河北省秦皇岛市2021届新高考物理第一次调研试卷含解析

河北省秦皇岛市2021届新高考物理第一次调研试卷
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．图1是研究光的干涉现象的装置示意图，在光屏P上观察到的图样如图2所示。

为了增大条纹间的距离，下列做法正确的是（）
A．增大单色光的频率
B．增大双缝屏上的双缝间距
C．增大双缝屏到光屏的距离
D．增大单缝屏到双缝屏的距离
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．增大单色光频率，则波长减小，根据公式
L
x
d
λ
∆=可知，条纹间的距离减小，A不符合要求；
B．增大双缝屏上的双缝间距d，根据公式
L
x
d
λ
∆=可知，条纹间的距离减小，B不符合要求；
C．增大双缝屏到光屏的距离L，根据公式
L
x
d
λ
∆=可知，条纹间的距离增大，C符合要求；
D．根据公式
L
x
d
λ
∆=可知，条纹间的距离与单缝屏到双缝屏的距离无关，D不符合要求。

故选C。

2．一定质量的理想气体，从状态M开始，经状态N、Q回到原状态M，其p-V图象如图所示，其中QM 平行于横轴，NQ平行于纵轴．则（）
A．M→N过程气体温度不变
B．N→Q过程气体对外做功
C．N→Q过程气体内能减小
D．Q→M过程气体放出热量
【答案】D
【解析】
【详解】
A．M→N过程气体的pV乘积先增加后减小，可知温度先升高后降低，选项A错误；B．N→Q过程气体的体积不变，不对外做功，选项B错误；
C．N→Q过程气体压强增大，体积不变，由pV
C
T
=可知，温度升高，则内能增加，选项C错误；
D．Q→M过程气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，即W>0；由pV
C
T
=可知，温度降低，内能
减小，即∆E<0，根据热力学第一定律∆E=W+Q可知Q<0，气体放出热量，选项D正确．
3．如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流时，在竖直绝缘挡板作用下静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上。

斜面处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。

若电流的方向和磁场的方向均保持不变，金属细杆的电流大小由I变为0.5I，磁感应强度大小由B变为4B，金属细杆仍然保持静止，则（）
A．金属细杆中电流方向一定垂直纸面向外B．金属细杆受到的安培力增大了2sin
BILθ
C．金属细杆对斜面的压力可能增大了BIL D．金属细杆对竖直挡板的压力可能增大了BIL
【答案】D
【解析】
【详解】
A．金属细杆受到重力、斜面的支持力、挡板的支持力和安培力作用，根据力的平衡条件可知，金属细杆中电流方向可能垂直纸面向外，也可能垂直纸面向里，故A错误；
B．由于磁场与电流方向垂直，开始安培力为1=
F BIL，后来的安培力为
2
1
=4=2
2
F B IL BIL
⋅
则金属细杆受到的安培力增大了
=
F BIL
∆
故B错误；
C．金属细杆受到重力、斜面的支持力、挡板的支持力和安培力作用，根据力的平衡条件可知，将斜面的支持力分解成水平方向和竖直方向，则水平方向和竖直方向的合力均为零，由于金属细杆的重力不变，故斜面的支持力不变，由牛顿第三定律可知，金属细杆对斜面的压力不变，故C错误；
D ．由于金属细杆受到斜面的支持力不变，故安培力的大小变化量与挡板的支持力的大小变化量相等；如果金属细杆中电流方向垂直纸面向里，安培力方向水平向右，当安培力增大，则金属细杆对挡板的压力增大，由于安培力增大BIL ，所以金属细杆对竖直挡板的压力增大了BIL ；如果金属细杆中电流方向垂直纸面向外，安培力方向水平向左，当安培力增大BIL ，则金属细杆对挡板的压力减小BIL ，故金属细杆对竖直挡板的压力可能增大了BIL ，D 正确。

