2021年高考物理真题试卷（广东卷）

2021年高考物理真题试卷（广东卷）
一、单项选择题：本题共7小题,每小题4分，共28分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1．（2021·广东）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为 ，下列说法正确的是（　　）
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
2．（2021·广东）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（　　）
A．核心舱的质量和绕地半径
B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期
D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
3．（2021·广东）唐代《来耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力，设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁，F与竖直方向的夹角分别为 和 ， ，如图所示，忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是（　　）
A．耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大
B．耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大
C．曲辕犁匀速前进时，耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力
D．直辕犁加速前进时，耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力
4．（2021·广东）由于高度限制，车库出入口采用图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆 与横杆 链接而成，P、Q为横杆的两个端点。在道闸抬起过程中，杆 始终保持水平。杆 绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．P点的线速度大小不变 B．P点的加速度方向不变
C．Q点在竖直方向做匀速运动 D．Q点在水平方向做匀速运动
5．（2021·广东）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流 I1 ，四根平行直导线均通入电流 I2 ， I1 I2 ，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（　　）
A． B．
C． D．
6．（2021·广东）图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（　　）
A．a点的电势比b点的低 B．a点的电场强度比b点的小
C．液滴在a点的加速度比在b点的小 D．液滴在a点的电势能比在b点的大
7．（2021·广东）某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2s，电压最大值为0.05V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是（　　）
A．交流电的频率为10Hz
B．副线圈两端电压最大值为3V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
二、多项选择题：本小题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部做对的得6分，选对但不全对的得3分，有选错的得0分。
8．（2021·广东）赛龙舟是端午节的传统活动。下列 和 图像描述了五条相同的龙舟从同一起点线同时出发、沿长直河道划向同一终点线的运动全过程，其中能反映龙舟甲与其它龙舟在途中出现船头并齐的有（　　）
A． B．
C． D．
9．（2021·广东）长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡销的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹，战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为m的手榴弹，手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为h，在空中的运动可视为平抛运动，轨迹如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的有（　　）
A．甲在空中的运动时间比乙的长
B．两手榴弹在落地前瞬间，重力的功率相等
C．从投出到落地，每颗手榴弹的重力势能减少
D．从投出到落地，每颗手榴弹的机械能变化量为
10．（2021·广东）如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨 和 ， 与 平行， 是以O为圆心的圆弧导轨，圆弧 左侧和扇形 内有方向如图的匀强磁场，金属杆 的O端与e点用导线相接，P端与圆弧 接触良好，初始时，可滑动的金属杆 静止在平行导轨上，若杆 绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有（　　）
A．杆 产生的感应电动势恒定 B．杆 受到的安培力不变
C．杆 做匀加速直线运动 D．杆 中的电流逐渐减小
三、非选择题：共54分。第11~14题为必考题，考生都必须作答。第15~16题为选考题，考生根据要求作答。
11．（2021·广东）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数 ，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。
n 1 2 3 4 5 6
8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09
（1）利用 计算弹簧的压缩量： ， ， 　 　cm，压缩量的平均值 　 　cm；
（2）上述 是管中增加　 　个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）忽略摩擦，重力加速度g取 ，该弹簧的劲度系数为　 　N/m。（结果保留3位有效数字）
