2021年河北省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試（河北卷）

2021年河北省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試物理注意事項：1．答卷前，考生務(wù)必將自己的姓名、考生號、考場號、座位號填寫在答題卡上．2．回答選擇題時，選出每小題答案后，用鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案標(biāo)號涂黑．如需改動，用橡皮擦干凈后，再選涂其他答案標(biāo)號．回答非選擇題時，將答案寫在答題卡上，寫在本試卷上無效．3．考試結(jié)束后，將本試卷和答題卡一并交回．一、單項選擇題：本題共7小題，每小題4分，共28分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．1.銀河系中存在大量的鋁同位素，核衰變的衰變方程為，測得核的半衰期為72萬年，下列說法正確的是（）A.核的質(zhì)量等于核的質(zhì)量B.核的中子數(shù)大于核的中子數(shù)C.將鋁同位素放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變D.銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素將在144萬年后全部衰變?yōu)椤敬鸢浮緾【解析】【分析】【詳解】A．和的質(zhì)量數(shù)均為相等，但是二者原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同，所以質(zhì)量不同，A錯誤；B．核的中子數(shù)為個，核的中子數(shù)為個，B錯誤；C．半衰期是原子核固有的屬性，與外界條件無關(guān)，C正確；D．質(zhì)量為的的半衰期為萬年，經(jīng)過萬年為個半衰期，剩余質(zhì)量為，不會全部衰變?yōu)?，D錯誤。故選C。2.銫原子鐘是精確的計時儀器，圖1中銫原子從O點以的初速度在真空中做平拋運(yùn)動，到達(dá)豎直平面所用時間為；圖2中銫原子在真空中從P點做豎直上拋運(yùn)動，到達(dá)最高點Q再返回P點，整個過程所用時間為，O點到豎直平面、P點到Q點的距離均為，重力加速度取，則為（）A.100∶1 B.1∶100 C.1∶200 D.200∶1【答案】C【解析】【分析】【詳解】銫原子做平拋運(yùn)動，水平方向上做勻速直線運(yùn)動，即解得銫原子做豎直上拋運(yùn)動，拋至最高點用時，逆過程可視為自由落體，即解得則故選C。3.普朗克常量，光速為c，電子質(zhì)量為，則在國際單位制下的單位是（）A. B.m C. D.【答案】B【解析】【分析】【詳解】根據(jù)可得它們的單位為：故選B。4.“祝融號”火星車登陸火星之前，“天問一號”探測器沿橢圓形的停泊軌道繞火星飛行，其周期為2個火星日，假設(shè)某飛船沿圓軌道繞火星飛行，其周期也為2個火星日，已知一個火星日的時長約為一個地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的0.1倍，則該飛船的軌道半徑與地球同步衛(wèi)星的軌道半徑的比值約為（）A. B. C. D.【答案】D【解析】【分析】【詳解】繞中心天體做圓周運(yùn)動，根據(jù)萬有引力提供向心力，可得則，由于一個火星日的時長約為一個地球日，火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的0.1倍，則飛船的軌道半徑則故選D。5.如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場噴入板間，相距為L的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為，兩導(dǎo)軌分別與P、Q相連，質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒垂直導(dǎo)軌放置，恰好靜止，重力加速度為g，不計導(dǎo)軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力，下列說法正確的是（）A.導(dǎo)軌處磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向上，B.導(dǎo)軌處磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下，C.導(dǎo)軌處磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向上，D.