2021 年高考全國甲卷物理試題 1. 如圖，將光滑長平板的下端置于鐵架臺水平底座上的擋板 P 處，上部架在橫桿上。橫桿的位置可在豎直 桿上調節(jié)，使得平板與底座之間的夾角 可變。將小物塊由平板與豎直桿交點 Q 處靜止釋放，物塊沿平板 從 Q 點滑至 P 點所用的時間 t 與夾角 的大小有關。若由 30逐漸增大至 60，物塊的下滑時間 t 將（ ） A. 逐漸增大 B. 逐漸減小 C. 先增大后減小 D. 先減小后增大 【答案】D 【解析】 【分析】 【詳解】設 PQ 的水平距離為 L，由運動學公式可知 21sincoLgt 可得 24sintg 可知 時，t 有最小值，故當 從由 30逐漸增大至 60時下滑時間 t 先減小后增大。45 故選 D。 2. “旋轉紐扣”是一種傳統(tǒng)游戲。如圖，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細繩擰在一起，然后用力反 復拉繩的兩端，紐扣正轉和反轉會交替出現(xiàn)。拉動多次后，紐扣繞其中心的轉速可達 50r/s，此時紐扣上距 離中心 1cm 處的點向心加速度大小約為（） A. 10m/s2 B. 100m/s2 C. 1000m/s2 D. 10000m/s2 【答案】C 【解析】 【分析】 【詳解】紐扣在轉動過程中 210rad/sn 由向心加速度 22m/sar 故選 C。 3. 兩足夠長直導線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內(nèi)，EO 與 在一條直線上， 與 OFOQPO 在一條直線上，兩導線相互絕緣，通有相等的電流 I，電流方向如圖所示。若一根無限長直導線通過電流 I 時，所產(chǎn)生的磁場在距離導線 d 處的磁感應強度大小為 B，則圖中與導線距離均為 d 的 M、N 兩點處的 磁感應強度大小分別為（） A. B、0 B. 0、2B C. 2B、2B D. B、B 【答案】B 【解析】 【分析】 【詳解】兩直角導線可以等效為如圖所示 的 兩直導線，由安培定則可知，兩直導線分別在 M 處的磁感應強 度方向為垂直紙面向里、垂直紙面向外，故 M 處的磁感應強度為零；兩直導線在 N 處的磁感應強度方向 均垂直紙面向里，故 M 處的磁感應強度為 2B；綜上分析 B 正確。 故選 B。 4. 如圖，一個原子核 X 經(jīng)圖中所示的一系列 、 衰變后，生成穩(wěn)定的原子核 Y，在此過程中放射出電 子的總個數(shù)為（） A. 6 B. 8 C. 10 D. 14 【答案】A 【解析】 【分析】 【詳解】由圖分析可知，核反應方程為 2382064091XY+Heab 設經(jīng)過 次 衰變， 次 衰變。由電荷數(shù)與質量數(shù)守恒可得ab ；23806428 解得 ，ab 故放出 6 個電子 。 故選 A。 5. 2021 年 2 月，執(zhí)行我國火星探測任務的 “天問一號”探測器在成功實施三次近火制動后，進入運行周期 約為 1.8105s 的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為 2.8105m。已知火星半徑約為 3.4106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為 3.7m/s2，則“天問一號”的停泊軌道與火星表面的最遠 距離約為（） A. 6105m B. 6106m C. 6107m D. 6108m 【答案】C 【解析】 【分析】 【詳解】忽略火星自轉則 2 GMmgR 可知 2 設與為 1.8105s 的橢圓形停泊軌道周期相同的圓形軌道半徑為 ，由萬引力提供向心力可知r 224GMmrT 設近火點到火星中心為 11Rd 設遠火點到火星中心為 22 由開普勒第三定律可知 3122()RrT 由以上分析可得 72610md 故選 C。 6. 某電場的等勢面如圖所示，圖中 a、b、c、d、e 為電場中的 5 個點，則（） A. 一正電荷從 b 點運動到 e 點，電場力做正功 B. 一電子從 a 點運動到 d 點，電場力做功為 4eV C. b 點電場強度垂直于該點所在等勢面，方向向右 D. a、b、c、d 四個點中，b 點的電場強度大小最大 【答案】BD 【解析】 【分析】 【詳解】A由圖象可知 b = e 則正電荷從 b 點運動到 e 點，電場力不做功，A 錯誤； B由圖象可知 a = 3V， d = 7V 根據(jù)電場力做功與電勢能的變化關系有 Wad = Epa - Epd = (a - d)( - e) = 4eV B 正確； C沿電場線方向電勢逐漸降低，則 b 點處的場強方向向左，C 錯誤； D由于電場線與等勢面處處垂直，則可畫出電場線分布如下圖所示 由上圖可看出，b 點電場線最密集，則 b 點處的場強最大，D 正確。 故選 BD。 7. 一質量為 m 的物體自傾角為 的固定斜面底端沿斜面向上滑動。該物體開始滑動時的動能為 ，向上 kE 滑動一段距離后速度減小為零，此后物體向下滑動，到達斜面底端時動能為 。已知 ，重力 k5Esin0.6 加速度大小為 g。則（） A. 物體向上滑動的距離為 k2Emg B. 物體向下滑動時的加速度大小為 5 C. 物體與斜面間的動摩擦因數(shù)等于 0.5 D. 