江苏省连云港市2021届第四次新高考模拟考试物理试卷含解析

江苏省连云港市2021届第四次新高考模拟考试物理试卷
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11月11日出现了难得一见的“水星凌日”现象。

水星轨道在地球轨道内侧，某些特殊时刻，地球、水星、太阳会在一条直线上，且水星处于地球和太阳之间，这时从地球上可以看到水星就像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动，天文学称之为“水星凌日”。

在地球上每经过N 年就会看到“水星凌日”现象。

通过位于贵州的“中国天眼FAST （目前世界上口径最大的单天线射电望远镜）观测水星与太阳的视角（观察者分别与水星、太阳的连线所夹的角）θ，则sin θ的最大值为（ ）
A ．23
1N N ⎛
⎫ ⎪+⎝⎭
B ．32
1N N -⎛⎫ ⎪⎝⎭
C ．32
1N N ⎛
⎫ ⎪+⎝⎭
D ．32
1N N -⎛⎫ ⎪⎝⎭
【答案】A 【解析】 【详解】
由于水星每隔N 年就会处于地球、太阳之间，且三者共线，那就意味着每经过N 年水星会比地球多转一圈，则
1N N T T -=水地
且1T =地年，解得
1
N
T N =
+水年 由
2224Mm G m r r T
π= 得
2
3
2
4GMT r π
= 所以
23
1r N r N ⎛⎫= ⎪+⎝⎭
地水
视角最大的时候应该是水星与地球连线与水星轨道相切的时候，此时
23
sin 1r N r N θ⎛⎫=
= ⎪+⎝⎭
水地 故选A 。

2．北斗卫星导航系统（BDS ）是我国自行研制的全球卫星导航系统。

如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a 、b 、c 三颗卫星均做圆周运动，a 是地球同步卫星，则（ ）
A ．卫星a 的角速度小于c 的角速度
B ．卫星a 的加速度大于c 的加速度
C ．卫星a 的运行速度大于第一宇宙速度
D ．卫星b 的周期小于c 的周期 【答案】A 【解析】 【详解】
万有引力提供向心力
2
222()2Mm v G m r m m r ma r T r
πω====
A ．由3
GM
r ω=a 的角速度小于c 的角速度，选项A 正确； B ．由2GM
a r
=
可知，卫星a 的加速度小于c 的加速度，选项B 错误； C ．由GM
v r
=
可知，卫星a 的运行速度小于第一宇宙速度，选项C 错误； D ．由3
2r T GM
=b 的周期大于c 的周期，选项D 错误；
故选A 。

3．下列说法正确的是
A ．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动
B ．气体温度不变，运动速度越大，其内能越大
C ．温度降低物体内每个分子动能一定减小
D ．用活塞压缩气缸里空气，对空气做功4.5×105J ，空气内能增加了3.5×105J ，则空气向外界放出热量1×105J 【答案】D 【解析】 【详解】
A 、布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，故A 错误；
B 、气体温度不变，则内能不变，运动速度增大说明宏观的机械能增大，与内能无关，故B 错误；
C 、温度是分子热运动平均动能的标志，故温度降低了，物体内分子热运动的平均动能降低，不是每个分子的动能都减小，故C 错误；
D 、根据热力学第一定律公式U W Q ∆=+ ，由题意知，54.510J W =⨯，53.510J U ∆=⨯，解得：
51.010J Q =-⨯，故空气向外界放出热量51.010J ⨯，故D 正确．
4．如图所示，完全相同的两个光滑小球A 、B 放在一置于水平桌面上的圆柱形容器中，两球的质量均为m ，两球心的连线与竖直方向成30o 角，整个装置处于静止状态。

则下列说法中正确的是（ ）
A ．A 对
B 的压力为
23
3
mg B ．容器底对B 的支持力为mg C ．容器壁对B 的支持力为
36mg D ．容器壁对A 3 【答案】A 【解析】 【详解】
AD ．对球A 受力分析可知，球B 对A 的支持力
3cos303
BA mg mg
F =
=o
则A 对B 的压力为3
3
mg ； 容器壁对A 的压力
3tan 303
N F mg mg ==
o 选项A 正确，D 错误； B ．对球AB 的整体竖直方向有
2N mg =
容器底对B 的支持力为2mg ，选项B 错误；
C ．对球AB 的整体而言，容器壁对B 的支持力等于器壁对A 的压力，则大小为3
mg ，选项C 错误； 故选A 。

