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2021年新高考江苏物理卷及答案解析(原卷+解析卷)
展开江苏省2021年普通高中学业水平选择性考试
物理
一、单项选择题:共10题,每题4分,共40分,每题只有一个选项最符合题意
1. 用“中子活化”技术分析某样品的成分,中子轰击样品中的产生和另一种粒子X,则X是( )
A. 质子 B. 粒子 C. 粒子 D. 正电子
【答案】A
【解析】
【详解】该核反应方程为
可知X是质子。
故选A。
2. 有研究发现,某神经细胞传递信号时,离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流,若将该细胞膜视为的电容器,在内细胞膜两侧的电势差从变为,则该过程中跨膜电流的平均值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】根据
Q=CU
可知
∆Q=C∆U=10-8×(30+70)×10-3C=10-9C
则该过程中跨膜电流的平均值为
故选D
3. 我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行,从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动,运动周期与地球自转周期相同,轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星( )
A. 运动速度大于第一宇宙速度
B. 运动速度小于第一宇宙速度
C. 轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星
D. 轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星
【答案】B
【解析】
【详解】AB.第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度,是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度,该卫星的运转半径远大于地球的半径,可知运行线速度小于第一宇宙速度,选项A错误B正确;
CD.根据
可知
因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同,等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期,可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径,选项CD错误。
故选B
4. 如图所示,半径为R的圆盘边缘有一钉子B,在水平光线下,圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P,以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘,角速度为,则P做简谐运动的表达式为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【详解】由图可知,影子P做简谐运动的振幅为,以向上为正方向,设P的振动方程为
由图可知,当时,P的位移为,所用时间为
代入振动方程解得
则P做简谐运动的表达式为
故B正确,ACD错误。
故选B。
5. 在光滑桌面上将长为的软导线两端固定,固定点的距离为,导线通有电流I,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导线中的张力为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】从上向下看导线的图形如图所示
导线的有效长度为2L,则所受的安培力大小
设绳子的张力为,由几何关系可知
解得
故A正确,BCD错误。
故选A.
6. 铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹,在复色光时,出现彩色条纹,由于重力作用,肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大,从而使干涉条纹的间距上疏下密,由于表面张力的作用,使得肥皂膜向内凹陷,故C正确,ABD错误。
故选C
7. 某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上,将激光束垂直于面射入,可以看到光束从圆弧面出射,沿AC方向缓慢平移该砖,在如图所示位置时,出射光束恰好消失,该材料的折射率为( )
A. 1.2 B. 1.4 C. 1.6 D. 1.8
【答案】A
【解析】
【详解】画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示
全反射的条件
由几何关系知
联立解得
故A正确,BCD错误.
故选A.
8. 如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因,则图像C正确,ABD错误。
故选C。
9. 如图所示,A、B两篮球从相同高度同时抛出后直接落入篮筐,落入篮筐时的速度方向相同,下列判断正确的是( )
A. A比B先落入篮筐
B. A、B运动的最大高度相同
C. A在最高点的速度比B在最高点的速度小
D. A、B上升到某一相同高度时速度方向相同
【答案】D
【解析】
【详解】AB.若研究两个过程的逆过程,可看做是从篮筐沿同方向斜向上的斜抛运动,落到同一高度上的AB两点,则A上升的高度较大,高度决定时间,可知A运动时间较长,即B先落入篮筐中,AB错误;
C.因为两球抛射角相同,A的射程较远,则A球的水平速度较大,即在最高点的速度比B在最高点的速度大,C错误;
D.由斜抛运动的对称性可知,当A、B上升到与篮筐相同高度时的速度方向相同,D正确。
故选D。
10. 一球面均匀带有正电荷,球内的电场强度处处为零,如图所示,O为球心,A、B为直径上的两点,,现垂直于将球面均分为左右两部分,C为截面上的一点,移去左半球面,右半球面所带电荷仍均匀分布,则( )
A. O、C两点电势相等
B. A点的电场强度大于B点
C. 沿直线从A到B电势先升高后降低
D. 沿直线从A到B电场强度逐渐增大
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A.由于球壳内部的场强为零,补全以后可知在右侧球壳任取一点,该点和C连线后过左半边球壳一点,两点对C的库仑力为零,即等大反向共线,将左侧沿竖直对称到右侧球面,则可以知道这两个点在C点的合场强水平向左,根据叠加原理可知C点场强向左,同理OC上都是水平向左,因此OC是等势线,故A正确;
BD.将题中半球壳补成一个完整的球壳,且带电均匀,设左、右半球在A点产生的电场强度大小分别为E1和E2;由题知,均匀带电球壳内部电场强度处处为零,则知
E1=E2
根据对称性,左右半球在B点产生的电场强度大小分别为E2和E1,且
E1=E2
在图示电场中,A的电场强度大小为E2,方向向左,B的电场强度大小为E1,方向向左,所以A点的电场强度与B点的电场强度相同,沿直线从A到B电场强度不可能逐渐增大,故BD错误;
C.根据电场的叠加原理可知,在AB连线上电场线方向向左,沿着电场线方向电势逐渐降低,则沿直线从A到B电势升高,故C错误;
故选A。
二、非选择题:共5题,共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11. 小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上,用天平测出遮光条和滑块的总质量,槽码和挂钩的总质量。实验时,将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放,数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间和,以及这两次开始遮光的时间间隔,用游标卡尺测出遮光条宽度,计算出滑块经过两光电门速度的变化量。
(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示,其宽度___________;
(2)打开气泵,带气流稳定后调节气垫导轨,直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止,其目的是___________;
(3)多次改变光电门2的位置进行测量,得到和的数据如下表请根据表中数据,在方格纸上作出图线___________。
0.721 | 0.790 | 0.854 | 0.913 | 0.968 | |
1.38 | 1.52 | 1.64 | 1.75 | 1.86 |
(4)查得当地的重力加速度,根据动量定理,图线斜率的理论值为___________;
(5)实验结果发现,图线斜率实验值总小于理论值,产生这一误差的两个可能原因时___________。
A.选用的槽码质量偏小
B.细线与气垫导轨不完全平行
C.每次释放滑块的位置不同
D.实验中的测量值偏大
【答案】 ①. 10.20 ②. 将气垫导轨调至水平 ③.
