2021届湖北省武汉市高三（下）4月质量检测物理试题（解析版）

武汉市 2021 届高中毕业生四月质量检测物理试卷 武汉市教育科学研究院命制 2021.4.21 本试题卷共 8 页，16 题。全卷满分 100 分。考试用时 75 分钟。 ★祝考试顺利★ 注意事项： 1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在 答题卡上的指定位置。 2.选择题的作答：每小题选出答案后，用 2B 铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在 试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。 3.非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸 和答题卡上的非答题区域均无效。 4.考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交。 一、选择题：本题共 11 小题，每小题 4 分，共 44 分。在每小题给出的四个选项中，第 1~7 题只有一项符合题目要求，第 8~11 题有多项符合题目要求。全部选对的得 4 分，选对但不全 的得 2 分，有选错的得 0 分。 1. 水上飞伞是一项锻炼勇气和毅力的水上娱乐活动。快艇开动后，拖在快艇后面的空中飞伞，在风力和绳 子牵引力的作用下升起，游客乘伞体验在空中飞翔的感觉。下列各图中的O 点均表示游客，能正确反映飞 伞载着游客在空中匀速飞行的是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】乘客在空中受重力 mg，绳子牵引力 F1，飞伞的拉力 F2，受力分析如下图： 游客在空中匀速飞行，能正确反映游客受力处于平衡状态的是 A 图，故 A 正确，BCD 错误。 故选 A。 2. 与传统汽车灯相比，氙气灯因具有亮度高、色温低、寿命长、功率低的优点而受到车主的青睐。某汽车 氙气灯泡的容积为 2mL ，充入氙气的密度为 36kg/m ，氙气摩尔质量为 0.13kg/mol ，阿伏加德罗常数为 23 -16 10 molAN   ，则该灯泡中氙气分子数约为（ ） A. 196 10 个 B. 226 10 个 C. 256 10 个 D. 276 10 个 【答案】A 【解析】 【分析】考查气体分子数的计算方法。 【详解】已知容积 V、密度  、摩尔质量 M 和阿伏加德罗常数为 23 -16 10 molAN   ，可计算分子个数为 196 10A A VN nN NM     个 A 项正确，BCD 项错误。 故选 A。 3. 如图所示，分别用波长为 2 、 的光照射光电管的阴极 K ，对应的遏止电压之比为 3：1，则光电管的极 限波长是（ ） A. 2 B. 3 C. 4 D. 6 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】根据 2 0 1 -2C m hc hcU e mv    则 1 0 -C hc hcU e   2 0 -2C hc hcU e   其中 1 2 3 1 C C U U  解得 0 =4  故选 C。 4. 截至 2020 年 11 月，被称为“中国天眼”的 500 米口径球面射电望远镜运行稳定可靠，发现脉冲星数量 超过 240 颗，将于 2021 年 8 月面向全球科学界开放。脉冲星实质是快速自转的中子星，每自转一周，就向 外发射一次电磁脉冲信号，因此而得名。若观测到某个中子星发射电磁脉冲信号的周期为T ，该中子星的 半径为 R ，已知引力常量为G ，则以下物理量可以求出的是（ ） A. 该中子星的质量 B. 该中子星的第一宇宙速度 C. 该中子星表面的重力加速度 D. 该中子星赤道上的物体随中子星转动的线速度 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】根据题中条件不能求解中子星的质量 M；根据 2 2 Mm vG mR R  中子星的质量 M 未知，则也不能求解中子星的第一宇宙速度；根据 2 MmG mgR  中子星的质量 M 未知，则也不能求解中子星表面的重力加速度；根据 2 Rv T  可求解该中子星赤道上的物体随中子星转动的线速度。 故选 D。 5. 在生产纺织品、纸张等绝缘材料过程中，为了实时监控材料的厚度，生产流水线上设置如图所示的传感 器，其中 A B、 为平行板电容器的上、下两个固定极板，分别接在恒压直流电源的两极上。