北京市顺义区2021届新高考物理五模考试卷含解析

北京市顺义区2021届新高考物理五模考试卷
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，一根质量为M、长为L的铜管放置在水平桌面上，现让一块质量为m、可视为质点的钕铁硼强磁铁从铜管上端由静止下落，强磁铁在下落过程中不与铜管接触，在此过程中（）
A．桌面对铜管的支持力一直为Mg
B．铜管和强磁铁组成的系统机械能守恒
C．铜管中没有感应电流
D．强磁铁下落到桌面的时间
2L t
g >
【答案】D
【解析】
【详解】
C．强磁铁通过钢管时，导致钢管的磁通量发生变化，从而产生感应电流，故C错误；
B．磁铁在铜管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力做功产生热能，所以系统机械能不守恒，故B错误；
A．由于圆管对磁铁有向上的阻力，则由牛顿第三定律可知磁铁对圆管有向下的力，则桌面对铜管的支持力F＞Mg，故A错误；
D．因圆管对磁铁有阻力，所以运动时间与自由落体运动相比会变长，即有
2L
t
g
>，故D正确。

故选D。

2．在图示电路中，理想变压器原线圈的匝数为220，副线圈的匝数可调，L1、L2、L3和L4是四个相同的灯泡。

当在a、b两端加上瞬时值表达式为2202sin100π
u t
=(V)的交变电压时，调节副线圈的匝数，使四个灯泡均正常发光。

下列说法正确的是（）
A ．变压器副线圈的匝数为440
B ．灯泡的额定电压为55V
C ．变压器原线圈两端电压为220V
D ．穿过变压器原线圈的磁通量变化率的最大值为0.1V 【答案】B 【解析】 【详解】
A ．四个灯泡均正常发光，说明变压器原、副线圈中的电流相同，根据
12
21
I n I n = 可得变压器副线圈的匝数
12220n n ==
故A 错误；
BC ．a 、b 两端电压的有效值
U =
设每个灯泡的额定电压为U 0，原线圈两端电压为U 1，则有 U=2U 0+U 1 结合
1102
2U n
U n = 可得
U 0=55V ，U 1=110V 故B 正确，C 错误； D ．原线圈两端电压的最大值
1m U ==根据法拉第电磁感应定律有1
m U n t
∆Φ
=∆，解得穿过原线圈的磁通量变化率的最大值为
2
t ∆Φ=
∆故D 错误。

故选B 。

3．近年来我国的经济发展快速增长，各地区的物资调配日益增强，对我国的交通道路建设提出了新的要
求，在国家的大力投资下，一条条高速公路在中国的版图上纵横交错，使各地区之间的交通能力大幅提高，在修建高速公烙的时候既要考虑速度的提升，更要考虑交通的安全，一些物理知识在修建的过程中随处可见，在高速公路的拐弯处，细心的我们发现公路的两边不是处于同一水平面，总是一边高一边低，对这种现象下面说法你认为正确的是（ ）
A ．一边高一边低，可以增加车辆受到地面的摩擦力
B ．拐弯处总是内侧低于外侧
C ．拐弯处一边高的主要作用是使车辆的重力提供向心力
D ．车辆在弯道没有冲出路面是因为受到向心力的缘故 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
ABC.车辆拐弯时根据提供的合外力与车辆实际所需向心力的大小关系可知，拐弯处总是内侧低于外侧，重力与支持力以及侧向摩擦力的合力提供向心力，当达到临界速度时，重力与支持力提供向心力，故AC 错误，B 正确；
D.车辆在弯道没有冲出路面是因为受到指向圆心的合力等于向心力的缘故，故D 错误。

故选B 。

4．如图，容量足够大的圆筒竖直放置，水面高度为h ，在圆筒侧壁开一个小孔P ，筒内的水从小孔水平射出，设水到达地面时的落点距小孔的水平距离为x ，小孔P 到水面的距离为y 。

