2021年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理(全國Ⅰ卷)

2021年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試（全國/）

物理

二、選擇題:本題共8小題,每小題6分，共48分。在每小題給出的四個選項中，第14~18題只有一項

符合題目要求，第19~21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。

,，，，，>，*>>>

14.（2021.全國/,14,6分）如圖所示，光滑水平地面上有一小車，一輕彈簧的一端與車廂的擋板相連，另

一端與滑塊相連,滑塊與車廂的水平底板間有摩擦。用力向右推動車廂使彈簧壓縮，撤去推力時滑塊

在車廂底板上有相對滑動。在地面參考系（可視為慣性系）中，從撤去推力開始,小車、彈簧和滑塊組

成的系統(tǒng)（）

A.動量守恒，機(jī)械能守恒

B.動量守恒,機(jī)械能不守恒

C.動量不守恒，機(jī)械能守恒

D.動量不守恒,機(jī)械能不守恒

解析B本題考查動量守恒和機(jī)械能守恒的條件,意在考查理解能力。撤去推力,系統(tǒng)合外力為0,系

統(tǒng)動量守恒，滑塊和小車之間有滑動摩擦力，由于摩擦生熱，故系統(tǒng)機(jī)械能減少，選項B正確。

15.（2021.全國/,15,6分）如圖（a）所示，在一塊很大的接地金屬平板的上方固定一負(fù)電荷。由于靜電感

應(yīng),在金屬平板上表面產(chǎn)生感應(yīng)電荷。金屬平板上方電場的等勢面如圖（b）中虛線所示,相鄰等勢面間

的電勢差都相等。若將一正試探電荷先后放于M和N處，該試探電荷受到的電場力大小分別為FM

和FN,相應(yīng)的電勢能分別為EpM和Ep,V,則（）

圖(a)

圖(b)

A.FM<FN,EpM>EpNB.FM>FN,EPM>EPN

C.FM<FN,EPM<EPND.FA/>F,v,EPM<EPN

解析A本題考查放在接地金屬平板上方負(fù)的點電荷形成的電場的力的性質(zhì)和能的性質(zhì)，意在考查

推理能力。等勢面的疏密反映電場強度的大小，故N點的電場強度大于M點的電場強度，正的試探電

荷在N點受到的電場力大，即FM<FN；在負(fù)電荷形成的電場中，離負(fù)電荷越近，電勢越低，9M>劭V,正電荷

在電勢高的地方，電勢能大，所以EpM>EpN,選項A正確。

、'、5一4」

16.（2021.全國/,16,6分）如圖所示,圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場，質(zhì)量為機(jī)、電荷量為

q（q>0）的帶電粒子從圓周上的“點沿直徑MON方向射入磁場。若粒子射入磁場時的速度大小為

也，離開磁場時速度方向偏轉(zhuǎn)90°;若射入磁場時的速度大小為攻,離開磁場時速度方向偏轉(zhuǎn)60°。

不計重力。則含為)

C.yD.V3

B片

解析B本題考查帶電粒子在勻強磁場中的運動,意在考查推理能力。設(shè)圓形區(qū)域的半徑為凡第一

次射入n=R，第二次射入廠2=—^-=百R,根據(jù)n=隼/2=竿，解得生=選項B正確。

tan與-qBqBv23

解題突破首先根據(jù)幾何關(guān)系，確定粒子做圓周運動的半徑，然后根據(jù)半徑公式r=?，利用比值法求

qB

解。

怒

,

.O2

-

3

1

3一

067.3182.4tld

17.（2021.全國/,17,6分）醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素"in產(chǎn)生丫射線，而"31n是由半衰期相對較長

的“3Sn衰變產(chǎn)生的。對于質(zhì)量為0的“3Sn,經(jīng)過時間f后剩余的^Sn質(zhì)量為見其圖線如圖所

頻

示。從圖中可以得到”3Sn的半衰期為（）

A.67.3dB.lOl.Od

C.115.1dD.124.9d

解析C本題考查放射性元素的半衰期,意在考查推理能力。二由，變?yōu)?,正好有一半的“3Sn發(fā)生

mQ33

衰變，經(jīng)過的時間為一個半衰期，因此U3sn的半衰期為T=f2-A=115.1d,選項C正確。

解題突破明確圖像中已由,變?yōu)椋〉囊饬x可巧妙求解。

mo33

18.（2021?全國/,18,6分）科學(xué)家對銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測，給出1994年到

