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2021年高考物理真题试卷及解析
（全国乙卷）
一、选择题：本题共8小题，每小题6分，共48分。
在每小题给出的四个选项中，第1~5题只有一项符合题目要求，第6~8题有多项符合题目要求。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．如图，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连，另一端与滑块相连，滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系（可视为惯性系）中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统　　
A．动量守恒，机械能守恒 B．动量守恒，机械能不守恒
C．动量不守恒，机械能守恒 D．动量不守恒，机械能不守恒
2．如图（a），在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应，在金属平板上表面产生感应电荷，金属板上方电场的等势面如图（b）中虚线所示，相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于和处，该试探电荷受到的电场力大小分别为和，相应的电势能分别为和，则　　
A．， B．，
C．， D．，
3．如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为、电荷量为的带电粒子从圆周上的点沿直径方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转。不计重力。则为　　
A． B． C． D．
4．医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间后剩余的质量为，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为　　
A． B． C． D．
5．科学家对银河系中心附近的恒星进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间的位置如图所示。科学家认为的运动轨迹是半长轴约为 （太阳到地球的距离为的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为，可以推测出该黑洞质量约为　　
A． B． C． D．
6．水平桌面上，一质量为的物体在水平恒力拉动下从静止开始运动。物体通过的路程等于时，速度的大小为，此时撤去，物体继续滑行的路程后停止运动。重力加速度大小为。则　　
A．在此过程中所做的功为
B．在此过程中的冲量大小等于
C．物体与桌面间的动摩擦因数等于
D．的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍
7．四个带电粒子的电荷量和质量分别为、、、，它们先后以相同的速度从坐标原点沿轴正方向射入一匀强电场中，电场方向与轴平行。不计重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确的是　　
A． B．
C． D．
8．水平地面上有一质量为的长木板，木板的左端上有一质量为的物块，如图（a）所示。用水平向右的拉力作用在物块上，随时间的变化关系如图（b）所示，其中、分别为、时刻的大小。木板的加速度随时间的变化关系如图（c）所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为，物块与木板间的动摩擦因数为。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为。则　　
A．
B．
C．
D．在时间段物块与木板加速度相等
二、非选择题：共62分。第9～12题为必考题，每个试题考生都必须作答。第13～16题为选考题，考生根据要求作答。
（一）必考题：共47分。
9．（5分）某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。
完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置时，其速度的水平分量大小为　　；竖直分量大小为　　；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为　　。
10．（10分）一实验小组利用图（a） 所示的电路测量一电池的电动势（约和内阻（小于。图中电压表量程为，内阻；定值电阻；电阻箱，最大阻值为；为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：
（1）为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选　 （填“5.0”或“15.0” ；
（2）闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值和电压表的相应读数；
（3）根据图（a）所示电路，用、、、和表示，得　　；
（4）利用测量数据，做图线，如图（b）所示；
（5）通过图（b）可得　　 （保留2位小数），　　（保留1位小数）；
（6）若将图（a）中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为，由此产生的误差为　　。
11．（12分）一篮球质量为，一运动员使其从距地面高度为处由静止自由落下，反弹高度为。若使篮球从距地面的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球，球落地后反弹的高度也为。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为；该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取，不计空气阻力。求：
（1）运动员拍球过程中对篮球所做的功；
（2）运动员拍球时对篮球的作用力的大小。
12．（20分）如图，一倾角为的光滑固定斜面的顶端放有质量的型导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻的金属棒的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路；与斜面底边平行，长度。初始时与相距，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小，重力加速度大小取，。求
（1）金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；
（2）金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；
（3）导体框匀速运动的距离。
（二）选考题：请考生从给出的2道物理题中任选一题作答，并用2B铅笔在答题卡上把所选题目题号后的方框涂黑，注意所做题目的题号必须与所涂题目的题号一致，并且在解答过程中写清每问的小题号，在答题卡指定位置答题。如果多做则按所做的第一题计分。
[物理—选修3-3]（15分）
13．（1）（5分）如图，一定量的理想气体从状态，，经热力学过程、、后又回到状态。对于、、三个过程，下列说法正确的是 （填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0）
A．过程中，气体始终吸热
B．过程中，气体始终放热
