2021河北省高考压轴卷：物理+答案解析

2021河北省高考压轴卷物理

一、单选题（每题4分，共24分）

1．物块B套在倾斜杆上，并用轻绳与物块A相连，今使物块B沿杆由点M匀速下滑到N点，运动中连接A、B的轻绳始终保持绷紧状态，在下滑过程中，下列说法正确的是（　　）

A．物块A的速度先变大后变小

B．绳上的拉力先大于物体A的重力，再小于物体A的重力

C．物块A先处于超重状态再处于失重状态

D．物块A始终处于超重状态

2．两根通电的长直导线平行放置，电流大小，电流的方向如图所示，在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面连接的延长线上，c、d在导线横截面连接的垂直平分线上。则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是（　　）

A．a点    B．b点    C．c点    D．d点

3．当氢原子从的能级跃迁到的能级时，辐射出光子a；当氢原子从的能级跃迁到的能级时，辐射出光子b，则下列说法正确的是（　　）

A．光子a的能量大于光子b的能量 

B．光子a的波长大于光子b的波长

C．光子a的频率小于光子b的频率 

D．光子a、b都是实物粒子，不具有波动性

4．一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速。已知坐标原点处质点的振动图像如图所示，在选项的四幅图中，能够正确表示时波形的是（　　）

A． B．

C． D．

5．如图所示，在倾角为30°的斜面上的P点钉有一光滑小铁钉，以P点所在水平虚线将斜面一分为二，上部光滑，下部粗糙。一绳长为3R轻绳一端系与斜面O点，另一端系一质量为m的小球，现将轻绳拉直小球从A点由静止释放，小球恰好能第一次通过圆周运动的最高点B点，已知OA与斜面底边平行，OP距离为2R，且与斜面底边垂直，则小球从A到B的运动过程中（ ）

A．合外力做功

B．重力做功

C．克服摩擦力做功

D．机械能减少

6．碰碰车是大人和小孩都喜欢的娱乐活动。游乐场上，大人和小孩各驾着一辆碰碰车迎面相撞，碰撞前后两人的位移-时间图象（图象）如图所示。已知小孩的质量为，大人的质量为，碰碰车质量相同，碰撞时间极短。说法正确的是（　　）

A．碰撞前后小孩的运动方向没有改变

B．碰碰车的质量为

C．碰撞过程中小孩和其驾驶的碰碰车受到的总冲量大小为

D．碰撞过程中损失的机械能为

二、多选题（每题6分，共24分。选对但不全得3分，选错得0分）

7．2020年7月23日“天问一号”火星探测器成功发射，开启了火星探测之旅，迈出了我国行星探测第一步.“天问一号”将完成“绕、落、巡”系列步骤.假设在着陆前，“天问一号”距火星表面高度为h，绕火星做周期为T的匀速圆周运动，已知火星半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是（    ）

A．火星的平均密度为

B．“天问一号”圆周运动的角速度大小为

C．火星表面重力加速度为

D．“天问一号”圆周运动的线速度大小为

8．如图，一理想变压器原，副线圈的匝数分别为n1，n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，用交流电压表测得a，b端和c，d端的电压分别为Uab和Ucd，则(　　)

A．Uab∶Ucd＝n1∶n2

B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小

C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大

D．将二极管短路，电流表的读数加倍

9．如图所示为质谱仪的原理图，、两个离子从离子源“飘”出，无初速地进入加速电场，加速后从点进入偏转磁场，经磁场偏转后分别打在荧光屏上的点和点，不计离子的重力及离子间的相互作用，则下列判断正确的是（　　）

A．两个离子一定都带正电

B．若两个离子的质量相等，则的带电量大于的带电量

C．若两个离子的带电量相等，则的质量大于的质量

D．若，则，两离子的比荷之比为

10．如图所示，边长为l的正方形四个顶点a、b、c、d分别放置一个点电荷，M、N为db延长线上两点，MRN和MPN是由M到N的两条不同路径。a、b、c三处电荷的电荷量为q（q > 0），b处电荷受到的静电力为（k为静电力常量），方向由b指向N。则（　　）

A．d处电荷的电荷量为-q

B．M点的电势比N点的电势高

C．正方形中心O处的电场方向从b指向d

D．将一点电荷分别沿路径MRN和MPN由M移到N过程中，静电力做功相等

三、非选择题，共52分。11~14题为必考题，15~16题为选考题。

11．（6分）用如图甲所示装置研究平抛运动，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点水平飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。

