2021年山东省泰安市高考物理四模试卷(含答案解析)

2021年山东省泰安市高考物理四模试卷

一、单选题（本大题共9小题，共28.0分）

1. 许多科学家在物理学发展中作出了重要的贡献，下列表述正确的是   

A. 伽利略认为自由落体运动是速度随位移均匀变化的运动，并通过实验得到验证

B. 牛顿发现了万有引力定律，并计算出太阳与地球间引力的大小

C. 卡文迪许通过实验测得了万有引力常量

D. 奥斯特发现了电流的磁效应，并总结出了电磁感应规律

2. 下列说法正确的是

A. 液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间的距离，使得液面有表面张力

B. 物体中所有分子的热运动动能的总和叫做物体的内能

C. 热力学温度与摄氏温度的关系为

D. 悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡

3. 如图所示，粗糙且绝缘的斜面体在水平地面上始终静止．在斜面体边上靠近点固定一点电荷，从点无初速释放带负电且电荷量保持不变的小物块视为质点，运动到点时速度恰为零．则小物块从到运动的过程

A. 水平地面对斜面体没有静摩擦作用力

B. 小物块的电势能先增大后减小

C. 小物块所受到的合外力一直减小

D. 小物块损失的机械能大于增加的电势能

4. 改变汽车的质量和速度，都可能使汽车的动能发生改变．速度减半，质量增大为原来的倍，汽车的动能是原来的倍．

A.  B.  C.  D.

5. 如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示内疏外密的同心圆环状条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是

A. 干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

B. 干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的

C. 若凸透镜的曲率半径增大，则会造成相应条纹间距减小

D. 若照射单色光的波长增大，则会造成相应条纹间距减小

6. 在匀强磁场中有一个原来静止的碳原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切圆，圆直径比为：，如图，则碳的衰变方程为

A.

B.

C.

D.

7. “复兴号”动车在世界上首次实现速度自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为的“复兴号”动车，从静止开始在平直的轨道上运动，其发动机的输出功率随时间变化的图象如图所示。已知时刻达到某功率，此后保持该功率不变，时刻达到该功率下的最大速度，动车行驶过程中所受阻力恒定。则

A. 时刻，动车所受的牵引力大小为

B. 时间内，动车所受牵引力逐渐增大，做加速运动

C. 时间内，动车所受牵引力恒定，做匀加速直线运动

D. 时间内，动车克服阻力做功为

8. 一辆车由甲地出发，沿平直公路开到乙地刚好停止，其速度一时间图象如图所示，那么对于和两段时间内，下列说法中正确的是

A. 加速度的大小之比为：

B. 位移的大小之比为：

C. 平均速度的大小之比为：

D. 以上说法都不对

9. 如图所示电路中的电源为恒流源或恒压源不管外电路的电阻如何变化，它都能够提供持续的定值电流或定值电压当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，电压表的读数变化量的绝对值为，电流表的读数变化量的绝对值为，则下列说法正确的是

A. 若电源为恒压源时，示数增大，示数减小

B. 若电源为恒压源时，示数不变，示数增大

C. 若电源为恒流源时，示数增大，示数减小，

D. 若电源为恒流源时，示数增大，示数增大，

二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）

10. 如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是

A. 光屏上的光带最上面是紫光，最下面是红光

B. 光屏上的光带最上面是红光，最下面是紫光

C. 玻璃对红光的折射率比紫光大

D. 玻璃中紫光的传播速度比红光小

E. 红光的临界角大，紫光的临界角小

11. 已知铯的极限频率为，钠的极限频率为 ，银的极限频率为，铂的极限频率为，当用波长为的光照射它们时，

可发生光电效应的是

A. 铯 B. 钠 C. 银 D. 铂

12. 如图所示，、、是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，、质量相同，且小于的质量，则

A. 所需向心力最小

B. 、周期相等，且大于的周期

C. 、的向心加速度相等，且大于的向心加速度

D. 、的线速度大小相等，且小于的线速度

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

13. 有一根细长而均匀的金属管线样品，长约为，电阻大约为，横截面如图甲所示。

用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为______；

现有如下器材：

A.电流表量程，内阻约

B.电流表量程，内阻约

C.电压表量程，内阻约

D.滑动变阻器

E.滑动变阻器

F.蓄电池，内阻很小

G.开关一个，带夹子的导线若干

要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选______，滑动变阻器应选______。只填代号字母

