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2021年普通高等学校招生全国统一考试

物 理

注意事项：

1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在答题卡上。

2．回答第Ⅰ卷时，选出每小题的答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。写在试卷上无效。

3．回答第Ⅱ卷时，将答案填写在答题卡上，写在试卷上无效。

4．考试结束，将本试卷和答题卡一并交回。

一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题6分，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．关于光电效应，下列说法中正确的是(　　)

A．光电效应证明了光既有粒子性，又有波动性

B．频率相同的光照射某种金属时，产生光电子的初动能都相等

C．用不同频率的光照射某金属时，频率越高的光，单位时间内发射的光电子数越多

D．光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关

【答案】D

【解析】光电效应证明了光具有粒子性，A错误；频率相同的光照射某种金属时，产生光电子的最大初动能相同，并不是初动能都相等，B错误；单位时间内发射的光电子数只与入射光的强弱有关，C错误；光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，D正确。

2．如图所示，真空中的A、B两点分别放有带电荷量均为q的正、负点电荷，A、B两点间的距离为4r，a、b、c、d是以AB连线的中点O为圆心、以r为半径的圆上的四个点，a、b在AB连线上，c、d点在AB中垂线上，静电力常量为k。则下列说法正确的是(　　)

A．a、b两点的电场强度大小相等，方向相反

B．c、d两点的电场强度大小相等，方向相反

C．把一正电荷从a点移动到d点，其电势能减小

D．把一正点电荷从c点沿直线移动到d点电场力先做正功后做负功

【答案】C

【解析】根据点电荷电场线的分布可知，a、b两点与c、d两点均是电场强度大小相等，方向相同，故AB错误；把一正电荷从a点移动到d点，电场做正功，电势能减小，故C正确；cd为等势线，把一正点电荷从c点沿直线移动到d点电场力不做功，故D错误。

3．两截面形状相似的物块B、C倾角均为θ＝30°，将C固定在水平面上，木块A与B按图叠放在C上，恰好能使A沿B匀速下滑。已知木块A、B的质量均为1 kg，重力加速度g＝10 m/s2，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则B与C间的摩擦力大小为(　　)

A．10 N                   B．12 N

C．10 N                D．12 N

【答案】A

【解析】把A、B看作整体，整体是平衡的，则有2mgsin θ＝fBC＝10 N，故A 正确。

4．目前世界上最大龙门吊——宏海号，是中国自主研制的，它高148米，可以吊起22000吨。如图所示为一龙门吊吊着一重物沿横梁上的滑轨水平向右匀速运动的示意图，已知重物到悬点间的绳长l＝9 m，能承受的最大拉为1.1×104 N，重物的质量m＝103 kg，重力加速度g＝10 m/s2。若滑动过程中悬点处突然被卡住停止运动，重物由于惯性发生摆动，绳子恰好不被拉断。则重物开始向右匀速运动的速度大小为(　　)

A．2 m/s     B．3 m/s     C．4 m/s     D．5 m/s

【答案】B

【解析】龙门吊被卡住后，重力摆动时做圆周运动，则有，解得v＝3 m/s，B正确。

5．如图，间距为d的两平行光滑金属轨道间有竖直上向的匀强磁场，轨道AB－A′B′部分水平，轨道BC－B′C′部分与水平方向的夹角为45°，质量均为m、电阻均为R的金属棒a、b分别垂直放置在水平轨道和斜轨道上（与轨道接触良好）。现用一水平向左的外力F作用在金属棒a上，使金属棒a以速度v0匀速运动，此时金属棒b恰好能静止在倾斜轨道上。已知重力加速度为g，导轨电阻不计。则匀强磁场的磁感应强度大小为(　　)

A．     B．     C．     D．

【答案】B

【解析】对金属棒b受力分析可知mgsin 45°＝FAcos 45°，金属棒a以速度v0做匀速运动，则有联立解得，故B正确。

6．如图所示为一列简谐波在t＝0时刻的波形图，Q、P是波上的两质点，此刻质点P沿y轴负方向运动，且t＝1 s时第一次运动到波谷位置。则质点Q的振动方程为(　　)

A．y＝0.2sin(t－) m         B．y＝0.2sin(t＋) m

C．y＝0.2sin(t－) m         D．y＝0.2sin(t＋) m

【答案】A

【解析】t＝1 s时P点第一次回到波谷，则周期T＝4 s，ω＝＝；t＝0时刻P点沿y轴负方向运动，说明波沿x轴正方向传播，则此时Q沿y轴正方向运动，且Q点对应的位移为－1 m，所以Q点的振动方程为y＝0.2sin(t－) m，A正确。

7．有一腰长是10 cm的等腰直角三棱镜，为了测定它的折射率，先把三棱镜的一个端面放在铺好白纸的桌面上，用铅笔画出它的轮廓线ABO，如图所示，从OB上的C点观察A，发现A的像的位置在D处，测得OD＝5 cm，OC＝7 cm。则该三棱镜的折射率为(　　)

