2021山东省高考压轴卷：物理+答案解析

2021山东省高考压轴卷物理

一、单选题（每题3分，共24分）

1．图甲是氢原子的部分能级图，图乙是光电效应演示装置，装置中金属锌的逸出功为3.4eV。用大量从n=4能级跃迁到n=1能级时的氢原子发出的光去照射锌板，下列说法正确的的是（　　）

A．光电效应本质上是β衰变

B．锌板不会发生光电效应

C．发生光电效应时会发生质量亏损

D．从锌板打出来的光电子获得的最大初动能为9.35eV

2．卡诺循环是能体现热机工作时气缸内气体状态循环变化基本特性的理想循环，其循环过程如图所示。卡诺循环包含1、3两个等温过程和2、4两个绝热过程。气缸内气体可看作理想气体，关于卡诺循环，下列说法正确的是（　　）

A．过程1气体放热

B．过程2气体温度升高

C．过程3气体对外界做功

D．经完整循环过程时气体对外界做的功大于外界对气体做的功

3．夏末秋初是葡萄成熟的季节。果园中葡萄架上的累累果实既向人们展示了它们的美味，也在表达着自然中的平衡之美。如图为葡萄架下葡萄平衡的简化模型图，轻质藤蔓在空中紧紧交织在O点，藤蔓下三串葡萄甲、乙、丙的质量分别为m甲、m乙和m丙，O点两侧藤蔓与竖直方向的夹角分别为α和β，已知β = 70°，m甲= m乙= m，忽略藤蔓和葡萄架间的摩擦（不计藤蔓的质量），则（　　）

A．α = 70°，大于m B．α = 40°，小于m

C．α = 55°，小于m D．α = 65°，大于m

4．中国建设了500m口径的球面射电望远镜FAST——被誉为“中国天眼”。假设在未来，“天眼”发现了一颗“来历不明且自带光环”的流浪行星，如图甲所示，该行星周围存在着环状物质。为了测定环状物质是行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群，“天眼”对其做了精确的观测，发现环状物质的线速度v与其到行星中心的距离r的关系如图乙所示，已知引力常量为G，下列说法正确的是（　　）

A．环状物质是环绕该行星的卫星群

B．该行星的质量为

C．该行星的自转周期为

D．该行星表面的重力加速度大小为

5．如图，直角梯形处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，，分别为其边上中点。质点从点移动到点，其电势能增加，质子从点移动到点，其电势能增加，已知，质子电荷量为，长度为，下列说法正确的是（　　）

A．匀强电场的电场线与平行

B．质子从点移动到点，其电势能增加

C．质子从点移动到点，其电势能增加

D．匀强电场的电场强度大小为

6．如下图示为摩天轮的简化模型图，轮外装挂48个360度透明座舱。假设某一次娱乐中该摩天轮正以速率匀速运转，摩天轮上每个位置与中心O点处的距离都为R。有一质量为m的游客在不同的时刻分别处于图中的甲、乙、丙三个位置处，重力加速度为g，在整个转动过程中所有的游客都扣好了如下图2所示的安全带。摩天轮静止的时候假设该游客的安全带调节到恰好合适且对游客没有挤压，则下列关于该游客在这三个位置分别对座位压力的大小关系的说法正确的是（　　）

A．该游客在随摩天轮转动的过程中机械能守恒

B．该游客在甲、乙、丙三处与安全带都没有相互作用力

C．游客在甲处有完全失重的感觉

D．丙处位置对座位的压力大小为mg

7．如图所示的ACBO为透明柱体的横截面，其形状为半圆，一细束激光从非常靠近A端的一点以入射角i射向透明体，若除全反射外不考虑其他反射，结果发现激光恰好只能从平面上非常靠近B端的点射出，下列说法正确的是（　　）

A．透明体材料的折射率一定等于或大于

B．激光在曲面上至少发生一次全反射

C．入射角i相同时，激光折射率越与在曲面上发生全反射的次数无关

D．激光从透明体射出时，折射角总大于入射角

8．小明、小华两人各自驾车去一起烧烤，假设上高速后不久两人的车同时经过公路上的某一路标且速度相同，与此同时小明的车开始加速，但很快他发现后备箱没关好于是立即刹车（视为匀减速直线运动）直至停止。从小明的车加速开始计时直至停止这一过程中两人的车的-t图像如下图，则下列说法正确的是（　　）

