2021年高考物理真题及解析（浙江卷）（春季）

2021年高考物理真题及解析
（浙江卷）（春季）
一、选择题（本共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1．如图所示是我国自主研发的全自动无人值守望远镜，它安装在位于南极大陆的昆仑站，电力供应仅为。若用国际单位制基本单位的符号来表示，正确的是　　
A． B． C． D．
2．2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是　　
A．是计算机运算的一种程序
B．表示运算速度的一个单位
C．表示微观世界的不连续性观念
D．类似于质子、中子的微观粒子
3．2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度。“奋斗者”号照片如图所示，下列情况中“奋斗者”号一定可视为质点的是　　
A．估算下降总时间时 B．用推进器使其转弯时
C．在海沟中穿越窄缝时 D．科学家在其舱内进行实验时
4．如图所示，电动遥控小车放在水平长木板上面，当它在长木板上水平向左加速运动时，长木板保持静止，此时　　
A．小车只受重力、支持力作用
B．木板对小车的作用力方向水平向左
C．木板对小车的作用力大于小车对木板的作用力
D．木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等
5．如图所示是某一带电导体周围的电场线与等势面，、是同一等势面上的两点，是另一等势面上的一点。下列说法正确的是　　
A．导体内部的场强左端大于右端
B．、两点的电势均低于点的电势
C．点的电场强度大于点的电场强度
D．正电荷从点沿虚线移到点的过程中电场力做正功，电势能减小
6．如图所示，同学们坐在相同的轮胎上，从倾角相同的平直雪道先后由同高度静止滑下，各轮胎与雪道间的动摩擦因数均相同，不计空气阻力。雪道上的同学们　　
A．沿雪道做匀速直线运动
B．下滑过程中机械能均守恒
C．前后间的距离随时间不断增大
D．所受重力沿雪道向下的分力相同
7．嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动。已知引力常量地球质量，月球质量，月地距离，月球半径。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为　　
A． B． C． D．
8．如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是　　
A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
9．某一滑雪运动员从滑道滑出并在空中翻转时经多次曝光得到的照片如图所示，每次曝光的时间间隔相等。若运动员的重心轨迹与同速度不计阻力的斜抛小球轨迹重合，、、和表示重心位置，且和处于同一水平高度。下列说法正确的是　　
A．相邻位置运动员重心的速度变化相同
B．运动员在、位置时重心的速度相同
C．运动员从到和从到的时间相同
D．运动员重心位置的最高点位于和中间
10．下列说法正确的是　　
A．光的波动性是光子之间相互作用的结果
B．玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
D．射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大
11．一辆汽车在水平高速公路上以的速度匀速行驶，其内能量分配情况如图所示。则汽车　　
A．发动机的输出功率为
B．每消耗的燃料最终转化成的内能是
C．每消耗的燃料最终转化成的内能是
D．每消耗的燃料最终转化成的内能是
12．在爆炸实验基地有一发射塔，发射塔正下方的水平地面上安装有声音记录仪。爆炸物自发射塔竖直向上发射，上升到空中最高点时炸裂成质量之比为、初速度均沿水平方向的两个碎块。遥控器引爆瞬间开始计时，在末和末先后记录到从空气中传来的碎块撞击地面的响声。已知声音在空气中的传播速度为，忽略空气阻力。下列说法正确的是　　
A．两碎块的位移大小之比为
B．爆炸物的爆炸点离地面高度为
C．爆炸后质量大的碎块的初速度为
D．爆炸后两碎块落地点之间的水平距离为
13．两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距的、间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为，下列说法正确的是　　
A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为
B．简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为
C．绳上各点均做振幅相同的简谐运动
D．两波源到点和点的路程差之差的绝对值是
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分）
14．如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该装置实现了等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变，下列说法正确的是　　
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多
