2021届百校联盟高三（下）3月开年摸底联考理综物理试题(全国I卷)（解析版）

2021 届高三 开年摸底联考 全国卷 I 理科综合试卷 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡上。 2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动， 用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试 卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 考试时间 150 分钟，满分 300 分 可能用到的相对原子质量：H-1 C-12 O-16 Ca-40 Zn-65 1-127 一、选择题：本题共 8 小题，每小题 6 分，共 48 分。在每小题给出的四个选项中，第 14～18 题只有一项符合题目要求，第 19～21 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。 1. 1956 年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用 60 27 Co 放射源进行了实验验证， 60 27 Co 的衰变方程是 60 60 27 28 eCo Ni X v   ，其中 ev 是中微子，中微子不带电，静止质量可忽略。则 60 27 Co 的 衰变方程中 X 表示（ ） A. 0 1e B. 0 1 e C. 1 0 n D. 4 2 He 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】根据质量数守恒和电荷数守恒，衰变方程为 60 60 0 27 28 1 eCo Ni+ e+v 故 A 正确，BCD 错误。 故选 A。 2. 三个阻值相同的定值电阻 R 与理想变压器连接成如图所示电路，正弦交变电源的输出电压为 1U ，副线圈 的输出电压为 2U ，三个电阻消耗的功率相同，则 1 2:U U 为（ ） A. 2:1 B. 3:1 C. 1: 2 D. 1:3 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】电阻功率相同，每个电阻电流均为 I，原线圈电流为 I，副线圈中的总电流为 2I ，原、副线圈电流 之比为 1：2，所以原、副线圈的匝数之比为 2：1 则原、副线圈的电压 2': 2:1U U  1 1'U U IR  2U IR 解得 1U ： 2U =3：1 故选 B。 3. 2020 年 11 月 6 日“电子科技大学号”太赫兹通信试验卫星被长征六号遥三运载火箭送入近地圆形轨道。 “嫦娥四号”着陆前绕月球近月轨道做匀速圆周运动，运行速率为 v 。已知地球半径是月球半径的 P 倍， 地球质量是月球质量的Q 倍，则“电子科技大学号”的运行速率为（ ） A. 1 PvQ B. 1P vQ C. PQv D. QvP 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】由卫星万有引力提供向心力 2 2 GMm vmr r  两卫星均为近中心天体卫星，轨道半径近似等于中心天体半径，可得 GMv r  地 电 地 ， GMv r  月 月 故 = =rv M Q v r M P  月电 地 月地 因此 Qv vP 电 故 D 正确，ABC 错误。 故选 D。 4. 新款比亚迪唐 0 100km / h 加速时间为 4.36 秒，已知该车电动机输出功率为350kW ，汽车和驾驶员总 质量为 2500kg 。若比亚迪唐启动加速阶段以最大输出功率运动，则在 0 100km / h 加速阶段汽车阻力的 平均功率约为（ ） A. 10kW B. 60kW C. 130kW D. 300kW 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】根据动能定理 2 f 1 2Pt Pt mv  有   2 3 f 1 100350 10 4.36 25002 3.6P          得 129kWfP  因此，在 0 100km / h 加速阶段汽车阻力的平均功率约为130kW 。 故 C 正确，ABD 错误。 故选 C。 5. 如图，轻弹簧的下端与Q 连接，上端与 P 连接。已知 P Q、 质量相等， P 静止时弹簧压缩量为 0x ，现用 一竖直向上的力 F 作用在 P 上，使其向上做匀加速直线运动，以 x 表示 P 离开静止位置的位移，至Q 恰好 离开地面。下列表示 F 和 x 之间关系的图像，可能正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】设物块 P 的质量为 m，加速度为 a，静止时弹簧的压缩量为 0x ，弹簧的劲度系数为 k，由力的平衡 条件得 0mg kx 木块的位移为 x，当 0x x 时，弹簧对 P 的弹力为 1 0F k x x （ ） 对物块 P，由牛顿第二定律得 1F F mg ma   F kx ma  当 0x x 后，弹簧拉伸 0F k x x mg ma   （ ） 仍可得 F kx ma  F 与 x 是线性关系，且 F 随 x 的增大而增大，当 Q 对地面压力为零时弹簧被拉伸，拉力等于 Q 的重力，因 此形变量也为 0x ，所以 P 上升的距离为 02x 所以 B 正确；ACD 错误； 故选 B。 