山西省晋城市2021届新高考第三次质量检测物理试题含解析

山西省晋城市2021届新高考第三次质量检测物理试题
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
1．2018年2月7日凌晨，太空技术探索公司 SpaceX 成功通过“猎鹰重型”火箭将一辆红色的特斯拉跑车送上通往火星的轨道，如图所示，已知地球到太阳中心的距离为B r ，火星到太阳中心的距离为M r ，地球和火星绕太阳运动的轨迹均可看成圆，且 1.4M B r r =，若特斯拉跑车按如图所示的椭圆轨道转移，则其在此轨道上的环绕周期约为（ ）
A ．1.69年
B ．1.3年
C ．1.4年
D ．2年
【答案】B
【解析】
【详解】 根据开普勒第三定律可得： 3322
(
)2=M B B r r r T T +地跑车 解得
33(
)2==1.2 1.2 1.3M B B
r r T T r +≈跑车地年年 故选B 。

2．如图所示，b 球在水平面内做半径为R 的匀速圆周运动，BC 为圆周运动的直径，竖直平台与b 球运动轨迹相切于B 点且高度为R 。

当b 球运动到切点B 时，将a 球从切点正上方的A 点水平抛出，重力加速度大小为g ，从a 球水平抛出开始计时，为使b 球在运动一周的时间内与a 球相遇(a 球与水平面接触后不反弹)，则下列说法正确的是（ ）
A ．a 球在C 点与b 球相遇时，a 球的运动时间最短
B ．a 球在
C 点与b 球相遇时，a 球的初始速度最小
C．若a球在C点与b球相遇，则a球抛出时的速率为2gR
D．若a球在C点与b球相遇，则b球做匀速圆周运动的周期为2R g
【答案】C 【解析】【详解】
A．平抛时间只取决于竖直高度，高度R 不变，时间均为
2R
t
g
=；故A错误。

BC．平抛的初速度为
x
v
t
=
时间相等，在C点相遇时，水平位移最大
max 2
x R
=
则初始速度最大为：
max 2
2 R
v gR
t
==
故B错误，C正确。

D．在C点相遇时，b球运动半个周期，故b球做匀速圆周运动的周期为
2
22
b R
T t
g
==
故D错误。

故选C。

3．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则
A．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应
B．改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应
C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变
D．入射光的强度增大，逸出光电子的最大初动能也增大
【答案】A
【解析】
在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，
420.85eV ( 3.40) 2.55eV=h E ν∆=---=，此种光的频率大于金属的极限频率，故发生了光电效应.A 、41410.85eV (13.6)12.75eV>E E ∆=---=∆,同样光的频率大于金属的极限频率，故一定发生了光电效应，则A 正确.B 、31411.51eV (13.6)12.09eV>E E ∆=---=∆，也能让金属发生光电效应，则B 错误；C 、由光电效应方程0km E h W ν=-，入射光的频率变大，飞出的光电子的最大初动能也变大，故C 错误；D 、由0km E h W ν=-知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定，而与入射光的光强无关，则D 错误；故选A.
【点睛】波尔的能级跃迁和光电效应规律的结合；掌握跃迁公式m n E E E ∆=-，光的频率E h ν=，光电效应方程0km E h W ν=-.
4．下图是a 、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（ ）
A ．在同种均匀介质中，a 光的传播速度比b 光的大
B ．从同种介质射入真空发生全反射时a 光临界角大
C ．照射在同一金属板上发生光电效应时，a 光的饱和电流大
D ．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级能量差大
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图可知a 光的干涉条纹间距小于b 光的，根据
L x d
λ∆= 可知a 的波长小于b 的波长，a 光的频率大于b 光的频率，a 光的折射率大于b 光的折射率，则根据
c n v
= 可知在同种介质中传播时a 光的传播速度较小，A 错误；
B ．根据
1
sin C n
= 可知从同种介质中射入真空，a 光发生全反射的临界角小，B 错误；
C ．发生光电效应时饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，C 错误；
D ．a 光的频率较高，若两光均由氢原子能级跃迁产生，则产生a 光的能级差大，D 正确。

故选D 。

【点睛】
此题考查了双缝干涉、全反射、光电效应以及玻尔理论等知识点；要知道双缝干涉中条纹间距的表达式L x d
λ∆=，能从给定的图片中得到条纹间距的关系；要知道光的频率越大，折射率越大，全反射临界角越小，波长越小，在介质中传播的速度越小．
5．如图甲所示，金属细圆环固定，圆环的左半部分处于随时间均匀变化的匀强磁场中。