導(dǎo)軌處磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下，【答案】B【解析】【分析】【詳解】等離子體垂直于磁場噴入板間時，根據(jù)左手定則可得金屬板Q帶正電荷，金屬板P帶負(fù)電荷，則電流方向由金屬棒a端流向b端。等離子體穿過金屬板P、Q時產(chǎn)生的電動勢滿足由歐姆定律和安培力公式可得再根據(jù)金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，恰好靜止，可得則金屬棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定則可判定導(dǎo)軌處磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下。故選B。6.一半徑為R的圓柱體水平固定，橫截面如圖所示，長度為、不可伸長的輕細(xì)繩，一端固定在圓柱體最高點P處，另一端系一個小球，小球位于P點右側(cè)同一水平高度的Q點時，繩剛好拉直，將小球從Q點由靜止釋放，當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)繩豎直時，小球的速度大小為（重力加速度為g，不計空氣阻力）（）A. B. C. D.【答案】A【解析】【分析】【詳解】小球下落的高度為h=πRR+R=R小球下落過程中，根據(jù)動能定理有mgh=mv2綜上有v=故選A。7.如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌間距最窄處為一狹縫，取狹縫所在處O點為坐標(biāo)原點，狹縫右側(cè)兩導(dǎo)軌與x軸夾角均為，一電容為C的電容器與導(dǎo)軌左端相連，導(dǎo)軌上的金屬棒與x軸垂直，在外力F作用下從O點開始以速度v向右勻速運(yùn)動，忽略所有電阻，下列說法正確的是（）A.通過金屬棒的電流為B.金屬棒到達(dá)時，電容器極板上的電荷量為C.金屬棒運(yùn)動過程中，電容器的上極板帶負(fù)電D.金屬棒運(yùn)動過程中，外力F做功的功率恒定【答案】A【解析】【分析】【詳解】C．根據(jù)楞次定律可知電容器的上極板應(yīng)帶正電，C錯誤；A．由題知導(dǎo)體棒勻速切割磁感線，根據(jù)幾何關(guān)系切割長度為L=2xtanθ，x=vt則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=2Bv2ttanθ由題圖可知電容器直接與電源相連，則電容器的電荷量為Q=CE=2BCv2ttanθ則流過導(dǎo)體棒的電流I==2BCv2tanθA正確；B．當(dāng)金屬棒到達(dá)x0處時，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E′=2Bvx0tanθ則電容器的電荷量為Q=CE′=2BCvx0tanθB錯誤；D．由于導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動則F=F安=BIL由選項A可知流過導(dǎo)體棒電流I恒定，但L與t成正比，則F為變力，再根據(jù)力做功的功率公式P=Fv可看出F為變力，v不變則功率P隨力F變化而變化；D錯誤；故選A。二、多項選擇題：本題共3小題，每小題6分，共18分．在每小題給出的四個選項中，有兩個或兩個以上選項符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分．8.如圖，發(fā)電機(jī)的矩形線圈長為、寬為L，匝數(shù)為N，放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為、和，兩個副線圈分別接有電阻和，當(dāng)發(fā)電機(jī)線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，理想電流表讀數(shù)為I，不計線圈電阻，下列說法正確的是（）A.通過電阻的電流為 B.電阻兩端的電壓為C.與的比值為 D.發(fā)電機(jī)的功率為【答案】BC【解析】【分析】【詳解】AB．由題知理想電流表讀數(shù)為I，則根據(jù)歐姆定律U1=IR1根據(jù)變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系有，代入數(shù)據(jù)有U0=，U2=再由歐姆定律有U2=I2R2可計算出I2=綜上可知，A錯誤、B正確；C．由于矩形線圈產(chǎn)生的交變電流直接輸入原線圈，則有Emax=NB2L2ω，U0==NBL2ω由選項AB知U0=則C正確；D．