2021年物理高考真题卷--全国乙（含答案解析）.pdf

2021年普通高等学校招生全国统一考试全国乙卷物 理二、选择题:本题共8 小题，每小题6 分，共 48分。在每小题给出的四个选项中，第 1418题只有一项符合题目要求，第 19-21题有多项符合题目要求。全部选对的得6 分，选对但不全的得3 分，有选错的得0 分。14.如图,光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系(可视为惯性系)中,从撤去推力开始,小车、弹簧和滑块组成的系统IA.动量守恒,机械能守恒B.动量守恒,机械能不守恒C.动量不守恒,机械能守恒D.动量不守恒,机械能不守恒15.如图(a),在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应，在金属平板上表面产生感应电荷，金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示，相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于 和N处,该试探电荷受到的电场力大小分别为凡和民相应的电势能分别为扁和&、,则图(a)图(b)A.FRF、,瓦”瓦、B.FDF,瓦 瓦 tC.F与瓦 欣 瓦 D.FDR,&心16.如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,质量为m、电荷量为q(q 0)的带电粒子从圆周上的M点沿直径机2V方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为阿，离开磁场时速度方向偏转90 ;若射入磁场时的速度大小为例离开磁场时速度方向偏转60 。不计重力，则最为:J1tX-Af x xOx x；Nx X X X/、W，A.i B.C.D.V32 3 21 7.医学治疗中常用放射性核素3I n 产生Y射线,而,3I n 是由半衰期相对较长的3S n 衰变产生的。对于质量为m的l l 3S n,经过时间 后剩余的1 1 3S n 质量为m,其二H 图线如图所示。从 图 中 可 以 得 到 的 半 衰 期A.6 7.3 d B.1 0 1.0 dC.1 1 5.1 d D.1 2 4.9 d1 8.科学家对银河系中心附近的恒星S 2 进行了多年的持续观测,给出1 9 9 4 年到2 0 0 2 年间S 2 的位置如图所示。科学家认为S 2 的运动轨迹是半长轴约为1 0 0 0 A U（太阳到地球的距离为1 A U）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了 20 20 年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力,设太阳的质量为M,可以推测出该黑洞质量约为A.4 X 1 0#B.4 X 1 0%C.4 X 1 0%D.4 X 1 0%1 9.水平桌面上，一质量为勿的物体在水平恒力/拉动下从静止开始运动。物体通过的路程等于s 0 时,速度的大小为的，此时撒去K物体继续滑行2s。的路程后停止运动。重力加速度大小为外则A.在此过程中尸所做的功为人说B.在此过程中产的冲量大小等于|必的C.物体与桌面间的动摩擦因数等 于 福D.尸的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2 倍20.四个带电粒子的电荷量和质量分别为（+q,卬）、（+）7,2/0）、（+3 g,3 血、（-?,），它们先后以相同的速度从坐标原点沿x 轴正方向射入一匀强电场中，电场方向与y轴平行。不计重力。下列描绘这四个粒子运动C D21.水平地面上有一质量为股的长木板,木板的左端上有一质量为汲的物块，如图（a）所示。用水平向右的拉力尸作用在物块上，尸随时间的变化关系如图（b）所示，其中、内分别为尔友时刻尸的大小。木板的加速度&随时间/的变化关系如图（c）所示。己知木板与地面间的动摩擦因数为小，物块与木板间的动摩擦因数为外。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为外则图(a)图(b)图(c)A.R=umg1 3.笈=如(+如)(心-小)八C.2,m1+m-2-PiD.在 0 上时间段物块与木板加速度相等二、非选择题:共6 2分。第 22 25 题为必考题,每个试题考生都必须作答。第 3 3 3 4 题为选考题,考生根据要求作答。（一）必考题:共4 7 分。2 2.