短时间内可认为筒内水位不变，重力加速度为g ，不计空气阻力，在这段时间内下列说法正确的是（ ）
A ．水从小孔P gy
B ．y 越小，则x 越大
C ．x 与小孔的位置无关
D ．当y = 2
h
，时，x 最大，最大值为h 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．取水面上质量为m 的水滴，从小孔喷出时由机械能守恒定律可知
212
mgy mv =
解得
2v gy =
选项A 错误；
BCD ．水从小孔P 射出时做平抛运动，则 x=vt h-y=
12
gt 2 解得
2()
=2()g
h y x v
y h y -=- 可知x 与小孔的位置有关，由数学知识可知，当y=h-y ，即y=1
2
h 时x 最大，最大值为h ，并不是y 越小x 越大，选项D 正确，BC 错误。

故选D 。

5．如图所示，三根完全相同的通电直导线a 、b 、c 平行固定，三根导线截面的连线构成一等边三角形，O 点为三角形的中心，整个空间有磁感应强度大小为B 、方向平行于等边三角形所在平面且垂直bc 边指向a 的匀强磁场。

现在三根导线中通以方向均向里的电流，其中I b =I c =I 。

已知通电长直导线在某点产生的磁感应强度的大小跟电流成正比，导线b 在O 点产生的磁感应强度大小为B 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．若O 点的磁感应强度平行ac 边，则I a =（13
I B ．若O 点的磁感应强度平行ab 边，则I a =（13I C ．若O 点的磁感应强度垂直ac 边，则I a =31）I D ．若O 点的磁感应强度垂直ab 边，则I a =31）I 【答案】A 【解析】 【详解】
三条直导线在O 点的磁场方向如图；其中B c 和B b 的合场强水平向右大小为B bc =B ；方向水平向右。

A ．若O 点的磁感应强度平行ac 边，则三条通电导线产生的磁场和匀强磁场在垂直于ac 方向的合磁场为零，即
sin 30cos30cos300c a B B B +-=o o o
其中B c =B=kI ，解得 I a =（1＋
3I 选项A 正确；
B ．若O 点的磁感应强度平行ab 边，则三条通电导线产生的磁场和匀强磁场在垂直于ab 方向的合磁场为零，即
sin 30cos30sin 300b a B B B -+=o o o
其中B b =B=kI ，解得 I a =3-1）I 选项B 错误；
C ．若O 点的磁感应强度垂直ac 边，则三条通电导线产生的磁场和匀强磁场在平行于ac 方向的合磁场为零，即
cos30sin 30-sin 300a bc B B B +=o o o
表达式无解，则O 点的磁感应强度的方向不可能垂直ac 边，选项C 错误；
D ．若O 点的磁感应强度垂直ab 边，则三条通电导线产生的磁场和匀强磁场在平行于ab 方向的合磁场为零，即
cos30cos 60cos 600bc a B B B +-=o o o
其中B c =B=kI ，解得 I a =3+1）I 选项D 错误。

故选A 。

6．关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ）
A ．放出的各种射线中，α粒子动能最大，因此贯穿其他物质的本领最强
B ．原子的核外具有较高能量的电子离开原子时，表现为放射出β粒子
C ．原子核发生衰变后生成的新核辐射出γ射线
D ．原子核内的核子有一半发生衰变时，所需的时间就是半衰期 【答案】C 【解析】 【详解】
A ．在三种放射线中，α粒子动能虽然很大，但贯穿其他物质的本领最弱，选项A 错误。

B ．
β
衰变射出的电子来源于原子核内部，不是核外电子，选项B 错误。

C ．原子核发生衰变后产生的新核处于激发态，向外辐射出γ射线，选项C 正确。

D ．半衰期是放射性原子核总数有半数发生衰变，而不是原子核内的核子衰变，选项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，轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上。

一质量为m 的小球，从离弹簧上端高h 处由静止释放，某同学在研究小球落到弹簧后向下运动到最低点的过程，他以小球开始下落的位置为原点，沿竖直向下方向建立坐标轴Ox ，做出小球所受弹力F 大小随小球下落的位置坐标x 的变化关系如图乙所示。

不计空气阻力，重力加速度为g 。

以下判断正确的是（ ）
A ．小球在下落的过程中机械能守恒
B ．小球到达最低点的坐标大于02h x +
C ．小球受到的弹力最大值等于2mg
D ．小球动能的最大值为mgh+1
2
mgx 0 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．小球与弹簧组成地系统只有重力和弹簧的弹力做功，满足机械能守恒定律，故A 错误；
BC ．由图像可知，0h x +为平衡位置，小球刚接触弹簧时有动能，有对称性知识可得，小球到达最低点
的坐标大于02h x +，小球运动到最低点时弹力大于2mg ，故B 正确，C 错误； D ．0h x +为平衡位置，动能最大，故从开始到0h x +这段过程，根据动能定理可得
0()km mg h x W E +-=
而克服弹力做功等于图乙中小三角形面积，即
01
2
W mgx =
故小球动能的最大值
01
2
km E mgh mgx =+
D 正确。

