北京市崇文区2021届新高考第一次模拟物理试题含解析

北京市崇文区2021届新高考第一次模拟物理试题
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．已知天然材料的折射率都为正值(n>0)。

近年来，人们针对电磁波某些频段设计的人工材料，可以使折射率为负值(n<0)，称为负折射率介质。

电磁波从正折射率介质入射到负折射介质时，符合折射定律，但折射角为负，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图1所示。

点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，在另一侧成实像。

如图2所示，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4）之中，正确的是（）
A．1 B．2
C．3 D．4
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
由题意可知，负折射率的介质使得折射光线与入射光线均在法线的同一侧，现在让我们判断从S点发出的这条光线的折射光线，则光线1、2是不可能的，因为它们均在法线的另一侧，光线3、4是可能的，但是题意中又说明在另一侧成实像，即实际光线有交点，光线3在射出介质时，其折射线如左图所示，折射光线反向延长线交于一点，成虚像。

而光线4的折射光线直接相交成实像（如右图所示）。

故选D。

2．某玩具为了模仿小动物行走的姿势，设计了非圆形的“轮子”。

现研究轮子受力情况，模型简化如图，四分之一圆框架OAB的OA、OB边初始位置分别处于水平和竖直方向上，光滑球形重物此时嵌在框架中与OA、OB、弧AB三边恰好接触但接触处并没有全部都产生弹力。

现以O点为轴缓慢将框架在同一竖
直平面内顺时针转动θ角，下列说法正确的是（ ）
A ．转动θ为0至2π的过程，弧A
B 受到重物的压力逐渐变大 B ．θ为54
π时，弧AB 受到重物的压力最大 C ．转动一周的过程中，存在某一特定的θ角，此时弧AB 与OA 板受到重物的压力一样大
D ．转动一周的过程中，OA 、OB 、弧AB 受到重物压力的最大值不同
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．以O 点为轴缓慢将框架在同一竖直平面内顺时针转动过程中，相当于重力沿顺时针方向转动，转动θ为0至π/2的过程，弧A
B 始终不受力作用，则选项A 错误；
B ．由力的合成知识可知当θ=π时，此时弧AB 受到重物的压力大小为2G ，θ=5π/4时，弧AB 受到重物的压力为G ，则此时压力不是最大，选项B 错误；
C ．旋转重力的方向，当此方向在弧AB 弹力的方向与OA 板弹力方向的夹角的平分线上时，此时弧AB 与OA 板受到重物的压力一样大，选项C 正确；
D ．旋转重力的方向，当此方向与弧AB 的弹力方向垂直时，在两个不同的位置，OA 板和OB 板的弹力都会取得最大值，大小为2G ，则转动一周的过程中，OA 、OB 、弧AB 受到重物压力的最大值一样大，选项D 错误。

故选C 。

3．如图所示为一理恕变压器，其中a 、b 、c 为三个额定电压相同的灯泡，输入电压u= U m sin100πt(V)．当输入电压为灯泡额定电压的8倍时，三个灯泡刚好都正常发光．下列说法正确的是（ ）
A ．三个灯泡的额定电压为Um/8
B ．变压器原、副线圈匝数比为9︰2
C ．此时灯泡a 和b 消耗的电功率之比为2︰7
D ．流过灯泡c 的电流，每0.02s 方向改变一次
【答案】C
【解析】
设灯泡的额定电压为U
，根据题意，输入电压8U U ==入
，得：16
m U =，此时原线圈两端的电压为17U U U U =-=入，副线圈两端的电压为22U U =，则变压器原、副线圈匝数比为
112272n U n U ==，根据122127
I n I n ==，因为a 、b 此时都能正常发光，故电压都为额定电压 ，根据P UI =，可知a 、b 消耗的电功率与电流成正比，即此时灯泡a 和b 消耗的电功率之比为2︰7，由输入电压的表达式，可知角频率100/rad s ωπ=，则周期20.02T s π
ω==，而变压器不会改变交变电流的周期，故每0.02s 电流方向
改变两次，故ABD 错误，C 正确；故选C.
【点睛】根据灯泡电压与输入电压的关系可确定接在线圈的输入端和输出端的电压关系，则可求得匝数之比；根据变压器电流之间的关系和功率公式可确定功率之比．
4．一质量为m 的物体在光滑水平面上以速度v 0运动，t=0时刻起对它施加一与速度v 0垂直、大小为F 的水平恒力，则t 时刻力F 的功率为（ ）
A ．0
B ．2F t m
C ．0F F v t m ⎛⎫+ ⎪⎝⎭ D
． 【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
根据牛顿第二定律有 F ma =
因0F v ⊥，则恒力F 的方向为初速度为零的匀加速直线运动，t 时刻的速度为
F v at t m
'== 根据功率的定义可知
2F F t P F v m
'=⋅= 故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

