湖北省荆门市2021届新高考物理一模试卷含解析

湖北省荆门市2021届新高考物理一模试卷
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
1．2019年1月3日，嫦娥四号成功登陆月球背面，全人类首次实现月球背面软着陆。

嫦娥四号登陆月球前，在环月轨道上做匀速圆周运动，其与月球中心连线在单位时间内扫过的面积为S ，已知月球的质量为M ，引力常量为G ，不考虑月球的自转，则环月轨道的半径大小为( )
A ．2
4S GM
B ．23S GM
C ．22S GM
D ．2S GM
【答案】A
【解析】
【详解】 根据万有引力提供向心力
2224GMm r m r T
π＝ 解得该人造卫星做圆周运动的周期为
2T =人造卫星绕地球做匀速圆周运动的圆的面积为为πr 2，所以人造卫星与地心连线在单位时间内所扫过的面积为
2
S =解得环月轨道的半径大小为：
2
4S r GM
＝ A. 2
4S GM
，与结论相符，选项A 正确； B. 2
3S GM
，与结论不相符，选项B 错误； C. 2
2S GM
，与结论不相符，选项C 错误； D. 2
S GM
，与结论不相符，选项D 错误。

2．甲、乙两车在平直公路上沿同一直线运动，两车的速度v 随时间t 的变化如图所示。

下列说法正确的
是（）
A．两车的出发点一定不同
B．在0到t2的时间内，两车一定相遇两次
C．在t1到t2时间内某一时刻，两车的加速度相同
D．在t1到t2时间内，甲车的平均速度一定大于乙车的平均速度
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据题目所给信息，不能判断两车出发点的关系，因为该图是描述速度与时间变化关系的图像，A错误；
B．两图线的交点表示在该时刻速度相等，在0到t2的时间内，两车有两次速度相等，并不是相遇，B错误；
C．v t-图象的斜率表示加速度，在t1时刻两车速度相等，然后甲做变加速直线运动，乙做匀加速直线运动，在t2时刻两车又速度相等，所以甲的平均加速度等于乙的加速度，故t1到t2时间内在某一时刻，乙图线的斜率和甲图线平行，加速度相等，C正确；
D．v t-图象图线与坐标轴围成的面积表示位移，从图可知，在t1到t2时间内乙的位移大于甲的位移，所用时间相等，故甲的平均速度一定小于乙的平均速度，故D错误。

故选C。

、、、四个小球质量分别为m、4m、2m、3m，用细线连着，在A和C之间细3．如图所示，A B C D
线上还串接有一段轻弹簧，悬挂在光滑定滑轮的两边并处于静止状态。

弹簧的形变在弹性限度内重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（）
A ．剪断C D 、间细线的一瞬间，小球C 的加速度大小为3g
B ．剪断
C
D 、间细线的一瞬间，小球A 和B 的加速度大小均为37
g C ．剪断A B 、间细线的一瞬间，小球C 的加速度大小为零
D ．剪断C 球上方细线的一瞬间，小球A 和B 的加速度大小均为零
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．开始时，弹簧的弹力为5mg ，剪断CD 间细线的一瞬间，弹簧的弹力不变，则小球C 的加速度大小为 52 1.52mg mg a g m
-== AB 的加速度为零，故AB 错误；
C ．同理可以分析，剪断AB 间细线的一瞬间，小球C 的加速度大小为0，故C 正确；
D ．剪断C 球上方细线的一瞬间，弹簧的弹力迅速减为零，因此小球A 和B 的加速度大小为g ，故D 错误。

故选C 。

4．如图所示，一轻绳跨过固定在竖直杆下端的光滑定滑轮O ，轻绳两端点A 、B 分别连接质量为m 1和m 2两物体。

现用两个方向相反的作用力缓慢拉动物体，两个力方向与AB 连线在同一直线上。

当∠AOB=90︒时，∠OAB=30︒，则两物体的质量比m 1 ：m 2为（ ）
A ．1：1
B ．1：2
C ．12
D ．13
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
由相似相角形法可得 12,m g m F F AO OD BO OD
g ==
由于轻绳上拉力相同，由几何关系得
tan 30BO AO ︒=
联立得
123m m =
故选D 。