当纸张从平行极 板间穿过时，若负电荷从 a 向b 流过灵敏电流计G ，则电流计指针偏向 a 端；若负电荷从b 向 a 流过灵敏 电流计G ，则指针偏向b 端。某次纸张从平行极板间穿过时，发现电流计指针偏向b 端，下列说法正确的 是（ ） A. 两极板间纸张厚度减小 B. 两极板间纸张厚度不变 C. 两极板间纸张厚度增加 D. 以上三种情况都有可能 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】某次纸张从平行极板间穿过时，发现电流计指针偏向b 端，则负电荷从b 向 a 流过灵敏电流计G ， 电容器放电，根据 4 SC kd   及Q CU 可知，电容变小，则两极板间纸张厚度减小，d 变大。 故选 A。 6. 如图所示，物体 a 和物体b 通过跨过定滑轮的轻绳相连接，物体 c 放在水平地面上，b 和 c 拴接在竖直轻 弹簧的两端。初始时用手托住 a ，整个系统处于静止状态，且轻绳恰好伸直。已知 a 和 c 的质量均为 2m ， b 的质量为 m ，重力加速度大小为 g ，弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦。现释放物体 a ，则（ ） A. 释放瞬间， a 的加速度大小为 g B. 释放瞬间，b 的加速度大小为 2 3 g C. c 刚离开地面时，b 的速度最大 D. 弹簧第一次恢复原长时， a 的速度最大 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】AB．刚释放 a 的瞬时，弹簧对 b 的弹力向上，大小为 F=mg 则对 ab 的整体，由牛顿第二定律 2 3mg mg F ma   解得 ab 的加速度 2 3a g 选项 A 错误，B 正确； CD．当 ab的加速度为零时速度最大，此时弹簧处于伸长状态，弹力为拉力，大小为 mg，此时 c 还未离开 地面，选项 CD 错误； 故选 B。 7. 血液可视为由红血球和血浆组成。将装有血液的试管竖直放置，红血球会在血液中下沉。假设红血球只 受粘滞阻力作用，且所受的粘滞阻力 F 与下沉速度 v 成正比，测得一红血球以初速度 0v 沿直线下沉的最大 位移为 1x ，若该红血球以初速度 0v n 沿直线下沉的最大位移记为 2x ，则 2 1 x x 等于（ ） A. 1n n  B. 1 1n  C. 1 n D. 2 1 n n  【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】粘滞阻力 F 与下沉速度 v 成正比 F kv 把下落过程分成无数小段，把每一小段的运动近似看做匀变速直线运动。则红血球以初速度 0v 沿直线下沉 时 1 0 1F kv ma  0 1 kva m  由运动学公式 2 0 1 12v a x 解得 0 1 2 mvx k  同理，红血球以初速度 0v n 沿直线下沉时 0 2 2 vF k man   0 2 kva mn  由运动学公式 20 2 2( ) 2v a xn  解得 0 2 2 mvx kn  所以 2 1 1x x n  故 C 正确。 故选 C。 8. 如图所示，理想变压器原线圈接  220 2 sin100 Vu t 交流电，R 为光敏电阻（阻值随着光照强度的 增强而减小），电流表为理想交流电表。当电路工作时，灯泡 L 发光，下列说法正确的是（ ） A. 保持滑片 P 不动，若照射 R 的光变强，则灯泡 L 变暗 B. 保持滑片 P 不动，若照射 R 的光变强，则电流表示数变大 C. 保持 R 上的光照强度不变，若滑片 P 向下滑动，则灯泡 L 变亮 D. 保持 R 上的光照强度不变，若滑片 P 向下滑动，则电流表示数减小 【答案】BD 【解析】 【分析】考查含变压器电路的动态分析 【详解】AB．照射 R 的光变强，阻值减小，流过光敏电阻的电流变大，流经灯泡的电流不变，副线圈总电 流变大，原线圈电流变大，故 A 项错误，B 项正确； CD．滑片 P 向下滑动，副线圈电压减小，两支路电流均减小，副线圈电流减小，则电流表示数减小，C 项 错误，D 项正确。 故选 BD。 9. 一定质量的理想气体从状态 a 开始，经 a b c a   回到初始状态 a ，其 p V 图像如图所示。下列 说法正确的是（ ） A. 在 a b 过程中气体的内能保持不变 B. 在 b c 过程中外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 C. 在 c a 过程中气体吸收的热量等于b c 过程中气体向外界放出的热量 D. 在 a b c a   过程中气体做的功为 0 02p V 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】A．