【高考真題】2021年高考全國甲卷物理試題及參考解析

2021年高考全國甲卷物理試題

二、選擇題：本題共8小題，每小題6分，共8分。在每小題給出的四個選項中，第1～5題只有一項符合

題目要求，第6～8題有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。

1．如圖，將光滑長平板的下端置于鐵架臺水平底座上的擋板P處，上部架在橫

桿上。橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)節(jié)，使得平板與底座之間的夾角可變。將

小物塊由平板與豎直桿交點Q處靜止釋放，

物塊沿平板從Q點滑至P點所用的

時間t與夾角的大小有關(guān)。若由30°逐漸增大至60°，物塊的下滑時間t將

（

）

（A）逐漸增大

（B）逐漸減小

（C）先增大后減小

（D）先減小后增大

【詳解】設(shè)PQ的水平距離為L，由運動學(xué)公式可知

L1gsint2

cos2

可得

t2

4L

gsin2

可知＝45°時，t有最小值，故當從由30°逐漸增大至60°時下滑時間t先減小后增大。

故選D。

2．"旋轉(zhuǎn)紐扣"是一種傳統(tǒng)游戲。如圖，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細繩擰在一起，然后用力反

復(fù)拉繩的兩端，紐扣正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)會交替出現(xiàn)。拉動多次后，紐扣繞其中心的轉(zhuǎn)速可達50r/s，此時紐扣上距

離中心1cm處的點向心加速度大小約為（

）

（A）10m/s2

（B）100m/s2

（C）1000m/s2

（D）10000m/s2

【詳解】紐扣在轉(zhuǎn)動過程中＝2n＝100rad/s，由向心加速度a＝2r1000m/s2。

故選C。

3．兩足夠長直導(dǎo)線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內(nèi)，EO與O?Q

在一條直線上，PO?與OF在一條直線上，兩導(dǎo)線相互絕緣，通有相等的電流

I，電流方向如圖所示。若一根無限長直導(dǎo)線通過電流I時，所產(chǎn)生的磁場在

距離導(dǎo)線d處的磁感應(yīng)強度大小為B，則圖中與導(dǎo)線距離均為d的M、N兩

點處的磁感應(yīng)強度大小分別為（

）

（A）B、0

（B）0、2B

（C）2B、2B

（D）B、B

【詳解】兩直角導(dǎo)線可以等效為如圖所示的兩直導(dǎo)線，由安培定則可知，兩直導(dǎo)線分別

在M處的磁感應(yīng)強度方向為垂直紙面向里、垂直紙面向外，故M處的磁感應(yīng)強度為

零；兩直導(dǎo)線在N處的磁感應(yīng)強度方向均垂直紙面向里，故M處的磁感應(yīng)強度為2B；

綜上分析B正確。

故選B。

-1-

4．如圖，一個原子核X經(jīng)圖中所示的一系列、衰變后，生成穩(wěn)定的原

子核Y，在此過程中放射出電子的總個數(shù)為（

）

（A）6

（B）8

（C）10

（D）14

【詳解】由圖分析可知，核反應(yīng)方程為

23892X20682Y＋a42He＋b0-1e

設(shè)經(jīng)過a次衰變，b次衰變。由電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可得：