A．该过程小明的车平均速度为m/s=2.5m/s

B．0~6s内小明的车一直在小华的车前方

C．该过程中两车相距最远距离为7.5m

D．在5s时两车相遇

二、多选题（每题4分，共16分。选对但不全得2分，选错得0分）

9．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　）

A．电流表的示数为

B．电压表的示数为

C．原线圈的输入功率为

D．副线圈输出交流电的频率为

10．滑雪是一项具有刺激性和挑战性的冰雪运动，如图的滑雪情景可抽象成如下物理过程：物体沿斜面由静止开始下滑，在水平面上滑行一段距离后停止。假若物体与斜面间和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接，选项图中v、a、Ek、s、t分别表示物体速度大小、加速度大小、动能、路程和时间，则其中可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

11．有一列正在沿水平方向传播的简谐波，在某一时刻它的波形图如下图甲所示，M和N是这列简谐波上的两个介质质点，从该时刻起某同学记录下了N点在一段时间内的振动图像，如下图乙所示。则下列说法正确的（   ）

A．该列简谐波正以1.0m/s的速度向左传播

B．该简谐波遇到一列波长为8m、传播方向相反的简谐波后不会发生干涉现象

C．M和N两介质质点的振动方向始终相反

D．该简谐波遇到体长为40m的障碍物时能发生明显的衍射现象

12．如图所示，光滑导轨的倾斜部分和水平部分在处平滑连接，导轨间距为L。导轨水平部分处于竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，倾斜导轨连接阻值为R的电阻。现让质量为m、阻值也为R的金属棒a从距水平导轨高h处由静止释放，金属棒到达位置时的速度是到达位置时速度的倍，并最终停止在水平导轨上。金属棒与导轨接触良好且导轨电阻不计，重力加速度为g。说法正确的是（　　）

A．金属棒刚进入磁场时回路中的电流大小为

B．金属棒运动到时加速度的大小为

C．在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热为

D．金属棒从运动到的过程中通过金属棒导体截面的电荷量为

三．非选择题：共6小题，共60分。

13．（6分）(1)“探究平抛物体的运动规律”实验的装置如图甲所示。下列说法正确的是________；

A．斜槽必须是光滑的，且末端切线调成水平

B．每次释放小球必须从斜槽同一位置由静止释放

C．将球的位置记录在坐标纸上后，取下坐标纸，用直尺将所有点连成折线

D．小球运动时不应与竖直面上的坐标纸相接触

(2)在“探究求合力的方法”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套，如图乙所示。

①下列实验操作正确的是________；

A．用一个弹簧测力计与用两个弹簧测力计拉橡皮条时，只要满足橡皮条的长度相等

B．拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

C．实验中，两根细绳必须等长

D．实验中，只需记下弹簧测力计的读数

②实验中，弹簧测力计的示数如图丙所示，则图中弹簧测力计的读数为________N；

③某次实验中，若两个弹簧测力计的读数均为4N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则________（选填“能”或“不能”）用一个量程为5N的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是__________。

14．（8分）一只小灯泡，标有“3V，1.5W”字样。现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性曲线。实验器材有：

A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器

B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源

C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1

D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2

E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1

F．量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2

G．开关、导线若干

(1)电压表应选用______；电流表应选用______；（将选项代号的字母填在横线上）

(2)在该实验中，设计了如图所示的四个电路。为了减小误差，应选取的电路是______（将选项代号的字母填在横线上）；

(3)在描绘小灯泡的伏安特性时，以电流值作横坐标，电压值作纵坐标。所得的图线可能是图线中的______；

(4)请在图中按(2)所选电路图已连接部分电路，请将电路连接完整______。

15．（7分）如图所示，体积为V的汽缸由导热性良好的材料制成，面积为S的活塞将汽缸的空气分成体积相等的左右两部分，汽缸左部通过单向阀门K（气体只能进汽缸，不能出汽缸）与一打气筒相连。开始时汽缸内左右两侧气体压强均为，现用打气筒向左部容器内打气，已知打气筒每次能打入压强为、体积为的空气，打气完成稳定后汽缸左右两部分空气体积之比为7：1，空气视为理想气体，外界温度恒定，不计活塞与汽缸间的摩擦。求：