5．光电效应实验，得到光电子最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图所示。

普朗克常量、金属材料的逸出功分别为（ ）
A ．b a ，b
B ．b a ，1b
C ．a b ，b
D ．a b ，1b
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
根据km 0E h W ν=-得纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b ，图线的斜率
b k h a
== 故A 正确，BCD 错误；
故选A 。

6．如图所示的装置中，A 、B 两物块的质量分别为2 kg 、l kg,连接轻弹簧和物块的轻绳质量不计，轻弹簧的质量不计，轻绳与滑轮间的摩擦不计，重力加速度g = 10 m/s 2，则下列说法正确的是
A ．固定物块A ，则弹簧的弹力大小为20 N
B ．固定物块B ，则弹簧的弹力大小为40 N
C ．先固定物块A ，在释放物块A 的一瞬间，弹簧的弹力大小为10 N
D ．先固定物块A ，释放物块A 后，A 、B 、弹簧一起运动的过程中，弹簧的弹力大小为15N
【答案】C
【解析】固定物块A ，则弹簧的弹力大小等于B 的重力，大小为10 N ，选项A 错误；固定物块B ，则弹簧的弹力大小等于A 的重力，大小为20 N ，选项B 错误；先固定物块A ，则弹簧的弹力为10N ，在释放物块A 的一瞬间，弹簧的弹力不能突变，则大小为10 N ，选项C 正确； 先固定物块A ，释放物块A 后，
A 、
B 、弹簧一起运动的过程中，加速度为
，对物体B:T-m B g=m B a ，解得弹簧的弹力大小为40/3N ，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．下列说法正确的是
A ．一定质量的理想气体，压强变小时，分子间的平均距离可能变小
B ．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列不规则
C ．物体内能改变时，其温度一定变化
D ．机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化 E.将0.05mL 浓度为0.02%的油酸酒精溶液滴入水中，测得油膜面积为20cm 2，则可测得油酸分子的直径
为5×
10-9m 【答案】ADE
【解析】
【分析】
【详解】
A ．根据气态方程pV C T
=，压强变小时，如果温度降低，则气体的体积可能减小，分子间的平均距离可能变小，故A 正确；
B ．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列规则，故B 错误；
C ．物体的内能包括分子动能和分子势能两部分，物体内能改变时，可能是分子势能发生了变化，而分子平均动能并没有发生变化，即温度可能不变化。

故C 错误；
D ．根据热力学第二定律可知，机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化，故D 正确；
E ．根据题意，一滴油酸酒精溶液含有的油酸体积为：
V=0.05×0.02% mL=1×10-5mL
所以油酸分子直径的大小：
5
79110cm 510cm 510m 20
V d S ---⨯===⨯=⨯ 故E 正确；
故选ADE 。

8．一列简谐横波，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． 9．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 。

