江苏省扬州市2021届新高考第四次质量检测物理试题含解析

江苏省扬州市2021届新高考第四次质量检测物理试题
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，物体A 和小车用轻绳连接在一起，小车以速度0v 向右匀速运动。

当小车运动到图示位置时，轻绳与水平方向的夹角为θ，关于此时物体A 的运动情况的描述正确的是（ ）
A ．物体A 减速上升
B ．物体A 的速度大小A 0v v =
C ．物体A 的速度大小0sin A v v θ=
D ．物体A 的速度大小0cos A v v θ=
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
小车的速度分解如图所示，由图得 10cos A v v v θ==
小车向右匀速运动，0v 不变，θ变小，则cos θ变大，A v 变大，即物体A 加速上升，故ABC 错误，D 正确。

2．一个单摆在海平面上的振动周期是T 0，把它拿到海拔高度很高的山顶上，该单摆的振动周期变为T ，关于T 与T 0的大小关系，下列说法中正确的是（ ）
A ．T =T 0
B ．T >T 0
C ．T <T 0
D ．无法比较T 与T 0的大小关系
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
单摆的周期公式2T = 0T T >
故ACD 错误，B 正确。

故选B 。

3．一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时
A ．速度相同，波长相同
B ．速度不同，波长相同
C ．速度相同，频率相同
D ．速度不同，频率相同 【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式c v n =可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小．
A ．速度相同，波长相同，与结论不相符，选项A 错误；
B ．速度不同，波长相同，与结论不相符，选项B 错误；
C ．速度相同，频率相同，与结论不相符，选项C 错误；
D ．速度不同，频率相同，与结论相符，选项D 正确；
故选D ．
【学科网考点定位】光的传播、光速、波长与频率的关系
【方法技巧】 本题分析时要抓住光在不同介质中传播频率不变这个特征，应用公式c v n
=
公式分析光进入不同介质中的传播速度．
4．如图所示，两长直导线P 和Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l ，在两导线中通有方向垂直于纸面向里的电流．在纸面内与两导线距离均为l 的a 点，每根通电直线 产生的磁场磁感应强度大小均为B ．若在a 点平行于P 、Q 放入一段长为L 的通电直导线，其电流大小为I ，方向垂直纸面向外，则关于它受到的安培力说法正确的是
A ．大小等于BIL ，方向水平向左
B ．大小等于BIL ，方向水平向右
C ．大小等于3BIL ，方向竖直向下
D ．大小等于3BIL ，方向竖直向上
【答案】D
【解析】
【详解】
a 点所在通电直导线的受力分析如图所示：
由题意得：P Q F F BIL ==，30θ=o ，安培力合力为32cos3023P F F BIL BIL ===o ，方向竖直向上，故D 正确，ABC 错误．
5．如图所示，轻质弹簧下端挂有一质量为m 的小球（视为质点），静止时弹簧长为l ，现用一始终与弹簧轴向垂直的外力F 作用在小球上，使弹簧由竖直位置缓慢变为水平。

重力加速度为g 。

则在该过程中（ ）
A．弹簧的弹力先增大后减小
B．外力F一直增大
C．外力F对小球做功为mgl
D．弹簧弹力对小球做功为2mgl
【答案】B
【解析】
【详解】
AB．小球受外力F、重力mg和弹簧弹力T三个力构成一个三角形，当外力F与弹簧弹力垂直时最小，由三角形定则可判断，弹簧弹力一直减小，外力F一直增大，故A不符合题意，B符合题意；
CD．由上分析可知外力F和弹簧的弹力都是变力，所以无法直接求出外力和弹力所做的功，只能根据能量守恒求出外力F与弹簧弹力的合力对小球做的功等于mgl，故CD不符合题意。

故选B。

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，P1、P2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L1和L2，两灯泡均发光。

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．L1、L2均变亮
B．L1变亮，L2变暗
C．L1变暗，L2变亮
D．L1、L2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．如图所示，光滑平行金属导轨与水平面间的夹角为θ，导轨电阻不计，下端与阻值为R 的电阻相连。

匀强磁场垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B 。

一质量为m 、长为L 、电阻为r 的导体棒垂直导轨放置，从ab 位置以初速度v 沿导轨向上运动，刚好能滑行到与ab 相距为s 的a′b′位置，然后再返回到ab 。