（1）打气完成稳定后，活塞左侧空气的压强；

（2）打气筒向容器内打气的次数。

16．（9分）有一摩托车花样表演过山坡模型可简化如图，四分之一光滑圆弧槽半径为R，固定在水平地面上，在A点有一个质量为m的物块P（可视为质点）由静止释放，与A点相切进入圆弧槽轨道AB，物块P滑下后进入光滑水平轨道BC，然后滑上半径为r的三分之一光滑圆弧轨道CDE，直线部分与圆弧的连接处平滑，物块P经过连接处无能量损失。（g=10m/s2）

(1)求物块对轨道的最大压力大小；

(2)物块在弧CD某点处运动时，与圆心的连线跟竖直线的夹角为θ，求物块所受支持力FN与θ、R、r的关系式，分析物块在何处对轨道压力最小？

(3)若，请计算说明物块能否到达最高点D处？

17．（14分）光滑水平面上放着质量的物块与质量的物块，与均可视为质点，靠在竖直墙壁上，间夹一个被压缩的轻弹簧（弹簧与均不拴接），用手挡住不动，此时弹簧弹性势能。在间系一轻质细绳，细绳长度大于弹簧的自然长度，如图所示。放手后向右运动，绳在短暂时间内被拉断，之后冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道，其半径，恰能到达最高点。取，求∶

(1)绳拉断后瞬间的速度的大小；

(2)绳拉断过程绳对的冲量的大小；

(3)绳拉断过程绳对所做的功。

18．（16分）如图所示，直角坐标系位于竖直平面内，在的区域内有磁感应强度大小，方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其上边界与y轴交于P点；在x轴下方某区域内的有界匀强电场，电场强度大小，方向沿x轴负方向，边界与x轴平行，宽度。一质量，电荷量的带电粒子从P点以某速度沿与y轴负方向成角射入磁场，在磁场中运动后，经电场偏转最终通过y轴上的Q点（Q点未画出），不计粒子重力。求：

(1)带电粒子进入磁场时的速度；

(2)当电场上边界恰好与x轴重合时Q点的纵坐标；

(3)若只改变上述电场强度的大小，要求带电粒子仍能通过Q，当电场上边界的纵坐标满足时，推导出电场强度的大小与的函数关系。

参考答案

1．【答案】D

【解析】根据光电效应的概念可知选项A错误；氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时，辐射的光子能量为ΔE=E4-E1=12.75eV>3.4eV；故锌板会发生光电效应，故选项B错误；光电效应不是核反应，故不会出现质量亏损，故选项C错误；根据爱因斯坦光电效应方程；D正确。故选D。

2．【答案】D

【解析】过程1气体等温膨胀，内能不变，对外做功，吸收热量，故A错误；

过程2为绝热过程，气体不吸、放热，对外做功，内能减小，温度降低，故B错误；

过程3气体等温压缩，外界对气体做功，故C错误；

在完整循环过程中，由气体做功；可知气体做的功等于图线与横坐标包围的面积，1、2两个膨胀过程气体对外做功大于3、4压缩过程外界对气体做的功，因此气体对外界做的功大于外界对气体做的功，故D正确。

3．【答案】B

【解析】取O点受力分析如下：

因甲、乙的质量相等，故二者对O点的拉力的合力方向一定沿二力合成的菱形的对角线，并且与丙斜拉O点的力在同一条直线上，由几何关系可得；在三角形中大边对应大角，则有；即小于m。故选B。

4．【答案】C

【解析】若环状物质为环绕该行星的行星群，根据万有引力提供环状物质做圆周运动的向心力，则有得； 则有，速度与成正比，若环状物质为行星组成部分，则环状物质与行星时同轴转动，角速度相同，由可知，速度与成正比，图乙表示速度与成正比，说明环状物质是该行星组成部分，A错误；

