湖北省荆州市2021届新高考模拟物理试题(市模拟卷)含解析

湖北省荆州市2021届新高考模拟物理试题（市模拟卷）
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．氢原子的能级图如图所示，有一群处于n=4能级的氢原子，若氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光恰能使某种金属A 发生光电效应，则下列说法中正确的是（ ）
A ．这群氢原子辐射出的光中共有3种频率的光能使金属A 发生光电效应
B ．如果辐射进来能量为0.32 eV 的光子，可以使氢原子从n ＝4能级向n ＝5能级跃迁
C ．如果辐射进来能量为1.32 eV 的光子，不可以使处于n ＝4能级的氢原子发生电离
D ．用氢原子从n ＝4能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光照射金属A ，所产生的光电子的最大初动能为10.2 eV
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子，其中只有从n=4能级向n=3能级跃迁时所辐射出的光子以及从n=3能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光子的能量小于从n=4能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光子的能量，不能使金属A 发生光电效应，故共有4种频率的光能使金属A 发生光电效应，故A 错误；
B ．因为从n=4能级向n=5能级跃迁时所需要的能量为
54Δ0.31eV E E E =-=
不等于光子能量为0.32eV ，故B 错误；
C ．因为要使处于n=4能级的氢原子发生电离，所需要的能量只要大于0.85eV 就可以，故C 错误；
D ．由题意可知，金属A 的逸出功为2.55eV ， 氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时所辐射出光子的能量为
4112.75eV hv E E =-=
由爱因斯坦光电效应方程可得最大初动能
k 010.2eV E hv W =-=
故D 正确。

故选D 。

2．如图所示，轻质弹簧下端固定，上端与一质量为m 的物块A 连接，物块A 经过P 点时速度大小为v ，方向竖直向下。

经过t 秒物块A 又回到P 点。

速度大小为1v ，方向竖直向上，则在时间t 内（ ）
A ．物块A 受到弹簧力的冲量大小为2mv
B ．物块A 受到合力的冲量大小为2mv
C ．弹簧弹力对物块A 所做的功大小为2mv
D ．合力对物块A 所做的功大小为2mv
【答案】B
【解析】
【详解】
AB ．以小球为研究对象，取向上为正方向，整个过程中根据动量定理可得
()=I I mgt mv mv -=--合弹簧
得A 受到合力的冲量大小为
=2I mv 合
小球所受弹簧弹力冲量的大小为
2I mv mgt =+弹簧
选项A 错误，B 正确；
CD. 整个过程中根据动能定理可得
22G 11--22W W W mv mv ⎭
=⎫⎪=⎛ ⎝合弹簧 而整个过程重力做功W G =0
得合力对物块A 所做的功大小为
0W =合
小球所受弹簧弹力做功的大小为
G =0W W =弹簧
选项CD 错误。

故选B 。

3．如图，一两端封闭的玻璃管在竖直平面内倾斜放置，与水平面间的夹角为θ，一段水银柱将管内一定质量气体分割成两部分。

在下列各种情况中，能使管中水银柱相对玻璃管向a 端移动的情况是（ ）
A ．降低环境温度
B ．在竖直平面内以b 点为轴逆时针缓慢转动玻璃管
C ．保持θ角不变，使玻璃管减速上升
D ．使玻璃管垂直纸面向外做加速运动
【答案】C
【解析】
【详解】 A. 假定两段空气柱的体积不变，即V 1，V 2不变，初始温度为T ，当温度降低△T 时，空气柱1的压强由p 1减至p′1，△p 1=p 1−p′1，空气柱2的压强由p 2减至p′2，△p 2=p 2−p′2，
由查理定律得： 11p p T T
∆=
∆， 22p p T T ∆=∆， 因为p 2=p 1+h>p 1，所以△p 1<△p 2，即水银柱应向b 移动。

故A 错误；
B. 在竖直平面内以b 点为轴逆时针缓慢转动玻璃管，使θ角变大，若水银柱相对玻璃管不动，则增大了水银柱对下部气体的压力，水银柱向b 端移动，故B 错误；
C. 玻璃管竖直向上减速运动，加速度向下，水银柱失重，若水银柱相对玻璃管不动，水银柱对下部气体压力减小，水银柱向a 端移动，故C 正确；
D. 使玻璃管垂直纸面向外做加速运动不会影响水银柱竖直方向上的受力，水银柱的位置不变，故D 错误。

