2021年物理高考真题卷--北京（含答案解析）.pdf

北京市2021年普通高中学业水平等级性考试物 理本试卷共100分,考试时长9 0分钟。第一部分本部分共14题,每题3分，共4 2分。在每题列出的四个选项中,选出最符合题目要求的一项。1.硼(B)中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物,随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的a粒子和锂(Li)离子。这个核反应的方程是7 14A.1B+Jn-3Li+He B&B+卵e-7 N+Jn17 14C.尹N+胃H ef 8 0+担 D./N+/n-6 C+JH2.如图所示的平面内，光束a经圆心。射入半圆形玻璃砖，出 射 光 为 枚c两束单色光。下列说法正确的是A.这是光的干涉现象B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度3.一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后A质点比人质点先回到平衡位置。下列判断正确的是A.该简谐横波沿x轴负方向传播B.此时人质点沿y轴正方向运动C.此时人质点的速度比人质点的小D.此时4质点的加速度比/质点的小4.比较45 C的热水和100 的水蒸气，下列说法正确的是A.热水分子的平均动能比水蒸气的大B.热水的内能比相同质量的水蒸气的小C.热水分子的速率都比水蒸气的小 D.热水分子的热运动比水蒸气的剧烈5.一正弦式交变电流的it图像如图所示。下列说法正确的是A.在t=0.4 s时电流改变方向B.该交变电流的周期为0.5 sC.该交变电流的表达式为；-2 c o s 5 n t AD.该交变电流的有效值为当A6 .2 0 2 1年5月，天问一号探测器成功在火星软着陆,我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。天问一号在火星停泊轨道运行时,近火点距离火星表面2.8 X 1 0,k m、远火点距离火星表面5.9 X 1 0 k m,则天间一号A.在近火点的加速度比远火点的小 B.在近火点的运行速度比远火点的小C.在近火点的机械能比远火点的小 D.在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动7 .如图所示,在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为A的电阻,质量为小、电阻为r的导体棒数置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。以水平向右的初速度”开始运动,最终停在导体框上。在此过程中bA.导体棒做匀减速直线运动 B.导体棒中感应电流的方向为a f 8C.电阻不消耗的总电能为端号D.导体棒克服安培力做的总功小于8.如图所示,高速公路上汽车定速巡航（即保持汽车的速率不变）通过路面abed,其 中 段 为 平 直 上 坡 路面，左段为水平路面,c d段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是bA.在段汽车的输出功率逐渐减小 B.汽车在数段的输出功率比A段的大C.在c d段汽车的输出功率逐渐减小 D.汽车在c d段的输出功率比曲段的大9.如图所示的平面内，有静止的等量异号点电荷，以A两点关于两电荷连线对称,M、一两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是A.M点的场强比夕点的场强大B.M点的电势比N点的电势高C.N点的场强与点的场强相同D.电子在.点的电势能比在尸点的电势能大10.如图所示,圆盘在水平面内以角速度。绕中心轴匀速转动，圆盘上距轴z处的一点有一质量为勿的小物体随圆盘一起转动。某时刻圆盘突然停止转动，小物体由。点滑至圆盘上的某点停止。下列说法正确的是A.圆盘停止转动前，小物体所受摩擦力的方向沿运动轨迹切线方向B.圆盘停止转动前,小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为2m3 rC.圆盘停止转动后，小物体沿圆盘半径方向运动I).圆盘停止转动后，小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为1113 r11.