10．下列说法中正确的是（ ）
A ．封闭容器中的理想气体，若温度不变，体积减半，则单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，气体的压强加倍
B ．液体表面张力是液体表面层分子间距离小，分子力表现为斥力所致
C ．随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能不一定减小
D ．导热性能各向同性的固体，可能是单晶体
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A ．由pV C T
=可知，当温度不变，体积减半，则气体压强p 加倍，即单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，故A 正确；
B ．液体表面层分子间的距离大于平衡距离，液体表面层内分子间的作用力表现为引力，从宏观上表现为液体的表面张力，故B 错误；
C ．随分子间距离增大，分子间引力以斥力均减小，当分子间距离为平衡距离时分子势能最小，如果分子间距离小于平衡距离，随分子间距增大，分子势能减小，如果分子间距大于平衡距离，随分子间距增大，分子势能增大，因此随分子间距离增大，分子势能不一定减小，故C 正确；
D ．单晶体只是某些物理性质具有各向异性，并不是所有的性质都具有各向异性，所以导热性质表现为各向同性的物质也有可能是单晶体，故D 正确。

故选ACD 。

11．倾斜传送带在底端与水平面平滑连接，传送带与水平方向夹角为α，如图所示。

一物体从水平面以初
速度v 0冲上传送带，与传送带间的动摩擦因数为tan α，已知传送带单边长为L ，顺时针转动的速率为v ，物体可视为质点，质量为m ，重力加速度为g 。

则物体从底端传送到顶端的过程中（ ）
A ．动能的变化可能为2201()2
m v v - B ．因摩擦产生的热量一定为201()4
m v v - C ．因摩擦产生的热量可能为0sin (
1)v mgL v α- D ．物体的机械能可能增加mgLsin α
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】
因为=tan μα，则
cos =sin mg mg μαα
分析物体的运动得分两种情况：
第一种情况是0v v ≥，物体滑上传送带后先减速后匀速，最终速度为v ，由动能定理可知动能的变化为2201()2
m v v -； 相对运动过程中摩擦生热
()20001cos 22sin 4
v v v v mg v m v g Q v μαα+-⎛⎫⋅-=- ⎪⎝⎭= 增加的机械能为
22011sin 22
E mgL mv mv α∆=+- 第二种情况是0v v <，物体滑上传送带后一直做匀速直线运动，摩擦生热
00cos sin 1L v Q mg v L mgL a v v μα⎛⎫⎛⎫=⋅⋅-=⋅- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
增加的机械能
sin E mgL α∆=
综上所述，选项B 错误，ACD 正确。

故选ACD 。

12．如图甲所示，竖直放置的U 形导轨上端接一定值电阻R ，U 形导轨之间的距离为2L ，导轨内部存在边长均为L 的正方形磁场区域P 、Q ，磁场方向均垂直导轨平面(纸面)向外。

已知区域P 中的磁场按图乙所示的规律变化(图中的坐标值均为已知量)，磁场区域Q 的磁感应强度大小为B 0。

将长度为2L 的金属棒MN 垂直导轨并穿越区域Q 放置，金属棒恰好处于静止状态。

已知金属棒的质量为m 、电阻为r ，且金属棒与导轨始终接触良好，导轨的电阻可忽略，重力加速度为g 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．通过定值电阻的电流大小为02mg
B L
B ．0~t 1时间内通过定值电阻的电荷量为1
mgt
B L
C ．定值电阻的阻值为()3
100
1
B B L B mgt -
D ．整个电路的电功率为()1001
mg B B L
B t -
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．金属棒恰好处于静止状态，有
0mg B IL =
解得电流大小
0mg
I B L
=
故A 错误；
B ．0～t 1时间内通过定值电阻的电荷量
110mgt q It
B
L =
= B 项正确；
C ．根据题图乙可知，感应电动势
()2
2101B B L BL E t t -∆==∆ 又
()E I R r =+
联立解得
()31001
B B L B R r mgt -=- 故
C 错误；
D ．整个电路消耗的电功率
()()210101
001
B B L mg B B L mg P EI t B L B t --==⨯= 故D 正确。

