山东省济南市2021届新高考第二次模拟物理试题含解析 18页

山东省济南市 2021 届新高考第二次模拟物理试题 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．如图所示的电路中，电键 1S 、 2S 、 3S 、 4S 均闭合， C 是极板水平放置的平行板电容器，极板间悬浮 着一油滴 P ，下列说法正确的是（ ） A．油滴带正电 B．只断开电键 1S ，电容器的带电量将会增加 C．只断开电键 2S ，油滴将会向上运动 D．同时断开电键 3S 和 4S ，油滴将会向下运动 【答案】 C 【解析】 【详解】 A．电容器的上极板与电源正极相连，带正电，油滴受到竖直向下的重力和电场力作用，处于平衡状态， 故电场力方向竖直向上，油滴带负电，故 A 错误。 B．只断开电键 S1，不影响电路的结构，电容器的电荷量恒定不变，故 B 错误。 C．只断开电键 S2，电容器电压变为电源电动势，则电容器两极板间电压增大，电场强度增大，油滴将会 向上运动，故 C 正确。 D．断开电键 S3 和 S4，电容器电荷量不变，电场强度不变，油滴仍静止，故 D 错误。 故选 C。 2． “太极球 ”运动是一项较流行的健身运动。做该项运动时，健身者半马步站立，手持太极球拍，球拍上 放一橡胶太极球， 健身者舞动球拍时， 保持太极球不掉到地上。 现将太极球简化成如图所示的平板和小球， 熟练的健身者让小球在竖直面内始终不脱离平板做匀速圆周运动，则（ ） A．小球的机械能守恒 B．平板对小球的弹力在 A 处最大，在 C 处最小 C．在 B D、 两处，小球可能不受平板的摩擦力 D．小球在此过程中做匀速圆周运动的速度可以为任意值 【答案】 C 【解析】 【详解】 A．小球在竖直平面内做匀速圆周运动，动能不变，但重力势能变化，机械能变化，故 A 错误； B．对小球受力分析可知，小球在最高点 A 处时，其重力和平板对它的压力的合力提供向心力，而在最低 点 C 处时，平板对小球的支持力和小球的重力的合力提供向心力，故在 A 处最小， C 处最大，故 B 错误； C．小球在 B D、 两处时，若平板的支持力与小球的重力的合力恰好提供向心力，小球相对平板没有相对运 动趋势，摩擦力为零，故 C 正确； D．小球在最高点，速度有最小值，其最小值满足 2 minmvmg R 解得 minv gR 故 D 错误。 故选 C。 3．如图所示，质量均为 m 的物块 A、B 压在置于地面上的竖直轻弹簧上，上端弹簧弹性系数为 k 1，下端 弹簧的弹性系数为 2k ，弹簧与地面、弹簧与物块间均没有栓接， A 、B 处于静止状态，现给 A 一个竖直向 上的拉力 F ， F 的大小自 0 开始缓慢增大，物块 B 自初始位置能上升的最大高度为（ ） A． 1 mg k B． 2 mg k C． 1 2 1 1mg k k D． 1 2 1 2mg k k 【答案】 B 【解析】 【详解】 开始 2k 弹簧压缩量 1 2 2mgx k 当 A 离开弹簧 1k ， 2k 弹簧的压缩量 2 2 mgx k 所以 B 上升的最大高度 1 2 2 mgx x x k 故 B 正确， ACD 错误。 故选： B。 4．一个物体沿直线运动， t=0 时刻物体的速度为 1m/s，加速度为 1m/s2，物体的加速度随时间变化规律如 图所示，则下列判断正确的是（ ） A．物体做匀变速直线运动 B．物体的速度与时间成正比 C． t＝5s 时刻物体的速度为 6.25m/s D．t＝8s 时刻物体的速度为 12.2m/s 【答案】 D 【解析】 【详解】 A．物体的加速度在增大，做变加速直线运动，故 A 错误。 B.由图像知质点的加速度随时间增大，根据 v=v0+at 可知，物体的速度与时间一定不成正比，故 B 错误。 C.