根据 pV CT  可知，在 a b 过程中气体的温度先升高后降低，故内能先增大后减小，故 A 错误； B．在b c 过程中，温度降低，内能减小，体积变小，外接对气体做功，根据热力学第一定律，在b c 过程中外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故 B 正确； C．a、b 两点温度相同，在 c a 过程中气体做功为零，而b c 过程中外界对气体做功，两次内能变化 量大小相同，根据热力学第一定律，在 c a 过程中气体吸收的热量不等于b c 过程中气体向外界放出 的热量，故 C 错误； D．根据图像与横轴围成面积代表功可知，在 a b c a   过程中气体做的功为 0 0 0 0 1 2 2 22W p V p V    故 D 正确。 故选 BD。 10. 如图所示，直线 POQ 的上方有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，两带电粒子 P Q、 先后射入磁场， P 的速度与磁场边界的夹角为 30°，Q 的速度与磁场边界的夹角为 60°。已知两粒子在磁场中做匀速圆周运动 的时间相同，且均从O 点射出磁场， 2PO OQ ，则（ ） A. P 和Q 均带正电 B. P 和Q 的比荷之比为 1：2 C. P 和Q 的速度大小之比为 3 ：1 D. P 和Q 在磁场中运动的半径之比为 2：1 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】A．均从O 点射出磁场，根据左手定则可知，Q 带正电，P 带负电，故 A 错误； BCD．根据几何关系可知，Q 偏转圆心角为 120°，则 1sin 60 2QR OQ  ，P 偏转圆心角为 60°，则 PR OP ，则 P 和Q 在磁场中运动的半径之比为 2 3 :1 ，两粒子在磁场中做匀速圆周运动的时间相同 1 1 3 6Q PT T ， 2 RT v  解得 P 和Q 的速度大小之比为 3 :1 ，根据 mvR Bq  ，得 q v m BR  所以 P 和Q 的比荷之比为 1：2，故 BC 正确 D 错误。 故选 BC。 11. 如图甲所示，在场强大小为 0E ，方向水平向左的匀强电场中，固定着一根光滑绝缘杆OC 和两个等量 同种正点电荷 A B、 ，四边形 OACB 恰好构成菱形。一质量为 m 、电荷量为  0q q  的小球（可视为点电 荷）套在绝缘杆上。令 x 轴与OC 杆重合，以左端O 为坐标原点，以水平向左为两个正点电荷在OC 杆上 产生的合场强的正方向，则该合场强在OC 杆上的变化规律如图乙所示， mE 为该合场强的最大值。将小球 从杆的左端O 由静止释放，小球沿杆运动过程中，下列说法正确的是（ ） A. 小球运动到C 点时的速度可能为 0 B. 当 0 mE E 时，小球电势能逐渐减小 C. 当 0 mE E 时，小球加速度先增大后减小 D. 若移走 B 电荷，仍从O 点由静止释放小球，则小球加速度最大值为  02 2 mq E E m  【答案】B 【解析】 【分析】考查带电粒子在叠加电场中的运动。 【详解】A．根据静电力对小球做的功，从 O 到 C，两电荷对小球做功为零，E0 已知对小球做正功，故小 球在 C 点速度不为零，故 A 项错误； B．当 0 mE E 时，电场力对小球做正功，电势能减小，故 B 项正确； C．当 0 mE E 时，小球加速度在通过 AB 连线前为先增大，后减小，通过 AB 连线后，为先减小后增大， 故 C 项错误； D．移走 B 电荷，A 电荷产生的最大场强无法计算，合场强最大值根据题目条件无法计算，故 D 项错误。 故选 B。 二、非选择题：本题共 5 小题，共 56 分。 12. 用如图甲所示装置研究平抛运动的轨迹。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的木板上。钢球沿斜槽 轨道 PQ 滑下后从 Q 点飞出，落在竖直挡板 MN 上。由于竖直挡板与竖直木板的夹角略小于 90°，钢球落 在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。每次将竖直挡板向右平移相同的距离 L ，从斜槽上 同一位置由静止释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 （1）实验前需要检查斜槽末端是否水平，正确的检查方法是___________； （2）以平抛运动的起始点为坐标原点，水平向右为 x 轴正方向，竖直向下为 y 轴正方向建立坐标系。