故选D 。

4．如图所示为A ．B 两辆摩托车沿同一直线运动的速度一时间(v-t)图象，已知：t=0时刻二者同时经过同一地点，则下列说法正确的是（ ）
A ．摩托车
B 在0~6s 内一直在做加速度减小的加速运动
B ．t=6s 时A 、B 两辆摩托车恰好相遇
C ．t=12s 时A 、B 两辆摩托车相距最远
D ．率托车A 在0~12s 内的平均速度大小为10m/s
【答案】D
【解析】
【详解】
A ．摩托车
B 在0~6s 内先做加速度减小的减速运动，然后反向做加速度减小的加速运动，故A 项错误； B
C ．A 、B 两辆摩托车在t=6s 时速度相等，两辆摩托车距离最远，故BC 项错误；
D ．摩托车A 在0~12s 内做匀减速运动，摩托车A 的平均速度就等于这段时间中间时刻的瞬时速度10m/s ，故D 项正确。

故选D 。

5．在超导托卡马克实验装置中，质量为1m 的21H 与质量为2m 的31H 发生核聚变反应，放出质量为3m 的1
0n ，并生成质量为4m 的新核。

若已知真空中的光速为c ，则下列说法正确的是（ ）
A ．新核的中子数为2，且该新核是3
2He 的同位素
B ．该过程属于α衰变
C ．该反应释放的核能为()23412m m m m c +--
D ．核反应前后系统动量不守恒
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由质量数守恒和电荷数守恒可知新核的质量数和电荷数分别为4和2，新核是24He ，是3
2He 的同位素，中子数为2，故A 正确；
B ．该过程是核聚变反应，不属于α衰变，故B 错误；
C ．该反应释放的核能为 ()221234E mc m m m m c ∆=∆=+--
故C 错误；
D ．核反应前后系统动量守恒，故D 错误。

故选A 。

6．如图所示，竖直放置的轻弹簧的一端固定在水平地面上，另一端拴接着质量为M 的木块A ，开始时木块A 静止，现让一质量为m 的木块B 从木块A 正上方高为h 处自由下落，与木块A 碰撞后一起向下压缩弹簧，经过时间t 木块A 下降到最低点。

已知弹簧始终处于弹性限度内，不计空气阻力，木块A 与木块B 碰撞时间极短，重力加速度为g ，下列关于从两木块发生碰撞到木块A 第一次回到初始位置时的过程中弹簧对木块A 的冲量I 的大小正确的是（ ）
A ．2()2I M m gh =+
B ．2()gt I M m =+
C ．2()2I M m gh =-
D ．222()I m gh M m gt =+
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
B 下落h 时的速度为 2B v gh =
物块B 与A 碰撞过程动量守恒，则
()B mv M m v =+
以向下为正方向，则两物块从开始运动到到达最低点过程中由动量定理
1()0()M m gt I M m v +-=-+
从两木块发生碰撞到木块A 第一次回到初始位置时的过程中弹簧对木块A 的冲量I 的大小为
I=2I 1
联立解得
22()I M m gt =+
故选D 。

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．关于气体的性质及热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A ．气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
B ．气体的温度越高，分子热运动就越剧烈，所有分子的速率都增大
C ．一定质量的理想气体，压强不变，温度升高时，分子间的平均距离一定增大
D ．气体的扩散现象说明涉及热现象的宏观过程具有方向性
E.外界对气体做正功，气体的内能一定增加
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A ．气体压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的作用，所以其本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，所以A 正确；
B ．物体的温度越高，分子的平均动能就越大。

分子的平均动能大，并不是每个分子动能都增大，也有个别分子的动能减小，所以B 错误；
C ．根据理想气体状态方程
pV C T
= 可知，一定质量的理想气体，压强不变时，温度升高时，体积增加，故分子间的平均距离一定增大，所以C 正确；
D ．气体的扩散现象说明涉及热现象的宏观过程具有方向性，所以D 正确；
E ．外界对气体做功
0W >
由于不知道气体是吸热还是放热，根据热力学第一定律
U W Q ∆=+
无法确定气体的内能增加还是减小，故E 错误。