故选BD 。

8．如图所示，水平面上的同一区域介质内，甲、乙两列机械波独立传播，传播方向互相垂直，波的频率均为2Hz 。

图中显示了某时刻两列波的波峰与波谷的情况，实线为波峰，虚线为波谷。

甲波的振幅为5cm ，乙波的振幅为10cm 。

质点2、3、5共线且等距离。

下列说法正确的是（ ）
A ．质点1的振动周期为0.5s
B ．质点2的振幅为5cm
C ．图示时刻质点2、4的竖直高度差为30cm
D ．图示时刻质点3正处于平衡位置且向上运动
E.从图示的时刻起经0.25s ，质点5能通过的路程为30cm 【答案】ACE 【解析】 【分析】 【详解】
A ．质点1的振动周期为1
0.5s T f
=
=，选项A 正确； B ．质点2为谷谷相遇点，为振动加强点，则其振幅为15cm ，选项B 错误；
C ．质点2、4都是振动加强点，图示时刻质点2在波谷，位移为-15cm ，质点4在波峰，位移为+15cm ，则此时刻2、4的竖直高度差为30cm ，选项C 正确；
D ．图示时刻质点3正处于波峰和波谷的中间位置，即在平衡位置，根据波的传播方向可知，此时向下运动，选项D 错误；
E ．质点5为振动加强点，从图示的时刻起经0.25s=0.5T ，质点5能通过的路程为2(A 1+A 2)=30cm ，选项E 正确。

故选ACE 。

9．如图所示，AC 、BD 为圆的两条互相垂直的直径，圆心为O ，半径为R ，将等电量的两正点电荷Q 放在圆周上，它们的位置关于AC 对称，与O 点的连线和OC 间夹角为30°，下列说法正确的是（ ）
A ．电荷q 从A 点运动到C 点，电场力做功为零
B ．电荷q 从B 点运动到D 点，电场力做功为零
C ．O 点的场强大小为
2
kQ
R D ．O 点的场强大小为2
3kQ
R 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
电荷q 从A 点运动到C 点，所受电场力竖直向上，电场力做负功，A 错，根据对称性B 正确，O 点的场强大小为
，C 错，D 正确．
10．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v 0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v 1、v 2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． 11．真空中质量为m 的带正电小球由A 点无初速自由下落t 秒，在t 秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过t 秒小球又回到A 点。

小球电荷量不变且小球从未落地，重力加速度为g 。

则 A ．整个过程中小球电势能变化了222mg t B ．整个过程中小球速度增量的大小为2gt
C ．从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了22mg t
D ．从A 点到最低点小球重力势能变化了22
1
3
mg t 【答案】AB 【解析】 【详解】
小球先做自由落体运动，后做匀减速运动，两个过程的位移大小相等、方向相反。

设电场强度大小为E ，
加电场后小球的加速度大小为a ，取竖直向下方向为正方向，则由2
212
2
1gt vt at =--（），又v=gt ，解得 a=3g ，则小球回到A 点时的速度为v′=v -at=-2gt ；整个过程中小球速度增量的大小为△v=v′=-2gt ，速度增
量的大小为2gt 。

由牛顿第二定律得qE mg a m -=
，联立解得，qE=4mg ，222
122
qE gt mg t ε∆=⋅=，故A 正确；从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能减少了21
2
k E m gt =V ()，故C 错误。

设从A 点到最低点的高度为h ，根据动能定理得21
02mgh qE h gt --=（）解得，22
3
h gt =，从A 点到最低点小球重力势能减少了22
23
p E mgh mg t ==V ．D 错误。