该运动过程中导体棒始终与导轨保持良好接触，不计空气阻力，重力加速度为g 。

下列说法正确的是（ ）
A ．向上滑行过程中导体棒做匀减速直线运动
B ．上滑过程中电阻R 产生的热量为()22sin 2()
m v gs R
R r θ-+ C ．向下滑行过程中通过电阻R 的电荷量为
BLs R r + D ．电阻R 在导体榛向上滑行过程中产生的热量小于向下滑行过程中产生的热量
【答案】BC
【解析】
【分析】
向上滑行过程中导体棒受到重力、安培力，根据牛顿第二定律分析加速度的变化情况；上滑过程中根据功能关系结合焦耳定律求解电阻R 产生的热量；根据电荷量的计算公式求解向下滑行过程中通过电阻R 的电荷量；根据W BIS =安分析电阻R 在导体棒向上滑行过程中产生的热量与向下滑行过程中产生的热量的大小。

【详解】
A ．向上滑行过程中导体棒受到重力、安培力，根据右手定则可得棒中的电流方向a b →，根据左手定则可得安培力方向沿斜面向下，根据牛顿第二定律可得：
sin mg BIL ma θ+=
其中：
I r BLv R =+ 解得：
22sin B L v a g R r
θ=++ 由于速度减小，则加速度减小，棒不做匀减速直线运动，故A 错误；
B ．设上滑过程中克服安培力做的功为W ，根据功能关系可得：
21sin 2
mv mg s W θ=⋅+ 克服安培力做的功等于产生的焦耳热，则：
21sin 2
Q W mv mgs θ==-⋅ 上滑过程中电阻R 产生的热量为：
()22sin 2()
R m v gs R R Q Q R r R r θ-==++ 故B 正确；
C ．向下滑行过程中通过电阻R 的电荷量为：
BLs q It R r R r
∆Φ==
=++ 故C 正确； D ．由于上滑过程中和下滑过程中导体棒通过的位移相等，即导体棒扫过的面积S 相等，根据安培力做功计算公式可得：
W BILx =安
由于上滑过程中的平均速度大于，下滑过程中的平均速度，所以上滑过程中平均电流大于下滑过程中的平均电流，则电阻R 在导体棒向上滑行过程中产生的热量大于向下滑行过程中产生的热量，故D 错误。

故选BC 。

8．如图，水平面内固定有两根平行的粗糙长直金属导轨，两根相同的导体棒AB 、CD 置于导轨上并与导轨垂直，整个装置处于竖直方向的匀强磁场中。

从t=0时开始，对AB 棒施加一与导轨平行的水平外力F ，使AB 棒从静止开始向右做加速度大小为a 0的匀加速直线运动。

导轨电阻不计，两棒均与导轨接触良好，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。

下列关于CD 棒的速度v 、加速度a 、安培力F 安和外力F 随时间t 变化的关系图线可能正确的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．因金属棒与导轨之间有摩擦力，可知开始时导体棒CD 的速度为零，当所受的安培力等于最大静摩擦力时才开始运动，故A 错误；
B ．开始时，CD 棒的速度为零，加速度为零；当CD 开始运动后加速度从0开始逐渐变大，与AB 的速度差逐渐变大，则回路中感应电流逐渐变大，导体棒所受的向右的安培力逐渐变大，加速度逐渐变大，当CD 的加速度与AB 加速度相等时，两棒的速度差保持不变，安培力保持不变，加速度保持不变，故B 正确；
C ．在开始C
D 棒不动时，安培力
2222BLat B L a F BL t R R
==安 即安培力随时间成正比关系增加；当CD 开始运动后，导体棒所受的向右的安培力逐渐变大，但非线性增加，最后保持不变，故C 错误；
D ．对AB 外力
2200=2B L a F ma f F ma f t R
=++++安 开始时CD 加速度为零，AB 加速度为a=a 0，则此时外力F 随时间t 线性增加；当CD 开始运动后加速度
从0开始逐渐变大，导体棒AB 所受的向左的安培力逐渐变大，但非线性增加，最后保持不变，故D 正确。