故选BD 。

三、实验题:共2小题，每题8分，共16分
13．一根均匀的细长空心金属圆管，其横截面如图甲所示，长度为L ，电阻R 约为5Ω，这种金属的电阻率为ρ，因管线内径太小无法直接测量，某同学设计下列实验方案尽可能精确测定它的内径d ；
(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D ，图乙为螺旋测微器校零时的示数，用该螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200mm ，则所测金属管线外径D=_______mm ．
(2)为测量金属管线的电阻R ，取两节干电池（内阻不计）、开关和若干导线及下列器材：
A ．电流表0～0.6A ，内阻约0.05Ω
B ．电流表0～3A ，内阻约0.01Ω
C ．电压表0～3V ，内阻约10kΩ
D ．电压表0～15V ，内阻约50kΩ
E ．滑动变阻器，0～10Ω（额定电流为0.6A ）
F ．滑动变阻器，0～100Ω（额定电流为0.3A ）
为准确测出金属管线阻值，电流表应选_______，电压表应选______，滑动变阻器应选_______(填序号)
(3)如图丙所示，请按实验要求用笔代线将实物图中的连线补充完整_______．
(4)根据已知的物理量（长度L 、电阻率ρ）和实验中测量的物理量（电压表读数U 、电流表读数I 、金属管线外径D ），则金属管线内径表达式d ＝______________
【答案】5.167 A C E
24IL D U
ρπ- 【解析】
【详解】
(1)[1]螺旋测微器校零时的示数
3.3×0.01mm=0.033mm
螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200mm ，则所测金属管线外径
D=5.200-0.033mm=5.167mm ．
(2)[2]两节新的干电池电动势为3V ，因此电压表选择3 V 的量程，即为C ；
[3]因为电量中最大电流大约为
3A 0.6A 5
m E I R === 为了测量的精确，电流表应选择A ，
[4]滑动变阻器采用限流式接法，因为待测电阻较小，所以滑动变阻器选择E ．
(3) [5]由于待测电阻的平方小于电压表与电流表内阻的乘积，属于小电阻，所以电流表采用外接法，连接滑动变阻器的滑片接头错误，应该在接线柱；
(4)[6]该实验需要测量空心金属管的内径，通过欧姆定律测出电阻的大小，结合电阻定律测出横截面积，从而根据外径求出内径的大小．故所需测量的物理量为金属管的长度L 、金属管的外径D 、加在管两端的电压U 、通过管的电流强度I ．
据欧姆定律得， U R I = ，又L R S ρ= ，则LI S U
ρ= ，因为 2222D d S ππ=-（）（） 解得:
24IL d D U
ρπ=- 14．某实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，实验主要步骤如下：（不考虑空气阻力的影响）
①将光电门安放在固定于水平地面上的长木板上；
②将细绳一端连在小车上，另一端绕过两个轻质光滑定滑轮后悬挂一钩码，调节木板上滑轮的高度，使该滑轮与小车间的细绳与木板平行；
③测出小车遮光板与光电门之间的距离L ，接通电源，释放小车，记下小车遮光板经过光电门的时间t ； ④根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量。

(1)根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有_________；
A ．小车上遮光板的宽度d
B ．小车和遮光板总质量m 1
C ．钩码的质量m 2
D ．钩码下落的时间t′
(2)图中游标卡尺所测遮光板宽度d 为_______mm ；
(3)由实验步骤和(1)选项中测得的物理量，改变L 的大小，重复步骤③、④，可得到系统动能增加量总是小于钩码重力势能减少量，其原因可能是________________
【答案】ABC 5.70 小车与长木板之间存在摩擦阻力做功
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]要得到小车与钩码组成的系统动能的增加量，则要得到小车的速度，所以要测量小车上遮光板的宽度d 和小车和遮光板总质量m 1，钩码的质量m 2，由于小车运动的距离即为钩码下降的距离，所以不用测量钩码下落的时间t′，故选ABC ；
(2)[2]由图可知，游标卡尺所测遮光板宽度
0.5cm 140.05mm 5mm 0.70mm 5.70mm d =+⨯=+=
(3)[3]由于实验过程中小车与长木板之间存在摩擦阻力做功，系统有部分机械能转化为内能，则系统动能增加量总是小于钩码重力势能减少量。