由于變壓器為理想變壓器則有P0=P1+P2=U1I+U2I2=I2R1+U2I2代入選項ABC公式有P0=由于矩形線圈產(chǎn)生的交變電流直接輸入原線圈，則發(fā)電機(jī)的功率為P0，D錯誤。故選BC。9.如圖，矩形金屬框豎直放置，其中、足夠長，且桿光滑，一根輕彈簧一端固定在M點，另一端連接一個質(zhì)量為m的小球，小球穿過桿，金屬框繞軸分別以角速度和勻速轉(zhuǎn)動時，小球均相對桿靜止，若，則與以勻速轉(zhuǎn)動時相比，以勻速轉(zhuǎn)動時（）A.小球的高度一定降低 B.彈簧彈力的大小一定不變C.小球?qū)U壓力的大小一定變大 D.小球所受合外力的大小一定變大【答案】BD【解析】【分析】【詳解】對小球受力分析，設(shè)彈力為T，彈簧與水平方向的夾角為θ，則對小球豎直方向而可知θ為定值，T不變，則當(dāng)轉(zhuǎn)速增大后，小球的高度不變，彈簧的彈力不變。則A錯誤，B正確；水平方向當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時，桿對小球的彈力FN背離轉(zhuǎn)軸，則即當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時，F(xiàn)N指向轉(zhuǎn)軸即則因，根據(jù)牛頓第三定律可知，小球?qū)U的壓力不一定變大。則C錯誤；根據(jù)可知，因角速度變大，則小球受合外力變大。則D正確。故選BD。10.如圖，四個電荷量均為的點電荷分別放置于菱形的四個頂點，其坐標(biāo)分別為、、和，其中x軸上的兩個點電荷位置固定，y軸上的兩個點電荷可沿y軸對稱移動（），下列說法正確的是（）A.除無窮遠(yuǎn)處之外，菱形外部電場強(qiáng)度處處不為零B.當(dāng)取某值時，可使得菱形內(nèi)部只存在兩個電場強(qiáng)度為零的點C.當(dāng)時，將一帶負(fù)電的試探電荷由點移至點，靜電力做正功D.當(dāng)時，將一帶負(fù)電的試探電荷放置在點處，其所受到的靜電力方向與x軸正方向成傾斜向上【答案】ACD【解析】【分析】【詳解】A．根據(jù)場強(qiáng)疊加原理可知，除無窮遠(yuǎn)處之外，菱形外部電場強(qiáng)度處處不為零，選項A正確；B．因為在x軸上的兩個點電荷在O點的合場強(qiáng)為零，在y軸上的兩電荷，無論y0取什么值，因為關(guān)于原點對稱，則在O點的合場強(qiáng)也為零，在橫軸和縱軸上除原點外，出現(xiàn)合場強(qiáng)為零的點，根據(jù)對稱性可知，一定是成對出現(xiàn)的，關(guān)于原點對稱，所以算上原點，合場強(qiáng)為零的點是奇數(shù)個，不會是2個，選項B錯誤；C．由幾何關(guān)系可知，坐標(biāo)為（4l，5l）的A點在第一象限內(nèi)所在的虛像的垂直平分線的上方；坐標(biāo)為（0，3l）的B點在第三象限內(nèi)所在的虛像的垂直平分線的上方，且到達(dá)虛線的距離相等，由電勢疊加可知，B點的電勢高于A點，則帶負(fù)電的試探電荷在A點的電勢能較大，從A點到B點電勢能減小，可知電場力做正功，選項C正確；D．若y0=4l，則四個點構(gòu)成正方形，由對稱可知在點（l，l）處的場強(qiáng)一定沿著過該點與原點連線的方向上；在y軸正向和x正向上的點電荷在（l，l）處的合場強(qiáng)在y軸負(fù)向和x負(fù)向上點電荷在（l，l）處的合場強(qiáng)可知（l，l）點的場強(qiáng)沿著MN方向且與x軸從成45°角的方向向下，將一帶負(fù)電的試探電荷放置在點處，其所受到的靜電力方向與x軸正方向成傾斜向上，選項D正確。故選ACD。三、非選題：共54分．第11～14題為必考題，每個試題考生都必須作答．第15～16題為選考題，考生根據(jù)要求作答．（一）必考題：共62分．11.某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，實驗室提供的器材有；小燈泡（，），直流電源（），滑動變阻器，量程合適的電壓表和電流表，開關(guān)和導(dǎo)線若干，設(shè)計的電路如圖1所示。（1）根據(jù)圖1，完成圖2中的實物連線______；（2）按照圖1連線后，閉合開關(guān)，小燈泡閃亮一下后熄滅，觀察發(fā)現(xiàn)燈絲被燒斷，原因可能是______（單項選擇，填正確答案標(biāo)號）；A．電流表短路B．滑動變阻器的滑片接觸不良C．滑動變阻器滑片的初始位置在b端（3）更換小燈泡后，該同學(xué)正確完成了實驗操作，將實驗數(shù)據(jù)描點作圖，得到圖像，其中一部分如圖3所示，根據(jù)圖像計算出P點對應(yīng)狀態(tài)下小燈泡的電阻為______（保留三位有效數(shù)字）?！敬鸢浮?1).(2).C(3).