由于环状物质是该行星组成部分，不是行星的卫星群，所以不能由公式 来求出行星的质量，B错误；

因为环状物质是行星组成部分，距离行星中心处环状物质的自转周期，即行星的自转周期，由周期与半径和速度关系得；即 得，周期为；C正确；

该行星包括环状物质在内组成的整体对应的质量与半径未知，故无法计算出该行星表面的重力加速度，D错误。

5．【答案】D

【解析】质子从点移动到点、点，两点电场力做功相同，所以为等势面，其电势能增加，方向为电场线方向，A错误；

，所以也为等势面，质子从点移动到点，其电势能增加，B错误；

点为中点，所以到电势能增加，C错误；

因为方向为电场线方向，又质点从点移动到点，其电势能增加，即，所以场强大小，D正确。

6．【答案】C

【解析】除重力做功以外，支持力也做功，由机械能守恒定律可知选项A错误；

B．对于旅客在乙处位置所需向心力根据假设可知由座位的静摩擦力提供；竖直方向有N乙mg；再根据滑动摩擦力公式可得，这是不符合实际的，由此可知安全带对游客有向下的压力，故选项B错误；

假设游客在甲、乙、丙三处与安全带之间都没有相互作用力，只与摩天轮的座椅有相互作用力：对于旅客在甲处位置，由牛顿第二定律有；解得

即在甲处游客自身的重力能完全提供做圆周运动所需的向心力，故有完全失重的感觉；C正确；

对于旅客在丙处位置有；得；D错误。

7．【答案】B

【解析】当激光射入透明体的折射角小于时，激光入射到曲面时的入射角大于，由可知材料的折射率可小于，故A错误；

如图，根据光路图可知激光至少在曲面上发生一次全反射才能经B射出，故B正确；

如图，入射角i相同时，材料的折射率越大，折射角越小，根据几何知识可知激光在曲面上发生全反射的次数越多，故C错误；

激光从B处射出，由对称关系可知反射角处处相等，射到B处的光线的入射角等于A处的折射角，故D错误。

8．【答案】B

【解析】平均速度公式只适用于匀变速直线运动，由图像可知小明车并不是做匀变速直线运动，故A错误；

在6s内他们两车的位移分别为、；即小明的车一直在小华的车前方，故B正确；D错误

由图像知小明的车减速时加速度大小为a=5m/s2，则小明的车由v0=10.0m/s减速到vt=5.0m/s，由可求得所用时间为Δt=1s；故小明的车在t=5s时刻与小华的车速度相同，此时小华的车通过的位移为；小明的车的位移；此时两车距离最远，最远距离为

故C错误。

9．【答案】BC

【解析】理想变压器的原线圈接在的交流电源上，有效值为220V，原、副线圈匝数之比为，，故副线圈两端电压 ，故电压表的示数为，副线圈电流；副线圈功率；则原线圈的输入功率为，电流表示数；因为变压器不改变频率，故副线圈输出交流电的频率；故BC正确AD错误。故选BC。

10．【答案】ABD

【解析】物体沿斜面向下做匀加速直线运动，加速度；在水平面上又做匀减速直线运动，加速度；因动摩擦因数μ和斜面倾角θ未知，故不能确定a1、a2的大小关系，但可确定；；所以速度大小随时间均匀增大，而后又均匀减小，时间短的加速度大，位移长的加速度小，故AB正确；由可知，Ek–t的图像应是两段抛物线的拼合，故C错误；由可知，Ek–s的图像应是线性关系，故D正确。故选ABD。

11．【答案】AC

【解析】由图甲可知，该简谐横波波长为λ=8m，周期T=8s，所以波速为v = = 1.0m/s；根据乙图可知该时刻开始质点N向上振动，所以该波沿-x方向传播，即向左传播；故A正确；