某同学搬运如图所示的磁电式电流表时,发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议,该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运,发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是A.未接导线时,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势B.未接导线时,表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用C.接上导线后,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势D.接上导线后,表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用12.如图所示,在x 0坐标系的第一象限内存在匀强磁场。一带电粒子在点以与x轴正方向成6 0。的方向垂直磁场射入，并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为以电荷量为7,02。不计重力。根据上述信息可以得出A.带电粒子在磁场中运动的轨迹方程B.带电粒子在磁场中运动的速率C.带电粒子在磁场中运动的时间 D.该匀强磁场的磁感应强度13.某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示,弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20 cm刻度处;下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40 cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是6A.30 cm刻度对应的加速度为3.5g B.40 cm刻度对应的加速度为gC.50 cm刻度对应的加速度为2g D.各刻度对应加速度的值是不均匀的14.北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源,计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为105 m l 0 m,对应能量范围约为10 eV 105 eV）,光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称 为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为10 eV,回旋一圈辐射的总能量约为10 eV。下列说法正确的是A.同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B.用同步辐射光照射氢原子,不能使氢原子电离C.蛋白质分子的线度约为IO-8 m,不能用同步辐射光得到其衍射图样D.尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小第二部分本部分共6 题，共 58分。15.（8 分）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如:3 主尺 4 cmI I I I I I I I I l l i I|I I I I|I I I I I0 游标尺 10图1（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2 所示，氏C、为纸带上标出的连续3 个计数点,相邻计数点之间还有4 个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则 打 C点时，纸带运动的速度吐=m/s（结果保留小数点后两位）。（3）实验原理。图 3 为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后,要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。16.（10分）在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一金属丝的电阻。（1）该同学先用多用电表欧姆“X I”挡粗测该金属丝的电阻，示数如图1 所示,对应的读数是Q。（2）除电源（电动势3.0 V,内阻不计）、电压表（量程0 3 V,内阻约3 kQ）、开关、导线若干外，还提供如下实验器材：A.电流表（量程0 7）.6 A,内阻约0.1 Q）B.电流表（量程0 3 0 A,内阻约0.02 Q）C.滑动变阻器（最大阻值10 Q,额定电流2A）D.