📚 原卷真题 · 精编解析
北京市2021年西城区高三统一测试（一模）
物理
满分：100分
考生须知
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一、选择题
本部分共14题。
1．下列说法正确的是
【答案】B
【详解】待补
2．以下现象能显著表现出光的波动性的是
【答案】A
【详解】待补
3．对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc²，下列说法中不正确的是
【答案】C
【详解】待补
4．用小球和轻弹簧组成弹簧振子，使其沿水平方向振动，振动图像如图所示，下列描述正确的是
【答案】C
【详解】待补
5．2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，并为全球提供服务。北斗三号系统由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星组成。其中，中圆地球轨道卫星距地面高度约为2.2×10⁴km，地球静止轨道卫星距地面高度约为3.6×10⁴km，它们都绕地球做近似的匀速圆周运动。则
【答案】D
【详解】待补
6．真空中静止的点电荷的电场线分布如图所示，A、B为同一条电场线上的两点。已知A点的场强为EA，B点的场强为EB，A、B两点之间距离为d，电荷量为+q的试探电荷在A点的电势能为EpA，在B点的电势能为EpB。有关A、B两点的说法正确的是
【答案】D
【详解】待补
7．如图所示，理想变压器输入电压保持不变。若将滑动变阻器的滑动触头向下移动，下列说法正确的是
【答案】A
【详解】待补
8．如图所示的U-I图像中，直线A为电源的路端电压与电流的关系，直线B、C分别是电阻R₁、R₂的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路，则
【答案】B
【详解】待补
9．云室是借助过饱和水蒸气在离子上凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。右图为一张云室中拍摄的照片。云室中加了垂直于纸面向里的磁场。图中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。有关a、b、c三条径迹以下判断正确的是
【答案】C
【详解】待补
10．某同学用手机的加速度传感器测量了电梯运行过程中的加速度，得到了图1所示的图线（规定竖直向上为正方向），为了简化问题研究，将图线简化为图2所示的图像。已知t = 0时电梯处于静止状态，则以下判断正确的是
【答案】C
【详解】待补
11．某女子铅球运动员分别采用原地推铅球和滑步推铅球两种方式进行练习，右图为滑步推铅球过程示意图。她发现滑步推铅球比原地推铅球可增加约2米的成绩。假设铅球沿斜向上方向被推出，且两种方式铅球出手时相对地面的位置和速度方向都相同，忽略空气阻力，下列说法正确的是
【答案】D
【详解】待补
12．如图所示，赤道附近地区的几位同学在做“摇绳发电”实验：把一条长约20 m的导线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合回路。甲、乙两位同学按某一方向摇动导线的AB段，另两位同学观察电流计的指针。下列说法正确的是
【答案】B
【详解】待补
13．如图1所示，用重物牵引小车在水平面上由静止开始运动，小车后面连接纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点。图2为一次实验得到的纸带，A、B、C为打点计时器在纸带上打下的三个点。下列说法正确的是
【答案】D
【详解】待补
14．地球刚诞生时自转周期约是8小时，因为受到月球潮汐的影响，自转在持续减速，现在地球自转周期是24小时。与此同时，在数年、数十年的时间内，由于地球板块的运动、地壳的收缩、海洋、大气等一些复杂因素以及人类活动的影响，地球的自转周期会发生毫秒级别的微小波动。科学研究指出，若不考虑月球的影响，在地球的总质量不变的情况下，地球上的所有物质满足m₁ωr₁² + m₂ωr₂² + ….+ miωri² = 常量，其中m₁、m₂、…… mi表示地球各部分的质量，r₁、r₂、…… ri为地球各部分到地轴的距离，ω为地球自转的角速度，如图所示。 根据以上信息，结合所学，判断下列说法正确的是
【答案】C
【详解】待补
二、非选择题
本部分共6题。
15．某同学通过实验测量一个电阻的阻值。
