決勝2021年新高考物理核心素養(yǎng)卷（03） （湖北專用）（解析版）

2021年湖北省新高考綜合模擬

物理核心素養(yǎng)卷(03)

一、選擇題:本題共11小題，每小題4分，共44分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1?7題只有一項(xiàng)符

合題目要求，第8?H題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0

分。

I.港珠澳大橋總長(zhǎng)約55公里，是世界上總體跨度最長(zhǎng)、鋼結(jié)構(gòu)橋體最長(zhǎng)、海底沉管隧道最長(zhǎng)的跨海大橋,

也是世界公路建設(shè)史上技術(shù)最復(fù)雜、施工難度最高、工程規(guī)模最龐大的橋梁.如圖所示的路段是一段半徑

約為120m的圓弧形彎道，路面水平，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力為正壓力的0.8倍，下雨時(shí)路面被雨

水淋濕，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力變?yōu)檎龎毫Φ?.4倍，若汽車通過圓弧形彎道時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

汽車可視為質(zhì)點(diǎn)，取重力加速度g=10m/s2,下列說(shuō)法正確的是()

A.汽車以72km/h的速率通過此圓弧形彎道時(shí)的向心加速度為43.2m/s2

B.汽車以72km/h的速率通過此圓弧形彎道時(shí)的角速度為0.6rad/s

C.晴天時(shí)，汽車以lOOkm/h的速率可以安全通過此圓弧形彎道

D.下雨時(shí)，汽車以60km/h的速率通過此圓弧形彎道時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng)

【答案】C

【解析】AB.汽車通過此圓弧形彎道時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑R=120m,運(yùn)動(dòng)速率

v-72km/h=20m/s.向心加速度為

2

Vo

a=——?3.3m/s2

R

角速度

v1

CD-——=—rad/s

R6

故AB錯(cuò)：

C.以汽車為研究對(duì)象，當(dāng)路面對(duì)輪胎的徑向摩擦力指向內(nèi)側(cè)且達(dá)到徑向最大靜摩擦力時(shí)，此時(shí)汽車的速率

為安全通過圓弧形彎道的最大速率%,設(shè)汽車的質(zhì)量為加，在水平方向上根據(jù)牛頓第二定律得

mvl

R

在豎直方向匕^

然="吆

徑向最大靜摩擦力為正壓力的0.8倍，即

fm=kFz

以上三式聯(lián)立解得

vm=[kgR?3l.()m/s=111.6km/h

所以晴天時(shí)汽車以lOOkm/h的速率可以安全通過此圓弧形彎道，故C正確；

D.下雨時(shí)，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力變?yōu)檎龎毫Φ?.4倍，有

v'm-[k'gR?21.9m/s*78.8km/h.60km/h<78.8km/h

所以汽車可以安全通過此圓弧形彎道，且不做離心運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。

故選C。

2.用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光”照射光電管陰極K,電流計(jì)G的指

針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光人照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么()

A.。光的波長(zhǎng)一定大于6光的波長(zhǎng)

B.增加6光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

C.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過電流計(jì)G的電流是由d到c

D.只增加“光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大

【答案】D

【解析】A.用一定頻率的。單色光照射光電管時(shí)，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知v〃>Vb,a光的波長(zhǎng)小于h

光的波長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；

B.發(fā)生光電效應(yīng)的條件：v>vo,增加b光的強(qiáng)度不能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B錯(cuò)誤；

C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電子從光電管左端運(yùn)動(dòng)到右端，而電流的方向與電子定向移動(dòng)的方向相反，所以流過

電流計(jì)G的電流方向是c流向d,C錯(cuò)誤；

D.增加。光的強(qiáng)度可使光子數(shù)增多，因此溢出的光電子數(shù)目增加，通過電流計(jì)G的電流增大，D正確。

故選D。

3.如圖所示，一個(gè)理想變壓器原線圈的匝數(shù)為50匝，副線圈的匝數(shù)為100匝，原線圈兩端接在光滑的

水平平行導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.4m.導(dǎo)軌上垂直于導(dǎo)軌有一長(zhǎng)度略大于導(dǎo)軌間距的導(dǎo)體棒，導(dǎo)軌與導(dǎo)