滑动变阻器（最大阻值1 k Q,额定电流0.5 A）为了调节方便、测 量 准 确,实 验 中 电 流 表 应 选 用，滑 动 变 阻 器 应 选 用。(选填实验器材前对应的字母)(3)该同学测量金属丝两端的电压和通过金属丝的电流/,得到多组数据，并在坐标图上标出，如 图 2所示。请作出该金属丝的图线,根据图线得出该金属丝电阻R=Q (结果保留小数点后两位).图1图2(4)用电流传感器测量通过定值电阻的电流，电流随时间变化的图线如图3所示。将定值电阻替换为小灯泡,电流随时间变化的图线如图4所示,请分析说明小灯泡的电流为什么随时间呈现这样的变化。O 闭合开关)O 闭合开关)图3图41 7.(9 分)如图所示，小物块4 6的质量均为卬丸1 0 k g,6静止在轨道水平段的末端。力以水平速度”与 6碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的竖直高度为方=0.4 5 m,两物块落地点距离轨道末端的水平距离为s O.3 0 m,取重力加速度g=1 0 m/s 求：(1)两物块在空中运动的时间t；(2)两物块碰前力的速度外的大小;(3)两物块碰撞过程中损失的机械能A瓦18.(9分)如图所示,，为粒子加速器;N为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为民从S点释放一初速度为0、质量为卬、电荷量为9 的带正电粒子，经 加速后恰能以速度-沿直线(图中平行于导体板的虚线)通过其不计重力。U _BX X X XS -X X X XM N求粒子加速器也的加速电压；(2)求速度选择器N两板间的电场强度6 的大小和方向；(3)仍从S点释放另一初速度为0、质量为2卬、电荷量为q 的带正电粒子，离开及时粒子偏离图中虚线的距离 为d,求该粒子离开 时的动能区。19.(10分)类比是研究问题的常用方法。(1)情 境 1：物体从静止开始下落,除受到重力作用外,还受到一个与运动方向相反的空气阻力f=kv(k为常量)的作用。其速率 随 时 间 力 的 变 化 规 律 可 用 方 程 片 喏(然)描 述，其中必为物体质量，C为其重力。求物体下落的最大速率小(2)情境2:如 图 1所示，电源电动势为线圈自感系数为，电路中的总电阻为R。闭合开关S,发现电路中电 流/随 时 间t的变化规律与情境1 中物体速率r 随时间t的变化规律类似。类比或，写出电流/随时间 t 变化的方程;并在图2 中定性画出_ /V 图线。/|CO J .图1图2(3)类比情境1和情境2 中的能量转化情况,完成下表。情 境1 情境2物体重劣势能的减小I-物体动能的增加量电阻户上消耗的电能20.(12分)秋千由踏板和绳构成,人在秋千上的摆动过程可以简化为单摆的摆动，等 效“摆球”的质量为勿，人蹲在踏板上时摆长为Z,人站立时摆长为72o不计空气阻力,重力加速度大小为.(1)如 果 摆 长 为 人“摆球”通过最低点时的速度为匕求此时“摆球”受到拉力T的大小。(2)在没有别人帮助的情况下，人可以通过在低处站起、在高处蹲下的方式使“摆球”摆得越来越高。a.人蹲在踏板上从最大摆角外开始运动,到最低点时突然站起,此后保持站立姿势摆到另一边的最大摆角为%。假定人在最低点站起前后“摆球”摆动速度大小不变,通过计算证明b.实际上人在最低点快速站起后“摆球”摆动速度的大小会增大。随着摆动越来越高，达到某个最大摆角。后,如果再次经过最低点时,通过一次站起并保持站立姿势就能实现在竖直平面内做完整的圆周运动,求在最低点“摆球”增加的动能笈应满足的条件。1.A【必备知识】本题考查核反应方程的书写，考查的学科素养是物理观念.【解题思路】由初表示中子、卵e 表示a 粒子，以及核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，选项A正确。2.C【学科素养】本题考查的学科素养是物理观念和科学思维。【解题思路】这是光的色散现象,选项A错误；由图可知,光束6 偏离原方向的角度较大（折射角更小），故玻璃砖对光束b的折射率较大,因此光束b的频率较大,结合c=/l f 可知,光束b的波长较小,故B错误,C正确；由 可 知,在 玻 璃 嵇 中 光 束b的传播速度较小,D错误。3.D【关键能力】本题考查考生对波形图的理解,考查考生的推理论证能力。【解题思路】质点比/质点先回到平衡位置,则4 质点此时的振动方向沿y 轴负方向，结合同侧法可知波沿x 轴正方向传播,A、B错误;此时/质点的速度为零、人质点的速度大于零,C错误;此时质点偏离平衡位置的位移比 质点的小，由 可 知m,此 时 小 质 点 的 加 速 度 比 质点的小,D正确。4.B【必备知识】本题考查分子平均动能、内能等知识点。