238＝206+4a；92＝82+2a－b

解得：a＝8，b＝6。故放出6個電子。

故選A。

5．2021年2月，執(zhí)行我國火星探測任務(wù)的"天問一號"探測器在成功實施三次近火制動后，進入運行周期

約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106

m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2，則"天問一號"的停泊軌道與火星表面的最遠距離約

為（

）

（A）6×105m

（B）6×106m

（C）6×107m

（D）6×108m

GMmmg

【詳解】忽略火星自轉(zhuǎn)則R2

①

可知GMgR

2

GMmm42r

設(shè)與為1.8×105s的橢圓形停泊軌道周期相同的圓形軌道半徑為r，由萬引力提供向心力可知r2

T2

②

設(shè)近火點到火星中心為

R1Rd1③

設(shè)遠火點到火星中心為

R2Rd2④

(R1R2)3

r3

2

由開普勒第三定律可知T2

T2

⑤

由以上分析可得：d6×107m

故選C。

6．某電場的等勢面如圖所示，圖中a、b、c、d、e為電場中的5個點，則（

）

（A）一正電荷從b點運動到e點，電場力做正功

（B）一電子從a點運動到d點，電場力做功為4eV

（C）b點電場強度垂直于該點所在等勢面，方向向右

（D）a、b、c、d四個點中，b點的電場強度大小最大

【詳解】A．由圖象可知b＝e，則正電荷從b點運動到e點，電場力不做功，A錯誤；

B．由圖象可知a＝3V，d＝7V，根據(jù)電場力做功與電勢能的變化關(guān)系有

Wad＝Epa－Epd＝（a－d）（－e）＝4eV

B正確；

C．沿電場線方向電勢逐漸降低，則b點處的場強方向向左，C錯誤；

D．由于電場線與等勢面處處垂直，則可畫出電場線分布如圖所示。

由圖可看出，b點電場線最密集，則b點處的場強最大，D正確。

-2-

故選BD。

7．一質(zhì)量為m的物體自傾角為的固定斜面底端沿斜面向上滑動。該物體開始滑動時的動能為Ek，向上

E

滑動一段距離后速度減小為零，此后物體向下滑動，到達斜面底端時動能為5k。已知sin＝0.6，重力加速

度大小為g。則（

）

（B）物體向下滑動時的加速度大小為g

5

Ek

（A）物體向上滑動的距離為2mg

（C）物體與斜面間的動摩擦因數(shù)等于0.5

（D）物體向上滑動所用的時間比向下滑動的時間長

mg2lcosEkEk

【詳解】AC．物體從斜面底端回到斜面底端根據(jù)動能定理有

5

物體從斜面底端到斜面頂端根據(jù)動能定理有

mglsinmglcos0Ek

lEk

整理得

mg；0.5

A錯誤，C正確；

B．物體向下滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有mamgsinmgcos

ag

求解得出

5B正確；

D．物體向上滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有ma上mgsinmgcos

物體向下滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有

由上式可知a上>a下

ma下mgsinmgcos

l1at2

由于上升過程中的末速度為零，下滑過程中的初速度為零，且走過相同的位移，根據(jù)公式

2

則可得出

t上t下D錯誤。

故選BC。

8．由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截

面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍。現(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后

進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線

圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，

可能出現(xiàn)的是（

）

（A）甲和乙都加速運動

（B）甲和乙都減速運動

（C）甲加速運動，乙減速運動

（D）甲減速運動，乙加速運動

【詳解】設(shè)線圈到磁場的高度為h，線圈的邊長為l，則線圈下邊剛進入磁場時，

有v=2gh

感應(yīng)電動勢為EnBlv

兩線圈材料相等（設(shè)密度為0）

，質(zhì)量相同（設(shè)為m）

，則

-3-

m04nlS

R

4nl16n2l20

設(shè)材料的電阻率為，則線圈電阻

S

m

IEmBv

感應(yīng)電流為

R16nl0

FnBIlmBv

2

安培力為

160

由牛頓第二定律有mgFma

agFgBv

2

m

聯(lián)立解得

160

gBv

2

加速度和線圈的匝數(shù)、橫截面積無關(guān)，則甲和乙進入磁場時，具有相同的加速度。當

160時，甲和

gBv

2

gBv

2

乙都加速運動，當

160時，甲和乙都減速運動，當

160時都勻速。

故選AB。

三、非選擇題：第9～12題為必考題，每個試題考生都必須作答。第13～16題為選考題，考生根據(jù)要求作

答。

（一）必考題

9．（5分）為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學(xué)將貼有

標尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，

形成一傾角為的斜面

（已知sin

＝0.34，cos＝0.94）

，小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同

學(xué)用手機拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得5

個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔?T＝0.20s）內(nèi)小銅塊沿斜面下

滑的距離si（i＝1，2，3，4，5）

，如下表所示。

s1

s2

s3

s4

s5

5.87cm

7.58cm

9.31cm

11.02cm

12.74cm

由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為_______m/s2，小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)為

_________。

（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取9.80m/s2）

【詳解】1）根據(jù)逐差法有

（

a

s5s4s2s1

2T2

代入數(shù)據(jù)可得小銅塊沿斜面下滑的加速度大小

a0.43m/s2

（2）對小銅塊受力分析根據(jù)牛頓第二定律有

mgsinmgcosma

代入數(shù)據(jù)解得0.32

-4-

10．（10分）某同學(xué)用圖（a）所示電路探究小燈泡的伏安特性，所用器材有：

小燈泡（額定電壓2.5V，額定電流0.3A）

電壓表（量程300mV，內(nèi)阻300Ω）

電流表（量程300mA，內(nèi)阻0.27Ω）

定值電阻R0

滑動變阻器R1（阻值0～20Ω）

電阻箱R2（最大阻值9999.9Ω）

電源E（電動勢6V，內(nèi)阻不計）

開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

完成下列填空：

（1）有3個阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在0～300mA的U-

I曲線，R0應(yīng)選取阻值為___________Ω的定值電阻；

（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的___________（填"a"或"b"

