2021 年河北省普通高中学业水平选择性考试物理
一、单项选择题：本题共 7 小题，每小题 4 分，共 28 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.银河系中存在大量的铝同位素 26Al。26Al 核β+衰变的衰变方程为26𝐴𝑙 → 26𝑀𝑔 +
13 12
0𝑒，测得 26Al 核的半衰期为 72 万年。下列说法正确的是
A.26Al 核的质量等于 26Mg 核的质量
B.26Al 核的中子数大于 26Mg 核的中子数
C.将铝同位素 26Al 放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D.银河系中现有的铝同位素 26Mg 将在 144 万年以后全部衰变为 26Mg
2.铯原子钟是精确的计时仪器。图 1 中铯原子从 O 点以 100m/s 的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面 MN 所用时间为 t1；图 2 中铯原子在真空中从 P 点做竖直上抛运动，到达最高点 Q 再返回 P 点，整个过程所用时间为 t2。O 点到竖直平面 MN、P 点到 Q 点的距离均为 0.2m。重力加速度取 g=10m/s2。则 t1：t2 为
A.100:1 B.1:100 C.1:200 D.200:1
3.普朗克常量 h=6.626×10-34J▪s，光速为 c，电子质量为 me，则 ℎ
𝑚𝑒𝑐
在国际单位制
下的单位是
A.J/s B.m
C.J▪m D.m/s
4.“祝融号”火星车登陆火星之前,“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行,其周期为 2 个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行,其周期也为 2 个火
星日。己知一个火星日的时长约为一个地球日,火星质量的为地球质量的 0.1 倍, 则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为
A．3√4
3 1
B.√
4
3 5
C.√
2
3 2
D.√
5
5.如图,距离为 d 的两平行金属板 P、Q 之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为𝐵1， 束遠度大小为𝑣的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为 L 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为𝐵2导轨平面与水平面夹角为𝜃,两导轨分别与 P、Q 相连。质量为 m、电阻为 R 的金属棒 ab 垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为 g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力,下列说法正确的是
A．导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，𝑣 = 𝑚𝑔𝑅 𝑠𝑖𝑛 𝜃
𝐵1𝐵2𝐿𝑑
B．导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，𝑣 = 𝑚𝑔𝑅 𝑠𝑖𝑛 𝜃
𝐵1𝐵2𝐿𝑑
C．导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，𝑣 = 𝑚𝑔𝑅 𝑡𝑎𝑛 𝜃
𝐵1𝐵2𝐿𝑑
D．导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，𝑣 = 𝑚𝑔𝑅 𝑡𝑎𝑛 𝜃
𝐵1𝐵2𝐿𝑑
6.一半径为 R 的圆柱体水平固定,横截面如图所示。长度为𝜋𝑅、不可伸长的轻细绳,一端固定在圆柱体最高点 P 处,另一端系一个小球,小球位于 P 点右侧同一水平高度的 Q 点时,绳刚好拉直。将小球从 Q 点由静止释放,当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时,小球的速度大小为(重力加速度为 g，不计空气阻カ)
A．√(2 + 𝜋)𝑔𝑅 B．√2𝜋𝑔𝑅 C．√2(1 + 𝜋)𝑔𝑅 D．2√𝑔𝑅
7.如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为 B。导轨间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处 O 点为坐标原点。狭缝右侧两导轨与 x 轴夹角均为θ，一电容为 C 的电容器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与 x 轴垂直，在外力 F 作用下从 O 点开始以速度 v 向右匀速运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是
A.通过金属棒的电流为2𝐵𝐶𝑣2 tan 𝜃
B.金属棒到达𝑥0时，电容器极板上的电荷量为𝐵𝐶𝑣 𝑥0 tan 𝜃
C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电
D.金属棒运动过程中，外力 F 做功的功率恒定
二、多项选择题:本题共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分。在每小题给出的四个选项中，
有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6 分，选对但不全的得3 分，
有选错的得 0 分。
8.如图，发电机的矩形线圈长为 2L、宽为 L，匝数为 N，放置在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为𝑛0、𝑛1和𝑛2，两个副线圈分别接有电阻𝑅1和𝑅2.当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I。不计线圈电阻，下列说法正确的是
A.通过电阻𝑅2
的电流为𝑛1𝐼
𝑛2
B.电阻𝑅2
两端的电压为𝑛2𝐼𝑅1
𝑛1
C. 𝑛0
与𝑛1
的比值为√2𝑁𝐵𝐿2𝜔
𝐼𝑅1
D.发电机的功率为√2𝑁𝐵𝐿2𝜔𝐼(𝑛1+𝑛2)
𝑛0
