河北省2021年高考物理壓軸卷含解析

河北省2021年高考物理壓軸卷（含解析）

一、單選題（每題4分，共24分）

1.物塊B套在傾斜桿上，并用輕繩與物塊A相連，今使物塊B沿桿由點"勻速下滑到N

點，運動中連接A、B的輕繩始終保持繃緊狀態(tài)，在下滑過程中，下列說

法正確的是（）

A.物塊A的速度先變大后變小口/

B.繩上的拉力先大于物體A的重力，再小于物體A的重力砌物

C.物塊A先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)

D.物塊A始終處于超重狀態(tài)

2.兩根通電的長直導線平行放置，電流大小A〉/2，電流

的方向如圖所示，在與導線垂直的平面上有a、b、c、d四點，其\c

中a、b在導線橫截面連接的延長線上，c、d在導線橫截面連接/

一方一。---卜---

M'D

的垂直平分線上?則導體中的電流在這四點產(chǎn)生的磁場的磁感應

強度可能為零的是（）■

A.a點B.b點C.c點D.d點

3.當氫原子從〃=2的能級躍遷到〃=1的能級時，輻射出光子a；當氫原子從〃=4的

能級躍遷到〃=2的能級時，輻射出光子8,則下列說E/eV法正確

n

......n

的是（）U

4----------------------0.85

A.光子a的能量大于光子人的能量3--1.51

2------------3.4

B.光子a的波長大于光子6的波長

C.光子a的頻率小于光子。的頻率

D.光子a、6都是實物粒子，不具有波動性

4.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波速u=4m/s

坐標原點處質(zhì)點的振動圖像如圖所示，在選項的四幅圖

夠正確表示f=0.35s時波形的是（）

I).

^Ottu-OSIAt/m

5.如圖所示，在傾角為30°的斜面上的。點釘有一光滑小鐵釘，以P點所在水平虛線將

斜面一分為二，上部光滑，下部粗糙。一繩長為3"輕

一端系與斜面。點，另一端系一質(zhì)量為勿的小球，現(xiàn)

輕繩拉直小球從1點由靜止釋放，小球恰好能第一次

過圓周運動的最高點6點，已知A4與斜面底邊平行，

距離為2尺且與斜面底邊垂直，則小球從1到6的運動過程中（）

A.合外力做功

B.重力做功mgR

3

C.克服摩擦力做功一mgR

4

D.機械能減少!mg/?

4

6.碰碰車是大人和小孩都喜歡的娛樂活動。游樂場上，大人和小孩各駕著一輛碰碰車迎

面相撞，碰撞前后兩人的位移-時間圖象（X—f圖象）如圖所示。

小孩的質(zhì)量為20kg,大人的質(zhì)量為60kg,碰碰車質(zhì)量相同，

時間極短。說法正確的是（）

A.碰撞前后小孩的運動方向沒有改變

B.碰碰車的質(zhì)量為50kg

C.碰撞過程中小孩和其駕駛的碰碰車受到的總沖量大小為80N-s

D.碰撞過程中損失的機械能為6（X）J

二、多選題（每題6分，共24分。選對但不全得3分，選錯得0分）

7.2020年7月23日“天問一號”火星探測器成功發(fā)射，開啟了火星探測之旅，邁出了

我國行星探測第一步.“天問一號”將完成“繞、落、巡”系列步驟.假設在著陸前，“天問

一號”距火星表面高度為力，繞火星做周期為7的勻速圓周運動，已知火星半徑為此引力常

量為G，下列說法正確的是（）

3%

A.火星的平均密度為可

B.“天問一號”圓周運動的角速度大小為半

4/R

C.火星表面重力加速度為

2^(/?+/?)

D.“天問一號”圓周運動的線速度大小為

T

8.如圖，一理想變壓器原，副線圈的匝數(shù)分別為m，原線圈通過一理想電流表磁正

弦交流電源，一個二極管和阻值為斤的負載電阻串聯(lián)

到副線圈的兩端.假設該二極管的正向電阻為零，反

阻為無窮大，用交流電壓表測得a,6端和c,d端的

分別為應和以則（）

A?Unb?/?1?/?2

B.增大負載電阻的阻值尺電流表的讀數(shù)變小

C.負載電阻的阻值越小，cd間的電壓處越大

D.將二極管短路，電流表的讀數(shù)加倍

9.如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖，“、匕兩個離子從離子源“飄”出，無初速地進入加速

電場，加速后從A點進入偏轉(zhuǎn)磁場，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后分別打在