2002年間S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運動軌跡是半長軸約為1000AU（太陽到地球的距

離為1AU）的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)

獎。若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽的質(zhì)量為M,可以推測出該黑洞質(zhì)

量約為（）

A.4xlO4MB.4xlO6M

C.4xlO8MD.4xl010M

解析B本題考查萬有引力與航天，意在考查分析綜合能力。根據(jù)誓=加（票可得左=翳，對地球

3

繞太陽運動有牌j=察，由題圖可得S2繞黑洞運動的周期/=16年，對S2繞黑洞運動有

魯器3=察，解得M=4xlO6M,選項B正確。

19.（2021.全國/,19,6分）水平桌面上，一質(zhì)量為機(jī)的物體在水平恒力/拉動下從靜止開始運動。物體

通過的路程等于so時,速度的大小為也此時撤去F,物體繼續(xù)滑行2so的路程后停止運動。重力加速

度大小為g。則（）

A.在此過程中F所做的功為g□孫2

B.在此過程中產(chǎn)的沖量大小等于|〃”o

C.物體與桌面間的動摩擦因數(shù)等于警

4s°g

D.F的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的2倍

解析BC本題考查功和沖量,意在考查推理能力。對于第一個過程，阻力做負(fù)功，根據(jù)動能定理有

2z

卬尸林日□vo-O,WF=Wf+1口%2,選項A錯誤;對于全過程由動能定理得Fso-Fr3so=0,解得F=3Ff,選

項D錯誤;撤去外力F后，由動能定理得“，"g?2so=：Eli7o2,解得〃=^;魯-，選項C正確;設(shè)在第一個過程中,

L4s（）g

?2

外力F的沖量大小為/居阻力的沖量大小為/f,/F=3/f,根據(jù)動量定理得/斤介=詢0,解得/F=；wo,選項B

正確。

20.（2021?全國/,20,6分）四個帶電粒子的電荷量和質(zhì)量分別為（+q,〃?）、（+?,2膽）、（+3%3m）、

它們先后以相同的速度從坐標(biāo)原點沿x軸正方向射入一勻強電場中，電場方向與y軸平行。不計重

力，下列描繪這四個粒子運動軌跡的圖像中，可能正確的是（）

解析AD本題考查帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)問題，意在考查分析綜合能力。thx=v（）t,y=^at2,a=^,

聯(lián)立得產(chǎn)岬（J；比荷相同

，沿y軸方向位移相同，選項C錯誤;質(zhì)量增大，沿y軸方向位移減小，選項

B錯誤，選項A、D正確。

21.（2021?全國/,21,6分）水平地面上有一質(zhì)量為陽的長木板，木板的左端上有一質(zhì)量為m2的物塊，如

圖（a）所示。用水平向右的拉力廠作用在物塊上產(chǎn)隨時間，的變化關(guān)系如圖（b）所示，其中Q、尸2分別

為A、f2時刻尸的大小。木板的加速度m隨時間，的變化關(guān)系如圖⑹所示。已知木板與地面間的動

摩擦因數(shù)為“，物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為〃2。假設(shè)最大靜摩擦力均與相應(yīng)的滑動摩擦力相等，重

力加速度大小為g。則（）

圖(c)

A.Fi=pimig

_m(mi+7n)/

BD.Bc=-22)g

c心b*

D.在0~f2時間段物塊與木板加速度相等

解析BCD本題考查疊加體模型，意在考查分析綜合能力。h時刻,長木板和物塊剛要一起滑動，此時

Fi=〃|(/W|+/n2)g,選項A錯誤;長木板向右加速滑動，一定有"2/M2g-Ml(如+/W2)g>0,故〃2>巴詈W，選項C

正確;o~n時間內(nèi)長木板和物塊一起靜止ji~t2時間內(nèi)長木板和物塊一起加速,一起加速的最大加速度

滿足+〃?2)g=〃71a+〃?2)8=(如+加2)佩,解得尸2=也空出2@2-〃1)8，選項B、D正

叫

確。

三、非選擇題:共62分。第22~25題為必考題,每個試題考生都必須作答。第33~34題為選考題，考

生根據(jù)要求作答。

(一)必考題:共47分。

22.(2021.全國/,22,5分)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。實驗時該同學(xué)使用頻閃儀

和照相機(jī)對做平拋運動的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如

圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開軌道的影像)。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，

紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實驗中測得的小球影像的高

度差已經(jīng)在圖(b)中標(biāo)出。

6.1cm

8.6cm

11.0cm

13.4cm

圖(b)

完成下列填空:(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

⑴小球運動到圖(b)中位置A時，其速度的水平分量大小為m/s,豎直分量大小為

m/s,.