A．     B．     C．     D．

【答案】C

【解析】光路如图所示，由公式n＝，，，解得，C正确。

8．2020年 11月6日，全球首颗6G试验卫星“电子科技大学号”搭载长征六号运载火箭在太原卫星发射中心成功升空，并顺利进入预定轨道。若该卫星绕地球做圆周运动的轨道到地面的距离等于地球半径的2倍，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，忽略地球的自转。则下列分析正确的是(　　)

A．该实验卫星的发射速度可能等于7.9 km/s

B．若要降低该实验卫星的轨道，则应该减小其运行速度

C．该实验卫星绕地球做圆周运动的周期为

D．该实验卫星绕地球做圆周运动的线速度大小为

【答案】BD

【解析】地球卫星的发射速度应该大于其第一宇宙速度，即应大于7.9 km/s，A错误；若要降低该实验卫星的轨道，应该减速，使其做近心运动，B正确；因为卫星绕地球做圆周运动的轨道到地面的距离等于地球半径的2倍，则r＝3R，由G＝mg，G＝m，得，则T＝＝，C错误，D正确。

9．如图甲所示电路中，理想变压器原线圈的输入电压按图乙所示规律变化，图中曲线为正弦曲线的一部分, 负线圈中接有规格为“36 V  30 W”的灯泡L恰好正常发光。则下列说法正确的是(　　)

A．变压器原、副线圈的匝数比为55∶9

B．变压器原线圈输入电压的有效值为V

C．小灯泡L两端电压的最大值为36 V

D．0～1 s内小灯泡L电流方向改变的次数为33

【答案】BCD

【解析】由公式，解得V，即原线圈电压的有效值为V，B正确；由公式，得，U2m＝36 V，A错误，C正确；交变电流的周期T＝0.06 s，每周期内电流的方向改变2次，所以0～1 s内小灯泡L电流方向改变的次数为33，D正确。

10．如图甲所示，一质量m＝1 kg的木块被水平向左的力F压在竖直墙上，木块初始位置离地面的高度H＝4 m，木块与墙面间的动摩擦因数μ＝0.2，力F与木块距离地面距离h间的关系如图乙所示，重力加速度g＝10 m/s2。则(　　)

A．木块下滑过程一直做加速运动

B．木块下滑过程克服摩擦阻力所做的功为10 J

C．木块下滑到地面前瞬间的速度大小为8 m/s

D．木块下滑过程用时为1 s

【答案】AC

【解析】木块下滑过程重力一直大于摩擦力，所以木块下滑过程一直做加速运动，A正确；木块下滑过程克服摩擦阻力所做的功J，B错误；木块下滑过程摩擦力的大小与下滑位移成线性关系，则有，得v＝8 m/s，C正确；木块下滑过程速度增加得越来越慢，则vt<h，得t<1 s，D错误。

二、非选择题：本题共5小题，共54分。

11．(6分)某学生用图甲所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示，已知图中每相邻两个计数点间还有一个点未标出。

(l)由图乙可知：物块下滑过程打计数点D时物块的速度vD＝   m/s，该过程物块运动的加速度a＝    m/s2；（结果保留两位小数）

(2)已知当地的重力加速度g，斜面倾角θ，则物块与斜面间的动摩擦因数可表示为μ＝＿＿＿＿。（用g、θ及a等物理理表示）

【答案】(l)0.77   3.96   (2)（每空2分）

【解析】(l)由公式，其中T＝0.04 s，解得vD＝0.77 m/s，m/s2；

(2)由公式，解得。

12．(8分)某同学准备测量一节干电池电动势和内电阻，他从实验室里借来如下实验器材：

A．电流表A1（量程为0.6 A，内阻约为0.5 Ω）

B．电流表A2（量程为2 mA，内阻为100 Ω）

C．电压表V（量程为6 V，内阻约为10 kΩ）

D．滑动变阻器R1（最大电阻值为10 Ω）

E．电阻箱R2（最大电阻值为999.9 Ω）

F．开关、导线若干

G．待测干电池

(l)该同学发现电压表的量程太大，准备用电流表和电阻箱改装为一量程为2.0 V的电压表，则其应该选择的电流表是________(填“A1”或“A2”)，电阻箱的接入电路的电阻值应该为______Ω；

(2)请你帮助该同学在图甲中补充完整实验电路图；

(3)实验过程中，该同学多次调节滑动接入电路的电阻值，得到两电流表A1的示数I1和电流表A2的示数I2如下表所示。请你根据表中的数据帮助该同学在图乙的坐标系中描点并连线。根据图线可知，该干电流的电动势E＝_____V，内阻r＝_____Ω。（结果保留两位小数）