故选ACD 。

8．关于对液体的理解，下列说法正确的是（）
A．船能浮在水面上，是由于水的表面存在张力
B．水表面表现张力是由于表层分子比内部分子间距离大，故体现为引力造成的
C．密闭容器，某种蒸气开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，蒸气仍是饱和的
D．相对湿度定义为空气中水蒸气的压强与该温度水的饱和汽压之比
E.当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，水中还会有水分子飞出水面
【答案】BDE
【解析】
【详解】
A．船能浮在水面上，是由于水的浮力作用，故A项错误；
B．液体表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，即是表面张力，故B项正确；
C．在一定温度下，饱和蒸气的分子数密度是一定的，因而其压强也是一定的，与体积无关；密闭容器中某种蒸气开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积时，蒸气不再是饱和的，但最后稳定后蒸气是饱和的，压强不变；故C项错误；
D．相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水蒸气的饱和压强之比，故D项正确；
E．当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，单位时间内从水中出来的水分子和从空气进入水中的水分子个数相等，达到一种动态平衡，故E项正确。

9．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．
10．如图两根足够长光滑平行金属导轨PP′、QQ′倾斜放置，匀强磁场垂直于导轨平面向上，导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连，板间距离足够大，板间有一带电微粒，金属棒ab水平跨放在导轨上，
下滑过程中与导轨接触良好．现在同时由静止释放带电微粒和金属棒ab ，则( )
A ．金属棒ab 一直加速下滑
B ．金属棒ab 最终可能匀速下滑
C ．金属棒ab 下滑过程中M 板电势高于N 板电势
D ．带电微粒可能先向N 板运动后向M 板运动
【答案】ACD
【解析】
根据牛顿第二定律有sin mg BIl ma θ-=，而q I t
∆=∆，q C U U Bl v v a t ∆=∆∆=∆∆=∆，，，联立解得22sin mg a m B l C
θ=+，因而金属棒将做匀加速运动，选项A 正确B 错误；ab 棒切割磁感线，相当于电源，a 端相当于电源正极，因而M 板带正电，N 板带负电，C 正确；若带电粒子带负电，在重力和电场力的作用下，先向下运动然后再反向向上运动，D 正确．
11．在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图象如图乙所示，根据图象分析得出的结论中正确的是( )
A ．从时刻t 1到t 2，物块处于失重状态
B ．从时刻t 3到t 4，物块处于失重状态
C ．电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层
D ．电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层
【答案】BC
【解析】
【详解】
由F －t 图象可以看出，0～t 1
F ＝mg
物块可能处于静止状态或匀速运动状态，t 1～t 2
F>mg
电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上或减速向下运动，t 2～t 3
F＝mg
物块可能静止或匀速运动，t3～t4
F<mg
电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，可能加速向下或减速向上运动，综上分析可知，故BC正确。

故选BC。

12．下列说法中正确的有__________。

A．光在介质中的速度小于光在真空中的速度
B．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是绿光
E.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅减小双缝之间的距离后，观察到如图乙所示的条纹
【答案】ADE
【解析】
【分析】
【详解】
A．依据
c
v
n
=
可知，光在介质中的速度小于在真空中的速度，故A正确；
B．紫外线比紫光的波长短，更不容易发生衍射，而对于干涉只要频率相同即可发生，故B错误；
C．光的偏振现象说明光是横波，并不是纵波，故C错误；
D．绿光的折射率大于红光的折射率，由临界角公式
1
sin C
n
=
知，绿光的临界角小于红光的临界角，当光从水中射到空气，在不断增大入射角时，在水面上绿光先发生全反射，从水面消失，故D正确；
E．从图甲所示的条纹与图乙所示的条纹可知，条纹间距变大，根据双缝干涉的条纹间距公式
L x
d λ
=
V
可知，当仅减小双缝之间的距离后，可能出现此现象，故E正确。