(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙/s2?

答案(1)1.02.0(2)9.7

解析本題考查利用平拋運動測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?意在考查實驗?zāi)芰Α?/p>

(1)當(dāng)小球落到A處時，在水平方向上,以尸2=m/s=1.0m/s;在豎直方向上，根據(jù)中間時刻

IZXU.UD

2

的瞬時速度等于整段的平均速度得四=⑻6?史；。/=2.0m/so

2X0.05ms

(2)設(shè)豎直方向的位移依次為v、》、"、%,根據(jù)逐差法得g=%+y4)(}+丫2)=9.7m/s?。

圖(a)

23.(2021.全國/,23,10分)一實驗小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻

r(小于2Q)。圖中電壓表量程為1V,內(nèi)阻Rv=380.0Q淀值電阻R)=20.0Q;電阻箱R,最大阻值為

999.9Q;S為開關(guān)。按電路圖連接電路。完成下列填空：

(1)為保護(hù)電壓表，閉合開關(guān)前，電阻箱接入電路的電阻值可以選Q(選填“5.0”或“15.0”)。

(2)閉合開關(guān)，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U。

(3)根據(jù)圖(a)所示電路，用R、Ro、RY、E和r表不看得/=_。

(4)利用測量數(shù)據(jù)，作/R圖線，如圖(b)所示。

圖(b)

