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福建省2021年高考物理压轴卷

福建省2021年高考物理压轴卷

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- 17 -

福建省2021年高考物理压轴卷（含解析）
考试时间：90分钟 满分：100分
★祝考生在本次考试和高考中取得最满意的成绩！
第I卷（选择题，40分）
一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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.货运飞船“天舟一号”与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体，如图所示。假设组合体在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动，周期为T1。如果月球绕地球的运动也看成是匀速圆周运动，轨道半径为R1，周期为T2。已知地球表面处重力加速度为g，地球半径为R，引力常量为G，不考虑地球自转的影响，地球看成质量分布均匀的球体。则(　　)
A.月球的质量可表示为
B.组合体与月球运转的线速度比值为
C.地球的密度可表示为
D.组合体的向心加速度可表示为2g
2.如图所示，一束光斜射向厚度为d的长方体玻璃砖，经它折射后射出a、b两束光线，则下列说法正确的是(　　)
A.玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
B.在真空中，a光的波长小于b光的波长
C.在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D.从玻璃砖底边射出的a、b光传播方向不平行

3.如图所示，小滑块a从倾角为θ＝45°的固定粗糙直角三角形斜面顶端以速度v1沿斜面匀速下滑，同时将另一小滑块b在斜面底端正上方与小滑块a等高处以速度v2水平向左抛出，两滑块恰在斜面中点P处相遇，不计空气阻力，不考虑小滑块b碰撞斜面后的情况，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　）

A.v1∶v2＝1∶1
B.斜面总高度
C.若b以速度2v2水平向左抛出，a、b仍能相遇
D.若b以速度2v2水平向左抛出，则b落在斜面上时，a在b的下方
4. 氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定 ）
A. 对应的前后能级之差最小
B. 同一介质对的折射率最大
C. 同一介质中的传播速度最大
D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
二、多项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分每小题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
5. 甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其v­t图象如图所示。已知两车在t＝3 s时并排行驶，则(　　)

A.在t＝1 s时，甲车在乙车后
B.在t＝0时，甲车在乙车前7.5 m
C.两车另一次并排行驶的时刻是t＝2 s
D.甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40 m
6 带电平行板电容器两极板水平放置，充电后与电源断开。两质量相等的带电小球a、b分别位于电容器内上、下极板附近，a与上极板、b与下极板的距离相等。现在同时由静止释放a、b，a和b同时经过两极板的中线MN，已知重力加速度为g，不计a、b间的相互作用和电容器极板的边缘效应，下列说法正确的是（　　）

A.到达MN时，a的动能大于b的动能
B.到达MN时，a、b的电势能变化相等
C.从释放两带电小球a、b到MN的过程中，b的机械能变化量的绝对值大于a的机械能变化量的绝对值
D.若将上极板上移一小段距离h，下极板下移2h，再同时由原位置释放a、b，a、b仍同时到达原中线MN
7. 如图所示竖直平面内固定的四分之一圆弧轨道AP，圆弧轨道的圆心为O，OA水平，OP竖直，半径为R＝2m。一质量为m＝1kg的小物块从圆弧顶点A开始以2m/s的速度从A到P做匀速圆周运动，重力加速度g＝10m/s2，Q为圆弧AP的一个三等分点（图中未画出），OA与OQ的夹角为30°，下列说法正确的是（　　）

A.在Q点时，重力的瞬时功率为10W
B.在A到P的过程中合力对小物块的冲量为零
C.小物块在AQ段克服摩擦力做的功等于在QP段克服摩擦力做的功
D.在P点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为11.5N
8. 如图所示，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为，在匀强磁场区域内，将质量为、长为、电阻为的金属棒垂直导轨放置在足够长的水平光滑形导轨上，且与导轨接触良好，导轨间距为，导轨电阻可忽略不计。金属棒在垂直于棒的水平拉力的作用下，由静止开始（时）以加速度向右做匀加速直线运动，后保持拉力的功率不变，直到棒以最大速度做匀速直线运动再撤去拉力。下列说法正确的是（　　）

A.时拉力的大小为
B.棒的最大速度为
C.内安培力对金属棒的冲量大小为
D.撤去拉力后，棒运动的距离为
三、非选择题：共60分。考生根据要求作答。
9. 如图所示，是一定质量的气体从状态A经状态B、C到状态D的图象，已知气体在状态C时的体积是6L，则状态D时的体积VD= ；状态A时的气体体积VA= 。

10. 一简谐横波沿x轴正向传播，t=0时刻的波形如图（a）所示，x=0.30m处的质点的振动图线如图（b）所示，该质点在t=0时刻的运动方向沿y轴_______（填“正向”或“负向”）。已知该波的波长大于0.30m，则该波的波长为_______m。

11. 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动.