(1)下列实验条件必须满足的有____________；

A．斜槽轨道光滑

B．斜槽轨道末段水平

C．挡板高度等间距变化

D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球

(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。

a．取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的________（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；

b．若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图乙所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则______（选填“>”、“=”或者“<”）。可求得钢球平抛的初速度大小为______（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。

12．（9分）某同学想将满偏电流Ig=100μA、内阻未知的微安表改装成电压表．

（1）该同学设计了图甲所示电路测量该微安表的内阻，所用电源的电动势为4V．请帮助该同学按图甲所示电路完成实物图乙的连接______．

（2）该同学先闭合开关S1，调节R2的阻值，使微安表的指针偏转到满刻度；保持开关S1闭合，再闭合开关S2，保持R2的阻值不变，调节R1的阻值，当微安表的指针偏转到满刻度的时，R1的阻值如图丙所示，则该微安表内阻的测量值Rg=_____Ω，该测量值_____（填“大于”“等于”或“小于”）真实值．

（3）若要将该微安表改装成量程为1V的电压表，需_____（填“串联”或“并联”）阻值R0=_____Ω的电阻．

13．（12分）如图所示，绝缘水平面上有三个宽度都为L的区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，区域I内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。用粗细均匀的电阻丝制成边长为L的单匝金属线框，线框总电阻为R，质量为，线框制作平整，与水平面贴合良好，除区域Ⅲ内水平面与线框间有恒定的动摩擦因数外，其余部分光滑，线框以初速度进入匀强磁场，最终线框中心对称线恰好停在处。已知重力加速度为g。

(1)求线框刚好完全进入区域I时的速度大小；

(2)求区域Ⅲ与线框间的动摩擦因数；

(3)换用一直径为L，电阻也为R的圆形线框，线框在外力F作用下以速度v匀速穿过区域I，求整个过程F对线框的冲量大小。

14．（16分）如图所示，一个倾角、长的光滑倾斜轨道固定在水平地面上，倾斜轨道底部通过一段很小的光滑圆弧与静止在水平地面上、质量为的薄木板B平滑连接（不拴接），薄木板左侧某处静止着一质量为的薄木板C，B、C等高。现让质量为的小物块（可以视为质点），从倾斜轨道顶端由静止滑下，物块A滑上薄木板B后，B开始向左运动，当A滑到B的左端时，A、B速度刚好相等，且B、C刚好发生碰撞，碰撞过程中无机械能损失且碰撞时间极短。已知A与B、C间的动摩擦因数均为，B、C与地面间的动摩擦因数均为，重力加速度大小。求：

(1)小物块A到达倾斜轨道底部时的速度大小和在倾斜轨道上运动的时间；

(2)开始时B、C之间的距离；

(3)整个运动过程中，薄木板B和地面间因摩擦产生的热量。

选考题：两道题中任选一道作答，多答按首题计分。

15．（9分）土卫六是太阳系唯一拥有稳定大气的卫星，又被称为泰坦星。已知土卫六表面的平均温度约为－173℃，土卫六表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的。现将一定质量的理想气体用可自由移动的质量不计的活塞密封在导热性能良好的气缸内，将气缸开口向上放置在地球表面的水平面上，稳定时缸内气体的高度为，已知地球上外界温度恒为27℃、外界大气压恒为：如果将质量为的砝码放在活塞上，再次平衡时，活塞下降的高度为，地球表面的重力加速度为。忽略一切摩擦。

(1)活塞的横截面积应为多大？

(2)若将第二次处于平衡状态的气缸移到土卫六上，将气缸开口向上放置，当再次平衡时，活塞又下降了，则土卫六表面大气压与地球表面大气压之比为多少？

16．（9分）如图所示横截面为直角三角形的玻璃砖，面镀有反光膜，边长为d，，一束光线经面上的D点垂直射入玻璃砖，已知C、D两点间的距离为，玻璃砖对光的折射率，真空中的光速为C。

(1)画出光在玻璃砖中传播的光路图；

(2)计算光在玻璃砖中的传播时间t。

参考答案

1．【答案】D

【解析】将B的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，如图：

根据平行四边形定则，沿绳子方向的速度为

可知在增大到的过程中，A的速度方向向下，且逐渐减小；由图可知，当B到达P点时，B与滑轮之间的距离最短，，A的速度等于0，随后A向上运动，且速度增大

所以在B沿杆由点M匀速下滑到N点的过程中，A的速度先向下减小，然后向上增大，故A错误；

物体A向下做减速运动和向上做加速运动的过程中，加速度的方向都向上，所以A始终处于超重状态，绳上的拉力始终大于物体A的重力，故D正确，BC错误。

2．【答案】B

【解析】根据安培定则可以判断出在两电流在四点的磁场方向如图所示

根据安培定则可知两电流在a点的磁场方向相反，由于又a点离I1近，所以故在a点磁感应强度不可能为0，故A错误；根据安培定则可知两电流在b点的磁场方向相反，由于，又b点离I2近，所以有可能出现。故在b点磁感应强度可能为0，故B正确；根据安培定则可知两电流在c、d两点的磁场方向如图所示，两磁场方向有一定夹角，故c、d两点的磁感应强度不可能为0，故CD错误。