12．（2021·广东）某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
（1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔　 　，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“ ”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而　 　。
（2）再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器 的滑片滑到　 　端（选填“a”或“b”）。
将温控室的温度设置为T，电阻箱 调为某一阻值 。闭合开关S，调节滑动变阻器 ，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和 。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节 和 ，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值 。断开开关S。
②实验中记录的阻值 　 　 （选填“大于”、“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值 　 　。
改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
13．（2021·广东）算盘是我国古老的计算工具，中心带孔的相同算珠可在算盘的固定导杆上滑动，使用前算珠需要归零，如图所示，水平放置的算盘中有甲、乙两颗算珠未在归零位置，甲靠边框b，甲、乙相隔 ，乙与边框a相隔 ，算珠与导杆间的动摩擦因数 。现用手指将甲以 的初速度拨出，甲、乙碰撞后甲的速度大小为 ，方向不变，碰撞时间极短且不计，重力加速度g取 。
（1）通过计算，判断乙算珠能否滑动到边框a；
（2）求甲算珠从拨出到停下所需的时间。
14．（2021·广东）图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能 从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为 ，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取 。
（1）当 时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角 均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能；
（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当 时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。
四、【选修3-3】
15．（2021·广东）
（1）在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内的气体压强　 　（选填“大于”、“小于”或“等于”）机场地面大气压强：从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（2）为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为 ，护士把注射器内横截面积为 、长度为0.4cm、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强。
五、【选修3-4】
16．（2021·广东）
（1）如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经 时间，小球从最低点向上运动的距离　 　 （选填“大于”、“小于”或“等于”）；在 时刻，小球的动能　 　（选填“最大”或“最小”）。
（2）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为 ，折射角为 ；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角 的正弦值表达式。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】AB．铝发生衰变，其生成物为镁，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y的上标为0，下标为1，则该核反应是 ，即Y是正电子，AB不符合题意；
CD．半衰期为大量原子核衰变一半质量所花的时间，因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；再过144万年，即两个半衰期，两个半衰期其铝衰变四分之三，所以铝原子核还没衰变的质量剩下四分之一，C符合题意，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】利用质量数和电荷数守恒可以判别Y是正电子；利用半衰期的大小可以判别原子核衰变的质量大小。
2．【答案】D
【知识点】牛顿第二定律；匀速圆周运动；万有引力定律的应用
【解析】【解答】核心舱做匀速圆周运动时，地球对核心舱的引力提供核心舱做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律可得：
可得
根据地球质量的表达式可知要求地球的质量需要核心舱的线速度、核心舱的轨道半径、核心舱的角速度（或周期）中的其中两个因素方可以实现。
故答案为：D。
【分析】利用引力提供向心力结合核心舱的线速度和半径可以求出地球质量的大小。
3．【答案】B
【知识点】牛顿第三定律；力的分解
【解析】【解答】A．对比两图直辕犁和曲辕犁两个构造可以得出耕索与竖直方向的夹角不同，将拉力F正交分解如下图所示
对于曲辕犁，则在x方向可得出Fx曲=Fsinα，在y方向可得出Fy曲=Fcosα
对于直辕犁，则在x方向可得出Fx直=Fsinβ，在y方向可得出Fy直=Fcosβ
由题知α<β则sinαcosα>cosβ
则可得到Fx曲Fy直
A不符合题意、B符合题意；
CD．无论是曲辕犁还是直辕犁，根据牛顿第三定律可得耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，无论是加速还是匀速，其拉力大小相等，则C、D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】利用拉力进行分解可以比较水平分力和竖直分力的大小；耕索对犁的拉力和犁对耕索的拉力属于相互作用力大小相等。
