福建省福州市2021届第一次新高考模拟考试物理试卷含解析

福建省福州市2021届第一次新高考模拟考试物理试卷含解析

福建省福州市 2021 届第一次新高考模拟考试物理试卷 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，强度足够的、不可伸长的轻线一端系着一个小球 p，另一端套在图钉 A 上，图钉 A 正上方 有距它 h 的图钉 B，此时小球在光滑的水平平台上做半径为 a 的匀速圆周运动。现拔掉图钉 A，则 A．小球继续做匀速圆周运动 B．小球做远离 O 的曲线运动，直到被图钉 B 拉住时停止 C．小球做匀速直线运动，直到被图钉 B 拉住时再做匀速圆周运动 D．不管小球做什么运动，直到被图钉 B 拉住时小球通过的位移为 h 【答案】 C 【解析】 【详解】 ABC. 拔掉钉子 A 后，小球沿切线飞出，做匀变速直线运动，知道线环被钉子 B 套住，之后细线的拉力提 供向心力，小球再做匀速圆周运动，故 C 正确， AB 错误。 D,知道线环被钉子 B 套住前，匀速运动的位移为 2 2 22s a h a ah h ，故 D 错误。 2．一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为 v 。假设宇航员在该行星表面上用弹簧 测力计测量一质量为 m 的物体，物体静止时，弹簧测力计的示数为 F。已知引力常量为 G，则这颗行星的 质量为（ ） A． 2mv GF B． 4Fv Gm C． 4mv GF D． 2Fv Gm 【答案】 C 【解析】 【详解】 因在行星表面质量为 m 的物体静止时，弹簧测力计的示数为 F ，则可知行星表面的重力加速度 Fg m 又 2 MmG mg R 对卫星： 2vmg m R 联立解得： 4mvM GF 故选 C。 3．某静电场中 x 轴上各点电势分布图如图所示。一带电粒子在坐标原点 O 处由静止释放，仅在电场力作 用下沿 x 轴正方向运动。下列说法正确的是 A．粒子一定带负电 B．粒子在 x1 处受到的电场力最大 C．粒子从原点运动到 x1 过程中，电势能增大 D．粒子能够运动到 x2 处 【答案】 A 【解析】 【分析】 由题中 “一带电粒子在坐标原点 O 处由静止释放 ”可知本题考查带电粒子在非匀强电场中的运动，根据图 像和电势变化可分析本题。 【详解】 A．由于从坐标原点沿 x 轴正方向电势先升高后降低，因此电场方向先向左后向右，由于带电粒子在坐标 原点静止释放，沿 x 轴正方向运动，由此可知粒子带负电，故 A 正确； B．由图可知， 图像斜率即为电场强度， 在 x1 处斜率为零， 因此电场强度最小， 电场力也最小， 故 B 错误； C．从开始运动到 x1 处，电场力做正功，电势能减小，故 C 错误； D．由于粒子只在电场力的作用下运动，当运动到与开始时电势相等的位置，粒子速度为零， 不能到达 x2 处，故 D 错误。 4．将质量为 1.00 kg 的模型火箭点火升空， 50 g 燃烧的燃气以大小为 600 m/s 的速度从火箭喷口在很短时 间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略） A． 30 kg m/s B．5.7 ×102 kg m/s C． 6.0 ×102 kg m/s D．6.3 ×102 kg m/s 【答案】 A 【解析】 开始总动量为零，规定气体喷出的方向为正方向，根据动量守恒定律得， 0=m1v1+p，解得火箭的动量 1 1 0.05 600 kg m/s 30 kg m/sp m v ，负号表示方向，故 A 正确， BCD 错误； 【点睛】解决本题的关键掌握动量守恒定律的条件，以及知道在运用动量守恒定律时，速度必须相对于地 面为参考系。 