的电池，想自己动手探究电池内、外电压的关系。

可调内阻电池由电池槽，正、负极板M N 、，探针P Q 、，气室，打气筒等构成，如图甲所示。

电池槽中间有一条电解质溶液通道，缓慢推动打气筒活塞，向电池内打气，可改变通道内液面的高度，从而改变电池的内阻，液面越低，电池内阻越大。

电压表V 1与正、负极板M N 、连接，电压表V 2与探针P Q 、连接。

小明将三个相同的小灯泡并联接在M N 、两端，每个支路由独立的开关123S S S 、、控制，如图乙所示。

（1）断开开关123S S S 、、，两个电压表的示数分别如图丙中的A 、B 所示，则_____（填“A”或“B”）为1V 的读数，其读数为_______V ，若不计电压表内阻的影响，则此数值等于该电源的________。

（2）逐步闭合开关123S S S 、、，小明将看到1V 的示数_____________（填“增大”“减小”或“不变”），2V 的示数___________（填“增大”“减小”或“不变”），同时会发现两电压表的示数还会满足________的关系。

若读得1V 的示数为1U ，2V 的示数为2U ，A 的示数为I ，则此时电池的内阻r =_________（用所给物理量符号表示）。

（3）保持123S S S 、、闭合，用打气筒向电池内打气，同时记录12V V 、的示数12U U 、和A 的示数I ，利用多组数据画出12U I U I --、图象，若灯泡电阻恒定，则下列图象正确的是___________。

A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】B 2.70（2.68～2.72） 电动势 减小 增大 两电压表示数之和保持不变（或12U U E +=）
2U I
AD 【解析】
【详解】
（1）[1][2][3]断开开关123S S S 、、外电路断开，电源输出电流为零，内电阻电压为零，即两探针P Q 、之间电压为零，题图丙中的B 为电压表1V 的读数。

根据电压表读数规则，其读数为2.70V 。

电源两极之间的开路电压等于电源电动势，若不计电压表内阻的影响，则此数值等于电源的电动势。

（2）[4][5][6][7]逐步闭合开关123S S S 、、，根据闭合电路欧姆定律可判断出电源输出电流I 逐渐增大，由
1r U E I =-
可知1U 逐渐减小，小明将看到1V 的示数逐渐减小。

电压表2V 测量的是电源内阻的电压，即2U Ir =，电压表2V 的示数逐渐增大。

由12E U U =+，可知两电压表的示数之和保持不变。

由
2U Ir = 可得电池的内阻2U r I
=。

（3）[8]AB ．保持开关123S S S 、、闭合，用打气筒向电池内打气，电解质溶液液面下降，电池内阻增大，外电阻不变，由
1U IR =
可知，A 正确，B 错误；
CD ．由
12E U U =+
可知
23U E IR =-
D 正确，C 错误。

故选AD 。

14．油膜法估测分子大小的实验，每500mL 油酸酒精溶液中有纯油酸1mL ，用注射器测得1mL 这样的溶液共计80滴。

现将1滴这种溶液滴在撒有痱子粉的水面上，这滴溶液中纯油酸的体积是_________m 3；待油膜形状稳定后，在玻璃板上描绘出油膜的轮廓。

若用轮廓范围内完整方格的总面积当作油膜的面积，则计算得到的油膜面积_______，估算的油酸分子直径________。

（后两空选填“偏大”或“偏小”）
【答案】2.5×
10－11 偏小 偏大 【解析】
【分析】
【详解】
[1]这滴溶液中纯油酸的体积
3811311=10mL=2.510mL=2.510m 50080
V ---⨯⨯⨯⨯ [2][3]若用轮廓范围内完整方格的总面积当作油膜的面积，则没有计算到不完整方格的面积，所以计算得到的油膜面积偏小，由V d S =
可知，估算的油酸分子直径偏大 四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．图示装置可用来测定水的折射率．当圆柱形容器内未装水时，从A 点沿AB 方向能看到对边上的点E ；当容器内装满水时，仍沿AB 方向看去，恰好看到底面直径CD 上的点D ．测得容器直径CD=12cm ，高BC=16cm ，DE=7cm ．已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s ，求：
①水的折射率n ；
②光在水中的传播速度v ．
【答案】①4/3 ②2.25×
108m/s 【解析】
①做出光路图，设入射角为i 、折射角为r,则：4tan 3CD i BC DE ==- ，则sini=0.8； 3tan 4
CD r BC ==，则sinr=0.6 折射率：sin 4sin 3i n r =
= ②由c n v = 可得光在水中的速度：82.2510/c v m s n
==⨯ 点睛：本题考查几何光学问题，对数学几何要求能力较高，关系是确定入射角和折射角，通过折射定律进行解决．
16．如图所示，MN 、PQ 两平行水平导轨间距为l=0.5m ，分别与半径r=0.5m 的相同竖直半圆导轨在N 、Q 端平滑连接，M 、P 端接有R=3Ω的定值电阻。

