2021年高考全國(guó)甲卷物理試題（解析版）

2021年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試（甲卷）

理科綜合能力測(cè)試-物理部分

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(gè)選項(xiàng)中，第1?5題

只有一項(xiàng)符合題目要求，第6?8題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的

得3分，有選錯(cuò)的得0分。

1.如圖，將光滑長(zhǎng)平板的下端置于鐵架臺(tái)水平底座上的擋板尸處，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6可變。將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)。處?kù)o止釋放，物塊沿平板

從。點(diǎn)滑至尸點(diǎn)所用的時(shí)間/與夾角。的大小有關(guān)。若由30。逐漸增大至60。，物塊的下滑時(shí)間，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

【答案】D

【解析】

【分析】

【詳解】設(shè)PQ的水平距離為L(zhǎng),由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知

可得

可知8=45。時(shí)，，有最小值，故當(dāng)。從由30。逐漸增大至60。時(shí)下滑時(shí)間，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(guò)紐扣的兩股細(xì)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(huì)交替出現(xiàn)。拉動(dòng)多次后，紐扣繞其中心的轉(zhuǎn)速可達(dá)50r/s,此時(shí)紐扣上距

離中心1cm處的點(diǎn)向心加速度大小約為（）

A.10m/s2B.100m/s2C.lOOOm/s2D.10000m/s2

【答案】C

【解析】

【分析】

【詳解】紐扣在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中

由向心加速度

故選C。

3.兩足夠長(zhǎng)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。'。在一條直線上，PO,與。尸在

一條直線上，兩導(dǎo)線相互絕緣，通有相等的電流/,電流方向如圖所示。若一根無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線通過(guò)電流/時(shí),

所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在距離導(dǎo)線”處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則圖中與導(dǎo)線距離均為”的例、N兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)

度大小分別為（）

A,B、0B,0、2BC.28、2BD.B、B

【答案】B

【解析】

【分析】

【詳解】?jī)芍苯菍?dǎo)線可以等效為如圖所示兩直導(dǎo)線，由安培定則可知，兩直導(dǎo)線分別在例處的磁感應(yīng)強(qiáng)

度方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?、垂直紙面向外，故M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零；兩直導(dǎo)線在N處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均

垂直紙面向里，故M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B；綜上分析B正確。

故選B。

4.如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列a、/衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y,在此過(guò)程中放射出電

子的總個(gè)數(shù)為（）

A.6B,8C.10D.14

【答案】A

【解析】

【分析】

【詳解】由圖分析可知，核反應(yīng)方程為

設(shè)經(jīng)過(guò)4次e衰變，。次￡衰變。由電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可得

238=206+4。；92=82+2。一/?

解得

。=8,b-6

故放出6個(gè)電子

故選A。

5.2021年2月，執(zhí)行我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的“天問一號(hào)”探測(cè)器在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行周期

約為5s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為5m。已知火星半徑約為6m,火星表面處自由落

體的加速度大小約為2,則“天問一號(hào)”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為（）

A.6x105mB.6x106mC.6x107mD.6x108m

【答案】C

【解析】

【分析】

【詳解】忽略火星自轉(zhuǎn)則

GMm_

—^~=fng?

可知

設(shè)與為X105s的橢圓形停泊軌道周期相同的圓形軌道半徑為，由萬(wàn)引力提供向心力可知

GMm4萬(wàn)4

——--二m——r②

2

產(chǎn)T

設(shè)近火點(diǎn)到火星中心為

&=R+d[③

設(shè)遠(yuǎn)火點(diǎn)到火星中心為

&=R+4④

由開普勒第三定律可知

??!+/?23

/~3（5）⑤

727**2

由以上分析可得

故選Co

6.某電場(chǎng)的等勢(shì)面如圖所示，圖中a、b、c、d、e為電場(chǎng)中的5個(gè)點(diǎn)，則（）

A.一正電荷從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到e點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功

B.一電子從“點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為4eV

C.〃點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度垂直于該點(diǎn)所在等勢(shì)面，方向向右

D.a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)中，匕點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小最大

【答案】BD

【解析】

【分析】

【詳解】A.由圖象可知

（Pb=<Pe

則正電荷從人點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到e點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功，A錯(cuò)誤;

