2021年普通高中学业水平选择性考试物理试卷(河北卷)

学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

26260Al12Mg1e，测得26Al核1.假河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β+衰变的衰变方程为13的半衰期为72万年。下列说法正确的是( ) A.26Al核的质量等于26Mg核的质量 B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数

C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年以后全部衰变为26Mg

2.铯原子钟是精确的计时仪器。图1中铯原子从O点以100 m/s的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面MN所用时间为t1；图2中铯原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为t2。O点到竖直平面MN、P点到O点的距离均为0.2m。重力加速度取g10m/s2，则t1:t2为( )

A.100:1

B.1:100

C.1:200

D.200:1

h在国际单位制下的单位是( ) mec3.普朗克常量h6.6261034Js，光速为c，电子质量为me，则A.J/s

B.m

C.J·m

D.m/s

4.“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个火星日的时长约为一个地球日、火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为( ) A.34

B.31 4C.35 2D.32 55.如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，

束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨

平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是( )

A.导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，vB.导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，vC.导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，vD.导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，vmgRsin

B1B2LdmgRsin

B1B2Ldm2Rtan

B1B2LdmgRtan

B1B2Ld6.一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示。长度为πR、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球。小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直。将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为（重力加速度为g，不计空气阻力）( )

A.(2π)gR B.2πgR

C.2(1π)gR D.2gR 7.如图，两光滑导轨水平放直在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。导轨间距最窄处为一狭缝。取狭缝所在处O点为坐标原点。狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为，一电容为C的电容

器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是( )

A.通过金属棒的电流为2BCv2tan

B.金属棒到达x0时，电容器极板上的电荷量为BCvx0tan C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电 D.金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定

二、实验题

8.某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡（6.3V，0.15A），直流电路（9V），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干。设计的电路如图1所示。 （1）按照图1，完成图2中的实物连线。

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是_______（单项选择，填正确答案标号）。 A.电流表短路

B.滑动变阻器的滑片接触不良 C.滑动变阻器滑片的初始位置在b端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到IU图像，其中一部分如图3所示。根据图像你计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为_______（保留三位有效数字）。

9.某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有：一端带滑轮的长木板，轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为200g，其上可放钩码），刻度尺。当地重力加速度为9.80m/s2。实验操作步骤如下：

①安装器材，调整量个光电门距离为50.00cm，轻细绳下段悬挂4个钩码，如图1所示； ②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度； ③保持绳下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的数量，重复上述步骤； ④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块，滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量Ek及总机械能的减少量E，如下表所示： M/kg Ek/J 0.200 0.587 0.393 0.250 0.490 0.490 0.300 0.392 0.350 0.294 0.686 0.400 0.195 0.785 E/J 回答下列问题： （1）实验中轻细绳所悬挂的钩码重力势能的减少量为______J（保留三位有效数字）； （2）步骤④中的表格所缺数据为______J； （3）以M为模板，E为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出EM图像；

三、计算题

10.如图，一滑雪道由AB和BC两段滑道组成，其中AB段倾角为，BC段水平，AB段和BC段由一小段光滑圆弧连接。一个质量为2kg的背包在滑道顶端A处由静止滑下，若1s后质量为48kg的滑雪者从顶端以1.5 m/s的初速度、3m/s2的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起。背包与滑道的动摩擦因数为sin1，重力加速度取g10m/s2，12724，cos，忽略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化。求： 2525

（1）滑道AB段的长度；

（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。

11.如图，一对长平行栅极板水平放置，根板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连。正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为v0、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q。一足够长的挡板OM与正极板成37°倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子。C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，CP长度为L0，忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力sin373。 5

（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压U0的大小； （2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板OM上，求电压的最小值Umin；

（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（CHCPCS，H、S两点未在图中标出），对于粒子靶在HS区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加

时，粒子靶均只能接收到n（n2）种能量的粒子，求CH和CS的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。 12.【选修3-3】

（1）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示， 现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能___（填“大于”“小于”或“等于”)气缸B中气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像.其中曲线___（填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。

（2）某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为3.0103Pa。 （ⅰ）当夹层中空气温度升至27℃，求此时夹层中空气的压强；

(ⅱ)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值。设环境温度为27℃时，压强为1.0105Pa。

13.将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光沿半径照射半即柱体A，设圆心处入射角为。当60时，A右侧恰好无光线射出；当30时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求：

（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率； （ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d.