(1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝_________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒.(用题中字母表示)
(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2.
12. 用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：
A.待测电阻：约
B.电流表：量程（内阻约）
C.电压表：量程（内阻约）
确定电流表的内外接方式为___________（内接或外接），此方法测量值比真实值___________（填“偏大”或“偏小”）。
(2)在测定金属丝电阻率的实验中，用螺旋测微器测得金属丝的直径如图甲所示，___________；用多用电表的“”欧姆挡，调零后测得金属丝的电阻值如图乙所示，___________。
若实验中测出金属丝的长度为，则该金属丝电阻率的表达式___________（用符号表示）。

13. 如图所示，光滑平行的长金属导轨固定在水平面上，相距L＝1 m，左端连接R＝2 Ω的电阻，一质量m＝0.5 kg、电阻r＝1 Ω的导体棒MN垂直放置在两平行金属导轨上，彼此接触良好，导轨的电阻不计。在两导轨间有这样的磁场，磁场方向竖直向下，磁感应强度B大小随x变化关系是B＝0.6sin(T)，x0＝0.5 m；两区域磁感应强度大小关于直线x＝0.5 m对称。

(1)导体棒在水平向右的拉力F作用下，以速度v0＝1 m/s 匀速穿过磁场区，求此过程中感应电流的最大值Im；
(2)在(1)的情况下，求棒穿过磁场过程中拉力做的功W以及电阻R上产生的热量QR。

14. 如图所示，在光滑的水平面上放着一个质量为m的木球，在木球正上方L处有一个固定悬点O，在悬点O和木球之间用一根长为2L的不可伸长的轻绳连接。有一个质量也为m的子弹以v0的速度水平射入木球并留在其中，一段时间之后木球绕O点在竖直平面内做圆周运动。球可视为质点，重力加速度为g，空气阻力不计，求：

(1)木球以多大速度离开水平地面；
(2)子弹速度v0的最小值。

15. 如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面内建立平面直角坐标系xOy，在第Ⅱ象限内有平行于桌面的匀强电场，场强方向与x轴负方向的夹角θ=45°。在第Ⅲ象限垂直于桌面放置两块相互平行的平板C1、C2，两板间距为d1=L，板间有竖直向上的匀强磁场，两板右端在y轴上，板C1与x轴重合，在其左端紧贴桌面有一小孔M，小孔M离坐标原点O的距离为L。在第Ⅳ象限垂直于x轴放置一块平行于y轴的竖直平板C3，平板C3在x轴上垂足为Q，垂足Q与原点O相距。现将一质量为m、带电量为-q的小球从桌面上的P点以初速度v0垂直于电场方向射出，刚好垂直C1板穿过M孔进入磁场。已知小球可视为质点，P点与小孔M在垂直电场方向上的距离为s，不考虑空气阻力。
（1）求匀强电场的场强大小；
（2）要使带电小球无碰撞地穿出磁场并打到平板C3上，求磁感应强度的取值范围；
（3）若t=0时刻小球从M点进入磁场，磁场的磁感应强度随时间周期性变化，取竖直向上为磁场的正方向，如图乙所示，磁场的变化周期，小孔M离坐标原点O的距离，求小球从M点打在平板C3上所用的时间。

2021福建省高考压轴卷
物 理

1. 答案：　选C。
解析：由于月球是环绕天体，根据题意可以求出地球的质量，不能求月球的质量，A错误；对于组合体和月球绕地球运动的过程，万有引力提供向心力，设地球质量为M，则由牛顿第二定律可知G＝m，解得v＝ ，则组合体和月球的线速度比值为 ，B错误；对于组合体，由G＝m·(R＋h)，解得M＝，又因为地球的体积为V＝πR3，整理解得ρ＝＝，C正确；由G＝ma，G＝mg，知组合体的向心加速度大小为a＝2g，D错误。
2. 答案　C
解析　由图可知，a光在玻璃砖中的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可知，na块b的竖直位移之比为
则此时，即b落在斜面上时，a在b的下方，故C错误，D正确。
故选D
4. 【答案】A
【解析】：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应.
波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，A正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D错误.