熒光屏上的。點和。點，不計離子的重力及離子間的相互

作用，則下列判斷正確的是（）

亡1

離子源

A.兩個離子一定都帶正電

B.若兩個離子的質(zhì)量相等，則。的帶電量大于人的帶電量

C.若兩個離子的帶電量相等，則。的質(zhì)量大于b的質(zhì)量

3

D.若AO=—AC,則“，匕兩離子的比荷之比為4:9

2

10.如圖所示，邊長為/的正方形四個頂點a、b、c、d分別放置一個點電荷，以N為

仍延長線上兩點，物加和.9州是由材到N的兩條不同路徑。a、b、c三處

電荷的電荷量為雇1>0）,方處電荷受到的靜電力為（k為

靜電力常量），方向由。指向北則（）

A.d處電荷的電荷量為p

B.M點的電勢比川點的電勢高

C.正方形中心。處的電場方向從。指向d

D.將一點電荷分別沿路徑的W和,"V由，"移到"過程中，靜電力做功相等

三、非選擇題，共52分。1「14題為必考題，15~16題為選考題。

11.（6分）用如圖甲所示裝置研究平拋運動，將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的

硬板上，鋼球沿斜槽軌道圖滑下后從0點水平飛出，落在

水平擋板肱V上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋

板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋

板，重新釋放鋼球，如此重復，白紙上將留下一系列痕跡

點。

（1）下列實驗條件必須滿足的有;

A.斜槽軌道光滑

B.斜槽軌道末段水平

C.擋板高度等間距變化

D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球

（2）為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。

a.取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于。點，鋼球的（選填“最上

端”、“最下端”或者“球心”）對應白紙上的位置即為原點;

b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法

處理數(shù)據(jù)：如圖乙所示，在軌跡上取爾&C三點，AB

和區(qū)的水平間距相等且均為x,測得四和的豎直間

距分別是必和W則瓷______1（選填，'、“二”或

者）。可求得鋼球平拋的初速度大小為（己

知當?shù)刂亓铀俣葹間,結(jié)果用上述字母表示）。

12.（9分）某同學想將滿偏電流I1100uA、內(nèi)阻未知的微安表改裝成電壓表.

（1）該同學設計了圖甲所示電路測量該微安表的內(nèi)阻，所用電源的電動勢為4v.請幫助

該同學按圖甲所示電路完成實物圖乙的連接______.

（2）該同學先閉合開關(guān)S”調(diào)節(jié)艮的阻值，使微安表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度；保持開關(guān)Si

2

閉合，再閉合開關(guān)S2,保持R的阻值不變，調(diào)節(jié)Ri的阻值，當微安表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的§

時，Ri的阻值如圖丙所示，則該微安表內(nèi)阻的測量值Rg=_____Q,該測量值_____（填“大

于”“等于”或“小于”）真實值.

（3）若要將該微安表改裝成量程為IV的電壓表，需_____（填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）阻

值R°=_Q的電阻.

13.（12分）如圖所示，絕緣水平面上有三個寬度都為￡的區(qū)域I、II、IH,區(qū)域I內(nèi)有

豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為民用粗細均勻的電阻絲制成邊長為Z的單匝金屬線

框配七4,線框總電阻為此質(zhì)量為4加，線框制作平整，與水平面貼合良好，除區(qū)域HI內(nèi)水

平面與線框間有恒定的動摩擦因數(shù)外，其余部分光滑，線框以初速度%進入勻強磁場，最終

線框中心對稱線恰好停在CO處。已知重力加速度為g。

（1）求線框剛好完全進入?yún)^(qū)域I時的速度大小：

(2)求區(qū)域川與線框間的動摩擦因數(shù)；

(3)換用一直徑為。電阻也為〃的圓形線框，線框在外力/作用下以速度P勻速穿過區(qū)

域I,求整個過程/對線框的沖量大小。

MA

-i-----------i-

b：XXX：

xXX：

Xx*x；

XXX：

nXXX：

Li

NBDF

14.(16分)如圖所示，一個傾角6=3()。、長L=14.4m的光滑傾斜軌道固定在水平地面

匕傾斜軌道底部通過一段很小的光滑圓弧與靜止在水平地面上、質(zhì)量為加B=lkg的薄木板

B平滑連接(不拴接)，薄木板3左側(cè)某處靜止著一質(zhì)量為機c=3kg的薄木板C,B、C等高。

現(xiàn)讓質(zhì)量為，耳=1kg的小物塊A(可以視為質(zhì)點)，從傾斜軌道頂端由靜止滑下，物塊A滑

上薄木板B后，B開始向左運動，當A滑到B的左端時，A、B速度剛好相等，且B、C剛好發(fā)