5．如图所示，两个相同材料制成的水平摩擦轮 A 和 B，两轮半径 RA=2R B ，A 为主动轮．当 A 匀速转动 时，在 A 轮边缘处放置的小木块恰能相对静止在 A 轮的边缘上，若将小木块放在 B 轮上让其静止，木块 离 B 轮轴的最大距离为（ ） A． / 8BR B． / 2BR C． BR D． / 4BR 【答案】 B 【解析】 摩擦传动不打滑时，两轮边缘上线速度大小相等，根据题意有：两轮边缘上有： RAωA =RBωB，所以： ωB ＝ A B R R ωA，因为同一物体在两轮上受到的最大摩擦力相等，根据题意有，在 B 轮上的转动半径最大为 r， 则根据最大静摩擦力等于向心力有： mR AωA2＝mrω B2，得： 2 2 2 2( ) A A B B A A A B R R Rr R R R ＝ ＝ ＝ ，故 ACD 错误， B 正确；故选 B． 点睛：摩擦传动时，两轮边缘上线速度大小相等，抓住最大摩擦力相等是解决本题的关键． 6．在地球同步轨道上等间距布置三颗地球同步通讯卫星，就可以让地球赤道上任意两位置间实现无线电 通讯，现在地球同步卫星的轨道半径为地球半径的 1．1 倍。假设将来地球的自转周期变小，但仍要仅用 三颗地球同步卫星实现上述目的，则地球自转的最小周期约为 A． 5 小时 B．4 小时 C．1 小时 D． 3 小时 【答案】 B 【解析】 【详解】 设地球的半径为 R，则地球同步卫星的轨道半径为 r=1.1R ，已知地球的自转周期 T=24h ， 地球同步卫星的转动周期与地球的自转周期一致，若地球的自转周期变小，则同步卫星的转动周期变小。 由 2 2 2 4GMm mR R T 公式可知，做圆周运动的半径越小，则运动周期越小。由于需要三颗卫星使地球赤道上任意两点之间保持 无线电通讯，所以由几何关系可知三颗同步卫星的连线构成等边三角形并且三边与地球相切，如图。由几 何关系可知地球同步卫星的轨道半径为 r ′ =2R 由开普勒第三定律得 '3 3 ' 3 3 (2 )24 4h (6.6 ) r RT T r R 故 B 正确， ACD 错误。 故选 B。 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 7．2019 年 4 月 10 日晚， 数百名科学家参与合作的 “事件视界望远镜 (EHT) ”项目在全球多地同时召开新闻 发布会，发布了人类拍到的首张黑洞照片．理论表明：黑洞质量 M 和半径 R 的关系为 2 2 M c R G ，其中 c 为光速， G 为引力常量．若观察到黑洞周围有一星体绕它做匀速圆周运动，速率为 v，轨道半径为 r ，则 可知 ( ) A．该黑洞的质量 M ＝ 2 2 v r G B．该黑洞的质量 M ＝ 2v r G C．该黑洞的半径 R＝ 2 2 2v r c D．该黑洞的半径 R＝ 2 2 v r c 【答案】 BC 【解析】 【分析】 【详解】 AB. 设黑洞的质量为 M ，环绕天体的质量为 m ，根据万有引力提供环绕天体做圆周运动的向心力有： 2 2 Mm vG m r r ，化简可得黑洞的质量为 2v rM G ，故 B 正确， A 错误； CD. 根据黑洞的质量 M 和半径 R 的关系 2 2 M c R G ，可得黑洞的半径为 2 2 2 2 2 22 2 v rGGM v rGR c c c ，故 C 正确， D 错误． 8．如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块， O点为弹簧在原长时物块的位置．物块由 A 点 静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达 B 点．在从 A 到 B 的过程中，物块（ ） A．