【解析】【分析】【詳解】（1）[1]電流表負(fù)極與滑動變阻器的右端的位置連接，如圖（2）[2]開關(guān)閉合，小燈泡閃亮一下后燈絲燒斷，說明通過小燈泡的電流過大。A．電流表內(nèi)阻非常小，短路幾乎不影響通過小燈泡的電流，與燈絲燒斷無關(guān)，A錯誤；B．滑動變阻器滑片接觸不良，無電流通過小燈泡，B錯誤；C．滑動變阻器的滑片開始時置于端，小燈泡部分分壓達(dá)到最大，通過電流最大，可能會燒斷小燈泡燈絲，C正確；故選C。（3）根據(jù)小燈泡的伏安特性曲線可知在點時的電壓和電流分別為，根據(jù)歐姆定律可知小燈泡的電阻為12.某同學(xué)利用圖1中的實驗裝置探究機(jī)械能變化量與力做功的關(guān)系，所用器材有：一端帶滑輪的長木板、輕細(xì)繩、的鉤碼若干、光電門2個、數(shù)字計時器、帶遮光條的滑塊（質(zhì)量為，其上可放鉤碼）、刻度尺，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?，實驗操作步驟如下：①安裝器材，調(diào)整兩個光電門距離為，輕細(xì)繩下端懸掛4個鉤碼，如圖1所示；②接通電源，釋放滑塊，分別記錄遮光條通過兩個光電門的時間，并計算出滑塊通過兩個光電門的速度；③保持最下端懸掛4個鉤碼不變，在滑塊上依次增加一個鉤碼，記錄滑塊上所載鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)上述步驟；④完成5次測量后，計算出每次實驗中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)（包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩懸掛鉤碼）總動能的增加量及系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量，結(jié)果如下表所示：0.2000.2500.3000.3500.4000.5820.4900.3920.2940.1950.3930.4900.6860.785回答下列問題：（1）實驗中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為______J（保留三位有效數(shù)字）；（2）步驟④中的數(shù)據(jù)所缺數(shù)據(jù)為______；（3）若M為橫軸，為縱軸，選擇合適的標(biāo)度，在圖2中繪出圖像______；若系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量等于克服摩擦力做功，則物塊與木板之間的摩擦因數(shù)為______（保留兩位有效數(shù)字）【答案】(1).0.980(2).0.588(3).(4).0.40（0.38~0.42）【解析】【分析】【詳解】（1）[1]四個鉤碼重力勢能的減少量為（2）[2]對滑塊和鉤碼構(gòu)成的系統(tǒng)，由能量守恒定律可知其中系統(tǒng)減少的重力勢能為系統(tǒng)增加動能為系統(tǒng)減少的機(jī)械能為，則代入數(shù)據(jù)可得表格中減少的機(jī)械能為（3）[3]根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點得的圖像為[4]根據(jù)做功關(guān)系可知則圖像的斜率為解得動摩擦因數(shù)（0.38~0.42）13.如圖，一滑雪道由和兩段滑道組成，其中段傾角為，段水平，段和段由一小段光滑圓弧連接，一個質(zhì)量為的背包在滑道頂端A處由靜止滑下，若后質(zhì)量為的滑雪者從頂端以的初速度、的加速度勻加速追趕，恰好在坡底光滑圓弧的水平處追上背包并立即將其拎起，背包與滑道的動摩擦因數(shù)為，重力加速度取，，，忽略空氣阻力及拎包過程中滑雪者與背包的重心變化，求：（1）滑道段的長度；（2）滑雪者拎起背包時這一瞬間的速度?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】【分析】【詳解】（1）設(shè)斜面長度為，背包質(zhì)量為，在斜面上滑行的加速度為，由牛頓第二定律有解得滑雪者質(zhì)量為，初速度為，加速度為，在斜面上滑行時間為，落后時間，則背包的滑行時間為，由運(yùn)動學(xué)公式得聯(lián)立解得或故可得（2）背包和滑雪者到達(dá)水平軌道時的速度為、，有滑雪者拎起背包的過程，系統(tǒng)在光滑水平面上外力為零，動量守恒，設(shè)共同速度為，有解得14.