④. 1.96 ⑤. BD##DB
【解析】
【详解】(1)[1]游标卡尺的读数为;
(2)[2]滑块保持稳定,说明气垫导轨水平;
(3)[3]根据表格中数据描点并用直线连接
(4)[4] 根据动量定理变形得
则图线斜率的理论值
(5)[5]根据动量定理变形得
A.槽码质量偏小,而实际的槽码质量偏大,则合外力偏大,所以图线斜率的实验值偏大,A错误;
B.细线与气垫导轨不平行,滑块实际所受合外力为的水平分力,所以图线斜率的实验值偏小,B正确;
C.滑块释放的位置与斜率相关的参量无关,C错误;
D.偏大,则偏小,图线斜率偏小,D正确。
故选BD。
12. 贯彻新发展理念,我国风力发电发展迅猛,2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示,发电机的线圈固定,磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动,已知磁体间的磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为,线圈的匝数为100、面积为,电阻为,若磁体转动的角速度为,线圈中产生的感应电流为。求:
(1)线圈中感应电动势的有效值E;
(2)线圈的输出功率P。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)电动势的最大值
有效值
解得
带入数据得
(2)输出电压
输出功率
解得
代入数据得
13. 如图所示,一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中,活塞的面积为S,与气缸底部相距L,气缸和活塞绝热性能良好,气体的压强、温度与外界大气相同,分别为和。现接通电热丝加热气体,一段时间后断开,活塞缓慢向右移动距离L后停止,活塞与气缸间的滑动摩擦为f,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,整个过程中气体吸收的热量为Q,求该过程中
(1)内能的增加量;
(2)最终温度T。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)活塞移动时受力平衡
气体对外界做功
根据热力学第一定律
解得
(2)活塞发生移动前,等容过程
活塞向右移动了L,等压过程
且
解得
14. 如图所示的离心装置中,光滑水平轻杆固定在竖直转轴的O点,小圆环A和轻质弹簧套在轻杆上,长为的细线和弹簧两端分别固定于O和A,质量为m的小球B固定在细线的中点,装置静止时,细线与竖直方向的夹角为,现将装置由静止缓慢加速转动,当细线与竖直方向的夹角增大到时,A、B间细线的拉力恰好减小到零,弹簧弹力与静止时大小相等、方向相反,重力加速度为g,取,,求:
(1)装置静止时,弹簧弹力的大小F;
(2)环A的质量M;
(3)上述过程中装置对A、B所做的总功W。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)设、的张力分别为、,A受力平衡
B受力平衡
解得
(2)设装置转动的角速度为,对A
对B
解得
(3)B上升的高度,A、B的动能分别为
;
根据能量守恒定律可知
解得
15. 如图1所示,回旋加速器的圆形匀强磁场区域以O点为圆心,磁感应强度大小为B,加速电压的大小为U、质量为m、电荷量为q的粒子从O附近飘入加速电场,多次加速后粒子经过P点绕O做圆周运动,半径为R,粒子在电场中的加速时间可以忽略。为将粒子引出磁场,在P位置安装一个“静电偏转器”,如图2所示,偏转器的两极板M和N厚度均匀,构成的圆弧形狭缝圆心为Q、圆心角为,当M、N间加有电压时,狭缝中产生电场强度大小为E的电场,使粒子恰能通过狭缝,粒子在再次被加速前射出磁场,不计M、N间的距离。求:
(1)粒子加速到P点所需要的时间t;
(2)极板N的最大厚度;
(3)磁场区域的最大半径。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)设粒子在P的速度大小为,则根据
可知半径表达式为
根据动能定理粒子在静电场中加速有
粒子在磁场中运动的周期为
粒子运动的总时间为
解得
(2)由粒子的运动半径,结合动能表达式变形得
则粒子加速到P前最后两个半周的运动半径为
,
由几何关系
结合且解得
(3)设粒子在偏转器中的运动半径为,则在偏转器中,要使粒子半径变大,电场力应和洛伦兹力反向,共同提供向心力
设粒子离开偏转器的点为,圆周运动的圆心为。由题意知,在上,且粒子飞离磁场的点与、在一条直线上
粒子在偏转器中运动的圆心在点,从偏转器飞出,即从点离开,又进入回旋加速器中的磁场,此时粒子的运动半径又变为,然后轨迹发生偏离,从偏转器的点飞出磁场,那么磁场的最大半径即为
将等腰三角形放大如图
虚线为从点向所引垂线,虚线平分角,则
解得最大半径为
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