湖北省咸宁市2021届新高考第一次大联考物理试卷含解析

湖北省咸宁市2021届新高考第一次大联考物理试卷
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．如图所示，虚线a 、b 、c 代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即U ab =U bc ，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P 、R 、Q 是这条轨迹上的三点，R 点在等势面b 上，据此可知（ ）
A ．带电质点在P 点的加速度比在Q 点的加速度小
B ．带电质点在P 点的电势能比在Q 点的小
C ．带电质点在P 点的动能大于在Q 点的动能
D ．三个等势面中，c 的电势最高 【答案】D 【解析】 【详解】
A. 等差等势面P 处比Q 处密，则P 处电场强度大，质点受到的电场力大，加速度大，故A 错误； D. 根据轨迹弯曲的方向和电场线与等势线垂直可知带电质点所受的电场力方向应向下，所以电场线方向向上，故c 的电势最高，故D 正确.
B.带负电质点在电势高处电势能小，可知质点在P 点的电势能大，故B 错误.
C. 带电质点的总能量守恒，即带电质点在P 点的动能与电势能之和不变，在P 点的电势能大，则动能小，故C 错误.
2．目前在太阳系内一共已经发现了约127万颗小行星，但这可能仅是所有小行星中的一小部分.若某颗小行星在离太阳中心R 处做匀速圆周运动，运行的周期为T ，已知引力常量为G ，仅利用这三个数据，可以估算出太阳的（ ） A ．表面加速度大小 B ．密度 C ．半径
D ．质量
【答案】D 【解析】 【详解】
AC ．在太阳表面，重力和万有引力相等，即
2Mm
G
mg r
因根据已知条件无法求出太阳半径，也就无法求出太阳表面的重力加速度，故AC 错误；
B ． 在不知道太阳半径的情况下无法求得太阳的密度，故B 错误； D ．根据万有引力提供向心力可得
2224Mm G m R T
=π 求得中心天体质量
23
2
4R M GT
π= 故D 正确。

故选：D 。

3．如图所示，A 、B 、C 是光滑绝缘斜面上的三个点，Q 是一带正电的固定点电荷，Q 、B 连线垂直于斜面，Q 、A 连线与Q 、C 连线长度相等，带正电的小物块从A 点以初速度v 沿斜面向下运动。

下列说法正确的是（ ）
A ．小物块在
B 点电势能最小 B ．小物块在
C 点的速度也为v C ．小物块在A 、C 两点的机械能相等
D ．小物块从A 点运动到C 点的过程中，一定先减速后加速 【答案】C 【解析】 【详解】
A ．该电场是正点电荷产生的电场，所以
B 点的电势最高，根据正电荷在电势越高的地方，电势能越大，可知带正电的小物块在B 点电势能最大，故A 错误；
BC ．在电场中A 、C 两点的电势相等，所以小物块在A 、C 两点的电势能相等，根据能量守恒定律，可知小物块在A 、C 两点的机械能相等，小物块从A 点到C 点重力做正功，重力势能减少，电势能变化量为零，所以在C 点动能增加，故在C 点的速度大于v ，故B 错误，C 正确；
D ．小物块从A 点运动到C 点的过程中，可能先减速后加速，也可能一直加速，故D 错误。

故选C 。

4．投壶是古代士大夫宴饮时做的一种投掷游戏，也是一种礼仪。

某人向放在水平地面的正前方壶中水平投箭（很短，可看做质点），结果箭划着一条弧线提前落地了（如图所示）。

不计空气阻力，为了能把箭抛进壶中，则下次再水平抛箭时，他可能作出的调整为（ ）
A．减小初速度，抛出点高度变小
B．减小初速度，抛出点高度不变
C．初速度大小不变，降低抛出点高度
D．初速度大小不变，提高抛出点高度
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
设小球平抛运动的初速度为
v，抛出点离桶的高度为h，水平位移为x，则平抛运动的时间为：
2h
t
g
=
水平位移为：
002h
x v t v
g
==
由题可知，要使水平位移增大，则当减小初速度或初速度大小不变时，需要时间变大，即抛出点的高度h 增大，故选项ABC错误，D正确；
故选D。