四、多选题

14.如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强阻场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I。不计线圈电阻。下列说法正确的是( )

A.通过电阻R2的电流为

n1l n2B.电阻R2两端的电压为

n2IR1 n12NBL2C.n0与n1的比值为

IRD.发电机的功率为

2NBL2In1n2n0

15.如图，矩形金属框MNQP竖直放置，其中MN、PQ足够长，且PQ杆光滑。一根轻弹簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过PQ杆。金属框绕MN轴分别以角速度和匀速转动时。小球均相对PQ静止。若，则与以匀速转动时相比，以匀速转动时( )

A.小球的高度一定降低 C.小球对杆压力的大小一定变大

B.弹簧弹力的大小一定不变 D.小球所受合外力的大小一定变大

16.如图，四个电荷量均为（的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为、（4l,0）qq0）、0,y0、(0，（4l,0）y0)，其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动（y00）。下列说法正确的是( )

A.除无穷远之外，菱形外部电场强度处处不为零

B.当y0取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点

C.当y08l时，将一带负电的的试探电荷由点移至点，静电力做正功 （4l,5l）（0，3l）D.当y04l时，将一带负电的试探电荷放置在点处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成（l,l）45°倾斜向上

参

1.答案：C

解析：A项，由于衰变过程发生质量亏损，质量转化为能量并释放，所以衰变前后质量不相等，故A项错误。

B项，β+衰变时，释放一个正电子，衰变前后核子数不变，质子数减少1个，则中子数增加1个，所以26Al核的中子数比26Mg少1个，故B项错误。

C项，半衰期与温度和压强无关，所以将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变，故C项正确。

D项，由于铝同位素26Al半衰期为72万年，所以银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后有3衰变为26Mg，故D项错误。 4综上所述，本题正确答案为C。 2.答案：C

解析：由题意可知图1中铯原子所用的时间为t1s0.2m0.002s，图2中铯原子上升过程v0100m/s22gs，解得铯原子的初速度为2m/s，方向竖直向上，则上升过程所花费的时间中满足公式0v0为t2v02m/s120.2s，则，解得t2，下落过程满足自由落体运动规律，则0.2shgt2g10?m/s22t20.4s，所以t1:t20.002s:0.4s1:200，故C项正确，ABD项错误。 t2t2综上所述，本题正确答案为C。 3.答案：B

解析：普朗克常量的单位为J·s，根据牛顿第二定律可得Fma，且有WFs，则普朗克常量的单位可表示为kgm/s2s，又因光速的单位为m/s，电子的质量单位为kg，则下的单位应为m，故B项正确，ACD项错误。 综上所述，本题正确答案为B。 4.答案：D

h在国际单位制medGMmv24π2r3GM解析：根据万有引力定律2mm2r，可得22，根据题意可知M火0.1M地 ，

rrTT4π则有

3r飞船 2T飞船20.1r同步 2T同步 ，且T飞船2T同步 ，代入可得

r飞船 r同步 32，故D正确，ABC项错误。 5综上所述，本题正确答案为D。 5.答案：B

解析：由题可得，等离子体q在两平行金属板中的匀强磁场B1的作用下，以速度大小为v垂直于

磁场喷入板间，因此可得出该等离子体受到的洛伦兹力为F洛 qvB1，由于磁场方向为N极指向S极，因此由左手定则可以判断出等离子体中正电荷受到的力方向为竖直向下，负电荷受到的力方向为竖直向上，因此P板汇集大量负电荷为负极，Q板汇集大量正电荷为正极，此时进入的粒子还受到电场力的作用，因此当粒子不再发生上下偏移时，电场力大小与洛伦兹力相等，即：