该圆环电阻为R 、半径为r ，从t=0时刻开始，该圆环所受安培力大小随时间变化的规律如图乙所示，则磁感应强度的变化率为（ ）
A 12312F R r t π
B ．1231F R r t π
C 1312F R r t π
D 131
F R r t π【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
设匀强磁场
B kt = （B k t
=
V V ） 感应电动势 212B r E t t
πΦ==V V V V 安培力
3
2E k B r F BIL kt r t R R t
π==⋅⋅=V V 结合图像可知
3211
()F r B t R t
π=⋅V V 所以磁感应强度的变化率
131
F R B t r t π=V V 故D 正确ABC 错误。

故选D 。

6．为探测地球表面某空间存在的匀强电场电场强度E 的大小，某同学用绝缘细线将质量为m 、带电量为+q 的金属球悬于O 点，如图所示，稳定后，细线与竖直方向的夹角θ= 60°；再用另一完全相同的不带电金属球与该球接触后移开，再次稳定后，细线与竖直方向的夹角变为α= 30°，重力加速度为g ，则该匀强电场的电场强度E 大小为（ ）
A ．3mg
B ．3
C ．3
D ．E=mg q
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
设电场方向与竖直方向夹角为α，则开始时，水平方向
1sin 60sin T qE α=o
竖直方向
1cos 60cos T qE mg α+=o
当用另一完全相同的不带电金属球与该球接触后移开，再次稳定后电量减半，则水平方向
21sin 30sin 2
T qE α=
o 竖直方向 21cos30cos 2
T qE mg α+=o 联立解得
qE=mg
α=60°
即
mg
q E =
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
7．2019年1月11日1时11分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将“中星2D”卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。

该卫星可为全国广播电台、电视台等机构提供广播电视及宽带多媒体等传输任务。

若已知“中星2D”的运行轨道距离地面高度h 、运行周期T 、地球的半径R ，引力常量G ，根据以上信息可求出（ ）
A ．地球的质量
B ．“中星2D ”的质量
C ．“中星2D”运行时的动能
D ．“中星2D”运行时的加速度大小
【答案】AD
【解析】
【详解】
AB ．根据222()()()Mm G m R h R h T
π=++可得 23
24()R h M GT
π+= 但是不能求解m ，选项A 正确，B 错误；
C ． “中星2D”的质量未知，则不能求解其运行时的动能，选项C 错误；
D ．根据 2
()Mm G ma R h =+ 可得 2
()GM a R h =+ 可求解“中星2D”运行时的加速度大小，选项D 正确；
故选AD 。

8．关于空气湿度，下列说法正确的是_________
A ．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示
B ．空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
C ．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
D ．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
E.相同温度下绝对湿度越大，表明空气中水蒸气越接近饱和
【答案】ADE
【解析】
【详解】
AB．绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用空气中水蒸气的压强表示来表示，相对湿度是指水蒸汽的实际压强与该温度下水蒸汽的饱和压强之比，故A正确，B错误；
CD．人们感受的干燥或潮湿取决于空气的相对湿度。

相对湿度越大，感觉越潮湿；相对湿度越小，感觉越干燥，故C错误，D正确；
E．相同温度下绝对湿度越大，表明空气中水汽越接近饱和，故E正确；
故选ADE。

9．下列说正确的是（）
A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
B．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是非晶体
C．理想气体在等压膨胀过程中一定要吸收热量
D．已知阿伏加徳罗常数、气体的摩尔质量和密度可以估算出气体分子的直径
E.水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙
【答案】ACE
【解析】
【详解】
A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，因吸热内能增大，但其分子动能不变，则分子之间的势能增加，选项A正确；
B．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块是多晶体，看起来没有确定的几何形状，也是多晶体的特点。

故B错误。

C．理想气体在等压膨胀过程中，气体对外做功，温度升高，内能变大，则一定要吸收热量，选项C正确；D．已知阿伏加徳罗常数、气体的摩尔质量和密度可以估算出气体分子运动占据的空间体积，不能估算气体分子的直径，选项D错误；
E．水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙，选项E正确；
故选ACE。

10．如图所示，光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.20m，两导轨的左端之间连接的电阻R=0.40Ω，导轨上停放一质量m=0.10kg的金属杆ab，位于两导轨之间的金属杆的电阻r=0.10Ω，导轨的电阻可忽略不计。