B.由圖象可知

伽=3V,tpd=7V

根據(jù)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系有

Wad=Epa-Epd=｛（pa-0.）?（-e）=4eV

B正確；

C.沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，則。點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)方向向左，C錯(cuò)誤；

D.由于電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處垂直，則可畫出電場(chǎng)線分布如下圖所示

由上圖可看出，匕點(diǎn)電場(chǎng)線最密集，則人點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)最大，D正確。

故選BD。

7.一質(zhì)量為m的物體自傾角為a的固定斜面底端沿斜面向上滑動(dòng)。該物體開始滑動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為用.，向上

滑動(dòng)一段距離后速度減小為零，此后物體向下滑動(dòng)，到達(dá)斜面底端時(shí)動(dòng)能為*。已知sina=0.6,重力

加速度大小為g。則（）

A.物體向上滑動(dòng)的距離為裊

2mg

B.物體向下滑動(dòng)時(shí)的加速度大小為作

C.物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)等于

D.物體向上滑動(dòng)所用的時(shí)間比向下滑動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)

【答案】BC

【解析】

【分析】

【詳解】AC.物體從斜面底端回到斜面底端根據(jù)動(dòng)能定理有

物體從斜面底端到斜面頂端根據(jù)動(dòng)能定理有

整理得

I=——；/J—0.5

mg

A錯(cuò)誤，C正確；

B.物體向下滑動(dòng)時(shí)的根據(jù)牛頓第二定律有

求解得出

B正確；

D.物體向上滑動(dòng)時(shí)的根據(jù)牛頓第二定律有

物體向下滑動(dòng)時(shí)的根據(jù)牛頓第二定律有

由上式可知

at,>a卜

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

則可得出

D錯(cuò)誤。

故選BC。

8.由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長(zhǎng)相同的甲、乙兩個(gè)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?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時(shí)由靜止開始下落，一段時(shí)間

后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的上邊界水平，如圖所示。不計(jì)空氣阻力，已知下落過(guò)程

中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場(chǎng)后且上邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，可能出現(xiàn)的是（）

A.甲和乙都加速運(yùn)動(dòng)

B.甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)

C.甲加速運(yùn)動(dòng)，乙減速運(yùn)動(dòng)

D.甲減速運(yùn)動(dòng)，乙加速運(yùn)動(dòng)

【答案】AB

【解析】

【分析】

【詳解】設(shè)線圈到磁場(chǎng)的高度為人，線圈的邊長(zhǎng)為/,則線圈下邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，有

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

兩線圈材料相等（設(shè)密度為?！悖?質(zhì)量相同（設(shè)為“），則

設(shè)材料的電阻率為夕，則線圈電阻

感應(yīng)電流為

安培力為

由牛頓第二定律有

聯(lián)立解得

B2V

加速度和線圈的匝數(shù)、橫截面積無(wú)關(guān)，則甲和乙進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，具有相同的加速度。當(dāng)g>77一時(shí)，甲和

\6ppQ

B2VB2V

乙都加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)g<77—時(shí)，甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)g=77一時(shí)都勻速。

i6m、6ppo

故選AB。

三、非選擇題：第9?12題為必考題，每個(gè)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。

（―）必考題

9.為測(cè)量小銅塊與瓷磚表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，一同學(xué)將貼有標(biāo)尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾

角為a的斜面（已知sina,cosa），小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學(xué)用手機(jī)拍攝小銅塊的

下滑過(guò)程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得5個(gè)連續(xù)相等時(shí)間間隔（每個(gè)時(shí)間間隔AT）內(nèi)小銅塊沿斜面下

滑的距離笥G=l,2,3,4,5）,如下表所示。

5|5253S4S5

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(dòng)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2）

【答案】（1）.（2）.