5．如图所示，倾斜直杆的左端固定在地面上，与水平面成60°角，杆上穿有质量为m 的小球a 和质量为2m 的小球b ，a ，b 小球通过一条细绳跨过两个定滑轮相连接。

当a 、b 静止时
段绳竖直，
段绳与
杆的夹角为30°。

若忽略小球b 与杆间的摩擦，重力加速度的大小为g 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．绳对a 的拉力大小为mg
B ．绳对a 的拉力大小为2 mg
C ．a 与杆之间可能没有弹力
D ．a 与杆之间一定没有摩擦力
【答案】B 【解析】 【详解】
AB ．以b 球为研究对象，球b 受绳子的拉力、重力和杆的支持力而平衡，如图所示
以沿杆和垂直于杆正交分解可得
即绳子的拉力为
，因为绳子对b 的拉力与绳子对a 的拉力大小相等，故A 错误，B 正确；
CD ．对球a 分析可知，球a 受到绳子竖直向上的拉力为2mg ，竖直向下的重力为mg ，两力不能平衡，根
据摩擦力和弹力的关系可知a 与杆之间一定有弹力和摩擦力存在，故C 错误，D 错误。

故选B 。

6．硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流。

关于光电效应，下列说法正确的是（ ） A ．任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流 B ．只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出 C ．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关
D ．超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大 【答案】C 【解析】 【详解】
AB ．当入射光的频率大于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出，发生光电效应现象，并且不需要时间的积累，瞬间就可以发生。

所以AB 错误； CD ．根据爱因斯坦的光电效应方程 k 0E h W =-ν
对于同一种金属，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关。

所以C 正确，D 错误。

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．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b 是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R ＝10Ω，其余电阻均不计。

从某时刻开始在c 、d 两端加上如图乙所示的交变电压。

则下列说法中正确的有（ ）
A ．当单刀双掷开关与a 连接时，电压表的示数为22V
B ．当单刀双掷开关与b 连接时，在t ＝0.01s 时刻，电流表示数为4.4A
C ．当单刀双掷开关由a 拨向b 时，副线圈输出电压的频率变为25Hz
D ．当单刀双掷开关由a 拨向b 时，原线圈的输入功率变小 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】
A ．当单刀双掷开关与a 连接时，变压器原副线圈的匝数比为10∶1，输入电压
m
12
U =
＝
220 V 故根据变压比公式
1122101
U n U n == 可得输出电压为22 V ，电压表的示数为22V ，故A 正确；
B ．当单刀双掷开关与b 连接时，变压器原副线圈的匝数比为5∶1，输入电压U 1＝220 V ，故根据变压比公式，输出电压为44 V ，根据欧姆定律，电流表的示数即为输出电流的有效值
2244
A=4.4A 10
U I R =
= 故B 正确；
C ．由图象可知，交流电的周期为2210s -⨯，所以交流电的频率为
1
50Hz f T
=
= 当单刀双掷开关由a 拨向b 时，变压器不会改变电流的频率，所以副线圈输出电压的频率为50 Hz 。