4．甲、乙两车在平直公路上行驶，其v-t 图象如图所示．t=0时，两车间距为0s ；0
t 时刻，甲、乙两车相遇．00t :时间内甲车发生的位移为s ，下列说法正确的是( )
A ．00t :时间内甲车在前，002t t :时间内乙车在前
B ．002t : 时间内甲车平均速度的大小是乙车平均速度大小的2倍
C ．02t 时刻甲、乙两车相距012s
D ．067
s s 【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图知在0～t 0时间内甲车速度大于乙车的速度，故是甲车在追赶乙车，所以A 错误；
B ．0～2t 0时间内甲车平均速度的大小032
v ，乙车平均速度012v ，所以B 错误； D ．由题意知，图中阴影部分面积即为位移s 0，根据几何关系知，三角形ABC 的面积对应位移s 0∕3，所以可求三角形OCD 的面积对应位移s 0∕6，所以0—t o 时间内甲车发生的位移为
s=s 0+ s 0∕6
得
s 0=67
s 故D 正确；
C ．2t 0时刻甲、乙两车间的距离即为三角形ABC 的面积即s 0∕3，所以C 错误．
故选D 。

5．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。

6．在下列四幅u-t图像中，能正确反映我国居民生活所用交流电的是（）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
我们日常生活中用的都是交流电，电压是220V，频率是50Hz．周期为0.02s；电压的最大值为：2V=311V，只有C正确。

故选C。

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．在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P +和P 3+，经电压为U 的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里，有一定的宽度的匀强磁场区域，如图所示．已知离子P +在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时，离子P +和P 3+ ( )
A ．在电场中的加速度之比为1:1
B 3
C ．在磁场中转过的角度之比为1:2
D ．离开电场区域时的动能之比为1:3
【答案】BCD
【解析】
【详解】
A ．两个离子的质量相同，其带电量是1:3的关系，所以由qU a md
=
可知，其在电场中的加速度是1:3，故A 错． B ．离子在离开电场时速度2qU v m =，可知其速度之比为32
v qvB m r
=知，mv r qB =，所以3，故B 正确．
C ．由B 3，设磁场宽度为L ，离子通过磁场转过的角度等于其圆心角，所以有sin L R
θ=，则可知角度的正弦值之比为3P +的角度为30°，可知P 3+角度为60°，即在磁场中转过的角度之比为1:2，故C 正确．
D ．离子在电场中加速时，据动能定理可得:212
qU mv =，两离子离开电场的动能之比为1:3，故D 正确． 8．如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水中放一红蜡块R （R 视为质点）。

将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与y 轴重合，在R 从坐标原点以速度03cm /s v =匀速上浮的同时，玻璃管沿x 轴正向做初速度为零的匀加速直线运动，合速度的方向与y 轴夹角为α。

则红蜡块R 的（ ）
A ．分位移y 的平方与x 成正比
B ．分位移y 的平方与x 成反比
C ．tan α与时间t 成正比
D ．合速度v 的大小与时间t 成正比 【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．由题意可知，y 轴方向
y=v 0t
而x 轴方向 x=12
at 2 联立可得
22
02v y x a = 故A 正确，B 错误；
C ．设合速度的方向与y 轴夹角为α，则有
00
tan at a t v v α＝＝ 故C 正确；
D ．x 轴方向
v x =at
那么合速度的大小
2220v v a t =+则v 的大小与时间t 不成正比，故D 错误；
故选AC 。

9．下列说法正确的是
A ．温度由摄氏温度t 升至2t ，对应的热力学温度便由T 升至2T
B ．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，布朗运动越剧烈
C ．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
D ．分子间距离越大，分子势能越大，分子间距离越小，分子势能也越小
E.晶体具有固定的熔点，物理性质可表现为各向同性
【答案】BCE
【解析】
【详解】
A ．温度由摄氏温度t 升至2t ，对应的热力学温度便由T 升至T′，其中T'=2t+273，不一定等于2T ，故A 错误；
B ．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，受力越不易平衡，布朗运动越剧烈，故B 正确；
C ．根据热力学第一定律可知，做功和热传递是改变内能的两种方式，故C 正确；
D ．若分子力表现为斥力时，分子间距离越大，分子力做正功，分子势能越小；分子间距离越小，分子力做负功，分子势能越大。