由图知 a=0.1t+1 （m/s2），当 t=5s 时， a=1.5 m/s 2，速度的变化量 1 1.5Δ 5m/s=6.25m/s 2 v 知 t=5s 时的速度为 v=v 0+△ v=1m/s+6.25m/s=7.25m/s 故 C 错误。 D.a-t 图线与时间轴围成的面积表示速度的变化量，则 0-8s 内， a=0.1t+1 （m/s2），当 t=8s 时， a=1.8 m/s 2， 速度的变化量 1 1.8Δ 8m/s=11.2m/s 2 v 知 t=8s 时的速度为 v=v 0+△ v=1m/s+11.2m/s=12.2m/s 故 D 正确。 故选 D。 5．在平直公路上行驶的 a 车和 b 车，其位移 --时间图象分别为图中直线 a 和曲线 b ，已知 b 车的加速度恒 定且等于 22m / s 3st， 时，直线 a 和曲线 b 刚好相切，则（ ） A． a 车做匀速运动且其速度为 8 m / s 3av B． 0t 时， a 车和 b 车的距离 0 9mx C． 3st 时， a 车和 b 车相遇，但此时速度不等 D． 1st 时， b 车的速度为 10m/s 【答案】 B 【解析】 【详解】 A． a 车图像是倾斜直线，所以该车作匀速直线运动，该车速度为 8 2 2m/s 3 xv t 故 A 错误； C． 3t s时，直线 a 和曲线 b 刚好相切，则 b 车此时速度为 2m/s ，故 C 错误； B．由 0v v at 得， b 车的初速度为 0 2 2 3 8m/sv v at b 车在第一秒内位移为 2 2 0 1 18 1 2 1 7m 2 2 x v t at 则 0t 时， a 车和 b 车的距离 0 7 2 9mx 故 B 正确； D． 1st 时， b 车的速度为 8 2 1 6m/sv ，故 D 错误。 故选 B。 6．采用一稳压交流电源给如图所示电路供电， R1、R2、R 3 是三个完全相同的定值电阻，理想变压器的匝 数比为 2：1，开关断开时电路消耗的总功率为 P，则开关闭合时电路消耗的总功率为（ ） A． P B． 3 2 P C． 5 3 P D． 9 5 P 【答案】 C 【解析】 【分析】 【详解】 设三个完全相同的定值电阻的阻值为 R，电压电压为 U ，开关断开时，根据等效电路可得电路的总的电 阻为 21 2 ( ) 5nR R R R n总 电路消耗的总功率为 2 2 5 U UP R R总 开关闭合时，根据等效电路可得电路的总的电阻为 21 2 ( ) 3 2 n RR R R n总 电路消耗的总功率为 2 2 5 3 3 U UP P R R总 故 A 、B、D 错误， C 正确； 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．质量 m=2kg 的小物块在某一高度以 v0=5m/s 的速度开始做平抛运动，若 g=10m/s 2，当运动到竖直位移 与水平位移相等时，对于物块（ ） A．此时的瞬时速度大小为 5 2 m/s B．此时重力的瞬时功率大小为 200W C．此过程动量改变大小为 10（ 5 -1）kgm/s D．此过程重力的冲量大小为 20Ns 【答案】 BD 【解析】 【分析】 【详解】 物块做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，当运动到竖直位移与水平位移相 等时 2 0 1 2 gt v t＝ 解得 t=1s A．此时竖直方向的速度为 vy =gt=10m/s 则此时的速度为 2 2 0 5 5m/syv v v＝ ＝ 故 A 错误； B．此时的重力瞬时功率为 P=mgv y=200W 故 B 正确； C．根据动量定理 I= △P=mgt=20kgm/s 故 C 错误； D．此过程重力的冲量大小为 I=mgt=20N?s 故 D 正确。 