體棒的電阻忽略不計(jì)，副線圈回路中電阻R=20C,圖中交流電壓表為理想電壓表.導(dǎo)軌所在空間有垂直

于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為IT的勻強(qiáng)磁場(chǎng).導(dǎo)體棒在水平外力的作用下運(yùn)動(dòng)，其速度隨時(shí)間變化的

關(guān)系式為：v=5sinlO7tz(m/s),則下列說(shuō)法正確的是()

XX

XX

XX

XX

A.水平外力為恒力

B.電壓表的示數(shù)為5近V

C.R的功率為0.2W

D.變壓器鐵芯中磁通量變化率的最大值為0.04Wb/s

【答案】D

【解析】金屬棒的速度按正弦規(guī)律變化，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷變化，感應(yīng)電流不斷變化，導(dǎo)體棒受安培力不

斷變化，可知外力不斷變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

e=BLv=1x0.4x5sin10jrt=2.0sin1Ont(V),原線圈兩端的電壓有效值為:

解得：5=20V,電壓表示數(shù)為：20V,故B錯(cuò)誤；電阻R的功率：乜=弓.=(2后w=0.4W，

RR20

n①

故C錯(cuò)誤；原線圈最大電壓：&產(chǎn)2.0V,由法拉第電磁感應(yīng)定律得：4團(tuán)二勺百，則磁通量的最大變

□0U,2.0

化率：審=常m=芯=°Q4Wb/s,故D正確.

4.如圖所示，用絕^材料做成的圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，。為圓心，4、B、C為圓環(huán)上的點(diǎn)，AOC,AB

均為用絕緣材料做成的光滑細(xì)桿，AB桿豎直，AC與A3的夾角為6,勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向左。將兩個(gè)完全

相同的帶正電的小環(huán)分別套在AC、A8兩根細(xì)桿上，小環(huán)所受的電場(chǎng)力與重力之比為tan?！，F(xiàn)將兩小環(huán)同

時(shí)從A點(diǎn)靜止釋放，不計(jì)小環(huán)之間的庫(kù)侖力。則下列說(shuō)法正確的是（）

A.兩小環(huán)下滑過程機(jī)械能均守恒

B.兩小環(huán)下滑過程中都受到三個(gè)力的作用

C.兩小環(huán)剛滑到8、C兩點(diǎn)時(shí)速度的大小相等

D.兩小環(huán)從A點(diǎn)分別下滑8、C兩點(diǎn)的時(shí)間相等

【答案】D

【解析】A.AC桿上的小環(huán)在下滑過程中，有電場(chǎng)力對(duì)它做正功，小環(huán)的機(jī)械能增加，故A錯(cuò)誤；

B.4C桿上的小環(huán)所受到的電場(chǎng)力大小為mgtan。，方向水平向左，電場(chǎng)力垂直桿方向上的分力為mgsin。,

與重力垂直于桿方向上的分力大小相等，方向相反，二者抵消，所以小環(huán)不受桿的彈力的作用，只受到自

身重力與電場(chǎng)力的作用沿桿勻加速下滑，故B錯(cuò)誤；

C.設(shè)AB桿的長(zhǎng)度為人,對(duì)A8桿上的小環(huán)，從A點(diǎn)滑到8點(diǎn)，由動(dòng)能定理有

,12

mgn=—mVg

對(duì)AC桿上的小環(huán)，從A點(diǎn)滑到C點(diǎn)，由動(dòng)能定理有

mg-----+mgtan0-htan夕=gmvc

可判斷得

故兩小環(huán)剛滑到從C兩點(diǎn)時(shí)速度的大小不相等，故C錯(cuò)誤;

D.對(duì)A8桿上的小環(huán)，從A點(diǎn)滑到B點(diǎn)，有

解得「楞

對(duì)AC桿上的小環(huán)，從A點(diǎn)滑到C點(diǎn)，有

h1

------=—at>2

cos62-

由牛頓第二定律得，小環(huán)的加速度大小為

COS。

聯(lián)立兩式，求得小環(huán)從A點(diǎn)下滑到C點(diǎn)時(shí)間為

’2

所以兩小環(huán)從A點(diǎn)分別下滑8、C兩點(diǎn)的時(shí)間相等，故D正確。

故選D。

5.如圖所示，斜面體置于粗糙水平面上，光滑小球被輕質(zhì)細(xì)線系住放在斜面上，細(xì)線另一端跨過光滑定滑

輪，用力拉細(xì)線使小球沿斜面緩慢向上移動(dòng)一小段距離，斜面體始終靜止。則在小球移動(dòng)過程中（）

A.細(xì)線對(duì)小球的拉力變大B.斜面對(duì)小球的支持力變大

C.斜面對(duì)地面的壓力變大D.地面對(duì)斜面的摩擦力變大

【答案】A

【解析】AB.對(duì)小球受力分析并合成矢量三角形:

mg

重力大小方向不變，支持力方向不變，繩子拉力方向由圖中實(shí)線變?yōu)樘摼€，繩子拉力增大，斜面對(duì)小球的

支持力減小，A正確，B錯(cuò)誤；

CD.對(duì)斜面受力分析：

正交分解：

N'sina=f

N地=N'cosa+Mg

根據(jù)牛頓第三定律，小球?qū)π泵娴膲毫'減小，所以斜面對(duì)地面的摩擦力減小，地面對(duì)斜面的支持力減小,

根據(jù)牛頓第三定律，斜面對(duì)地面的壓力減小，CD錯(cuò)誤。

故選Ao

6.如圖所示，水平地面上直立著兩座高臺(tái)M、N。某同學(xué)從高臺(tái)N的邊緣沿同一水平方向拋出甲、乙兩小

球，小球甲落在M高臺(tái)的頂部，小球乙打在M高臺(tái)的側(cè)壁。已知甲、乙兩小球落點(diǎn)與拋出點(diǎn)間的距離相等,

且其落點(diǎn)和拋出點(diǎn)的連線與豎直方向的夾角分別為a、4，忽略空氣阻力，則甲、乙兩球的初速度大小之

比為（)

、/sin^cos2a

Ysinacos2,

、/sin2orcos/?sin2acos/?

D.

Nsin0cos2asin2/?cosa

【答案】D

【解析】設(shè)距離為L(zhǎng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)公式，對(duì)甲球可得

712

Lcosa=-gt]

Lsina=電

聯(lián)立可得

gLsina?

匕=\匕----

v2cosa

同理對(duì)乙球有

Lcos/7=；g%

Lsinp=v2t2

聯(lián)立可得

匡還

~\2cos

則有

v,_/sin2acos13

v2'sin?/cosa

故D正確，ABC錯(cuò)誤。

故選D。

7.如圖所示，兩條相距1的足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，其左端接阻值為R的定值電阻。

電阻為R長(zhǎng)為d的金屬桿油在導(dǎo)軌上以初速度v。水平向左運(yùn)動(dòng)，其左側(cè)有邊界為尸。、的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，

磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為反該磁場(chǎng)以恒定速度V。勻速向右運(yùn)動(dòng)，金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)f時(shí)間后達(dá)到

穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)軌電阻不計(jì)（

xBXXX

XXXX

A.當(dāng)金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，桿兩端的電壓大小為反加

B.當(dāng)金屬桿運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，桿兩端的電壓大小為5八。

C.f時(shí)間內(nèi)金屬桿所受安培力的沖量等于0

D.f時(shí)間內(nèi)金屬桿所受安培力做的功等于0

【答案】AD

【解析】A.當(dāng)金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，桿相對(duì)于磁場(chǎng)的速度是2vo,切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為2及力。，則桿兩端的

電壓大小為Bdvo,選項(xiàng)A正確；

B.開始時(shí)根據(jù)楞次定律可知桿受到向右的安培力作用而做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)減速到0后，由于磁場(chǎng)依舊向右運(yùn)

動(dòng)，則金屬桿在安培力的作用下向右加速運(yùn)動(dòng)，直到桿與磁場(chǎng)的相對(duì)速度為0時(shí)，金屬桿運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀

態(tài)時(shí)，此時(shí)金屬桿不再切割磁感線運(yùn)動(dòng)，桿兩端的電壓大小為0,選項(xiàng)B錯(cuò)誤：

C.t時(shí)間內(nèi)金屬桿所受安培力的沖量

/=Ap=mv0-(-mv0)=2mv0

選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.r時(shí)間內(nèi)金屬桿所受安培力做的功

mv

W="A=go-g機(jī)%2=0

選項(xiàng)D正確。

故選AD。

二、非選擇題:本題共5小題，共56分。

8.圖1為某實(shí)驗(yàn)小組在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，用來(lái)測(cè)物塊（含遮光條）