故选BD 。

9．如图甲所示为足够长、倾斜放置的平行光滑导轨，处在垂直斜面向上的匀强磁场中，导轨上端接有一定值电阻，导轨平面的倾角为37︒，金属棒垂直导轨放置，用一平行于斜面向上的拉力F 拉着金属棒由静止向上运动，金属棒的质量为0.2kg ，其速度大小随加速度大小的变化关系如图乙所示，且金属棒由静止
加速到最大速度的时间为1s ，金属棒和导轨的电阻不计，sin 37︒=0.6，cos 37︒=0.8，g 取10m/s 2，则（ ）
A ．F 为恒力
B ．F 的最大功率为0.56W
C ．回路中的最大电功率等于0.56W
D ．金属棒由静止加速到最大速度这段时间内定值电阻上产生的焦耳热是0.26J
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．对棒受力分析有
22sin 37B L v F mg ma R
︒--= 变形得
2222
sin 37()mR F mg v a R B L B L ︒
-=-+ 结合图乙可知
22 1.02.8
mR B L = 22
sin 37()1F mg R B L ︒
-= 联立解得
22251.76N,14
R F B L == 且由P Fv =可知，F 的最大功率为
1.76W P =
故A 正确，B 错误；
C ．当棒的速度为1m/s 时，回路中的电流最大，回路中的电功率最大为
2222
max 0.56W B L v P I R R === 故C 正确；
D ．金属棒由静止加速到最大速度由动量定理得
22sin 37B L vt Ft mg t mv R
︒--= 即
22sin 37B L x Ft mg t mv R
︒--= 解得
0.72m x =
金属棒由静止加速到最大速度，由动能定理得
21sin 372
A Fx mg x W mv ︒-⋅+=
解得 0.26J A W =-
由功能关系可知
0.26J A Q W =-=
故D 正确。

故选ACD 。

10．下列说法正确的是（ ）
A ．布朗运动只能在液体里发生，且温度越高，布朗运动越激烈
B ．分子间距离增大，分子间作用力对外表现可能为斥力
C ．分子动能与分子势能的和叫作这个分子的内能
D ．滴进水中的墨水微粒能做扩散运动，说明分子间有空隙
E.外界对某理想气体做功62.010J ⨯，气体对外放热61.010J ⨯，则气体温度升高
【答案】BDE
【解析】
【详解】
A ．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动；布朗运动可以在液体里发生，也可以在气体里发生，且温度越高，布朗运动越激烈，故A 错误。

B.在分子间距离r <r 0范围内，即使距离增大，分子间作用力表现为斥力，故B 正确；
C.所有分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能，单个分子的内能没有意义，故C 错误；
D.滴进水中的墨水微粒能做扩散运动，说明分子间有空隙，故D 正确；
E.外界对某理想气体做功W=2.0×105J ，气体对外放热Q=-1.0×105J ，根据热力学第一定律，则气体的内能变化
n E=W+Q=2.0×105J-1.0×105J=1.0×105J
所以气体的内能增大，温度升高，故E 正确。

故选BDE 。

11．某探究小组利用图甲所示的电路探究一标签模糊的理想变压器的原、副线圈匝数比。

R 为定值电阻，1L 、2L 为两只标有“5V ，2A”的相同小灯泡，在输入端加如图乙所示的交变电压。

开关S 断开时，灯泡1L 正常发光，测得电阻R 两端的电压与灯泡1L 两端电压相等，则下列说法正确的是（ ）
A ．理思变压器原副线圈的匝数比为2:1
B ．理想变压器原副线圈的匝数比为3:1
C ．定值电阻的阻值为7.5Ω
D ．闭合开关S 后，灯泡1L 变暗
【答案】BCD
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．由图乙可知，输入电压的有效值为20V ，断开S ，灯泡L 1正常发光，故灯泡两端的电压为5V ，灯泡中的电流为2A ，即副线圈输出电压为5V ，又因电阻R 两端的电压为5V ，故变压器原线圈的输入电压为15V ，原、副线圈的匝数比
11223 1
n U n U =＝ 故A 错误，B 正确；
C ．由理想变压器输入功率等于输出功率可知，原、副线圈中的电流之比
1221
n I n I ＝ 解得电阻R 中的电流为23
A ，由欧姆定律可知 1
7.5R U R I ==Ω 故C 正确：
D ．开关S 闭合后，电路的总电阻减小，设副线圈输出电压保持不变，故副线圈输出电流增大，根据变流
比可知，原线圈输入电流增大，电阻R 两端电压增加，则变压器原线圈输入电压减小，故副线圈输出电压减小，灯泡L 1两端电压降低，灯泡L 1变暗，故D 正确。