6. 篮球无转动加速下落时轨迹如图甲所示，若在篮球释放瞬间给它一个转动速度轨迹如图乙所示，引起轨 迹乙的原因称为马格努斯效应，马格努斯效应在球类运动项目中非常普遍。已知 P 为甲轨迹上一点，Q 为 乙轨迹上一点。根据轨迹下列判断正确的是（ ） A. 篮球在 P 点受到空气给它的力不可能水平向左 B. 篮球在 P 点受到空气给它的力可能大于篮球重力 C. 篮球在 Q 点受到空气给它的力可能水平向左 D. 篮球在Q 点受到空气给它的力可能斜向右上 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】AB．P 做直线运动，垂直于直线方向合力为零，因此篮球水平方向不受空气作用力，篮球加速下 落，竖直方向空气作用力小于重力，故 A 正确，B 错误； CD．当篮球做曲线运动时，需要向心力，空气给篮球的作用力和重力的合力指向曲线的凹向，重力竖直向 下，所以空气给蓝球的作用力可能斜向右上，故 C 错误，D 正确。 故选 AD。 7. 已知三角形重心是三角形三条中线的交点。在等腰直角三角形  90ABC ABC   的重心位置固定一带 正电的点电荷，下列说法正确的是（ ） A. 同一负电荷在 B 点受到的电场力大于在 A 点受到的电场力 B. 同一负电荷在 A 点电势能小于在C 点电势能 C. 正电荷自 A 点沿 AC 移到C 点过程中电势能先增大后减小 D. 正电荷自 A 点沿 AB 移到 B 点过程中电势能先减小后增大 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】A．作出三角形重心，以 O 为圆心作图，根据几何关系，过 B 点圆的半径小于 A、C 两点圆的半径， 根据点电荷场强公式 2 kqE r  B 点场强最大，A、C 点场强大小相等且小于 B 点场强。根据 F Eq 所以 A 正确； B．离正电荷近的电势高，B 点电势最高，A、C 点电势相等，低于 B 点电势。同一负电荷在 A、C 两点电 势能相等，所以 B 错误； C．自 A 到 C 电势先高后低，所以正电荷电势能先增加后减小，所以 C 正确； D．自 A 到 B 电势能先增加后减小，所以 D 错误； 故选 AC。 8. 如图所示，在 xOy 平面的第一象限（含坐标轴）内存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为 B 的匀强 磁场。一群带正电粒子从 y 轴上的 P 点射入磁场，速度方向与 y 轴正方向的夹角 45  。已知OP a ， 粒子电荷量为 q，质量为 m，粒子速度 2 2 Bqav m  ，重力不计。则下列可能表示粒子在第一象限运动时间 的是（ ） A. 3 m Bq  B. m Bq  C. 3 2 m Bq  D. 7 4 m Bq  【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】如图所示，当粒子速度为 2 2 Bqav m  时，根据洛伦兹力提供向心力 2 2 mvr aBq   以该速度入射粒子在磁场中转过圆心角为 ，时间最短， 1 2 2 2 T m mt Bq Bq      ； 当粒子速度为  2 2 Bqa v m   时，自 y 轴离开磁场，时间最长 3 3 4 2 mt T Bq   所以时间范围为 3 2 m mtBq Bq    ，故 BC 符合题意； 故选择 BC。 二、非选择题：共 174 分。第 22～32 题为必考题，每个试题考生都必须作答。第 33～38 题 为选考题，考生根据要求作答。 （一）必考题：共 129 分。 9. 某同学测量一弹簧秤内部弹簧的劲度系数，如图甲，他把弹簧秤挂在铁架台上，用手向下拉动弹簧秤挂 钩，读出弹簧秤示数，并使用刻度尺测量弹簧秤悬挂点到此时弹簧秤指针位置的距离。改变手向下的拉力， 重复上述测量，根据所测数据计算可得到弹簧秤内弹簧的劲度系数。回答下列问题。 (1)若某次实验弹簧秤示数如图乙所示，则手的拉力为_________ N ； (2)当手拉力为 1F 时，刻度尺测量读数为 1l ；当手拉力为 2F 时，刻度尺测量读数为 2l ，则该弹簧秤内弹簧的 劲度系数 k 可表示为_________； (3)若实验室有两种规格的弹簧秤，图丙为另一弹簧秤的刻度盘，已知图乙最小分度的长度和图丙最小分度 的长度相同，则图乙弹簧的劲度系数 1k 和图丙弹簧的劲度系数 2k 的关系为 1k  _____ 2k 。 【答案】 (1). 2.45 (2). 2 1 2 1 F F l l   (3). 1 5 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]弹簧秤最小分度为 0.1N ，所以读数为 2.45N （2.42-2.47 均可得分）。 (2)[2]根据胡克定律 F kx F Fk x x    所以 2 1 2 1 F Fk l l   (3)[3]根据 2 1 2 1 F Fk l l   长度变化相等，力变化丙图是乙的 5 倍，所以 1 2 1 5k k 10. 在测量定值电阻阻值的实验中，提供的实验器材如下： A.电流表 1A （量程 0.6A ，内阻 1 1.0Ωr  ） B.电流表 2A （量程350mA ，内阻 2 5.0Ωr  ） C.滑动变阻器 1R （额定电流1.5A ，最大阻值 20Ω ） D.滑动变阻器 2R （额定电流1.0A ，最大阻值100Ω ） E.待测定值电阻 xR （约5Ω ） F.电源 E （电动势 6.0V ，内阻不计） G.单刀开关S ，导线若干 回答下列问题： (1)实验中滑动变阻器应选用_________（选填“ 1R ”或“ 2R ”）； (2)将虚线框中的电路原理图（a）补充完整_________； (3)根据下表中的实验数据（ 1A 、 2A 分别为电流表 1I 、 2I 的示数），在图（b）给出的坐标纸上补齐数据点， 并绘制 1 2I I 图像_________； 测量次数 1 2 3 4 5 1 / AI 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 2 / mAI 105 160 210 260 315 (4)由 1 2I I 图像得到待测定值电阻的阻值 xR  _____ Ω （结果保留 2 位有效数字）。 【 答 案 】 (1). 1R (2). (3). (4). 5.6 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]被测电阻阻值较小，在保证安全情况下，滑动变阻器阻值选择小的 1R 更有利于操作。 (2)[2]所给器材中无电压表，电流表内阻已知，可以使用电流表充当电压表。根据并联分流原理设计电路， 两电表量程相差基本两倍，可以选择 2A 与被测电阻并联，保证量程匹配。电路图如图所示 (3)[3]描点画图如图所示 (4)[4]根据并联分流原理 2 2 1 2 x I rR I I   整理得 2 1 2 x x r RI IR   由图像可得图像的斜率为 21 1.9 x rk R    解得 5.6ΩxR  。 11. 如图，两平行光滑金属导轨固定在同一水平面上，相距 L，左端与一电阻 R 相连；整个系统置于匀强磁 场中，磁感应强度大小为 B0，方向竖直向下。一质量为 m 的导体棒置于导轨上，在恒定水平外力 F 作用下 沿导轨匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略。求： （1）导体棒匀速运动的速度； （2）电阻 R 的功率； （3）若导体棒速度为 0v ，当导体棒距定值电阻的距离为 x 时，此时作为计时起点，若磁场自 B0 开始随时间 变化，导体棒所受安培力为零。请写出磁场 B 随时间 t 变化的关系式。 【答案】（1） 2 2 0 FRv B L  ；（2） 2 0 FP RB L       ；（3） 0 0 2 0 0 2 2 2 B x mB mx mv t Ft    【解析】 【分析】 【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律有 0E B vL 则导体棒中的电流大小为 EI R  安培力为 0F B IL 计算得 2 2 0 FRv B L  （2）电阻 R 消耗的功率 2P I R 可解得 2 0 FP RB L       （3）导体棒不受安培力，磁通量不变， 0t  时磁通量 0 0B Lx  当不存在安培力，导体棒做匀加速的加速度 Fa m  T 时间内导体棒的位移 2 0 1 2x v t at  此时磁通量 0BL x x  （ ） 任意时刻磁通量等于初始磁通量，磁通量不变，感应电流为零，所以 0 0 2 0 0 2 2 2 B x mB mx mv t Ft    12. 减速剂是核反应中用来降低中子的速度，使快中子减速为热（慢速）中子，从而提高裂变反应的机率。 设中子与减速剂原子核的每次碰撞都可看成弹性正碰。且每次碰撞前减速剂原子核均静止，中子不被减速 剂原子核吸收。 (1)若中子质量为 m ，减速剂原子核质量为 M ，快中子动能为 0E ，求快中子与减速剂碰撞前后动能之比； (2)若快中子速率约 73 10 m / s ，为使之变为 33 10 m / s 的热中子，可使用石墨（C ）为减速剂。已知石 墨原子核质量是中子的 12 倍，求快中子需与石墨原子核碰撞的次数；（已知 11 13 4 4 7 13 log 10 55,log 10 15   ） (3)仅研究正碰时减速效果，减速到零时的碰撞次数少的减速效果好。试比较减速剂石墨（C ）和轻水（普 通水，起减速作用的主要是氢核）为减速剂，哪个减速效果较好。 