故C 错误；
D ．当单刀双掷开关由a 拨向b 时，根据变压比公式，输出电压增加，故输出电流增加，故输入电流也增加，则原线圈的输入功率变大，故D 错误。

故选AB 。

8．在光滑水平桌面中央固定一边长为0.3m 的小正三棱柱abc 俯视如图．长度为L=1m 的细线，一端固定在a 点，另一端拴住一个质量为m=0.5kg 、不计大小的小球．初始时刻，把细线拉直在ca 的延长线上，并给小球以v 0=2m/s 且垂直于细线方向的水平速度，由于光滑棱柱的存在，细线逐渐缠绕在棱柱上（不计细线与三棱柱碰撞过程中的能量损失）．已知细线所能承受的最大张力为7N ，则下列说法中正确的是：
A ．细线断裂之前，小球角速度的大小保持不变
B ．细线断裂之前，小球的速度逐渐减小
C ．细线断裂之前，小球运动的总时间为0.7π（s ）
D ．细线断裂之前，小球运动的位移大小为0.9（m ） 【答案】CD 【解析】
试题分析：A 、B 细线断裂之前，绳子拉力与速度垂直，不做功，不改变小球的速度大小，故小球的速度
大小保持不变，由圆周运动的速度与角速度的关系式v=ωr，随r减小，小球角速度增大，故A、B错误；
绳子刚断裂时，拉力大小为7N，由F=m
2
v
r
，
解得此时的半径为r=
2
7
m，由于小球每转120°半径减小0.3m，则知小球刚好转过一周，细线断裂，则小球运动的总时间为t=3
12
000
2
22
111
···
333
r
r r
v v v
π
ππ
++
，其中r1=1m，r2=0.7m，r3=0.4m，v0=2m/s，解得t=0.7π（s），故C正确；小球每转120°半径减小0.3m，细线断裂之前，小球运动的位移大小为0.9m，故D正确．故选CD
考点：牛顿第二定律圆周运动规律
9．某电场在x轴上各点的场强方向沿x轴方向，规定场强沿x轴正方向为正，若场强E随位移坐标x变化规律如图，x1点与x3点的纵坐标相同，图线关于O点对称，则（）
A．O点的电势最低B．-x2点的电势最高
C．若电子从-x2点运动到x2点，则此过程中电场力对电子做的总功为零D．若电子从x1点运动到x3点，则此过程中电场力对电子做的总功为零
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．规定场强沿x轴正方向为正，依据场强E随位移坐标x变化规律如题目中图所示，电场强度方向如下图所示：
根据顺着电场线电势降低，则O电势最低，A正确；
B．由上分析，可知，电势从高到低，即为321
x x x
、、，由于
2
x
-点与
2
x点电势相等，那么
2
x
﹣点的电势不是最高，B错误；
C．若电子从2x
-点运动到
2
x点，越过横轴，图像与横轴所围成的面积之差为零，则它们的电势差为零，则此过程中电场力对电子做的总功为零，C正确；
D．若电子从1x点运动到3x点，图像与横轴所围成的面积不为零，它们的电势差不为零，则此过程中电场力对电子做的总功也不为零，D错误。

10．下列各种说法中正确的是________
A．用于识别假币的验钞机在验钞时，发出的光是红外线
B．现在所用光导纤维在传递通讯信号时利用了光的全反射原理
C．在同一池水中，黄光的传播的速度要比红光传播的速度慢
D．手机在通话时能听到声音，是因为手机除了能接收电磁波外又能接收声波E.光的衍射说明光在传播过程中可以发生弯曲
【答案】BCE
【解析】
【分析】
【详解】
A．验钞机发出的是紫外线，紫外线能使钞票上的荧光物质发光，故A错误；B．现在所用光导纤维在传递通讯信号时利用了光的全反射原理，故B正确；
C．由于黄光的频率大于红光的频率，故水对黄光的折射率大于水对红光的折射率，根据公式
c
v
n
可知
红光在水中传播的速度大于黄光在水中的速度，故C正确；
D．手机只能接收电磁波，不能接受声波，故D错误；
E．光发生衍射，说明光能绕过比较小的障碍物，故E正确。