生碰撞，碰撞過程中無機械能損失且碰撞時間極短。己知A與B、C間的動摩擦因數(shù)均為

M=0.4,B、C與地面間的動摩擦因數(shù)均為〃2=°1，重力加速度大小g=10m/s2。求:

(1)小物塊A到達傾斜軌道底部時的速度大小和在傾斜軌道上運動的時間;

⑵開始時B、C之間的距離；

(3)整個運動過程中，薄木板B和地面間因摩擦產(chǎn)生的熱量。

選考題：兩道題中任選一道作答，多答按首題計分。

15.(9分)土衛(wèi)六是太陽系唯一擁有穩(wěn)定大氣的衛(wèi)星，又被稱為泰坦星。已知土衛(wèi)六表

面的平均溫度約為-173℃,土衛(wèi)六表面的重力加速度約為地球表面重力加速度的現(xiàn)將一

7

定質(zhì)量的理想氣體用可自由移動的質(zhì)量不計的活塞密封在導熱性能良好的氣缸內(nèi)，將氣缸開

口向上放置在地球表面的水平面上，穩(wěn)定時缸內(nèi)氣體的高度為L，已知地球上外界溫度恒為

27C、外界大氣壓恒為P。：如果將質(zhì)量為加的祛碼放在活塞上，再次平衡時，活塞下降的高

度為《，地球表面的重力加速度為g。忽略一切摩擦。

(D活塞的橫截面積應為多大？

(2)若將第二次處于平衡狀態(tài)的氣缸移到土衛(wèi)六上，將氣缸開口向上放置，當再次平衡時,

活塞又下降了羊，則土衛(wèi)六表面大氣壓與地球表面大氣壓之比為多少？

16.(9分)如圖所示橫截面為直角三角形ABC的玻璃磚，AC面鍍有反光膜，邊長

為d,?=30°,一束光線經(jīng)BC面上的〃點垂直射入玻璃磚，已知G〃兩點間的距離為幺,

2

玻璃磚對光的折射率九=百，真空中的光速為a

(1)畫出光在玻璃磚中傳播的光路圖；

(2)計算光在玻璃磚中的傳播時間to

參考答案

1.【答案】D

【解析】將6的速度分解為沿繩子方向和垂直于繩子方向，如圖:

根據(jù)平行四邊形定則，沿繩子方向的速度為以=匕cose

可知。在增大到90。的過程中，A的速度方向向下，且逐漸

減??；由圖可知，當B到達尸點時，B與滑輪之間的距離最短，

6=90°,A的速度等于0,隨后A向上運動，且速度增大

所以在B沿桿由點."勻速下滑到/V點的過程中，A的速度先向下減小，然后向上增大，故

A錯誤；

物體A向下做減速運動和向上做加速運動的過程中，加速度的方向都向上，所以A始終

處于超重狀態(tài)，繩上的拉力始終大于物體A的重力，故D正確，BC錯誤。

2.【答案】B

【解析】根據(jù)安培定則可以判斷出在兩電流在四點的磁場方向如圖所示

根據(jù)安培定則可知兩電流在a點的磁場方向相反，由于，＞“又a

點離/,近，所以＞當故在a點磁感應強度不可能為0,故A錯誤；根

據(jù)安培定則可知兩電流在6點的磁場方向相反，由于人＞/2,又6點離

4近，所以有可能出現(xiàn)q=臺2。故在6點磁感應強度可能為0,故B正確；根據(jù)安培定則可

知兩電流在c、d兩點的磁場方向如圖所示，兩磁場方向有一定夾角，故以d兩點的磁感應

強度不可能為0，故CD錯誤。

3.【答案】A

【解析】〃=2與〃=1的能級差大于〃=4與〃=2的能級差，根據(jù)E,“一耳=股，光子

a的能量大于光子b的能量，光子a的頻率大于光子b的頻率，光子a的波長小于光子b的波

長，故A正確，B、C錯誤；光子a、6不是實物粒子，具有波粒二象性，故D錯誤。

4.【答案】D

【解析】分析各個選項的圖像可知，A選項中，坐標原點處的質(zhì)點處在y軸上方且向上振

動；B選項中，質(zhì)點處在y軸上方，正向下振動；C選項中，質(zhì)點處在了軸下方，正向下振動；

D選項中，質(zhì)點處在y軸下方，正向上振動；根據(jù)坐標原點處質(zhì)點的振動圖像可知：t=0.35s

時該點在y軸下方且向上振動。根據(jù)波動規(guī)律可知，D正確，ABC錯誤

5.【答案】D

【解析】以小球為研究的對象，則小球恰好能第一次通過圓周運動的最高點8點時，繩

子的拉力為0,小球受到重力與斜面的支持力，重力沿斜面向下的分力恰好通過向心力，則有

，叫sin30。=也解得力=JgHsin30°=J65gR,小球從1到6的運動過程中，合外力做

R

11

功等于動能的增加，合外力做功為叫"9mgH故A錯誤；小球從4到6的運動過

程中，重力做功為嗎=，咫/?5足30。=3m8/?故8錯誤：小球從｛到6的運動過程中，設摩

擦力做功為叼，根據(jù)動能定理可得叼+%=L〃u；—0解得叼=-L〃gH即物體克服摩擦

力做功為,加gR,故C錯誤；由于物體克服摩擦力做功為,mgR,根據(jù)功能關(guān)系可知機械能

44

損失為L，ngR,故D正確；故選D。

4

6.【答案】D

【解析】規(guī)定小孩初始運動方向為正方向，由圖可知，碰后兩車一起向反方向運動，故

碰撞前后小孩的運動方向發(fā)生了改變，故A錯誤；由圖可知，碰前瞬間小孩的速度為2m/s,

大人的速度為-3m/s,碰后兩人的共同速度為-lm/s,設碰碰車的質(zhì)量為M，由動量守恒

定律有(20+M)x2kg?m/s—(60+M)x3kg-m/s=(2M+20+60)x(-l)kg-m/s；解得

M=60kg故B錯誤；碰前小孩與其駕駛的碰碰車的總動量為Pi=160kg.m/s；碰后總動量為

p；=-80kg.m/s；由動量定理可知碰撞過程中小孩和其駕駛的碰碰車受到的總沖量為

/=Ap=-240N-s；故其大小為240N-s,故C錯誤；由能量守恒定律可得碰撞過程中損失的

MBt>9A￡'=1x80x22J+|xl20x(-3)2J-|x200x(-l)2J=600J；故D正確。

7.【答案】BD

【解析】“天問一號”距火星表面高度為A,繞火星做周期為71的勻速圓周運動

G*^=m4(R+h),加二夕二萬汗解得火星的平均密度為網(wǎng)絲黑，故A錯誤;

(R+h)2T23GT2H3

“天問一號”圓周運動的角速度大小為0=與故B正確；根據(jù)

G（二：）2=加墨（R+力），G挈=mg解得：g=4"j；2組故C錯誤;D.“天問一

號”圓周運動的線速度大小為v=（R+hW=27rgs故D正確;

T

8.【答案】BD

【解析】假設副線圈兩端電壓的有效值為U”根據(jù)理想變壓器的電壓與匝數(shù)成正比，即

有：Ua：U2=m：n2；而因二極管的單向?qū)щ娦?，cd間電壓的有效值并不等于副線圈兩端的電

壓有效值，所以U.b：八不等于m：加，故A錯誤；副線圈兩段的電壓依賴于輸入電壓和匝數(shù),

所以副線圈兩端的電壓不變，電阻增大，則電流減小，副線圈的功率減小，最后使得輸入功

率減小，而輸入電壓不變，最后使得電流減小，所以電流表的示數(shù)減小，故B正確；cd間的

電壓由原線圈的輸入電壓以及原、副線圈的匝數(shù)比有關(guān)，與負載電阻無關(guān)，所以cd間的電壓

不會隨著負載電阻變化，故C錯誤；假設副線圈兩端交變電壓的峰值為副線圈回路的

UU2

電流峰值為L,則二極管短路前有：副線圈兩端電壓的有效值空，由W=計

'J2R

妙女*，求得u”=當。

算電阻R的電能得:副線圈回路電流的有效值

，2=皋，由歸『Rt計算電阻R的電能得：（皋）2火4=&2火7,求得&=4.則

V25/222

P”=UJd=*

二極管短路后有：cd兩端電壓等于副線圈兩端電壓，即U%=—7g,流經(jīng)定值電阻R的

72

電流/'3=緊?貝UP'c產(chǎn)U'dc產(chǎn)縛所以P'cd=2P”.由于理想變壓器原線圈上的功

2

率與副線圈的相等，而原線圈上的電壓有效值不變，所以二極管短路后的電流表讀數(shù)是二極

管短路前的2倍，故D正確。故選BD

9.【答案】ACD

【解析】根據(jù)離子在磁場中的運動，結(jié)合左手定則可知，兩個離子一定帶正電，A項正確;