12．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ） A ．非晶体和晶体的物理性质都是各向同性
B ．自然界中一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C ．布朗运动是由悬浮在液体中的小颗粒之间的相互碰撞引起的
D ．水的饱和汽压与水面的大气压强无关，只与水的温度有关
E.慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来，是因为液体表面存在张力 【答案】BDE 【解析】 【分析】 【详解】
A ．根据晶体的性质可知，单晶体的在某些物理性质上具有各向异性的，而多晶体和非晶体是各向同性的，A 错误；
B ．热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物，即涉及热现象的宏观过程都具有方向性，B 正确；
C ．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒受到液体分子无规则碰撞引起的，C 错误；
D ．水的饱和汽压与水面的大气压强无关，只与水的温度有关，随温度降低而减小，D 正确；
E ．由于液体表面存在张力，液体表面像一张橡皮膜，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来，E 正确。

故选BDE 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．用如图所示的实验装置研究平抛运动．某同学按如下的操作得到了一组数据：
①将碰撞传感器水平放置，在轨道多个位置静止释放小球．
②将碰撞传感器竖直放置在离抛出点一定距离处（图中虚线位置），在轨道多个位置静止释放小球，小球都击中碰撞传感器．
1 2 3 4 5 6 初速度v 0（m/s ） 1.024 1.201 1.176 1.153 0.942 1.060 飞行时间t （s ）
0.246
0.249
0.248
0.173
0.212
0.189
(1)本实验除了碰撞传感器外，还需用到的传感器是__．
(2)根据表格可知，碰撞传感器水平放置时，距离小球抛出点的高度约__m ；碰撞传感器竖直放置时，距离小球抛出点的水平距离约__m ． 【答案】光电门 0.3 0.2 【解析】 【详解】
(1)[1]根据图，并结合实验的原理可知，除了碰撞传感器外，还需用到光电门传感器；
(2)[2][3]由表格数据可知，前3个，时间基本相等；而后3个，初速度与时间的乘积是基本相等的；时间基本相等的，碰撞传感器水平放置，根据自由落体运动位移公式，那么距离小球抛出点的高度
2211
100.25m 0.3m 22
h gt =
≈⨯⨯≈ 初速度与时间的乘积是基本相等的，碰撞传感器竖直放置，那么距离小球抛出点的水平距离
0 1.1530.173m 0.2m x v t ≈≈⨯≈
14．用图（a ）所示的实验装置，探究小车匀加速运动的加速度a 与其质量m 及所受拉力F 的关系。

实验
所用交变电流的频率为50Hz 。

(1)保持沙桶及沙的总质量不变，改变小车上砝码的质量，分别做了5次实验。

在图（b ）所示的1a m -坐标系中标出了相应的实验数据。

(2)再进行第6次实验，测得小车及砝码总质量为0.25kg ，实验得到图（c ）所示的纸带。

纸带上相邻计数点之间还有4个点未画出，由纸带数据计算加速度为__________2m /s 。

（保留3位有效数字）
(3)请把第6次实验的数据标在图（b ）所示的1a m -坐标系中，并作出实验的1a m
-图像________。

【答案】0.633
【解析】
【详解】
(2)[1]相邻计数点时间间隔为
0.02s 50.1s t =⨯=V
由逐差法计算加速度有
222
7.977.33(6.70 6.07)cm /s 0.633m /s (2)a t +-+=≈V (3)[2]本次实验的数据为：
111 4.0kg 0.25kg
m -== 20.633m /s a =
将其在坐标系内描点，坐标系上全部的6个点均有效。

画--条平滑的、细的直线，使各点对称分布在直线的两侧，且直线过坐标原点。

图像如图所示：
四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．在一个足够长的水平桌面上，静置着一个足够长的木板A ，A 的右端与桌面边沿平齐，其上边缘距水平地面的竖直高度h=0.8m 。

木板A 上静置两个可视为质点的B 、C 物块，它们之间有一个被锁定的压缩轻弹簧（弹簧与两物块均不连接），弹簧存储的弹性势能为5.4J 。

已知0.1A B m m ==kg 、0.3C m =kg ，木板A 与桌面、物块C 与木板A 间的动摩擦因数均为10.1μ=，物块B 与木板A 间的动摩擦因数20.3μ=。