若分子力表现为引力时，分子间距离越大，分子力做负功，分子势能越大；分子间距离越小，分子力做正功，分子势能越小，故D 错误；
E ．根据晶体的特性可知，晶体具有固定的熔点，多晶体的物理性质表现为各向同性，故E 正确。

故选BCE 。

10．两汽车甲、乙分别挂上拖车，两汽车与两拖车的质量均相同，且阻力与质量成正比。

开始两车以相同
的速度v 0做匀速直线运动，t=0时刻两拖车同时脱离汽车，已知汽车甲的牵引力不变，汽车乙的功率不变，
经过相同的时间t 0，汽车甲、乙的速度大小分别为2v 0、1.5v 0。

则下列说法正确的是（ ） A ．t 0时间内，甲、乙两汽车的位移之比为4：3
B ．t 0时刻，甲、乙两汽车的加速度大小之比为3：1
C ．t 0时刻汽车甲的功率为拖车脱离前功率的4倍
D ．t 0时间内，甲、乙两汽车牵引力做功之比为3：2
【答案】BD
【解析】
【详解】
A ．对甲车拖车脱离后做匀加速运动经过t 0的位移
0010002 1.52
v v s t v t +== 对乙车功率一定，则做加速度减小的加速运动，则经过t 0时的位移 0020001.5 1.252v v s t v t +>
= 则t 0时间内，甲、乙两汽车的位移之比
0012001.56 1.21.255
v t s s v t <== 不可能为4：3，选项A 错误；
B ．设汽车和拖车的质量均为m ，则汽车的牵引力为F=2kmg ，对甲车拖车脱离后做匀加速运动的加速度 1F kmg a kg m
-== 乙车功率一定
P=Fv 0=2kmgv 0
在t 0时刻乙车的加速度
02 1.513
P kmg v a kg m -== 则甲、乙两汽车的加速度大小之比为3：1，选项B 正确；
C ．甲车拖车脱离前功率
P=Fv 0=2kmgv 0
t 0时刻汽车甲的功率为
P 0=2kmg∙2v 0= 4kmgv 0=2P
选项C 错误；
D ．甲车牵引力做功
110023W kmg s kmgv t =⋅=
乙车牵引力做功
20002W Pt kmgv t ==
t 0时间内，甲、乙两汽车牵引力做功之比为3：2，选项D 正确。

故选BD 。

11．物体是由大量分子组成的，下列相关说法正确的是（ ）
A ．布朗运动虽不是液体分子的运动，但它间接反映了液体分子的无规则运动
B ．液体表面分子间距离小于液体内部分子间距离
C ．扩散现象可以在液体、气体中发生，也能在固体中发生
D ．随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力均减小
E.液体的饱和汽压随温度的升高而减小
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A ．布朗运动是悬浮在液体中微粒的运动，它间接反映了液体分子的无规则运动，故A 正确；
B ．液体的蒸发导致液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，故B 错误；
C ．扩散现象可以在液体、气体中发生，也能够在固体中发生，故C 正确
D ．由于分子间作用力的实质是静电相互作用力，所以随着分子间距离的增大，分子之间的引力和斥力均
减小，故D正确；
E．液体的饱和汽压随温度的升高而变大，故E错误。

故选ACD。

12．科学家通过实验研究发现，放射性元素有有多种可能的衰变途径：先变成，
可以经一次衰变变成，也可以经一次衰变变成（X代表某种元素），和最后都变成，衰变路径如图所示。

则以下判断正确的是（）
A．
B．①是衰变，②是衰变
C．①是衰变，②是衰变
D．经过7次衰变5次衰变后变成
【答案】BD
【解析】
【详解】
ABC．由题意可知经过①变化为，核电荷数少2，为衰变，即
故
经过②变化为，质量数没有发生变化，为衰变，即
故
故A错误，C错误，B正确；
D．经过7次衰变，则质量数少28，电荷数少14，在经过5次衰变后，质量数不变，电荷数增加5，此时质量数为
电荷数为
变成了，故D正确。

故选BD。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．研究电阻值相近的两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材有多用电表、电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）。

⨯”倍率粗测元件X的电阻，示数如图（a）所示，其读数为_____Ω。

若用电压(1)用多用电表欧姆挡的“1
表与电流表测量元件X的电阻，应选用图（b）或图（c）中的哪一个电路_____（选填“（b）”或“（c）”）。

(2)连接所选电路并闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐______（选填“增大”或“减小”）；依次记录实验中相应的电流值与电压值。

