湖北省鄂州市2021届新高考第四次大联考物理试卷含解析

湖北省鄂州市2021届新高考第四次大联考物理试卷
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1月3日，“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面南极—艾特肯盆地内的冯卡门撞击坑内，实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

“嫦娥四号”初期绕地球做椭圆运动，经过变轨、制动后，成为一颗绕月球做圆周运动的卫星，设“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的轨道半径为r 、周期为T ，已知月球半径为R ，不计其他天体的影响。

若在距月球表面高度为h 处（h R =）将一质量为m 的小球以一定的初速度水平抛出，则小球落到月球表面的瞬间月球引力对小球做功的功率P 为（ ）
A ．
B ．
C ．
D ． 【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】 ABCD ．设月球的质量为M ，卫星的质量为m '，卫星绕月球做匀速圆周运动，有
2
224πGMm m r r T
''= 卫星在月球表面时有
2
GMm m g R ''=月 联立以上两式解得
23
224πr g T R
=月 小球在月球表面做平抛运动，在竖直方向上有
232
228π2y
r h v g h T R ==月 则小球落到月球表面瞬间月球引力对小球做功的功率
y P mg v ==月 故选C 。

2．心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压U 1会随着心跳频率发生变化。

如图所示，心电仪与一理想变压器的初级线圈相连接，扬声
器（等效为一个定值电阻）与一滑动变阻器连接在该变压器的次级线圈。

则（）
A．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，扬声器的功率变大
B．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，原线圈电流I1变小
C．若保持U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，扬声器获得的功率增大
D．若保持U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，副线圈的电流I2增大
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，根据变压器原副线圈的电压与匝数关系可知，次级电压U2减小，则扬声器的功率变小；次级电流减小，则初级电流I1也减小，选项A错误，B正确；
CD．若保持U1不变，则次级电压U2不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，则R电阻变大，次级电流I2减小，则扬声器获得的功率减小，选项CD错误。

故选B。

3．如图，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的U-I图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光．另有一相同材料制成的灯泡L2，标有“6V，22W”，下列说法中正确的是（）
A．电源的内阻为3.125ΩB．把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光
C．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等D．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
根据U-I图象可得：电源的电动势为E=4V，图线A的斜率大小表示电源的内阻，则
102 2.53.2U r I ∆-==Ω=Ω∆，故A 错误；灯泡与电源连接时，A 、B 两图线的交点表示灯泡的工作状态，可知其电压U=6V ，I=1.6A ，则灯泡L 1的额定电压为6V ，功率为：P=UI=9.6W ，把灯泡L 1换成“6V ，
22W”的灯泡L 2，不能正常发光，根据功率公式：2
U P R
=可知：灯泡L 2的正常工作时的电阻为：22
26 1.6422
U R P ==Ω=Ω，可得灯泡L 1的电阻为:16 3.751.6U R I ==Ω=Ω，则知正常发光时灯泡L 2的电阻更接近电源的内阻，但此时灯泡并没有达到正常发光，而此时L 2的电阻是不确定的；电源的输出功率可能变大，可能相等，也有可能变小，故BD 错误，C 正确．所以C 正确，ABD 错误．
4．如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R ，金属棒与两导轨始终保持垂直，并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在水平匀强磁场中，棒在竖直向上的恒力F 作用下匀速上升的一段时间内，下列说法正确的是（ ）
A ．通过电阻R 的电流方向向左
B ．棒受到的安培力方向向上
C ．棒机械能的增加量等于恒力F 做的功
D ．棒克服安培力做的功等于电路中产生的热量
【答案】D
【解析】
【详解】
A.由右手定则可以判断出通过金属棒的电流方向向左，则通过电阻R 的电流方向向右，故选项A 错误；
B.由左手定则可以判断出金属棒受到的安培力方向向下，故选项B 错误；
C.根据平衡条件可知重力等于恒力F 减去安培力，根据功能关系知恒力F 做的功等于棒机械能的增加量与电路中产生的热量之和，故选项C 错误；
D.金属棒在竖直向上的恒力F 作用下匀速上升，安培力做负功，即克服安培力做功，根据功能关系知金属棒克服安培力做的功等于电路中产生的热量，故选项D 正确。

5．一质点做匀加速直线运动连续经历了两段相等的时间。

下列对这两个阶段判断正确的是（ ） A ．位置变化量一定相同
B ．动能变化量一定相同
C ．动量变化量一定相同
D ．合外力做功一定相同
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．匀加速直线运动的物体连续经历了两段相等的时间，根据2012
x v t at =+
可知位移不相等，位置变化不同，选项A 错误；
BD ．根据动能定理可知，合外力做功不相等，则动能变化量不相同，选项BD 错误；
C ．根据动量定理F t p ∆=∆，可知动量变化量一定相同，选项C 正确；
故选C 。

