黑龙江省牡丹江市2021届第四次新高考模拟考试物理试卷含解析

黑龙江省牡丹江市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．如图所示，长为d 、质量为m 的导体棒ab ，置于倾角为θ的光滑斜面上。

导体棒与斜面的水平底边始终平行。

已知导体棒电流方向从a 到b ，大小为I ，重力加速度为g 。

若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，则磁感应强度的最小值和对应的方向是（ ）
A ．sin mg Id θ，方向垂直于斜面向下
B ．sin mg Id
θ ，方向垂直于斜面向上 C ．tan mg Id
θ，方向竖直向上 D ．tan mg Id θ， 方向竖直向下 【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
根据三角形定则知，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，根据共点力平衡可知，安培力的最小值为 F=mgsinα
此时所加的磁场方向垂直于斜面向下，即为
mgsinθ=BId
解得
sin mg B Id
θ= 方向垂直于斜面向下，故A 正确、BCD 错误。

故选A 。

2．一只小鸟飞停在一棵细树枝上，随树枝上下晃动，从最高点到最低点的过程中，小鸟（ ）
A ．一直处于超重状态
B ．一直处于失重状态
C ．先失重后超重
D ．先超重后失重
【答案】C
【解析】 小鸟随树枝从最高点先向下加速后向下减速到最低点，所以小鸟先处于失重状态，后减速处于超重状态，故C 正确．
点晴：解决本题关键理解超重与失重主要看物体的加速度方向，加速度方向向上，则物体超重，加速度方向向下，则物体失重．
3．一端装有定滑轮的粗糙斜面体放在地面上，A 、B 两物体通过细绳连接，并处于静止状态，不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦，如图所示．现用水平力F 作用于物体B 上，缓慢拉开一小角度，此过程中斜面体与物体A 仍然静止．则下列说法正确的是
A ．在缓慢拉开
B 的过程中，水平力F 不变
B ．物体A 所受细绳的拉力一定变大
C ．物体A 所受斜面体的摩擦力一定变大
D ．物体A 所受斜面体的作用力的合力一定变大
【答案】B
【解析】
【分析】
先对物体B 分析，根据共点力平衡条件求出绳子拉力；再对木块A 分析，可以得出各个力的情况。

【详解】
A.对木块B 受力分析,如图所示,根据共点力平衡条件有:B F m gtan θ=，在缓慢拉开B 的过程中,θ变大,故
F 变大,故A 错误；
B.根据共点力平衡有cos B m g T θ
=,在缓慢拉开B 的过程中,θ变大,故T 变大，B 正确; C.物体A 受重力、支持力、细线的拉力,可能没有静摩擦力,也可能有沿斜面向下的静摩擦力,还有可能受沿斜面向上的静摩擦力,故拉力T 变大后,静摩擦力可能变小,也可能变大,C 错误；
D.支持力不变,故斜面对物体A 的作用力的合力可能增大也可能减小或不变,D 错误。

【点睛】
本题关键分别对A 、B 受力分析，然后根据共点力平衡条件分析求解。

4．如图所示，U 形气缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体，已知气缸不漏气，活塞移动过程中与气缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为p 0，活塞紧压小挡板.现缓慢升高气缸内气体的温度，则选项图中能反映气缸内气体的压强p 随热力学温度T 变化的图象是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】B
【解析】
【详解】
当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等容变化，根据查理定律，缸内气体的压强P 与热力学温度T 成正比，在P-T 图象中，图线是过原点的倾斜的直线；当活塞开始离开小挡板（小挡板的重力不计），缸内气体的压强等于外界的大气压，气体发生等压膨胀，在P-T 中，图线是平行于T 轴的直线． A ．该图与结论不相符，选项A 错误；
B ．该图与结论相符，选项B 正确；
C ．该图与结论不相符，选项C 错误；
D ．该图与结论不相符，选项D 错误；
故选B ．
【点睛】
该题考查了气体状态变化时所对应的P-T 图的变化情况，解答该类型的题，要熟练地掌握P-T 图线的特点，当体积不变时，图线是通过坐标原点的倾斜直线，压强不变时，是平行于T 轴的直线，当温度不变时，是平行于P 轴的直线．
5．一简谐机械波沿x 轴正方向传播，周期为T ，波长为λ。

