河南省郑州市2021届新高考物理一模试卷含解析
河南省郑州市2021届新高考物理一模试卷
一、单项选择题：本题共6小题，每小题5分，共30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．人类在对自然界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列有关说法中不正确的是（）
A．伽利略将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动
B．法国科学家笛卡尔指出：如果物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动
C．海王星是在万有引力定律发现之前通过观测发现的
D．密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值
【答案】C
【解析】
【详解】
伽利略在斜面实验中得出物体沿斜面下落时的位移和时间的平方成正比，然后利用这一结论合理外推，间接证明了自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，故A正确；
法国科学家笛卡尔指出：如果物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向；故B正确；
海王星是在万有引力定律发现之后通过观测发现的，故C不正确；
密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，任何电荷的电荷量都应是基本电荷的整数倍；故D正确；2．用一根长1m的轻质细绳将一副质量为1kg的画框对称悬挂在墙壁上，已知绳能承受的最大张力为10N，为使绳不断裂，画框上两个挂钉的间距最大为（g取2
10m/s）
A 3
B．
2
m
2
C．
1
m
2
D．
3
m
4
【答案】A
【解析】
【分析】
本题考查力的合成与分解的运用；共点力平衡的条件及其应用．
【详解】
一个大小方向确定的力分解为两个等大的力时，合力在分力的角平分线上，且两分力的夹角越大，分力越大，因而当绳子拉力达到F=10N的时候，绳子间的张角最大，为120°，此时两个挂钉间的距离最大；画
框受到重力和绳子的拉力，三个力为共点力，受力如图．
绳子与竖直方向的夹角为：θ=60°，绳子长为：L 0=1m ，则有：mg=2Fcosθ，两个挂钉的间距离：L ＝2sin 2L θ?? ???，解得：L=32
m 3．如图所示，在某一水平地面上的同一直线上，固定一个半径为R 的四分之一圆形轨道AB ，轨道右侧固定一个倾角为30°的斜面，斜面顶端固定一大小可忽略的轻滑轮，轻滑轮与OB 在同一水平高度。一轻绳跨过定滑轮，左端与圆形轨道上质量为m 的小圆环相连，右端与斜面上质量为M 的物块相连。在圆形轨道底端A 点静止释放小圆环，小圆环运动到图中P 点时，轻绳与轨道相切，OP 与OB 夹角为60°；小圆环运动到B 点时速度恰好为零。忽略一切摩擦力阻力，小圆环和物块均可视为质点，物块离斜面底端足够远，重力加速度为g ，则下列说法正确的是（ ）
A ．小圆环到达
B 点时的加速度为g 2
B ．小圆环到达B 点后还能再次回到A 点
C ．小圆环到达P 点时，小圆环和物块的速度之比为23
D 51
- 【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．小圆环到达
B 点时受到细线水平向右的拉力和圆弧轨道对圆环的水平向左的支持力，竖直方向受到向下的重力，可知此时小圆环的加速度为g 竖直向下，选项A 错误；
B ．小圆环从A 点由静止开始运动，运动到B 点时速度恰好为零，且一切摩擦不计，可知小圆环到达B 点后还能再次回到A 点，选项B 正确；
C ．小圆环到达P 点时，因为轻绳与轨道相切，则此时小圆环和物块的速度相等，选项C 错误；
D ．当小圆环运动到B 点速度恰好为0时，物块M 的速度也为0，设圆弧半径为R ，从A 到B 的过程中小圆环上升的高度h=R ；物块M 沿斜面下滑距离为 ()(33)sin 30tan 30R R L R R =--=-o o
由机械能守恒定律可得
sin30mgh MgL =?