请将图丙所示的实际测量电路补充完整。

已知金属管线样品材料的电阻率为，通过多次测量得出金属管线的电阻为，金属管线的外径为，金属管线的长度为，则中空部分横截面积的表达式为______用所测物理量字母表示。

14. 在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量的重物自由下落，电火花打点计时器在纸带上打出一系列的点，如图所示相邻记数点时间间隔为．

关于实验过程，下列说法正确的有______．

A.选用交流电源

B.选择体积小，质量大的重物

C.为获得清晰的纸带，可以用双层纸带夹着墨粉盘进行实验

D.若先释放重物，后接通电源，打出的纸带无法进行实验验证

打点计时器打下计数点时，物体的速度______；保留三位有效数字

从起点到打下计数点的过程中物体的重力势能减少量______，此过程中物体动能的增加量______；由此得到的实验结论是______填“重物的机械能守恒”或“重物的机械能不守恒”取，所有计算保留三位有效数字

四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）

15. 一端封闭一端开口长为的粗细均匀的玻璃管，将管口向下竖直插入水银槽中，如图所示，当管口到水银面的距离恰好等于水银深度的一半时，水银进入管内，设大气压强为，整个过程中温度保持不变。求水银槽中水银的深度。

16. 如图所示，三块水平放置的带电平行金属薄板、、中央各有一小孔，间距离为，间距离为，将、两板分别与大地相连，板的电势为，现有一质量为，电量为的负电油滴从板中央小孔无初速释放。

求油滴运动位移最大位置时的电势能以及经历的时间；

若某时刻开始从板正上方距离小孔处释放另一带电量相同的正电油滴，其质量为，两油滴恰好在板小孔处相遇，求释放时间。

17. 如图所示，水平光滑的地面上有、、三个可视为质点的木块，质量分别为、、。木块的左侧有一半径的固定的竖直粗糙半圆弧轨道，一开始、处于静止状态，、之间的弹簧处于原长。给木块一个水平向右的初速度，大小为，与木块碰撞后，被反弹，速度大小变为。若恰好能通过圆弧轨道的最高点，重力加速度取，求：

木块克服圆弧轨道摩擦所做的功；

弹簧具有的最大弹性势能。

18. 在足够大的光滑绝缘水平面上，固定有一绝缘弹性薄挡板，板长，与板右端齐平、距离板处有一孔，俯视图如图所示。整个空间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度。比荷为的带电小球视为质点，自挡板左端以某一垂直挡板的速度开始运动，恰能做匀速圆周运动，若小球与挡板相碰后以原速率反弹且电量不变，碰撞时间不计，小球最后都能进入小孔中，取。试求：

小球运动的最大速率；

小球运动的最长时间。保留两位有效数字

参考答案及解析

1.答案：

解析：试题分析：伽利略认为速度随时间均匀变化，并通过“冲淡重力”的方法来实验验证物体运动的位移与时间的平方成正比，故A错误；牛顿发现了万有引力定律，但没有测出引力常数，引力常数是由卡文迪许通过实验测量出来的，故牛顿测不出太阳与地球之间引力的大小，故B错误；C正确；奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第总结出了电磁感应规律，故D错误。

考点：本题考查物理学史。

2.答案：

解析：解：、液体表面层分子间距离比液体内部分子间距离大，分子力表现为引力，使得液体表面有表面张力，故A正确；

B、物体中所有分子的热运动动能的总和与分子势能总和叫做物体的内能，故B错误；

C、热力学温度与摄氏温度的关系为，故C错误；

D、悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子撞击作用的不平衡性越明显，故D错误；

故选：。

液体表面分子间距离大于平衡位置间距，液体表面存在表面张力；物体的内能为所有分子的动能和势能之和，悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击越不容易平衡。