4．【答案】A
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】A．由于杆OP做匀速圆周运动，根据物体做匀速圆周运动的特点可得P点的线速度大小不变，A符合题意；
B．由于杆OP做匀速圆周运动，其向心力和向心加速度时刻指向圆心所以方向时刻改变，则P点的向心加速度方向时刻改变，B不符合题意；
C．由于P点做匀速圆周运动，所在在t时间内，其P点在y方向的位置为：y1 = lOP×sin( + ωt)，且Q点在竖直方向的运动与P点相同，则Q点的位移y关于时间t的关系为y = lOP×sin( + ωt)
从表达式可得Q点在竖直方向不是匀速运动，C不符合题意；
D．由于P点做匀速圆周运动，所在在t时间内，其P点在x方向的位置为：x1 = lOP×cos( + ωt)，则Q点在水平方向的位移x关于时间t的关系为x = lOP×cos( + ωt) + lPQ
从表达式可得Q点在水平方向也不是匀速运动，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】由于杆OP匀速转动所以其线速度大小保持不变，由于做匀速圆周运动所以其向心加速度方向不断改变，利用OP杆运动的位移结合位移的分解可以判别其Q点水平方向和竖直方向位移和时间的关系。
5．【答案】C
【知识点】安培力；左手定则
【解析】【解答】如图所示，已知五条通电直导线的电流方向，且中心直导线的电流与周围四根直导线的电流关系有： I1 I2 ，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用，只考虑中间导线和周围四个导线的安培力作用；根据同吸异斥可以得出：正方形上下两个导线受到中间导线的排斥力，导致正方形上下边长凸出，其左右两个导线受到中间导线的吸引力作用，导致正方形左右两边形成凹形，故变形后的形状如C图所示，所以C选项符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用安培定则可以判别其通电导线周期产生的磁场方向，结合左手定则可以判别其导线受到的安培力方向进而判别弹性长管的变形情况。
6．【答案】D
【知识点】电场强度和电场线
【解析】【解答】A．发射极接高压电源的正极，其电场线方向从正极指向负极，则所加强电场的场强向右，根据电势沿电场线方向不断降低可知
A不符合题意；
B．从图中可以得出a所处等势线比b密集，根据等差等势线的疏密反映场强的大小，可得：
B不符合题意；
C．已知a点的场强大于b点，液滴的重力不计，其电场力等于合力，根据牛顿第二定律可知，液滴的加速度为
因 ，可得
C不符合题意；
D．液滴在电场力作用下向右加速，动能增大，其电场力方向向右，所以电场力做正功，电势能减少，即
D符合题意；
故答案为：D。
【分析】利用等势面的疏密可以比较电场强度的大小；利用电场线的方向可以比较电势的高度；利用牛顿第二定律结合场强的大小可以比较加速度的大小；利用电场力做功可以比较电势能的大小。
7．【答案】B
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】A．已知永磁铁往复运动的周期是T=0.2s，根据周期和频率的关系有：
A不符合题意；
B．已知变压器的原线圈最大电压U1=0.05V，且原副线圈的匝数之比为1:60，由理想变压器原理可知
解得副线两端的最大电压为 ，B符合题意；
C．根据电动势峰值的表达式，则永磁铁磁场强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，C不符合题意；
D．由于理想变压器不计能量的损失，根据能量守恒定律可得充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】利用周期可以求出频率的大小；利用匝数之比结合输入电压的峰值可以求出输出电压的峰值；当永磁体的磁感应强度变大时线圈产生的感应电动势随之变大；由于属于理想变压器所以输入功率等于输出功率的大小。
8．【答案】B,D
【知识点】运动学 S-t 图象；运动学 v-t 图象
【解析】【解答】A．图A属于v-t图像，其图线与t轴所围面积代表龙舟运动的位移，在图中其甲的面积一直比乙的面积大，所以中途不可能出现甲乙船头并齐，A不符合题意；
B．图B属于v-t图像，其图线与t轴所围面积代表龙舟运动的位移，在甲和丙到达终点前，有某一时刻两者面积相等，由图可以判断在中途甲、丙位移会相同，所以在中途甲丙船头会并齐，B符合题意；
C．图C属于s-t图像，其图像的交点代表两个龙舟出现齐头并进的时刻，由于丁甲没有交点中途不可能出现甲丁船头并齐，C不符合题意；
D．图D属于s-t图像，其图像的交点代表两个龙舟出现齐头并进的时刻，由于戊甲在某一时刻出现交点所以甲戊在中途船头会齐，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】速度时间图像中利用图像面积代表位移，利用面积相等时可以判别两船出现齐头并进；位移时间图像中利用图像交点可以判别两船齐头并进。
9．【答案】B,C
【知识点】平抛运动
【解析】【解答】A．甲乙两个手榴弹都做平抛运动，其竖直方向为自由落体运动，根据位移公式有：
因为两手榴弹运动的高度差相同，所以在空中运动时间相等，A不符合题意；
B．手榴弹在竖直方向做自由落体运动，根据速度位移公式有：
落地时根据速度的分解有：
做平抛运动的物体落地前瞬间重力的功率为：
两手榴弹运动的高度差相同，质量相同，根据表达式可得落地前瞬间，两手榴弹重力功率相同，B符合题意；
C．根据功能关系有：物体重力势能变化量等于物体克服重力所做的功，从投出到落地，手榴弹下降的高度为h，所以手榴弹重力势能减小量 ，C符合题意；
D．根据机械能守恒条件有：只有重力对物体做功时物体的机械能守恒，则从投出到落地，手榴弹做平抛运动，只有重力做功，机械能守恒，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用平抛运动的位移公式结合下落的高度可以比较运动的时间；利用竖直方向的速度结合重力可以比较重力瞬时功率的大小；利用高度的变化可以求出重力势能的减少量；利用只有重力做功所以机械能守恒。
10．【答案】A,D
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A．根据动生电动势的表达式可得：OP转动切割磁感线产生的感应电动势为
当OP匀速转动，其B、r、的大小不变所以杆OP产生的感应电动势恒定，A符合题意；