5．如图所示，虚线表示某点电荷Q所激发电场的等势面，已知a、b两点在同一等势面上，c、d两点在另一个等势面上．甲、乙两个带电粒子以相同的速率，沿不同的方向从同一点a射入电场，在电场中沿不同的轨迹adb曲线、acb曲线运动．则下列说法中正确的是
A．两粒子电性相同
B．甲粒子经过c点时的速率大于乙粒子经过d点时的速率
C．两个粒子的电势能都是先减小后增大
D．经过b点时，两粒子的动能一定相等
【答案】B
【解析】
根据曲线运动时质点所受的合力指向轨迹的内侧可知，甲受到引力，乙受到斥力，则甲与Q是异种电荷，而乙与Q是同种电荷，故两粒子所带的电荷为异种电荷．故A错误．甲粒子从a到c过程，电场力做正功，动能增加，而乙从a到d过程，电场力做负功，动能减小，两初速度相等，则知甲粒子经过c点时的速度大于乙粒子经过d点时的速度．故B正确．甲粒子从a到b过程，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大；电场力对乙粒子先做负功后做正功，电势能先增大后减小．故C错误．a到b时，电场力对两粒子的做的功都是0，两个粒子的速率再次相等，由于不知道质量的关系，所以不能判定两个粒子的动能是否相等．故D错误．故选B．
6．关于物理学史，正确的是（）
A．库仑利用扭秤实验，根据两电荷之间力的数值和电荷量的数值以及两电荷之间的距离推导得到库仑定律
B．奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电磁感应
C．法拉第通过实验总结出法拉第电磁感应定律
D．欧姆通过实验得出欧姆定律，欧姆定律对金属和电解质溶液都适用，但对气体导电和半导体元件不适用
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．库仑利用扭秤实验，得到两电荷之间的作用力与两电荷之间距离的平方成反比，与电量的乘积成正比，从而推导出库仑定律，但当时的实验条件无法测出力的数值和电荷量的数值，选项A错误；
B．奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应，不是电磁感应现象，选项B错误；C．法拉第发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯通过实验总结出了法拉第电磁感应定律，人们为了纪念法拉第，所以将其命名为法拉第电磁感应定律，故C错误；
D．欧姆定律是个实验定律，适用于金属导体和电解质溶液，对气体导电、半导体导电不适用。

故D正确。

故选D。

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．以点电荷A、B的连线为x轴，以点电荷B为坐标原点建立如图所示的坐标系，点电荷A、B带电量分别为q1、q2，间距为x0。

一电子以一定的初速度进入该电场，由靠近坐标原点的位置沿x轴正方向运动，其电势能的变化如图中实线所示，图线与x轴交点的横坐标为x1，图线最高点对应的横坐标为x2，则下列判断正确的是
A．0–x1之间电场强度沿x轴正方向B．A电荷带正电，B电荷带负电
C．
()2
20
1
2
22
x x
q
q x
+
=-D．
()2
10
1
2
21
x x
q
q x
+
=-
【答案】AC
【解析】
【详解】
A．0到1x之间电子的电势能增大，电场力对电子做负功，电场力沿x轴负方向，故电场强度沿x轴正方向，A正确；
B．0到2x过程中，电场力水平向左做负功，合电场强度水平向右，2x之后，电场力水平向右做正功，合电场强度水平向左，可知A电荷带负电，B电荷带正电，B错误；
CD．电场力做功改变电势能，所以电场力的大小表示为：
p
E
F
x
∆
=
∆
所以电势能随位移变化的图像的斜率为电场力，2x处电场力为0，电场强度为0，所以：()
21
2
2
220
q q
k k
x x x
+=
+
解得：
()2
20
1
2
22
x x
q
q x
+
=-，C正确，D错误。