解得
33 2
m M -= 选项D 错误。
故选B 。
4．下列说法正确的是____________
A ．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
B ．一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多能产生3个不同频率的光子
C ．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D ．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量
【答案】C
【解析】
试题分析：β衰变的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，A 错误；一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多产生两种不同频率的光子，但是若是大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多可产生3种不同频率的光子，B 错误；原子核的半衰期与外界因素无关，C 正确；原子核经过衰变生成新核，需要释放出射线，质量减小，D 错误；
考点：考查了原子衰变，氢原子跃迁
5．如图所示，同种材料制成的轨道MO 和ON 底端由对接且a θ>．小球自M 点由静止滑下，小球经过O 点时无机械能损失，以v 、s 、a 、f 分别表示小球的速度、位移、加速度和摩擦力四个物理量的大小．下列图象中能正确反映小球自M 点到左侧最高点运动过程的是( )
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】D
【解析】
【详解】
A.由于在两个斜面上都是匀变速运动，根据位移时间关系公式，可知位移--时间图象是曲线，故A 错误；
B.小球先做匀加速运动，a=gsinθ-μgcosθ，后做匀减速运动，加速度大小为a=gsinα+μgcosα，而gsinα+μgcosα＞gsinθ-μgcosθ，因而B 错误；
C.根据f=μN=μmgcosθ可知：当θ＞α时，摩擦力μmgcosθ＜μmgcosα，则C 错误；
D.小球运动过程中，在两个斜面上都受到恒力作用而沿斜面做匀变速直线运动，速度先增加后减小，根据速度时间关系公式，可知两段运动过程中的v-t 图都是直线，且因为在OM 上的加速度较小，则直线的斜率较小，故D 正确；
6．已知氢原子光谱中有一谱线的波长为656.2nm ，该谱线是氢原子由能级n 跃迁到能级k 产生的，普朗
克常量h=6.63×10－34J·s ，氢原子基态能量113.6eV E =-，氢原子处于能级m 时的能量12m E E m
=，真空中光速c=3.0×
103m/s 。则n 和k 分别为（ ） A ．k=3；n=2
B ．k=2；n=3
C ．k=3；n=1
D ．k=1；n=3
【答案】B
【解析】
【详解】
谱线的能量为 348
1996.6310310J 3.0310J 1.89eV 656.210c
E hv h λ---???====?=? 氢原子由能级n 跃迁到能级k 时释放出的光子的能量为
113222
1113.6()eV E E E n k k n =
-=- 当3k =时，n 无解； 当2k =时，可得
3n =
当1k =时，可得
1.1n =
故A 、C 、D 错误，B 正确；
故选B 。
二、多项选择题：本题共6小题，每小题5分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分
7．甲、乙两质点同时同地在外力的作用下做匀变速直线运动，其运动的x t t
-图像如图所示。关于甲、乙两质点的运动情况，下列说法中正确的是（ ）
A ．乙质点做初速度为c 的匀加速直线运动
B ．甲质点做加速度大小为
2c d 的匀加速直线运动 C ．2
d t =时，甲、乙两质点速度大小相等 D ．4
d t =时，甲、乙两质点速度大小相等 【答案】BD
【解析】
【详解】
A ．根据匀变速直线运动位移时间公式2012x v t at =+
得01 2
x v at t =+ 对于乙质点，由图可知
v 0乙=c 12c a d
=-乙 乙的加速度为
2c a d
=-乙 乙质点做初速度为c 的匀减速直线运动，选项A 错误；
B ．对于甲质点，由图可知
v 0甲=0 12c a d
=甲 甲的加速度为
2c a d
=甲
甲质点做加速度大小为 2c d 的匀加速直线运动，故B 正确。 C ．2d t =时，甲的速度 22
=c d c d v a t ?==甲甲 乙质点速度 020=v 2v a d t c c d +=-
?=乙乙乙 选项C 错误；
D ．4
d t =时，甲的速度 '
22
=14c d v t d a c =?=甲甲 乙质点速度 '
021=v 42v a t c c d c d +?=-
=乙乙乙 即甲、乙两质点速度大小相等，选项D 正确。
故选BD 。
8．如图所示，质量均为 m 的a 、b 两小球在光滑半球形碗内做圆周运动，碗的球心为 O 、半径为 0.1m ， Oa 、Ob 与竖直方向夹角分别为53°、37° ，两球运动过程中，碗始终静止在水平地面上，已知sin 37°= 0.6 ，g 取10m/s 2 。则下列说法正确的是（ ）
A ．a 、b 两球做圆周运动的线速度之比为83：
B ．a 、b 两球做圆周运动的角速度之比为23：
C ．a 、b 21535+
D ．a 、b 两球运动过程中，碗对地面始终有摩擦力作用
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．小球做匀速圆周运动，由重力和支持力的合力提供向心力，则
2
2tan =sin sin n v F mg m m R R θωθθ