若在x = 0处质点的振动图像如图所示，则该波在2T t =时刻的波形曲线为（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
由振动图像可知，在 x =0处质点在2
T t =时刻处于平衡位置，且要向下振动，又由于波的传播方向是沿x 轴正方向传播，根据同侧法可判断出选项A 是正确的，BCD 错误；
故选A ．
6．如图所示，电路中所有原件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是（ ）
A ．入射光强较弱
B ．入射光频率太高
C ．电源正负极接反
D ．光照射时间太短
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．根据光电效应方程
0km h W E ν=+
可知光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系，A 错误；
B ．若入射光频率太高，则一定大于金属的极限频率，故一定可以发生光电效应，电流计中可能电流通过，B 错误；
C ．电源正负极接反时，光电管加上反向电压，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流，C 正确；
D ．光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系，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．如图所示，在半径为R 的圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B 。

P 是磁场边界上的一点，大量电荷量为q 、质量为m 、相同速率的离子从P 点沿不同方向同时射入磁场。

其中有两个离子先后从磁场边界上的Q 点（图中未画出）射出，两离子在磁场边缘的出射方向间的夹角为60︒，P 点与Q 点的距离等于R 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．离子在磁场中的运动半径为36
R B 3qBR C ．两个离子从Q 点射出的时间差为
23m qB π D ．各种方向的离子在磁场边缘的出射点与P 点的最大距离为
233
R 【答案】BCD
【解析】
【详解】 从Q 点能射出两个离子，则离子圆周运动半径r 小于磁场区域圆半径R ，运动轨迹如图所示。

PQO ∆为等边三角形。

A ．由几何关系得
2
R PM =
又有 sin 60
PM r ︒= 解两式得
3r R =① 选项A 错误；
B ．在磁场中做圆周运动有
2
mv qvB r
=② 解①②式得
3qBR v = 选项B 正确；
C ．圆周运动的周期为
2m T qB
π= 两离子在磁场中运动的时间分别为
13
T t = 223T t = 则从磁场射出的时间差为
23m t qB
π∆= 选项C 正确；
D ．各种方向的离子从磁场中的出射点与P 点的最大距离为
23 2
3R
r
选项D正确；
故选BCD.
8．如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上．t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动．运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示．下列图像中可能正确的是
A．B．C．D．
【答案】AC
【解析】
【详解】
ab棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向右做减速运动，；金属棒cd受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度减小，当两棒速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为0，故AC正确，BD错误．9．一列简谐横波，某时刻的波形如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是________．
A．该波沿x轴正向传播
B．该波的波速大小为1 m/s
C．经过0.3 s，A质点通过的路程为0.3 m
D．A、B两点的速度有可能相同
E.若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象，则所遇到的波的频率为0.4 Hz
【答案】ABC
【解析】
【分析】
【详解】
A．由A质点的振动图象读出该时刻质点A的振动方向沿y轴负方向，由质点的振动方向与波传播方向的
关系，可知波沿x 轴正向传播，故A 正确．
B ．由题图甲可知波长为 λ=0.4m ，由题图乙可知周期为 T=0.4s ，则波速为 v= T λ
=1m/s ；故B 正确． C ．经过0.3s=34
T ，则A 质点通过的路程为s=3A=0.3m ；故C 正确． D ．A 、B 两点间距为半个波长，振动情况始终相反，速度不可能相同；故D 错误．
E ．发生稳定的干涉现象需要频率相同，则所遇到的波的频率 f=
1T
=2.5Hz 时才能产生的稳定干涉．故E 错误．
故选ABC ．
点睛：根据振动图象读出各时刻质点的振动方向，由质点的振动方向判断波的传播方向是基本功，要熟练掌握．
10．将小球以某一初速度从地面竖直向上抛出，取地面为零势能面，小球在上升过程中的动能k E ，重力势能p E 与其上升高度h 间的关系分别如图中两直线所示，取210m/s g =，下列说法正确的是（ ）
A ．小球的质量为0.2kg
B ．小球受到的阻力（不包括重力）大小为0.25N
C ．小球动能与重力势能相等时的高度为2013
m D ．小球上升到2m 时，动能与重力势能之差为0.5J
【答案】BD
【解析】
【详解】
A ．由图知，小球上升的最大高度为h=4m ，在最高点时，小球的重力势能
p 4J E mgh ==
得
P 0.1kg E m gh
== 故A 错误；
B ．根据除重力以外其他力做的功
W E =∆其
则有
fh E E -=-低高
由图知
4J 5J E E ==低高，
又
4m h =
解得
0.25N f =
故B 正确；
C ．设小球动能和重力势能相等时的高度为H ，此时有
212
mgH mv = 由动能定理有 2201122fH mgH mv mv --=
- 由图知
201=5J 2
mv 联立解得
20=m 9
H 故C 错误； D ．由图可知，在h=2m 处，小球的重力势能是2J ，动能是
5J=2.5J 2，所以小球上升到2m 时，动能与重力势能之差为
2.5J 2J 0.5J -=
故D 正确。