故选AC。

8．如图的实验中，分别用波长为12
λλ
、的单色光照射光电管的阴极K，测得相应的遏止电压分别为U1和U1．设电子的质量为m，带电荷量为e，真空中的光速为c，极限波长为0λ，下列说法正确的是（）
A ．用波长为2λ的光照射时，光电子的最大初动能为2eU
B ．用波长为2λ的光照射时，光电子的最大初动能为
()()
()()
121
120
2121e u u e u u λλλλλλ---
--
C ．普朗克常量等于
()()
1212
21e U U c λλλλ-⋅⋅-
D ．阴极K 金属的极限频率为()
()
112112c U U U U λλ--
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A 、
B 项：根据光电效应方程，则有：
0km 2hc
W E eU λ
-==，故A 正确，B 错误；
C 项：根据爱因斯坦光电效应方程得：11h eU W ν=+，22h eU W ν=+，得金属的逸出功为：
11W h eU ν=- 联立解得：1212121221()(()
e U U e U U h c λλννλλ--=
=--）
，故C 正确；
D 项：阴极K 金属的极限频率122111*********()
()
U U c U U U U U U ννλλνλλ--==--，故D 错误．
9．下列说法正确的是（ ）
A ．如果没有漏气没有摩擦，也没有机体热量损失，这样的热机效率可以达到100%
B ．质量不变的理想气体等温膨胀时一定从外界吸收热量
C ．冬天空调制热时，房间内空气的相对湿度变小
D ．压缩气体需要力表明气体分子间存在斥力
E.当液体与固体接触时，如果附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏则液体与固体之间表现为不浸润 【答案】BCE 【解析】 【详解】
A ．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可以达到100%，故A 错误；
B ．理想气体在等温膨胀的过程中内能不变，同时对外做功，由热力学第一定律知，一定从外界吸收热量，故B 正确；
C ．密闭房间内，水汽的总量一定，故空气的绝对湿度不变，使用空调制热时，房间内空气的相对湿度变小，故C 正确；
D ．压缩气体也需要用力是为了克服气体内外的压强的差．不能表明气体分子间存在着斥力，故D 错误；
E ．液体与固体接触时，如果附着层被体分子比液体内部分子稀疏，表现为不浸润，故E 正确。

故选BCE ． 【点睛】
热机的效率不可能达到100%；理想气体在等温膨胀的过程中内能不变，由热力学第一定律进行分析；相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比；压缩气体也需要用力是为了克服气体内外的压强的差；浸润和不浸润都是分子力作用的表现．
10．在x 轴上0x =和1m x =处，固定两点电荷1q 和2q ，两电荷之间各点对应的电势高低如图中曲线所示，在0.6m x =处电势最低，下列说法中正确的是（ ）
A ．两个电荷是同种电荷，电荷量大小关系为
129
4
q q = B ．两个电荷是同种电荷，电荷量大小关系为
1232
q q = C ．0.5m x =处的位置电场强度不为0
D ．在1q 与2q 之间的连线上电场强度为0的点有2个 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．φ－x 图线的切线斜率表示电场强度的大小，0.6m x =点切线斜率为零即电场强度为0，则有
12
22
0.60.4q q k
k = 则
21220.690.44
q q == 根据沿电场线方向电势降低可知，00.6m :内电场强度沿x 轴正方向，0.6m 1.0m :内电场强度沿x 轴负方向，则两个电荷是同种电荷，故A 正确，B 错误；
C ．φ－x 图线的切线斜率表示电场强度的大小，0.5m x =点切线斜率不为零，则电场强度不为0，故C 正确；
D．由于两个电荷是同种电荷，根据电场的叠加可知，在1q的左边和2q的右边合场强不可能为0，所以只x 处合场为0即只有一处，故D错误。

有在0.6m
故选AC。

11．如图所示，A球用不可伸长的细线悬挂在天花板上，处于静止状态，B球和A球用橡皮筋连接，B球在A球正下方某一位置，此时橡皮筋处于松弛状态。

现由静止释放B球，不计空气阻力，则在B球下落的过程中（细线与橡皮筋均不会断），下列说法正确的是
A．细线的张力先不变后增大
B．A球受到的合力先不变后增大
C．B球的动能与橡皮筋的弹性势能之和不断增大
D．B球的重力势能与机械能均不断减小
【答案】AC
【解析】
【详解】
A．细线的张力先等于A球的重力，当橡皮筋的弹力不断增大后，细线的张力不断增大。

故A正确。

B．A球始终静止，合力始终为零。

故B 错误。

C．B球的动能与橡皮筋的弹性势能及B球的重力势能之和为一定值，B球的重力势能不断减小，则B球的动能与橡皮筋的弹性势能之和不断增大。

故C正确。

D．B球高度一直减小，B球的重力势能不断减小；橡皮筋伸直前，B球做自由落体运动，机械能守恒，橡皮筋被拉长后，B球的一部分机械能转化为橡皮筋的弹性势能，B球的机械能减小，所以B机械能先不变后减小。