(3)将元件X换成元件Y，重复上述步骤进行实验。

-图线，由图像可知，当元件Y中的电流增大时其电(4)图（d）是根据实验数据作出的元件X和Y的U I
阻_________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

【答案】10 （b）增大增大
【解析】
【详解】
⨯”倍率测量读数为10Ω，则待测电阻值为10Ω。

(1)[1]选择“1
(2)[2]元件X电阻值约为10Ω，根据
3kΩ10Ω
>
10Ω1Ω
可知元件X与电流表内阻相近，则电流表采用外接法误差较小，应选（b）电路。

(3)[3]在（b）电路中，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，元件X两端电压增大，则其电流增大则电流表的示数逐渐增大。

(4)[4]根据欧姆定律变形
U
R
=
I
-图像上的点与原点连线斜率的大小为电阻，由图像的变化特点知，元件Y的电阻随电流的增大而增U I
大。

14．某同学利用如图甲所示的实验装置，通过研究纸带上第一个点到某一个点之间的运动来验证机械能守恒定律。

通过实验数据分析，发现本实验存在较大的误差，为此改用如图乙所示的实验装置：通过电磁铁控制的小铁球从A 点自由下落，下落过程中球心正好经过光电门B 时，通过与光电门B 相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t ，用毫米刻度尺测出A 、B 之间的距离h ，用游标卡尺测得小铁球的直径()d d h =，重力加速度为g 。

请回答下列问题：
(1)小铁球经过光电门时的瞬时速度v=______（用题中所给字母表示）。

(2)如果d 、t 、h 、g 满足关系式2t =______，就可验证机械能守恒定律。

(3)比较两个方案，改进后的方案相比原方案主要的两个优点是______。

A ．不需要测出小铁球的质量
B ．电磁铁控制小铁球，更易保证小铁球的初速度为0
C ．消除了纸带与打点计时器之间的摩擦力影响
D ．数据处理大大简化 【答案】d t
22d gh BC 【解析】
【详解】
(1)[1]用平均速度代替小铁球经过光电门时的瞬时速度，即
d v t
= (2)[2]若小铁球机械能守恒，则有
212
mv mgh = 可得
2
2
2d t gh = (3)[3]比较两个方案，改进后的方案相比原方案最主要的优点：一是消除了纸带与打点计时器之间的摩擦
力影响；二是电磁铁控制小铁球，更易保证小铁球的初速度为0，故BC 正确，AD 错误。

故选BC 。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图，xOy 坐标系中存在垂直平面向里的匀强磁场，其中，x≤0的空间磁感应强度大小为B ；x>0的空间磁感应强度大小为2B 。

一个电荷量为+q 、质量为m 的粒子a ，t=0时从O 点以一定的速度沿x 轴正方向射出，之后能通过坐标为（32
h ，32h ）的P 点，不计粒子重力。

(1)求粒子速度的大小；
(2)在a 射出t ∆后，与a 相同的粒子b 也从O 点以相同的速率沿y 轴正方向射出。

欲使在运动过程中两粒子相遇，求t ∆。

（不考虑粒子间的静电力）
【答案】 (1)2qBh v m
=；(2)3m qB π和m qB π 【解析】
【分析】
【详解】
(1)设粒子速度的大小为v ，a 在x>0的空间做匀速圆周运动，设半径为1r ，则有
2
1
2v qvB m r = 由几何关系有
()
22211P P y r x r -+=
解得 1r h =
联立以上式子解得
2qBh v m
= (2)粒子a 与b 在x≤0的空间半径相等，设为2r ，则
2
2v
qvB m r = 解得
2122r r h ==
两粒子在磁场中运动轨迹如图
只有在M 、N 、O 、S 四点两粒子才可能相遇。

粒子a 在x>0的空间做匀速圆周运动的周期为1T ，则 112r m T v qB
ππ== 粒子a 和b 在x≤0的空间作匀速圆周运动的周期为2T ，则
222r m T v qB
ππ== (i)粒子a 、b 运动到M 的时间
1a 2622M T t T π
π
=+ b 232M t T π
π
= a b 3M M M m t t t qB π∆=-=
(ii)同理，粒子a 、b 到N 的时间
1a 25622N
T t T ππ=+ b 2532N t T ππ
= a b 03M N N m
t t t qB π∆=-=-<
粒子不能在N 点相遇。