15．为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则　　
A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同
D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
16．发电机的示意图如图甲所示，边长为的正方形金属框，在磁感应强度为的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，阻值为的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的为已知量。则金属框转动一周　　
A．框内电流方向不变
B．电动势的最大值为
C．流过电阻的电荷
D．电阻产生的焦耳热
三、非选择题（本题共6小题，共55分）
17．（7分）（1）用如图所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车，盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，以小车为研究对象，改变砝码质量，便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。
①关于这个实验，下列说法正确的是　　。
．需要补偿小车受到阻力的影响
．该实验装置可以“验证机械能守恒定律”
．需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行
．需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量
②如图2所示是两条纸带，实验时打出的应是第　　条（填写“Ⅰ”或“Ⅱ”纸带；
③根据实验数据，在坐标纸上画出的图象是一条过原点的直线，据此图象　　（填“能”或“不能” 求出小车的质量。
（2）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针、、插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在画出光路图，标出入射角和折射角，并写出折射率的计算式。
18．（7分）（1）在“测定电池的电动势和内阻”实验中，
①用如图1所示的电路图测量，得到的一条实验数据拟合线如图2所示，则该电池的电动势　　（保留3位有效数字）；内阻　　（保留2位有效数字）。
②现有如图3所示的实验器材，照片中电阻箱阻值可调范围为，滑动变阻器阻值变化范围为，电流表的量程为、内阻为，电压表的量程有和。请在图3中选择合适的器材，在方框中画出两种测定一节干电池的电动势和内阻的电路图。
（2）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行
于 （单选）
A．平面 B．平面 C．平面 D．平面
19．（9分）如图所示，质量的滑块以的初速度沿倾角的斜面上滑，经滑行到最高点。然后，滑块返回到出发点。已知，，求滑块
（1）最大位移值；
（2）与斜面间的动摩擦因数；
（3）从最高点返回到出发点的过程中重力的平均功率。
20．（12分）如图所示，竖直平面内由倾角的斜面轨道、半径均为的半圆形细圆管轨道和圆周细圆管轨道构成一游戏装置固定于地面，、两处轨道平滑连接，轨道所在平面与竖直墙面垂直。轨道出口处和圆心的连线，以及、、和等四点连成的直线与水平线间的夹角均为，点与竖直墙面的距离。现将质量为的小球从斜面的某高度处静止释放。小球只有与竖直墙面间的碰撞可视为弹性碰撞，不计小球大小和所受阻力。
（1）若释放处高度，当小球第一次运动到圆管最低点时，求速度大小及在此过程中所受合力的冲量的大小和方向；
（2）求小球在圆管内与圆心点等高的点所受弹力与的关系式；
（3）若小球释放后能从原路返回到出发点，高度应该满足什么条件？
21．（10分）嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心。小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为的匀强磁场的磁体和“”型刚性线框组成，“”型线框边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起，总质量为。整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为；“”型线框的质量为，其7条边的边长均为，电阻均为；月球表面的重力加速度为。整个运动过程中只有边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。
（1）求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框边产生的电动势；
（2）通过画等效电路图，求着陆装置接触到月球表面后瞬间流过型线框的电流；
（3）求船舱匀速运动时的速度大小；
（4）同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情况下，求船舱匀速运动时的速度大小和此时电容器所带电荷量。