故选 BD 。 8．如图所示，正三角形的三个顶点 a 、 b 、 c 处，各有一条垂直于纸面的长直导线。 a 、 c 处导线的电流 大小相等，方向垂直纸面向外， b 处导线电流是 a 、 c 处导线电流的 2 倍，方向垂直纸面向里。已知长直 导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与电流成正比、与该点到导线的距离成反比。关于 b 、 c 处导线 所受的安培力，下列表述正确的是（ ） A．方向相反 B．方向夹角为 60° C．大小的比值为 2 3 D．大小的比值为 2 【答案】 AD 【解析】 【详解】 AB ．结合题意，应用安培定则分析 b 、 c 处磁场，应用平行四边形定则合成 b 、 c 处磁场，应用左手定则 判断 b 、 c 处安培力，如图所示，结合几何关系知 b 、 c 处导线所受安培力方向均在平行纸面方向，方向 相反，故 A 正确， B 错误； CD ．设导线长度为 L ，导线 a 在 b 处的磁感应强度大小为 B ，结合几何关系知 b 处磁感应强度有 B 合 3B b 导线受安培力为 F 安 B 合 (2 ) 2 3I L BIL c 处磁感应强度有 3B B合 c 导线受安培力为 3F B IL BIL安 合 联立解得大小的比值为 2F F 安 安 故 C 错误， D 正确； 故选 AD 。 9．如图，一定量的理想气体经历了 A→ B→ C→ D→A 的循环， ABCD 位于矩形的四个顶点上。下列说法 正确的是 。 A．状态 C 的温度为 0 3 2 T B．从 A→B ，分子的平均动能减少 C．从 C→D ，气体密度增大 D．从 D→A ，气体压强增大、内能减小 E.经历 A→ B→ C→ D→A 一个循环，气体吸收的热量大于释放的热量 【答案】 ACE 【解析】 【分析】 【详解】 A． A B 过程为等压过程，则有 A B A B V V T T 即有 1 2 0 02 3 V V T T 解得 1 2 2 3 V V C D 过程也为等压过程，则有 C D C D V V T T 即 1 2 0 C V V T T 解得 2 C 0 0 1 3 2 VT T T V 故 A 正确； B．从 A→B 从 A→B ，温度升高，分子平均动能增大，故 B 错误； C． C D 过程为等压变化过程，由图可知，气体体积减小，气体质量不变，则气体密度增大，故 C 正 确； D．从 D→A ，由图可知，气体压强增大，温度升高，气体内能增大，故 D 错误； E．经历 A→ B→ C→ D→A 一个循环 ,气体内能不变；在 p-V 图象中，图象与坐标轴围成面积表示功，所以 AB DCW W ，即整个过程，气体对外界做功，所以气体吸收的热量大于释放的热量，故 E 正确。 故选 ACE 。 10．若宇航员到达某一星球后，做了如下实验 :(1)让小球从距离地面高 h 处由静止开始下落，测得小球下 落到地面所需时间为 t;(2) 将该小球用轻质细绳固定在传感器上的 O 点，如图甲所示。给小球一个初速度 后，小球在竖直平面内绕 O 点做完整的圆周运动，传感器显示出绳子拉力大小随时间变化的图象所示 (图 中 F 1、F 2 为已知 )。已知该星球近地卫星的周期为 T，万有引力常量为 G，该星球可视为均质球体。下列 说法正确的是 A．该星球的平均密度为 2 3 GT B．小球质量为 2 2 1( ) 12 F F t h C．该星球半径为 2 2 24 hT t D．环绕该星球表面运行的卫星的速率为 2 Th t 【答案】 ABD 【解析】 【详解】 A. 对近地卫星有 2 2 2 4πMmG m R R T ，星球密度 M V ，体积 34 π 3 V R ，解得 2 3π GT ，故 A 正确。 B.