2021届河北省衡水中学高三(上)第一次联合考试物理试题 含答案

河北衡水中学2021届全国高三第一次联合考试

物理

本试卷8页。总分100分。考试时间90分钟。

注意事项：

1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。

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。

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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.下列说法正确的是（）

A.布朗运动就是分子的热运动

B.只要符合能量守恒定律的过程都能够发生

C.两个氘核结合成一个氦核时会释放一定的能量，该反应为当前核电站反应堆中的主要核反应

D.核裂变和核聚变过程中，原子核的比结合能都会增大

2.矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线形状正

确的是（）

（感应电荷的电场在导

体内部的电场强度为零）

A B C D

3.1834年英国物理学家洛埃设计了洛埃镜实验，如图所示。水平放置的平面镜MN左上方有一点光源S，

仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为P，下列说法正确的是（）

A.光屏上可以看到干涉条纹

B.光屏上可以看到衍射条纹

C.光屏上P处呈现亮条纹

D.光屏上P处呈现暗条纹

4.有的微光夜视仪、光电鼠标是应用光电效应原理制成的。某实验小组对金属钙的光电效应现象进行了研究，用描点法绘出的遏止电压U ，随入射光频率v 变化的图像如图所示，图线与横轴的交点数值为7.73，已知普朗克常量34

6.6310J S h -=??，电子电荷量191.610C e -=?，则图线与纵轴交点的纵坐标a 约为

（ ） A .-1.2

B .-1.6

C .-2.0

D .-3.2

5.如图所示，内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上，开口向下，用活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时封闭气体的热力学温度为0T ，活塞到汽缸底部的距离为L 。已知外界大气压强为p ，重力加速度为g ，活

塞的半径为2L

、质量为2040p L g π。由于外界气温较低，封闭气体的温度缓慢下降，封闭气体在温度下降至

45

T 的过程中，对外界放出的热量为Q ，这一过程中封闭气体的内能减少量为（ ） A .

309

200

p L Q π-

B .309

200Q p L π-

C .301

20

Q p L π+

D .301

20

Q p L π-

6.为限制车辆进出，通常在公园等场所门口放置若干石球。如图所示，半径为0.40m 的固定石球底端与水平地面相切，以切点O 为坐标原点，水平向右为正方向建立直线坐标系x O 。现使石球最上端的小物块（可视为质点）获得大小为2.1m/s 水平向右的速度，不计小物块与石球之间的摩擦及空气阻力，取重力加速度2

10m/s g =，则小物块落地点坐标为（ ） A .0.40m x =

B .0.59m x =

C .0.80m x =

D .0.84m x =

7.如图甲所示，人字折叠梯是工人师傅施工常用的工具，是由两个相同梯子在顶端用光滑转轴连接而成，为防止意外发生，两侧梯子用不可伸长的细绳连接。把人字折叠梯置于水平地面上，当上端正中间放置质量为m 的物体时，细绳松弛并且系统保持静止，两侧梯子间的夹角为α，简化示意图如图乙所示，人字折叠梯自身的重力不计，重力加速度为g ，系统静止时地面对左侧梯子的摩擦力1F 为（ ） A 1tan

2

mg F α

=，水平向右

B .1tan

2

mg F α

=，水平向左

C ，1a 2

12t n mg F α

=

，水平向右 D .1a 2

12t n mg F α

=

，水平向左

甲 乙

8.如图所示电路中，电阻a 、b 、c 、d 的阻值均为r ，其他电阻不计，理想变压器原、副线圈的匝数比12:2:1n n =，M 、N 间输入的正弦式交变电流的电压有效值为U ，则电阻a 中的电流有效值大小为（ ） A .

23U

r

B .

35U r

C .