【解题思路】由于温度是分子平均动能的标志,故热水分子的平均动能比水蒸气的小,A错误;热水与相同质量的水蒸气相比,分子数相同，水蒸气分子的平均动能和分子势能均比较大,故热水的内能比相同质量的水蒸气的小,B正确;热水分子的平均速率比水蒸气的小，但并不是每个热水分子的速率都比水蒸气的小，故C错误;水蒸气分子的热运动比热水的剧烈，故 D错误。5.C【学科素养】本题考查的学科素养是物理观念和科学思维。【解题思路】在 tR.4 s 时电流最大，由于方向不变,A错误;该交变电流的周期为0.4 s,B 错误；Q号”,故该交变电流的表达式为k 2cos 5 n t A,C正确；该交变电流的有效值为好A,D错误。6.D【关键能力】本题考查天体运动规律,考查考生的推理论证能力。【解题思路】由 翠R a 可 得 a孝，故“天问一号”在近火点的加速度比远火点的大,A错误；由开普勒第二定律可知,在近火点的运行速度比远火点的大,B错误；“天问一号”在停泊轨道上运行的过程机械能守恒，故“天问一号”在近火点的机械能等于在远火点的机械能,C错误；“天问一号”在近火点通过减速使万有引力等于向心力,可实现绕火星做圆周运动,D正确。【规律总结】做圆周运动的物体,当突然减速时，将做近心运动；当突然加速时，将做离心运动。7.C【学科素养】本题考查电磁感应的应用，考查的学科素养是物理观念。【解题思路】由右手定则可知，导体棒中感应电流的方向为 a,B错误；由左手定则可知,安培力方向向左，导体棒的速度逐渐变小,故感应电动势逐渐变小,感应电流逐渐变小,导体棒受到的安培力逐渐变小,加速度逐渐变小,故A错误；由能量守恒定律可知I,总电阻消耗的总电能为?”衣，故电阻消耗的总电能为黑,C正确；由动能定理可知,导体棒克服安培力做的总功等于夕”左D错误。【规律总结】在电磁感应中，导体棒切割磁感线运动过程中，克服安培力做的总功等于回路中产生的总电能;在纯电阻电路中,通过电流做功将电能转化为焦耳热.8.B【学科素养】本题考查的学科素养是物理观念和科学思维。【解题思路】汽车的输出功率等于牵引力的功率P=Fv,汽车的速率不变,在段的牵引力大小不变,故汽车在段的输出功率不变,A错误;同理,选项C错误;经分析可知,汽车在数段受到的牵引力比A 段的大，又两段的速率相等，由 4r 可知汽车在公段的输出功率比曲段的大,B正确;汽车在cd段的牵引力比be段的小，同理可知,选项D错误。9.C【关键能力】本题考查考生的推理论证能力和模型建构能力。【解题思路】由等量异号点电荷产生电场的对称性,可知必点的场强大小与一点的相等,A错误;正电荷在 点 与 N点在产生的电势相等,负电荷在 点与N点产生的电势也相等，故 点 与 N点电势相等,B错误;N点的场强与P 点的场强大小相等、方向相同,C正确；由电场线从正电荷出发到负电荷终止,沿电场线电势逐渐降低,可知必点电势比。点 高,结 合 耳 可 知,带负电的电子在 点的电势能比在0 点的电势能小,D错误。10.D【必备知识】本题考查圆周运动、冲量、动量定理等知识点。【解题思路】圆盘停止转动前，小物体所受的摩擦力方向指向转轴提供向心力，故 A错误；由动量定理可知，圆盘停止转动前，小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为零,B错误;圆盘停止转动后，小物体沿运动轨迹的切线方向运动,C错误；由动量定理可知,整个滑动过程摩擦力的冲量大小/=勿。广0=0。,D正确。11.D【学科素养】本题考查电磁阻尼的应用，考查的学科素养是科学探究。【解题思路】未接导线时,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，但不构成回路,故不产生感应电流，不受安培力作用,AB错误;接上导线后,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势,在闭合回路中产生感应电流,受到安培力的作用，是电磁阻尼的表现,C错误,D正确。【归纳总结】产生感应电流的条件:穿过闭合回路的磁通量变化;产生感应电动势的条件:穿过回路的磁通量变化。12.A【必备知识】本题考查带电粒子在磁场中的运动。【解题思路】如图,找出轨迹圆心0 画出带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹，利用三角函数知识求出轨迹半径二 7 丁,则轨迹方程为了2+3 6 功2=才6 9 0,%0),故 A正确；由洛伦兹力提供向心力有sm60 3 3，产，故喈,因为5和 均未知,故选项B D 错误;因为产看 8未知,不能求出周期T,故不能求出带电粒子在磁场中运动的时间,C错误。【回归教材】本题源自新人教版选择性必修第二册P 1 5 第 3 题，题目已知条件及要求等几乎全部相同。