山东省济宁市2021届新高考物理三模考试卷含解析

山东省济宁市2021届新高考物理三模考试卷
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，水平放置的圆环形窄槽固定在桌面上，槽内有两个大小相同的小球a 、b ，球b 静止在槽中位置P 。

球a 以一定初速度沿槽运动，在位置P 与球b 发生弹性碰撞，碰后球a 反弹，并在位置Q 与球b 再次碰撞。

已知∠POQ=90︒，忽略摩擦，且两小球可视为质点，则a 、b 两球质量之比为（ ）
A ．3︰1
B ．1︰3
C ．5︰3
D ．3︰5
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】 由动量守恒可知，碰后两球的速度方向相反，且在相同时间内，b 球运动的弧长为a 球运动的弧长为3倍，则有
3b a v v =-
由动量守恒定律有
+a b b a a m v m v m v =
由能量守恒有
2221112
22
a a a a a m v m v m v =+ 联立解得
35
a b m m = 故ABC 错误，D 正确。

故选D 。

2．如图，直线AB 为某电场的一条电场线，a 、b 、c 是电场线上等间距的三个点。

一个带电粒子仅在电场
力作用下沿电场线由a 点运动到c 点的过程中，粒子动能增加，且a 、b 段动能增量大于b 、c 段动能增量，
a 、
b 、
c 三点的电势分别为φa 、φb 、φc ，场强大小分别为E a 、E b 、E c ， 粒子在a 、b 、c 三点的电势能分别为E pa 、E pb 、E pc 。

下列说法正确的是（ ）
A ．电场方向由A 指向B
B ．φa >φb >φc
C ．E pa >E pb >E pc
D ．
E a >E b >E c
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】 AB. 粒子的电性不确定，则不能确定电场的方向，也不能判断各点的电势关系，选项AB 错误； CD ．粒子在电场中只受电场力作用，则动能增加量等于电势能减小量；由a 点运动到c 点的过程中，粒子动能增加，则电势能减小，则E pa >E pb >E pc ；因a 、b 段动能增量大于b 、c 段动能增量，可知ab 段的电势差大于bc 段的电势差，根据U=Ed 可知，ab 段的电场线比bc 段的密集，但是不能比较三点场强大小关系，选项C 正确，D 错误。

故选C 。

3．如图所示，一个下面装有轮子的贮气瓶停放在光滑的水平地面上，顶端与竖直墙壁接触，现打开尾端阀门，气体往外喷出，设喷口面积为S ，气体密度为ρ，气体往外喷出的速度为v ，则气体刚喷出时钢瓶顶端对竖直墙的作用力大小是（ ）
A ．vS ρ
B ．2v S ρ
C ．212v S ρ
D ．2v S ρ
【答案】D
【解析】
【详解】 对喷出气体分析，设喷出时间为t ，则喷出气体质量为m Svt ρ=，由动量定理，有
Ft =mv
其中F 为瓶子对喷出气体的作用力，可解得
2S S vtv
F v t ρρ==
根据牛顿第三定律，喷出气体对瓶子作用力大小为F ，再对瓶子分析，由平衡条件和牛顿第三定律求得钢瓶顶端对竖直墙壁的作用力大小也是F ，故D 正确，ABC 错误。

故选D 。

4．如图所示为四分之一圆柱体OAB 的竖直截面，半径为R ，在B 点上方的C 点水平抛出一个小球，小球轨迹恰好在D 点与圆柱体相切，OD 与OB 的夹角为60°，则C 点到B 点的距离为( )
A ．R
B ．2R
C ．34R
D ．4
R 【答案】D
【解析】
【分析】 由几何知识求解水平射程．根据平抛运动的速度与水平方向夹角的正切值得到初速度与小球通过D 点时竖直分速度的关系，再由水平和竖直两个方向分位移公式列式，求出竖直方向上的位移，即可得到C 点到B 点的距离．
【详解】
设小球平抛运动的初速度为v 0，将小球在D 点的速度沿竖直方向和水平方向分解，则有
0tan 60y
v v =︒，
解得：
3gt v = 小球平抛运动的水平位移：
x ＝Rsin 60°，x ＝v 0t ，
解得：
202Rg v =，232
y Rg v =， 设平抛运动的竖直位移为y ，
22y v gy =，
解得：
34
R y =
， 则 BC ＝y －(R －Rcos 60°)=
4R ， 故D 正确，ABC 错误．
【点睛】
本题对平抛运动规律的直接的应用，根据几何关系分析得出平抛运动的水平位移的大小，并求CB 间的距离是关键．
5．在空间中水平面MN 的下方存在竖直向下的匀强电场，质量为m 的带电小球由MN 上方的A 点以一定初速度水平抛出，从B 点进入电场，到达C 点时速度方向恰好水平，A 、B 、C 三点在同一直线上，且AB=2BC ，如图所示，由此可知（ ）
A ．小球带正电
B ．电场力大小为3mg
C ．小球从A 到B 与从B 到C 的运动时间相等
D ．小球从A 到B 与从B 到C 的速度变化相等
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
根据小球从B 点进入电场的轨迹可看出，小球带负电，故A 错误；因为到达C 点时速度水平，所以C 点速度等于A 点速度，因为AB=2BC ，设BC 的竖直高度为h ，则AB 的竖直高度为2h ，由A 到C 根据动
能定理：mg×
3h-Eqh=0，即Eq=3mg ，故B 正确；小球从A 到B 在竖直方向上的加速度为g ，所用时间为：142h h t g g ==；在从B 到C ，的加速度为22Eq mg a g m -==向上，故所用时间：222h h t g g ==，故t 1=2t 2，故C 错误；小球从A 到B 与从B 到C 的速度变化大小都等于2h v g
g
∆=，但方向相反，故D 错误。