加速度先减小后增大 B．经过 O 点时的速度最大 C．所受弹簧弹力始终做正功 D．所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功 【答案】 AD 【解析】 【分析】 【详解】 A 项：由于水平面粗糙且 O 点为弹簧在原长时物块的位置，所以弹力与摩擦力平衡的位置在 OA 之间， 加速度为零时弹力和摩擦力平衡，所以物块在从 A 到 B 的过程中加速度先减小后反向增大，故 A 正确； B 项：物体在平衡位置处速度最大，所以物块速度最大的位置在 AO 之间某一位置，即在 O 点左侧，故 B 错误； C 项：从 A 到 O 过程中弹力方向与位移方向相同，弹力做正功，从 O 到 B 过程中弹力方向与位移方向相 反，弹力做负功，故 C 错误； D 项：从 A 到 B 过程中根据动能定理可得 W 弹 -W 克 f=0，即 W 弹=W 克 f，即弹簧弹力做的功等于克服摩擦 力做的功，故 D 正确． 9．如图所示为一列沿 x 轴正向传播的简谐横波在 t=0 时刻的波形图，经过 0.2s，M 点第一次到达波谷， 则下列判断正确的是 ______ A．质点 P 的振动频率 2.5Hzf B．该波的传播速度 v=1m/s C． M 点的起振方向沿 y 轴负方向 D． 0~1s 内质点 Q 运动的路程为 0.2m E.0~1s 内质点 M 运动的路程为 0.08m 【答案】 ACD 【解析】 【详解】 BC．t＝0 时刻波传播到 Q 点， Q 点起振方向沿 y 轴负方向，在波传播过程中各点的起振方向都相同，则 M 点的起振方向也沿 y 轴负方向；经过 t=0.2s，M 点第一次到达波谷，可知波的传播速度 0.02 m/s 0.1m/s 0.2 xv t ＝ ＝ 故 B 错误， C 正确； A．由图象可知，波长 λ =0.04m，则波的周期，亦即 P 质点振动的周期 0.04 s 0.4s 0.1 T v ＝ ＝ 频率为周期的倒数，即 2.5Hz ，故 A 正确； D． 0～1s 内质点 Q 振动了 2.5 个周期，运动的路程 s= 1 0.4 ×8cm＝20cm 故 D 正确； E．波传播到 M 点的时间 t 1＝ 0.01 0.1 s＝0.1s 则 0～1s 内质点 M 振动了 2.25 个周期，运动的路程 1 1 0.14 8cm 18cm 0.18m 0.4 t ts A T ＝ ＝ ＝ 故 E 错误。 故选 ACD 。 10．2019 年 11 月 5 日 01 时 43 分，我国在西昌卫展发射中心用长征三号乙运载火箭， 成功发射了第 49 颗北斗导航卫星。该卫星属倾斜地球同步轨道卫星，标志着北斗三号系统 3 颗倾斜地球同步轨道卫 星全部发射完毕。倾斜地球同步轨道卫星是运转轨道面与地球赤道面有夹角的轨道卫星， 它的运行周期 与 “同步卫星 ”相同 (T ＝24h)，运动轨迹如图所示。关于该北斗导航卫星说法正确的是（ ） A．该卫星与地球上某一位置始终相对静止 B．该卫星的高度与 “同步卫星 ”的高度相等 C．该卫星运行速度大于第一宇宙速度 D．该卫星在一个周期内有 2 次经过赤道上同一位置 【答案】 BD 【解析】 【详解】 A．同步卫星相对于地球静止，必须为地球赤道面上的同步卫星，因为此卫星为倾斜轨道，因此不能与地 球保持相对静止 ;A 错误； B．由公式 2 3 24 GMTh R可得，因为两个卫星的周期是一样的，其他常量都相同，所以高度相同 ;B 正 确 . C．地球的第一宇宙速度是最大的环绕速度， 该卫星比近地卫星轨道半径大， 所以速度小于第一宇宙速度 ;C 错误 D．此卫星的轨道为倾斜轨道，因此当卫星转一周时，两次通过赤道 ;D 正确 . 故选 BD 。 11．