的質(zhì)量的裝置示意圖。首先調(diào)整裝置使長(zhǎng)木板水平且連接物塊的細(xì)線平行于長(zhǎng)木板，物塊上有一寬度為△的

遮光條，木板上靠近定滑輪處固定一光電門，光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器連接；在托盤中放入祛碼，多次改變托

盤中祛碼的質(zhì)量，用拉力傳感器記錄物塊（含遮光條）所受拉力產(chǎn)的大小。

遮光條

圖2

（1）用刻度尺量出遮光條初始位置。點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，則物塊在此過程中所受拉力做的功

w=（用題中所給的物理量符號(hào)表示）：

（2）某同學(xué)往托盤上增加祛碼，記錄拉力傳感器的示數(shù)尸，將物塊從靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通

過光電門的遮光時(shí)間為，結(jié)合遮光條的寬度d計(jì)算出物塊通過光電門時(shí)的速度，再往托盤上增加祛碼，重

復(fù)上步驟，測(cè)得多組數(shù)據(jù);

（3）該同學(xué)以物塊所受拉力做的功W為縱軸，以!為橫軸，畫出的印-《圖像是一條直線，如圖2所示,

該圖像不過原點(diǎn)，可能的原因是.,若該圖線的斜率為A,傳感器的質(zhì)量為加0,則物塊（含遮

光條）的質(zhì)量為.

2k

【答案】FL;沒有平衡摩擦：

【解析】（1）11］根據(jù)功的定義可知，拉力做的功為

W=FL

（3）［2］通過光電門時(shí)的速度為

d

v=—

根據(jù)動(dòng)能定理可得

（F-f）L=gmy2

W=FL

聯(lián)立得

門md~1

卬=幾+三午t

圖像有縱截距原因是因?yàn)闆]有平衡摩擦力。

⑶設(shè)小車質(zhì)量為〃，則有

〃?=（/叫）+M）

(恤+M”2也

W=/L+--------------%

斜率

(m+M)d2

K-0

2

解得

“/2k

〃=/一"°

9.某同學(xué)利用如圖1所示電路測(cè)量一電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

(1)請(qǐng)根據(jù)圖1的電路圖將圖2所示實(shí)物連接起來(lái)。

(2)已知Ro=8OOC,G為理想電流計(jì)。實(shí)驗(yàn)中，閉合開關(guān)改變電阻箱R的阻值，讀出相應(yīng)電流計(jì)的讀數(shù)/,然

后作出［-,圖像如圖3所示，由圖3可求得該電源電動(dòng)勢(shì)E=V,內(nèi)阻尸Qo

1R

【答案】見解析43

【解析】實(shí)物連線如圖；

（2）[2][3]由圖1所示電路圖可知，G為理想電流計(jì)可忽略內(nèi)阻，則電源電動(dòng)勢(shì)

￡=。+〃=/&+喈+1）廣

整理得

1=&+r?1

1~EER

由圖本-----圖象可知I

/R

R十『

—=0.2x1000=200

E

凡,（0.5-0.2）x1000“八

—^—=--------------------=600

E0.5

Ro=800Q

解得

r=3Q

E=4V

10.如圖，粗細(xì)均勻的U形管豎直放置，左臂足夠長(zhǎng)，右臂上端封閉，陰影部分的水銀將管內(nèi)的理想氣體

分隔成兩部分。初狀態(tài)溫度為27℃,右臂中空氣柱長(zhǎng)右=50cm,下部分水銀面A、8的高度差為

%=10cm,左臂上方的水銀柱高度為為=4cm?，F(xiàn)往左管緩慢注入水銀，直至水銀面A、8等高時(shí)停止

注入水銀。已知大氣壓強(qiáng)p0=76cmHg。

（1）求左管注入的水銀柱長(zhǎng)度〃；

（2）若停止注入水銀后將U形管繞水平軸OO'緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩臂的傾角均為夕（8小于90。），此時(shí)右管

中氣柱長(zhǎng)度恢復(fù)到乙，求sin。的值。

7

【答案】（1）20cm；（2）—

17

【解析】（I）設(shè)U形管橫截面積為S,初態(tài)，右管內(nèi)氣體體積

匕=八

右管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)