5．仰卧起坐是《国家学生体质健康标准》中规定的女生测试项目之一。

根据该标准高三女生一分钟内完成 55 个以上仰卧起坐记为满分。

若某女生一分钟内做了 50 个仰卧起坐，其质量为 50kg ，上半身质量为总质量的 0.6 倍，仰卧起坐时下半身重心位置不变，g 取10m/s2 。

则测试过程中该女生克服重力做功的平均功率约为（ ）
A ．10W
B ．40W
C ．100W
D ．200W
【答案】C 【解析】
【分析】
【详解】 该同学身高约1.6m ，则每次上半身重心上升的距离约为
14
×1.6m=0.4m ，则她每一次克服重力做的功 W=0.6mgh=0.6×50×10×0.4=120 J 1min 内她克服重力所做的总功
W 总=50W=50×120=6000 J
她克服重力做功的平均功率为 6000100W 60
W P t === 故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

6．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．
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．“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置.2018年11月，有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破，获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件，朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步，已知“人造太阳”
核聚变的反应方程为234M 112Z H+H He+X+17.6MeV →，关于此核聚变，以下说法正确的是（ ）
A ．要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核拥有很大的动能
B ．Z=0，M=1
C ．1mol 氘核和1mol 氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV 的能量
D ．聚变比裂变更安全、清洁
【答案】BD
【解析】
【详解】
A ．“人造太阳”是以超导磁场约束，通过波加热，让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变，故A 错误。

B ．根据质量数和核电荷数守恒，可以求出M Z X 为中子1
0n ，即Z=0，M=1，故B 正确。

C ．1个氘核和1个氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV 的能量，故C 错误。

D ．轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，故D 正确。

故选BD.
8．如图，质量相同的两球A 、B 分别用不同长度的细线悬挂，A B L L >，当拉至同一高度使细线水平时释放，两球到最低点时，相同的物理量是（ ）
A ．细线的拉力
B ．小球的加速度
C ．小球的速度
D ．小球具有的动能
【答案】AB
【解析】
【详解】
AC ．根据动能定理得 212
mgL mv =
解得
v 因为A B L L <。

所以
A B v v <
再根据
2
v T mg m L
-= 得
2
3v T mg m mg L
=+= 所以绳子拉力相等，故A 选项正确，C 选项错误；
B ．根据2
v a L
=可得 2a g =
所以两球加速度相等，故B 选项正确；
D ．根据动能定理得
212
mgL mv = 因为A B L L <，所以在最低点，两球的动能不等。

故D 选项错误；
故选AB ．
9．下列说法中正确的是_________。

A ．浸润液体在细管中上升的现象属于毛细现象
B ．液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性
C ．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
D ．热量可以自发从高温传到低温，可以自发从低温传到高温
E.干湿泡湿度计中两个温度计读数相差越大，空气的相对湿度越大
【答案】ABC
【解析】
【详解】
A. 浸润液体在细管中上升的现象属于毛细现象，选项A 正确；
B.液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性；选项B 正确；
C.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

选项C 正确；
D.热量可以自发从高温传到低温，但不能自发从低温传到高温。

选项D 错误；
E.干泡温度计显示空气温度，湿泡温度计显示的是浸水纱布的温度，空气相对湿度越小（越干燥），则湿泡处水挥发越快，温度越低，两个温度计差值就越大，选项E错误。