）端；

（3）在流過電流表的電流較小時，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電

流表的示數(shù)U、I，結(jié)果如圖（b）所示。當流過電流表的電流為10mA時，小燈泡的電阻為___________Ω

（保留1位有效數(shù)字）

；

（4）為使得電壓表滿量程時對應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3V，該同學(xué)經(jīng)計算知，應(yīng)將R2的阻值調(diào)整為

_______Ω。然后調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，測得數(shù)據(jù)如下表所示：

U/mV

I/mA

24.0

140.0

46.0

160.0

76.0

180.0

110.0

2000

128.0

220.0

152.0

240.0

184.0

260.0

216.0

2800

250.0

300.0

（5）由圖（b）和上表可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻___________（填"增大"

"減小"或

"不變"；

）

（6）該同學(xué)觀測到小燈泡剛開始發(fā)光時流過電流表的電流為

160mA，可得此時小燈泡電功率W1＝

_______W

（保留2位有效數(shù)字）當流過電流表的電流為300mA時，

；

小燈泡的電功率為W2，W2＝_______

則W

1

（保留至整數(shù)）

。

【詳解】1）因為小燈泡額定電壓2.5V，電動勢6V，則滑動滑動變阻器時，為了保證電路安全，需要定

（

值電阻分擔的電壓

U6V2.5V3.5V

則有

R03.5V11.7Ω

0.3A

則需要描繪小燈泡在0~300mA的伏安特性曲線，即R0應(yīng)選取阻值為10Ω；

-5-

（2）為了保護電路，滑動變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的a端；

R7103Ω=0.7Ω

3

（3）由圖可知當流過電流表的電流為10mA時，電壓為7mV，則小燈泡的電阻為

1010

3

0.3

（4）由題知電壓表滿量程時對應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3V時，有R2RV

RV

解得R2＝2700Ω

U

（5）由圖（b）和表格可知流過小燈泡電流增加，圖像中I變大，則燈絲的電阻增大；

（6）根據(jù)表格可知當電流為160mA時，電壓表的示數(shù)為46mA，根據(jù)（4）的分析可知此時小燈泡兩端電

壓為0.46A，則此時小燈泡電功率

W1＝0.46V×0.16A0.074W

同理可知當流過電流表的電流為300mA時，小燈泡兩端電壓為2.5V，此時小燈泡電功率

W2＝2.5V×0.3A＝0.75W

W

故有W2＝0.074＝10

0.75

1

11．（12分）如圖，一傾角為的光滑斜面上有50個減速帶

（圖中未完全畫出）相鄰減速帶間的距離均為d，減速帶的寬

，

度遠小于d；一質(zhì)量為m的無動力小車（可視為質(zhì)點）從距第

一個減速帶L處由靜止釋放。已知小車通過減速帶損失的機械

能與到達減速帶時的速度有關(guān)。

觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過第30個減

速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同。

小車通過第50個

減速帶后立刻進入與斜面光滑連接的水平地面，繼續(xù)滑行距離

s后停下。已知小車與地面間的動摩擦因數(shù)為，重力加速度大

小為g。

（1）求小車通過第30個減速帶后，經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能；

（2）求小車通過前30個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機械能；

（3）若小車在前30個減速帶上平均每一個損失的機械能大于之后每一個減速帶上損失的機械能，則L應(yīng)

滿足什么條件？

【詳解】1）由題意可知小車在光滑斜面上滑行時根據(jù)牛頓第二定律有

（

mgsinma

設(shè)小車通過第30個減速帶后速度為v1，到達第31個減速帶時的速度為v2，則有

v2v122ad

2

因為小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同，故后面過減速帶后的速度與到達下一

個減速帶均為v1和v2；經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能為

E1mv21mv12

222

聯(lián)立以上各式解得

E＝mgdsin

（2）由（1）知小車通過第50個減速帶后的速度為v1，則在水平地面上根據(jù)動能定理有

mgs01mv12

2

-6-

從小車開始下滑到通過第30個減速帶，根據(jù)動能定理有

mgL29dsinE總1mv12

2

聯(lián)立解得

E總=mgL29dsinmgs

故在每一個減速帶上平均損失的機械能為

mg(L+29d)sin－mgs

E?＝????總＝

30

30

（3）由題意可知

EE

s

可得L＞d＋sin

12．（20分）如圖，長度均為l的兩塊擋板豎直相對放置，間距也

為l，兩擋板上邊緣P和M處于同一水平線上，在該水平線的上方

區(qū)域有方向豎直向下的勻強電場，

電場強度大小為E；兩擋板間有垂

直紙面向外、磁感應(yīng)強度大小可調(diào)節(jié)的勻強磁場。一質(zhì)量為m，電荷

量為q（q＞0）的粒子自電場中某處以大小為v0的速度水平向右發(fā)