22．（10分）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为和的四分之一圆环，其两端中心位置和处各有一个小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为的正方体，其偏转系统底面与晶圆所在水平面平行，间距也为。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的点（即图中坐标原点，轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过电场和磁场偏转的角度都很小。当很小时，有，。求：
（1）离子通过速度选择器后的速度大小和磁分析器选择出来离子的比荷；
（2）偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标表示；
（3）偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标表示；
（4）偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标表示，并说明理由。
参考答案
一、选择题
1.D 【解析】，D正确。
2.C 【解析】量子表示微观世界的不连续性，C正确。
3.A 【解析】当物体的大小和形状对所研究问题的影响可以忽略时，就可以把物体看作质点，故A正确。
4.D 【解析】小车受重力、支持力、驱动力和木板对小车的摩擦力，A错误；木板对小车的作用力包括竖直向上的支持力和水平方向的摩擦力，根据平行四边形定则可知合力方向一定不在水平方向，B错误；根据牛顿第三定律可知，作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，C错误，D正确。
5.D 【解析】带电导体处于静电平衡状态，导体内部的场强处处为零，导体表面为等势面，整个导体为一个等势体，A 错误；沿电场线方向电势逐渐降低，所以两点的电势均高于点的电势，B错误；电场线的疏密表示电场强度的大小，所以点的电场强度小于点的电场强度，C错误；根据可知，正电荷从高电势点沿虚线移动到低电势点，电势能减少，电场力做正功，D正确。
6．C 【解析】设平直雪道的倾角为，同学坐在轮胎上从静止开始沿雪道下滑，做加速运动，根据牛顿第二定律可知加速度为：，又因为相同，所以同学们做加速度相同的匀加速直线运动，故错误；下滑过程中摩擦力做负功，雪道上的同学们机械能减小，故错误；设前一个同学下滑时间后，另一个同学开始下滑，根据匀加速直线运动位移与时间的关系可得前后两个同学的间距△，可知同学们前后距离随着时间的不断增大而增大，故正确；各同学质量可能不同，所以重力沿雪道向下的分力为也可能不相同，故错误。
7.C 【解析】设轨道器和返回器的总质量为，由万有引力提供向心力有，解得，代人数据解得，C正确。
8.B 【解析】根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。故B正确，A、C、D错误。
9.A 【解析】每次曝光的时间间隔相等，设为，而运动员在空中只受重力作用，加速度为，则相邻位置运动员重心的速度变化均为 ，A正确；运动员在位置时重心的速度大小相等，但是方向不同，B错误；由题图可知，运动员从到的时间为 ，从到的时间为，时间不相同，C错误；由题图可知，从到的时间等于从到D的时间，且处于同一水平高度，根据斜抛运动的对称性可知，运动员重心位置的最高点位于点，D错误。
10.B 【解析】在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹，这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，A错误；玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，B正确；光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应说明了光子除了具有能量还具有动量，C错误；射线可以使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属馆的张角变小，D错误。
11.C 【解析】由题图可知，发动机内克服转动阻力做功为，则输出功率，A错误；每消耗的燃料最终转化成的内能为，B、D错误，C正确。
12.B 【解析】设质量小的碎块的质量为，则质量大的碎块的质量为2；设爆炸时质量大的碎块的水平速度大小为，质量小的碎块的水平速度大小为，根据动量守恒定律有，解得；两碎块都做平抛运动，设其下落时间为，则，其中，解得；再由可得，爆炸点离地面的高度为，B正确。两碎块的水平位移大小之比为，但从爆炸物爆炸两碎块开始抛出到落地的位移大小之比不等于，A错误。爆炸后质量大的碎块的初速度为，C错误。爆炸后两碎块向相反的方向运动，水平间距，D错误。
13.D 【解析】由题图可知，简谐波和的波长均为，A错误；从波形1到波形5经历的时为，可得简谐波和的周期均为， B错误；两列波相遇时，有些质点振动加强，有些质点振动减弱，并且加强区和减弱区相间出现，加强区质点的振幅等于两列波分别引起的振幅的和，减弱区质点的振幅等于两列波分别引起的振幅的差，所以绳上各点的振幅不都相同，C错误；由题图可知两点均为振动减弱点，则两波源到两点的路程差分别为和，则两波源到点和点的路程差之差的绝对值是，D正确。
14.ABD 【解析】核聚变是热核反应，A正确；太阳内部进行着激烈的热核反应，B正确；要使轻核发生核聚变，必须使它们之间的距离达到以内，核力才能起作用，由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，高温能使它们具有足够的动能来克服库仑斥力而聚合，然后再借助核力，发生聚变，C错误；对于相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，D正确。