32U r

D

2U r

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合

题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9.一辆玩具电动小车在平直路面上以6m/s 的速度做匀速直线运动，运动过程中牵引力的功率为9W 。若某时刻牵引力的功率突然变为6W ，且之后保持不变，对之后的运动过程说法正确的是（整个过程小车受到的阻力不变）（ ） A .小车的牵引力最小为1.5N B .小车的加速度越来越小，直至为零

C .小车最终的运动速度为4m/s

D .自牵引力的功率突变为6W ，到小车再次开始做匀速直线运动的过程中，小车的平均速度小于5m/s 10.2020年7月23日，我国首次发射火星探测器“天问一号”。地面上周期为2s 的单摆经常被称为秒摆。假如某秒摆被“天问一号”探测器携带至火星表面后，周期变为3s ，已知火星半径约为地球半径的二分之一，以下说法正确的是（ ）

A .若秒摆在火星表面的摆角变小，则周期也会随之变小

B .地球质量约为火星质量的9倍

C .倍

D .“天问一号”探测器刚发射离开地球表面时，此秒摆的周期大于2s

11.如图甲所示，一列简谐横波沿着x 轴正方向传播，波源的平衡位置在坐标原点，自0t =时刻起开始振动，经过一段时间，波源第一次处于y 轴正方向一侧的最高点，此时3cm x =处的质点M 恰好开始振动。已知波源离开平衡位置的位移y 随时间t 变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ） A .该简谐波的波长为12cm

B .在0 1.7s 时间内，质点M 经过的路程为0.8cm

C .3s t =时，6cm x =处的质点开始振动

D . 4.5s t =时，质点M 的速度最大

甲 乙

12.如图所示，足够长的固定绝缘粗细均匀的直管道水平放置，横截面为正方形，里面放有带正电的立方体物块。物块的质量为m ，电荷量为q ，边长稍微小于管道横截面的边长，与管道间的动摩擦因数为μ，匀强磁场的磁感应强度大小为B ，方向垂直于管道的前后面。现对物块施加水平向右的力F ，使物块自静止开始以大小为a 的加速度向右做匀加速直线运动，已知重力加速度为g ，对物块运动过程的说法正确的是（ ）

A .力F 随时间先均匀减小，后均匀增大

B .力F 的最小值为零

C .自开始运动至F 最小的过程中，物块的位移大小为222

22m g q B a

D .自开始运动至F 最小的过程中，力F 做的功为()322224a g m g q B a

μ+

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13.（6分）用如图所示的装置测定物块与水平面之间的动摩擦因数μ，已知重力加速度为g ，实验步骤如下：

a .将光电门固定在水平面上；

b .将宽度为d 的遮光条固定在物块上，然后在弧面上由静止释放物块；

c .记下数字计时仪显示的遮光条通过光电门的遮光时间t ；

d .使物块自弧面上的不同位置释放，重复以上实验步骤，多做几次实验。 请回答以下问题，第（2）问用题干和第（1）问中的相关字母表示。

（1）除遮光时间t 、遮光条的宽度d 之外，实验中还需要测量的物理量有____________（填正确选项标

号）。

A .物块的质量m

B .物块开始释放时距水平面的高度h

C .物块经过光电门后向前滑行的距离L

D .物块在水平面上总的滑行距离x

（2）用图像法处理数据，若纵轴为2

t ，则横轴为____________（选填“

1h ”“1

L

”或“1x ”）时，所得的图像为一条过原点的直线。若直线斜率为k ，则物块与水平面间的动摩擦因数μ=____________。

14.（8分）某实验小组改装的简易多用电表电路如图所示，其中电流表G 的量程为10mA ，内阻7.5A R =Ω，定值电阻1 5.0R =Ω，224R =Ω，电源的电动势、内阻及定值电阻3R 的阻值未知。请回答以下问题。