故选BD 。

11．下列说法中正确的是（ ）
A ．物体温度升高，每个分子的热运动动能都增大
B ．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
C ．一定量100C ︒的水变成100C ︒的水蒸汽，其分子之间的势能减小
D ．影响气体压强大小的两个因素是气体分子的平均动能和分子的密集程度
E.由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性的
【答案】BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．温度是分子热运动平均动能的标志，物体的温度升高，分子的平均动能增大，并不是每个分子热运动的动能都增大，故A错误；
B．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，故B正确；
C．一定量100C︒的水变成100C︒的水蒸汽其内能增加，但分子平均动能不变，其分子之间的势能增大，故C错误；
D．根据压强的微观意义可知，气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关，故D正确；
E．多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体具有各向同性现象，故E正确。

故选BDE。

12．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的杀伤武器。

下图是电磁炮的原理示意图，与电源的正、负极相连的水平平行金属轨道位于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道所在平面向上，通电的导体滑块将在磁场中向右加速，下列说法正确的是（）
A．a为电源正极
B．仅增大电源电动势滑块出射速度变大
C．仅将磁场反向，导体滑块仍向右加速
D．仅减小弹体质量，其速度变化率增大
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据左手定则可知，受到的安培力向右，电流方向由下向上流过滑块，则b为电源正极，故A错误；B．仅增大电源电动势，流过滑块的电流增大，安培力增大，加速度增大，速度变化增大，故B正确；C．仅将磁场反向，根据左手定则可知，滑块向左加速，故C错误；
D．仅减小弹体质量，滑块的合力不变，根据牛顿第二定律可知，加速度增大，速度变化量增大，故D正确。

故选BD。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．用如图所示实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒，m 2从高处由静止开始下落，m 1上拖着的纸带打出一系列的点，下图给出的是实验中获取的一条纸带：O 是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点未标出，交流电的频率为50Hz ，计数点间的距离如图所示。

已知m 1=50g ，m 2=150g ，则：（g 取9.8m/s 2，结果均保留两位有效数字）
(1)在打点0~5过程中系统动能的增加量ΔE k =________J ，系统势能的减少量ΔE P =__________J ；
(2)若某同学作出v 2-h 图像如图所示，则当地的实际重力加速度g=_________m/s 2。

【答案】0.58 0.59 9.7
【解析】
【详解】
(1)[1]匀变速直线运动某段时间内，中间时刻速度等于平均速度：
640.86400.3840m/s 2.4m/s 220.1
x x v T --===⨯ 动能增加量： 2k 121Δ()0.58J 2E m m v =
+≈； [2]系统势能的减少量：
p 21Δ()0.59J E m m gh =-≈；
(2)[3]根据机械能守恒定律：
221121()(2
)m m gh m m v -+= 得：
221122()()
m m g v h m m -=+ 斜率：
21122()13.58() 1.40
m m g k m m -==+ 得出：g≈9.7m/s 2。

14．为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置。

其中M 为带滑轮的小车的质量，m 为砂和砂桶的质量。

(滑轮质量不计)
(1)实验时，一定要进行的操作是______。

A．用天平测出砂和砂桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带
E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两相邻计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为______m/s2(结果保留两位有效数字)。

(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为______。

A．2tanθB．
1
tanθ
C．k D．
2
k
【答案】BCD 1.3 D
【解析】
【详解】
(1)[1]AE．本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂）的质量远小于车的总质量，AE错误；
B．该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，B正确；
C．打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，C正确；
D．改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，D正确；
故选：BCD。

(2)[2]相邻计数点间的时间间隔为
30.020.06s
T=⨯=，
连续相等时间内的位移之差：
0.5cm
x∆=，
根据2x aT ∆=得：
2
22220.510m /s 1.3m /s 0.06
x a T -∆⨯===； (3)[3]对a-F 图来说，图象的斜率表示小车质量的倒数，此题，弹簧测力计的示数：
2F Ma =，
即
2a F M
=， a-F 图线的斜率为k ，则
2k M
=， 故小车质量为：
2M k
=， 故D 正确。

故选D 。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．某种透明材料制成的半球壳，外径是内径的两倍，过球心O 的截面如图所示，A 是外球面上的点，AO 是半球壳的对称轴。