BCD．以OP棒为对象，根据右手定则可得杆OP匀速转动产生的感应电动势产生的感应电流由M到N通过MN棒，以MN棒为对象，由左手定则可知，MN棒受到向左的安培力会向左运动，MN棒运动会切割磁感线，根据右手定则可以得出MN棒产生电动势与原来电流方向相反，让回路电流减小，当电流减小时，根据牛顿第二定律有：ma=BIL，则MN棒所受安培力会减小，加速度减小，D符合题意，BC不符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用动生电动势的表达式结合杆匀速转动所以产生的电动势大小恒定；利用右手定则可以判别感应电流的方向，结合左手定则可以判别杆OP受到的安培力方向不断变化；利用左手定则结合右手定则可以判别MN中的电流逐渐减小所以安培力和加速度不断减小。
11．【答案】（1）6.04；6.05
（2）3
（3）48.6
【知识点】探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
【解析】【解答】（1）当i=3时，根据压缩量的表达式有： ，
代入数据可得：
根据压缩量的平均值有：
代入数据可得：
（2）根据 是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）由于钢球受到弹力和重力的分力时静止，根据钢球的平衡条件有
解得
【分析】（1）利用弹簧的长度可以求出形变量的大小；利用压缩量可以求出平均值的大小；
（2）由于形变量对应增加三个钢球的压缩量，所以其平均值为3个钢球产生的平均压缩量；
（3）利用平衡方程结合重力的大小可以求出劲度系数的大小。
12．【答案】（1）短接；减小
（2）b；大于；
【知识点】研究热敏、光敏、压敏等可变电阻的特性
【解析】【解答】（1）多用电表使用欧姆挡位时，首先应该选择适当的倍率，将红黑笔进行短接，进行欧姆调零；欧姆表其指针的偏转代表电流的大小，当欧姆表指针向右偏转角度越大，则电流越大其热敏电阻的阻值越小，则判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
（2）①滑动变阻器在电路中使用分压式接法，为了防止电路电流过大，闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；
②第一次电压表接在C端时，根据欧姆定律有：，第二次电压表接在D端时，根据欧姆定律有：，因为
根据两次电压表和电流表的示数相同则：，
从表达式可得R01大于R02。
【分析】（1）欧姆调零需要将红黑笔短接；指针向右偏转说明热敏电阻其阻值随温度的升高而不断减小；
（2）闭合开关时其滑动变阻器要滑在b端使其电阻处于最大值；由于电压表和电流表读数相同，结合欧姆定律可以比较电阻的大小，利用两次总电阻相同可以求出热敏电阻的阻值大小。
13．【答案】（1）解：甲乙滑动时的加速度大小均为
甲与乙碰前的速度v1，则
解得v1=0.3m/s
甲乙碰撞时由动量守恒定律
解得碰后乙的速度v3=0.2m/s
然后乙做减速运动，当速度减为零时则
可知乙恰好能滑到边框a
（2）解：甲与乙碰前运动的时间
碰后甲运动的时间
则甲运动的总时间为
【知识点】动量守恒定律；匀变速直线运动的速度与时间的关系；匀变速直线运动的位移与时间的关系
【解析】【分析】（1）已知动摩擦因数的大小，结合牛顿第二定律可以求出甲乙运动的加速度大小，甲与乙碰前做匀减速直线运动，利用速度位移公式可以求出碰前速度的大小，甲乙碰撞过程动量守恒，利用动量守恒定律可以求出乙碰后速度的大小，结合乙做匀减速直线运动的速度位移公式可以求出运动的位移；
（2）甲碰前做匀减速直线运动，碰后做匀减速直线运动，利用速度公式可以求出碰前和碰后的运动时间。
14．【答案】（1）解：电子在电场中加速有
在磁场Ⅰ中，由几何关系可得
联立解得
在磁场Ⅰ中的运动周期为
由几何关系可得，电子在磁场Ⅰ中运动的圆心角为
在磁场Ⅰ中的运动时间为
联立解得
从Q点出来的动能为
（2）解：在磁场Ⅰ中的做匀速圆周运动的最大半径为 ，此时圆周的轨迹与Ⅰ边界相切，由几何关系可得
解得
由于
联立解得
【知识点】动能定理的综合应用；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）电子在电场中加速，利用动能定理可以求出电子进入磁场的速度大小，电子在磁场中做匀速圆周运动，利用几何关系可以求出轨道半径的大小，结合牛顿第二定律可以求出I区域的磁感应强度的大小；利用几何关系可以求出电子在磁场中运动的圆心角，结合运动的周期可以求出电子运动的时间，利用动能定理可以求出电子从Q离开的动能大小；
（2）在磁场I做匀速圆周运动，利用几何关系可以求出最大的轨道半径，结合牛顿第二定律可以求出电子的最大速度，利用动能定理可以求出k值的最大值。
15．【答案】（1）小于；不变
（2）解：以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1，有
注射器内气体体积为V2，有
根据理想气体状态方程有
代入数据解得
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】（1）机场地面温度与高空客舱温度相同，以瓶内气体为研究对象，扩泉水位置变化时其瓶内的温度保持不变，由题意知瓶内气体体积变小，根据理想气体状态方程 ，可以得出瓶内的气体其压强变大，可得高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强。
由于物体的温度是平均动能的标志，因而看气体的平均动能变化只与温度有关，由于瓶内气体其温度不变，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变。
【分析】（1）由于温度不变，瓶内气体体积变小可以判别瓶内气体的压强变大；由于温度不变所以气体的平均动能保持不变；
（2）由于瓶内气体发生等温变化，利用理想气体的状态方程可以求出药瓶中气体的压强大小。
16．【答案】（1）小于；最大
（2）解：根据光的折射定律有
根据光的全反射规律有
联立解得
【知识点】简谐运动的表达式与图象；光的折射及折射定律
【解析】【解答】（1）从简谐运动的图像可得周期和振幅的大小，根据周期和角频率的关系有：，
根据角频率和振幅可得：简谐振动的位移公式为：
当 时有小球的位置为：
已知小球从最低点到y1处，所以小球从最低点向上运动的距离为
通过距离的表达式可得小球从最低点向上运动的距离小于 。
在 时，小球回到平衡位置，其加速度等于0，具有最大的振动速度，所以小球的动能最大。
【分析】（1）利用简谐运动的振动方程结合振动时间可以判别其小球运动的距离大小；在平衡位置其小球的速度和动能处于最大值；
（2）已知入射角和折射角的大小，利用折射定律可以求出折射率的大小，结合全反射定律可以求出全反射角正弦值的表达式。