（5 分）某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.0 5 s 发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5 c m,该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。完成下列填空：(结果均保留2 位有效数字)(1)小球运动到图(b)中位置A时,其速度的水平分量大小为.m/s;(2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为.m/s,竖直分量大小为m/s22 3.(1 0 分)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势以约1.5 V)和内阻(小于2 Q)。图中电压表量程为1 V,内阻吊=3 8 0.0 Q;定值电阻尼=2 0.0 Q ;电阻箱尺最大阻值为9 9 9.9 Q;S 为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:图(a)为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选 Q (填“5.0”或“1 5.0”);1.601.401.201.000.80图(b)(2)闭合开关,多次调节电阻箱，记录下阻值和电压表的相应读数优根据图所示电路，用 R而、R、后 和 二 表 示 也 得 尹;(4)利用测量数据，做9 -/?图线，如图(b)所示；(5)通过图(b)可得E=V(保留2 位小数)，r=。(保留1 位小数)；(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E ,由此产生的误差为|呼|X 1 0 0 C=%。2 4.(1 2 分)一篮球质量为卬=0.6 0 k g,一运动员使其从距地面高度为九=1.8 m处由静止自由落下,反弹高度为友=1.2 若使篮球从距地面=1.5 m的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球，球落地后反弹的高度也为1.5 m。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为 =0.2 0 s;该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取g =1 0 m/s；不计空气阻力。求(1)运动员拍球过程中对篮球所做的功；(2)运动员拍球时对篮球的作用力的大小。2 5.(2 0 分)如图,一倾角为a的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.0 6 kg 的 U型导体框,导体框的电阻忽略不计;一电阻7?=3 Q的金属棒切的两端置于导体框上,与导体框构成矩形回路丽；砂与斜面底边平行,长度Z=0.6 m o初始时CD与原 相 距 So=0.4 m,金属棒与导体框同时由静止开始下滑,金属棒下滑距离s产5 m后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域,磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行;金属棒在磁场中做匀速运动,直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的项边正好进入磁场,并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好,磁场的磁感应强度大小B=1 T,重力加速度大小取g=10 m/s*sin a=0.6。求(1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数;(3)导体框匀速运动的距离。(二)选考题:共15分。请考生从2 道物理题中任选一题作答。如果多做，则按所做的第一题计分。33.物理选修3-3(15分)（1）（5 分）如图，一定量的理想气体从状态a（m儿为经热力学过程a。、be、ca后又回到状态a。对于血、be、ca三个过 程,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。分）A.过程中，气体始终吸热B.ca过程中，气体始终放热C.ca过程中，气体对外界做功D.6 c过程中，气体的温度先降低后升高E.8 c过程中,气体的温度先升高后降低（2）（1 0 分）如图,一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管4、B、。粗细均匀,4、8 两管的上端封闭，。管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。