射，恰好從P點處射入磁場，從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場，

運動過程中粒子未與擋板碰撞。已知粒子射入磁場時的速度方向與

PQ的夾角為60°，不計重力。

（1）求粒子發(fā)射位置到P點的距離；

（2）求磁感應(yīng)強度大小的取值范圍；

（3）若粒子正好從QN的中點射出磁場，求粒子在磁場中的軌跡與

擋板MN的最近距離。

【詳解】1）帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動，由類平拋運動規(guī)律可知

（

xv0t

①

y1at2qEt

2

2

2m②

粒子射入磁場時的速度方向與PQ的夾角為60°，有

vy

tan30

at

vxv0③

粒子發(fā)射位置到P點的距離

sx2y2④

由①②③④式得

s13mv0

2

6qE⑤

（2）帶電粒子在磁場運動在速度

v

v023v0

cos30°

3

⑥

-7-

帶電粒子在磁場中運動兩個臨界軌跡（分別從Q、N點射出）如圖所示

由幾何關(guān)系可知，最小半徑

l

rmin23l

cos303⑦

最大半徑

2l

rmax2

(31)l

cos75

⑧

帶電粒子在磁場中做圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，由向心力公式可知

qvBmv

2

r⑨

由⑥⑦⑧⑨解得，磁感應(yīng)強度大小的取值范圍

B2mv0

(33)ql

ql

（3）若粒子正好從QN的中點射出磁場時，帶電粒子運動軌跡如圖所示。

由幾何關(guān)系可知

2mv0

l

sin25

5l

5

2

⑩

帶電粒子的運動半徑為

5l

r3

4

cos(30)?

粒子在磁場中的軌跡與擋板MN的最近距離

dmin(r3sin30l)r3?

由⑩??式解得

d39103l

44

?

-8-

（二）選考題：

【物理——選修3-3】

13．（5分）如圖，一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個不同過程，分

別由體積-溫度（V-t）圖上的兩條直線I和Ⅱ表示，V1和V2分別

為兩直線與縱軸交點的縱坐標；t0為它們的延長線與橫軸交點

的橫坐標，t0是它們的延長線與橫軸交點的橫坐標，t0＝－

273.15Ⅱ；a、b為直線I上的一點。由圖可知，氣體在狀態(tài)a和

b的壓強之比pa＝___________；氣體在狀態(tài)b和c的壓強之比

p

b

pb＝___________。

pc

【詳解】1）根據(jù)蓋呂薩克定律有

（

V

k

t273

整理得

Vkt273k

由于體積-溫度（V-t）圖像可知，直線I為等壓線，則a、b兩點壓強相等，則有

pa＝1

pb

V

p

V

（2）設(shè)t0C時，當氣體體積為1其壓強為1，當氣體體積為2其壓強為2，根據(jù)等溫變化，則有

p

由于直線I和Ⅱ各為兩條等壓線，則有

p1pb，p2pc

p1V1p2V2

聯(lián)立解得

pbp1V2

pcp2V1

14．（10分）如圖，一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體，中間的隔板

將氣體分為A、B兩部分；初始時，A、B的體積均為V，壓強均等于大氣壓

p0，隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置，當隔板兩邊壓強差超過0.5p0時隔板

就會滑動，否則隔板停止運動。氣體溫度始終保持不變。向右緩慢推動活塞，

V

使B的體積減小為2。

（1）求A的體積和B的壓強；

（2）再使活塞向左緩慢回到初始位置，求此時A的體積和B的壓強。

【詳解】1）對B氣體分析，等溫變化，根據(jù)波意耳定律有

（

p0VpB1V

2

解得

pB2p0

對A氣體分析，根據(jù)波意耳定律有

-9-

p0VpAVA

pApB0.5p0

聯(lián)立解得

VA0.4V

3

（2）再使活塞向左緩慢回到初始位置，假設(shè)隔板不動，則A的體積為2V，由波意耳定律可得

p0Vp'3V0

2

則A此情況下的壓強為

p'2p0pB0.5p0

3

則隔板一定會向左運動，設(shè)穩(wěn)定后氣體A的體積為

VA、壓強為pA，氣體B的體積為VB、壓強為pB，

根據(jù)等溫變化有

p0VpAVA，p0VpBVB

VAVB2V，pA'pB'0.5p0

聯(lián)立解得

pB?＝

3－5

，

4

p0（舍去）pB?＝3+45p0

VA?＝(5－1)V，

【物理——選修3-4】

15．（5分）如圖，單色光從折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻

璃板上表面射入。已知真空中的光速為3×108m/s，則該單色光在玻

璃板內(nèi)傳播的速度為_