【解析】

【分析】

詳解［［1］根據(jù)逐差法有

代入數(shù)據(jù)可得小銅塊沿斜面下滑的加速度大小

⑵對(duì)小銅塊受力分析根據(jù)牛頓第二定律有

代入數(shù)據(jù)解得

10.某同學(xué)用圖（。）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，額定電流）

電壓表（量程300mV,內(nèi)阻300C）

電流表（量程300mA,內(nèi)阻。）

定值電阻R）

滑動(dòng)變阻器尺（阻值0-20C）

電阻箱R2（最大阻值C）

電源E（電動(dòng)勢(shì)6V,內(nèi)阻不計(jì)）

開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

完成下列填空：

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

曲線，品應(yīng)選取阻值為。的定值電阻；

(2)閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的(填“屋'或"b”)端；

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

流表的示數(shù)U、1,結(jié)果如圖")所示。當(dāng)流過(guò)電流表的電流為10mA時(shí)，小燈泡的電阻為Q(保

留1位有效數(shù)字)；

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

C。然后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器用，測(cè)得數(shù)據(jù)如下表所示：

U/mV

//mA20002800

(5)由圖(b)和上表可知，隨流過(guò)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(cè)到小燈泡剛開始發(fā)光時(shí)流過(guò)電流表的電流為160mA,可得此時(shí)小燈泡電功率卬產(chǎn)W

(保留2位有效數(shù)字)；當(dāng)流過(guò)電流表的電流為300mA時(shí)，小燈泡的電功率為％,則W=(保留

至整數(shù))。

【答案】(1).10(2).a(3).(4).2700(5).增大(6).(7).10

【解析】

【分析】

【詳解】U)fl］因?yàn)樾襞蓊~定電壓，電動(dòng)勢(shì)6V,則滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器時(shí)，為了保證電路安全，需要定值電

阻分擔(dān)的電壓

則有

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

(2)［2］為了保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的。端；

(3)［3］由圖可知當(dāng)流過(guò)電流表的電流為10mA時(shí)，電壓為7mV,則小燈泡的電阻為

(4)［4］由題知電壓表滿量程時(shí)對(duì)應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3V時(shí)，有

解得

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

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

電壓為，則此時(shí)小燈泡電功率

Wi

⑺同理可知當(dāng)流過(guò)電流表的電流為300mA時(shí)，小燈泡兩端電壓為，此時(shí)小燈泡電功率

卬2

故有

11.如圖，一傾角為。的光滑斜面上有50個(gè)減速帶(圖中未完全畫出)，相鄰減速帶間的距離均為“，減速

帶的寬度遠(yuǎn)小于小一質(zhì)量為根的無(wú)動(dòng)力小車(可視為質(zhì)點(diǎn))從距第一個(gè)減速帶L處由靜止釋放。已知小

車通過(guò)減速帶損失的機(jī)械能與到達(dá)減速帶時(shí)的速度有關(guān)。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后，在相鄰減

速帶間的平均速度均相同。小車通過(guò)第50個(gè)減速帶后立刻進(jìn)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(dòng)摩擦因數(shù)為〃，重力加速度大小為g。

(1)求小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后，經(jīng)過(guò)每一個(gè)減速帶時(shí)損失的機(jī)械能；

(2)求小車通過(guò)前30個(gè)減速帶的過(guò)程中在每一個(gè)減速帶上平均損失的機(jī)械能；

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

滿足什么條件？

【答案】⑴mgdsin3;(2)，“a+29仆四-〃町；⑶乙〉"上匕

30sin。

【解析】

【分析】

【詳解】(1)由題意可知小車在光滑斜面上滑行時(shí)根據(jù)牛頓第二定律有

設(shè)小車通過(guò)第30個(gè)減速帶后速度為也，到達(dá)第31個(gè)減速帶時(shí)的速度為為則有

因?yàn)樾≤囃ㄟ^(guò)第30個(gè)減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同，故后面過(guò)減速帶后的速度與到達(dá)下一

個(gè)減速帶均為盯和v2;經(jīng)過(guò)每一個(gè)減速帶時(shí)損失的機(jī)械能為

聯(lián)立以上各式解得

(2)由(1)知小車通過(guò)第50個(gè)減速帶后的速度為也，則在水平地面上根據(jù)動(dòng)能定理有

從小車開始下滑到通過(guò)第30個(gè)減速帶，根據(jù)動(dòng)能定理有

聯(lián)立解得

故在每一個(gè)減速帶上平均損失的機(jī)械能為

(3)由題意可知

可得

12.如圖，長(zhǎng)度均為/的兩塊擋板豎直相對(duì)放置，間距也為/，兩擋板上邊緣尸和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(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E;兩擋板間有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)