（1）若该实验小组将接线柱1、2接入电路测量电流，电流表G 的读数为6.0mA ，则经过接线柱1、2的

电流为____________mA 。

（2）若该实验小组将接线柱1、3接入电路测量电压，电流表G 的读数为6.0mA ，则接线柱1、3间的电

压为____________V ，实际上测量值很有可能有较大误差，其原因是________________________。 （3）该实验小组为测量某未知电阻的阻值，首先在接线柱1、4间接入电阻箱，调节电阻箱，当电阻箱

读数为300Ω时，电流表G 的6.0mA ；当电阻箱读数为200Ω时，电流表G 的读数为8.0mA 。之后断开电阻箱，将待测电阻x R 接入接线柱1、4间，电流表G 的读数为4.8mA ，则待测电阻x R =____________Ω。

15.（7分）自行车的后面一般都会安装本身并不发光的尾灯，如图甲所示。尾灯是由实心透明材料做成的结构体，截面为长方形和多个等腰直角三角形组成。夜间，当后面汽车的灯光垂直尾灯照射时，光线在尾灯内经两次全反射后会沿着相反的方向返回，如图乙所示，使后车司机容易发现。已知图乙中尾灯最薄处的厚度和右侧等腰直角三角形的直角边长均为d ，光在真空和空气中的速度都看作c 。

甲 乙

（1）求尾灯材料的折射率至少应为多大？

（2）若尾灯材料的折射率取（1）中的值，求光在尾灯中的传播时间是多少（不考虑光在尾灯中的多次

反射）？

16.（8分）如图所示，宽度为L 的光滑导轨固定在水平面上，空间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，导体棒ab 、cd 紧挨着垂直于导轨并排放置在导轨上，两导体棒的质量都为m 、电阻都为r ，回路中的其他电阻不计，某时刻使两导体棒都获得水平向右的速度，其中ab 的速度大小为v 、cd 的速度大小为2v ，在它们之后的运动过程中，求：

（1）回路中产生的焦耳热； （2）两导体棒间的最大距离。

17.（14分）如图所示，在竖直平面内建立平面直角坐标系xOy ，x 轴正方向水平向右；y 轴正方向竖直向

上，第一、二象限有沿x 轴负方向的匀强电场；第三、四象限有沿y 轴正方向的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，两匀强电场的电场强度大小相等。现有一质量为m ，电荷量为q 的带正电小球自坐标为(),L L 的M 点由静止释放，恰好沿直线运动经过坐标原点O ，运动过程中第三次经过x 轴时仍然过坐标原点O 。已知重力加速度为g 。

（1）求小球第一次经过O 点时的速度大小 （2）求小球第二次经过x 轴时的坐标；

（3）求第三、四象限中匀强磁场的磁感应强度大小；

（4）小球第一次经过x 轴时，若将第一、二象限中的匀强电场撤掉，求小球在之后运动过程中的轨迹与

x 轴交点的坐标。

18.（17分）传送机是许多企业中的输送装置。如图所示，传送机主动轮顺时针转动，带动传送带始终保持

02m/s v =的速度运动，两轮的大小忽略不计，两轮间距离12.5m L =，传送带与水平面的夹角30θ=?。

输送过程中每隔0.5s t ?=在传送带底端放一个物块（可看成质点），所有物块刚释放时初速度均为零，

与传送带间的动摩擦因数均为μ=

2

10m/s g =.（计算结果可用根式表示）

（1）求其中的一个物块从传送带底端运动至传送带顶端的时间； （2）求传送带上最多存在多少个物块；

（3）改变传送带与水平面间的夹角，可以改变物块在传送带上被输送到的最大高度h ，通过分析可得h

的大小范围符合00h h ≤<，求0h 的大小；

（4）若传送带与水平面间的夹角改为60α=?，要使物块被输送到传送带的顶端，求物块在传送带底端

所需要的沿传送带向上的最小初速度为多大？

参考答案及解析

河北衡水中学2021届全国高三第一次联合考试·物理

一、单项选择题 1.D 【解析】

布朗运动是悬浮微粒的运动，不是分子热运动，A 错误；

仅符合能量守恒定律，不符合热力学第二定律的过程不可能发生，B 错误； 当前核电站反应堆中的主要核反应为重核裂变，C 错误； 核裂变和核聚变都释放能量，比结合能都会增大，D 正确。 2.A 【解析】