9.如图，矩形金属框 MNQP 竖直放置，其中 MN 、PQ 足够长，且 PQ 杆光滑。一根轻弹簧一端固定在 M 点，另一端连接一个质量为 m 的小球，小球穿过 PQ 杆。金属框绕 MN 轴分别以角速度ω和ω'匀速转动时，小球均相对 PQ 杆静止。若ω'>ω，则与以ω匀速转动相比，以ω'匀速转动时
A.小球的高度一定降低
B.弹簧弹力的大小一定不变
C.小球对杆压力的大小一定变大
D.小球所受合外力的大小一定变大
10.如图，四个电荷量均为 q（q>0）的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为（4l,0）、（-4l,0）、(0,y0)、(0，-y0)，其中 x 轴上的两个点电荷位置固定，
y 轴上的两个点电荷可沿 y 轴对称移动（y0≠0）。下列说法正确的是
A.除无穷远之外，菱形外部电场强度处处不为零
B.当 y0 取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点
C.当 y0=8l 时，将一带负电的的试探电荷由点（4l,5l）移至点（0，-3l），静电力做正功
D.当 y0=4l 时，将一带负电的试探电荷放置在点（l,l）处，其所受到的静电力方向与 x 轴正方向成 45°倾斜向上。
三、非选择题：共 54 分。第 11-14 题为必考题，每个试题考生都必须作答。第
15-16 题为必考题，考生根据要求作答。
（一）必考题：共 42 分。
11．（6 分）
某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡（6.3V，0.15A），直流电路（9V），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干。设计的电路如图 1 所示。
（1）按照图 1，完成图 2 中的实物连线。
（2）按照图 1 连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是 （单项选择，填正确答案标号）。
A.电流表短路
B.滑动变阻器的滑片接触不良C．滑动变阻器的初始位置在 b 端
（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U 图像，其中一部分如图 3 所示。根据图像计算出 P 点对应状态下小灯泡的电阻为 Ω（保留三位有效数字）。
12.（9 分）
某同学利用图 1 中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g 的钩码若干、光电门 2 个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为 200g,其上可放钩码）、刻度尺。当地重力加速度为
9.80m/s2。实验操作步骤如下：
①安装器材，调整量个光电门距离为 50.00cm，轻细绳下段悬挂 4 个钩码，如图
1 所示；
②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；
③保持绳下端悬挂 4 个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的数量，重复上述步骤；
④完成 5 次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量 M、系统（包含滑块，滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量△Ek 及总机械能的减少量△E，如下表所示：
回答下列问题：
（1）实验中轻细绳所悬挂的钩码重力势能的减少量为 J（保留三位有效数字）；
（2）步骤④中的表格所缺数据为 J；
（3）以 M 为模板，△E 为纵轴，选择合适的标度，在图 2 中绘出△E-M 图像；
13.（11 分）
如图，一滑雪道出 AB 和 BC 两段滑道组成，其中 AB 段倾角为θ，BC 段水平， AB 段和 BC 段由一小段光滑圆弧连接。一个质量为 2 kg 的背包在滑道顶端 A 处由静止滑下，若 1s 后质量为 48kg 的滑雪者从顶端以 1.5 m/s 的初速度、3 m/s²的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起。背
包与滑道的动摩擦因数为 μ= 1 ，重力加速度取 g=10m/s²，sinθ= 7 ，cosθ=24，忽
12 25 25
略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化。求∶
（1）滑道 AB 段的长度;
（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。
14.（16 分）
如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，极板与可调电源相连。正极板上 O 点处的粒子源垂直极板向上发射速度为𝑣𝑡、带正电的粒子束，单个粒子的质量为 m、电荷量为 q。一足够长的挡板 OM 与正极板成 37。倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子。C、P 是负极板上的两点，C 点位于 O 点的正上方，P 点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，CP 长度为 L0。忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力。
Sin37o=3。
5
（1）若粒子经电场一次加速后正好打在 P 点处的粒子靶上，求可调电源电压
Uo 的大小。
（2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板 OM 上，求电压的最小值 Umin
（3）若粒子靶在负极板上的位置 P 点左右可调，则负极板上存在 H、S 两点
（CH≤CP≤CS，H、S 两点未在图中标出），对于粒子靶在 HS 区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到 n（n≥2）种能量的粒子，求 CH 和 CS 的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。