2021年高考物理真题及解析（全国甲卷）

2021年全国高考物理真题试卷及解析
（全国甲卷）
一、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1～5题只有一项符合题目要求，第6～8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。
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处静止释放，物块沿平板从点滑至点所用的时间与夹角的大小有关。若由逐渐增大至，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
2．“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，此时纽扣上距离中心处的点向心加速度大小约为　　
A． B． C． D．
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，与在一条直线上，与在一条直线上，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处的磁感应强度大小为，则图中与导线距离均为的、两点处的磁感应强度大小分别为　　
A．、0 B．0、 C．、 D．、
4．如图，一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，在此过程中放射出电子的总个数为　　
A．6 B．8 C．10 D．14
5．2021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，进入运行周期约为的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为。已知火星半径约为，火星表面处自由落体的加速度大小约为，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为　　
A． B． C． D．
6．某电场的等势面如图所示，图中、、、、为电场中的5个点，则　　
A．一正电荷从点运动到点，电场力做正功
B．一电子从点运动到点，电场力做功为
C．点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右
D．、、、四个点中，点的电场强度大小最大
7．一质量为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，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，重力加速度大小为。则　　
A．物体向上滑动的距离为
B．物体向下滑动时的加速度大小为
C．物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5
D．物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长
8．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　　
A．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
二、非选择题：（一）必考题。
9．（5分）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知，，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔△内小铜块沿斜面下滑的距离，2，3，4，，如表所示。
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为　　，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为　　。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取
10．（10分）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡（额定电压，额定电流、电压表（量程，内阻、电流表（量程，内阻定值电阻、滑动变阻器（阻值、电阻箱（最大阻值、电源（电动势，内阻不计）、开关、导线若干。完成下列填空：
（1）有3个阻值分别为、、的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在的曲线，应选取阻值为　　的定值电阻；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的　　（填“”或“” 端；
（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数、，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为时，小灯泡的电阻为　　（保留1位有效数字）；
（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为，该同学经计算知，应将的阻值调整为　　。然后调节滑动变阻器，测得数据如表所示：
24.0 46.0 76.0 110.0 128.0 152.0 184.0 216.0 250.0
140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0
（5）由图（b）和表格数据可知，随着流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻　　（填“增大”“减小”或“不变” ；
（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为，可得此时小灯泡电功率　　（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为时，小灯泡的电功率为，则　　（保留至整数）。
11．（12分）如图，一倾角为的光滑斜面上有50个减速带（图中未完全画出），相邻减速带间的距离均为，减速带的宽度远小于；一质量为的无动力小车（可视为质点）从距第一个减速带处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为，重力加速度大小为。
（1）求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能；
（2）求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能；
（3）若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则应满足什么条件？
12．（20分）如图，长度均为的两块挡板竖直相对放置，间距也为，两挡板上边缘和处于同一水平线上，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；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，电荷量为的粒子自电场中某处以大小为的速度水平向右发射，恰好从点处射入磁场，从两挡板下边缘和之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与的夹角为，不计重力。
（1）求粒子发射位置到点的距离；
（2）求磁感应强度大小的取值范围；
（3）若粒子正好从的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板的最近距离。