尔 6两管的长度分别为4=1 3.5 c m,入=3 2 c m。将水银从C 管缓慢注入,直至氏C 两管内水银柱的高度差方巧c m。已知外界大气压为例=7 5 c m Hgo求力、6两管内水银柱的高度差。IL jAJJE3 4.物理选修3 （1 5 分）(1)(5 分)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3 s 后，其波形曲线如图中虚线所示。己知该波的周期T 大于0.3 s 若波是沿A轴正方向传播的，则该波的速度大小为 m/s,周期为s;若波是沿x 轴负方向传播的,该波的周期为s。(2)(1 0分)用插针法测量上、下表面平行的玻璃破的折射率，实验中用/、6两个大头针确定入射光路,G D两个大头针确定出射光路。和。分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测 得 玻 璃 砖 厚 度 为=1 5.0到 过。点的法线切/的距离AM=1 0.0 m m,M到玻璃砖的距离M 0=2 0.0 m m,O 到。的距离为s=5.0 m m。(i)求玻璃砖的折射率；(ii)用另一块材料相同,但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验,玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0 逐渐增大，达 到 45 时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。图(a)图题号1 41 51 61 71 81 92 02 1答案BABCBB CA DB C D1 4.B【关键能力】本题以小车、弹簧和滑块组成的系统为背景，考查考生的理解能力。【必备知识】本题考查动量守恒定律和机械能守恒定律的知识，需要考生根据题给信息和所学知识分析解答.【学科素养】本题考查物理观念中的运动与相互作用观念、能量观念。【解题思路】撤去推力后,小车、弹簧和滑块组成的系统所受合外力为零，满足系统动量守恒的条件，故系统动量守恒；由于撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动,存在摩擦力做功的情况,故系统机械能不守恒，所以选项B正确。1 5.A【关键能力】本题以负点电荷与很大的接地金属平板之间的电场为情境，结合等差等势面考查考生的理解能力和逻辑推理能力。【必备知识】本题考查电势、电势能、电场强度等知识。【解题思路】根据等差等势面越密处电场强度越大,可知加处的电场强度氐大于M处的电场强度瑜由电场力公式4前可知,试探电荷在N处所受的电场力A大于在 处受到的电场力由于越靠近负电荷电势越低,可知，V 点的电势见低于 点电势0%根 据 电 势 能 公 式 瓦 可 知 正 试 探 电 荷 在 N 处的电势能E p N 小于在材处的电势能E p“,所以选项A正确。1 6.B【关键能力】本题通过带电粒子以不同大小的速度沿直径方向射入圆形匀强磁场区域的情境，考查考生的推理论证能力。【解题思路】设圆形磁场区域的半径为R,沿直径断训方向以速度必射入圆形匀强磁场区域的粒子离开磁场时速度方向偏转90 :则其轨迹半径为r、=R,由洛伦兹力提供向心力得qv出 用解 得 必 呼;沿 直 径M O Nm方向以速度外射入圆形匀强磁场区域的粒子离开磁场时速度方向偏转6 0 ,由几何关系得ta n 30 上,可r2得其轨迹半径为m 忐 R,由洛伦兹力提供向心力得q M再解 得 泰 冷 空 则 生 4 4，选项B正确。2 m V 2 V 3 31 7.C【关键能力】本题通过题中给出的二Y 图线考查考生的理解能力。m0【解题思路】题中给出的2 V 图线是向下凹的曲线，3 三时 对 应 的 时 间 小 于 华 吗 d=1 2 4.85 d,且由m0 m0 2 2数学知识知其与1 2 4.85 d 相差不会太大，所以A B D 选项错误，选项C正确。1 8.B【关键能力】本题通过1 994 年到2 0 0 2 年间恒星S 2 的观测位置图，结合万有引力提供向心力，考查考生的估算能力和灵活运用知识的能力。【学科素养】本题考查物理观念中的运动与相互作用观念,考生要能够用万有引力提供向心力列方程分析,能从物理学的运动和相互作用的视角分析天文观测数据,解决相关问题。【解题思路】由 1 9 9 4 年到20 0 2年间恒星S2的观测位置图可知，恒星S2绕黑洞运动的周期大约为0=1 6年,半长轴为a=l 0 0 0 A U,设黑洞的质量为历黝恒星S2质量为破,由万有引力提供向心力可得9 a（9）2；设地球质量为地球绕太阳运动的轨道半径为r=l A U,周 期 7,=1 年，由万有引力提供向a T2心 力 可 得 爷 加 佳）；联立解得黑洞质量 4 X 1 0%选项B正确。