故选ABC。

10．如图所示，xOy平面位于光滑水平桌面上，在O≤x≤2L的区域内存在着匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面向下．由同种材料制成的粗细均匀的正六边形导线框，放在该水平桌面上，AB与DE边距离恰为2L，现施加一水平向右的拉力F拉着线框水平向右匀速运动，DE边与y轴始终平行，从线框DE边刚进入磁场开始计时，则线框中的感应电流i(取逆时针方向的电流为正)随时间t的函数图象和拉力F随时间t的函数图象大致是
A．
B．
C．
D．
【答案】AC
【解析】
当DE边在0～L区域内时，导线框运动过程中有效切割长度越来越大，与时间成线性关系，初始就是DE 边长度，所以电流与时间的关系可知A正确，B错误；因为是匀速运动，拉力F与安培力等值反向，由22
B L v
知，力与L成二次函数关系，因为当DE边在0～2L区域内时，导线框运动过程中有效切割F
R
长度随时间先均匀增加后均匀减小，所以F随时间先增加得越来越快后减小得越来越慢，选C正确，D 错误．所以AC正确，BD错误．
11．如图所示为两个固定在同一水平面上的点电荷，距离为d，电荷量分别为＋Q和－Q，在它们连线的竖直中垂线上固定一根长为L、内壁光滑的绝缘细管，有一带电荷量为＋q的小球以初速度v0从上端管口射入，重力加速度为g，静电力常量为k，则小球（）
A ．下落过程中加速度始终为g
B ．受到的库仑力先做正功后做负功
C ．速度先增大后减小，射出时速度仍为v 0
D ．管壁对小球的弹力最大值为2
8qQ k
d 【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．电荷量为+q 的小球以初速度v 0从管口射入的过程，因库仑力与速度方向垂直，竖直方向只受重力作用，加速度始终为g ，故A 正确；
B ．小球有下落过程中，库仑力与速度方向垂直，则库仑力不做功，故B 错误；
C ．电场力不做功，只有重力做功；根据动能定理，速度不断增加，故C 错误；
D ．在两个电荷的中垂线的中点，单个电荷产生的电场强度为： E= 224()2
kQ kQ d d 根据矢量的合成法则，则有电场强度最大值为2
8kQ d ，因此电荷量为+q 的小球受到最大库仑力为2qQ 8k d ，结合受力分析可知，弹力与库仑力平衡，则管壁对小球的弹力最大值为2qQ 8k
d ，故D 正确； 故选AD.
点睛：对于等量异种电荷，根据矢量的合成法则，中垂线的中点的电场强度最大，在无穷远的电场强度为零；点电荷靠近两个电荷的连线的中点过程，电场力不做功；中点处的电场强度最大，则库仑力也最大，弹力也是最大，从而即可求解．
12．如图所示，某科研单位设计了一空间飞行器，飞行器从地面起飞时，发动机提供的动力方向与水平方向的夹角α＝60°，使飞行器恰好沿与水平方向的夹角θ＝30°的直线斜向右上方匀加速飞行，经时间t 后，将动力的方向沿逆时针旋转60°同时适当调节其大小，使飞行器依然可以沿原方向匀减速直线飞行，飞行器所受空气阻力不计．下列说法中正确的是( )
A ．飞行器加速时动力的大小等于mg
B ．飞行器加速时加速度的大小为g
C ．飞行器减速时动力的大小等于3mg
D ．飞行器减速飞行时间t 后速度为零
【答案】BC
【解析】
【详解】
AB ．起飞时，飞行器受推力和重力，两力的合力与水平方向成30°角斜向上，设动力为F ，合力为F b ，如图所示：
在△OFF b 中，由几何关系得：
3F b =mg
由牛顿第二定律得飞行器的加速度为：
a 1=g
故A 错误，B 正确；
CD ．t 时刻的速率：
v=a 1t=gt
推力方向逆时针旋转60°，合力的方向与水平方向成30°斜向下，推力F'跟合力F'h 垂直，如图所示，此时合力大小为：
F'h =mgsin30°
动力大小：
F′＝32
mg 飞行器的加速度大小为：
23012mgsin a g m ︒==
到最高点的时间为：
22
12v gt t t a g '=== 故C 正确，D 错误；
故选BC 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，某同学设计了如图所示的实验装置，通过加减小车中砝码改变小车和砝码的总质量M （含拉力传感器），加减砂桶中砂子改变砂桶和砂子的总质量m ，用拉力传感器测出轻绳的拉力大小F 。

(1)用此装置探究加速度与质量的关系时，___________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。

(2)用此装置探究加速度与力的关系时，___________（填“需要”或“不需要”）满足M ?m 。

(3)用此装置探究加速度与质量的关系，保持m 不变，且已平衡摩擦力，当小车和砝码的总质量较小时，可能不满足M ?m 的情况，此时加速度a 与1M
的关系图像正确的是___________。

A ． B ．
C ．
D ． 【答案】需要 不需要 D
【解析】
【详解】
(1)[1]．在探究“加速度与力、质量关系”的实验中，用此装置探究“加速度与质量”的关系时，需要平衡摩擦力，否则绳子的拉力大小就不等于小车的合力；
(2)[2]．用此装置探究“加速度与力”的关系时，不需要满足M ≫m ，因为绳子的拉力通过力传感器来测量的；
(3)[3]．用此装置探究“加速度与质量”的关系，保持m 不变，当小车和砝码的总质量较小时，但仍不满足M ≫m 的情况时，虽然控制F 不变，但改变小车的质量过程中，绳子的拉力会明显减小的，因此a 与1M
的图象斜率减小，故ABC 错误，D 正确。

14．某同学测定电源电动势和内阻，所使用的器材有：待测干电池一节（内阻较小）、电流表A （量程0.6A ，内阻R A 小于1Ω）、电流表A 1（量程0.6A ，内阻未知）、电阻箱R 1（0-99.99Ω）、滑动变阻器R 2（0-10Ω）、单刀双掷开关S 、单刀单掷开关K 各一个，导线若干。

该同学按图甲所示电路连接进行实验操作。

（1）测电流表A的内阻：
闭合开关K，将开关S与C接通，通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2，读取电流表A的示数为0.20A、电流表A1的示数为0.60A、电阻箱R1的示数为0.10Ω，则电流表A的内阻R A=______Ω
（2）测电源的电动势和内阻：
断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接______（填“C“或“D“），记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数；多次调节电阻箱R1重新实验，并记录多组电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I。