将钢 球放在Q 点，钢球的______（选填“最右端”、“球心”、“最下端”）对应白纸上的位置即为坐标原点； （3）实验得到的部分点迹 a b c、 、 如图乙所示，相邻两点的水平间距均为 L ， ab 和 ac 的竖直间距分别是 1y 和 2y ，当地重力加速度为 g ，则钢球平抛的初速度大小为_______。钢球运动到 b 点的速度大小为 ________。 【答案】 (1). 将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平 (2). 球心 (3). 2 12 gL y y (4).  2 2 2 2 1 41 2 2 y L g y y   【解析】 【分析】 【详解】(1)[1] 将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平 (2)[2] 钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点。 (3)[3] 由于两段水平距离相等，故时间相等，根据 2 2 1 1)(y y gy t  解得 2 12y yt g  则初速度为 2 12 L gv Lt y y    [4] b 点的竖直速度 2 2by yv t  b 点的速度  2 2 22 2 0 2 1 41 2 2b y y L g v v v y y      13. 18650 锂电池是锂电池的鼻祖，其中“18”表示直径是 18mm，“65”表示长度是65mm ，“0”表示是 圆柱形电池，它具有能量密度高（约为555 /Wh kg ）、单体工作电压高（充满电时约为 4.2V ）、内阻小（ 210  数量级）、寿命长等优点，在电动汽车、充电宝等许多产品中得到了广泛的应用。某同学从下列器材中选用 部分器材测量一节 18650 锂电池的电动势和内阻： A．数字多用表（电压档内阻约为 710  ，10A 电流档内阻约为 0.05 ）2 只 B．定值电阻  1 2.5 ,3R A 2 只 C．滑动变阻器  2 5 ,3R A 2 只 D．滑动变阻器  3 10 ,2R A 2 只 E．开关S （约 0.15 ）1 只 F．几根导线（约 0.01 /根） （1）该同学选择器材正确连接实物电路后，闭合开关S ，调节滑动变阻器，读出一只数字多用表电压档的 示数U 和另一只数字多用表电流档的示数 I 。改变滑动变阻器滑片的位置，得到多组 ,U I ，记录数据如 下： 序号 1 2 3 4 5 6 U / V 3.814 3.746 3.690 3.604 3.500 3.396 /I A 0.678 0.928 1.152 1.526 1.945 2.371 他根据上述数据，用电脑软件在直角坐标系中描点，拟合直线，得到U 与 I 的函数关系式为 0.2447 3.976U I   ，则该锂电池的电动势为___________V ，内阻为___________ ；（结果均保留三 位有效数字） （2）该同学完成上述实验所采用的电路原理图是下图中的___________。 （3）实验中，滑动变阻器 xR 选择的是_______，保护电阻选择的是_______；（填器材序号） （4）实验完成后，该同学用专业电池内阻测试仪测得这节 18650 锂电池的内阻为 0.06 ，与上述伏安法测 得的内阻值相比，两者差异很大，其原因是_______。 【答案】 (1). 3.98 (2). 0.245 (3). 甲 (4). C (5). B (6). 用上述方法测电源电阻时电压表 分流会产生系统误差；测得的内阻包含电池内阻、开关电阻及导线电阻 【解析】 【分析】 【详解】（1）[1]根据U E Ir  ，图像的纵截距表示电源电动势所以电动势 3.98VE  ； [2]图像的斜率表示内阻 r，内阻 0.245Ωr  ； （2）[3]保护电阻不能影响对路端两端电压测量，故选图甲； （3）[4]滑动变阻器的额定电流不能低于表格第 6 组电流 3.371A，所以滑动变阻器选 R2，故选 C； [5]定值电阻充当保护电阻，故保护电阻选 B； （4）[6]用上述方法测电源电阻时电压表分流会产生系统误差；测得的电阻包含电池内阻、开关电阻及导线 电阻，故和用专业仪器测得的内阻相比，两者差异大。 14. 如图所示，透明液体中有一点光源O ，位于液面下深度为 0d 处。点光源向周围发出单色光，在液面形 成一个半径为 0 2 d 的圆形透光区域。 （1）求该液体的折射率； （2）如果点光源O 以速度 v 竖直向下匀速运动，则液面圆形透光区域的半径随时间的变化率是多少？ 【答案】（1） 5n  ；（2） 2 r v t   【解析】 【分析】考查折射率。 