小球通过最低点时拉力最大，此时有 2 0 2 vF mg m r 最高点拉力最小，此时有 2 1 vF mg m r 最高点到最低点，据动能定理可得 2 2 0 1 1·2 2 2 mg r mv mv 可得 2 1 6F F mg ，小球做自由落体运动时，有 21 2 h gt 可得 2 2hg t ， 2 2 1( ) 12 F F tm h ，故 B 正确。 C.根据 2 RT v 及 v gR 可得：星球平均密度可表示为 2 3π 3 4π g GT GR 可得 2 2 22π hTR t ，故 C 错误。 D.环绕该星球表面运行的卫星的速率可表示为 2π hTv gR t 故 D 正确。 11．如图所示，两根光滑的金属导轨平行放置在倾角为 的斜面上，导轨在左端接有电阻 R，导轨的电阻 可忽略不计，斜面处在匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量为 m、电阻可忽略不计的金属棒 ab 在 沿斜面与棒垂直的恒力 F 作用下沿导轨由静止开始上滑，并上升 h 高度，在这一过程中（ ） A．作用在金属棒上的合力所做的功大于零 B．恒力 F 所做的功等于 mgh 与电阻 R 上发出的焦耳热之和 C．恒力 F 与安培力的合力的瞬时功率一定时刻在变化 D．恒力 F 与重力 mg 的合力所做的功大于电阻 R 上产生的焦耳热 【答案】 AD 【解析】导体棒由静止向上加速，动能增大，根据动能定理可知，合力所作的功一定大于零，故 A 正确； 由 W F -W G-W 安 =0 得， W F -W G=W 安 ，即恒力 F 与重力的合力所做的功等于克服安培力所做功，即等于电 路中发出的焦耳热，由于导体棒也存在电阻，故导体棒中也发生热量，故 B 错误；导体棒最终一定做匀速 运动，则最后受力平衡，平衡后速度保持不变，则重力的功率不变，即恒力 F 与安培力的合力的瞬时功率 不再变化，故 C 错误；由 B 分析可知，由于导体棒和电阻 R 均放出热量，故恒力 F 与重力 mg 的合力所 做的功大于电阻 R 上产生的焦耳热，故 D 正确．故选 AD ． 点睛：本题考查导体棒切割磁感线规律的应用，对于电磁感应与功能结合问题，注意利用动能定理进行判 断各个力做功之间关系，尤其注意的是克服安培力所做功等于整个回路中产生热量． 12．如图所示， 理想变压器原、 副线圈匝数比为 1:2，正弦交流电源输出的电压恒为 U=12V ，电阻 R1=1Ω， R2=2Ω，滑动变阻器 R3 最大阻值为 20Ω，滑片 P 处于中间位置，则（ ） A． R1 与 R2 消耗的电功率相等 B．通过 R1 的电流为 3A C．若向下移动 P，电源输出功率增大 D．若向上移动 P，电压表读数将变小 【答案】 BD 【解析】 【分析】 对理想变压器的原副线圈匝数之比等于原副线圈的电压之比，等于电流的倒数之比，据此进行分析。 【详解】 A 选项，理想变压器的原副线圈的匝数之比为 1:2，可知原副线圈的电流之比为 2:1，根据 2=P I R ，可知 1R 与 2R 消耗的电功率之比为 2:1，选项 A 错误； B 选项，设通过 1R 的电流为 I，则副线圈的电流为 0.5I，初级电压 1 12U IR I 根据匝数比可知次级电压为 2(12- )I 则 2 3 2(12- ) 1 12 0.5 2 m I R R I 解得 =3AI 选项 B 正确； CD 选项，若向下移动 P，则 3R 的电阻增大，次级电流变小初级电流也变小，根据 =P UI 可知电源输出功 率变小，电阻 1R 的电压变小，变压器输入电压变大，次级电压变大，电压表的读数变小，则选项 C 正确， D 错误。 故选 BD 。 三、实验题 :共 2 小题，每题 8 分，共 16 分 13．