本题关键掌握热力学基本知识，知道布朗运动的实质．掌握分子动理论，理解表面张力形成的原因．

3.答案：

解析：解：、对整体受力分析可知，带电物块在沿斜面运动过程中，受到库仑力、重力、垂直斜面的支持力，沿斜面向上的摩擦力，先作加速运动，后作减速运动，水平方向加速度大小先减小后增大，所以要受到地面的摩擦力，摩擦力大小先减小后反向增大。故A错误；

B、有运动可知，电荷带负电荷，也带负电荷，故A在下滑的过程中，库仑力做负功，故物块的电势能增大，故B错误；

C、物块先加速后减速，加速度大小先减小后增大，故受到的合力先减小后增大，故C错误；

D、由能量守恒可知带电物块损失的机械能大于它增加的电势能，是因为克服摩擦力做了功，也损失机械能，故D正确；

故选：。

对物体受力分析和运动过程的分析，通过受力分析判断出物体的各个力做功情况即可判断

本题主要考查了库伦力做功，抓住受力分析和运动过程分析及能量守恒即可

4.答案：

解析：解：速度减半，质量增大为原来的倍，根据动能的表达式可知，汽车的动能不变，故动能是原来的倍，故A正确，BCD错误．

故选：．

动能为，物体的质量和速度的大小都可以引起物体动能的变化，

本题是对动能公式的直接应用，题目比较简单，记住公式即可并灵活控制变量即可求解．

5.答案：

解析：解：、当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹．故A错误，B正确．

C、若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大．故C错误．

D、若照射单色光的波长增大，则观察到的圆环状条纹间距变大．故D错误．

故选：．

从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．使牛顿环的曲率半径越大，相同的水平距离使空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大．

理解了牛顿环的产生机理就可顺利解决此类题目，故对物理现象要知其然更要知其所以然，注意牛顿环的特征与影响因素是解题的关键．

6.答案：

解析：解：原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是衰变，此粒子是粒子。

可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有：

由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得：，可见与成反比。

由题意，大圆与小圆的直径之比为：，半径之比为：，则得：粒子与反冲核的电荷量之比为：。

所以反冲核的电荷量为，电荷数是，其符号为。

所以碳的衰变方程为，故D正确，ABC错误。

故选：。

核衰变过程动量守恒，反冲核与释放出的粒子的动量大小相等，根据左手定则判断粒子与反冲核的电性关系。结合带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得粒子与反冲核的电荷量之比。

原子核的衰变过程类比于爆炸过程，满足动量守恒，而带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式中的分子恰好是动量的表达式，要巧妙应用。

7.答案：

解析：解：、时刻，动车做匀加速直线运动达到最大功率，此时加速度不为零，故此时动车所受的牵引力大小大于，故A错误；

B、根据可知，在时间内功率随时间均匀增大，知汽车做匀加速直线运动，加速度恒定，则牵引力恒定，速度均匀增加，故B错误；

C、时刻，动车做匀加速运动达到最大功率，时刻达到最大功率下的最大速度，由，可知，时刻动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动，故C错误；

D、时间内，对动车由动能定理知：，解得：，故D正确。

故选：。

根据图象可知，在时间内功率随时间均匀增大，知动车由静止开始做匀加速直线运动，通过受力判断功率达到额定功率后的运动。

解决本题的关键会通过受力判断物体的运动，知道加速度随着合力的变化而变化，当加速度方向与速度同向时，速度增大；反向时，速度减小。

8.答案：

解析：

根据速度时间图象的斜率等于加速度，求出加速度之比。由“面积”等于位移，求得位移之比。由匀变速直线运动的平均速度公式求平均速度之比。

本题考查对速度时间图象的理解能力，要抓住图象的数学意义：斜率等于加速度，“面积”等于位移来理解图象的物理意义。

设图中物体的最大速度为。

A.时间内物体的加速度大小，时间内物体的加速度大小，则：：，  故A错误。

B.时间内物体的位移，时间内物体的位移，则：：，故B错误。

时间内物体的平均速度，时间内物体的平均速度，则：：，故C正确，D错误。

故选：。  

9.答案：

解析：

当电源为恒压源时，能够提供恒定的电压，由欧姆定律确定电压表读数的变化和电流的变化。

电源为恒流源，能够提供持续的恒定电流，当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，电压表读数的变化量等于电阻两端电压的变化量，由欧姆定律求出电压表的读数变化量与电流表的读数变化量之比的绝对值．