【答案】（1）5 （2分）
（2）①甲（2分）；小 （1分） ②乙（2分）； 层级1：乙图是分压电路，采用分压电路Rx的电压可以从0开始变化。表中的数据U的最小值是0.10V，比较小，所以一定是采用了乙图。（1分） 层级2：若采用甲图，Rx的电压的最小值约为；若采用乙图，Rx的电压可以从0开始变化。表中的数据U的最小值是0.10V，所以一定是采用了乙图。（2分）
（2）①甲（2分）；小 （1分） ②乙（2分）； 层级1：乙图是分压电路，采用分压电路Rx的电压可以从0开始变化。表中的数据U的最小值是0.10V，比较小，所以一定是采用了乙图。（1分） 层级2：若采用甲图，Rx的电压的最小值约为；若采用乙图，Rx的电压可以从0开始变化。表中的数据U的最小值是0.10V，所以一定是采用了乙图。（2分）
【详解】待补
16．用如图所示的装置，来完成“验证动量守恒定律”的实验。实验中使用的小球1和2半径相等，用天平测得质量分别为m₁、m₂，且m₁ > m₂。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。先不放小球2，使小球1从斜槽上某一点S由静止滚下，落到水平地面P点。再把小球2静置于斜槽轨道末端，让小球1仍从S处由静止滚下，小球1和小球2碰撞后分别落在复写纸上，在白纸上留下各自落点的痕迹。
【答案】（1）①BC（2分）
②（2分）
③小球离开斜槽末端做平抛运动，竖直方向满足，下落高度一定，运动时间相同；水平方向满足，水平位移与平抛初速度成正比。（2分）
（2）B（3分）
（2）B（3分）
【详解】待补
17．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ab边与磁场边界平行。线框在向右的拉力作用下以速度v匀速进入磁场。从ab边刚进入磁场直至cd边刚要进入磁场的过程中，求：
【详解】（1）ab边切割磁感线产生电动势（1分）
根据闭合电路欧姆定律
解得（1分）
根据右手定则可判断，电流方向沿adcba（或逆时针方向）（1分）
（2）根据焦耳定律（1分）
其中（1分）
代入解得（1分）
（3）ab边受安培力（1分）
安培力的冲量大小（1分）
代入解得（1分）
根据闭合电路欧姆定律
解得（1分）
根据右手定则可判断，电流方向沿adcba（或逆时针方向）（1分）
（2）根据焦耳定律（1分）
其中（1分）
代入解得（1分）
（3）ab边受安培力（1分）
安培力的冲量大小（1分）
代入解得（1分）
18．雪车是冬奥会的比赛项目之一，风驰电掣般的高速行驶是雪车的最大看点之一。北京2022年冬奥会雪车项目的比赛将在延庆赛区的国家雪车雪橇中心进行。雪车比赛所用赛道长1.5km左右，落差在100m至150m之间。比赛可以分为两个过程：过程1中运动员手推雪车沿斜向下的赛道奔跑获得初始速度，如图1所示；过程2中运动员跳入车体内，呈坐姿在弯曲的赛道上无动力滑行，如图2所示。 设雪车的质量为m₁，运动员的总质量为m₂，重力加速度为g，忽略冰面与雪车之间的摩擦。
【详解】（1）运动员推车奔跑过程中对雪车用动能定理（2分）
解得（2分）
（2）根据牛顿第二定律，转弯过程中运动员和雪车需要的向心力
（2分）
对运动员和雪车做受力分析，如答图1所示
根据平行四边形定则可知（2分）
代入解得（1分）
解得（2分）
（2）根据牛顿第二定律，转弯过程中运动员和雪车需要的向心力
（2分）
对运动员和雪车做受力分析，如答图1所示
根据平行四边形定则可知（2分）
代入解得（1分）
19．在研究物理学问题时，为了更好地揭示和理解物理现象背后的规律，我们需要对研究对象进行一定的概括和抽象，抓住主要矛盾、忽略次要因素，建构物理模型。谐振子模型是物理学中在研究振动问题时所涉及的一个重要模型。
【详解】（1）a.如答图2所示（2分）
b.由图像可知，当时弹簧恢复到原长
根据动量守恒定律
可得，此时（1分）
根据机械能守恒定律
（2分）
（2）原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图3所示（2分）
由题意可知，原子B处于r₁=r₀处时，
系统的动能为最大值，设为Ek₁
系统的势能为最小值，为
（1分）
原子B处于r₂=r₀-a处时，
系统的动能为0
系统的势能为最大值，为（1分）
根据能量守恒定律可得
解得（1分）
b.由图像可知，当时弹簧恢复到原长
根据动量守恒定律
可得，此时（1分）
根据机械能守恒定律
（2分）