6．如图所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为 B 、方向水平向右的匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻 R 及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线OO ' 以恒定的角速度ω 匀速转动，t=0 时刻线圈位于与磁场平行的位置。

已知线圈的匝数为n 、面积为S 、阻值为r 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．t=0 时刻流过电阻 R 的电流方向向左
B ．线圈中感应电动势的瞬时表达式为e = nBS ω sin ωt
C ．线圈转动的过程中，电阻 R 两端的电压为nBS R R r
ω+
D ．从 t=0 时刻起，线圈转过 60°时电阻 R 两端的电压为
()
2nBS R R r ω+ 【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】 A ．t=0时刻线框与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方向垂直，右手定则可知，流过电阻 R 的电流方向向右，故A 错误；
B ．从与中性面垂直的位置开始计，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势
E m ＝nBSω
所以感应电动势的瞬时值表达式为
e=nBSωcosωt （V ）
故B 错误；
C ．线圈转过的过程中，最大感应电动势E m ＝nBSω，则产生的感应电动势的有效值为
E nBSω 因此电阻 R 两端的电压为
()
2R U R r ω+＝ 故C 错误；
D ．线圈从t=0开始转过60°时，电阻 R 两端的电压为
()
cos602R nBS R nBS R U R r R r ωω⋅==++o 故D 正确。

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．下列有关高中物理实验的描述中，正确的是： 。

A ．在用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，通过在纸带上打下的一系列点迹可求出纸带上任意两个点迹之间的平均速度
B ．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，拉橡皮筋的细绳要稍长，并且实验时要使弹簧测力计与木板平面平行，同时保证弹簧的轴线与细绳在同一直线上
C ．在“研究平抛运动”的实验中，坐标纸上必须标出小球刚开始做平抛运动的初始点
D ．在“验证机械能守恒定律"的实验中，必须要用天平测出悬挂钩码的质量
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据纸带处理方法可知，在用打点计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，通过在纸带上打下的一系列点迹可求出纸带上任意两个点迹之间的平均速度，故A正确；
B．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，为了减小误差，拉橡皮筋的细绳要稍长，并且实验时要使弹簧测力计与木板平面平行，同时保证弹簧的轴线与细绳在同一直线上，故B正确；
C．在“研究平抛运动”的实验中，描绘平抛运动轨迹，不一定非得标出平抛的起始点，故C错误；D．在验证机械能守恒定律实验中，不一定要测量物体的质量，因为验证动能的变化量和重力势能的变化量时，两边都有质量，可以约去比较，故D错误。

故选AB。

8．下列关于温度及内能的说法中止确的是
A．物体的内能不可能为零
B．温度高的物体比温度低的物体内能大
C．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同
E.温度见分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息的做无规则运动，所以内能永不为零，故A正确；
B．物体的内能除与温度有关外，还与物体的种类、物体的质量、物体的体积有关，温度高的物体的内能可能比温度低的物体内能大，也可能与温度低的物体内能相等，也可能低于温度低的物体的内能，故B错误；
C．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化，比如零摄氏度的冰化为零摄氏度的水，内能增加，故C正确．
D．内能与温度、体积、物质的多少等因素有关，而分子平均动能只与温度有关，故内能不同的物体，它们分子热运动的平均分子动能可能相同，故D正确；
E．温度是分子平均动能的标志，温度高平均动能大，但不一定每个分子的动能都大，故E错误。