6．如图所示的甲、乙两图中，M 为自耦变压器，R 是滑动变阻器，P 1、P 2分别足它们的滑动键，将它们的输入端a 、b 、c 、d 分别接到相同的正弦交流电源上，在它们的输出端e 、f 和g 、h 上各接一个灯泡L 1和L 2，两灯泡均发光。

现将它们的滑动键P 均向下滑动一小段距离，若在此过程中，灯泡不至于烧坏，则（ ）
A ．L 1、L 2均变亮
B ．L 1变亮，L 2变暗
C ．L 1变暗，L 2变亮
D ．L 1、L 2均变暗
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
甲图向下滑动时匝数比变小，副线圈的电压增大，所以L 1一定变亮，乙图向下滑动时，L 2支路电阻增大，回路中电流减小，所以L 2一定变暗，故B 正确ACD 错误。

故选B 。

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．有一定质量的理想气体，其压强p 随热力学温度T 的变化的图象如图所示，理想气体经历了A B C D →→→的循环过程。

下列分析正确的是（ ）
A ．A
B →过程中气体吸收热量
B ．四个状态中，只有状态B 时理想气体分子的平均动能最大
C ．B C →过程气体对外界做功，并从外界吸收热量
D ．C D →过程中气体吸收热量并对外做功
E.四个状态中，A 状态时气体的体积最小
【答案】ACE
【解析】
【详解】
A.由p T -图象可知，A B →过程压强不变，温度升高，内能增加，由
pV C T =可知，气体体积增大，对外做功，由U Q W ∆=+知，气体吸热，故A 正确；
B.B C →恒温过程，气体分子平均动能不变，故B 错误；
C.B C →过程，0U ∆=，压强p 减小，由
pV C T =可知体积V 增加，气体对外做功，因此气体一定吸热，故C 正确；
D.C D →过程，压强p 恒定，T 减小，U 减小，由pV C T
=可知体积V 减小，则外界对气体做功，由U Q W ∆=+可知，气体放热，故D 错误；
E.BD 延长线通过原点，体积相等，即D B V V =，A B →过程B A V V >，B C →过程C B V V >，综上分析可知C B D A V V V V >=>，状态A 气体体积最小，故E 正确。

故选：ACE 。

8．如图所示，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压为U ，额定功率为P ，变压器为理想变压器，若四个灯泡都正常发光，则（ ）
A．变压器原副线圈的匝数比为1∶2 B．变压器原、副线圈的匝数比为2∶1
C．电源电压为2U D．电源电压为4U
【答案】BD
【解析】
【详解】
AB．如图所示，设每个灯泡额定电流为（正常发光），则原线圈电流为
原
副线圈中两灯并联，电流为
副
变压器有
原副
解得
故A错误，B正确；
CD．
副原
变压器有
原副
解得
故C错误，D正确。

故选BD。

9．在如图所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表，电源电动势为E，内阻为r，电路中定值电阻1R 的阻值小于电源内阻r，则当滑动变阻器R的滑片由a端向b端滑动的过程中，电流表1A、2A，电压表V
∆，下列说法正确的是（）
的示数变化量的绝对值分别为1I∆、2I∆、U
A ．两个电流表的示数均减小
B ．电压表的示数增大
C ．12I I ∆<∆
D ．2
U r I ∆=∆ 【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】 B ．滑动变阻器R 的滑片由a 端向b 端滑动的过程中，滑动变阻器R 接入电路的电阻变大，电路中总电阻
变大，总电流变小，电流表2A 的示数变小，内电压减小，外电压增大，电压表的示数增大，选项B 正确；
A ．1R 两端的电压增大，电流表1A 的示数增大，选项A 错误：
C ．因
2U r I ∆=∆，2U I r
∆∆= 设1R 两端电压变化量大小为1U ∆，
111U R I ∆=∆，111
U I R ∆∆= 因为1U U ∆<∆，1r R >，所以12I I ∆>∆，选项C 错误；
D ．由于r
E U U =+，因此电源内电压变化量的绝对值
r U U ∆=∆
因此
22
r U U r I I ∆∆==∆∆ 选项D 正确。