本题是非常规题，要抓住特殊条件：电源为恒压源或恒流源，分析电压表读数与电流表读数的关系，再求解变化量之比．

滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，变阻器接入电路的阻值增大，

、若电源为恒压源时，电压表示数不变，电阻增大，电流变小，电阻两端的电压减小，并联部分的电压增大，流过电阻的电流增大，因总电流减小，电流表示数减小，故AB错误；

、电源为恒流源时，电路中总电流不变，变阻器向上滑动，总电阻增大，电压表示数增大，因电流不变，电阻两端的电压不变，并联部分的电压增大，电阻中的电流增大，总电流不变，所以电流表示数减小，电阻两端电压不变，电阻两端电压的变化量等于电压表的变化量，因总电流不变，所以电流表示数的变化量等于电阻的电流的变化量，所以有，故C正确，D错误；

故选：。  

10.答案：

解析：解：、白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

所以红光偏折的程度最小，紫光偏折的程度最大，根据折射定律得知，玻璃对红光的折射率比紫光小，故AC错误，B正确；

D、由分析可知，折射率大的光在玻璃中传播速度小，则玻璃中紫光的传播速度比红光小，故D正确；

E、根据可知，折射率越大，临界角越小，所以红光的临界角大，紫光的临界角小，故E正确。

故选：。

白光是复色光，由七种单色光组成，经过三棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同，偏折角越大，折射率越大，其频率越大，由分析光在玻璃中传播速度的大小，由分析临界角的大小；

可见光是复色光，同时得出在同一介质中，紫光的折射率最大，红光的折射率最小，红光的速度最大，紫光的速度最小．

11.答案：

解析：解：根据可知，该光的频率为：

大于铯和钠的极限频率，因此能够发生光电效应的是铯，钠．

故选：．

当入射光的频率大于金属的极限频率时，会发生光电效应，由此可正确解答．

解决本题的关键掌握光电效应的条件，是考查基础知识的好题．

12.答案：

解析：解：根据万有引力提供向心力得，，解得，，．

轨道半径越大，线速度、加速度越小，周期越大．所以、的周期相同，大于的周期．、的向心加速度相等，小于的向心加速度．、的线速度相等，小于的线速度．

因为、质量相同，且小于的质量，可知所需向心力最小．故A、、D正确，C错误．

故选：．

根据万有引力提供向心力，得出线速度、加速度、周期与轨道半径的大小关系，从而比较出大小．

解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用．

13.答案：     

解析：解：螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，所以金属管的外径；

根据电源电动势及电路中估算的电流，从准确度的角度确定电流表的量程选择即可，滑动变阻器采用分压接法时一般选阻值较小的；

电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，故实际连线如图所示，

根据欧姆定律和电阻定律有：  所以中空面积。

故答案为：

连线如图所示，

螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。

根据电路中电流的大小确定电流表的量程，从测量误差的角度选择滑动变阻器。

将待测电阻与电压表和电流表内阻比较，确定其是大电阻还是小电阻，从而确定电流表的内外接。

根据电阻定律求出导体电阻的横截面积，用大圆的面积减去电阻的横截面积，即为中空部分的截面积。

解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法，以及掌握电阻定律的公式，掌握如何确定电流表的内外接。