故选ACD．
影响内能大小的因素：质量、体积、温度和状态，温度是分子平均动能的标志，温度高平均动能大，但不一定每个分子的动能都大．
9．一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用．此后，该质点的动能可能( )
A ．一直增大
B ．先逐渐减小至零，再逐渐增大
C ．先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小
D ．先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大
【答案】ABD
【解析】
试题分析：一质点开始时做匀速直线运动，说明质点所受合力为0，从某时刻起受到一恒力作用，这个恒力就是质点的合力．
根据这个恒力与速度的方向关系确定质点动能的变化情况．
解：A 、如果恒力与运动方向相同，那么质点做匀加速运动，动能一直变大，故A 正确．
B 、如果恒力与运动方向相反，那么质点先做匀减速运动，速度减到0，质点在恒力作用下沿着恒力方向做匀加速运动，动能再逐渐增大．故B 正确．
C 、如果恒力方向与原来运动方向不在同一直线上，那么将速度沿恒力方向所在直线和垂直恒力方向分解，其中恒力与一个速度方向相同，这个方向速度就会增加，另一个方向速度不变，那么合速度就会增加，不会减小．故C 错误．
D 、如果恒力方向与原来运动方向不在同一直线上，那么将速度沿恒力方向所在直线和垂直恒力方向分解，其中恒力与一个速度方向相反，这个方向速度就会减小，另一个方向速度不变，那么合速度就会减小，当恒力方向速度减到0时，另一个方向还有速度，所以速度到最小值时不为0，然后恒力方向速度又会增加，合速度又在增加，即动能增大．故D 正确．
故选ABD ．
【点评】对于直线运动，判断速度增加还是减小，我们就看加速度的方向和速度的方向．
对于受恒力作用的曲线运动，我们可以将速度分解到恒力方向和垂直恒力方向，再去研究．
10．如图所示，用一根轻质细绳跨过固定光滑的挂钉O 将一个画框悬挂在墙壁上，细绳的两端分别栓接在画框上两根挂钉1、2上。

画框静止时，O 点两侧细绳与竖直方向的夹角分别为,αβ，对应细绳中的张力大小分别为12,F F 悬挂时，挂钉1、2不一定等高，下列说法正确的是（ ）
A ．若1更高，则αβ>
B ．若2更高，则12F F >
C ．无论1、2是否等高，总有αβ=成立
D ．无论1、2是否等高，总有12F F =成立
【答案】CD
【解析】
【详解】
因为钉子是光滑的，可知两边绳子的拉力总是相等的，即无论1、2是否等高，总有12F F =成立；对结点O ，水平方向：
12sin sin F F αβ=
则αβ=，即选项AB 错误，CD 正确；故选CD 。

11．如图所示，理想变压器的初、次级线圈的匝数之比为1
2
225
N N =，在次级线圈中接有两个阻值均为50Ω的电阻，图甲中D 为理想二极管。

现在初级线圈输入如图乙所示的交流电压，那么开关K 在断开和闭合的两种情况下，下列说法中正确的有（ ）
A ．两种情况下R 2两端的电压相同
B ．两种情况下R 2消耗的功率相同
C ．两种情况下R 1消耗的功率相同
D ．两种情况下变压器的输入功率不同
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
ABD．在开关K闭合时，此时电路中的总电阻为R总=25Ω。

由图乙可知初级线圈的有效值为
12202
220V 2
U==
次级线圈的电压为
2
21
15
220
50V
22
N
U U
N
==⨯=
R2两端的电压为U2=50V，R2消耗的功率为
2
2
R
2
2500
50W
50
U
P
R
===
电路中消耗的总电功率为
22
50
100W
25
U
P
R
===
总
当开关K断开时，R2两端的有效值由
2
2
2
R
2
2
U
U T
T
R R
⋅=⋅
得
2
2
R
252V
2
U==
R2消耗的功率为
2
2
22
R
R
2
(252)
25W
U
P
R
===
电路中消耗的总电功率为
2
2
222
R
1
12
50(252)
75W
5050
U
U
P
R R
=+=+=
故AB错误，D正确；
C．在两种情况下并不影响R1两端的电压，故R1消耗的功率是相同的，故C正确。