导体处于静电平衡时，感应电荷产生的电场在导体内部同场源电荷Q 产生的时场强弱相同， 方向相反，A 正确。 3.A 【解析】

光源S 直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光在光屏上相遇， 发生干涉，呈现干涉条纹，A 正确，B 错误；

因反射光线不能照射到P 点，故P 点不会有干涉条纹，C 、D 错误。 4.D 【解析】

光电子最大初动能k c E eU =，由0k E hv W =- 得0c W h v U e e -=

，图线斜率14V 7.7310Hz

e a h -=?， 又19

1.610C e -=?，代入得 3.2a ≈-，D 正确。

5.B 【解析】

对活塞有，202

22p mg L L p ππ????

? ?????

=+，

由题意知2

040p L m g

π=

，

解得封闭气体的压强为0

10

9p p =； 又

00 45

T T L L '=，得活塞上升的距离5L h L L '=-=，

外界对封闭气体做的功2

0390220W p p L h L ππ??

??==?

， 由热力学第一定律得封闭气体内能的减少量为039

200

L Q p π-，B 正确。 6.D 【解析】

小物块在最高点只有重力提供向心力恰好做圆周运动时的速度为0v ，

由2

mv mg R

=，得02m/s v =，

因为 2.1m/s 2.0m/s v =>，所以小物块做平抛运动， 又2

122

R gt =

，x vt =， 得小物块落地点坐标0.84m x =，D 正确。 7.C 【解析】

以物体和梯子整体为研究对象， 在竖直方向有2F mg =支，得2

mg

F =支， 以左侧梯子底端为研究对象， 受力分析如图所示，则

1tan 2

F F α=支， 解得11tan 22

F mg α

=

，方向向右，C 正确。

8.B 【解析】

设电阻c 中的电流为I ，则副线圈两端的电压2U Ir =， 流过副线圈的电流22I I =；由

112

221

n U I n U I ==， 得原线圈两端电压12U Ir =，流过原线圈的电流1I I =， 则流过电阻b 的电流1

2b U I I r

=

=， 流过电阻a 的电流13a b I I I I =+=，

电阻a 两端的电压3a a U I r Ir ==， 又15a U U U Ir =+==，得35a U

I r

=，B 正确。 二、多项选择题 9.BCD 【解析】

小车功率刚变为6W 时牵引力最小，由2min m P F v =， 得牵引力最小值为min 1N F =，A 错误； 功率改变后小车先做减速运动，由P Fv =，f F F a m

-=知，

小车的加速度越来越小，直至为零，B 正确；

功率改变之前，由111P F v =，得阻力1 1.5N f F F ==， 功率改变后，小车再次匀速运动时， 由222P F v =，2 1.5N f F F ==， 得小车最终运动的速度大小为2

24m/s f

P v F =

=，C 正确； 自牵引力的功率突变至小车再次开始匀速运动， 通过小车的v t -图像与匀变速运动的v t -图像对比， 可得平均速度小于5m/s ，D 正确。 10.BC 【解析】