== θ是半径与竖直方向的夹角，解得
v =
则线速度之比为
9
a b v v ==
ω=
则
a b ωω== 故A 错误，B 正确。
C ．a 的角速度
a ω===
b 的角速度
b ω=== 相距最近时满足
2a b t t ωωπ-=
解得
t s = 选项C 错误；
D ．a 、b 两球运动过程中，两球对碗的压力的水平分量为mgtanθ，因θ不同，则两球对碗的压力的水平分量不相等，对碗来说两球对碗的水平方向的作用力不为零，则碗对地面始终有摩擦力作用，选项D 正确。
故选BD 。
9．下列说法中正确的是
A ．物体做受迫振动，驱动力频率越高，物体振幅越大
B ．机械波从一种介质进入另一种介质传播时，其频率保持不变
C ．质点做简谐运动，在半个周期的时间内，合外力对其做功一定为零
D ．用单摆测重力加速度的实验时，在几个体积相同的小球中，应选择质量大的小球
E.交通警察向远离警车的车辆发送频率为1f 的超声波，测得返回警车的超声波频率为2f ，则12f f <
【答案】BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A ． 物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，振幅达最大，这种现象称为共振。故A 错误；
B ． 机械波从一种介质进入另一种介质传播时，其频率保持不变，故B 正确；
C ． 振子做简谐运动，在半个周期时间内，振子的速率不变，根据动能定理得知合外力做的功一定为0，故C 正确；
D ．为了减小阻力的影响，用单摆测重力加速度的实验时，在几个体积相同的小球中，应选择质量大的小球，故D 正确；
E ． 交通警察向远离警车的车辆发送频率为1f 的超声波，测得返回警车的超声波频率为2f ，因为相互远离，根据开普勒效应可知12f f ，故E 错误。
故选BCD 。
10．小明同学尝试用图1所示的电路图进行实验，定值电阻R 1=8Ω，在滑动变阻器由a 端向b 端移动的过程中，分别用两个电流传感器测量了电流I 1与I 2关系，并得到的完整图象如图2所示，其中C 点为图线最低点，则由图可知
A ．当滑动头P 滑到b 点时得到图2中
B 点 B ．图2中A 点纵坐标为0.375A
C ．滑动变阻器总阻值为16Ω
D ．电源电动势为6V
【答案】BD
【解析】
【详解】
A ．滑动头P 滑到a 点时，R 和1R 并联；滑动头P 滑到b 点时，1R 被短路，只有电阻R 接入电路，由闭合电路欧姆定律知，滑到b 点时电流小于滑到a 点时的电流，所以滑动头滑到b 点时得到图2中的A 点，故A 错误；
B ．由A 分析知，滑动头滑到b 点时得到图2中的A 点，电阻1R 被短路，电流表1A 和2A 示数相等，根据图2知：
10.375A I =
所以有：
20.375A I =
即图2中A 点纵坐标为0.375A ，故B 正确；
CD ．根据闭合电路欧姆定律，当滑动头P 位于b 点时，则有：
0.375()E R r =+ ①
图2中的C 点，
10.5A I =，20.25A I =
并联部分两支路电流相等，根据并联电路的特点，得：
18ΩPb R R == 11 8
8 Ω4Ω 88
Pb Pb R R R R R ?===++并 设滑动变阻器的全值电阻为R
则有：
()0.5(8)0.584E r R R r R =+-+=+-+并 ②
联立①②得：
6V E =，16Ωr R +=
故C 错误，D 正确；
故选BD 。
11．如图所示，水平面内的等边三角形ABC 的边长为L ，顶点C 恰好位于光滑绝缘直轨道CD 的最低点，光滑直导轨的上端点D 到A 、B 两点的距离均为L ，D 在AB 边上的竖直投影点为O ．一对电荷量均为－Q 的点电荷分别固定于A 、B 两点．在D 处将质量为m 、电荷量为+q 的小球套在轨道上(忽略它对原电场的影响)，将小球由静止开始释放，已知静电力常量为k 、重力加速度为g ，且23Qq k
mg L =，忽略空气阻力，则
A ．轨道上D 点的场强大小为2mg q
B ．小球刚到达
C 点时，其加速度为零
C ．小球刚到达C 点时，其动能为3mgL
D ．小球沿直轨道CD 下滑过程中，其电势能先增大后减小
【答案】BC
【解析】
由点电荷场强公式可得,轨道上D 点的场强为:022cos30=D kQ mg E L q
= ，选项A 错误；同理可得轨道上C 点的场强也为:C mg E q
=，在C 点，由牛顿定律可得：sin 45-cos 45=mg Eq ma o o ，解得a=0，选项B 正确；从D 到C ，电场力做功为零，根据动能定理可得：3sin 60=
KC E mgL mgL o =，选项C 正确；小球沿直轨道CD 下滑过程中，电场力先做正功，后做负功，则其电势能先减小后增大，选项D 错误；故选BC.
点睛：解答此题关键是搞清两个点电荷周围的电场分布情况，利用对称的思想求解场强及电势的关系；注意立体图与平面图形的转化关系.
12．图示水平面上，O 点左侧光滑，右侧粗糙，质量分别为m 、2m 、3m 和4m 的4个滑块（视为指点），用轻质细杆相连，相邻滑块间的距离为L 。滑块1恰好位于O 点，滑块2、3、4依次沿直线水平向左排开。现对滑块1施加一水平恒力F ，在第2个滑块进入粗糙水平面后至第3个滑块进入粗糙水平面前，滑块做匀速直线运动。已知滑块与粗糙水平面间的动摩擦因素均为μ，重力加速度为g ，则下列判断正确的是（ ）
A ．水平恒力大小为3μmg
B 3gL 5
μC ．在第2个滑块进入粗糙水平面前，滑块的加速度大小为
1g 5μ D ．在水平恒力F 的作用下，滑块可以全部进入粗糙水平面
【答案】AC
【解析】
【详解】
A ．在第2个滑块进入粗糙水平面后至第3个滑块进入粗糙水平面前，滑块做匀速直线运动，对整体分析则有：
(2)0F m m g μ-+=