故选BD 。

10．氢原子的能级如图所示，普朗克常量为h 。

处于第4能级的大量氢原子向第2能级跃迁，下列说法中正确的是（ ）
A ．可以释放出3种不同频率的光子
B ．可以释放出2种不同频率的光子
C ．所释放的光子的最小频率为43-E E h
D ．所释放的光子的最小频率为与42-
E E h
【答案】AC
【解析】
【详解】 AB ．大量氢原子处在4E 能级，向下面的2E 能级跃迁，有三种情况
42E E →、43E E →、32E E →
由E hv ∆=知光子的频率有3种。

故A 正确，B 错误；
CD ．其中43E E →跃迁放出的能量最小，相应光子的频率最小，为
43E E E v h h
-∆== 故C 正确，D 错误。

故选AC 。

11．如图所示，匀强电场中三点A 、
B 、
C 是一个三角形的三个顶点，30ABC CAB ∠=∠=︒，23m BC =，电场线平行于ABC ∆所在的平面。

一个带电荷量6
210C q -=-⨯的点电荷由A 点移到B 点的过程中，电势能增加61.210J -⨯，由B 移到C 的过程中电场力做功6610J -⨯，下列说法中正确的是（ ）
A ．
B 、
C 两点间的电势差3V BC U =- B ．A 点的电势低于B 点的电势
C ．负电荷由A 点移到C 点的过程中，电势能增加
D ．该电场的电场强度大小为2V/m 【答案】AC
【解析】
【详解】
AB ．点电荷由A 点移到B 点的过程中，电势能增加61.210J -⨯，则电场力做功W AB =61.210J --⨯，A 、
B 两点间的电势差
661.210J 6V 210
C
AB AB U W q ---⨯===-⨯ 同理
66610J 3V 210C
B B
C C W U q --⨯===--⨯ A 点的电势高于B 点的电势，故A 正确、B 错误；
C ．设AB 连线中点为
D ，则3V BD U =-，D 点电势与C 点相等，所以电场线方向由A 指向B ，现把负电荷由A 点移动到C 点，电场力做负功，电势能增加，故C 正确；
D ．该电场的场强
V/m 1V/m 2cos3032232AB U BC E ==︒⨯=⨯
故D 错误。

故选AC 。

12．如图所示，在光滑水平的平行导轨MN 、HG 左端接一阻值为2
R 的电阻0R （导轨电阻不计），两轨道之间有垂直纸面向里的匀强磁场。

一电阻也为2
R 的金属杆，垂直两导轨放在轨道上。

现让金属杆在外力作用下分别以速度v 1、v 2由图中位置1匀速运动到位置2，两次运动过程中杆与导轨接触良好，若两次运动的速度之比为1:2，则在这两次运动中下列说法正确的是（ ）
A ．R 0两端的电压之比为U 1:U 2＝1:2
B ．回路中产生的总热量之比Q 1:Q 2＝1:4
C ．外力的功率之比P 1:P 2＝1:2
D ．通过导体横截面的电荷量q 1:q 2＝1:1
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．两种情况下杆产生的电动势分别为
11E BLv =、22E BLv =
回路中的总电阻为R 。

故回路中两次的电流分别为
11BLv I R =、2
2BLv I R =
故电流之比为
112212
I v I v == 根据欧姆定律，R 0两端的电压之比
112212
U I U I == 故A 正确；
B ．两次运动所用的时间为
121212
21L
t v v L t v v === 故产生的热量之比为
2111222212
Q I Rt Q I Rt == 故B 错误；
C ．由于棒做匀速直线运动，故外力的功率等于回路中的功率，故
21122214
P I R P I R == 故C 错误。

D ．两种情况下磁通量的变化量相同，则通过导体横截面的电荷量为
q I t t t R R
∆Φ∆Φ=∆=∆=∆⋅ 故通过电阻横截面的电荷量为
q 1:q 2=1:1
故D 正确。

故选AD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．某同学猜想：弹簧的弹性势能与其劲度系数成正比、与其形变量x ∆的二次方成正比，即()2p E b x =∆；其中b 为与弹簧劲度系数成正比例的常数。

该同学设计以下实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。

如
图所示，在水平桌面上放置一个气垫导轨，将弹簧一端固定于气垫导轨左侧。

调整导轨使滑块能在导轨上自由匀速滑动。

将光电门固定在离弹簧右侧原长点稍远的位置。

推动滑块压缩弹簧一段合适的距离后，由静止释放滑块。

滑块离开弹簧后运动通过光电门。

通过测量和计算研究上述猜想。

实验中进行以下测量：
A ．测得滑块的质量m ；
B ．测得滑块上遮光片的宽度d ；
C ．测得弹簧的原长0L ；
D ．推动滑块压缩弹簧后，测得弹簧长度L ；
E.释放滑块后，读出滑块遮光片通过光电门的时间t ；
F.重复上述操作，得到若干组实验数据，分析数据并得出结论。