根據(jù)動能定理離子在磁場中運動的半徑「=就='，芍?；由圖可知，a離

子運動的半徑大，若兩個離子的質(zhì)量相等，則。的帶電量小于b的帶電量，若兩個離子的帶電

33

量相等，則”的質(zhì)量大于匕的質(zhì)量，B項錯誤、C項正確；若4。=54。，即4=57;,由前面

關(guān)系可解得“、匕離子比荷之比為4:9,則D正確。

10.【答案】ACD

【解析】a、，處電荷對6處電荷的作用力為耳=0與；所以d處電荷對。處電荷的作

用力為-；竽=懸？；解得"=-4;A正確；因為"點更靠近正電荷，所以"點的電勢比

/V點的電勢低，B錯誤；a、c兩處電荷在中心。處的電場為零，b、d兩處電荷在中心。處的

電場方向從6指向d,C正確；靜電力做功與路徑無關(guān)，所以將一點電荷分別沿路徑MRN和MPN

由M移到N過程中，靜電力做功相等。D正確。

11.【答案】BD球心>”hl

【解析】(1)口］通過步驟理解實驗原理和方法，控制實驗條件，確保平拋的初速度大小

一定、方向水平，只要無初速度等高點釋放，由動能定理知道，到斜槽末端速度大小一定,

和斜槽是否光滑無關(guān)；為了描出運動軌跡，和擋板是否豎直等間距移動無關(guān)，故選BD。

(2)［2］為了凸顯研究質(zhì)點的運動，應該體現(xiàn)球心，所以選球心為原點；

［3］由水平間距相等，知道時間等時，在豎直方向勻變速，若初速度為零，豎直間距的比

值應該是1：3：5,而｛點不是拋出點，比值應該更大，填寫“>”；

[4]由％=%/：%-y=gf可得%=

12.【答案】如圖所示

142；小于串聯(lián)9858

【解析】

（1）實物連線如圖所示;

（2）由電路圖可知，當微安表的讀數(shù)偏轉(zhuǎn)到2IJ3時，通過電阻箱的電流為1/3,則電

阻箱的阻值等于微安表內(nèi)阻的2倍，由圖可知電阻箱的讀數(shù)為284Q,則微安表的內(nèi)阻為

142Q：

閉合冬后，電路總電阻變小，電路總電流變大，通過電阻箱的電流大于1/3,則該實驗

測出的電表內(nèi)阻偏小；

（3）若要將該微安表改裝成量程為IV的電壓表，需串聯(lián)阻值

=而占聲_142=9858Q的電阻,

/、8，嗎.⑶幽

13.【答案】（1）/=%-絲匕（2）;/=—<vo

4m/?3gL2，成’3R

【解析】（1）設線框剛好完全進入?yún)^(qū)域I時的速度大小為匕，進入過程線框內(nèi)的平均電流

為7,進入時間為Ar,根據(jù)動量定理有-8無加=4%匕-4%%；根據(jù)法拉第電磁感應定律有

-△①_ER2/3

E=——；回路電流/=一；A0=BI3；解得-----

△tR4,成

（2）線框出磁場的過程，，以邊受向左的安培力，仍然在安培力的作用下做減速運動，同

理可得線框完全出磁場時速度為匕=%-"；設線框和區(qū)域HI水平面間的動摩擦因數(shù)為

2mR

線框進入?yún)^(qū)域HI后兒,邊受到的恒定摩擦力為＜=〃〃2g;邊和〃邊受到的摩擦力逐漸增

大，平均摩擦力大小為人=_A=（〃T，”g；根據(jù)動能定理有-（工+&+力）S=0—gx4m成；

解得〃=〃-（%-生《）2

3gL2mR

（3）對圓形線框一半進入磁場過程有E=8%效v；受到的安培力大小為七=史記；由

幾何知識可知G絲=(與-心-療=LW-附；廠作用的時間為r=_L；由積分知識可知在

4222v

O'—時間內(nèi)力廠的沖量大小為/=f2vdt=4"'(―-——?-^r-)-0=

2vJ。安R24v238v33R

由對稱性可知，圓形線框另一半進入磁場過程中力尸對其沖量大小也為/,出磁場過程與

4H2尸

進磁場過程的沖量大小相等，則整個過程力〃對線框的沖量大小為4/=絲2

3R

14.【答案】(l)u=12m/s,t=2.4s；(2)s=4m；(3)Q=1OJ

【解析】(D物塊A從傾斜軌道上滑下時，機械能守恒，設物塊A到達傾斜軌道底部的速

2

度為丫，WmAgLsin30°=|mAv；設物塊A運動的時間為f,有L=；力聯(lián)立解得v=12m/s,

t=2.4s

(2)A滑上B后，A做勻減速運動，B做勻加速運動，設A、B的加速度大小分別為q、

出，則對物塊A,根據(jù)牛頓第二定律有從加遇=機.4；對薄木板B