平行金属板 PQ 、 MN 与电源和滑线变阻器如图所示连接，电源的电动势为 E ，内电阻为零；靠近金 属板 P 的 S 处有一粒子源能够连续不断地产生质量为 m ，电荷量 q ，初速度为零的粒子，粒子在加速电 场 PQ 的作用下穿过 Q 板的小孔 F ，紧贴 N 板水平进入偏转电场 MN ；改变滑片 p 的位置可改变加速电 场的电压 1U 和偏转电场的电压 2U ，且所有粒子都能够从偏转电场飞出，下列说法正确的是（ ） A．粒子的竖直偏转距离与 1 2 U U 成正比 B．滑片 p 向右滑动的过程中从偏转电场飞出的粒子的偏转角逐渐减小 C．飞出偏转电场的粒子的最大速率 2 m qEv m D．飞出偏转电场的粒子的最大速率 2m qEv m 【答案】 BC 【解析】 【分析】 【详解】 A．在加速电场中，由动能定理得 2 1 0 1 2 qU mv 在偏转电场中，加速度为 2qUa md 则偏转距离为 21 2 y at 运动时间为 0 lt v 联立上式得 2 2 14 U ly U d 其中 l 是偏转极板的长度， d 是板间距离。粒子的竖直偏转距离与 2 1 U U 成正比，故 A 错误； B．从偏转电场飞出的粒子的偏转角的正切值 0 tan at v 联立解得 2 1 t 2 an U l U d 滑片 p 向右滑动的过程中， U1 增大， U 2 减小，可知偏转角逐渐减小，故 B 正确； CD ．紧贴 M 板飞出时，电场做功最多，粒子具有最大速率。由动能定理 2 m 1 2 1 0 ( )= 2 mv q U U qE 解得 2 m qEv m 故 C 正确， D 错误。 故选 BC 。 12． “嫦娥二号 ”的任务之一是利用经技术改进的 γ射线谱仪探测月球表面多种元素的含量与分布特征。 月球表面一些元素（如钍、铀）本身就有放射性，发出 γ射线；另外一些元素（如硅、镁、铝）在宇宙射 线轰击下会发出 γ射线。而 γ射线谱仪可以探测到这些射线，从而证明某种元素的存在。下列关于 γ射线 的说法正确的是（ ） A． γ射线经常伴随 α射线和 β射线产生 B． γ射线来自原子核 C．如果元素以单质存在其有放射性，那么元素以化合物形式存在不一定其有放射性 D． γ射线的穿透能力比 α射线、 β射线都要强 【答案】 ABD 【解析】 【分析】 【详解】 AB. γ射线是原子核发生变化时伴随 α射线和 β射线放出来的，故 AB 正确； C.元素的放射性与其为单质还是化合物无关，故 C 错误； D. γ射线本质是高速光子流，穿透能力比 α射线、 β射线都要强，故 D 正确。 故选 ABD 。 三、实验题 :共 2 小题，每题 8 分，共 16 分 13．如图甲所示， 一与电脑连接的拉力传感器固定在竖直墙壁上， 通过细绳拉住一放在长木板上的小铁块， 细绳水平伸直，初始时拉力传感器示数为零。现要测量小铁块与长木板之间的动摩擦因数，用一较大的水 平拉力拉住长木板右端的挂钩，把长木板从小铁块下面拉出，在电脑上得到如图乙所示的数据图像，已知 当地重力加速度 g=9.8m/s 2。 (1)测得小铁块的质量 m=0.50kg ，则小铁块与长木板间的动摩擦因数 μ =_____________。（结果保留三位有 效数字） (2)以不同的速度把长木板拉出， 随着速度的增加， 小铁块受到的摩擦力 _____________。（填 “越来越大 ”“越 来越小 ”或 “不变 ”） (3)若固定长木板，去掉小铁块上的细绳，用一水平推力推小铁块，则至少需要 ___________N 的推力才能 推动小铁块。 【答案】 0.204 不变 1.20 【解析】 【详解】 (1)[1] ．由题图乙可知，小铁块所受滑动摩擦力 1.0Nf ，由 f mg 解得小铁块与长木板之间的动摩 擦因数 μ =0.204. (2)[2] ．由于摩擦力与小铁块运动的速度无关，所以随着速度的增加，小铁块受到的摩擦力不变。 (3)[3] ．由题图乙可知，小铁块所受的最大静摩擦力 max 1.20Nf 所以至少需要 1.20N 的推力才能推动小铁块。 14．用如图甲所示装置来探究功和物体速度变化的关系，木板上固定两个完全相同的遮光条 A B、 ，用不可 伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计 C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道 D 上，轨 道固定在水平桌面上，动滑轮上可挂钩码，滑轮质量、摩擦均不计。 （ 1）实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是 __________； （ 2）用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度 d ______cm ； （ 3）主要实验步骤如下： ①测量木板（含遮光条）的质量 M ，测量两遮光条间的距离 L ，按图甲正确连接器材。 ②将木板左端与轨道左端对齐。 由静止释放木板， 木板在细线拉动下运动， 记录弹簧测力计示数 F 及遮光 条 B A、 先后经过光电门所用的时间 2tt t、 ，则可以测出遮光条 B A、 通过光电门时的速度大小和合外力对木 板做的功； ③加挂钩码， 重复②的操作， 建立木板速度 v 和细线拉力对木板做的功 W 的相关图像， 分析得出实验结论。 （ 4）根据实验中可能遇到的困难，回答下列问题： ①由静止释放木板的瞬间，弹簧测力计的示数会 _______（填 “变大 ”“变小 ”或 “不变 ”）； ②如果将钩码的个数成倍增加，细线拉力对木板做的功 W 将_______（填 “会”或 “不会 ”）成倍增加； ③利用图像法处理实验结果时，应该建立 _______（填 “ v W ”“2v W ”或 “ 2v W ”）图像，如果得 到的图像是线性变化的，则说明实验探究成功，此时图像的斜率的表达式为 k ________（用已知物理量 的符号表示） 。 【答案】平衡摩擦力 0.560 变小 不会 2v W 2 M 【解析】 【分析】 【详解】 （ 1） [1] 实验中轨道应倾斜一定角度，是利用木板的重力沿轨道向下的分力来平衡摩擦力； （ 2） [2] 根据游标卡尺的读数方法可得遮光条的宽度为 0.5cm 12 0.05mm 0.5cm 0.060cm 0.560cm （ 4） [3] 释放木板前，设弹簧测力计的示数为 1F ，根据受力平衡有 12F mg 释放的瞬间，对木板有 F Ma 对钩码有 12 2 mg F m a 则有 1 2 mgF 1 2 2 F mgm M 故有 1F F 弹簧测力计的示数会变小 [4] 由 1 2 2 F mgm M 可知，当钩码的个数成倍增加，即 m 加倍时， F 不是成倍增加的，而每次位移相等，故细线拉力做的功 不会成倍增加； [5][6] 以木板为研究对象，根据动能定理有 2 2 21 1 1 2 2 2A BFL Mv Mv M v 故应该建立 2v W 图像，图像对应的函数关系为 2 2v W M 故 2k M 四、解答题：本题共 3 题，每题 8 分，共 24 分 15．如图，在长方体玻璃砖内部有一半球形气泡，球心为 O，半径为 R，其平面部分与玻璃砖表面平行， 球面部分与玻璃砖相切于 O' 点。有－束单色光垂直玻璃砖下表面入射到气泡上的 A 点，发现有一束光线 垂直气泡平面从 C 点射出， 已知 OA= 3 2 R，光线进入气泡后第一次反射和折射的光线相互垂直， 气泡内 近似为真空，真空中光速为 c，求： （ i）玻璃的折射率 n； （ ii）光线从 A 在气泡中多次反射到 C 的时间。 