度大小可調(diào)節(jié)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為如電荷量為q（q>0）的粒子自電場(chǎng)中某處以大小為％的速度水平向

右發(fā)射，恰好從P點(diǎn)處射入磁場(chǎng)，從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子未與擋板碰撞。

已知粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與PQ的夾角為60°,不計(jì)重力。

（1）求粒子發(fā)射位置到P點(diǎn)的距離；

（2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的取值范圍；

（3）若粒子正好從QN的中點(diǎn)射出磁場(chǎng)，求粒子在磁場(chǎng)中的軌跡與擋板MN的最近距離。

【答案】（1）.（）粒子運(yùn)動(dòng)軌跡見解析，

如*.（2）；飛339-10烏

【解析】

【分析】

【詳解】（1）帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，由類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知

%=卬①

粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與PQ的夾角為60。，有

vat

tan30°=1=—③

匕%

粒子發(fā)射位置到P點(diǎn)的距離

s-yjx2+y2④

由①②③④式得

s=叵%⑤

6qE

（2）帶電粒子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)在速度

丫二」—=2立一⑥

cos30°3

帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)兩個(gè)臨界軌跡（分別從Q、N點(diǎn)射出）如圖所示

由幾何關(guān)系可知，最小半徑

=2=6/⑦

"—cos30?！?

最大半徑

烏

二2=(6+1)/⑧

cos75°

帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，由向心力公式可知

?mv2a

QVB---⑨

r

由⑥⑦⑧⑨解得，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的取值范圍

（3）若粒子正好從QN的中點(diǎn)射出磁場(chǎng)時(shí)，帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。

由幾何關(guān)系可知

sin0=—

y/5

T

帶電粒子的運(yùn)動(dòng)半徑為

一李?

33（30。+。）

粒子在磁場(chǎng)中的軌跡與擋板MN的最近距離

"min=（4sin30。+/）-?

由⑩??式解得

一吐哂?

44

（-）選考題：

[物理——選修3-3]

13.如圖，一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個(gè)不同過(guò)程，分別由體積-溫度（V-，）圖上的兩條直線I和H表示，

山和?分別為兩直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)；to為它們的延長(zhǎng)線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，fo是它們的延長(zhǎng)線與橫

軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，加；以6為直線I上的一點(diǎn)。由圖可知，氣體在狀態(tài)“和6的壓強(qiáng)之比&=

Pb

氣體在狀態(tài)b和c的壓強(qiáng)之比—=o

Pc

【答案】(1).1(2).y

【解析】

【分析】

【詳解】［1］根據(jù)蓋呂薩克定律有

整理得

由于體積-溫度圖像可知，直線I為等壓線，則小。兩點(diǎn)壓強(qiáng)相等，則有

⑵設(shè)f=O'C時(shí)，當(dāng)氣體體積為匕其壓強(qiáng)為p「當(dāng)氣體體積為匕其壓強(qiáng)為P2,根據(jù)等溫變化，則有

由于直線I和H各為兩條等壓線，則有

Pl=Pb，Pl=Pc

聯(lián)立解得

14.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(shí)，A、

B的體積均為匕壓強(qiáng)均等于大氣壓外，隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置，當(dāng)隔板兩邊壓強(qiáng)差超過(guò)加時(shí)

V

隔板就會(huì)滑動(dòng)，否則隔板停止運(yùn)動(dòng)。氣體溫度始終保持不變。向右緩慢推動(dòng)活塞，使B的體積減小為一。

2

(i)求A的體積和B的壓強(qiáng)；

(ii)再使活塞向左緩慢回到初始位置，求此時(shí)A的體積和B的壓強(qiáng)。

【答案】⑴匕=0.4V,PB=2P0；5)VA=(yf5-l)V,P"六6Po

【解析】

【分析】

【詳解】(i)對(duì)B氣體分析，等溫變化，根據(jù)波意耳定律有

解得

對(duì)A氣體分析，根據(jù)波意耳定律有

聯(lián)立解得

(ii)再使活塞向左緩慢回到初始位置，假設(shè)隔板不動(dòng)，則