故选BCE。

11．如图所示，轻弹簧一端与不可伸长的轻绳OC、DC连接于C（两绳另一端均固定），弹簧另一端连接
质量为m的小球。

地面上竖直固定一半径为R、内壁光滑的1
4
开缝圆弧管道AB，A点位于O点正下方
且与C点等高，管道圆心与C点重合。

现将小球置于管道内A点由静止释放，已知轻绳DC水平，当小球沿圆弧管道运动到B点时恰好对管道壁无弹力，管道与弹簧间的摩擦不计，重力加速度为g。

则小球从A运动到B的过程中（）
A．弹簧一直处于伸长状态
B．小球的机械能不守恒
C．小球在B点的动能为mgR
D．轻绳OC的拉力不断增大
【答案】ACD
【解析】
【详解】
AB ．当小球沿圆弧管道运动到B 点时恰好对管道壁无弹力，则小球在B 点由弹簧的拉力和重力提供向心力，即弹簧处于伸长状态，从A 到B 的过程弹簧的形变量没有变，故小球的机械能不变，选项A 正确，B 错误；
C ．从A 到B 的过程弹簧的形变量没有变，小球在B 点的动能等于小球在A 点的重力势能为mgR ，选项C 正确；
D ．设OC 与OA 的夹角为θ，CA 与水平夹角为α，C 点受力平衡，则竖直方向上有
cos sin OC AC F F θα=
解得
sin cos AC OC F F α
θ
=
从A 到B 的过程中，θ和弹簧的弹力F AC 不变，α不断增大，故OC 的拉力不断增大，D 正确。

故选ACD 。

12．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源的电动势E 和内阻r 不变，在没有磁场时调节变阻器R 使灯泡L 正常发光．若探测装置从无磁场区进入强磁场区，则
A ．灯泡L 变亮
B ．灯泡L 变暗
C ．电流表的示数变小
D ．电流表的示数变大 【答案】AC 【解析】 【详解】
CD ．探测装置进入强磁场区以后磁敏电阻阻值变大，回路总电阻变大，总电流减小，电流表示数变小，选项C 正确，D 错误；
AB ．由于总电流变大，则电源内电阻分压变小，路端电压变大，则电灯L 亮度增加，选项A 正确，B 错误。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．国标（GB ／T ）规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m 。

某同学利用图甲电路测量15℃自来水的
电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K 以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞（活塞电阻可忽略），右活塞固定，左活塞可自由移动。

实验器材还有： 电源（电动势约为3 V ，内阻可忽略）；电压表V 1（量程为3 V ，内阻很大）； 电压表V 2（量程为3 V ，内阻很大）；定值电阻R 1（阻值4 kΩ）； 定值电阻R 2（阻值2 kΩ）；电阻箱R （最大阻值9 999 Ω）； 单刀双掷开关S ；导线若干；游标卡尺；刻度尺。

实验步骤如下：
A ．用游标卡尺测量玻璃管的内径d ；
B ．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L ；
C ．把S 拨到1位置，记录电压表V 1示数；
D ．把S 拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V 2示数与电压表V 1示数相同，记录电阻箱的阻值R ；
E ．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C 、D ，记录每一次水柱长度L 和电阻箱阻值R ；
F ．断开S ，整理好器材。

（1）测玻璃管内径d 时游标卡尺示数如图乙，则d ＝_______mm ；
（2）玻璃管内水柱的电阻值R x 的表达式为：R x ＝_______（用R 1、R 2、R 表示）； （3）利用记录的多组水柱长度L 和对应的电阻箱阻值R 的数据，绘制出如图丙所示的1
R L
关系图象。

则自来水的电阻率ρ＝_______Ω·m （保留两位有效数字）；
（4）本实验中若电压表V 1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将_____（填“偏大”“不变”或“偏小”）。

【答案】30.00 12
R R R
14 偏大 【解析】 【分析】 【详解】
（1）[1]游标卡尺的主尺读数为：3.0cm=30mm ，游标尺上第0个刻度和主尺上刻度对齐，所以最终读数为：30.00mm ，所以玻璃管内径： d=30.00mm
（2）[2]设把S 拨到1位置时，电压表V 1示数为U ，则电路电流为：
1
U I R = 总电压：
1
x U E R U R =+ 当把S 拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V 2示数与电压表V 1示数相同也为U ，则此时电路中的电流为
U I R
= 总电压 2U E R U R =
+ 由于两次总电压等于电源电压E ，可得：
21x R R R R
＝ 解得：
12x R R R R
＝ （3）[3]从图丙中可知，R=2×103Ω时，
-11 5.0m L =，此时玻璃管内水柱的电阻： 124000x R R R R
=Ω＝ 水柱横截面积：
22
d S π=（） 由电阻定律L R S
ρ＝得： 2330104000 3.145142x R S m m L ρ-⎛⎫⨯=⨯⨯⨯Ω⋅≈Ω⋅ ⎪⎝⎭
＝ （4）[4]若电压表V 1内阻不是很大，则把S 拨到1位置时，此时电路中实际电流大于1U I R =，根据1
x U E R U R =+可知测量的R x 将偏大，因此自来水电阻率测量结果将偏大。