整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。

现用一水平外力F水平向右拉金属杆，使之由静止开始运动，在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。

则（）
A ．t=5s 时通过金属杆的感应电流的大小为1A ，方向由a 指向b
B ．t=3s 时金属杆的速率为3m/s
C ．t=5s 时外力F 的瞬时功率为0.5W
D ．0~5s 内通过R 的电荷量为2.5C
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图像可知，t=5.0s 时，U=0.40V ，此时电路中的电流（即通过金属杆的电流）为
0.40A 1A 0.40
U I R === 用右手定则判断出，此时电流的方向由b 指向a ，故A 错误；
B ．由图可知，t=3s 时，电压表示数为
'0.43V 0.24V 5
U =
⨯= 则有 'R U E R r
=+ 得 '0.10.40.24V 0.3V 0.4r R E U R ++=
=⨯= 由公式=E BLv 得
0.3m/s 3m/s 0.500.20
E v BL ===⨯ 故B 正确；
C ．金属杆速度为v 时，电压表的示数应为
=+R U BLv R r
由图像可知，U 与t 成正比，由于R 、r 、B 及L 均与不变量，所以v 与t 成正比，即金属杆应沿水平方向向右做初速度为零的匀加速直线运动，金属杆运动的加速度为
223m/s 1m/s 3
v a t === 根据牛顿第二定律，在5.0s 末时对金属杆有
F BIL ma -=
得
=+(0.5010.200.101)N 0.20N F BIL ma =⨯⨯+⨯=
此时F 的瞬时功率为
0.215W 1.0W P Fv Fat ===⨯⨯=
故C 错误；
D ．t=5.0s 时间内金属杆移动的位移为
221115m 12.5m 22x at ==⨯⨯= 通过R 的电荷量为
0.50.212.5C 2.5C 0.40.1
BLx q R r R r ∆Φ⨯⨯====+++ 故D 正确。

故选BD 。

11．如图所示，半径为R 的光滑绝缘圆环固定于竖直平面内，a 为圆环的最低点，c 为圆环的最高点，b 点与圆心O 等高，该空间存在与圆环平面平行的匀强电场。

质量为m 、带电量为+q 的小球P 套在圆环上，沿环做圆周运动，通过a 、b 、c 三点时的速度大小分别为23a gR v =
、21b gR v =、7c gR v =。

下列说法正确的是（ ）
A ．匀强电场方向水平向右
B ．匀强电场场强大小为mg
q E =
C ．小球运动过程中对圆环的最大压力为7.5mg
D ．小球运动过程中对圆环的最小压力为1.25mg
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
A ．从最低点到最高点：
2211222
c a ac mv mv mgR qU -=-+ 解得：
0ac U =
故ac 连线为等势线，从a 到b ，有
221122
b a ab mv mv mgR qU -=-+ 解得：
304ab mgR U q
=> 电场线垂直于等势线，且沿电场线方向电势逐渐降低，故匀强电场方向水平向右，故A 正确； B ． 匀强电场场强大小
34ab U mg E R q
== 故B 错误；
C ．电场力
34
Eq mg = 当电场力与重力合力与圆心在一条直线上时，对圆环的压力达到最大和最小，根据几何关系可知，最大速度
22max 11(1cos37)sin 3722
a mv mv mgR qER -=--︒+︒ 根据牛顿第二定律
2max cos53cos37N v F Eq mg m R
-︒-︒= 解得最大支持力为：
max 7.5F mg =
根据牛顿第三定律可知，最大压力为1．5mg ；根据几何关系可知，最小速度
22min 11(1cos37)sin 3722
a mv mv mgR qER -=-+︒-︒ 根据牛顿第二定律
2min cos53cos37N v Eq mg F m R
︒+︒-= 解得最小支持力为：
min 0F =
故C 正确D 错误。