单摆的摆动周期与振幅无关，A 错误；

由322T T T ==火地，得4

9

g g =火地， 又2GM g R =

，12

R R =火地， 得9M M =地火，B 正确；

第一宇宙速度3

V v V =

=

火地

，C 正确； “天问一号”刚发射离开地球表面时，秒摆处于超重状态，

由2T =，知周期T 变小，D 错误。 11.CD 【解析】

由题图乙知，自开始振动经

3

1.5s 4

T =， 波源第一次处于y 轴正方向一侧的最高点，

因此3

3cm 4

OM λ==

，得波长4cm λ=，A 错误； 在0 1.7s 时间内，质点M 仅振动了0.2s ，即1

10

T ，

由M 点的振动方程得2sin 2sin 2sin

1cm 5

6

y t π

π

π==>=，

即大于0.8cm ，B 错误； 波速2cm/s v T

λ

=

=，经3s t =，

波传播的距离6cm x vt ==，因此3s t =时，

6cm x =处的质点开始振动，C 正确；

4.5s t =时，质点M 已开始振动了3s ，为32

T ，

恰好在平衡位置，速度最大，D 正确。 12.AC 【解析】

自物块开始运动至力F 最小，物块受力如图所示，

竖直方向N F qvB mg +=，水平方向N F F ma μ-=， 又v at =，得F ma mg qBat μμ=+-，

力F 和时间t 为一次函数关系，随时间t 的延续均匀减小， 当mg

t qBa

=

时力F 最小，最小值设为1F ，则1F ma =； 之后管道支持方向变为向下，用同样的方法分析可得出， 力F 随时间又均匀增大，A 正确，B 错误；

自开始运动至F 最小的过程中，

物块经过的位移22

222122m g x at q B a

==，C 正确；

物块刚开始运动时力F 最大，最大值设为2F ， 根据牛顿第二定律有，2F mg ma μ-=， 自开始运动至F 最小的过程中，

力F 做的功()3212

22

224F a g m g F F W x q B a

μ++≠=，D 错误。 三、非选择题 13.【答案】 （1）C （2分） （2）

1

L

（2分） （3）2

2d gk

（2分）

【解析】

（1）自物块经过光电门至停止，由22v aL =，

d

v t

=，mg ma μ=，得2

22d gLt μ=

， 因此实验中需测量的物理量为遮光条的宽度d 、 物块经过光电门后向前滑行的距离L 、 遮光条通过光电门的遮光时间t ，C 正确。 （2）自物块经过光电门至停止，由22v aL =，d

v t

=

， mg ma μ=，得22

1

2d t g L

μ=

?，其中d 、p 、g 为定值， 因此纵轴为2t 时，横轴应为

1L

。 由22

12d t g L μ=?，得图线斜率2

2d k g μ=， 因此动摩擦因数2

2d gk

μ=。

14.【答案】 （1）15.0（2分）

（2）0.405（2分） 接线柱1、3间的总阻值太小（2分） （3）400（2分） 【解析】

（1）电流表G 和1R 并联后的总阻值为

57.5 3.057.5Ω?Ω

=ΩΩ+Ω

，

电路中的总电流为

6.0mA

7.515.0mA 3.0?Ω

=Ω

。

（2）由第（1）问可知，电流表G 的读数为6.0mA 时，

电路中的总电流为15.0mA ，

则电压的测量值为()3

15.010A 3240.405V -??Ω+Ω=。

改装后的电表接线柱1、3间的总阻值仅为27Ω， 当接入两待测点时，可能造成电路电阻的较大改变， 因此极易产生较大测量误差。 （3）当电阻箱读数为300Ω时，

回路中的总电流为36.010A 7.53300E

I R -??Ω==

Ω+Ω

总内； 当电阻箱读数为200Ω时，

回路中的总电流38.010A 7.53200E

I R -??Ω'==

Ω+Ω

总内； 当将待测电阻x R 接入时，

回路中的总电流34.810A 7.53x

E

I R R -??Ω''==

Ω+总内， 由以上三式解得待测电阻400x R =Ω。

15.【答案】 （1

（2

【解析】

（1）光在直角边自尾灯射向空气的入射角恰好等于临界角时，

45C =?

① 1sin C n

=

②

联立①②得尾灯材料的折射率至少为n =

③

（2）光在尾灯中的传播路程)

2x d =

④

又c n v

=

⑤ x vt =

⑥

联立③④⑤⑥解得光在尾灯中的传播时间2t d c

+=

。

16.【答案】

（1）214t mv = （2）22mvr B L

【解析】

（1）自两导体棒开始运动至速度相同有

22mv m v mv '+?=

① ()2

2211122222Q mv m v mv '=

+?-?