故D错误。

12．如图，A、B两点分别固定有等量的点电荷，其中A处的为正电荷，B处的电性未知。

MN为AB连线的中垂线，O为垂足。

由绝缘材料制成的闭合光滑轨道abed关于O点对称，其上穿有带正电小环。

现在P点给小环一沿轨道切线方向的初速度，小环恰能沿轨道做速率不变的运动，则（不考虑重力）（）
A ．小环在a 、c 两点受到的电场力相同
B ．小环在b 、d 两点的电势能相同
C ．若在d 点断开轨道，小环离开轨道后电场力一直做正功
D ．若将小环从d 沿da 连线移到a ，电场力先做负功后做正功 【答案】BCD 【解析】 【分析】 【详解】
由带电小环恰能沿轨道做速率不变的运动可知，在运动过程中电场力对小环不做功，即轨道上各处的电势相同，轨道与电场中的某一等势线重合，根据常见电场的电场分布图和等势面分布图可知，A 、B 两点处固定的是等量同种电荷。

A ．由等量同种电荷中垂线上的电场分布特点可知，a 、c 两点电场强度大小相等，方向相反，故小环在a 、c 两点受到的电场力方向不同，故A 错误；
B ．b 、d 两点在同一等势面上，故b 、d 两点的电势能相同，故B 正确；
C ．若在d 点断开轨道，此时速度方向与电场力方向垂直，此后，电场力方向与速度方向成锐角，电场力一直做正功，故C 正确；
D ．由等量同种电荷的电势分布可知，da 连线上从d 点到a 点，电势先升高后降低，故带正电的小环电势能先增大后减小，故电场力先做负功，后做正功，故D 正确。

故选BCD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．一位同学为验证机械能守恒定律，利用光电门等装置设计了如下实验。

使用的器材有：铁架台、光电门1和2、轻质定滑轮、通过不可伸长的轻绳连接的钩码A 和B （B 左侧安装挡光片）。

实验步骤如下：
①如图1，将实验器材安装好，其中钩码A 的质量比B 大，实验开始前用一细绳将钩码B 与桌面相连接，细绳都处于竖直方向，使系统静止。

②用剪刀剪断钩码B 下方的细绳，使B 在A 带动下先后经过光电门1和2，测得挡光时间分别为1t 、2t 。

③用螺旋测微器测量挡光片沿运动方向的宽度d ，如图2，则d ________mm 。

④用挡光片宽度与挡光时间求平均速度，当挡光片宽度很小时，可以将平均速度当成瞬时速度。

⑤用刻度尺测量光电门1和2间的距离()L L d ?。

⑥查表得到当地重力加速度大小为g 。

⑦为验证机械能守恒定律，请写出还需测量的物理量（并给出相应的字母表示）__________，用以上物理量写出验证方程_____________。

【答案】6.710 钩码A 、B 的质量m 1、m 2 221221211
()2d d m m m gL m gL t t ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥+-=- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦
【解析】 【分析】 【详解】
③[1]根据螺旋测微器测量原理得
6.5mm 21.00.01mm 6.710mm d =+⨯=
⑦[2][3]为验证机械能守恒定律，还需测量钩码A 、B 的质量m 1、m 2。