故选ADE 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50 Hz.
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________．
A ．精确测量出重物的质量
B ．两限位孔在同一竖直线上
C ．重物选用质量和密度较大的金属锤
D ．释放重物前，重物离打点计时器下端远些
(2)按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O 点为纸带上打出的第一个点．
①重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．
A ．OA 、O
B 和OG 的长度
B ．OE 、DE 和EF 的长度
C ．B
D 、BF 和EG 的长度
D ．AC 、BF 和EG 的长度
②用刻度尺测得图中AB 的距离是1.76 cm ，FG 的距离是3.71 cm ，则可得当地的重力加速度是________ m/s 2.(计算结果保留三位有效数字)
【答案】BC BCD 9.75
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．因为在实验中比较的是mgh 、212
mv ，的大小关系，故m 可约去，不需要测量重锤的质量，对
减小实验误差没有影响，故A 错误．为了减小纸带与限位孔之间的摩擦图甲中两限位孔必须在同一竖直线，这样可以减小纸带与限位孔的摩擦，从而减小实验误差，故B 正确．实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故C 正确．释放重物前，为更有效的利用纸带，重物离打点计时器下端近些，故D 错误，故选BC ．
（2）[2]．当知道 OA 、OB 和OG 的长度时，无法算出任何一点的速度，故A 不符合题意；当知道OE 、DE 和EF 的长度时，利用DE 和EF 的长度可以求出E 点的速度，从求出O 到E 点的动能变化量，知道OE 的长度，可以求出O 到E 重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故B 符合题意；当知道BD 、BF 和EG 的长度时，由BF 和EG 的长度，可以得到D 点和F 点的速度，从而求出D 点到F 点的动能变化量；由BD 、BF 的长度相减可以得到DF 的长度，知道DF 的长度，可以求出D 点到F 点重力势能的变化量，即可验证机械能守恒，故C 项符合题意；当知道AC 、BF 和EG 的长度时，可以分别求出B 点和F 点的速度，从而求B 到F 点的动能变化量，知道BF 的长度，可以求出B 到F 点重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故D 正确；故选BCD ．
（3）[3]．根据2
h gt ∆=，解得 2223.71 1.76109.75m/s 50.02
g --=⨯=⨯． 【点睛】
根据实验原理，结合实验中的注意事项后分析解答；依据这段时间内的平均速度等于中时刻瞬时速度，从而确定动能的变化，再依据重力势能表达式，进而确定其的变化，即可验证，根据2
h gt ∆=求出重力加速度．
14．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验．
（1）实验中还需要的测量工具有：______
（2）如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m ，横轴是弹簧的形变量x ，由图可知：图线不通过原点的原因是由于______；弹簧的劲度系数k =______N /m(计算结果保留2位有效数字，重力加速度g 取29.8m /s )；
（3）如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a 和b ，画出弹簧弹力F 与弹簧长度L 的F L -图象，下列正确的是______
A ．a 的原长比b 的长
B ．a 的劲度系数比b 的大
C ．a 的劲度系数比b 的小
D ．弹力与弹簧长度成正比
【答案】刻度尺 弹簧有自身重力 4.9 B
【解析】
【分析】
【详解】
（1）［1］实验需要测量弹簧伸长的长度，故需要刻度尺．
（2）［2］由图可知，当F=0时，x >0，说明没有挂重物时，弹簧有伸长，这是由于弹簧自身的重力造成的．故图线不过原点的原因是由于弹簧有自身重力，实验中没有考虑（或忽略了）弹簧的自重． ［3］由图线乙，弹簧的劲度系数 k=F x ∆∆=()()3
26010109.8N/m 12210---⨯⨯-⨯=4.9N/m （3）［4］A.由图丙知，F-L 图像横坐标的截距表示原长，故b 的原长比a 的长，选项A 错误； BC.由弹簧的劲度系数k=
=F F x L
∆∆∆∆知，a 图线较b 图线倾斜，a 的劲度系数比b 的大，选项B 正确，C 错误；
D.图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比，选项D 错误．
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．托卡马克(Tokamak)是一.种复杂的环形装置，结构如图甲所示。

环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外排列着环向场线圈和极向场线圈，其中欧姆线圈的作用一是给等离子体加热以达到核聚变所需的临界温度；二是产生感应电场用以等离子体加速。