（2）原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图3所示（2分）
由题意可知，原子B处于r₁=r₀处时，
系统的动能为最大值，设为Ek₁
系统的势能为最小值，为
（1分）
原子B处于r₂=r₀-a处时，
系统的动能为0
系统的势能为最大值，为（1分）
根据能量守恒定律可得
解得（1分）
20．利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
【详解】（1）设c、f两侧面之间的距离为L
当电场力与洛伦兹力相等时（2分）
又（1分）
其中
代入得（1分）
（2）层级1：由输出的霍尔电压可知c、f两侧哪侧电势高，进而可判断霍尔元件沿着x轴向哪个方向移动。（2分）
层级2：由题意可知，两块磁体的中间位置合磁场的磁感应强度为0，中间位置右侧的区域合磁场的方向向左，中间位置左侧的区域合磁场的方向向右。当霍尔元件处于中间位置右侧，且通有由a向b方向的电流时，根据左手定则可判断，自由电子受洛伦兹力的方向指向f一侧，因此f侧积累负电荷，c侧积累正电荷，c侧电势高；当霍尔元件处于中间位置左侧，情况则刚好相反，f侧电势高。若输出的霍尔电压显示c侧电势高，说明霍尔元件向x轴正方向移动；若f侧电势高，说明霍尔元件向x轴负方向移动。（4分）
（3）a.单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲，因此车轮转动的角速度
自行车的行驶速度（2分）
b.甲图可以反映自行车正常行驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹。
参考答案1：在自行车正常行驶时，车轮边缘上的一点同时参与两个运动，一是以速度v和自行车一起向前做直线运动，二是以线速度v绕车轴做圆周运动，因此车轮边缘上一点运动到最高点时相对地面的速度最大，大小为2v，运动到最低点时相对地面的速度最小，为0。甲图中的轨迹满足这一特点，而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向，不符合实际。
参考答案2：在自行车正常行驶时，车轮与地面之间不打滑，因此车轮与地面接触的一点相对地面的速度为0，即车轮边缘一点运动到最低点时相对地面的速度为0。甲图中的轨迹满足这一特点，而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向，不符合实际。（2分）
（注：其他分析方法合理也可得分）
当电场力与洛伦兹力相等时（2分）
又（1分）
其中
代入得（1分）
（2）层级1：由输出的霍尔电压可知c、f两侧哪侧电势高，进而可判断霍尔元件沿着x轴向哪个方向移动。（2分）
层级2：由题意可知，两块磁体的中间位置合磁场的磁感应强度为0，中间位置右侧的区域合磁场的方向向左，中间位置左侧的区域合磁场的方向向右。当霍尔元件处于中间位置右侧，且通有由a向b方向的电流时，根据左手定则可判断，自由电子受洛伦兹力的方向指向f一侧，因此f侧积累负电荷，c侧积累正电荷，c侧电势高；当霍尔元件处于中间位置左侧，情况则刚好相反，f侧电势高。若输出的霍尔电压显示c侧电势高，说明霍尔元件向x轴正方向移动；若f侧电势高，说明霍尔元件向x轴负方向移动。（4分）
（3）a.单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲，因此车轮转动的角速度
自行车的行驶速度（2分）
b.甲图可以反映自行车正常行驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹。
参考答案1：在自行车正常行驶时，车轮边缘上的一点同时参与两个运动，一是以速度v和自行车一起向前做直线运动，二是以线速度v绕车轴做圆周运动，因此车轮边缘上一点运动到最高点时相对地面的速度最大，大小为2v，运动到最低点时相对地面的速度最小，为0。甲图中的轨迹满足这一特点，而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向，不符合实际。
参考答案2：在自行车正常行驶时，车轮与地面之间不打滑，因此车轮与地面接触的一点相对地面的速度为0，即车轮边缘一点运动到最低点时相对地面的速度为0。甲图中的轨迹满足这一特点，而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向，不符合实际。（2分）
（注：其他分析方法合理也可得分）