故选AC 。

12．如图所示，半径为R 的半圆弧槽固定在水平面上，槽口向上，槽口直径水平，一个质量为m 的物块
从P 点由静止释放刚好从槽口A 点无碰撞地进入槽中，并沿圆弧槽匀速率地滑行到B 点，不计物块的大小，P 点到A 点高度为h ，重力加速度大小为g ，则下列说法正确的是（ ）
A ．物块从P 到
B 过程克服摩擦力做的功为mgR
B ．物块从A 到B 过程与圆弧槽间正压力为2mgh R
C ．物块在B 点时对槽底的压力大小为()2R h mg R
+ D ．物块滑到C 点（C 点位于A 、B 之间）且OC 和OA 的夹角为θ，此时时重力的瞬时功率为2gh θ
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A ． 物块从A 到
B 做匀速圆周运动，动能不变，由动能定理得
mgR-W f =0
可得克服摩擦力做功：
W f =mgR
故A 正确；
B ． 物块从A 到B 过程做匀速圆周运动，合外力提供向心力，因为重力始终竖直，但其与径向的夹角始终变化，而圆弧槽对其的支持力与重力沿径向的分力的合力提供向心力，故圆弧槽对其的支持力是变力，根据牛顿第三定律可知，物块从A 到B 过程与圆弧槽间正压力是变力，非恒定值，故B 错误；
C ． 物块从P 到A 的过程，由机械能守恒得
212
mgh mv = 可得物块A 到B 过程中的速度大小为
2v gh 物块在B 点时，由牛顿第二定律得
2
v N mg m R
-= 解得：
(2)R h mg N +=
根据牛顿第三定律知物块在B 点时对槽底的压力大小为(2)R h mg R
+，故C 正确； D ．在C 点，物体的竖直分速度为 cos co 2s y v v gh θθ==
重力的瞬时功率
2cos y P mgv mg gh θ==
故D 正确。

故选：ACD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．利用打点计时器（用频率为50Hz 的交流电）研究“匀变速直线运动的规律”。

如图所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，O 是打点计时器打下的第一个点，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出
（1）相邻两计数点之间的时间间隔为________s
（2）实验时要在接通打点计时器电源之________（填“前”或“后”）释放纸带
（3）将各计数点至O 点的距离依次记为1h 、2h 、3h 、4h 、…，测得10.40cm h =，21.60cm h =，3 3.60cm h =，
4 6.40cm h =。

请计算打点计时器打下C 点时纸带的速度大小为___m /s ；纸带的加速度大小为________2m /s （结果均保留两位有效数字）
【答案】0.1 后 0.24 0.80
【解析】
【详解】
（1）[1]频率为50Hz 的交流电，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出，所以相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s 。

（2）[2]实验时，需先接通电源，后释放纸带。

（3）[3] 打点计时器打下C 点时纸带的速度大小
420.24m /s 2c h h v T
-== [4] 纸带的加速度大小
()422
2(2)h h h a T --=
代入数据得
14．某同学要测定电阻约为200Ω的圆柱形金属材料的电阻率，实验室提供了以下器材：
待测圆柱形金属R x；
电池组E（电动势6V，内阻忽略不计）；
电流表A1（量程0~30mA，内阻约100Ω）；
电流表A2（量程0~600μA，内阻2000Ω）；
滑动变阻器R1（阻值范围0~10Ω，额定电流1A）
电阻箱R2（阻值范围0~9999Ω，额定电流1A）
开关一个，导线若干。

(1)先用螺旋测徽器测出该金属材料的截面直径，如图甲所示，则直径为___________mm，然后用游标卡尺测出该金属材料的长度，如图乙所示，则长度为___________cm。

(2)将电流表A2与电阻箱串联，改装成一个量程为6V的电压表，则电阻箱接入电路的阻值为_______Ω。

(3)在如图内所示的方框中画出实验电路图，注意在图中标明所用器材的代号______。

(4)调节滑动变阻器滑片，测得多组电流表A1、A2的示数I1、I2，作出I2-I1图像如图丁所示，求得图线的斜率为k=0.0205，则该金属材料的电阻R x=___________Ω。

（结果保留三位有效数字）
(5)该金属材料电阻率的测量值___________（填“大于”“等于”或“小于”）它的真实值。

【答案】9.203 10.405 8000 209 等于
【解析】
【详解】
(1)[1][2]．根据螺旋测微器读数规则，固定刻度读数为9mm，可动刻度部分读数为20.3×0.01mm，所以金属材料的直径为d=9mm+0.203mm=9.203mm；根据游标卡尺读数规则，金属材料的长度
L=10.4cm+0.005cm=10.405cm。

(2)[3]．改装后电压表量程为U=6V，由
I2g（r2g+R2)=U
解得
(3)[4]．由于待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的阻值，所以需要设计成滑动变阻器分压接法，将电阻箱与电流表A 2串联后并联在待测电阻两端，由于改装后的电压表内阻已知，所以采用电流表外接法。