故选CD。

12．一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图实线所示，从此刻起，经0.2s波形图如图虚线所示，若波传播的速度为5 m/s，则（）
A ．这列波沿x 轴正方向传播
B ．t=0时刻质点a 沿y 轴负方向运动
C ．若此波遇到另--列简谐横波并发生稳定的干涉现象，则该波所遇到的简谐横波频率为2.5Hz
D ．x=2 m 处的质点在t=0.2 s 时刻的加速度有最大值
E.从t=0时刻开始质点a 经0.4 s 通过的路程为0.8 m
【答案】BDE
【解析】
【详解】
A ．由图可知波的波长4m λ=，由题在时间t=0.2s 内，波传播的距离为
50.2m 1m=4x vt λ
==⨯=
根据波形的平移法可知，这列波沿x 轴负方向传播，故A 错误；
B ．由波的传播方向可知，t=0时刻质点a 沿y 轴负方向运动，故B 正确；
C ．由v T
λ
=得
4s 0.8s 5T v λ=== 频率为 1.25Hz f =，要发生稳定的干涉图样，必须两列波频率相同，故C 错误；
D ．x=2m 处的质点在t=0.2s 时刻在负的最大位移处，所以加速度有最大值，故D 正确；
E ．从t=0时刻开始质点a 经0.4s 是半个周期，通过的路程为2倍的振幅，即为0.8m ，故E 正确。

故选BDE 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．为测得某圆柱形金属导体的电阻率，某同学设计了如下实验。

(1)用螺旋测微器测它的直径，如图甲所示，为___________mm ，用游标卡尺测它的长度，如图乙所示，为___________cm 。

(2)用伏安法测得该金属导体的伏安特性曲线如图丙所示，则该金属导体材料的电阻率与________有关，并且电阻率随该物理量的增大而___________（填“增大”或“减小”）。

(3)若把该金属导体与一阻值为4.0Ω的定值电阻串联后接在电源电动势为3.0V、内阻为1.0Ω的电源两端，该金属导体的热功率为___________W。

（保留两位有效数字）
【答案】0.600 2.060 温度增大0.45
【解析】
【详解】
(1)[1]．螺旋测微器的读数由固定刻度和可动刻度两部分组成，直径为
d=0.5mm+10.0×0.01mm=0.600mm
[2]．游标卡尺的读数由固定刻度和游标尺上的读数两部分组成，长度为
L=20mm+12×0.05mm=20.60mm=2.060cm
(2)[3][4]．由曲线可看出温度升高电阻增大，电阻率增大；
(3)[5]．电源与4.0Ω的定值电阻串联组成等效电源，有
U=E-I（R+r）=3.0-（4.0+1.0）I=3-5I
在灯泡伏安特性曲线中作出电源的U-I图象，两图象的交点坐标值为：U=1.5V，I=0.3A
灯泡功率为
P=UI=1.5V×0.3A=0.45W
14．某实验小组在实验室做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。

（1）下列是实验室的仪器台上摆放的部分仪器，本实验须从中选用_________。

A．B．C．D．
（2）下列关于实验的一些说明，其中正确的是_________。

A ．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡
B ．拉小车的细线应与长木板平行
C ．相关仪器设置完毕后，应先释放小车再接通电源
D ．在实验打出的合理的纸带上，连接小车的一端其打点痕迹较为密集
（3）打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz 。

如图为实验中获取的一条纸带的一部分，A 、B 、C 、D 、E 、F 是各相邻计数点，相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出）。

根据图中数据计算，打D 点时小车的速度大小为________，小车运动加速度的大小为_________。

（均保留3位有效数字）
【答案】AC ABD 0.205m/s 2 0.0433m/s
【解析】
【详解】
（1）[1]．须选用打点计时器打点，选用天平测量质量。

不需要弹簧测力计、秒表进行测量，故选AC 。

（2）[2]．A ．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡，则选项A 符合实验要求。

B ．若拉小车的细线与长木板不平行，则细线拉力沿木板方向的分力为拉动小车的力，且该力随时间变化，选项B 正确。

C ．应先将打点计时器接通电源，再释放小车，以保证纸带上有足够多的打点且有运动开始段的打点，选项C 错误；。

D ．纸带做初速度为零的加速运动，打点计时器在纸带连接小车的一端先打点，此时小车速度较小，则点迹较为密集，选项D 正确；故选ABD 。

（3）[3]．打点计时器频率为50Hz ，则相邻计数点时间间隔150.150
T s s =⨯
=。

读取纸带数据，有 2.40cm AC x =， 6.50cm AE x =。

则 4.10cm CE AE AC x x x =-=
则打D 点时小车的速度为
0.205m/s 2CE D x v T
== [4]．有效应用纸带上的多段数据以减小误差。