(5)通過圖(b)可得E=V(保留2位小數(shù)),r=Q(保留1位小數(shù))。

(6)若將圖(a)中的電壓表當(dāng)成理想電表,得到的電源電動勢為E；由此產(chǎn)生的誤差為

|^|XI00%=%o

答案⑴15.0

⑶人信+給"(a+高,

(5)1.520.5

(6)5

解析本題考查測量電源的電動勢和內(nèi)阻，意在考查實驗?zāi)芰Α?/p>

(1)當(dāng)電阻箱的阻值為5.0Q時,根據(jù)串聯(lián)分壓，電壓表上的分壓會超過1V,因此不能起到保護(hù)電

壓表的作用，故電阻箱要調(diào)到15.0Q。

(3)電壓表和R)的并聯(lián)阻值為凡=用粵,根據(jù)閉合電路的歐姆定律得。=右耳-,解得+

nQ-rny"1+R+ruc

侏+給1+(專+卷冶

(5)根據(jù)圖像有緇+粉嘿詈解得E=1.52V;當(dāng)R=10Q時］=1.02V1,解得/"=0.5

Qo

(6)若將U當(dāng)成理想電壓表，則有。=討嚼：,R焉R,對比斜率有/=符竽V-

AQ+n+rUC.KQC,ClAQc,KQ1/.O-1U

LQT,解得￡7=1.44V,電動勢產(chǎn)生的誤差3=|蓊X1OO%=5%。

24.(2021?全國/,24,12分)一籃球質(zhì)量為〃?=0.60kg,一運動員使其從距地面高度為加=1.8m處由靜

止自由落下，反彈高度為h2=1.2m。若使籃球從距地面加=1.5m的高度由靜止下落，并在開始下落的

同時向下拍球，球落地后反彈的高度也為1.5m。假設(shè)運動員拍球時對球的作用力為恒力，作用時間

為f=0.20s;該籃球每次與地面碰撞前后的動能的比值不變。重力加速度大小g取10m/s2,不計空氣

阻力。求：

(1)運動員拍球過程中對籃球所做的功；

(2)運動員拍球時對籃球的作用力的大小。

答案(1)4.5J(2)9N

解析⑴籃球第一次下落，根據(jù)動能定理得mgh\=~"J

2

籃球反彈后根據(jù)動能定理得DV2

籃球與地面碰撞前后的動能的比值為|

1

設(shè)運動員做的功為W,第二次籃球下落，根據(jù)動能定理得W+m^h^mv2

第二次籃球落地時動能為少"官=|〃吆〃3

解得卬=4.5J。

(2)籃球受到力尸作用的時間內(nèi)，根據(jù)牛頓第二定律得。=曙

籃球下降的距離為x=%/2

W=Fx

聯(lián)立解得尸=9N。

25.(2021.全國/,25,20分)如圖所示，一傾角為a的光滑固定斜面的頂端放有質(zhì)量M=0.06kg的U形

導(dǎo)體框，導(dǎo)體框的電阻忽略不計;一電阻R=3Q的金屬棒8的兩端置于導(dǎo)體框上，與導(dǎo)體框構(gòu)成矩

形回路尸與斜面底邊平行，長度L=0.6m。初始時CD與E尸相距so=O.4m,金屬棒與導(dǎo)體框

同時由靜止開始下滑，金屬棒下滑距離后進(jìn)入一方向垂直于斜面的勻強磁場區(qū)域，磁場邊界

1b

(圖中虛線)與斜面底邊平行;金屬棒在磁場中做勻速運動，直至離開磁場區(qū)域。當(dāng)金屬棒離開磁場的

瞬間，導(dǎo)體框的E尸邊正好進(jìn)入磁場，并在勻速運動一段距離后開始加速。已知金屬棒與導(dǎo)體框之間

始終接觸良好，磁場的磁感應(yīng)強度大小B=1T,重力加速度大小g取10m/s2,sina=0.6?求：

(1)金屬棒在磁場中運動時所受安培力的大?。?/p>

(2)金屬棒的質(zhì)量以及金屬棒與導(dǎo)體框之間的動摩擦因數(shù);

(3)導(dǎo)體框勻速運動的距離。

答案⑴0.18N(2)0.02kg0.375⑶磊m

解析⑴金屬棒和導(dǎo)體框整體下滑，滿足(M+/n)gsin

金屬棒和導(dǎo)體框整體下滑到金屬棒剛要進(jìn)入磁場的速度為VI

2

則有2(715]=VX

解得也=1.5m/s

進(jìn)入磁場后金屬棒勻速運動，電動勢E=BLv\

P

回路電流1咤

K

金屬棒受到的安培力F\=BIL

解得Q=0.18N。

(2)設(shè)導(dǎo)體框進(jìn)入磁場勻速運動的速度為V2?

當(dāng)金屬棒勻速運動時有wgsina+Ff-Ft

Ff-fimgcosa

對于導(dǎo)體框,速度從V1向下加速，進(jìn)入磁場時速度為V2,根據(jù)牛頓第二定律得

Mgsina-Ff-Mci2

22

v2—Vi=24/250

進(jìn)入磁場后導(dǎo)體框勻速運動時，有

Mgsina二產(chǎn)安'+F7

22

F._BLV2

2

聯(lián)立解得m=0.02kg,〃=0.375,吸=2.5m/s,〃2=5m/so

(3)導(dǎo)體框加速時的加速度42=5m/s2

加速時間4=絲9=0.2

磁場寬度d=v\t\=0.3m

金屬棒離開磁場后滿足mgsina+Ff=ma3

解得內(nèi)=9m/s2

導(dǎo)體框進(jìn)入磁場后，經(jīng)過（2時間與金屬棒速度相等，有也+。3亥=也

解得t2=^S

導(dǎo)體框的位移工=也亥二2m<0.3m,符合實際，故導(dǎo)體框的位移為x=^m。

lolo

（二）選考題:共15分。請考生從給出的2道物理題中任選一題作答。如果多做則按所做的第一題計

分。

33.（2021?全國/,33,15分）[物理——選修3-3]

P'Po

012VM

（1）（5分）如圖所示，一定量的理想氣體從狀態(tài)。仍o"o,n）經(jīng)熱力學(xué)過程"、be、ca后又回到狀態(tài)a。

對于必、be、ca三個過程，下列說法正確的是（填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分，選對2