1 / 12021年高考物理真题试卷（广东卷）
一、单项选择题：本题共7小题,每小题4分，共28分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1．（2021·广东）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为 ，下列说法正确的是（　　）
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
【答案】C
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】AB．铝发生衰变，其生成物为镁，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y的上标为0，下标为1，则该核反应是 ，即Y是正电子，AB不符合题意；
CD．半衰期为大量原子核衰变一半质量所花的时间，因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；再过144万年，即两个半衰期，两个半衰期其铝衰变四分之三，所以铝原子核还没衰变的质量剩下四分之一，C符合题意，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】利用质量数和电荷数守恒可以判别Y是正电子；利用半衰期的大小可以判别原子核衰变的质量大小。
2．（2021·广东）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（　　）
A．核心舱的质量和绕地半径
B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期
D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
【答案】D
【知识点】牛顿第二定律；匀速圆周运动；万有引力定律的应用
【解析】【解答】核心舱做匀速圆周运动时，地球对核心舱的引力提供核心舱做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律可得：
可得
根据地球质量的表达式可知要求地球的质量需要核心舱的线速度、核心舱的轨道半径、核心舱的角速度（或周期）中的其中两个因素方可以实现。
故答案为：D。
【分析】利用引力提供向心力结合核心舱的线速度和半径可以求出地球质量的大小。
3．（2021·广东）唐代《来耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力，设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁，F与竖直方向的夹角分别为 和 ， ，如图所示，忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是（　　）
A．耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大
B．耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大
C．曲辕犁匀速前进时，耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力
D．直辕犁加速前进时，耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力
【答案】B
【知识点】牛顿第三定律；力的分解
【解析】【解答】A．对比两图直辕犁和曲辕犁两个构造可以得出耕索与竖直方向的夹角不同，将拉力F正交分解如下图所示
对于曲辕犁，则在x方向可得出Fx曲=Fsinα，在y方向可得出Fy曲=Fcosα
对于直辕犁，则在x方向可得出Fx直=Fsinβ，在y方向可得出Fy直=Fcosβ
由题知α<β则sinαcosα>cosβ
则可得到Fx曲Fy直
A不符合题意、B符合题意；
CD．无论是曲辕犁还是直辕犁，根据牛顿第三定律可得耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，无论是加速还是匀速，其拉力大小相等，则C、D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】利用拉力进行分解可以比较水平分力和竖直分力的大小；耕索对犁的拉力和犁对耕索的拉力属于相互作用力大小相等。
4．（2021·广东）由于高度限制，车库出入口采用图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆 与横杆 链接而成，P、Q为横杆的两个端点。在道闸抬起过程中，杆 始终保持水平。杆 绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．P点的线速度大小不变 B．P点的加速度方向不变
C．Q点在竖直方向做匀速运动 D．Q点在水平方向做匀速运动
【答案】A
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】A．由于杆OP做匀速圆周运动，根据物体做匀速圆周运动的特点可得P点的线速度大小不变，A符合题意；
B．由于杆OP做匀速圆周运动，其向心力和向心加速度时刻指向圆心所以方向时刻改变，则P点的向心加速度方向时刻改变，B不符合题意；
C．由于P点做匀速圆周运动，所在在t时间内，其P点在y方向的位置为：y1 = lOP×sin( + ωt)，且Q点在竖直方向的运动与P点相同，则Q点的位移y关于时间t的关系为y = lOP×sin( + ωt)
从表达式可得Q点在竖直方向不是匀速运动，C不符合题意；
D．由于P点做匀速圆周运动，所在在t时间内，其P点在x方向的位置为：x1 = lOP×cos( + ωt)，则Q点在水平方向的位移x关于时间t的关系为x = lOP×cos( + ωt) + lPQ
从表达式可得Q点在水平方向也不是匀速运动，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】由于杆OP匀速转动所以其线速度大小保持不变，由于做匀速圆周运动所以其向心加速度方向不断改变，利用OP杆运动的位移结合位移的分解可以判别其Q点水平方向和竖直方向位移和时间的关系。
5．（2021·广东）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流 I1 ，四根平行直导线均通入电流 I2 ， I1 I2 ，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【知识点】安培力；左手定则