“=3+2g（4+H）=90cmHg

末態(tài)，右管內(nèi)氣體體積

匕=（5郛

根據(jù)玻意耳定律有

PM=0匕

解得末態(tài)時(shí)右管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)

p2=lOOcmHg

左管注入的水銀柱長(zhǎng)度

h=100cm-76cm-4cm=20cm

（2）將U形管繞水平軸OO'緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，左管中的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)變小，右管中的氣體長(zhǎng)度增

加了

則右管中的氣體壓強(qiáng)變?yōu)?/p>

Pi=Po+2g(〃+%+2xg卜in。

根據(jù)玻意耳定律有

PM=P3ks

解得

.八7

sin0=——

17

H.2020年9月150,中智行5GA/無(wú)人駕駛汽車亮相上海5G科普活動(dòng)，活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，中智行展示了公司

最新研發(fā)的、具有百分百自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)人駕駛技術(shù)。在一次性能測(cè)試中，質(zhì)量加=1000kg的無(wú)人駕駛

汽車以恒定加速度啟動(dòng)，達(dá)到額定功率后保持額定功率繼續(xù)行駛，在剛好達(dá)到最大速度時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)前方

有一行人要橫穿馬路而緊急剎車，車載速度傳感器記下了整個(gè)過程中速度隨時(shí)間變化圖像如圖所示。已知

汽車啟動(dòng)時(shí)所受阻力恒定，且是汽車剎車時(shí)所受阻力的求:

(1)該無(wú)人駕駛汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率P;

(2)汽車從啟動(dòng)至再次靜止的整個(gè)過程中所通過的路程。

【答案】(1)60kW；(2)180m

【解析】(1)由圖像可知汽車剎車過程中的加速度大小為

四=雙向$2=10mzs2

2Ar3

可知?jiǎng)x車時(shí)汽車所受阻力

Ff2=ma2=1x1O’N

因此汽車啟動(dòng)時(shí)所受阻力

號(hào)q號(hào)2=2X1()3N

汽車達(dá)到最大速度時(shí)，E牽=F/I,該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率

P=%%=60kW

(2)在0?4s內(nèi)，根據(jù)牛頓第二定律可知

F-Fj}=ma

且

F=匚

匕

八

聯(lián)立解得

V|=12m/s

汽車在該段時(shí)間內(nèi)的位移

X=，=24m

在4?14s內(nèi)，汽車功率恒定，阻力恒定，根據(jù)動(dòng)能定理有

DC1212

Pt2-FfiX2=-mv^--mv}

解得汽車該段時(shí)間內(nèi)的位移

x2=111m

在14~17s內(nèi)，汽車的位移

x,=上也加=45m

?2

整個(gè)過程中，汽車通過的路程

x=xt+x2+x3=\80m

12.如圖所示，在必)，平面第一象限內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I,在第二象限的邊長(zhǎng)為乙的正方形ACDO

內(nèi)的某個(gè)區(qū)域有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)H,在第三象限內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E,所有電磁場(chǎng)邊

界均為理想邊界。在第三象限內(nèi)有一點(diǎn)尸(】，1)，在AP連線上任意一點(diǎn)由靜止釋放帶正電的粒子，粒

子質(zhì)量為m、電量為g，由A點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)H中，經(jīng)過磁場(chǎng)II偏轉(zhuǎn)后，都能垂直于y軸進(jìn)入磁場(chǎng)I中，且都恰

好到達(dá)。點(diǎn)被粒子捕獲器捕獲。已知在P點(diǎn)釋放的粒子恰好是經(jīng)D點(diǎn)垂直于y軸進(jìn)入磁場(chǎng)I中。

(1)求I、H磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度5、治的大小；

(2)求ACDO內(nèi)所加磁場(chǎng)的最小面積；

(3)求帶電粒子從釋放到運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn)的最小時(shí)間及對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)中釋放位置坐標(biāo)。

(2)-7TL：--Z?；(3)t-2亞-D瑞；"

42

-0.5L)

【解析】(1)經(jīng)分析得粒子軌跡如圖所示

在P點(diǎn)釋放的粒子

在電場(chǎng)中

qEL=^mvl

在磁場(chǎng)星中的半徑為

洛倫茲力提供向心力

qvoBD?=--

解得

2Em

B,

qL

在磁場(chǎng)S中的半徑為

L

r=—

?{2

洛倫茲力提供向心力

2