3．【答案】A

【解析】与的能级差大于与的能级差，根据，光子a的能量大于光子b的能量﹐光子a的频率大于光子b的频率，光子a的波长小于光子b的波长，故A正确，B、C错误；光子a、b不是实物粒子，具有波粒二象性，故D错误。

4．【答案】D

【解析】分析各个选项的图像可知，A选项中，坐标原点处的质点处在y轴上方且向上振动；B选项中，质点处在y轴上方，正向下振动；C选项中，质点处在y轴下方，正向下振动；D选项中，质点处在y轴下方，正向上振动；根据坐标原点处质点的振动图像可知：时该点在y轴下方且向上振动。根据波动规律可知，D正确，ABC错误

5．【答案】D

【解析】以小球为研究的对象，则小球恰好能第一次通过圆周运动的最高点B点时，绳子的拉力为0，小球受到重力与斜面的支持力，重力沿斜面向下的分力恰好通过向心力，则有解得，小球从A到B的运动过程中，合外力做功等于动能的增加，合外力做功为故A错误；小球从A到B的运动过程中，重力做功为故B错误；小球从A到B的运动过程中，设摩擦力做功为，根据动能定理可得解得即物体克服摩擦力做功为，故C错误；由于物体克服摩擦力做功为，根据功能关系可知机械能损失为，故D正确；故选D。

6．【答案】D

【解析】规定小孩初始运动方向为正方向，由图可知，碰后两车一起向反方向运动，故碰撞前后小孩的运动方向发生了改变，故A错误；由图可知，碰前瞬间小孩的速度为，大人的速度为，碰后两人的共同速度为，设碰碰车的质量为，由动量守恒定律有；解得故B错误；碰前小孩与其驾驶的碰碰车的总动量为；碰后总动量为；由动量定理可知碰撞过程中小孩和其驾驶的碰碰车受到的总冲量为；故其大小为，故C错误；由能量守恒定律可得碰撞过程中损失的机械能为；故D正确。

7．【答案】BD

【解析】“天问一号”距火星表面高度为h，绕火星做周期为T的匀速圆周运动 ,解得火星的平均密度为，故A错误；“天问一号”圆周运动的角速度大小为故B正确；根据 ，解得：故C错误；D．“天问一号”圆周运动的线速度大小为故D正确；

8．【答案】BD

【解析】假设副线圈两端电压的有效值为U2，根据理想变压器的电压与匝数成正比，即有：Uab：U2=n1：n2；而因二极管的单向导电性，cd间电压的有效值并不等于副线圈两端的电压有效值，所以Uab：Ucd不等于n1：n2；，故A错误；副线圈两段的电压依赖于输入电压和匝数，所以副线圈两端的电压不变，电阻增大，则电流减小，副线圈的功率减小，最后使得 输入功率减小，而输入电压不变，最后使得电流减小，所以电流表的示数减小，故B正确；cd间的电压由原线圈的输入电压以及原、副线圈的匝数比有关，与负载电阻无关，所以cd间的电压Ucd不会随着负载电阻变化，故C错误；假设副线圈两端交变电压的峰值为Um，副线圈回路的电流峰值为Im，则二极管短路前有：副线圈两端电压的有效值 ，由计算电阻R的电能得： ，求得。副线圈回路电流的有效值 ，由W=I2Rt计算电阻R的电能得：，求得．则

二极管短路后有：cd两端电压等于副线圈两端电压，即 ，流经定值电阻R的电流．则P′cd=U′cdI′cd=。所以P′cd=2Pcd．由于理想变压器原线圈上的功率与副线圈的相等，而原线圈上的电压有效值不变，所以二极管短路后的电流表读数是二极管短路前的2倍，故D正确。故选BD

9．【答案】ACD

【解析】根据离子在磁场中的运动，结合左手定则可知，两个离子一定带正电，A项正确；根据动能定理；离子在磁场中运动的半径；由图可知，离子运动的半径大，若两个离子的质量相等，则的带电量小于的带电量，若两个离子的带电量相等，则的质量大于的质量，B项错误、C项正确；若，即由前面关系可解得、离子比荷之比为，则D正确。