F电 qEF洛 ，因此有：v

E

，因此两个金属极板间产生的电动势为：UEd，又因为两个极B1

IRU，结合上式可得：v，另外

B1dR板又与金属导轨构成闭合电路，因此通过导轨的电流为：I由于金属导轨位于垂直于导轨面的磁场B2中且静止，因此该导轨受到的安培力方向沿斜面向上，且大小等于导轨重力在沿斜面方向下的分力，即有：B2ILmgsin，因此结合上面的公式可以得出：vmgRsin；由于P板是负极，Q板是正极，因此导轨中电流方向为a到b，由于安培力方

B1B2Ld向为沿斜面向上，因此由左手定则可以判断出磁场B2的方向为垂直导轨平面向下，故B项正确，ACD项错误。

综上所述，本题正确答案为B。 6.答案：A

解析：由于小球从Q点释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，此时细绳有一半贴在圆柱体上，即剩下处于垂直状态的绳子长度为：h1hh1RπR，因此整个小球的下落的高度为：2πR112R，整个过程只有重力做功，因此由动能定理可得：mv2mv0mgh，代入222上述公式，且小球初速度为0，可得出v(2π)gR，故A项正确，BCD项错误。 综上所述，本题正确答案为A。 7.答案：A

解析：A项，设导体棒运动到横坐标为l0处，则此时金属棒的有效长度l2l0tan，产生的感应电动势为UBlv，流过导体棒的电荷量即为通过电容的电荷量，为QCU，则电路中电流IQCU2BCv2tan，故A项正确。 l0tvB项，金属棒到达x0处时，电容器极板上的电荷量为QCU，其中UBlv，l2x0tan，联立可得：Q2BCx0tan，故B项错误。

C项，根据右手定则可知，金属棒运动过程中，电流的方向为逆时针，则电容器的上极板带正电，故C项错误。

D项，金属棒做匀速直线运动，受力平衡，有FFABIL，其中B恒定，由A项分析可知，I恒

定，而L2x0tan不断变长，则F逐渐增大，由PFv知，F的功率增大，故D项错误。 综上所述，本题正确答案为A。

8.答案：（1）解析：

（2）C（3）27.0

9.答案：（1）0.980（2）0.588（3）解析：

10.答案：（1）背包：a1gsingcos2m/s2① 11xABa1(t1)2v0ta2t2②

22；0.400

解得；t2s（t1s，舍去） xAB9m

（2）此时背包v1a1(t1)6m/s 滑雪者的速度v2v0a2t7.5m/s 根据动量守恒定理：mv1Mv2(mM)v 代入数据得：v共7.44m/s 解析：

11.答案：（1）根据能量守恒定律，结合式子 112， qUmv2mv022v2根据公式mF向可得在磁场中有

Rv2qvBm，

L02mq2B2L220联立可得U0v 02q4m2

（2）根据题意可得，粒子第一次运动到正极板时速度仍为v0，且竖直向下，逆时针旋转且与OM相切，

假设到达上极板时速度为v1，圆直径为R1， 则可得qUminv121212mv1mv0,qv1Bm， 22R1假设粒子到正极板下方的半径为R2，则可得

2v0qv0Bm，

R2结合几何关系可得2R1R24R1R2，

3R2，则 sin3727mv04则可得v1v0，则可得Umin

18q3

（3）根据题意可知，当粒子由下方与OM刚好相切时，再进入上方磁场做圆周运动与上板交点为H，此位置为距C最近且满足题意的位置，假设上面圆的半径为R1，

2v0则qv0Bm，

R2由此可得R2mv0， qBR2R22R1可得 sin37根据几何关系可得4R1R2，

3则CH2R12R12R210mv0 3qB当电压在此值基础上再增大时，在H右侧均可满足题意，故CS趋近于。

v2解析：（1）根据能量守恒定律以及式子mF向 向联立即可求解。

R（2）根据题意可得，粒子第一次运动到正极板时速度仍为v0，且不能与挡板相撞，即是相切状

v2态，根据这两个条件结合能量守恒定律以及mF向 即可求解。

R（3）根据（2）中分析，当粒子由下方与OM刚好相切时，再进入上方磁场做圆周运动与上板交点为，此位置为距最近且满足题意的位置，同理（2）即可求解。 12.答案：（1）大于；①