数据处理：图乙是由实验数据绘出的1
R
I
-图象，由此求出干电池的电动势E=______V，内阻r=______Ω
（计算结果保留二位有效数字）
【答案】0.20 D 1.5 0.25
【解析】
【详解】
第一空.根据串并联电路的规律可知，流过电阻箱R1的电流I=（0.60-0.20）A=0.40 A；电压
U=0.10×0.40 V=0.040 V，则电流表内阻R A=0.040
0.20
Ω=0.20Ω。

第二空.测电源的电动势和内阻：断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接D。

第三空.第四空.根据实验步骤和闭合电路欧姆定律可知：E=I（R+R A+r），
变形可得：1
A
R r
R
I E E
+ =+
根据图象可知：1 3.0 1.0
4.0 1.0
E
-
=
-
，A
R r
E
+
=0.3
解得：E=1.5 V，r=0.25Ω；
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图，一玻璃砖截面为矩形ABCD，固定在水面上，其下表面BC刚好跟水接触。

现有一单色平行光束与水平方向夹角为θ（θ>0），从AB面射入玻璃砖。

若要求不论θ取多少，此光束从AB面进入后，到
达BC界面上的部分都能在BC面上发生全反射，则该玻璃砖的折射率最小为多少？已知水的折射率为4
3。

【答案】53
【解析】
【分析】
【详解】
随着θ的增大，当θ为90º时，α最大，β最小，此时若在BC 上发生全反射，则对任意θ都能发生全反射。

由折射定律
sin 90sin n α
=o
由全反射有
4
3
sin n
β= 由几何关系有
22sin sin 1αβ+=
由以上各式解得
53
n = 16．如图所示，水平地面上有一辆小车在水平向右的拉力作用下，以v 0=6m/s 的速度向右做匀速直线运动，小车内底面光滑，紧靠左端面处有一小物体，小车的质量是小物体质量的2倍，小车所受路面的摩擦阻力大小等于小车对水平面压力的0.3倍。

某时刻撤去水平拉力，经2s 3
小物体与小车的右端面相撞，小物体与小车碰撞时间极短且碰撞后不再分离，已知重力加速度g=10m/s 2。

求：
(1)小物体与小车碰撞后速度的大小；
(2)撤去拉力后，小车向右运动的总路程。

【答案】 (1) 4m/s ；(2)
17m 3
【解析】
【分析】
【详解】 (1)设小物体的质量为m ，由于车底面光滑，因此小物体做匀速直线运动，小车在地面摩擦力作用下做匀减速运动。

撤去拉力后，小车的加速度为a 1
由牛顿第二定律得
k(mg+2mg)=2ma 1
代入数值得
a 1=4.5m/s 2
小物体与车碰撞时，小车的速度为v 1，由运动学公式
v 1=v 0-a 1t
代入数值得
v 1=3m/s
碰撞过程由动量守恒定律得
mv 0+2mv 1=3mv
代入数值得：
v=4m/s
(2)碰撞前小车运动位移大小为x 1
210112
x v t a t =- 碰后小车做匀减速直线运动，位移大小为x 2
由牛顿第二定律得
k(mg+2mg)=3ma 2
可得
a 2=3m/s 2
由运动学公式
v 2=2a 2x 2
故撤去外力后，小车向右运动的总路程
s=x 1+x 2=173
m
17．如图所示，固定的竖直圆筒由上段细筒和下段粗筒组成，粗筒的横截面积是细筒的4倍，细筒足够长。

粗筒中A 、B 两轻质光滑活塞间封有空气，活塞A 上方有水银，用外力向上托住活塞B ，使之处于静止状态，活塞A 上方的水银面与粗筒上端相平。

已知环境温度恒定，水银深20cm H =，气柱长50cm L =，大气压强075cmHg p =。

现使活塞B 缓慢上移，直到有一半的水银被推入细筒中。

求：
①活塞B 移动后，筒内气体的压强；
②活塞B 向上移动的距离。

【答案】①125cmHg ；②22cm
【解析】
【分析】
【详解】
①末状态水银深度变为
45022
H H H cm '=
+⨯= 所以 2050125cmHg p p cmHg =+=
②根据受力分析可知，初状态有
102095p p cmHg cmHg =+=，1V LS =
根据玻意耳定律有
1122pV p V =
解得
238cm V S =⨯
故
38cm L '=
则活塞B 向上移动的距离
22cm 2
H x L L '=+-=。