14.答案：        重物的机械能守恒

解析：解：、电火花打点计时器使用的交流电源，故A错误．

B、为了减小阻力的影响，重物选择质量大一些，体积小一些的，故B正确．

C、为获得清晰的纸带，可以用双层纸带夹着墨粉盘进行实验，故C正确．

D、实验时应先接通电源，再释放重物，故D错误．

故选：．

点的瞬时速度为：．

从起点到打下计数点的过程中物体的重力势能减少量为：

动能的增加量为：．

可知在误差允许的范围内，重物的机械能守恒．

故答案为：，，，，重物的机械能守恒．

根据实验的原理以及注意事项确定正确的操作步骤．

根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点的速度．

根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据点的速度得出动能的增加量，通过比较得出实验的结论．

解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．

15.答案：解：取玻璃管中的封闭气体为研究对象，则初态压强 ，气柱长度 ，

末态压强，气柱长度为，其中 ，

由玻意耳定律，，解得 。

答：水银槽中水银的深度为 。

解析：以管内气体为研究对象，温度不变，列出初末状态参量，根据玻意耳定律列式求解。

本题关键是求解出初状态和末状态气体的压强，然后根据查理定律列式求解。

16.答案：解：设间电场强度，由电场强度与电势差的关系得：，方向竖直向下

设间电场强度，由电场强度与电势差的关系得：，方向竖直向上

油滴所受的重力：

静电力：，

故油滴沿竖直方向在中做匀加速运动，然后在中做匀减速运动。

匀加速运动加速度

由

解得：

由

得：

匀减速运动的加速度为

运动的位移为：

电势能为：

减速到速度为零的时间为

故油滴运动最大位移所用时间为

油滴做自由落地运动，

由

得：

油滴所受的重力为，

故油滴在进入电场中将做匀速直线运动，运动到处的时间：

若油滴第一次到达板时两油滴相遇，则

即油滴比油滴早释放

若油滴进入板电场后，再次返回板处两油滴相遇，则

即油滴比油滴晚释放了

答：油滴运动位移最大位置时的电势能是，经历的时间是；

释放时间：比油滴早释放或晚释放了。

解析：首先由电场强度与电势差的关系求得板间场强，通过计算电场力和重力来判断油滴在板间的运动性质，再由运动学公式求解；

通过计算油滴的受力判断油滴进入板间的运动性质，再结合油滴来分析，注意油滴可能向上经过板，也可能向下经过板，分情况讨论。

本题考查了速度公式、位移公式、电势能、牛顿第二定律，过程复杂，首先分析清楚受力和运动性质然后再选择相关的公式求解，难度较大。

17.答案：解：木块恰好能通过圆弧轨道最高点，在最高点重力提供向心力，由牛顿第二定律得：

代入数据解得：

木块从最低点到最高点的过程，由动能定理得：

代入数据解得：

、碰撞过程，、组成的系统动量守恒，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律得：

代入数据解得： 

A、碰撞后，、组成的系统动量守恒，、速度相等时弹簧压缩至最短，此时弹簧弹性势能最大，以向右为正方向，对、系统，从、碰撞完毕到、速度相等过程，根据动量守恒定律得：

由能量守恒定律得：

，

代入数据解得：，；

答：木块克服圆弧轨道摩擦所做的功是；

弹簧具有的最大弹性势能为。

解析：木块恰好能通过圆弧轨道的最高点，重力提供向心力，由牛顿第二定律求出木块到达最高点的速度，木块从圆弧轨道最低点到最高点过程，应用动能定理求出克服摩擦力做的功。

、碰撞过程、组成的系统动量守恒，应用动量守恒定律求出碰撞后的速度；与组成的系统动量守恒，当、的速度相等时弹簧弹性势能最大，应用动量守恒定律求出此时木块的速度，应用能量守恒定律求出弹簧的最大弹性势能。

本题是一道力学综合题，考查了动量守恒定律的应用，根据题意分析清楚物体的运动过程是解题的前提与关键，应用动量守恒定律、牛顿第二定律与能量守恒定律可以解题。

18.答案：               

解析：考查带电粒子在磁场中的运动。根据洛伦兹力可提供向心力使带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度大半径大，速度小半径小，根据几何关系求解即可。

根据得 分根据题意当小球带负电荷时满足题目要求，当小球速度最大时，半径最大，运动轨迹如图根据几何关系，有  分代入数据，解得 分因此，小球运动的最大速度为  分

当小球带负电荷时：小球若与挡板碰撞，碰撞次数越多，运动的时间越长设小球与板碰撞次进入小孔，根据几何关系，有且   分解得：即：可取，，当时，由几何关系，得： 分代入数据，解得：和 分 由此可知，当时，小球运动最长时间为 分其中  分同理小球带正电时：当时，小球运动最长时间为分所以小球运动最长时间为分