【答案】(l)A2（1分）   900（2分）  (2)见解析图（2分）   (3)描点连线见解析图（1分）1.45（2分）    0.82（1分）

【解析】(l)要用已知精确内阻的电流表改装电压表，所以选A2，电流表与电阻箱串联后改装为电压表，则有U＝I2m(r2＋R)，解得R＝900 Ω；

(2)如图所示。

(3)由闭合电流的欧姆定律可得E＝I2(r2＋R)＋I1r，则有，由图可知A，，解得E＝1.45 V，内阻r＝0.82 Ω。

13．(12分)如图所示，水平地面上放有带有四分之一圆弧轨道的滑块A和正方体滑块B、C，另有一正方体滑块D（可看为质点）从滑块A圆弧轨道的最高点由静止释放，滑块D滑到水平地面后与滑块B发生弹性碰撞，滑块B运动后又与C碰撞并与C粘在一起向前运动。已知四个滑块的质量均为m，滑块A的圆弧轨道半径为R，滑块C的左侧水平地面光滑，右侧水平地面粗糙，且与滑块B、C间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g。求：

(1)滑块D与B碰撞前的速度大小；

(2)滑块C运动的距离。

【解析】(1)D在A上滑行时，A与D组成的系统机械能守恒，水平方向动量守恒，则当D滑到水平地面上时，A、D的速度大小相等，方向相反，则有：（1分）

mgR＝2Ek＝mv2  （2分）

解得：v＝。（2分）

(2)滑块B与D作用过程动量守恒，机械能守恒，则有：

mv＝mv1＋mv2  （1分）

mv2＝mv12＋mv22  （1分）

解得：v1＝0，v2＝v＝  （1分）

即滑块D与B碰撞后D的速度为0，B的速度为

滑块B与C碰撞后粘在一起，由动量守恒定律可知：

mv2＝2mv3，得v3＝   （1分）

B与C一起做匀减速运动，则有：

v32＝2ax，其中a＝μg  （2分）

解得：。（1分）

14．(10分)如图所示，容积为V0的容器（导热性能良好）中装有A、B两种理想气体，用活塞分隔开，并用一卡哨阻止活塞向左自由滑动，A、B气体的体积V1、V2的关系为V1＝1.5V2，A、B气体的压强p1、p2与大气压强p0的关系为3p1＝2p2＝p0，初始时气体的温度与环境温度相同，均为27℃。现拔掉卡哨。

(1)求平衡时A气体的压强和体积；

(2)若使其中一种气体的温度升高，另一种气体的温度保持不变，使活塞在容器的正中间位置平衡，求温度升高的气体的温度。

【解析】(1)拔掉卡哨，气体做等温变化，最终两气体的压强相等，则有：

p1V1＝p1′V1′，p2V2＝p2′V2′

即，（2分）

其中p1′＝p2′，V1′＋V2′＝V0     （1分）

解得：，（2分）

(2)因V1′<V2′，则应该对A气体加热，B气体做等温变化，则有：

p2′V2′＝p2′′V2′′，其中V2′′＝V0  （1分）

解得：p2′′＝p1′′＝p0  （1分）

对A气体，由理想气体状态方程可知：（2分）

解得T2＝675 K，即t2＝402 ℃。（1分）

15．(18分)如图所示，直角坐标系xOy的第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场，第四象限有方向垂直xOy平面向外的匀强磁场；一质量为m、带电荷量为q（q>0）的粒子，从坐标原点O沿与x轴正方向成30°角、大小为v0的速度射入电场，经电场偏转后从x轴上的点P（x0，0）进入磁场，经磁场偏转后又恰好能返回电场。忽略粒子的重力。求：

(1)匀强电场的电场强度大小和匀强磁场的磁感应强度大小；

(2)粒子在电场和磁场中运动的周期；

(3)若改变粒子射入电场时的方向，使粒子从O点射出后第2次通过x轴时离坐标原点最远，求粒子射入电场时的速度方向和该最远值。

【解析】(1)粒子在电场中运动时，有：

v0cos 30°t1＝xP＝x0  （1分）

v0sin 30°＝at1 （1分），其中（1分）

解得：，。（1分）

因粒子恰好能回到电场，则有：

qv0B＝m（1分）

r＋rsin 30°＝x0  （1分）

解得：。（1分）

(2)由向何关系可知：粒子在磁场中运动圆周后回到电场 （1分）

则有  （1分）

粒子在电场、磁场中运动的总周期T＝2t1＋t2   （1分）

解得：。（2分）

(3)设粒子从O点射出的速度与x轴的夹角为θ时，第一次回到x轴时最原点x最远，则有

v0cos θt＝x1  （1分）

v0sin θ＝at  （1分）

解得：x1＝x0sin 2θ  （1分）

则当θ＝45°时，x1m＝x0   （1分）

粒子第2次经过x时，x2m＝x1m－2rcos 45°＝。（2分）