物體向上滑動所用的時間比向下滑動的時間長 【答案】BC 【解析】 【分析】 【詳解】AC物體從斜面底端回到斜面底端根據(jù)動能定理有 2cos5kEmgl 物體從斜面底端到斜面頂端根據(jù)動能定理有 sins0kll 整理得 ； kElmg0.5 A 錯誤，C 正確； B物體向下滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有 sincosag 求解得出 5 B 正確； D物體向上滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有 sincosmagm上 物體向下滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有 sincosmagm下 由上式可知 a 上 a 下 由于上升過程中的末速度為零，下滑過程中的初速度為零，且走過相同的位移，根據(jù)公式 21lt 則可得出 t下上 D 錯誤。 故選 BC。 8. 由相同材料的導線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質量相等，但所用導線的橫截 面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的 2 倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間 后進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示。不計空氣阻力，已知下落過程 中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，可能出現(xiàn)的是（ ） A. 甲和乙都加速運動 B. 甲和乙都減速運動 C. 甲加速運動，乙減速運動 D. 甲減速運動，乙加速運動 【答案】AB 【解析】 【分析】 【詳解】設線圈到磁場的高度為 h，線圈的邊長為 l，則線圈下邊剛進入磁場時，有=2vgh 感應電動勢為 EnBlv 兩線圈材料相等（設密度為 ） ，質量相同（設為 ） ，則0m04lS 設材料的電阻率為 ，則線圈電阻 2016nllRSm 感應電流為 016EBvInl 安培力為 2016mvFBIl 由牛頓第二定律有 ga 聯(lián)立解得 2016FBvam 加速度和線圈的匝數(shù)、橫截面積無關，則甲和乙進入磁場時，具有相同的加速度。當 時，甲和 2016Bvg 乙都加速運動，當 時，甲和乙都減速運動，當 時都勻速。 2016Bvg2016Bvg 故選 AB。 三、非選擇題：第 912 題為必考題，每個試題考生都必須作答。第 1316 題為選考題，考 生根據(jù)要求作答。 （一）必考題 9. 為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學將貼有標尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾 角為 的斜面（已知 sin =0.34，cos =0.94） ，小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學用手機拍 攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得 5 個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔T=0.20s） 內(nèi)小銅塊沿斜面下滑的距離 si（i =1，2，3，4，5） ，如下表所示。 s1 s2 s3 s4 s5 5.87cm 7.58cm 9.31cm 11.02c m 12.74cm 由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為_m/s 2，小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù) 為_。 （結果均保留 2 位有效數(shù)字，重力加速度大小取 9.80m/s2） 【答案】 (1). 0.43 (2). 0.32 【解析】 【分析】【 詳解】1根據(jù)逐差法有 5421ssaT 代入數(shù)據(jù)可得小銅塊沿斜面下滑的加速度大小 20.43m/sa 2對小銅塊受力分析根據(jù)牛頓第二定律有 sincosga 代入數(shù)據(jù)解得 0.32 10. 某同學用圖（a）所示電路探究小燈泡的伏安特性，所用器材有： 小燈泡（額定電壓 2.5V，額定電流 0.3A） 電壓表（量程 300mV，內(nèi)阻 300 ） 電流表（量程 300mA，內(nèi)阻 0.27 ） 定值電阻 R0 滑動變阻器 R1（阻值 0-20 ） 電阻箱 R2（最大阻值 9999.9 ） 電源 E（電動勢 6V，內(nèi)阻不計） 開關 S、導線若干。 完成下列填空： （1）有 3 個阻值分別為 10 、20 、30 的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在 0300mA 的 U- I 曲線，R 0 應選取阻值為 _ 的定值電阻； （2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的_（填“a”或“b” ）端； （3）在流過電流表的電流較小時，將電阻箱 R2 的阻值置零，改變滑動變阻器滑片的位置，讀取電壓表和 電流表的示數(shù) U、I，結果如圖（b）所示。