2021高考全国甲卷物理试题答案解析.pdf
2021年高考全国甲卷物理试题解析1.如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角 可变。将小物块由平板与竖直杆交点 0 处静止释放，物块沿平板从0 点滑至。点所用的时间t 与夹角6 的大小有关。若由30逐渐增大至60,物块的下滑时间 将（）A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.先增大后减小 D.先减小后增大【答案】D【解析】设国的水平距离为乙由运动学公式可知-=gsin Orcos。2可得4Lg sin 20可知8=45时，/有最小值，故当。从由30。逐渐增大至6 0 时下滑时间t 先减小后增大。故选Do2.“旋转纽扣”是一种传统游戏。如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达5 0 r/s,此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为（)C.1000m/s2D.1 0 0 0 0 m/s2【答案】C【解析】纽扣在转动过程中co=27m-1 CXJrad/s由向心加速度a=afr 1000m/s2故选C。3.两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，式 与。在一条直线上,PO,与必在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流/,电流方向如图所示.若一根无限长直导线通过电流/时，所产生的磁场在距离导线d 处的磁感应强度大小为6,则图中与导线距离均为d 的 以 N 两点处的磁感应强度大小分别为（）J；O1P O I p IE八IA.B、0 B.0、28 C.2 6、2B D.B、B【答案】B【解析】两直角导线可以等效为如图所示两直导线，由安培定则可知，两直导线分别在材处的磁感应强度方向为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故 处的磁感应强度为零；两直导线在 N 处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故.处的磁感应强度为2 6；综上分析B正确。故选B。EOQ4 .如图，一个原子核X 经图中所示的一系列a、夕衰变后，生成稳定的原子核Y,在此过【答案】A【解析】由图分析可知，核反应方程为2；X”Y+.H e+b _：e设经过。次a衰变，b次衰变。由电荷数与质量数守恒可得238=206+4。；92=S2+2a-b解得a=8,b=6故放出6个电子故选A o5 .2 0 2 1 年 2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后,进入运行周期约为1.8 X1 05s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8 X1 05m 已知火星半径约为3.4 X1 06m,火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2,则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（）A.6 X1 0、B.6 X1 0 6n l C.6 X1 0，D.6 X 1 0sm【答案】C【解析】忽略火星自转则GMm 右R2=mg 可知GM=gR2设与为1.8 X1 0%的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为，由万引力提供向心力可知GMm 4/小；=mr,T2设近火点到火星中心为R=R +4 设远火点到火星中心为R2=R+d?由开普勒第三定律可知3 J 2 7 2 y 2由以上分析可得d2 6 x l 07m故选Co6.某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e 为电场中的5 个点，则（)4V 6V/2VZ 3V UI 5V/”7V 8VA.一正电荷从人点运动到e 点，电场力做正功B.一电子从a点运动到d 点，电场力做功为4 e VC.6 点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右D.a、b、c、d四个点中，6 点的电场强度大小最大【答案】BD【解析】A.由图象可知血=e则正电荷从。点运动到e 点，电场力不做功，A 错误；B.由图象可知0“=3 V,M=7 V根据电场力做功与电势能的变化关系有Wad 0“）.（-e）=4 e VB 正确；C.沿电场线方向电势逐渐降低，则 6 点处的场强方向向左，C 错误;D.由于电场线与等势面处处垂直，则可画出电场线分布如下图所示由上图可看出，。点电场线最密集，则 6 点处的场强最大，D正确。故选BD。7.一质量为皿的物体自倾角为的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为线，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时动能为已知sin a =0.6,重力加速度大小为g。贝U ()A.物体向上滑动的距离为袅2mgB.物体向下滑动时的加速度大小为日C.物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5D.物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长【答案】B C【解析】AC.物体从斜面底端回到斜面底端根据动能定理有-/Limg 2c/i cos a-毛Ek E口k物体从斜面底端到斜面顶端根据动能定理有-mgl sin a-pimgl cos a=0-Ek整理得/=且；=0.5mgA错误，C正确；B.物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有ma=mg sin a-/Limg cos a求解得出a=&5B正确；D.物体向上滑动时的根据牛顿第二定律有ma|.=mg sin a+pmg cos a物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有ma v=mg sin a-/jmg cos a由上式可知d上 3下由于上升过程中的末速度为零，下滑过程中的初速度为零，且走过相同的位移，根据公式2则可得出机一D错误。故选BC8.由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（）甲乙X X X X XX X X X XX X X X XA.