10．【答案】ACD

【解析】a、c处电荷对b处电荷的作用力为；所以d处电荷对b处电荷的作用力为；解得；A正确；因为N点更靠近正电荷，所以M点的电势比N点的电势低，B错误；a、c两处电荷在中心O处的电场为零，b、d两处电荷在中心O处的电场方向从b指向d，C正确；静电力做功与路径无关，所以将一点电荷分别沿路径MRN和MPN由M移到N过程中，静电力做功相等。D正确。

11．【答案】BD    球心    >       

【解析】(1)[1]通过步骤理解实验原理和方法，控制实验条件，确保平抛的初速度大小一定、方向水平，只要无初速度等高点释放，由动能定理知道，到斜槽末端速度大小一定，和斜槽是否光滑无关；为了描出运动轨迹，和挡板是否竖直等间距移动无关，故选BD。

(2)[2]为了凸显研究质点的运动，应该体现球心，所以选球心为原点；

[3]由水平间距相等，知道时间等时，在竖直方向匀变速，若初速度为零，竖直间距的比值应该是1：3：5，而A点不是抛出点，比值应该更大，填写“>”；

[4]由；可得

12．【答案】如图所示

    142；    小于    串联    9858   

【解析】

（1）实物连线如图所示；

（2）由电路图可知，当微安表的读数偏转到2Ig/3时，通过电阻箱的电流为Ig/3，则电阻箱的阻值等于微安表内阻的2倍，由图可知电阻箱的读数为284Ω，则微安表的内阻为142Ω；

闭合S2后，电路总电阻变小，电路总电流变大，通过电阻箱的电流大于Ig/3，则该实验测出的电表内阻偏小；

（3）若要将该微安表改装成量程为1V的电压表，需串联阻值的电阻，

13．【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】(1)设线框刚好完全进入区域I时的速度大小为，进入过程线框内的平均电流为，进入时间为，根据动量定理有；根据法拉第电磁感应定律有；回路电流；；解得

(2)线框出磁场的过程，边受向左的安培力，仍然在安培力的作用下做减速运动，同理可得线框完全出磁场时速度为；设线框和区域Ⅲ水平面间的动摩擦因数为μ，线框进入区域Ⅲ后边受到的恒定摩擦力为；边和边受到的摩擦力逐渐增大，平均摩擦力大小为；根据动能定理有；解得

(3)对圆形线框一半进入磁场过程有；受到的安培力大小为；由几何知识可知；F作用的时间为；由积分知识可知在0~时间内力F的冲量大小为

由对称性可知，圆形线框另一半进入磁场过程中力F对其冲量大小也为I，出磁场过程与进磁场过程的冲量大小相等，则整个过程力F对线框的冲量大小为

14．【答案】(1)，；(2)；(3)

【解析】(1)物块从倾斜轨道上滑下时，机械能守恒，设物块到达倾斜轨道底部的速度为，有；设物块运动的时间为，有联立解得，

(2)滑上B后，做匀减速运动，B做匀加速运动，设、B的加速度大小分别为、，则对物块，根据牛顿第二定律有；对薄木板B，根据牛顿第二定律有；设经时间，、B达到共同速度，、B共同速度设为，则有，；联立解得，，，；碰前B、C之间的距离为；解得

(3)设B、C两薄木板碰后瞬间速度分别为、，B、C两薄木板碰撞过程动量守恒，机械能守恒，选向左为正方向，则有；

解得，；碰撞完成后B向右运动最后停下，薄木板B和地面间因摩擦而产生的热量为；代入数据得

15．【答案】(1)；(2)

【解析】(1)设活塞的横截面积为S，质量为的砝码放在活塞上后，缸内气体的压强增加了，由玻意耳定律得；解得；根据题意有；即；联立解得

(2)      设土卫六表面气体的压强为，将第二次处于平衡的状态的气缸水平放在土卫六表面时封闭气体的压强为；缸内气体的体积为；由理想气体状态方程得；代人数据解得；则土卫六表面大气压与地球表面大气压之比为

16．【答案】(1)；(2)

【解析】(1)，故其全反射临界角为小于45°，所以光在边上的N点处发生全反射，之后恰好能水平射出，其光路图如图所示

(2)因为，，所以即；在三角形中；代入数据可得；因为；所以

三角形中，又因为；故；光在玻璃砖中的传播速度；所以光在玻璃砖中的传播时间；代入数据可得