某同学利用多用表测量分压电路电阻的变化范围，按如下步骤测量： （ 1）选用欧姆档 ×10 倍率，先将表笔短接调零，再如图甲所示，将表笔接到分压电路两端，从滑片移动 到最右端开始进行测量，如图乙所示，根据指针位置，电阻读数为 ______Ω。 （ 2）将滑片逐渐滑动到最左端而不做其他变动，移动过程中读数变化情况是 ____ A．增大 B．减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大 （ 3）记录下整个过程中读数的最小值为 24Ω，得到电阻的变化范围。 这样测量的最小值的方法是否合理？ 若合理，写出电阻变化范围；若不合理，说明应如何改正 ____。 【答案】 200 B 不合理，理由见解析 【解析】 【详解】 (1)[1] 欧姆表表盘示数为 20.0，倍率为 10，则最后读数为： 20.0 × 10=200 Ω， (2)[2] 根据串并联电路的特点可知，将滑片逐渐滑动到最左端而不做其他变动，电路的电阻减小，则移动 过程中读数减小， B 正确； 故选 B。 (3)[3] 不合理，读数为 24Ω时采用 ×10 时指针太偏右，倍率偏大，应换 ×1 倍率重新调零后再测量。 14．某同学设计了如下实验装置，用来测定小滑块与桌面间的动摩擦因数。如图甲所示，水平桌面上有一 滑槽，其末端与桌面相切，桌面与地面的高度差为 h 。让小滑块从滑槽的最高点由静止滑下，滑到桌面上 后再滑行一段距离 L ，随后离开桌面做平抛运动，落在水面地面上的 P 点，记下平抛的水平位移 x 。平移 滑槽的位置后固定，多次改变距离 L ，每次让滑块从滑槽上同一高度释放，得到不同的水平位移 x 。作出 2x L 图像，即可根据图像信息得到滑块与桌面间的动摩擦因数 （重力加速度为 g） (1)每次让滑块从滑槽上同一高度释放，是为了 ____________ (2)若小滑块离开桌面时的速度为 v，随着 L 增大 v 将会 _____（选填增大、不变或减小） (3)若已知 2x L 图像的斜率绝对值为 k ，如图乙所示，则滑块与桌面间的动摩擦因数 ____（用本题 中提供的物理量符号表示） 【答案】保证滑块到达滑槽末端的速度相同 减小 4 k h 【解析】 【详解】 (1)[1] 每次让滑块从滑槽上同一高度释放，是为了保证到达斜面体底端的速度相同； (2)[2] 滑块离开滑槽后，受到摩擦力作用，做匀减速直线运动，设离开滑槽的速度为 v0，根据运动学公式 可知 2 2 0 2v v gL 随着 L 增大， v 将会减小； (3)[3] 滑块从桌边做平抛运动，则有 21 , 2 h gt x vt 且有 2 2 0 2v v gL 联立解得 2 2 02 4hvx hL g 若 x2－L 图像的斜率绝对值为 k ，则有 4 h k 得 4 k h 四、解答题：本题共 3 题，每题 8 分，共 24 分 15．如图所示，物体 P 和 Q 分别位于倾角 37 的斜面和绝缘水平面上，用跨过光滑定滑轮 O 的绝缘轻 绳连接， 绳 OQ 段水平， 绳 OP 段平行于斜面， 绝缘水平面上方空间有范围足够大、 水平向右的匀强电场， 已知 P 、 Q 与接触面间的动摩擦因数均为 0.2，质量均为 1kgm ， P 不带电 Q 带 31 10 C 的正电 荷。 P 、 Q 均恰好能匀速滑动。 P Q、 与接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取 sin37 0.6 ， cos27 0.8， 210m/sg 。求匀强电场的电场强度大小的可能值。 【答案】 3 1 2.4 10 N / CE 或 3 2 9.6 10 N / CE 【解析】 【详解】 当 P 沿斜面向下匀速滑动时，受到的摩擦力沿斜面向上，对 P Q、 整体分析，由平衡条件有： 1sin cosmg mg qE mg 解得： 3 1 2.4 10 N / CE 当 P 沿斜面向上匀速滑动时，受到的摩擦力沿斜面向下，对 P Q、 整体分析，由平衡条件有： 2sin cosmg mg qE mg 解得： 3 2 9.6 10 N / CE 16．