如圖，一對長平行柵極板水平放置，極板外存在方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，極板與可調(diào)電源相連，正極板上O點處的粒子源垂直極板向上發(fā)射速度為、帶正電的粒子束，單個粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q，一足夠長的擋板與正極板成傾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是負(fù)極板上的兩點，C點位于O點的正上方，P點處放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收從上方打入的粒子，長度為，忽略柵極的電場邊緣效應(yīng)、粒子間的相互作用及粒子所受重力。。（1）若粒子經(jīng)電場一次加速后正好打在P點處的粒子靶上，求可調(diào)電源電壓的大??；（2）調(diào)整電壓的大小，使粒子不能打在擋板上，求電壓的最小值；（3）若粒子靶在負(fù)極板上位置P點左右可調(diào)，則負(fù)極板上存在H、S兩點（，H、S兩點末在圖中標(biāo)出）、對于粒子靶在區(qū)域內(nèi)的每一點，當(dāng)電壓從零開始連續(xù)緩慢增加時，粒子靶均只能接收到n（）種能量的粒子，求和的長度（假定在每個粒子的整個運(yùn)動過程中電壓恒定）?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）；【解析】【分析】【詳解】（1）從O點射出的粒子在板間被加速，則粒子在磁場中做圓周運(yùn)動，則半徑由解得（2）當(dāng)電壓有最小值時，當(dāng)粒子穿過下面的正極板后，圓軌道與擋板OM相切，此時粒子恰好不能打到擋板上，則從O點射出的粒子在板間被加速，則粒子在負(fù)極板上方的磁場中做圓周運(yùn)動粒子從負(fù)極板傳到正極板時速度仍減小到v0，則由幾何關(guān)系可知聯(lián)立解得（3）設(shè)粒子第一次經(jīng)過電場加速，在負(fù)極板上方磁場區(qū)域偏轉(zhuǎn)的軌跡半徑為r0，若粒子在電場加速電壓小于Umin，粒子穿過磁場在正極板下方磁場運(yùn)動時，會被OM板吸收。則第一次出現(xiàn)能吸收到n（）種能量的位置（即H點），為粒子通過極板電壓時，粒子第二次從上方打到負(fù)極板的位置（軌跡如圖中藍(lán)色線條所示）。由（2）的計算可知則極板電壓大于時，粒子均不會被OM吸收，可以經(jīng)過正極板下方磁場偏轉(zhuǎn)，回到負(fù)極板上方磁場中，偏轉(zhuǎn)后打在負(fù)極板上。則H點右方的點的粒子靶都可以接受到n（）種能量的粒子。即。（二）選考題：共12分．請考生從2道題中任選一題作答，并用2B鉛筆將答題卡上所選題目對應(yīng)的題號右側(cè)方框涂黑，按所涂題號進(jìn)行評分；多涂、多答，按所涂的首題進(jìn)行評分；不涂，按本選考題的首題進(jìn)行評分．15.兩個內(nèi)壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B，汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體，如圖1所示，現(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細(xì)沙，若A中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量，重新平衡后，汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能______（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能，圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像，其中曲線______（填圖像中曲線標(biāo)號）表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律?！敬鸢浮?1).大于(2).①【解析】【分析】【詳解】[1]對活塞分析有因為A中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量，故穩(wěn)定后有；所以在達(dá)到平衡過程中外界對氣體做功有則根據(jù)因為氣缸和活塞都是絕熱的，故有即重新平衡后A氣缸內(nèi)的氣體內(nèi)能大于B氣缸內(nèi)的氣體內(nèi)能；[2]由圖中曲線可知曲線②中分子速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)百分比較大，即曲線②的溫度較高，所以由前面分析可知B氣缸溫度較低，故曲線①表示氣缸B中氣體分子的速率分布。16.某雙層玻璃保溫杯夾層中有少量空氣，溫度為27℃時，壓強(qiáng)為。（