【详解】（1）圆形透光区域的边缘即为刚好发生全反射的位置，有 0 0 2tan d C d  ， 1 sinn C  解得 5n  （2）若点光源 O 以速度 v 竖直向下匀速运动，设圆形透光区域半径为 r ，有 0d d vt  又 tanr d C 解得 0 2 2 dvr t  则圆半径对时间的变化率 2 r v t   15. 如图甲所示，虚线 MN 左、右两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁场的方向垂直纸 面向外，磁感应强度大小恒为 0B ；左侧匀强磁场的磁感应强度 B 随时间t 变化的规律如图乙所示，规定垂 直纸面向外为磁场的正方向。一硬质细导线的电阻率为 p 、横截面积为 0s ，将该导线做成半径为 r 的圆环 固定在纸面内，圆心O 在 MN 上。求： （1） 0 2 tt  时，圆环受到的安培力； （2）在 0 30 2 t 内，通过圆环的电荷量。 【答案】（1） 2 2 0 0 0 3 4 B r sF t ，安培力方向垂直于 MN 向左；（2） 0 03 8 B rsq  【解析】 【分析】 【详解】(1)根据法拉第电磁感定律，圆环中产生的感应电动势 BE St   上式中 2 2 rS  由图乙可知 0 0 BB t t   根据欧姆定律有 EI R  根据电阻定律有 0 2 rR s  0 1 2t t 时，圆环受到的安培力    0 0 2 22 BF B I r I r    联立解得 2 2 0 0 0 3 4 B r sF t 安培力方向垂直于 MN 向左。 (2)通过圆环的电荷量 ·q I t  根据欧姆定律和法拉第电磁感应定律有 EI R  E t   在 0 30 2 t 内，圆环磁通量的变化量为 2 20 0 1 1 2 2 2 BB r r       联立解得 0 03 8 B rsq  16. 如图所示，一水平传送带以 3m/sv  的恒定速度顺时针转动，其上表面左端 A 点、右端 B 点分别与一 光滑曲面、一光滑水平台面平滑对接。光滑水平台面上距 B 点 1 2md  处的 P 点放置有一质量为 3kgM  的物块， P 点右侧相距 2 4md  处的C 点固定有竖直挡板。一质量为 1kgm  的物块从光滑曲面距水平面 1.8mh  处由静止释放。已知 A B、 两点相距 2.5mL  ，物块 m 与传送带之间的动摩擦因数为 0.4  ，重 力加速度为 210m/sg  ，所有碰撞都是弹性碰撞，且碰撞时间极短，两物块均可视为质点，它们之间每次 碰撞的地点都在 BC 之间，求 （1）物块 m 从开始释放至与物块 M 发生第 2 次碰撞的过程中，整个系统因摩擦产生的内能； （2）物块 m 与物块 M 第 n 次（ 1n  ）碰撞结束时，物块 m 的速度大小（本问不要求写出解答过程，只要 求写出结果）。 【答案】（1）16J；（2） 4m/s 2nv n  ； 1.5m/s 3,5,7......nv n  ； 3m/s 4,6,8......nv n  【解析】 【分析】 【详解】（1）物块 m 从释放点下滑到 A 点的过程中，根据动能定理有 21 2 Amgh mv 假设 m 滑过 A 点后，一直匀减速运动至 B 点，根据牛顿第二定律和匀变速直线运动规律有 mg ma   2 2 2B Av v a L   联立解得 4m/sBv  该速度大于传送带速度 3 /v m s ，可见 m 一直匀减速至 B 点，之后沿光滑水平台面匀速运动至与 M 发生 第 1 次碰撞，故第 1 次碰撞前 m 的速度大小为 4m/sBv  。 在传送带上 m 从 A 点一直匀减速运动至 B 点，两者相对路程为 0 B Av vs L v a     设第 1 次碰后瞬间， m 和 M 速度分别 1v 和 1u ，根据动量守恒定律和机械能守恒定律有 1 1Bmv mv Mu  2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 2Bmv mv Mu  联立解得 1 2m/sv   1 2m/su  在传送带上 m 向左运动到速度减为 0 时，两者相对路程为 2 1 1 1 0 0 2 v vs v a a     m 再向右运动到 B 点时，两者相对路程为  2 11 1 2 vvs v a a     所求的内能为  0 1 1Q mg s s s    解得 16JQ  （2）物块 m 与物块 M 第  1n n  次碰撞结束时，物块 m 的速度大小 4m/s 2nv n  1.5m/s 3,5,7......nv n  3m/s 4,6,8......nv n 