當流過電流表的電流為 10mA 時，小燈泡的電阻為_ （保留 1 位有效數(shù)字） ； （4）為使得電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為 3V，該同學經(jīng)計算知，應將 R2 的阻值調整為 _ 。然后調節(jié)滑動變阻器 R1，測得數(shù)據(jù)如下表所示： U/mV 24.0 46.0 76.0 110.0 128.0 152.0 184.0 216.0 250.0 I/mA 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 （5）由圖（b）和上表可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻_（填“增大” “減小” 或“不變” ） ； （6）該同學觀測到小燈泡剛開始發(fā)光時流過電流表的電流為 160mA，可得此時小燈泡電功率 W1=_W（保留 2 位有效數(shù)字） ；當流過電流表的電流為 300mA 時，小燈泡的電功率為 W2，則 =_（保留至整數(shù)） 。 21 【答案】 (1). 10 (2). a (3). 0.7 (4). 2700 (5). 增大 (6). 0.074 (7). 10 【解析】 【分析】 【詳解】 （1）1因為小燈泡額定電壓 2.5V，電動勢 6V，則滑動滑動變阻器時，為了保證電路安全，需要 定值電阻分擔的電壓 6V2.53.U 則有 0.1.7AR 則需要描繪小燈泡在 0300mA 的伏安特性曲線，即 R0 應選取阻值為 10 ； （2）2為了保護電路，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的 a 端； （3）3由圖可知當流過電流表的電流為 10mA 時，電壓為 7mV，則小燈泡的電阻為3710=.7R （4）4由題知電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為 3V 時，有2V30. 解得 270R （5）5由圖（b）和表格可知流過小燈泡電流增加，圖像中 變大，則燈絲的電阻增大； UI （6）6根據(jù)表格可知當電流為 160mA 時，電壓表的示數(shù)為 46mA，根據(jù)（4）的分析可知此時小燈泡兩 端電壓為 0.46A，則此時小燈泡電功率 W1=0.46V0.16A0.074W 7同理可知當流過電流表的電流為 300mA 時，小燈泡兩端電壓為 2.5V，此時小燈泡電功率 W2=2.5V0.3A=0.75W 故有 210.754 11. 如圖，一傾角為 的光滑斜面上有 50 個減速帶（圖中未完全畫出） ，相鄰減速帶間的距離均為 d，減 速帶的寬度遠小于 d；一質量為 m 的無動力小車（可視為質點）從距第一個減速帶 L 處由靜止釋放。已知 小車通過減速帶損失的機械能與到達減速帶時的速度有關。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過第 30 個減速帶后，在相 鄰減速帶間的平均速度均相同。小車通過第 50 個減速帶后立刻進入與斜面光滑連接的水平地面，繼續(xù)滑 行距離 s 后停下。已知小車與地面間的動摩擦因數(shù)為 ，重力加速度大小為 g。 （1）求小車通過第 30 個減速帶后，經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能； （2）求小車通過前 30 個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機械能； （3）若小車在前 30 個減速帶上平均每一個損失的機械能大于之后每一個減速帶上損失的機械能，則 L 應 滿足什么條件？ 【答案】 （1） ；（2） ；（3）sinmgd 29sin30gLdmgssinLd 【解析】 【分析】 【詳解】 （1）由題意可知小車在光滑斜面上滑行時根據(jù)牛頓第二定律有 sinmga 設小車通過第 30 個減速帶后速度為 v1，到達第 31 個減速帶時的速度為 v2，則有21vd 因為小車通過第 30 個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同，故后面過減速帶后的速度與到達下 一個減速帶均為 v1 和 v2；經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能為 221Emv 聯(lián)立以上各式解得 singd （2）由（1）知小車通過第 50 個減速帶后的速度為 v1，則在水平地面上根據(jù)動能定理有 210ms 從小車開始下滑到通過第 30 個減速帶，根據(jù)動能定理有 2129singLdEv總 聯(lián)立解得 =siEmmgs總 故在每一個減速帶上平均損失的機械能為 29sin3030gLds總 （3）由題意可知 E 可得 sinLd 12. 如圖，長度均為 l 的兩塊擋板豎直相對放置，間距也為 l，兩擋板上邊緣 P 和 M 處于同一水平線上， 在該水平線的上方區(qū)域有方向豎直向下的勻強電場，電場強度大小為 E；兩擋板間有垂直紙面向外、磁感 應強度大小可調節(jié)的勻強磁場。一質量為 m，電荷量為 q（q0）的粒子自電場中某處以大小為 v0 的速度 水平向右發(fā)射，恰好從 P 點處射入磁場，從兩擋板下邊緣 Q 和 N 之間射出磁場，運動過程中粒子未與擋 板碰撞。已知粒子射入磁場時的速度方向與 PQ 的夾角為 60，不計重力。 （1）求粒子發(fā)射位置到 P 點的距離； （2）求磁感應強度大小的取值范圍； （3）若粒子正好從 QN 的中點射出磁場，求粒子在磁場中的軌跡與擋板 MN 的最近距離。 【答案】 （1） ；（2） ；（3）粒子運動軌跡見解析， 036mvqE002(3)vmvBqll 39104l 【解析】 【分析】 【詳解】 （1）帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動，由類平拋運動規(guī)律可知 0 xvt 21qEyatm 粒子射入磁場時的速度方向與 PQ 的夾角為 60，有 0 tan3yxvt 粒子發(fā)射位置到 P 點的距離 2sy 由式得 20136mvsqE （2）帶電粒子在磁場運動在速度 0023cosv 帶電粒子在磁場中運動兩個臨界軌跡（分別從 Q、N 點射出）如圖所示 由幾何關系可知，最小半徑 min 32cos0lrl 最大半徑 max 2(31)cos75lrl 帶電粒子在磁場中做圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，由向心力公式可知 2vqBr 由解得，磁感應強度大小的取值范圍 0022(3)mvvqll （3）若粒子正好從 QN 的中點射出磁場時，帶電粒子運動軌跡如圖所示。 由幾何關系可知 52sinll 帶電粒子的運動半徑為 354cos(0)lr 粒子在磁場中的軌跡與擋板 MN 的最近距離 min33(si)drlr 由式解得 39104dl （二）選考題： 物理 選修 3-3 13. 如圖，一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個不同過程，分別由體積- 溫度（V-t）圖上的兩條直線 I 和表示， V1 和 V2 分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標；t 0 為它們的延長線與橫軸交點的橫坐標，t 0 是它們的延長線與 橫軸交點的橫坐標，t 0=-273.15；a 、 b 為直線 I 上的一點。由圖可知，氣體在狀態(tài) a 和 b 的壓強之比 =_；氣體在狀態(tài) b 和 c 的壓強之比 =_。 abp bcp 【答案】 (1). 1 (2). 21V 【解析】 【分析】 【詳解】1根據(jù)蓋呂薩克定律有 273Vkt 整理得 t 由于體積-溫度（V- t）圖像可知，直線 I 為等壓線，則 a、 b 兩點壓強相等，則有1bp 2設 時，當氣體體積為 其壓強為 ，當氣體體積為 其壓強為 ，根據(jù)等溫變化，則有0Ct 1V1p2V2p 2 由于直線 I 和各為兩條等壓線，則有 ，1bp2cp 聯(lián)立解得 12bcVp 14. 如圖，一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體，中間的隔板將氣體分為 A、B 兩部分；初始時， A、B 的體積均為 V，壓強均等于大氣壓 p0，隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置，當隔板兩邊壓強差超過 0.5p0 時隔板就會滑動，否則隔板停止運動。氣體溫度始終保持不變。向右緩慢推動活塞，使 B 的體積減 小為 。2 （i）求 A 的體積和 B 的壓強； （）再使活塞向左緩慢回到初始位置，求此時 A 的體積和 B 的壓強。 【答案】 （i） ， ；（） ，0.4AV02Bp (51)AV 0354Bp 【解析】 【分析】 【詳解】 （i）對 B 氣體分析，等溫變化，根據(jù)波意耳定律有 012BpV 解得 0B 對 A 氣體分析，根據(jù)波意耳定律有 0ApV 0.5ABpp 聯(lián)立解得 .4AV （）再使活塞向左緩慢回到初始位置，假設隔板不動，則 A 的體積為 ，由波意耳定律可得 32V00pV 則 A 此情況下的壓強為 002 .53Bp 則隔板一定會向左運動，設穩(wěn)定后氣體 A 的體積為 、壓強為 ，氣體 B 的體積為 、 壓強為 ，AVA BVBp 根據(jù)等溫變化有 ，0Ap0Bp ，2ABV 0.5 聯(lián)立解得 （舍去）， 0453Bp 03+4Bp(1)AV 物理 選修 3-4 15. 如圖，單色光從折射率 n=1.5、厚度 d=10.0cm 的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為 m/s，則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為 _m/s；對于所有可能的入射角，該單色光通8310 過玻璃板所用時間 t 的取值范圍是 _st0） ，質點 A 位于波峰。求 （i）從 t1 時刻開始，質點 B 最少要經(jīng)過多長時間位于波峰； （ii）t 1 時刻質點 B 偏離平衡位置的位移。 【答案】 （i）0.8s；（ii）-0.5cm 【解析】 【分析】 【詳解】 （i）因為波長大于 20cm，所以波的周期 1.0sTv 由題可知，波的周期是 2.st 波的波長 4cmvT 在 t1 時刻（t 10） ，質點 A 位于波峰。因為 AB 距離小于一個波長，B 到波峰最快也是 A 的波峰傳過去，所 以 從 t1 時刻開始，質點 B 運動到波峰所需要的最少時間 10.8sABxtv （ii）在 t1 時刻（t 10） ，由題意可知，此時圖象的函數(shù)是 cos(m)2yx t1 時刻質點 B 偏離平衡位置的位移 s0.5c1BB