【解析】【解答】如图所示，已知五条通电直导线的电流方向，且中心直导线的电流与周围四根直导线的电流关系有： I1 I2 ，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用，只考虑中间导线和周围四个导线的安培力作用；根据同吸异斥可以得出：正方形上下两个导线受到中间导线的排斥力，导致正方形上下边长凸出，其左右两个导线受到中间导线的吸引力作用，导致正方形左右两边形成凹形，故变形后的形状如C图所示，所以C选项符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用安培定则可以判别其通电导线周期产生的磁场方向，结合左手定则可以判别其导线受到的安培力方向进而判别弹性长管的变形情况。
6．（2021·广东）图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（　　）
A．a点的电势比b点的低 B．a点的电场强度比b点的小
C．液滴在a点的加速度比在b点的小 D．液滴在a点的电势能比在b点的大
【答案】D
【知识点】电场强度和电场线
【解析】【解答】A．发射极接高压电源的正极，其电场线方向从正极指向负极，则所加强电场的场强向右，根据电势沿电场线方向不断降低可知
A不符合题意；
B．从图中可以得出a所处等势线比b密集，根据等差等势线的疏密反映场强的大小，可得：
B不符合题意；
C．已知a点的场强大于b点，液滴的重力不计，其电场力等于合力，根据牛顿第二定律可知，液滴的加速度为
因 ，可得
C不符合题意；
D．液滴在电场力作用下向右加速，动能增大，其电场力方向向右，所以电场力做正功，电势能减少，即
D符合题意；
故答案为：D。
【分析】利用等势面的疏密可以比较电场强度的大小；利用电场线的方向可以比较电势的高度；利用牛顿第二定律结合场强的大小可以比较加速度的大小；利用电场力做功可以比较电势能的大小。
7．（2021·广东）某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2s，电压最大值为0.05V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是（　　）
A．交流电的频率为10Hz
B．副线圈两端电压最大值为3V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
【答案】B
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】A．已知永磁铁往复运动的周期是T=0.2s，根据周期和频率的关系有：
A不符合题意；
B．已知变压器的原线圈最大电压U1=0.05V，且原副线圈的匝数之比为1:60，由理想变压器原理可知
解得副线两端的最大电压为 ，B符合题意；
C．根据电动势峰值的表达式，则永磁铁磁场强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，C不符合题意；
D．由于理想变压器不计能量的损失，根据能量守恒定律可得充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】利用周期可以求出频率的大小；利用匝数之比结合输入电压的峰值可以求出输出电压的峰值；当永磁体的磁感应强度变大时线圈产生的感应电动势随之变大；由于属于理想变压器所以输入功率等于输出功率的大小。
二、多项选择题：本小题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部做对的得6分，选对但不全对的得3分，有选错的得0分。
8．（2021·广东）赛龙舟是端午节的传统活动。下列 和 图像描述了五条相同的龙舟从同一起点线同时出发、沿长直河道划向同一终点线的运动全过程，其中能反映龙舟甲与其它龙舟在途中出现船头并齐的有（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B,D
【知识点】运动学 S-t 图象；运动学 v-t 图象
【解析】【解答】A．图A属于v-t图像，其图线与t轴所围面积代表龙舟运动的位移，在图中其甲的面积一直比乙的面积大，所以中途不可能出现甲乙船头并齐，A不符合题意；
B．图B属于v-t图像，其图线与t轴所围面积代表龙舟运动的位移，在甲和丙到达终点前，有某一时刻两者面积相等，由图可以判断在中途甲、丙位移会相同，所以在中途甲丙船头会并齐，B符合题意；
C．图C属于s-t图像，其图像的交点代表两个龙舟出现齐头并进的时刻，由于丁甲没有交点中途不可能出现甲丁船头并齐，C不符合题意；
D．图D属于s-t图像，其图像的交点代表两个龙舟出现齐头并进的时刻，由于戊甲在某一时刻出现交点所以甲戊在中途船头会齐，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】速度时间图像中利用图像面积代表位移，利用面积相等时可以判别两船出现齐头并进；位移时间图像中利用图像交点可以判别两船齐头并进。
9．（2021·广东）长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡销的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹，战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为m的手榴弹，手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为h，在空中的运动可视为平抛运动，轨迹如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的有（　　）
A．甲在空中的运动时间比乙的长
B．两手榴弹在落地前瞬间，重力的功率相等
C．从投出到落地，每颗手榴弹的重力势能减少
D．从投出到落地，每颗手榴弹的机械能变化量为
【答案】B,C
【知识点】平抛运动
【解析】【解答】A．甲乙两个手榴弹都做平抛运动，其竖直方向为自由落体运动，根据位移公式有：
因为两手榴弹运动的高度差相同，所以在空中运动时间相等，A不符合题意；
B．手榴弹在竖直方向做自由落体运动，根据速度位移公式有：
落地时根据速度的分解有：
做平抛运动的物体落地前瞬间重力的功率为：
两手榴弹运动的高度差相同，质量相同，根据表达式可得落地前瞬间，两手榴弹重力功率相同，B符合题意；
C．根据功能关系有：物体重力势能变化量等于物体克服重力所做的功，从投出到落地，手榴弹下降的高度为h，所以手榴弹重力势能减小量 ，C符合题意；