回答下列问题。

（前三个问题用实验测得的物理量字母及比例常数b 表示）
（1）滑块离开弹簧后的动能为k E =________。

（2）由能量守恒定律知弹簧被压缩后的最大弹性势能p E 与滑块弹出时的动能k E 相等。

若关于弹簧弹性势能的猜想正确，则()2
0L L -=________。

（3）用图像处理实验数据并分析结论，得出的图像如图所示。

该图像不过坐标原点的原因是
________________。

（只填写一条）
（4）若换用劲度系数更大的弹簧做实验，图像斜率将________。

（选填“不变”“变大”或“变小”） （5）若实验中测得的一组数据：0.05kg m =，0.02m d =，00.1m L =，0.08m L =，0.04s t =。

由此计算比例常数b =________N/m 。

【答案】2
22md t
222md bt 滑块运动过程中受阻力 变小 15.625 【解析】
【详解】
（1）[1]．滑块匀速通过光电门有
d vt =
滑块动能
212
k E mv =
解得 2
22k md E t
=① （2）[2]．弹簧被最大压缩后的最大弹性势能
()2
0p E b L L =-②
最大弹性势能与滑块的动能k E 相等，解①②式得 ()2
2022md L L bt
-=③ （3）[3]．该图像在纵轴上有正截距。

则③式为
()2
2022md L L c bt
-=+（c 为截距） 则滑块的动能小于弹簧的最大弹性势能，主要原因是滑块运动过程中受阻力，或导轨右侧高于左侧。

（4）[4]．由③式知，图像的斜率为2
2md b。

换用劲度系数更大的弹簧做实验，则b 更大，则图像斜率变小。

（5）[5]．由③式得
()()()2
2222200.05kg (0.02m)15.625N/m 220.1m 0.08m 0.04md b L L t s ⨯===-⨯-⨯
14．某实验小组欲将电流表 G 1 的量程由3mA 改装为 0.6A 。

实验器材如下：
A ．待测电流表G 1（内阻约为10Ω）；
B ．标准电流表G 2（满偏电流为6mA ）；
C ．滑动变阻器R （最大阻值为3kΩ ）；
D ．电阻箱R'（阻值范围为0~999.9 Ω）；
E ．电池组、导线、开关。

(1)实验小组根据图甲所示的电路测电流表G1的内阻，请完成以下实验内容：
①将滑动变阻器R调至最大，闭合S1；
②调节滑动变阻器R，使电流表G1满偏；
③再闭合S2，保持滑动变阻器R 不变，调节电阻箱R'，电流表G1指针的位置如图乙所示，此时电阻箱R'的示数为4.5Ω。

可知电流表G1内阻的测量值为_______，与真实值相比______（选填“偏大”、“相等”或“偏小”）；
(2)为了更加准确地测量电流表G1的内阻，实验小组利用上述实验器材重新设计实验，请完成以下实验内容：
①完善图丙的实物图连接________；
②实验小组根据图丙进行实验，采集到电流表G1、G2的示数分别为3.0mA 、5.0mA ，电阻箱的读数为
15.0Ω，则电流表G1内阻为________Ω；
③实验小组将电流表G1改装成量程为0.6A 的电流表，要_____（选填“串联”或“并联”）一个阻值
R x=____________Ω的电阻（结果保留一位有效数字）。

【答案】9.0 偏小10.0 并联0.05
【解析】
【分析】
【详解】
(1)③[1][2]．调节滑动变阻器R，使电流表G1满偏，即3mA；再闭合S2，保持滑动变阻器R 不变，，则可认为总电流不变，调节电阻箱R'，电流表G1读数为1mA，可知通过电阻箱的电流为2mA，此时电阻箱R'的示数为4.5Ω。

可知电流表G1内阻的测量值为9.0Ω；
实际上，当闭合S2后回路电阻减小，则总电流变大，即大于3mA，则电流计读数为1mA，则电阻箱R'的电流大于2mA，则此时实际上电流表阻值大于9.0Ω，即测量值比真实值偏小；
(2)①[3]．图丙的实物图连接如图：
②[4]．由电路图可知，电流计G1的阻值
21
1
1
()(53)15.0
10.0
3
G
I I R
r
I
--⨯
==Ω=Ω
③[5][6]．实验小组将电流表G1改装成量程为0.6A 的电流表，要并联一个电阻，阻值为
3
1
3
g
31010
0.05
0.6310
g G
x
I r
R
I I
-
-
⨯⨯
==Ω≈Ω
--⨯
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图所示，平面直角坐标系第一象限中，两个边长均为L的正方形与一个边长为L的等腰直角三角形相邻排列，三个区域的底边在x轴上，正方形区域I和三角形区域Ⅲ存在大小相等，方向沿y轴负向的匀强电场。