如图 (a)，水平地面上固定一倾角为 37°的斜面，一宽为 l＝0.43m 的有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁 场边界与斜面底边平行。在斜面上由静止释放一正方形金属线框 abcd ，线框沿斜面下滑时， ab、cd 边始 终与磁场边界保持平行。以地面为零势能面，从线框开始运动到恰好完全进入磁场的过程中，线框的机械 能 E 与位移 s 之间的关系如图 (b)所示，图中①、②均为直线段。已知线框的质量为 m＝0.1kg，电阻为 R ＝ 0.06 Ω。（sin37 °＝ 0.6，cos37°＝ 0.8，重力加速度 g 取 10m/s2）求： (1)线框与斜面间的动摩擦因数 μ； (2)ab 边刚进入磁场时，线框的速度 v1； (3)线框刚进入磁场到恰好完全进入磁场所用的时间 t； (4)线框穿越磁场的过程中，线框中产生的最大电功率 Pm； 【答案】 (1) μ＝0.5 (2)1.2m/s (3)0.125s (4)0.43W 【解析】 【详解】 (1)根据线段①，减少的机械能等于克服摩擦力做的功： 1 1 cos37 (0.900 0.756)JE mgs － ＝0.144J 其中 s1＝0.36m 解得： μ＝0.5 (2)未进入磁场时，根据牛顿第二定律： sin37 cos37ma mg mg－ 线框的加速度 sin37 cos37 2a g g－ m/s 2 速度： 1 12 1.2v as m/s (3)线框进入磁场的过程中， 减小的机械能等于克服摩擦力和安培力所做的功， 由图线②可知， 此时机械能 线性减小，说明安培力也为恒力，线框做匀速运动。设 L 为线框的边长，则： 2 ( ) (0.756 0.666)J 0.09JffE W W F F L克 克安 安 － sin 37fF F mg安 联立解得 L ＝ 0.15m 线框刚进入磁场到恰好完全进入磁场所用的时间： 1 0.15 s 0.125s 1.2 Lt v (4)在线框匀速进入磁场时，安培力 sin 37 cos37 0.2NF mg mg安 － 又因为： 2 2 1B L vF BIL R安 可求出 2 2 0.01B L 线框完全进入磁场后始终做匀加速直线运动，当 ab 边要离开磁场时，开始做减速运动，此时线框速度最 大，受到的安培力最大，线框内的电功率最大 由 2 2 2 1 2 ( )v v a l L－ 可求得 v2＝1.6m/s 所以线框内的最大电功率 2 2 2 2 m 1.28 W 0.43W 3 B L vP R 17．在室温 (27 °C)环境中 ,有一罐压强为 9.0 标准大气压、容积为 0.02m3 的氦气， 现将它与一气球连通给 气球充气。当充气完毕时，气球压强为 1.2 标准大气压，假若充气过程中温度不变，求： ①充气后气球的体积； ②充气前罐内氢气的质量。 (已知氢气的摩尔质量为 4.0g/mol ，标况下气体的摩尔体积为 22.4 L/mol) 【答案】① 0.13m3；② 29.29g。 【解析】 【详解】 ① 1 9.0p 个大气压， 3 1 0.02mV ； 1 300KT 充气后球体积为 V， 2 1.2p 个大气压 2 0.02V V ； 2 300KT 由玻意耳定律得 1 1 2 2pV p V 得 30.13mV ②充气罐内氮气在标况下体积为 V 0，p 0=1 个大气压； 0 273KT 由状态方程得 0 01 1 1 0 p VpV T T 得 3 0 0.164mV 氦气的摩尔数 7.32moln 质量 29.29gm