解锁后弹簧在瞬间恢复原长，两物块均开始运动，此时物块C 距离木板A 的右边缘x 1=2.5m 。

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取g=10m/s 2。

求：
(1)弹簧恢复原长时物块B 、C 的速度；
(2)物块C 从离开A 板落地过程中的水平位移；
(3)物块B 从开始运动到最终停止时，相对桌面运动的距离。

【答案】 (1) 9m/s ，3m/s ；(2)0.8m ；(3)14.25m
【解析】
【分析】
【详解】
(1)根据题意，弹簧解锁在极短时间恢复原长，脱离两物块。

选向右为正方向，由B 、C 两物块系统动量守恒和能量守恒可得
0B B C C m v m v =-+
221122
B B
C C E m v m v =+弹 联立两式解得
v B1=9m/s
v C1=3m/s
(2)由题意可得，B 、C 两物块开始运动时，各自对物块A 的滑动摩檫力方向相反，大小分别为 2B B f m g μ=
1C C f m g μ=
而木板A 与水平桌面之间的最大静摩擦力等于其滑动摩擦力
()1A A B C f m m m g μ=++
由于B C A f f f -<
可知木板A 在此阶段是静止的。

物块C 向右滑动直到到达桌面右端的过程，由运动学规律得
222112C C C v v a x -=-
C C C m g m a =
之后物块C 做平抛运动，由平抛运动的规律可得
212
h gt = 22C x v t =
解得
20.8x m =
(3)当物块C 向右运动，直到离开木板A 的过程中，物块B 向左做交减速运动，由运动规律得
211C C C v v a t =-
B B B m g m a =
物块C 离开木板之后，由于有
()21B B A
A B f m g f m m g μμ'=>=+ 木板A 开始向左加速运动，直到与物块B 共速。

由牛顿运动定律及运动学规律可得
B A
A A f f m a '-= ()2112
B B B v v a t t =-+
2A A v a t =
2B A v v =
此过程物块B 运动的距离为
()123122
B B v v x t t +=+ 共速后，A 、B 一起做匀减速直线运动，直到停下来。

由运动学规律
2242B A
v x a = 则物块B 从开始运动到停止，运动的距离为
3414.25x x x =+=总m
16．如图所示为柱状玻璃的横截面，圆弧MPN 的圆心为O 点，半径为R ，OM 与ON 的夹角为90°。

P 为¼MN
中点，与OP 平行的宽束平行光均匀射向OM 侧面，并进入玻璃，其中射到P 点的折射光线恰在P 点发生全反射。

(i)分析圆弧MPN 上不能射出光的范围；
(ii)求该玻璃的折射率。

【答案】 (i)分析过程见解析；(ii)5n = 【解析】
【详解】
(i)光路图如图
从OM 入射的各光线的入射角相等，由sin sin r n i
=知各处的折射角相等。

各折射光线射至圆弧面MPN 时的入射角不同，其中M 点最大。

P 点恰能全反射，则PM 段均能全反射，无光线射出。

(ii)P 点全反射有
1sin n
α= 相应的Q 点折射有
sin 45sin n β
︒
= 由几何关系知
45αβ︒=+
解各式得
5n =
17．如图所示，两端封闭的粗细均匀且导热性能良好的玻璃管放置在水平桌面上，玻璃管长度为3L （单位：cm ），玻璃管内由长度为L （单位：cm ）的水银柱将管内的理想气体分成左右两部分，稳定时两部分气体长度相同，左右两部分气体的压强均为H cmHg 。

现在外力作用下使玻璃管沿水平桌面向右做匀加速
直线运动，玻璃管中左侧的气柱长度变为原来的一半，重力加速度为g ，求玻璃管运动的加速度a 的大小。

【答案】43Hg a L
=
【解析】
【分析】
【详解】 设玻璃管的横截面积为S ，静止时左右两侧的气体压强 12cmHg p p H ==，
体积
12V V LS ==
运动时，设左侧气体的压强为1'p ，右侧气体的压强2'p 由题意知左右两部分气体的体积
112V LS '=，232
V LS '= 对左侧气体由玻意耳定律知
1111p V p V ''=
解得
12cmHg H p '=
对右侧气体由玻意耳定律知
2222p V p V ''=
解得
22cmHg 3
H p '= 对水银柱由牛顿第二定律知
12S p ma p S ''-=
即
223
gHS gHS LSa -=水银水银水银ρρρ 解得
43Hg a L
=。