（二）选考题：
[物理——选修3-3]（15分）
13．（1）（5分）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积温度图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，和分别为两直线与纵轴交点的纵坐标，是它们的延长线与横轴交点的横坐标，；为直线Ⅰ上的一点。由图可知，气体在状态和的压强之比　　；气体在状态和的压强之比　　。
（2）（10分）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、两部分；初始时，、的体积均为，压强均等于大气压。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，使的体积减小为。
（ⅰ）求的体积和的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时的体积和的压强。
[物理——选修3-4]（15分）
14．（1）（5分）如图，单色光从折射率、厚度的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为，则该单色光在玻璃板内传播的速度为　　；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间的取值范围是　　　　（不考虑反射）。
（2）（10分）均匀介质中质点、的平衡位置位于轴上，坐标分别为0和。某简谐横波沿轴正方向传播，波速为，波长大于，振幅为，且传播时无衰减。时刻、偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在时刻，质点位于波峰。求：
（ⅰ）从时刻开始，质点最少要经过多长时间位于波峰；
（ⅱ）时刻质点偏离平衡位置的位移。
参考答案
一、选择题
1.D 【解析】在调节横杆位置的过程中，尽管可变，但是小物块始终从交点处静止释放，在水平面的投影长度一定。设点到竖直杆的距离为，物块下滑的位移为，下滑的加速度为，物块只受重力和支持力，垂直于长平板方向，有，平行于长平板方向有，则物块的加速度，根据几何关系，物块下滑的位移为，由得，则当时最小，则下滑时间先减小后增大，故D正确。
2.C 【解析】圆周运动向心加速度，由题干信息知，代入数据可得接近，故C正确。
3.B 【解析】根据题给信息可知，一根无限长直导线通过电流时，所产生的磁场在距离导线处的磁感应强度大小为，题图可等效成两根无限且相互绝缘的长直通电导线交叉放置，结合安培定则和矢量叠加原理可以判定两点处的磁感应强度大小分别为和，故B正确。
4.A 【解析】根据题图可得原子核质子数为92，中子数为146，则质量数为238；原子核质子数为82，中子数为124，则质量数为206，根据原子核经过一次衰变电荷数减小2，质量数减小4，一次衰变后电荷数增加1，质量数不变，写出衰变方程为，故此过程中放射出6个电子，故A正确。
5.C 【解析】由开普勒第三定律可知，绕同一中心天体运转的所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，即。对于椭圆形停泊轨道的半长轴，设探测器在火星表面运行的周期为，在椭圆形停泊轨道运行时的周期为，则，在火星表面有，联立得，则最远距离，计算结果接近，故C正确。
6.BD 【解析】根据题图可知，故一正电荷从点运动到点，电场力做功为零，A错误；一电子从点运动到点，电场力做功，B正确；根据电场线与等势面处处垂直的关系可知，点电场强度与该点所在等势面垂直，方向由高电势指向低电势，即方向向左，C错误；题图所示为等差等势面，等差等势面的疏密可表示电场强度的大小，即等差等势面密集处，电场强度大；反之电场强度小，四个点中，点处的等差等势面最密集，即点的电场强度最大，D正确。
7.BC 【解析】从物体自底端上滑到物体返回底端过程由动能定理可得，得；物体上滑过程有，联立可得，A错误；物体下滑的加速度大小，B正确；由，得，C正确；物体上滑的加速度大小，，，则物体上滑的初速度与下滑的末速度之比，由可得物体上滑和下滑的运动时间之比，即，D错误。
8.AB 【解析】由题意可知，甲、乙线圈材料相同，即密度、电阻率均相同，两线圈质量相等、边长相等，设为，由，又根据，体积，则甲、乙线圈的横截面积之比，则，则。甲、乙两线圈从同一高度静止释放做自由落体运动至线圈下边到达磁场上边界时的速度满足，得。线圈下边进入磁场后在重力及安培力作用下运动（完全进入前），则，，联立解得，与甲、乙线圈匝数、电阻、质量、横截面积均无关。故甲、乙线圈在释放高度相等的情况下也相同，故A、B正确。
二、非选择题
（一）必考题
9.0.43 0.32
【解析】根据题表可知记录的图像在相等时间间隔内的相邻之差在误差允许范围内为一定值，故由可知，。
对铜块受力分析可知，，即，解得
10.(1)10 (2) (3)0.7 (4)2 700.0 (5)增大 (6)0.074 10
【解析】(1)灯泡的额定电流为，当流过灯泡的电流为时，假设滑动变阻器的滑片位于端，灯泡两端的电压为额定电压，则两端的电压，定值电阻，故选择定值电阻时其阻值不能超过，故应选取阻值为的定值电阻。
(2)滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路，在闭合开关前，应将滑片置于端。
(3)由题图(b)可知时，，则。
(4)由题意可知，，解得，故应将电阻箱调为。
(5)通过(b)图及表格可知，随着增加，增加，图线中各点与坐标原点的连线的斜率逐渐增大，故灯丝的电阻增大。
(6)由表格可知时，，则小灯泡两端电压，所以，当时，，则小灯泡两端电压，所以，所以。
11.(1) (2) (3)
【解析】(1)小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同，故经过每一个减速带时损失的机械能等于在相邻减速带间运动减小的重力势能。
(2)小车在水平地面上有，解得，小车通过前30个减速带的过程中，损失的机械能为，在每一个减速带上平均损失的机械能为，解得。
(3)若使小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则应满足，解得。
12.(1) (2) (3)
【解析】(1)粒子在电场中做类平抛运动，沿电场方向有，，，垂直电场方向有，又，，，解得粒子发射位置到点的距离 。
(2)粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得，最小时最大，粒子从点射出磁场；最大时最小，粒子从点射出磁场，如图所示，由几何知识可得，联立解得磁感应强度大小的取值范围为。
(3)由题意可知，粒子在磁场内的运动轨迹如图所示，设的中点为，与之间的夹角为，
根据几何关系有，，，若粒子的运动轨迹半径为，结合几何关系有，解得，则由几何关系可得，轨迹与挡板的最近距离。
（二）选考题
13.(1)
(2)
【解析】（1）状态和在同一条等压线上，则压强之比；根据，可得。
（2）以内气体为研究对象，由玻意耳定律得，解得，由题意可知，以内气体为研究对象，由玻意耳定律得，解得。
以内气体为研究对象，有，以内气体为研究对象，有，又，，联立解得，。
14.(1)
(2)
【解析】（1）该单色光在玻璃板内传播的速度为；当入射光垂直入射时通过玻璃板所用时间最短，，当玻璃板上方的入射光线刚好平行于玻璃板上表面入射时，单色光通过玻璃板所用时间最长，根据全反射和几何知识可得光在玻璃板内的传播路程，。
（2）时刻质点位于波峰，波长，，则时刻后质点第一次到达波峰时，波传播的距离为，经历的时间，解得。
由题意知，该波的传播周期，则波长，可得，质点位于处，时刻的波形图如图所示，
则处，。