D．根据机械能守恒条件有：只有重力对物体做功时物体的机械能守恒，则从投出到落地，手榴弹做平抛运动，只有重力做功，机械能守恒，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用平抛运动的位移公式结合下落的高度可以比较运动的时间；利用竖直方向的速度结合重力可以比较重力瞬时功率的大小；利用高度的变化可以求出重力势能的减少量；利用只有重力做功所以机械能守恒。
10．（2021·广东）如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨 和 ， 与 平行， 是以O为圆心的圆弧导轨，圆弧 左侧和扇形 内有方向如图的匀强磁场，金属杆 的O端与e点用导线相接，P端与圆弧 接触良好，初始时，可滑动的金属杆 静止在平行导轨上，若杆 绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有（　　）
A．杆 产生的感应电动势恒定 B．杆 受到的安培力不变
C．杆 做匀加速直线运动 D．杆 中的电流逐渐减小
【答案】A,D
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A．根据动生电动势的表达式可得：OP转动切割磁感线产生的感应电动势为
当OP匀速转动，其B、r、的大小不变所以杆OP产生的感应电动势恒定，A符合题意；
BCD．以OP棒为对象，根据右手定则可得杆OP匀速转动产生的感应电动势产生的感应电流由M到N通过MN棒，以MN棒为对象，由左手定则可知，MN棒受到向左的安培力会向左运动，MN棒运动会切割磁感线，根据右手定则可以得出MN棒产生电动势与原来电流方向相反，让回路电流减小，当电流减小时，根据牛顿第二定律有：ma=BIL，则MN棒所受安培力会减小，加速度减小，D符合题意，BC不符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用动生电动势的表达式结合杆匀速转动所以产生的电动势大小恒定；利用右手定则可以判别感应电流的方向，结合左手定则可以判别杆OP受到的安培力方向不断变化；利用左手定则结合右手定则可以判别MN中的电流逐渐减小所以安培力和加速度不断减小。
三、非选择题：共54分。第11~14题为必考题，考生都必须作答。第15~16题为选考题，考生根据要求作答。
11．（2021·广东）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数 ，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。
n 1 2 3 4 5 6
8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09
（1）利用 计算弹簧的压缩量： ， ， 　 　cm，压缩量的平均值 　 　cm；
（2）上述 是管中增加　 　个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）忽略摩擦，重力加速度g取 ，该弹簧的劲度系数为　 　N/m。（结果保留3位有效数字）
【答案】（1）6.04；6.05
（2）3
（3）48.6
【知识点】探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
【解析】【解答】（1）当i=3时，根据压缩量的表达式有： ，
代入数据可得：
根据压缩量的平均值有：
代入数据可得：
（2）根据 是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）由于钢球受到弹力和重力的分力时静止，根据钢球的平衡条件有
解得
【分析】（1）利用弹簧的长度可以求出形变量的大小；利用压缩量可以求出平均值的大小；
（2）由于形变量对应增加三个钢球的压缩量，所以其平均值为3个钢球产生的平均压缩量；
（3）利用平衡方程结合重力的大小可以求出劲度系数的大小。
12．（2021·广东）某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
（1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔　 　，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“ ”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而　 　。
（2）再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器 的滑片滑到　 　端（选填“a”或“b”）。
将温控室的温度设置为T，电阻箱 调为某一阻值 。闭合开关S，调节滑动变阻器 ，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和 。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节 和 ，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值 。断开开关S。
②实验中记录的阻值 　 　 （选填“大于”、“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值 　 　。
改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
【答案】（1）短接；减小
（2）b；大于；
【知识点】研究热敏、光敏、压敏等可变电阻的特性
【解析】【解答】（1）多用电表使用欧姆挡位时，首先应该选择适当的倍率，将红黑笔进行短接，进行欧姆调零；欧姆表其指针的偏转代表电流的大小，当欧姆表指针向右偏转角度越大，则电流越大其热敏电阻的阻值越小，则判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
（2）①滑动变阻器在电路中使用分压式接法，为了防止电路电流过大，闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；
②第一次电压表接在C端时，根据欧姆定律有：，第二次电压表接在D端时，根据欧姆定律有：，因为
根据两次电压表和电流表的示数相同则：，
从表达式可得R01大于R02。
【分析】（1）欧姆调零需要将红黑笔短接；指针向右偏转说明热敏电阻其阻值随温度的升高而不断减小；
（2）闭合开关时其滑动变阻器要滑在b端使其电阻处于最大值；由于电压表和电流表读数相同，结合欧姆定律可以比较电阻的大小，利用两次总电阻相同可以求出热敏电阻的阻值大小。