【解题指导】由 1 9 9 4 年到20 0 2年间恒星S2的观测位置图得出恒星S2绕该黑洞运动的周期,列方程估算得出银河系中该黑洞的质量。1 9.B C【关键能力】本题通过水平恒力作用下物体的运动考查考生的分析综合能力。【学科素养】本题体现的学科素养主要是物理观念中的运动与相互作用观念,动量的观念,考生要能够用功、牛顿运动定律和动量定理等知识解题,能从物理学的运动与相互作用的视角分析问题。【解题思路】设物体与桌面间的动摩擦因数为，根据功的定义,可知在此过程中,少做的功为Wg=Fs*竭+unig%,选项A错误;物体通过路程So 时,速度大小为V o,撤去尸后，由牛顿第二定律有P mg=ma2,根据匀变速直线运动规律有若之a2 2痢 联 立 解 得 鸟，选项C正确;水平桌面上质量为0的物体在恒力04sog厂作用下从静止开始做匀加速直线运动，有 F-m a、,又%=2a同,可得a,=2a2,可得F A 侬,即尸的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的3 倍,选项D 错误;对尸作用下物体运动的过程，由动量定理有F t rmgt=mv（）,联 立 解 得 尸 的 冲 量 大 小 为 选 项 B正确。20.A D【关键能力】本题以四个带电粒子以相同的速度从坐标原点射入方向与y 轴平行的匀强电场为情境,考查考生对相关知识的理解与运用。【学科素养】本题考查的学科素养主要是物理观念中的运动与相互作用观念,考生要能够用牛顿运动定律分析问题,能从物理学的运动和相互作用的视角分析问题。【解题思路】四个带电粒子以相同的速度从坐标原点射入方向与y 轴平行的匀强电场中，由牛顿第二定律 有qE=ma,qE ma 3qE 3ma“-qE=ma.、,解 得a ,a3,因此三个带正电的粒子的轨迹为两m 2m m m条,在同一方向,带负电的粒子轨迹在x 轴另一侧,可排除图像C;加速度为现的粒子与加速度为主的粒子轨迹重合,且与加速度为&的粒子轨迹关于x 轴对称，加速度为念的粒子轨迹处于加速度为切的粒子轨迹与加速度为国的粒子轨迹之间,所以图像B 不可能,可能正确的是A D。21 .BCD【关键能力】本题结合板块模型,通过尸V 图像和a-t 图像给出解题信息,考查考生的分析综合能力。【学科素养】本题考查的学科素养主要是物理观念中的运动与相互作用观念,考生要能够用牛顿运动定律分析问题,能从物理学的视角分析解决问题。【解题思路】结合题图可知在0，时间内，物块与木板之间摩擦力为静摩擦力,物块与木板均静止,在G%时间内，物块与木板之间摩擦力为静摩擦力,物块与木板一起滑动,选项D 正确;把物块和木板看成整体,在力时刻，由牛顿第二定律有 -小（向+加g=0,解得人=小（面+而 g,选项A 错误；友时间后,物块相对于木板滑动,木板所受的滑动摩擦力为恒力,做匀加速直线运动,设G 时刻木板的加速度为a,在友时刻,对木板由牛顿第二定律有H illkg-U1（/ffl +而g=nhaX）,显然口2 用?士以 I,选项C正确；友时刻，对物块由牛顿第二定律有Fzm2U inkg=mza,联立解得R 2（+匕）（4-小）自选项B正确。硝2 2 .【答案】（1）1.0（1 分）2.0（2 分）（2）9.7（2 分）【关键能力】本题通过频闪照相研究平抛运动规律,需要考生结合照片数据,分析并求出速度和重力加速度,考查考生的实验探究能力。【解题思路】（1）小球在水平方向做匀速运动通过1点时，其速度的水平分量大小为以“4器 m/s-1.0m/s,小球在竖直方向做自由落体运动,加速度恒定，匀加速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度,则通过1点时竖直分速度的大小为小黑当X I。m/s-2.0 m/so（2）结合逐差法和题中数据可得U.U i J X Ng也 坐 吟 土 侬 里 史 垓 警 士 峋x l0 m/s2=9.7 m/s%（2T）2 0.122 3 .【答案】（1）1 5.0（2 分）（3）纽电!皿（2 分）（5）1.5 3（1.5 0 1.5 6 均可,2 分）ERgRy ERQRY0 6（0.4 1.8 均可,2 分）（6）5（2 分）【关键能力】本题通过电阻箱和电压表结合定值电阻测量电源的电动势和内阻的设计性实验，考查考生的实验探究能力。【解题思路】（1）为了保护电压表,在闭合开关前，需满足耨/晨彳,可得必8。，所以选1 5.0 Q。（3）根据闭合电路的欧姆定律得一与 加 丁 九,整 理 得 白 错 半 警 普 医。（5）从图中可知图线过点5R+跖 舒 而 忒 u E RR v E RR vQ,1.00）和（2 4 0,1.5 0 V）,即R+R v-40 V /Q -。-】。v/Q,解得 E=l.5 3 V,片0.6 Q。