【答案】 （i） 3n ；（ii ） 3t R c 【解析】 【分析】 【详解】 （ i）如图，作出光路图 根据折射定律可得 sin sin n ① 根据几何知识可得 3sin 2 OA R ② 90 ③ 联立解得 3n ④ 玻璃的折射率为 3 。 （ ii）光从 A经多次反射到 C 点的路程 3 2 2 R Rs R R R ⑤ 时间 st c ⑥ 得 3t R c 光线从 A 在气泡中多次反射到 C 的时间为 3R c 。 16．如图所示， AOB 为折射率 3n 的扇形玻璃砖截面，一束单色光照射到 AO 面上的 C 点，在 C 点 折射后的光线平行于 OB 。已知 C 点是 AO 的中点， D 点是 BO 延长线上一点， 60AOD °。 ①求入射光在 C 点的入射角； ②通过计算判断光射到 AB 弧能否从 AB 弧射出。 【答案】① 60°； ②光射到 AB 弧能从 AB 弧射出。 【解析】 【详解】 ①光在介质中传播的光路图如图所示： 设入射光在 C 点的入射角为 i，折射角为 r ，由于在 C 点折射后的光线平行于 OB ，所以∠ OCP= ∠AOD=60° ， r=30 °， 根据折射定律有： sin sin in r 代入数据解得： i=60 °； ②在 C 点折射后的光线射到 AB 弧上 P 点，连接 O、P， OP 是法线，过 O 点做 CP 的垂线交 CP 于 Q， 则折射光线在 AB 弧的入射角为 i 1，玻璃砖临界角为 C，扇形半径为 L ，则： 1sin C n ， 根据几何知识有∠ COQ=30° ，L OQ ＝L OC ?cos∠COQ= 3 4 L 根据 1sin OQ OP L i L 可得： 1 3 3sin sin 4 3 i C ， 则： i 1＜ C， 所以光射到 AB 弧能从 AB 弧射出。 17．如图所示，在倾角 θ＝37°的光滑斜面上存在一垂直斜面向上的匀强磁场区域 MNPQ ，磁感应强度 B 的大小为 5T，磁场宽度 d＝0.55m，有一边长 L ＝ 0.4m、质量 m 1＝0.6kg 、电阻 R＝2Ω的正方形均匀导体 线框 abcd 通过一轻质细线跨过光滑的定滑轮与一质量为 m 2＝0.4kg 的物体相连，物体与水平面间的动摩 擦因数 μ＝0.4，将线框从图示位置由静止释放，物体到定滑轮的距离足够长 .(取 g＝ 10m/s2，sin37 °＝0.6， cos37 °＝0.8)求： (1)线框 abcd 还未进入磁场的运动过程中，细线中的拉力为多少？ (2)当 ab 边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，求线框刚释放时 ab 边距磁场 MN 边界的距离 x 多 大？ (3)在 (2)问中的条件下，若 cd 边恰离开磁场边界 PQ 时，速度大小为 2m/s，求整个运动过程中 ab 边产生 的热量为多少？ 【答案】 (1)2.4 N ； (2)0.25 m ； (3)0.1 J ； 【解析】 【详解】 (1)线框 abcd 还未进入磁场的过程中，以整体法有： 1 2 1 2( )m gsin m g m m a＝ 解得： 22m/sa 以 m 2 为研究对象有： 2 2T m g m a 解得： 2.4NT (2) 线框进入磁场恰好做匀速直线运动，以整体法有： 2 2 1 2sin 0B L vm g m g R 解得： 1m/sv ab 到 MN 前线框做匀加速运动，有： 2 2v ax 解得： 0.25mx (3)线框从开始运动到 cd 边恰离开磁场边界 PQ 时： 2 1 2 1 2 1 1sin ( ) ( ) ( ) 2 m g x d L m g x d L m m v Q 解得： 0.4JQ＝ 所以： 1 0.1J 4abQ Q＝ ＝