【答案】(1) 2M m m M      ；(2)55；(3)轻水减速剂减速效果比石墨效果好 【解析】 【分析】 【详解】(1)设快中子速度为 v，根据动量守恒 1 2mv mv Mv  根据能量守恒 2 2 2 1 2 1 1 1 2 2 2mv mv Mv  解得 1 m Mv vM m   所以 2 2 ko 2k 1 1 2 1 2 mvE M m E m Mmv       (2)设中子和石墨原子核的质量分别为 m 和 12m，碰撞前中子速度为 0v ，碰撞后速度分别为 1v 和 2v ，由于发 生弹性正碰，根据动量守恒 0 1 212mv mv mv   根据机械能守恒 2 2 2 0 1 2 1 1 1 122 2 2mv mv mv    解得 1 0 11 13v v   第一次碰撞后，又与另一静止的石墨原子核再次碰撞，同理第 n 次作用后速度大小 0 11 13 n nv v      解得 4 11 13 log 10 55n   (3)根据(1)问，由 1 m Mv vm M   可知，当 M m 时， 1 0v  ，即减速剂原子核质量越接近中子质量，减速效果越好。所以轻水减速剂减速 效果比石墨效果好。 （二）选考题：共 45 分。请考生从 2 道物理题、2 道化学题、2 道生物题中每科任选一题作 答。如果多做，则每科按所做的第一题计分。 13. 对于一定质量的的实际气体，下列说法正确的是（ ） A. 气体的内能包括气体分子热运动的动能 B. 温度不变，体积增大时，内能一定减小 C. 气体的体积变化时，内能可能不变 D. 气体体积不变，温度升高时，内能一定增大 E. 流动的空气一定比静态时内能大 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】A．气体的内能包括气体分子热运动的动能和分子势能，故 A 正确； B．气体分子间的平均距离较大，分子力为引力，体积增大时，分子势能增加，所以当温度不变、体积增大， 内能增大，故 B 错误； C．气体的体积变化时，存在做功情况，但如果同时有热量交换，则根据热力学第一定律可知，其内能可能 不变，故 C 正确； D．体积不变，分子势能不变，温度升高，分子平均动能增大，所以内能增大，故 D 正确； E．气体的内能不包括气体整体运动的动能，因此内能与空气流动无关，故 E 错误。 故选 ACD。 14. 如图，在大气中有竖直放置的固定圆筒，它由 a b、 和 c 三个粗细不同的部分连接而成各部分的横截面 积分别为 12 2S S、 和 S。已知 B 活塞下侧的空气与大气相通，活塞 A 的质量为 2m ，活塞 B 质量为 m ，大 气压强为 0p ，温度为 0T 。两活塞 A 和 B 用一根长为 4l 的不可伸长的轻线相连，把温度为 0T 的空气密封在 两活塞之间，此时两活塞的位置如图所示。求： (1)温度为 0T 时圆筒内气体的压强； (2)现对被密封的气体加热，使其温度缓慢上升到T ，活塞 B 恰好缓慢上升到圆筒 c 和b 的连接处，且对连 接处无挤压，求此时的温度。 【答案】（i） 0 3mgp S  ；（ii） 0 5 4T 【解析】 【分析】 【详解】（i）以 AB 活塞为整体受力分析，活塞处于平衡状态 0 03 2 2mg p S pS p S p S      解得 0 3mgp p S   （ii）当温度升高时气体压强不变，由题意 1 12 2 42V l S l S l S lS       2 12 2 2 52V l S l S lS     由盖吕萨克定律 1 2 0 V V T T  解得 0 5 4T T 15. 一列简谐横波沿 x 轴负方向传播，周期为 0.4 , 0.2s t s 时的波形图如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 平衡位置在 1.0x  处的质点的振幅为 0 B. 该波的波速为10m/s C. 0.2st  时，平衡位置在 1.0mx  处质点向 y 轴正向振动 D. 0t  时，平衡位置在 1.0mx  处质点的加速度为零 E. 0 0.6s～ 时间内， 1.0mx  处质点的路程为16cm 【答案】BCD 【解析】 【分析】 【详解】A．平衡位置在 1.0x  处的质点位移为 0，但振幅均为 4.0cm ，故 A 错误； B．分析波形图可知，波长 4m  ，周期 0.4sT  ，则波速 10m/sλv T   故 B 正确； C．根据同侧法（传播速度方向和质点振动方向在曲线同侧），可判断 1.0mx  处的质点向 y 轴正向振动， 故 C 正确； D． 0.2s 为半个周期，因此 0t  时， 1.0mx  处的质点在平衡位置向下振动，加速度为零，故 D 正确； E． 0.6s 为 1.5 个周期，路程为振幅的 6 倍，因此路程等于 24cm ，故 E 错误。 答案 BCD。 16. 如图所示，截面为直角三角形 ABC 的玻璃砖， 30C   ，一束细激光自 AB 中点 D 垂直 AB 射入玻 璃砖，在 AC 面恰好发生全反射。求： (1)玻璃的折射率 n ； (2)光线第一次射到 BC 边时，自 BC 边折射射出光线与 BC 边夹角为 ，求sin 。 【答案】(1) 2 3 3n  ；(2)sin 6 3   【解析】 【分析】 【详解】(1)光路如图所示 根据几何关系，在 AC 边入射角为 60，根据发生全反射条件 1sinC n  所以 1 2 3 sin60 3n   (2)光在 BC 边入射角为 30°，根据折射定律 sin sin30n   由几何关系可得 3sin 3   90    联立代入数据可得sin 6 3   。