（2）（i）空气体积不变，由查理定律可得： 3.0103PaP (27327)K(27337)K解得：P3.1103Pa

（ii）由题可知：夹层内的压强和温度与外界相同，则设此状态下气体体积为V0 由理想气体状态方程可知：

VPVPV0011，解得00.03

V1T0T1则

m1V10V02.99 m10V0解析：（1）在活塞上缓慢导入细沙，封闭气体压强增大，由于A中细沙更重，则A中气体压强更大，而温度不变，根据理想气体的状态方程可知气体体积减小，缸中气体分子数密度增大，单位时间内气体分子对活塞撞击次数变大，则A中气体的内能大于B中气体的内能。分子运动越激烈，速率大的分子所占比例越大，由图2可看出①中速率大的分子，所占比例比2小，故表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 （2）（i）根据查理定律即可求解； （ii）由理想气体状态方程即可求解。

13.答案：（i）由题意可知：光线在A圆心处发生全反射 故半圆柱体对该单色光的折射率 n1123 sin332（ii）当030时，设出射光线夹角为

由折射定律可知：nsinsin， sin32，即tan

23由题意得：光线沿B半径射出，则说明光线必定经过B圆心 dtanRsinh Rd2h

2解析：（i）根据全反射求得折射率；

（ii）光线沿B半径射出，则说明光线必定经过B圆心，再根据几何关系可求得两个半圆柱体之间

的距离d。 14.答案：BC

解析：AB项，根据欧姆定律可得U1IR1，U2IR2，再根据理想变压器公式I2n2R1nI，U22IR1，故B项正确，A项错误。 n1R2n1U1U0n1n0U1n1代入可得U2n2C项，根据法拉第电磁感应定律可得电动势为Um2NBL22U0，根据理想变压器公式

n0U02NBL2代入数据解得比值为，故C项正确。

n1U1IR1D项，发电机的功率为PU0I0U1IU2I2，又根据理想变压器公式可得

2NBL2In1n22n0UU1U0U，20，联n1n0n2n0立解得P，故D项错误。

综上所述，本题正确答案为BC。 15.答案：AD

解析：对小球进行受力分析可知，小球受到竖直向下的重力、弹簧对小球的拉力，设匀速转动时，弹簧与水平面间的夹角为，如图所示：

A项，金属框绕MN轴转动时，弹簧弹力的水平分力提供向心力，可得FTcosm2r，竖直分量平衡重力，可得FTsinmg，联立两式可得tan2rg，由题可知，转动时，小球的运动半径始

终不变，则随着角速度的增大，tan增大，则增大，故弹簧与水平面的夹角增大，则小球的高度一定降低，故A项正确。

B项，根据FTsinmg可知，重力大小不变，增大，则弹簧弹力的大小应该减小，故B项错误。

C项，匀速转动时，小球对杆的压力大小为零，故C项错误。

D项，小球所受合外力的大小等于向心力，则小球所受合外力的大小一定变大，故D项正确。 综上所述，本题正确答案为AD。

16.答案：ACD

解析：A项，菱形外侧各点电荷场强叠加都指向外侧，场强大小不为0，故A项正确。 B项，原点处场强为0，由对称性可知，其他场强为0的点必定成对出现，故B项错误。 C项，由对称性可知，(0,3l)与(0,3l)的电势等大，对于(0,4l)(4l,0)两点电荷可知(4l,5l)与(0,3l)电势相等，(0,4l)(4l,0)两点，根据电场线方向可知，从(4l,5l)移动至(0,3l)电场力对负点电荷做正功，故C项正确。

D项，由对称性可知，(l,l)处场强方向由该点指向o点，则负电荷受力与场强方向相反，与x轴正方向45°倾斜向上，故D项正确。 综上所述，本题正确答案为ACD。