13．（2021·广东）算盘是我国古老的计算工具，中心带孔的相同算珠可在算盘的固定导杆上滑动，使用前算珠需要归零，如图所示，水平放置的算盘中有甲、乙两颗算珠未在归零位置，甲靠边框b，甲、乙相隔 ，乙与边框a相隔 ，算珠与导杆间的动摩擦因数 。现用手指将甲以 的初速度拨出，甲、乙碰撞后甲的速度大小为 ，方向不变，碰撞时间极短且不计，重力加速度g取 。
（1）通过计算，判断乙算珠能否滑动到边框a；
（2）求甲算珠从拨出到停下所需的时间。
【答案】（1）解：甲乙滑动时的加速度大小均为
甲与乙碰前的速度v1，则
解得v1=0.3m/s
甲乙碰撞时由动量守恒定律
解得碰后乙的速度v3=0.2m/s
然后乙做减速运动，当速度减为零时则
可知乙恰好能滑到边框a
（2）解：甲与乙碰前运动的时间
碰后甲运动的时间
则甲运动的总时间为
【知识点】动量守恒定律；匀变速直线运动的速度与时间的关系；匀变速直线运动的位移与时间的关系
【解析】【分析】（1）已知动摩擦因数的大小，结合牛顿第二定律可以求出甲乙运动的加速度大小，甲与乙碰前做匀减速直线运动，利用速度位移公式可以求出碰前速度的大小，甲乙碰撞过程动量守恒，利用动量守恒定律可以求出乙碰后速度的大小，结合乙做匀减速直线运动的速度位移公式可以求出运动的位移；
（2）甲碰前做匀减速直线运动，碰后做匀减速直线运动，利用速度公式可以求出碰前和碰后的运动时间。
14．（2021·广东）图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能 从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为 ，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取 。
（1）当 时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角 均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能；
（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当 时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。
【答案】（1）解：电子在电场中加速有
在磁场Ⅰ中，由几何关系可得
联立解得
在磁场Ⅰ中的运动周期为
由几何关系可得，电子在磁场Ⅰ中运动的圆心角为
在磁场Ⅰ中的运动时间为
联立解得
从Q点出来的动能为
（2）解：在磁场Ⅰ中的做匀速圆周运动的最大半径为 ，此时圆周的轨迹与Ⅰ边界相切，由几何关系可得
解得
由于
联立解得
【知识点】动能定理的综合应用；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）电子在电场中加速，利用动能定理可以求出电子进入磁场的速度大小，电子在磁场中做匀速圆周运动，利用几何关系可以求出轨道半径的大小，结合牛顿第二定律可以求出I区域的磁感应强度的大小；利用几何关系可以求出电子在磁场中运动的圆心角，结合运动的周期可以求出电子运动的时间，利用动能定理可以求出电子从Q离开的动能大小；
（2）在磁场I做匀速圆周运动，利用几何关系可以求出最大的轨道半径，结合牛顿第二定律可以求出电子的最大速度，利用动能定理可以求出k值的最大值。
四、【选修3-3】
15．（2021·广东）
（1）在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内的气体压强　 　（选填“大于”、“小于”或“等于”）机场地面大气压强：从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（2）为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为 ，护士把注射器内横截面积为 、长度为0.4cm、压强为 的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强。
【答案】（1）小于；不变
（2）解：以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1，有
注射器内气体体积为V2，有
根据理想气体状态方程有
代入数据解得
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】（1）机场地面温度与高空客舱温度相同，以瓶内气体为研究对象，扩泉水位置变化时其瓶内的温度保持不变，由题意知瓶内气体体积变小，根据理想气体状态方程 ，可以得出瓶内的气体其压强变大，可得高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强。
由于物体的温度是平均动能的标志，因而看气体的平均动能变化只与温度有关，由于瓶内气体其温度不变，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变。
【分析】（1）由于温度不变，瓶内气体体积变小可以判别瓶内气体的压强变大；由于温度不变所以气体的平均动能保持不变；
（2）由于瓶内气体发生等温变化，利用理想气体的状态方程可以求出药瓶中气体的压强大小。
五、【选修3-4】
16．（2021·广东）
（1）如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经 时间，小球从最低点向上运动的距离　 　 （选填“大于”、“小于”或“等于”）；在 时刻，小球的动能　 　（选填“最大”或“最小”）。
（2）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为 ，折射角为 ；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角 的正弦值表达式。
【答案】（1）小于；最大
（2）解：根据光的折射定律有
根据光的全反射规律有
联立解得
【知识点】简谐运动的表达式与图象；光的折射及折射定律
【解析】【解答】（1）从简谐运动的图像可得周期和振幅的大小，根据周期和角频率的关系有：，
根据角频率和振幅可得：简谐振动的位移公式为：
当 时有小球的位置为：
已知小球从最低点到y1处，所以小球从最低点向上运动的距离为
通过距离的表达式可得小球从最低点向上运动的距离小于 。
在 时，小球回到平衡位置，其加速度等于0，具有最大的振动速度，所以小球的动能最大。
【分析】（1）利用简谐运动的振动方程结合振动时间可以判别其小球运动的距离大小；在平衡位置其小球的速度和动能处于最大值；
（2）已知入射角和折射角的大小，利用折射定律可以求出折射率的大小，结合全反射定律可以求出全反射角正弦值的表达式。
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