1 3.A【必备知识】本题考查胡克定律、牛顿第二定律等知识。【解题思路】设弹簧的劲度系数为k,取竖直向上为正方向，由题意可知,指针位于4 0 c m 刻度时,加速度为零,B错误;指针位于4 0 c m 刻度时，有 A（4 0 c m-20 c m）-侬穴）,指针位于3 0 c m 刻度时，有在（3 0 c m-20 c m）-mg=ma”结合B中分析得以=0.5g,A正确；指针位于50 c m 刻度时,有A（50 c m-20 c m）-mg=ma2,联立解得a 2K.5g,C错误;设弹簧的形变量大小为x,则有kxmg=ma,x与a是线性关系,故各刻度对应加速度的值是均匀的,D 错误。【回归教材】本题源自新人教版必修第一册P1 0 6 第 9 题制作“竖直加速度测量仪”。它也是新课标建议的活动内容。1 4.D【学科素养】本题考查电离、衍射条件等知识点,考查的学科素养是物理观念和科学思维。【解题思路】速度接近光速的电子在磁场中偏转时,会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射,而氢原子发光的机理是电子从高轨道跃迁到低轨道，氢原子放出能量（发光），A错误;用大于1 3.6 e V 的同步辐射光照射氢原子,就能使氢原子电离，故 B 错误;蛋白质分子的线度约为IO 8 m,波长范围在1 0+m的同步辐射光满足衍射明显的条件，故能用同步辐射光得到蛋白质分子的衍射图样,C错误；以接近光速运动的单个电子能量约为 IO,e V,回旋一圈辐射的总能量约为1 0,e V,因此电子回旋一圈后能量不会明显减小，故 D正确。1 5.【参考答案】（1）3 1.4（2 分）（2）0.4 4（2 分）（3）见解题思路（4分）【关键能力】本题考查“探究加速度与力的关系”的实验,意在考查考生的实验探究能力。【解题思路】（1）内径为3 1 m m M X 0.1 m m。（2）由题意知，相 邻 计 数 点 之 间 的 时 间 间 隔 1s,叱 舞 上 甯 型 x i o 2 m/sR.4 4 tn/s.（3）设绳的拉力为T,小车运动的加速度为a,对桶和砂,有mg-片网对小车,有T=Ma,联立解得7 彳1 一侬，小车受到绳的拉力 等于小车受到的合力F,即F/m g工mg,M+mM+m 1+M可见,只有桶和砂的总质量m比小车质量”小得多时,才能认为桶和砂所受的重力侬等于使小车做匀加速直线运动的合力凡1 6 .【参考答案】（1）6（1 分）（2）A（2 分）C（2 分）（3）如图（1 分）5.8 0（5.8 0 0.0 5,2 分）（4）见解题思路（2分）【关键能力】本题考查测量金属丝的电阻的实验,意在考查考生的实验探究能力。【解题思路】（2）由于电源电动势为3.0 V,金属丝的电阻约为6 Q,故流过金属丝的最大电流约为啜65 A,故电流表选量程0 0.6 A的 A;为了方便调节,滑动变阻器要选最大阻值较小的C （3）金属丝U-I图线的斜率为其电阻,则力乂-鲁 三26 8 0 Q。（4）刚闭合开关时，灯丝温度较低，电阻较小，电流较0.45A-0.20A大;随着灯丝温度升高，电阻逐渐增大，电流逐渐减小；当灯丝发热与散热平衡时,温度不变，电阻不变，电流保持不变。1 7 .（1）t=0.3 0 s （2）vo=2.0 m/s（3）E=0.1 0 J【关键能力】本题考查动量守恒定律和平抛运动规律等知识,意在考查考生的推理论证能力。【解题过程】（1）两物块碰撞后，竖直方向的运动为自由落体运动则 有 展/（1 分）解得 t-0.3 0 s（l 分）（2）设力、笈碰后瞬间的速度为匕水平方向的运动为匀速运动,则有s=vt分）解得 K-1.0 m/s（l 分）根 据 动 量 守 恒 定 律 有 分）解得 vo=2.0 m/s（l 分）（3）根据能量守恒定律可得，两物块碰撞过程中损失的机械能少点 1 乂2 0/（2分）解得A O I O J（1 分）1 8.唠 后 组 方 向 垂 直 导 体 板 向 下&名 G+qB vd【关键能力】本题考查带电粒子在电场及电磁复合场中的运动,意在考查考生的推理论证能力。【解题过程】（1）粒子在加速器中的加速过程,根据功能关系有qUmv（2 分）解 得 启 用（1分）2 72,则 c o s%c o s。2（1 分）所 以%）氏（1 分）b.设“摆球”由最大摆角夕摆至最低点时动能为民根据功能关系得&二mgh（1 -c o s。）（1 分）“摆球”在竖直平面内做完整的圆周运动,设通过最高点的最小速度为根据牛顿第二定律得哨二哈（1分）“摆球”在竖直平面内做完整的圆周运动，根据功能关系有色2 2 侬/号脂（2分）解得 Emgh-mglx（1 -c o s。）（1 分）