②

联立①②解得回路中产生的焦耳热

214

Q mv = ③

（2）整个过程，对ab 棒由动量定理得

112233BLI t BLI t BLI t mv mv '?+?+?+??????=- ④

其中112233q I t I t I t I t =?+?+?+??????=??

⑤

又BLx

E t

=

? ⑥ 2E I r

=

⑦

联立①④⑤⑥⑦得两导体棒间的最大距离22

mvr

x B L =

。 17.【答案】

（1）（2）()8,0L

（3

（4）()()4,01,2,3nL n =?????? 【解析】

（1）小球释放后恰好沿直线运动经过坐标原点O ，

因此在第一象限中受到的合力沿MO 方向， 小球受到的电场力水平向左， 根据题意可知qE mg = ①

ma =

②

又22v a =③

联立①②③解得小球第一次经过O 点时的速度大小为V = ④

（2）小球在第三、四象限中重力和电场力大小相等，

方向相反，做匀速圆周运动，

第二次经过x 轴时的速度与x 轴负方向的夹角为45?，大小仍为v ， 小球第三次经过x 轴时过坐标原点O ，

从第二次到第三次经过x 轴的过程，沿x 轴方向有

2qE ma =

⑤

2121

cos 452

x vt a t ?=?+

⑥ 沿y 轴方向有sin 452

t v g ?=?

⑦

联立①④⑤⑥⑦得18x L ?=，

因此小球第二次经过x 轴时的坐标为()8,0L

⑧

（3）小球第一次至第二次经过x 轴，

在第三、四象限运动有2

mv qvB R

=

⑨

由几何关系知1x ?=

⑩

联立④⑧⑨⑩解得磁场的磁感应强度大小B =

?

（4）第一、二象限的电场撤去后，

小球每次在第一象限沿x 轴运动的距离为2cos 45x vt ?=? ?

联立④⑦?得24x L ?=

?

由⑧?得，轨迹与x 轴交点的坐标为()()4,01,2,3nL n =??????。

18.【答案】 （1）7.25s （2）15

（3）

（4 【解析】

（1）物块沿传送带向上加速过程有

cos sin mg mg ma μθθ-=

①

由运动学公式有01v at =

②

112

v L t =

③ 102L L v t -=

④

联立①②③④解得物块运动至传送带顶端经过的时间127.25s t t t =+= ⑤

（2）将某时刻刚放上的物块记为第1个，

斜向上在传送带上的其他物块依次记为第2个、第3个、……， 第1个刚放上时第1n 个开始匀速运动， 由运动学公式有()011v a n t =-?

⑥

第1n 个经过的位移()2111

12

x a n t =

-????? ⑦

第1n 个和第11n +个、第11n +个和第12n +个、

第12n +个和第13n +个、……，每相邻两个物块之间的距离

201m x v t =?=

⑧

又221n x L x =-

⑨

联立①⑥⑦⑧并且代入数据得210.5n =，取整数210n =， 此时传送带上物块的个数12N n n =+

⑩

联立①⑥⑩并且代入数据得传送带上物块的最多个数为15N =。 （3）恰不能使物块斜向上传送时传送带的最大倾角设为β，

则有cos sin mg mg μββ=

?

0sin h L β=

?

联立??解得0h = ?

物块能上升的最大的高度0h h <。

（4）若使物块被输送至传送带顶端，设最小初速度为min v ，

自开始至速度达到0v ，

22110min 11sin cos 22

mgL mgL mv mv αμα--=

- ?

自物块速度达到0v 至最高点，

2

220

1sin cos 02mgL mgL mv αμα-+=- ?

12L L L +=

?

解得min v =

。