故选BCD 。

12．如图所示，一定质量的理想气体，由A 状态经历两个不同的变化过程到C 状态（A→C ．A→B→C ）且A ．C 处于同一条等温线上，以下说法正确的是（ ）
A ．气体在A→C 的过程中吸收的热量大于对外做的功
B ．气体在A→
C 的过程中，气体分子的平均动能不变，分子密集程度减小，因此压强减小 C ．气体在A→C 过程吸收的热量小于在A→B→C 过程吸收的热量
D ．气体在B→C 过程中，压强减小的原因是气体分子平均动能减小 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．气体在A→C 的过程中，由热力学第一定律AC AC AC U Q W ∆=+，由于A 、C 处于同一条等温线上
A C T T =，0AC U ∆=，由A 到C 体积增大0AC W <，故0AC Q >，AC AC Q W =，此过程中吸收的热量等
于对外做的功，A 错误；
B ．气体在A→
C 的过程中，温度先升高后降低，气体分子的平均动能先增大后减小，B 错误； C ．气体在A→B→C 过程ABC ABC ABC U Q W ∆=+，0ABC U ∆=，ABC ABC Q W =，由p-V 图像下方的面积代表功知|W ABC |>|W AC │，得到Q ABC >Q AC 。

C 正确；
D ．根据影响气体压强的微观因素，气体在B→C 过程中，体积不变，气体分子密集程度不变，温度降低，气体分子平均动能减小，因此压强减小，D 正确。

故选CD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．某同学想利用两节干电池测定一段粗细均匀的电阻丝电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。

ab 是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R 0是阻值为2Ω的保护电阻，导电夹子P 与电阻丝接触始终良好（接触电阻忽略不计）。

(1)该同学连接成如图甲所示实验电路．请指出图中器材连接存在的问题_________________ ；
(2)实验时闭合开关，调节P的位置，将aP长度x和对应的电压U、电流I的数据记录如下表：x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 U/V 2.18 2.10 2.00 1.94 1.72 1.48 I/A 0.28 0.31 0.33 0.38 0.43 0.49
U
I
/Ω7.79 6.77 6.06 5.10 4.00 3.02
①请你根据表中数据在图乙上描点连线作U
I
和x关系图线；
（____）
②根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S=1.2×l0-7m2，利用图乙图线，可求得电阻丝的电阻率ρ为_______Ω·m；根据图乙中的图线可求出电流表内阻为___Ω；（保留两位有效数字）
③理论上用此电路测得的金属丝电阻率与其真实值相比____（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。

【答案】电压表应接3V 量程，开始实验前开关应断开
()661.210 1.1~1.310--⨯⨯ 2.0 相同
【解析】 【分析】 【详解】
(1). [1]．电压表应接3V 量程；开始实验前开关应断开； (2)①[2]．图像如图：
②[3][4]．由于
x A U x R R I S
ρ=
-= 即
A U x R I S ρ
=+ 则-U
x I
图像的斜率 7.8 2.011.30.6
k S ρ-===
解得
6=1.310m ρ-⨯Ω⋅
由图像可知，当x=0时，
=2.0U
I
Ω可知电流表内阻为2.0Ω；
实值相比相同。