15.AD 【解析】根据发生共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，A正确；当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，B错误；打击杆对不同粗细的树干打击结束后，树干按固有频率振动，所以树干的振动频率不一定相同，C错误；树干在振动器的振动下做受迫振动，物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以稳定后，不同粗细的树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，D正确。
16.BD 【解析】由于滑环的作用，通过的电流方向不变，但是框内的电流方向是变化的，A错误；由题图可知，由于线框没有电阻，所以电动势等于电阻两端的电压，B正确；因为流过的电流方向不变，金属框转动半周，流过的电荷量，所以金属框转动一周流过的电荷量，C 错误；由，解得，金属框转动一周，电阻产生的焦耳热，D正确。
三、非选择题
17.(1)① ② ③能 (2)见解析图
【解析】(1)①本实验中以小车为研究对象，盘和砝码的重力当作牵引力，探究牵引力做功与小车速度变化的关系，需要补偿小车受到阻力的影响，A正确；该实验过程中小车受到的阻力无法消除，本实验装置无法验证“机械能守恒定律”，B错误；细线与长木板需要平行，以保证细线的拉力与小车运动方向一致， 这样盘和砝码的重力才可当作小车受到的牵引力，C正确；当满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量时，盘和砝码的重力可当作小车受到的牵引力，D正确。②实验中小车做匀加速运动，相邻两点间的距离逐渐增大，根据两纸带对比可知，实验时打出的纸带为。③由动能定理可知，若实验中画出的图像是一条过原点的直线 ，则直线的斜率为，根据斜率可求出小车的质量。
(2)光路图如图所示，根据折射定律可知。
18．（1）①均可）；均可）；②如图
（2）D
【解析】（1）①根据闭合电路欧姆定律：可得，可知电源的图线为直线；将题干中得图线延长与横纵轴分别相交，如图可知图象与纵轴交点即为电动势，即
图象斜率的绝对值为电源内阻，即：
②电流表量程太小，可以通过并联电阻箱改装电流表，扩大电流表的量程，改装为大量程的电流表来测量电流，电路图如图
根据闭合电路欧姆定律可以绘制图象求解电动势和内阻。
（2）磁感线环绕的方向沿着闭合铁芯，根据楞次定律及右手螺旋定则，产生的涡旋电流的方向垂直于图示变压器铁芯的正面，即与图示面平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应平行于平面。故错误，正确。
19.解：(1)滑块沿斜面向上做匀减速直线运动，
最大位移 ①
解得 ②
(2)滑块沿斜面上滑时的加速度大小 ③
上滑过程中，对滑块由牛顿第二定律得 ④
解得 ⑤
(3)滑块下滑过程中做匀加速直线运动，设其加速度大小为，根据牛顿第二定律有 ⑥
设滑块返回到出发点时的速度大小为，出运动学公式得 ⑦
滑块从最高点返回到出发点的过程中重力的平均功率，其中 ⑧
联立以上各式解得
20.解：(1)对小球由到的过程，由机械能守恒定律有 ①
解得 ②
由动量定理得 ，方向水平向左 ③
(2)对小球由到的过程，由机械能守恒定律得 ④
根据牛顿第二定律有 ⑤
联立④⑤式解得 ，满足的条件为 ⑥
(3)小球释放后能从原路返回到出发点，共有两种情况，第一种情况：小球不滑离轨道，原路返回，条件是 ⑦
第二种情况：
小球与墙面垂直碰撞后原路返回，在进入之前是平抛运动，则有 ⑧
其中， ⑨
则 ⑩
对小球由到的过程，根据机械能守恒定律有
联立⑩ 解得
若小球释放后能从原路返回到出发点，则高度应该满足或
21．解：（1）导体切割磁感线产生的感应电动势为：；
（2）整个过程中只有边切割磁感应线，则边为电源，外电阻是由船舱电阻、“”型线框其它六边的电阻，等效电路图如图所示：
并联总电阻为，
着陆装置接触到月球表面后瞬间流过型线框的电流；
（3）匀速运动时线框受到安培力
根据牛顿第三定律，质量为的部分受力，方向竖直向上，根据平衡条件可得：
联立解得：；
（4）匀速运动时电容器不充、放电，满足；
设电路的总电流为，则有：
电容器两端电压为：；
电荷量为：。
22.解：(1)设离子所带电荷量为，通过速度选择器的离子满足 ①
解得 ②
从磁分析器中心孔射出的离子做圆周运动的半径 ③
由洛伦兹力提供向心力可得 ④
联立②③④三式解得 ⑤
(2)偏转系统仅加电场时，离子在轴方向偏转的距离 ⑥
设离子离开偏转系统时的速度方向与竖直方向的夹角为，根据运动的合成与分解可得 ⑦
离开电场后，离子在轴方向偏移的距离 ⑧
联立⑤⑥⑦⑧式可得 ⑨
离子注入晶圆的位置坐标为 ⑩
(3)偏转系统仅加磁场时，离子进入磁场后做匀速圆周运动的半径
离子离开磁场时速度方向偏转角为，如图所示，
则
经过磁场后，离子在轴方向偏移的距离
离开磁场后，离子在轴方向偏移的距离
联立②⑤ 式可得
离子注入晶圆的位置坐标为
(4)联立⑩ 式可得，偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置坐标为电场引起的速度增量对轴方向的运动不产生影响。