5. 答案　BD
解析　由题中v ­t图象得a甲＝10 m/s2，a乙＝5 m/s2，两车在t＝3 s时并排行驶，此时x甲＝a甲t2＝×10×32 m＝45 m，x乙＝v0t＋a乙t2＝10×3 m＋×5×32 m＝52.5 m，所以t＝0时甲车在前，距乙车的距离为L＝x乙－x甲＝7.5 m，B项正确；t＝1 s时，x甲′＝a甲t′2＝5 m，x乙′＝v0t′＋a乙t′2＝12.5 m，此时x乙′＝x甲′＋L＝12.5 m，所以另一次并排行驶的时刻为t＝1 s，故A、C两项错误；两次并排行驶的位置沿公路方向相距L′＝x乙－x乙′＝40 m，故D项正确。

6. 答案：CD
【详解】A.两个粒子都做初速度为零的匀加速直线运动，则有：由题意知，相同时间内a的位移与b的位移大小相等，m、E又相等，可知aa=ab，由牛顿第二定律可知合外力F=ma，两粒子的合外力相等。由动能定理可知：a、b两粒子在相同的时间内位移相同，合外力相同，动能的增量相同，所以到达MN时，b的动能等于a的动能，故A错误；
B.对a粒子牛顿第二定律：m
对b粒子牛顿第二定律：
综上分析可知两粒子的电荷量大小qb＞qa，又由于两粒子带负电，则到达MN时，根据 可知，电场力对a做功少，电势能变化不相等，故B错误；
C.从释放到MN的过程中，根据W=qU=qEy知，因为场强E和位移y相等，而两粒子的电荷量大小qb＞qa，则电场力对b粒子做功的绝对值大于电场力对a粒子做功的绝对值，则b粒子机械能的增加量大于a机械能的减小量，故C正确；
D.若仅将上极板向上平移一段距离，因极板带电量不变，正对面积不变，根据推论知板间场强不变，两个粒子运动的加速度不变，则再同时由原位置释放a、b，a将同时达到原中线MN，故D正确。
故选CD。

7. 答案：AC
【解析】A.在Q点时，重力方向与速度方向夹角为30°，则重力的瞬时功率为P＝mgvcosθ＝10W
故A正确；
B.在A到P的过程中小物块的速度方向不断改变，动量不断改变，所以合力对小物块的冲量不为零，故B错误；
C.小物块在AQ段重力做的功W1＝mgRsin30°
在QP段重力做到功W2＝mgR（1﹣sin30°）
可得W1＝W2
由小物块做匀速圆周运动和动能定理可知，小物块克服摩擦力做的功等于重力做的功，故C正确；
D.在P点时，由牛顿第二定律
得到小物块对圆弧轨道的压力大小为12N，故D错误；
故选AC。

8. 答案：AD
【分析】本题通过金属棒在磁场中的运动考查考生的逻辑推理能力和分析综合能力。本题需要考生利用牛顿运动定律、法拉第电磁感应定律及动量定理等知识解题。
【解析】A.起初棒做匀加速直线运动，时由牛顿第二定律有
棒切割磁感线，产生的感应电动势为，时的速度为
由闭合电路欧姆定律得,联立解得,A正确；
B.时拉力的功率为

棒最终做匀速运动，设棒的最大速度为，棒受力平衡，则有
其中,联立解得,B错误；
C.内，金属棒做匀加速直线运动，所受安培力
可知安培力随时间均匀增大，安培力的冲量为图线与坐标轴围成的面积，即,C错误；
D.撤去拉力后，以金属棒为研究对象，由动量定理得又
解得又有
其中为撤去拉力后棒运动的距离，联立并代入数据解得,D正确。
故选AD。

9. （1）8L；（2）3L
【解析】
（1）C到D过程，属于等压变化，由等压变化规律可知
即
解得VD=8L
（2）由图可知，B到C过程属于等容变化，所以VB=VC=6L
A到B过程为等温变化，压强与体积成反比，即
代入数据，有2VA=VB=6L
解得VA=3L