14．为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ，某小组使用DIS 位移传感器设计了如图甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A 由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离.位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的距离x 随时间t 的变化规律如图乙所示.
(1)根据上述图线，计算0.4 s 时木块的速度大小v ＝______ m/s ，木块加速度a ＝______ m/s 2(结果均保留2位有效数字).
(2)在计算出加速度a 后，为了测定动摩擦因数μ，还需要测量斜面的倾角θ(已知当地的重力加速度g)，那么得出μ的表达式是μ＝____________.（用a ，θ，g 表示） 【答案】0.40 1.0 sin cos g a
g θθ
-
【解析】 【分析】 【详解】
（1）根据在匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度，得0.4s 末的
速度为： 0.30.14
m/s 0.4m/s 0.4
v -=
=
0.2s 末的速度为： 0.320.24
m/s 0.2m/s 0.4
v -'=
=， 则木块的加速度为：220.40.2
m/s 1.0m/s 0.2
v v a t -'-===． （2）选取木块为研究的对象，木块沿斜面方向的受力：sin cos ma mg mg θμθ=- 得：sin cos g a θμθ
-=
．
【点睛】
解决本题的关键知道匀变速直线运动的推论，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，以及会通过实验的原理得出动摩擦因数的表达式． 四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图所示，ABC 等边三棱镜，P 、Q 分别为AB 边、AC 边的中点，BC 面镀有一层银，构成一个反射面，一单色光以垂直于BC 面的方向从P 点射入，经折射、反射，刚好照射在AC 边的中点Q ，求
①棱镜对光的折射率；
②使入射光线绕P 点在纸面内沿顺时针转动，当光线再次照射到Q 点时，入射光线转过的角度． 【答案】①3；②120°． 【解析】 【详解】
①画出光路图，根据对称性及光路可逆结合几何关系可知，光在AB 面的入射角i ＝60°，折射角r ＝30°，根据折射定律有sin 3sin i
n r
=
= ②当光线再次照射到Q 点时，光路如图乙所示，由几何关系可知，折射角θ＝30°，根据折射定律有
sin 3sin α
θ
= 解得：α＝60°，因此入射光转过的角度为i+α＝120°
16．如图所示，两根相距L ＝1 m 的足够长的光滑金属导轨，一组导轨水平，另一组导轨与水平面成37°角，拐角处连接一阻值R ＝1 Ω的电阻．质量均为m ＝2 kg 的金属细杆ab 、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，导轨电阻不计，两杆的电阻均为R ＝1 Ω.整个装置处于磁感应强度大小B ＝1 T 、方向垂直于导轨平面的匀强磁场中．当ab 杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨向右匀速运动时，cd 杆静止．g ＝10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
(1)水平拉力的功率；
(2)现让cd 杆静止，求撤去拉力后ab 杆产生的焦耳热 【答案】 (1)864 W (2)864 J
【分析】
（1）根据安培力公式与平衡条件求出电流，然后又E=BLv 求出电动势，应用欧姆定律求出金属杆的速度，由平衡条件求出水平拉力，然后应用P=Fv 求出拉力的功率．
（2）由能量守恒定律求出产生的热量，然后应用焦耳定律求出ab 杆产生的焦耳热． 【详解】
（1）cd 杆静止，由平衡条件可得mgsin θ＝BIL ， 解得I ＝12 A
由闭合电路欧姆定律得2I ＝2
BLv
R R
，得v ＝36 m/s 水平拉力F ＝2BIL ＝24 N ， 水平拉力的功率P ＝Fv ＝864 W
（2）撤去外力后ab 杆在安培力作用下做减速运动，安培力做负功，先将棒的动能转化为电能，再通过电流做功将电能转化为整个电路产生的焦耳热，即焦耳热等于杆的动能的减小量，有Q ＝ΔE k ＝12
mv 2
＝1296 J
而Q ＝I′2·32
R·
t ， ab 杆产生的焦耳热Q′＝I′2·R·t ， 所以Q′＝2
3
Q ＝864 J. 【点睛】
本题是电磁感应与电路、力学相结合的综合题，分析清楚运动过程，应用E=BLv 、安培力公式、欧姆定律、功率公式与焦耳定律可以解题．
17．由某种材料制成的直角三角形棱镜，折射率n 1=2，AC 边长为L ，∠C=90o ，∠B=30o ，AB 面水平放置。

另有一半径为
2
L ，圆心角90o 的扇形玻璃砖紧贴AC 边放置，圆心O 在AC 中点处，折射率n 2=2，如图所示。

有一束宽为d 的平行光垂直AB 面射入棱镜，并能全部从AC 面垂直射出。

求：
(Ⅰ)从AB 面入射的平行光束宽度d 的最大值；
(Ⅱ)光从OC 面垂直射入扇形玻璃砖后，从圆弧面直接射出的区域所对应的圆心角。

【答案】 (1)L (2)45° 【解析】
解：(I)在三角形棱镜中，设全反射临界角为C 1， 则有： 11
1SinC n
= 解得： C 1=30︒
如图，从D 点射入的光线，在BC 面反射到A 点，则从B 、D 间垂直射入的光都能垂直射到AC 面 由几何关系，有：1
BD AB L 2
=
= ， 即宽度为 d L = (II)设扇形玻璃砖全反射角为C 2，且知：22
1
SinC n = 解得：C 2=45︒
如图，当α=45︒时，从OC 面垂直射入扇形玻璃砖的光线恰不能从圆弧面直接射出 故所求圆心角：θ45︒=。