(4)[5]．由并联电路规律可得
I 2（r 2g +R 2)=(I 1-I 2）R x
变形得
2122x
g x
R I I r R R =
++ 由 220.0205x g x
R k r R R ==++ 解得金属材料的电阻
R x =209Ω。

(5)[6]．由于测量电路无系统误差，金属材料的电阻测量值等于真实值，可知金属材料的电阻率测量值等于真实值。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．电磁轨道炮的加速原理如图所示金属炮弹静止置于两固定的平行导电导轨之间，并与轨道良好接触。

开始时炮弹在导轨的一端，通过电流后炮弹会被安培力加速，最后从导轨另一端的出口高速射出。

设两导轨之间的距离0.10m L =，导轨长 5.0m s =，炮弹质量0.03kg m =。

导轨上电流I 的方向如图中箭头所示。

可以认为，炮弹在轨道内匀加速运动，它所在处磁场的磁感应强度始终为 2.0T =B ，方向垂直于纸面向里。

若炮弹出口速度为32.010m/s v =⨯，忽略摩擦力与重力的影响。

求：
(1)炮弹在两导轨间的加速度大小a ；
(2)炮弹作为导体受到磁场施加的安培力大小F ；
(3)通过导轨的电流I 。

【答案】 (1) 524.010m/s ⨯；(2) 41.210N ⨯；(3) 46.010A ⨯
【解析】
(1)炮弹在两导轨问做匀加速运动，因而22
v as
=
则
2
2
v
a
s
=
解得
52
4.010m/s
a=⨯
(2)忽略摩擦力与重力的影响，合外力则为安培力，所以
F ma
=
解得
4
1.210N
F=⨯
(3)炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为
F ILB
=.
解得
4
6.010A
I=⨯
16．如图所示，1L和2L是间距为d的两条平行的虚线，1L上方和2L下方有磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向里的匀强磁场，一电子从A点在纸面内沿与2L成30°角方向以速度0v射出，偏转后经过2L上的C点。

已知电子的质量为m，带电荷量为e，不计电子重力。

求：
(1)电子第一、二次经过1L上的两点间的距离；
(2)电子从A点运动到C点所用的总时间。

【答案】(1)0
mv
eB
(2)
42
(1,2,3)
d m
t n n
v eB
π
⎛⎫
=+=
⎪
⎝⎭
L L或
425
(1,2,3)
3
d m m
t n n
v eB eB
ππ
⎛⎫
'=+-=
⎪
⎝⎭
L L
(1)电子运动轨迹如图所示，由几何关系知，电子在1L上侧磁场中运动轨迹所对应的圆心角等于60°，所以
电子第一、二次经过1L上的两点间的距离等于电子做圆周运动的半径。

则有：
2
0 0
mv
ev B
r
=
解得：
mv
r
eB
=
即电子第一、二次经过1L上的两点间的距离为0
mv
eB。

(2)电子每次在1L、2L间运动的时间：
1
00
2
sin30
d d
t
v v
︒
==，
电子每次在1L上侧磁场中做圆周运动所用的时间：
2
2
663
r
T m
v
t
eB
π
π
===
，
电子每次在2L下侧磁场做圆周运动所用的时间
3
2
5
55
663
r
T m
v
t
eB
π
π
⨯
===
，
所以电子从A点运动到C点的总时间为：
()
123
2(1,2,3)
t t t t n n
=++=L L，
或
2(1,2,3)
t t t t n t n
'=++-=L L，
42(1,2,3)d m
t n n v eB π⎛⎫=+= ⎪⎝⎭L L ， 0425(1,2,3)3d m m t n n v eB eB ππ⎛⎫'=+-= ⎪⎝⎭
L L 。

17．如图所示，一张纸上用笔点一个点A ，纸放在水平桌面上，用一高度为h 的平行玻璃砖放置在纸上且点A 在玻璃砖的下面，设光在玻璃砖内的折射率为n ，从正上方向下看点A ，看到点A 的深度为多少？
【答案】
h n
【解析】
【详解】 取从A 点发出的射向界面的两条光线：一条是垂直射向界面；另一条是斜射到界面的光线，且入射角AON α∠=且很小；折射角为MOB β∠=，则由光的折射定律可得
sin sin n βα
=
由几何关系
'tan OQ OQ PQ h
β== tan OQ h
α= 由于αβ均较小，则
tan sin ββ≈
tan sin αα≈
联立解得：
'h h n
=。