個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）

A.時過程中,氣體始終吸熱

B.ca過程中，氣體始終放熱

Cea過程中，氣體對外界做功

D.bc過程中，氣體的溫度先降低后升高

EA■過程中，氣體的溫度先升高后降低

（2）（10分）如圖所示,一玻璃裝置放在水平桌面上，豎直玻璃管A、B、C粗細(xì)均勻,A、B兩管的上端封

閉,C管上端開口,三管的下端在同一水平面內(nèi)且相互連通。A、B兩管的長度分別為八=13.5

cm,/2=32cm。將水銀從C管緩慢注入，直至B、C兩管內(nèi)水銀柱的高度差九=5cm。已知外界大氣壓

為po=75cmHg。求A、B兩管內(nèi)水銀柱的高度差。

答案（l）ABE（2）1cm

解析(1)。到b氣體的體積不變，壓強增大，溫度升高，內(nèi)能增大，因此氣體始終從外界吸熱，選項A正

確;c到a氣體的壓強不變，體積減小，溫度降低，內(nèi)能減小，外界對氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知,

氣體始終放熱，選項B正確,C錯誤力到c的過程,pU的乘積先增大后減小，故氣體的溫度先升高后降

低，選項D錯誤,E正確。

(2)以B管中的氣體為研究對象有pol2=(po+pgh)l2'

解得/2'=30cm

'

B管中的水銀柱高A/=/2-/2=2cm

設(shè)AB管中水銀柱的高度差為h'

以A管中氣體為研究對象有poh=(po+pgh+pghXh3-h)]

解得h'=\emo

34.(2021?全國/,34,15分)[物理——選修3-4]

(1)(5分)圖中實線為一列簡諧橫波在某一時刻的波形曲線，經(jīng)過0.3s后，其波形曲線如圖中虛線所

示。已知該波的周期T大于0.3s。若波是沿x軸正方向傳播的,則該波的速度大小為m/s,

周期為s;若波是沿x軸負(fù)方向傳播的,該波的周期為s。

圖(a)

(2)(10分)用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光

路,C、D兩個大頭針確定出射光路,0和。，分別是入射點和出射點，如圖(a)所示。測得玻璃磚厚度為

〃=15.0mm;A到過0點的法線的距離/,=10.0mm,M到玻璃磚的距離/2=20.0mm,0,到0M的距

離為s=5.0mm。

(j)求玻璃磚的折射率；

圖(b)

(萬)用另一塊材料相同，但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗，玻璃磚的截面如圖(b)所示。光從上

表面入射，入射角從0逐漸增大。達(dá)到45°時，玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下

表面的夾角。

答案⑴0.50.41.2(2)(i)V2(￡)15°

解析(1)若波沿x軸正方向傳播且該波周期大于0.3s,則該波0.3s傳播距離xi=15cm,傳播速度

vi=—=0.5m/s,Ti=—=11=S4s;若波沿x軸負(fù)方向傳播且該波周期大于0.3s,則該波0.3s傳播距

t也0.5m/s

離工2=以」4=0.3S,72=1.2SO

44

(方)設(shè)此玻璃磚上下表面的夾角為仇光路圖如圖所示，當(dāng)入射角為〃=45°時，由折射定律〃=黑

得

折射角r'=30°

該光線恰好在下表面發(fā)生全反射,因此有sinC=3

解得C=45°

根據(jù)幾何關(guān)系6>=C-r'=15°。

2021年全國/物理查缺補漏表

-

分

題教材查缺

值知識方法能力要求學(xué)科素養(yǎng)

a出處補漏

必修

理解能力，分析綜合2

146動量守恒和機(jī)械能守恒的條件物理觀念選修

能力

3-5

理解能力科學(xué)思維選修

156點電荷形成的電場的力的性質(zhì)和能的性質(zhì)

推理能力物理觀念3-1

分析綜合能力

科學(xué)思維選修

166帶電粒子在勻強磁場中的運動應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問

物理觀念3-1

題的能力

理解能力科學(xué)思維選修

176放射性元素的半衰期

分析綜合能力物理觀念3-5

理解能力科學(xué)思維

186萬有引力與航天必修2

推理能力物理觀念

196動能定理、動量定理理解能力物理觀念必修2

推理能力選修

3-5

理解能力、分析綜合科學(xué)思維選修

2()6帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)問題

能力物理觀念3-1

科學(xué)思維

216疊加體模型分析綜合能力必修1

物理觀念

科學(xué)探究

225利用平拋運動測量當(dāng)?shù)氐闹亓?/p>