若电，ERgRy 7600E 24-9.5 J，压表是理想电表，则工-欣 玛,同 理 可 得 V/Q=0.03 4 V/Q,解得=1.47 V,误差为/4/X 1 0 0 4U ER0 ERO 20.0E E5 乳2 4.【关键能力】本题结合篮球的运动考查动能定理和牛顿第二定律的应用,考查考生应用所学物理知识解决实际问题的能力,考查考生的分析综合能力。【思维导图】根据篮球从力下落后反弹高度为力可求篮球每次与地面碰撞前后的动能比值为k%/友=3/2-根 据 篮 球 从加下落后反弹高度为小可求篮球与地面碰撞前的动能为我3=4侬 加 f对篮球从加下落过程力R.2 0 s 时间内由牛顿第二定律和运动学公式可求出作用力的大小一对篮球从力下落过程根据动能定理可求出运动员对球做的功解：（D篮球下落及上升过程中,机械能守恒则碰地前、后动能的比值“号（2 分）设运动员拍球过程中对篮球所做的功为犷则*分）代入数据得/归1.5 J （2分）（2）设运动员拍球时对篮球作用力为F,篮球的加速度为a则有尸+监曰?a（2分）设时间t内篮球运动距离为s,则 s a/,又W=F*s（2分）代入数据得4 9.0 N（2分）2 5 .【关键能力】本题结合电磁感应考查考生的理解能力和推理论证能力。解：（1）设金属棒质量为叫进入磁场时速度大小为r由机械能守恒定律有，声 可 g s i s i n a（2分）设金属棒在磁场中运动时产生的感应电动势为回路中的电流为I,金属棒受到沿斜面向上的安培力大小为公则E=BLv （1 分）鹿（1分）AF=BIL （1 分）联立式并代入题给数据得F=Q.18 N（1分）（2）设所边进入磁场时的速度为匕金属棒与导体框之间的摩擦力为f,从金属棒进入磁场到矿边刚进入磁场的过程中，由动能定理有（户-冷=（fcfesin a S o （2 分）设导体框在磁场中做匀速运动时所受安培力大小为F 则俸in a-f-F =0 （2 分）根据，同 理 可 知 尸 粤 （1分）金属棒在磁场中做匀速运动,则侬sin a+f-FO （1 分）设金属棒与导体框之间的动摩擦因数为，则侬cos a（1分）联立以上各式代入数据得m=G.02 kg（1 分）0.375（1 分）（3）设金属棒离开磁场后加速度为a,速度达到，所需时间为t,由牛顿第二定律和运动学公式有娱in a+f=ma（2 分）v+at-V（1 分）设导体框在磁场中做匀速运动的距离为d,则占（1分）联立以上各式并代入题给数据得 W m（1分）1833.（1）【答案】ABE（5分）【关键能力】本题结合图像考查热力学第一定律和理想气体的性质，考查考生的理解能力和推理论证能力。【解题思路】过程是等容过程,外界对气体不做功，但气体温度升高，内能增大,根据热力学第一定律可知气体始终吸热,A项正确；ca过程是等压过程,气体体积减小,外界对气体做正功,但气体温度降低，内能减小,根据热力学第一定律可知气体始终放热,B项正确,C项错误;对历过程,根据p右仃可知,气体的温度先升高后降低,所以D项错误,E项正确。（2）【关键能力】本题结合玻璃管中封闭的气体考查玻意耳定律，考查考生的理解能力和应用数学知识解决物理问题的能力。解:设/、6两管内横截面积分别为S、S,注入水银后如图所示,4、6气柱分别减少了打和总压强分别为n和忙则有:口/59,（人士）6 （2分）&（2 分）压强：访=pa+pgh（2分）P=m+P gO k-h）（2 分）代入数据解得c m（2 分）3 4.（1）【答案】0.5（1 分）0.4（2 分）1.2（2 分）【关键能力】本题结合波形图考查波速公式和波的多解问题,考查考生的理解能力和推理论证能力。【解题思路】从图中可以看出波长4 2 0 c m,若波沿x 轴正方向传播，则 0.3 1（炉。1,2），解得 7 二 卷 S,因为般0.3 s,所 以T R.4 s,波速为个 刃 0 c m/s=0.5 m/s;若波沿x 轴负方向传播，则 0.3sT+nT n=Q,1,2），解得 7 二旦 s,因为 T X）.3 s,所以 7=1.2 s。44n+l（2）【关键能力】本题结合插针法测玻璃的折射率考查折射定律和光的全反射现象,考查考生的理解能力和推理论证能力。解：（i）设光线在平行玻璃砖上表面的入射角和折射角分别为出、也则 s i n 1=7=（1 分）sin。二（1 分）斤s i n i-/?s i n （2 分）联立并代入数据解得个巨（1 分）45.ItI（i i）如图所示为光线入射角为4 5 时，光线在不平行玻璃砖中传播的光路图,设玻璃砖上下表面的夹角为0。由几何关系有03=0,2+a（2 分）由折射定律有s i n 4 5 0=nsin。（1 分）设全反射临界角为九,则 sin瞑=1 （分）当光线从玻璃射入空气，满足外，九时发生全反射。由题意，当光线在玻璃砖上表面的入射角为4 5。时，e3=O e,联立（宛 式 得。=1 5 （1 分）