质量为m、电量为q的带正电粒子由正方形区域I的顶点A以初速度v0沿x轴正向射入区域I，离开电场后打在区域Ⅱ底边的中点P。

若在正方形区域Ⅱ内施加垂直坐标平面向里的匀强磁场，粒子将由区域Ⅱ右边界中点Q离开磁场，进入区域Ⅲ中的电场。

不计重力，求：
(1)正方形区域I中电场强度E的大小；
(2)正方形区域Ⅱ中磁场磁感应强度的大小；
(3)粒子离开三角形区域的位置到x轴的距离。

【答案】（1）
2
mv
E
qL
=；（2）0
2mv
B
qL
=（3）)
31L
【解析】
【分析】
（1）带电粒子在区域Ⅰ中做类平抛，根据平抛运动的规律列式求解场强E；（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系求解半径，从而求解B；（3）在Q点进入区域Ⅲ后，若区域Ⅲ补成正方形区域，空间布满场强为E的电场，由对称性可知，粒子将沿抛物线轨迹运动到（3L，L）点，离开方向水平向右，
通过逆向思维，可认为粒子从（3L ，L ）点向左做类平抛运动。

【详解】
（1）带电粒子在区域Ⅰ中做类平抛
0L v t =
212
y at = y v at =
Eq a m
= 设离开角度为θ，则0tan y
v v θ= 离开区域Ⅰ后作直线运动tan 2
L y
L θ-=
由以上各式得 20mv E qL
= 45θ=o
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动
0v =
2
mv qvB R
=
有几何关系可得2
R = 可求得 02mv B qL
= （3）在Q 点进入区域Ⅲ后，若区域Ⅲ补成正方形区域，空间布满场强为E 的电场，由对称性可知，粒子将沿抛物线轨迹运动到（3L ，L ）点，离开方向水平向右，通过逆向思维，可认为粒子从（3L ，L ）点向左做类平抛运动，当粒子运动到原电场边界时
0x v t ''=
212
y at ''= x y L ''+=
解得(2y L '=
因此，距离x 轴距离
1)d L y L '=-=
【点睛】
带电粒子在电场中的运动往往用平抛运动的的规律研究；在磁场中做圆周运动，往往用圆周运动和几何知识，找半径，再求其他量；
16．如图所示，一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直放置，内有活塞，其横截面积为S=1×10－4m 2，质量为m=1kg ，活塞上放有一个质量M=2kg 的物块，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气，其内密封有一定质量的
理想气体，气柱高度h=0.2m 。

已知大气压强p 0=1.0×
105Pa ，重力加速度g=10m/s 2。

(1)如果拿掉活塞上的物块，气柱高度将变为原来的多少倍；
(2)如果缓慢降低环境温度，使活塞恢复到原高度，此过程中气体放出热量5J ，求气体内能的增量ΔU 。

【答案】 (1)2倍；(2)-1J
【解析】
【分析】
【详解】
(1)拿掉活塞上的物块，气体做等温变化 初态：10()M m g p p S +=
+，1V hS = 末态：20mg p p S
=+，2V h S '= 由气体状态方程得
12p Sh p Sh '=
整理得
h h .'==204m 故2h h
'= (2)在降温过程中，气体做等压变化，外界对气体作功为
2()4J W p S h h '=-=
由热力学第一定律
U W Q ∆=+
可得
4J (5)J 1J U ∆=+-=-
17．在容积为40L 的容器中，盛有压缩二氧化碳3.96kg ，该容器能承受的压强不超过6.0⨯106pa ，求容器会有爆炸危险时内部气体达到的摄氏温度？（已知二氧化碳在标准状态下的密度是1.98kg/m 3，温度是0℃，压强是1⨯105pa ）
【答案】54.6℃
【解析】
【详解】
容器内的气体在标准状态下的状态量分别为：T 1=273K ，p 1=1⨯105pa ，331396m 2m 198m .V .ρ=
== 气体达到爆炸点的状态量为：p 2=6.0⨯106pa ，V 2=40L=0.04m 3 根据理想气体状态方程
112212
PV PV T T =，代入数据，有爆炸危险时内部气体达到的温度 T 2=327.6K
达到的摄氏温度t 2=54.6℃。

答：容器会有爆炸危险时内部气体达到的摄氏温度是54.6℃。