C．过程中，气体对外界做功
D．过程中，气体的温度先降低后升高
E．过程中，气体的温度先升高后降低
（2）（10分）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管、、粗细均匀，、两管的上端封闭，管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。、两管的长度分别为，。将水银从管缓慢注入，直至、两管内水银柱的高度差。已知外界大气压为。求、两管内水银柱的高度差。
[物理—选修3-4]（15分）
14．（1）图中实线为一列简谱横波在某一时刻的波形曲线，经过后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期大于。若波是沿轴正方向传播的，则该波的速度大小为　　，周期为　　；若波是沿轴负方向传播的，该波的周期为　　。
（2）用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用、两个大头针确定入射光路，、两个大头针确定出射光路，和分别是入射点和出射点。如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为；到过点的法线的距离，到玻璃砖的距离，到的距离为。
（ⅰ）求玻璃砖的折射率；
（ⅱ）用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图（b）所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
参考答案
一、选择题
1.B 【解析】撤去推力后，小车、弹簧和滑块组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，由于滑块与车厢的水平底板间有摩擦力，且二者发生了相对滑动，故系统在运动过程中机械能不守恒，B正确，A、C、D错误。
2.A 【解析】在电场中，等势面越密，电场强度越大，由此可知，由，可知，由于固定电荷为负电荷，电场方向由金属板指向负电荷，沿电场线方向电势越来越低，可知点所在等势面的电势大于点所在等势面的电势，即，正电荷在电势高处电势能大，可知，A正确，B、C、D错误。
3.B 【解析】粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，设圆形磁场区域的半径为，由几何知识知，，，根据牛顿第二定律得，解得，则，B正确，A、C、D错误。
4.C 【解析】原子核衰变剩余质量为，变形得，由题图知，，由以上两式解得，C正确，A、B、D错误。
5.B 【解析】由题图知，运动的周期约为年，地球绕太阳运动的周期为年，由万有引力定律知，可得，则黑洞的质量与太阳的质量之比为，则该黑洞质量约为，B正确，A、C、D错误。
6.BC 【解析】设物体与桌面间的动摩擦因数为，力作用时，有，撤去力后物体继续运动，对物体运动全程分析有，解得，，A错误，C正确；由，解得，即力的大小是物体所受滑动摩擦力大小的3倍，D错误；设力作用的时间为，根据动量定理有，力的冲量大小，B正确。
7.AD 【解析】若电场方向沿轴负方向，负电荷向轴正方向偏转，正电荷向轴负方向偏转，设沿轴位移为，沿轴位移为，则有，，，带同种电荷且比荷相同的粒子轨迹相同，正、负电荷比荷相同时轨迹关于轴对称，且比荷越小，偏转程度越小，A正确，B、C错误；同理，电场方向沿轴正方向时，D正确。
8.BCD 【解析】由题图(c)可知时刻前物块和木板静止，时刻后木板和物块共同加速，时刻后木板和物块相对滑动，D正确；时刻，对木板和物块整体有，A错误；时刻，对物块有，对木板有，解得，B正确；时间内，物块对木板的静摩擦力使木板加速，有，解得，C正确。
二、非选择题
9.(1)1.0 2.0 (2)9.7
【解析】(1)小球在点时速度的水平分量大小为，竖直分量大小为；
(2)在竖直方向上，由逐差法得当地重力加速度的大小。
10.(1)15.0 (3) (5)1.54 1.1 (6)5.19
【解析】(1)定值电阻与电压表并联，总电阻，干路允许的最大电流为，电路中总电阻最小值约为，闭合开关前电阻箱接入电路的电阻值，因此闭合开关前电阻箱接入电路的电阻值选；
(3)电路中总电流为，整理得；
(5)根据(3)中得到的关系式，代入数据可得，延长图线，得到图线与纵轴交点为，得，图线斜率为，解得，；
(6)若将题图()中的电压表当成理想电压表，则电路中电流为，整理得，图线斜率为，解得，。
11.(1)4.5 (2)9
【解析】(1)设篮球第一次与地面碰撞前的速度大小为，碰撞后的速度大小为，第二次与地面碰撞前的速度大小为，碰撞后的速度大小为，根据动能定理得，，设篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值为，解得，运动员拍球时，根据动能定理得，，，解得。
(2)根据上述分析可得，运动员拍球时，根据牛顿第二定律得，
0.2 末篮球的速度为，前0.2 内的位移为，从0.2 末到落地前的位移为，总位移 ，解得，，。
12.(1) (2) (3)
【解析】(1)导体框与金属棒一起加速运动，设加速度大小为，根据牛顿第二定律得，解得，设金属棒刚进入磁场时的速度为，由运动学公式得，解得，金属棒在磁场中受到的安培力，流过金属棒的电流，由法拉第电磁感应定律得，联立解得。
(2)金属棒在磁场中匀速运动，有，此时导体框做匀加速运动，有，当金属棒离开磁场时，导体框边刚好进入磁场做匀速直线
运动，对导体框有，，，联立解得，，。
(3)金属棒再次加速运动时，有，解得，金属棒与导体框共速时，有，解得，，假设金属棒穿越磁场区域时间为，则，磁场区域宽度，解得，有，所以导体框与金属棒共速时还未离开磁场区域，故导体框匀速运动距离为。
（二）选考题
13.(1)ABE (2)
【解析】（1）气体在过程发生等容变化，由查理定律可知，由于，可得，气体由过程体积不变，则气体不对外做功，外界也不对气体做功，则，气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，则，由过程，气体始终吸热，A正确；气体在过程发生等压变化，由盖-吕萨克定律可知，由于，可得，气体由过程温度降低，内能减小，可得，由过程体积减小，外界对气体做功，则，由热力学第一定律可知，气体由过程中始终放热，B正确、C错误；由可知，气体在两状态时，两点在同一条等温线上，由等温线的特点可知，由过程中气体温度先升高后降低，D错误，E正确。
（2）以中气体为研究对象，设初状态压强为，体积为，管横截面积为，初状态，，设末状态压强为，体积为，，，由于水银从管缓慢注入，整个过程管内气体发生等温变化，由玻意耳定律得，解得；以中气体为研究对象，设初状态压强为，体积为，管横截面积为，初状态，，设末状态压强为，体积为，由题图中液柱关系可得中水银柱高为，中水银柱高为，则中气体末状态压强，整个过程管内气体发生等温变化，由玻意耳定律有，解得，设两管内水银柱的高度差为，则。
14.(1)0.5 0.4 1.2
【解析】若波沿轴正方向传播，由波形图可知，且，所以，解得，由波形图可知，波的传播速度，解得；若波沿轴负方向传播，则，解得。
(2)
【解析】如图甲所示，设入射角为，折射角为，
由折射定律得，由几何关系知，，解得。
光在玻璃砖中发生全反射时的光路图如图乙所示，设光在上表面的折射角为，
由，得，光在玻璃砖下表面恰好发生全反射，有，解得，把光在上下表面入射点处的法线延长交于点，设法线延长线夹角为，由几何关系得即为上下表面的夹角，在中，，，则，由几何关系可知，此玻璃砖上下表面的夹角为，即该玻璃砖上下表面的夹角为。

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