分段逐差法是推荐使用的方法。

纸带上有五段距离，该题意不要求分析舍弃哪段更精确，故舍去中间段、最小段或最大段均为正确计算。

舍弃中间段，应用逐差法有
123DE AB x x a T
-=
223EF BC x x a T
-= 则加速度为 122a a a +=
解得
()()22
236DE EF AB BC DF AC x x x x x x a T T +-+-==⨯。

读取纸带数据有 4.24cm AD x =，9.24cm AF x =，则
5.00cm DF x =
解得
20.0433m/s a ≈
（结果为明确性计算数字，保留3位有效数字，0.0420~0.0450范围内均对）
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．高空杂技表演中，固定在同一悬点的两根长均为L 的轻绳分别系着男、女演员，他们在同一竖直面内先后从不同高度相向无初速摆下，在最低点相拥后，恰能一起摆到男演员的出发点。

已知男、女演员质量分别为M 、m ，女演员的出发点与最低点的高度差为
4L ，重力加速度为g ，不计空气阻力，男、女演员均视为质点
（1）求女演员刚摆到最低点时对绳的拉力大小；
（2）若两人接着从男演员的出发点一起无初速摆下，到达最低点时男演员推开女演员，为了使女演员恰能回到其最初出发点，男演员应对女演员做多少功？
【答案】 (1) 1.5mg ；(2) ()()22Mm M m W gL M m +=
+
【解析】
【详解】
(1)女演员从初始位置到最低点的过程，由机械能守恒定律得 2114=2
L mg mv 在最低点时，对女演员，由牛顿第二定律得
21=v F mg m L
- 联立解得
1.5F mg =
根据牛顿第三定律得女演员对轻绳的拉力大小为1.5mg 。

(2)男演员从初始位置摆至最低点的过程，由机械能守恒定律得
221=2
Mgh Mv 男、女演员在最低点相拥后获得共同速度，水平方向满足动量守恒
()123mv Mv m M v -=+
他们一起以相同速度摆到男演员的出发点，由机械能守恒定律得
()()2312
m M gh m M v +=+
他们再一起从男演员的出发点摆至最低点的过程，由机械能守恒定律得 ()()221=2
M m gh M m v ++ 男演员在最低点推开女演员，女演员恰能摆回初始位置仍满足
2114=2
L mg mv 此过程男演员对女演员做的功
22211122
W mv mv =- 联立解得
()
()22Mm M m W gL M m +=+
16．在竖直平面内，一根长为L 的绝缘细线，一端固定在O 点，另一端拴着质量为m 、电荷量为+q 的小球。

小球始终处在场强大小为32mg q
、方向竖直向上的匀强电场中，现将小球拉到与O 点等高处，且细线处于拉直状态，由静止释放小球，当小球的速度沿水平方向时，细线被拉断，之后小球继续运动并经过P 点，P 点与O 点间的水平距离为L 。

重力加速度为g ，不计空气阻力，求
（1）细线被拉断前瞬间，细线的拉力大小；
（2）O 、P 两点间的电势差。

【答案】（1）1.5mg （2）158OP mgL U q
=
【解析】
【详解】
（1）小球受到竖直向上的电场力：
F = qE = 1.5mg ＞mg
所以小球被释放后将向上绕O 点做圆周运动，到达圆周最高点时速度沿水平方向，设此时速度为v ，由动
能定理：
21()2F mg L mv -= 设细线被拉断前瞬间的拉力为F T ，由牛顿第二定律：
2
T v F mg F m L
+-= 联立解得： F T = 1.5mg
（2）细线断裂后小球做类平抛运动，加速度a 竖直向上，由牛顿第二定律
F - mg = ma
设细线断裂后小球经时间t 到达P 点，则有：
L = vt
小球在竖直方向上的位移为：
212
y at = 解得：4L y =
O 、P 两点沿电场方向（竖直方向）的距离为：
d = L + y
O 、P 两点间的电势差：
U OP = Ed
联立解得：158OP mgL U q
= 17．一列简谐横波沿x 轴正方向传播，在x=0 和x=0.6 m 处的两个质点A 、B 的振动图象如图所示．已知该波的波长大于0.6 m ，求其波速和波长
【答案】v=2 m/s ； λ=0.8 m
【解析】
由图象可知，周期T=0.4 s
由于波长大于0.6 m ，由图象可知，波从A 到B 的传播时间Δt=0.3 s
波速，代入数据得v=2 m/s 波长λ=vT ，代入数据得λ=0.8 m。