(iii)粒子a 、b 到O 的时间 2a 12O T t T =+；b 2O t T = a b 0O O O t t t ∆=-=
粒子不能在O 点相遇。

(iv)粒子a 、b 到S 的时间
2a 12S T t T =+；b 234
S t T = a b S S S m
t t t qB π∆=-=
所以粒子b 与a 射出的时间差为3m qB
π和m qB π时，两粒子可以相遇。

16．如图所示，横截面积均为S ，内壁光滑的导热气缸A 、B ．A 水平、B 竖直放置，A 内气柱的长为2L ，D 为B 中可自由移动的轻活塞，轻活塞质量不计．A 、B 之间由一段容积可忽略的细管相连，A 气缸中细管口处有一单向小阀门C ，A 中气体不能进入B 中，当B 中气体压强大于A 中气体压强时，阀门C 开启，B 内气体进入A 中．大气压为P 0，初始时气体温度均为27℃，A 中气体压强为1.5P 0，B 中活塞D 离气缸底部的距离为3L ．现向D 上缓慢添加沙子，最后沙子的质量为0P S m g
=．求：
(i)活塞D 稳定后B 中剩余气体与原有气体的质量之比；
(ii)同时对两气缸加热，使活塞D 再回到初始位置，则此时气缸B 内的温度为多少?
【答案】 (i)
23 (ii)2900K T = 【解析】
试题分析：（i ）对活塞受力分析，得出A 中原有气体末态的压强，分析A 中原有气体变化前后的状态参量，由玻意耳定律得A 末态的体积，同理对B 中原来气体进行分析，由由玻意耳定律得B 末态的体积，气体密度不变，质量与体积成正比，则质量之比即体积之比；（2）加热后对B 中的气体进行分析，发生等压变化，由盖吕萨克定律即可求解．
（i ）当活塞C 打开时，A 、B 成为一个整体，气体的压强20mg P P S
=+ 对A 中原有气体，当压强增大到02P 时，其体积被压缩为A
L S ' 由玻意耳定律得：001.5?
22?A P LS P L S =' 解得： 1.5A
L L '=
B 中气体进入气缸A 中所占体积为0.5LS
对原来B 中气体，由玻意耳定律得：()00·32?
0.5B P LS P LS L S +'= 解得：B
L L '= B 中剩余气体与原有气体的质量比为20.5
3B B
L S LS L S '=+' （ii ）对气缸加热，阀门C 关闭，此时被封闭在B 中的气体温度为127327300T K K K =+=，体积为B
L S LS '= D 活塞回到初始位置，气体体积变为3LS ，设最终温度为2T
由盖吕萨克定律得：12
3B L S LS T T =' 解得：2900T K =
【点睛】解题的关键就是对A 、B 中气体在不同时刻的状态参量分析，并且知道气体发生什么变化，根据相应的气体实验定律分析求解．
17．如图所示，一上端开口的圆筒形导热汽缸竖直静置于地面，汽缸由粗、细不同的两部分构成，粗筒的横截面积是细筒横截面积S (cm 2)的2倍，且细筒足够长．粗筒中一个质量和厚度都不计的活塞将一定量的理想气体封闭在粗筒内，活塞恰好在两筒连接处且与上壁无作用力，此时活塞与汽缸底部的距离h=12cm ，大气压p 0=75 cmHg ．现把体积为17S (cm 3)的水银缓缓地从上端倒在活塞上方，在整个过程中气体温度保持不变，不计活塞与汽缸间向的摩擦，求最终活塞下降的距离x ．
【答案】2cm
【解析】
【分析】
【详解】
以汽缸内封闭气体为研究对象：
初态压强 p 1＝p 0＝75 cmHg
初态体积 V 1＝2hS
注入水银后，设细圆筒中水银的高度为L ，则有：17S ＝LS+x·
2S
所以，末态压强为：p2=(p0+x+L)
末态体积V2＝2(h－x)S
由玻意耳定律可知：p1V1＝p2V2
整理、代入数据并化简得：x2－104x＋204＝0
解得活塞静止时下降的距离为：x＝2cm，或x＝102 cm，无意义舍去。