质量M=2kg 的绝缘杆cd 垂直静止在水平导轨上，在其
右侧至N 、Q 端的区域内充满竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B=0.4T 。

现有质量m=1kg 、电阻R 0=1Ω的金属杆ab ，以初速度v 0=12m/s 水平向右与绝缘杆cd 发生正碰后，进入磁场并最终未滑出，绝缘杆cd 则恰好通过半圆导轨最高点。

不计导轨电阻和摩擦，金属杆ab 始终与导轨垂直且接触良好，a 取10m/s 2，（不考虑杆cd 通过半圆导轨最高点以后的运动）。

求：
(1)杆cd 通过半圆导轨最高点时的速度v 的大小；
(2)正碰后杆ab 的速度v 1的大小；
(3)杆ab 刚进入磁场时感应电流I 的大小、方向及其所受的安培力F 的大小；
(4)杆ab 运动的过程中，电阻R 产生的焦耳热Q R 。

【答案】（15；（2）2m/s ；（3）0.1A ，方向从b 到a ，0.02N ；（4）1.5J
【解析】
【分析】
【详解】
(1) cd 绝缘杆通过半圆导轨最高点时，由牛顿第二定律有
2
v Mg M r
= 解得
5m/s v gr =
(2)碰撞后cd 绝缘杆滑至最高点的过程中，由动能定理有
22211222
Mgr Mv Mv -=- 解得碰撞后cd 绝缘杆的速度25m/s v =
两杆碰撞过程动量守恒，取向右为正方向，则有
012mv mv Mv =+
解得碰撞后ab 金属杆的速度12m/s v =
(3 )杆ab 刚进入磁场时感应电流
100.40.52A=0.1A 31
Blv I R R ⨯⨯==++ 根据右手定则可知电流方向从b 到a
所受的安培力F 的大小为
0.02N F IBL ==
(4) ab 金属杆进入磁场后，由能量守恒定律有
2112Q mv = 电阻R 产生的焦耳热
R R Q Q R R =+ 解得 1.5J =Q
17．如图所示，两根足够长的平行竖直导轨，间距为 L ，上端接有两个电阻和一个耐压值足够大的电容器， R 1∶R 2= 2∶3，电容器的电容为C 且开始不带电。

质量为m 、电阻不计的导体棒 ab 垂直跨在导轨上，S 为单刀双掷开关。

整个空间存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B 。

现将开关 S 接 1，ab 以初速度 v0 竖直向上运动，当ab 向上运动 h 时到达最大高度，此时迅速将开关S 接 2，导体棒开始向下运动，整个过程中导体棒与导轨接触良好，空气阻力不计，重力加速度大小为 g 。

试问：
(1) 此过程中电阻 R 1产生的焦耳热；
(2) ab 回到出发点的速度大小；
(3)当 ab 以速度 v 0向上运动时开始计时，t 1时刻 ab 到达最大高度 h 处， t 2时刻回到出发点，请大致画出 ab 从开始运动到回到出发点的 v-t 图像（取竖直向下方向为正方向）。

【答案】（1）2103152Q mv mgh ⎛⎫=
- ⎪⎝⎭；（2）222mgh v CB L m
=+（3）见解析。

【解析】
【分析】
【详解】 （1）只有当开关S 接1时回路中才有焦耳热产生，在导体棒上升过程，设回路中产生的焦耳热为Q ，根据能量守恒有
2012
mv mgh = 又12:2:3R R =，因此电阻R 1产生的热量为
135
Q Q = 2103152Q mv mgh ⎛⎫=- ⎪⎝⎭
（2）当开关S 接2时，导体棒由静止开始下落，设导体棒下落的加速度为a ，由牛顿第二定律得 mg-ILB=0
又 Q C U CBL v I CBLa t t t
∆∆∆====∆∆∆ 联立得 22mg a CB L m =
+ 所以导体棒做初速度为0，加速度为a 的匀加速直线运动，设导体棒回到出发点的速度大小为v ，由22v ah = 得
222mgh v CB L m
=+ （3）当导体棒向上运动时，由于所受安培力向下且不断减小，所以导体棒做加速度逐渐减小的减速运动；当导体棒开始向下运动时做初速度为0的匀加速直线运动，由于所受安培力与重力反向，所以此过程加速度小于g.。