同时，极向场线圈通电后提供的极向磁场与环向场线圈通电后提供的环向磁场将高温等离子体约束在真空室内，促使核聚变的进行。

如图乙所示为环形真空室简化图，其内径为R 1=2 m 、外径为R 2=5 m ，S 和S'为其截面关于中心对称。

假设约束的核聚变材料只有氘核(21H )和氚核(31H )，且不考虑核子间的相互作用，中子和质子的质量差异以及速度对核子质量的影响，核子一旦接触环形真空室壁即被吸收导走。

(已知质子的电荷量为191.610-⨯ C ；质子和中子质量均为271.610-⨯ kg)。

试回答：
(1)氘核(21H )和氚核(31H )结合成氢核(42He )时，
要放出某种粒子，同时释放出能量，写出上述核反应方程； (2)欧姆线圈中，通以恒定电流时，等离子体能否发生核聚变(“能”或“不能”)，并简要说明判断理由；
(3)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场为多大时，从垂直于S 截面速度同为7210m /s v =⨯的氘核(21H )能够全部通过S'截面；
(4)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场在某一范围内变化时，垂直于S 截面速度同为7210m /s v =⨯的氘核(21H )和氚核(31H )能够在S'截面要有重叠，求磁感应强度B 的取值范围。

【答案】 (1)23411120H H He n +→+；(2)不能；(3)2T 35；(4)22T T 155
B << 【解析】
【详解】
(1) 氘核(21H )和氚核(3
1H )结合成氢核(4
2He )的核反应方程：
2
34
11120H H He n +→+ (2)恒定电流产生恒定磁场，而恒定磁场无法产生感生电场，故离子无法被加速，因此不能发生核聚变反应；
(3)在极向磁场的作用下，氘核将从S 截面出发做匀速圆周运动，当运动半径为：127m r R R =+=时，能够全部通过S '截面；
根据牛顿第二定律可得：
2
mv qvB r
= 可得：
mv B qr
= 代入数据可得：2T 35
B =
(4 )设氘核和氚核在磁场中的轨迹半径分别为r 和2r ，则根据半径公式，两者满足：
2132r r = 由图可得，要使能够在截面S 有重叠，须满足：
121222r R R r +->
为使交叠区域在S 截面内，有：
2222r R < 1122r R >
通过列式计算得到1r 需满足：
12m 3m r <<
根据公式：
mv B qr
= 代入数据解得：
22T T 155B <<
16．如图所示，临界角C 为45°的液面上有一点光源S 发出一束光垂直入射到水平放置于液体中且距液面为d 的平面镜M 上，当平面镜M 绕垂直于纸面的轴O 以角速度ω做逆时针匀速转动时，观察者发现液面上有一光斑掠过，则观察者们观察到的光斑在液面上掠过的最大速度为多少？
【答案】4ωd
【解析】
【分析】
如图示，当平面镜转动角时，由光的反射定律可得，反射光线转动2角度；由于光从水中射入空气，当入射角大于或等于临界角时，发生全反射现象．所以恰好发生全反射时光斑在水面上掠过的最大速度．
【详解】
设平面镜转过角时,光线反射到水面上的P点，光斑速度为V，由图可知：
v=，而=2ωL=，故v=
液体的临界角为C，当2=C=45°时，v达到最大速度v max，
即v max==4 d
即察者们观察到的光斑在水面上掠过的最大速度为4ωd．
17．如图所示，在高为的光滑水平平台的边缘放一质量为的木块P，一颗子弹以的速度从左向右水平射穿木块P后，与P离开平台落到水平地面上。

测得子弹和木块的落地点到平台边缘的水平距离分别为和。

若不计空气阻力，木块和子弹均可看成质点，子弹射穿木块过程的时间很短，g取，求：
（1）子弹的质量m；
（2）子弹对木块的冲击力的冲量I。

【答案】（1）0.1kg；（2）42N∙s，方向水平向右。

【解析】
【详解】
(1)设子弹射穿木块后子弹速度为，木块速度为，二者落地时间为，由平抛运动可得
代入数据可得，所以有
子弹射穿木块过程中由动量守恒定律可得
代入数据可得
(2)子弹射穿木块的过程中，对木块的冲击力是木块受到的合外力，方向向右。

对于木块，由动量定理可得
方向与合外力方向相同即水平向右。