10. 【答案】：正向；0.8
【解析】：根据振动方程式：，此时质点的纵坐标坐标为，可知考虑其周期性，画一条平行于x轴，纵坐标为的直线，与图像的交点都有可能是该质点所处的位置，根据乙图可知该质点此时正从平衡位置向上振动，该波沿X轴正方向传播，所以只能是第二个交点或第四个交点，又因为所以有得m。

11. 9.6
【详解】
（1）滑块从A处到达B处的速度:
则系统动能的增加量：
系统重力势能的减小量：△Ep=mgd-Mgdsin30°=（m−）gd
（2）根据系统机械能守恒的：（M+m）v2＝（m−）gd
则
图线的斜率：
解得：g=9.6m/s2

12. 答案：内接 偏大 0.730 8.0
【解析】(1)[1][2]因为
说明是待测电阻是大电阻，故电流表用内接法，此方法电压的测量值偏大，则电阻的测量值比真实值偏大。
(2)[3][4]用螺旋测微器测得金属丝的直径0.5mm+0.01mm×23.0=0.730mm
用多用电表的“”欧姆挡，调零后测得金属丝的电阻值8.0。
[5]若实验中测出金属丝的长度为，则根据
解得

13.
答案　(1)0.2 A　(2)0.06 J　0.04 J
解析　(1)导体棒以不变的速度穿过磁场区，
B＝0.6sin，x＝v0t，得B＝0.6sinπt
由法拉第电磁感应定律得e＝BLv0＝0.6sinπt V
这是一正弦交流电，Em＝0.6 V
由欧姆定律得Im＝＝0.2 A。
(2)电流的有效值I＝
棒在磁场中的时间t＝
拉力做功等于回路中产生的热量W＝Q＝I2(R＋r)t
电阻R上产生的热量QR＝I2Rt
代入数据解得W＝0.06 J，QR＝0.04 J。

14. 答案　(1)v0　(2)8
解析　(1)设子弹打入木球后共同速度为v，木球离开水平地面的速度为v1，由动量守恒定律得：mv0＝2mv，
解得：v＝v0
木块离开地面时沿绳方向的分速度瞬间减为零，垂直绳方向的分速度不变，
故木球离开地面的速度为v1＝v·＝v0。
(2)木球从离开水平地面到最高点的过程中机械能守恒，设到最高点时速度为v3，绳子对木球的拉力为F，由机械能守恒定律和牛顿第二定律有
－2mg·3L＝·2mv－·2mv，
F＋2mg＝2m
由题意知F≥0，
联立解得v0≥8，即v0的最小值为8。

15. （1） ；（2）≤B≤ ；（3）
【解析】（1）小球在第Ⅱ象限内做类平抛运动，根据运动学规律有
s=v0t ①
②
由牛顿第二定律有
qE=ma ③
联立①②③式解得
④
（2）设小球通过M点时的速度为v，由类平抛运动规律有
⑤
小球垂直磁场方向进入两板间做匀速圆周运动，轨迹如图1所示。

图1
由牛顿第二定律有
⑥
解得
⑦
小球刚好能打到Q点时，磁感应强度最大，设为B1，此时小球的轨迹半径为R1，由几何关系有
⑧
解得
⑨
⑩
小球刚好不与C2板相碰时磁感应强度最小，设为B2，此时小球的轨迹半径为R2，由几何关系有
R2=d1=L ⑪
解得
⑫
综合得磁感应强度的取值范围是
≤B≤ ⑬
（3）小球进入磁场做匀速圆周运动，设半径为R3，周期为T0，同（2）理有
⑭
⑮
⑯
孔M离坐标原点O的距离为
⑰
磁场的变化周期为
⑱
由以上分析可知小球在磁场中运动的轨迹如图2所示，一个磁场周期内小球在x轴方向的位移为
x=3R3 ⑲
⑳

图2
即小球刚好垂直y轴方向离开磁场。 ㉑
所以小球在磁场中运动的时间为
㉒
离开磁场到打在平板C3上所用的时间
㉓
小球从M点到打在平板C3上所用总时间为
㉔