甲和乙都加速运动B.甲和乙都减速运动C.甲加速运动，乙减速运动D.甲减速运动，乙加速运动【答案】AB【解析】设线圈到磁场的高度为力，线圈的边长为/,则线圈下边刚进入磁场时，有丫=也 赢感应电动势为E=nBlv两线圈材料相等（设密度为月），质量相同（设为加），则m 二夕。x 4nl x S设材料的电阻率为夕，则线圈电阻八 4/iZ 16/72/2ppnR=p-=-S m感应电流为_ E mBv1=-R 16nlpP。安培力为16所。由牛顿第二定律有mg F=mil联立解得加速度和线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度。当B2V B2V B2Vg 时，甲和乙都加速运动，当g d +-3 0 s i n 3【解析】（1）由题意可知小车在光滑斜面上滑行时根据牛顿第二定律有m g s i n 0 m a设小车通过第3 0 个减速带后速度为匕，到达第3 1 个减速带时的速度为玲，则有v 1 -v,2=lad因为小车通过第3 0个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同，故后面过减速带后的速度与到达下一个减速带均为匕和外；经过每一个减速带时损失的机械能为E=g mv-(znv,2联立以上各式解得E=mgd s i n 0(2)由(1)知小车通过第5 0个减速带后的速度为匕，则在水平地面上根据动能定理有-jLimgs=0八 -1 mv2从小车开始下滑到通过第3 0个减速带，根据动能定理有mg(L +2 9 4 )s i n 6 A E总=mv联立解得E&=mg(L+29d)s i n 夕 一 /j/ngs故在每一个减速带上平均损失的机械能为卜 F：A g mg(L +29d)s i n。一 Rings一 f_ 3 0-(3)由题意可知E:E可得L d +-s i n，1 2.如 图，长度均为/的两块挡板竖直相对放置，间距也为/,两挡板上边缘尸和材处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场，电场强度大小为其两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为如电荷量为 0)的粒子自电场中某处以大小为4的速度水平向右发射，恰好从P点处射入磁场，从两挡板下边缘。和A，之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。己知粒子射入磁场时的速度方向与国的夹角为6 0 ,不计重力。(1)求粒子发射位置到P点的距离;(2)求磁感应强度大小的取值范围;（3）若粒子正好从Q V的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板册，的最近距离。【答案】（1）八 2mv,.一 产;（3）粒子运动轨迹见解析,qi3 9-io G44【解析】（1）带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，由类平抛运动规律可知x=vot y 1 at2 -q-E-小2 2m粒子射入磁场时的速度方向与掰的夹角为6 0 ,有tan30=匕%粒子发射位置到尸点的距离s=yjx2+y2 由式得$=姮 就 6qE（2）带电粒子在磁场运动在速度V=2四9一 cos30 3带电粒子在磁场中运动两个临界轨迹（分别从0、N点射出）如图所示r.2 C O S 300 3最大半径也,2 片 二（带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，由向心力公式可知2qvB=-r由解得，磁感应强度大小的取值范围2mV()Bk由于体积-温度（片 力）图像可知，直 线 I 为等压线，则 a、6 两点压强相等，则有庄=1Pb2 设，=(r c 时，当气体体积为匕其压强为P i ,当气体体积为匕 其压强为 2,根据等温变化，则有P i X=必匕由于直线I 和 i t 各为两条等压线，则有P=Pl,Pl=Pc联立解得义=且=5Pc Pl 匕1 4.如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分;初始时，A、B的体积均为匕压强均等于大气压加，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5R时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使 B的体积减小为工。2(i)求 A的体积和B的压强；(i i)再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。活 塞 隔 板【答案】匕=0.4 V，PB=2P；(i i)匕=(6一 1 ,ps=!*p 0【解析】(i)对 B气体分析，等温变化，根据波意耳定律有POV =PJV解得PH=2 Po对 A气体分析，根据波意耳定律有PoV=PAPA=PB+8 5 PO联立解得匕=0.4 V3（i i）再使活塞向左缓慢回到初始位置，假设隔板不动，则 A的体积为一V,由波意耳定律2可得3poy=p x-K则 A 此情况下的压强为P=o O S%则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A的体积为匕、压强为p；,气体B的体积为匕、压强为p；，根据等温变化有PoV =P；%p（y =PBVB匕+%=2V，PA=PB-0 5 PO联立解得 3-/5 （全土、3+6PB=PO（舍去）PB=P o匕=（-1）V物理-选修3-41 5.如图，单色光从折射率7 2=1.5、厚度漆1 0.0 c m 的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3 x l（）8 m/s,则该单色光在玻璃板内传播的速度为 m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是 s W ts（不考虑反射）。【解析】1 该单色光在玻璃板内传播的速度为c 3xl08,c,八8 ,v=-m/s=2x10 m/sn 1.5 2 当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，该单色光通过玻璃板所用时间最短，最短时间_d_ 01 s-5xlO-los1 v 2xl08 3 当光的入射角是9 0 时，该单色光通过玻璃板所用时间最长。由折射定律可知sin 90n=-sin 0),质点A位于波峰。求(i)从&时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；(i i)心时刻质点B偏离平衡位置的位移。【答案】(i)0.8 s；(i i)-0.5 c m