14．某同学想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数.如图甲所示，表面粗糙、一端装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上；木板上有一滑块，滑块右端固定一个轻小动滑轮，钩码和拉力传感器通过绕在滑轮上的轻细绳相连，细绳与长木板平行，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动（忽略滑轮的摩擦）.
①实验开始前打点计时器应接在___________（填“交流电源”或“直流电源”）上.
②如图乙为某次实验得到的纸带，s 1、s 2是纸带中两段相邻计数点间的距离，相邻计数点时间为T ，由此可求得小车的加速度大小为_____________（用1s 、2s 、T 表示）.
③改变钩码的个数，得到不同的拉力传感器示数(N)F 和滑块加速度2(m/s )a ,重复实验.以F 为纵轴，a 为横轴，得到的图像是纵轴截距大小等于b 倾角为θ的一条斜直线，如图丙所示,则滑块和轻小动滑轮的总质量为_______________kg ；滑块和长木板之间的动摩擦因数μ=______________.（设重力加速度为g ）
【答案】交流电源
2122s s T
- 2tanθ tg b g θ 【解析】
【分析】 由题中“测量滑块和长木板之间的动摩擦因数”可得，本题考查动摩擦因数测量实验，根据打点计时器数据处理、牛顿第二定律和相关实验操作注意事项可分析本题。

【详解】
①[1]打点计时器应接在交流电源上；
②[2]根据公式
2()m n x x m n aT -=-
可得
212
2s s a T -= ③[3]由图可知，滑块受到的拉力为拉力传感器示数的两倍，即2T F =
滑块收到的摩擦力为
f M
g μ=
有牛顿第二定律可得
T f Ma -=
计算得出F 与加速度a 的函数关系式为 22M Mg F a μ=+ 由图像所给信息可得图像截距为
2
Mg
b μ= 而图像斜率为 2M k =
计算得出
22tan M k θ==
[4]计算得出
tan b g μθ
= 【点睛】
本题重点是考查学生实验创新能力及运用图像处理实验数据的能力，对这种创新题目，应仔细分析给定的方案和数据，建立物理模型。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．在竖直面内有一水平向右的场强为34mg E q
=的匀强电场，AB 为电场中一条直线，与竖直方向夹角为θ（未知），一质量为m 电量为-q 的小球以一定的初动能E k0从P 点沿直线BA 向上运动，运动到最高点的过程中电势能增加了
k0825
E ，运动过程中空气阻力大小恒定，重力加速度取g ，(取出位置为零势能点)求：
(1)AB 与竖直方向夹角θ；
(2)小球返回P 点时的机械能E 。

【答案】 (1)37θ=︒，(2)k079
E E =。

【解析】
【详解】
(1)由于粒子沿BA 做直线运动，合外力与速度共线，由几何关系知： 3tan 4qE mg θ== 解得：37θ=︒；
(2)重力做功和电场力做功的关系：
3394416
W qEx mg h mgh ==⋅=电 由动能定理：
k0f 0-qEx mgh W E ---=克
得：
k0f 19
W E =克 故全程机械能减少量为： k0f 2Δ29
E W E ==克 故： k0k0f 729E E W E =-=
克 16．一列简谐横波某时刻的波形如图所示，质点P 正在向上运动，它所在的平衡位置为x=2m ，质点P 的振动方程为y=0.2sin5πt （m ），从该时刻开始计时，求∶
（i ）该简谐横波在介质中的传播速率；
（ii ）经过0.5s 时间，质点P 的位移和路程；
（iii ）从图示位置开始计时，经多长时间质点P 第三次到达波峰。

【答案】（i ）10m/s ；（ii ）0.2m ； 1.0m ；（iii ）0.9s
【解析】
【详解】
（i ）由图可知，波长4m λ=，由振动方程知周期0.4s T =，所以波速
10m /s v T λ
==
（ii ）P 在向上运动，波向右传播，经过0.5s 时间，质点P 的位移为0.2m ，路程为1.0m 。

（iii ）P 第三次到达波峰的时间为 120.9s 4t T ==
17．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（
3h ，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 12
O 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。