四、解答题：本题共3题，每题8分，共24分
15．如图所示，粗细均匀的U 形管，左侧开口，右侧封闭。

右细管内有一段被水银封闭的空气柱，空气柱长为l=12cm ，左侧水银面上方有一块薄绝热板，距离管口也是l=12cm ，两管内水银面的高度差为h=4cm 。

大气压强为P 0=76cmHg ，初始温度t 0=27℃。

现在将左侧管口封闭，并对左侧空气柱缓慢加热，直到左右两管内的水银面在同一水平线上，在这个过程中，右侧空气柱温度保持不变，试求：
(1)右侧管中气体的最终压强；
(2)左侧管中气体的最终温度。

【答案】 (1)96cmHg ；(2)442K
【解析】
【分析】
【详解】
(1)以右管封闭气体为研究对象
10()P P h =+=80cmHg ，1l l ==12cm ，2l =l0cm
根据玻意耳定律
1122PV PV =
可得
122Pl P l =
2P =96cmHg
右管气体最终压强为96cmHg
(2)以左管被封闭气体为研究对象
0P =76cmHg ，3l l ==12cm ，1T =(273+27)K=300K ，2P =96cmHg ，4l =14cm
根据理想气体状态方程 112212
PV PV T T = 即
12412
Pl P l T T = 2421P l T p l
=，1T =442K 左管气体最终温度为442K 。

16．如图所示，一透明玻璃砖横截面的上半部分是半径为R 的半圆，下半部分是边长为2R 的正方形，在玻璃砖的左侧距离为R 处，有一和玻璃砖侧面平行的足够大的光屏。

一束单色光沿图示方向从光屏上的P 点射出，从M 点射入玻璃砖，恰好经过半圆部分的圆心O ，且∠MOA=45°，已知玻璃砖对该单色光的折射率n=53
，光在真空中的传播速度为c 。

①求该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角的正弦值。

②从M 点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖，求该单色光在玻璃砖内传播的时间。

【答案】 (1)
35 ；(2)(20210)3R c 【解析】
【详解】
（1）设单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角为C ，则有1sin n C =
解得：3sin 5
C = ； （2）单色光射到玻璃砖的平面上时的入射角均为45o i =
sin45sin o C > 则单色光在玻璃砖内射到平面上时会发生全反射，其光路图如图所示
单色光在玻璃砖内传播的距离为：2422x
R R =+
传播速度为35
c v c n == 传播时间为()2202103R t c +=。

17．如图所示，在上端开口的绝热汽缸内有两个质量均为1kg m =的绝热活塞（厚度不计）A 、B ，A 、B 之间为真空并压缩一劲度系数500N/m k =的轻质弹簧，A 、B 与汽缸无摩擦，活塞B 下方封闭有温度为o 27C 的理想气体。

稳定时，活塞A 、B 将汽缸等分成三等分。

已知活塞的横截面积均为220cm S =，
0.6m L =，大气压强50 1.010Pa p =⨯，重力加速度g 取210m/s 。

(1)现通过加热丝对下部分气体进行缓慢加热，当活塞A 刚好上升到气缸的顶部时，求封闭气体的温度；
(2)在保持第(1)问的温度不变的条件下，在活塞A 上施加一竖直向下的力F ，稳定后活塞B 回到加热前的位置，求稳定后力F 的大小和活塞A 、B 间的距离。

【答案】 (1)600K ；(2)220N ，0.16m
【解析】
【详解】
(1)初态，气体温度为
1273K 27K 300K T =+=
体积为
1V LS =
当活塞A 刚好达到汽缸顶部时，体积
22V LS =
温度为2T ，该过程气体发生等压变化，有 1212
V V T T =① 解得
2600K T =②
(2)分析活塞A 的受力，有
5102 1.110Pa mg p p S
=+=⨯③ 在F 作用下，活塞B 回到初位置，气体温度不变，即 32T T =
分析末态活骞A 和B 的受力，得
302mg F p p S
+=+④ 研究气体的初态和末态，有
3113
p p T T =⑤ 联立，解得
220N F =⑥
弹簧又压缩了
0.44m F x k
∆==⑦ 则稳定后A 、B 间的距离
AB 0.16m L L x =-∆=⑧。