对系统，因为动能的增加量等于重力势能的减少量，则验证方程为
221221211
()2d d m m m gL m gL t t ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥+-=- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦
14．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律及平台上A 点左侧与滑块a 之间的动摩擦因数的实验．在足够大的水平平台上的A 点放置一个光电门，水平平台上A 点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g ．采用的实验步骤如下： A ．在小滑块a 上固定一个宽度为d 的窄挡光片；
B ．用天平分别测出小滑块a （含挡光片）和小球b 的质量m a 、m b ：
C ．在a 和b 间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上：
D ．烧断细线后，a 、b 瞬间被弹开，向相反方向运动：
E ．记录滑块a 通过光电门时挡光片的遮光时间△t ：
F ．滑块a 最终停在C 点（图中未画出），用刻度尺测出AC 之间的距离S a
G ．小球b 从平台边缘飞出后，落在水平地面的B 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h 及平台边缘铅垂线与B 点之间的水平距离s b ； H ．改变弹簧压缩量，进行多次测量．
（1）用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为________mm；
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即a的动量大小____________等于b的动量大小___________；（用上述实验所涉及物理量的字母表示）
（3）改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到小滑块a的S a与关系图象如图丙所示，图象的
斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为____________．（用上述实验数据字母表示）
【答案】
【解析】
（1）螺旋测微器的读数为：2.5mm+0.050mm=2.550mm．
（2）烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度为：，故a 的动量为：，b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：及联立解得：，故b的动量为：．
（3）对物体a由光电门向左运动过程分析，则有：，经过光电门的速度：，由牛顿第二定律可得：，联立可得：，则由图象可知：．
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．2018年9月23日“光纤之父”华人科学家高琨逝世，他一生最大的贡献是研究玻璃纤维通讯．光纤在
转弯的地方不能弯曲太大，如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成3
4
圆环，已知玻璃的折射
2c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出．求：
①圆环内径R 的最小值；
②在①间的情况下，从A 端最下方入射的光线，到达B 端所用的时间． 【答案】21-；5R c ． 【解析】
【详解】
①从A 端最下方入射的光线发生全反射时其他光线能发生全反射，根据几何关系得
sinθ=R R d + 设全反射临界角为C ，则要使A 端垂直入射的光线全部从B 端射出，必须有 θ≥C 根据临界角公式有sinC=
1n 因此有：sinθ≥sinC
即有R R d +≥1n ； 解得：R≥1
d n -=21- 所以R 的最小值为21
-． ②在①问的情况下，θ=45°，R=
21-．如图所示．
光在光纤内传播的总路程为2R+22R=522
R 光在光纤内传播速度为v=c n =22
c 所以所求时间为t=S v =5R c
16．热气球为了便于调节运动状态，需要携带压舱物，某热气球科学考察结束后正以大小为的速度匀速下
降，热气球的总质量为M ，当热气球离地某一高度时，释放质量为14
M 的压舱物，结果热气球到达地面时的速度恰好为零，整个过程中空气对热气球作用力不变，忽略空气对压舱物的阻力，重力加速度为g ，求:
（1）释放压舱物时气球离地的高度h;
（2）热气球与压舱物到达地面的时间差.
【答案】（1）2
32v g
（2）2v g 【解析】
【详解】
(1)由题意知F 浮=Mg 释放压舱物后：1144浮⎛
⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭F M M g M M a 即热气球向下做匀减运动的加速度大小为：
13
a g = 由于热气球到地面时的速度刚好为零，则
22
322==v v h a g
(2)设压舱物落地所用时间为t 1，根据运动学公式有：21112
=+
h vt gt 解得： 1v t g
= 设热气球匀减速到地面所用时间为t 2 ，则212=
h vt 解得：
23=v t g
因此两者到达地面所用时间差为：
212-=v t t g
17．热等静压设备广泛用于材料加工中．该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能．一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m 3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10
瓶氩气压入到炉腔中．已知每瓶氩气的容积为3.2×
10-2 m 3，使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa ，使用后瓶
中剩余气体压强为2.0×
106 Pa ；室温温度为27 ℃．氩气可视为理想气体． （1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
（2）将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃，求此时炉腔中气体的压强．
【答案】（1）73.210Pa ⨯ （2）81.610Pa ⨯
【解析】
【分析】
【详解】
（1）设初始时每瓶气体的体积为0V ，压强为0p ；使用后气瓶中剩余气体的压强为1p ，假设体积为0V ，压强为0p 的气体压强变为1p 时，其体积膨胀为1V ，由玻意耳定律得：0011p V p V = 被压入进炉腔的气体在室温和1p 条件下的体积为：10V V V '=- 设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为2p ，体积为2V ，由玻意耳定律得：22110p V p V '=
联立方程并代入数据得：72 3.210Pa p =⨯
（2）设加热前炉腔的温度为0T ，加热后炉腔的温度为1T ，气体压强为3p ，由查理定律得：
3210
p p T T = 联立方程并代入数据得：83 1.610Pa p =⨯。