根据机械波发生干涉的条件可知该简谐波遇到一列波长为8m、传播方向相反的简谐波后会发生干涉现象，故B错误；

因为质点M、N相差半个波长，所以他们的振动方向总是相反的；故C正确；

根据机械波发生明显衍射条件可知，该简谐波遇到体长为40m的障碍物时不能发生明显的衍射现象，故D错误。

12．【答案】BD

【解析】金属棒沿斜轨道下滑过程，据动能定理有；解得；此时的电动势，电流为；联立解得故A错误；

由题意知，金属棒到达OO′时的速度为倍，根据牛顿第二定律得；解得故B正确；

对金属棒运动全过程，据能量守恒定律有；其中电阻R上产生的焦耳热与金属棒上的焦耳热按阻值分配有；故C错误；

取水平向右为正方向，根据动量定理有；即

其中，解得故D正确。

13．【答案】BD    B    2.5    不能    两弹簧测力计拉力的合力超出弹簧测力计的量程   

【解析】(1)[1]．斜槽不一定必须是光滑的，但是末端切线必须要调成水平，以保证小球做平抛运动，选项A错误；

每次释放小球必须从斜槽同一位置由静止释放，以保证到达斜槽底端速度相同，选项B正确；

将球的位置记录在坐标纸上后，取下坐标纸，用将所有点连成平滑的曲线，选项C错误；

小球运动时不应与竖直面上的坐标纸相接触，以免小球改变速度方向，选项D正确。

(2)①[2]．用一个弹簧测力计与用两个弹簧测力计拉橡皮条时，只要将结点拉到同一位置，不一定满足橡皮条的长度相等，选项A错误；

拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，选项B正确；

实验中，两根细绳不一定必须等长，选项C错误；

实验中，需记下弹簧测力计的读数以及拉力的方向，选项D错误；故选B。

②[3]．图中弹簧测力计的最小刻度为0.2N，则读数为2.5N；

③[4][5]．某次实验中，若两个弹簧测力计的读数均为4N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则两个力的合力为4N>5N，则不能用一个量程为5N的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是两弹簧测力计拉力的合力超出弹簧测力计的量程。

14．【答案】E    C    C    D       

【解析】

(1)[1]因为小灯泡的额定电压为3V，故电压表选E；

[2]小灯泡的额定电流为；故电流表选C；

(2)[3]小灯泡在额定电压下的电阻为；由于；故电流表外接；在描给小灯泡的伏安特性曲线时，要求电压从零开始，则滑动变阻器选用分压接法；

(3)[4]因灯泡电阻随温度的增大而增大，而在U-I图象中图象的斜率表示电阻，故图象的斜率应越来越大；

(4)[5]根据原理图连接实物图，如图所示

15．【答案】（1）；（2）15次

【解析】（1）对气缸右部分气体，初状态压强为，末状态压强为p，由玻意耳定律得解得；由题意可知左侧气体与右侧气体压强相等，则

（2）左侧原有气体的压强为p时，气体体积为，由玻意耳定律；解得；则打入的气体压强为p时，气体体积为；由玻意耳定律可得解得

16．【答案】(1)；(2)C点；(3)能

【解析】

(1)在最低点B处压力最大，物块从静止沿圆弧轨道滑至B点，设速度大小为vB,由机械能守恒定律有；在最低点轨道对物块的支持力为大小为FN，由牛顿第二定律有；联立解得FN=3mg；由牛顿第三定律可知压力大小为3mg；

(2)取CD上任意一点M，受力如图由圆周运动知；从A到M有机械能守恒知

得；则在C点时压力最小；

(3)在C点当时FN=-mg；说明物块离开C点后做斜抛运动，有；；从A到C由机械能守恒知；得；所以物块恰能飞到最高点D。

17．【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

(1)设在绳被拉断后瞬时的速率为，到达点的速率为，根据恰能到达最高点有；对绳断后到运动到最高点这一过程应用动能定理；解得

(2)设弹簧恢复到自然长度时的速率为，取向右为正方向，弹簧的弹性势能转化给的动能；根据动量定理有；解得；其大小为；

(3)设绳断后的速率为，取向右为正方向，根据动量守恒定律有；根据动能定理有；解得

18．【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

(1)带电粒子在磁场中，由牛顿第二定律得；；粒子在磁场中运动时间；所以粒子运动轨迹对应的圆心角；即粒子垂直于x轴穿出磁场，由几何关系可知；解得

(2)粒子离开磁场时，在x轴上坐标；；假设粒子穿出电场后再打在y轴在电场中；运动时间可得；离开电场时的偏转角为，则；联立得；解得

(3)若电场上边界的纵坐标在内，因为；由几何关系得则