湖南省2021年普通高中学业水平选择性考试
物 理
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试卷和答题卡上。
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、选择题；本题共6小题，每小题4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.核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
2.物体的运动状态可用位置x和动量p描述，称为相，对应p-x图像中的一个点。物体运动状态的变化可用p-x图像中的一条曲线来描述，称为相轨迹。假如一质点沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，则对应的相轨迹可能是
A．
B．
C．
D．
3.“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比（Fm=kv,k为常量），动车组能达到的最大速度为
.下列说法正确的是
A.动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变
B.若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动
C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为
D.若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间t达到最大速度
,则这一过程中该动车组克服阻力做的功为
4.如图，在（a，0）位置放置电荷量为q的正点电荷，在（0，a）位置放置电荷量为q的负点电荷，在距p（a，a）为
a的某点处放置正点电荷Q，使得p点的电场强度为零，则Q的位置及电荷量分别为
A.(0,2a)，
q
B. (0,2a) ，
q
C. (2a,0) ，
q
D. (2a，0) ，
q
5. 质量为M的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，A为半圆的最低点，B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为m的小滑块，用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是
A.推力F先增大后减小
B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大
C.墙面对凹槽的压力先增大后减小
D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
6. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比为
, 输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡
、
的阻值始终与定值电阻Ro的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是
A．
先变暗后变亮，
一直变亮
B.
先变亮后变暗，
一直变亮
C
先变暗后变亮，
先变亮后变暗
D.
先变亮后变暗，
先变亮后变暗
二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20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。
7.2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的
,下列说法正确的是
A.核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的(
)2倍
B.核心舱在轨道上飞行的速度大于7.9km/s
C.核心舱在轨道上飞行的周期小于24h
D.后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
8.如图（a),质量分别为mA、mB的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力
F作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为x.撤去外力并开始计时，A、B 两物体运动的a-t图像如图（b)所示，S1表示0到t1时间内A的a-t图线与坐标轴所围面积大小，S2、S3分别表示t1到t2时间内A、B的a-t图线与坐标轴所围面积大小。A在t1时刻的速度为V0。下列说法正确的是
A.0到t1时间内，墙对B的冲量等mAv0
B.mA>mB
C.B运动后，弹簧的最大形变量等于x
D.S1-S2=S3
9. 如图，圆心为O的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行，ab和cd为该圆直径，将电荷量为q(q>0)的粒子从a点移动到b点，电场力做功为2W(W>0);若将该粒子从c点移动到d点，电场力做功为W。下列说法正确的是
A.该匀强电场的场强方向与ab平行
B.将该粒子从d点移动到b点，电场力做功为0.5W
C.a点电势低于c点电势
D.若只受电场力，从d点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动
10.两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度v0水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是
A.B与v0无关，与
成反比
B.通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变
C.通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等
D.调节H、v0和B,只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变
三、非选择题：共56分。第11~14题为必考题，每个试题考生都必须作答。第15、16题为选考题，考生根据要求作答。
（一）必考题：共43分。
11.(6分）
某实验小组利用图（a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系，主要实验
步骤如下：
（1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图（b)所示，h=______cm；
（2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；
（3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；
（4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；
（5)在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4),记录数据如下表；
根据表中数据在图（c)上描点，绘制图线。
如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是______m/
(保留三位有效数字)。
12.(9分）
某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为
）、一个电流表（内阻为
)、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于
，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
（1)将器材如图（a)连接：
（2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的___端（填“a”或“b”）；
（3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角
和电流表示数I,得到多组数据：
（4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图(b)所示，图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单角度对应电阻丝的阻值为
,该电池电动势和内阻可表示为E=_____,r_____(用
、
、k、d、
表示）
（5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值
。利用现有器材设计实验，在图（c)方框中画出实验电路图（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；
（6)利用测出的
,可得该电池的电动势和内阻。
13. (13分）
带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一。带电粒子流（每个粒子的质量为m、电荷量为＋q)以初速度v垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在xOy平面内的粒子，求解以下问题。
（1)如图（a),宽度为2
的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A(0,
),半径为
的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点O,求该磁场磁感应强度
的大小：
（2)如图（a),虚线框为边长等于2
的正方形，其几何中心位于C(0，-
)。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到O点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2
,并沿x轴正方向射出。求该磁场磁感应强度B2的大小和方向，以及该磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）；
（3)如图（b),虚线框和I 和II均为边长等于
的正方形，虚线框Ⅲ和IV均为边长等于
的正方形。在I、II、Ⅲ和IV中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为2
的带电粒子流沿x轴正方向射入I和II后汇聚到坐标原点0,再经过Ⅲ和IV后宽度变为2
.并沿x轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求I和Ⅲ中磁场磁感应强度的大小，以及II和IV中匀强磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）。
14.(15分）
如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为L的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道PQ.质量为m的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为μ.以水平轨道末端0点为坐标原点建立平面直角坐标系xOy,x轴的正方向水平向右，y轴的正方向竖直向下，弧形轨道P端坐标为（2μL,μL),Q端在y轴上。重力加速度为g.
（1）若A从倾斜轨道上距x轴高度为2μL的位置由静止开始下滑，求A经过0点时的速度大小；
（2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过O点落在弧形轨道PQ上的动能均相同，求PQ的曲线方程；
（3）将质量为λm(λ为常数且λ≥5)的小物块B置于0点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距x轴高度的取值范围。
(二)选考题：共13分。请考生从两道题中任选一题作答。如果多做，则按第一题计分。
15.[物理－选修3-3](13分）
（1)(5分）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m，在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变，整个过程环境温度和大气压强(Po)保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法正确的是_____。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A.整个过程，外力F做功大于0,小于mgh
B.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
C.整个过程，理想气体的内能增大
D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(P0S1h+mgh)
E.左端活塞到达B位置时，外力F等于
(2)(8分）小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置如图所示。导热汽缸开口向上并固在桌面上用质量m,=600g、截面积S=20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳A细绳同细绳竖直悬挂一个质量m2=1200g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时，测得环境温度T1=300K。设外界大气压强P0=1.0x105Pa,重力加速度g=10m/s2。
(i)当电子天平示数为400.0g时，环境温度T2为多少？
(ii)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少？
16.【物理一选修3-4](13分)
（1）（5分)均匀介质中,波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播,波面为圆,t=0时刻,波面分布如图(a)所示,其中实线表示波峰,虚线表示相邻的波谷.A处质点的振动图像如图(b)所示,z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是_______.(填正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)
A.该波从A点传播到B点,所需时间为4s
B.t=6s时,B处质点位于波峰
C.t=8s时,C处质点振动速度方向竖直向上
D.t=10s时,D处质点所受回复力方向竖直向上
E.E处质点起振后,12s内经过的路程为12cm
(2)(8分)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验,认识到光沿直线传播.身高1.6m的人站在水平地面上,其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞,直径为1.0cm、深度为1.4cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。
(Ⅰ)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少?
（Ⅱ）若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少?