一单色光在图示截面内从A 点射入，当入射角i=45°时折射光恰与内球面相切于B 点。

（i ）求透明材料对该光的折射率；
（ii ）要使从A 点入射光的折射光能从内球面射出半球壳，求光在A 点入射角应满足的条件。

【答案】（i ）2n =
（ii ）i<30° 【解析】
【分析】
【详解】 （i ）当入射角i=45°时，设折射角为r ，透明材料对该光的折射率为n ，ΔABO 为直角三角形，则 sin 2R r R =
sin sin i n r
= 解得
r=30° 2n =
（ii ）光在A 点入射角为i′时，设折射角为r′，折射光射到内球面上的D 点刚好发生全反射，则折射光完全不能从内球面射出半球壳，折射光在内球面的入射角等于临界角为C ，如图所示，在ΔADO 中，由正弦定理有
()
2sin 'sin 180R R r C =︒- 1sin C n =
sin 'sin '
i n r = 解得
2sin '4
r = 1sin '2
i =
解得
i′=30° 要使从A 点射入光的折射光能从内球面射出半球壳，则光在A 点入射角i 应满足：
i<30°
16．一列简谐横波沿x 轴正向传播，0t =时的图像如图所示，此时18m x =处质点开始振动，此时刻后介质中P 质点回到平衡位置的最短时间为0.2s ，Q 质点回到平衡位置的最短时间为1s ，已知0t =时两质点相对平衡位置的位移相同，求：
①波的传播周期为多少？
②传播速度是多大？
③从0t =时刻算起经过多长时间距O 点20m 的质点M 第二次回到平衡位置？
【答案】①2.4s ；②5m/s ；③2.8s 。

【解析】
【详解】
①由题意简谐横波沿x 轴正向传播，分析得知，此时P 点向下运动，Q 点向上，它们周期相同，则 2(0.2s 1s) 2.4s T =⨯+=
②根据图像可知12m λ=则波速 12m/s=5m/s 2.4v T λ
== ③距O 点20m 的质点M 第二次回到平衡位置时，波向前传播14m ，则经过的时间
14s=2.8s 5
x t v == 即经过2.8s 质点M 第二次回到平衡位置。

17．如图所示，在直角坐标系xOy 的第一、四象限内，在边界MN 与y 轴之间有垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B ，边界MN 右侧有沿x 轴正向的匀强电场，电场强度大小为E ，MN 上P 点的坐标为（a ，0），MN 与x 轴正向的夹角θ=45°，一个质量为m ，电荷量为q 的带负电的粒
子从坐标原点沿y 轴正向射入磁场，不计粒子的重力，22qB a E m
>，求： (1)要使粒子不进入电场，粒子进入磁场的最大速度为多少；
(2)若粒子从P 点进入电场，则粒子在电场中运动的时间为多少；
(3)若粒子刚好垂直MN 进入电场，且将电场反向，则粒子在电场中运动时经过x 轴的位置坐标。

【答案】 (1) 1(21)qBa v m
=
(2) 1Ba t E = (3) 2222mE a a qB ++ 【解析】
【详解】 (1)粒子在磁场中的运动轨迹刚好与MN 相切时，粒子运动的速度为不进入电场运动的最大速度，设粒子
做圆周运动的半径为r 1，根据几何关系有
11
2r r a +=
解得
1(21)r a =-
根据牛顿第二定律有
2111
v qv B m r = 解得
121)qBa v m = (2)粒子从P 点进入磁场时，粒子在磁场中做圆周运动的半径为
212
r a = 根据牛顿第二定律有
2222
v qv B m r = 解得
22qBa v m
= 粒子从P 点进入电场后，作粒平抛运动，假设粒子使从边界PM 上射出电场，设粒子在电场中运动的时间为t 1，则
2112
x at = y=v 2t 1
tan 45y x
︒=
qE=ma
解得
22
2qB a y mE
= 由于22qB a E m
> ，因此y<a ，假设成立。

因此粒子在电场中运动的时间
1Ba t E
= (3)当粒子重直MN 进入电场时，粒子在磁场中做圆周运动的半径为a ，粒子进入磁场时的速度为 3qBa v m =
粒子出磁场时的位置离x 轴的距离为
2
y a = 粒子进电场时，垂直于电场方向的速度大小为
3y v '== 平行于电场方向的速度大小
122x v m
'== 粒子从进电场到经过x 轴时所用的时间为 2y
y m t v qB ==' 沿电场方向运动的位移
2222122x qE mE s v t t m qB '=+=+ 则经过x 轴坐标为
2
22mE x s a a qB =+=++。