2021年普通高等學校招生全國統一考試（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（）

A.動量守恒，機械能守恒

B.動量守恒,機械能不守恒

C.動量不守恒，機械能守恒

D.動量不守恒,機械能不守恒

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

統動量守恒，滑塊和小車之間有滑動摩擦力，由于摩擦生熱，故系統機械能減少，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電荷。由于靜電感

應,在金屬平板上表面產生感應電荷。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的點電荷形成的電場的力的性質和能的性質，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；在負電荷形成的電場中，離負電荷越近，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,圓形區域內有垂直于紙面向里的勻強磁場，質量為機、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。設圓形區域的半徑為凡第一

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

tan與-qBqBv23

解題突破首先根據幾何關系，確定粒子做圓周運動的半徑，然后根據半徑公式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）醫學治療中常用放射性核素"in產生丫射線，而"31n是由半衰期相對較長

的“3Sn衰變產生的。對于質量為0的“3Sn,經過時間f后剩余的^Sn質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，變為:,正好有一半的“3Sn發生

mQ33

衰變，經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,變為！的意義可巧妙求解。

mo33

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

2002年間S2的位置如圖所示。科學家認為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量黑洞。這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學

獎。若認為S2所受的作用力主要為該大質量黑洞的引力，設太陽的質量為M,可以推測出該黑洞質

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，一質量為機的物體在水平恒力/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.在此過程中產的沖量大小等于|〃”o

C.物體與桌面間的動摩擦因數等于警

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，阻力做負功，根據動能定理有

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量分別為（+q,〃?）、（+?,2膽）、（+3%3m）、

它們先后以相同的速度從坐標原點沿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問題，意在考查分析綜合能力。thx=v（）t,y=^at2,a=^,

聯立得產岬（J；比荷相同

，沿y軸方向位移相同，選項C錯誤;質量增大，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）水平地面上有一質量為陽的長木板，木板的左端上有一質量為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隨時間，的變化關系如圖（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，的變化關系如圖⑹所示。已知木板與地面間的動

摩擦因數為“，物塊與木板間的動摩擦因數為〃2。假設最大靜摩擦力均與相應的滑動摩擦力相等，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時間內長木板和物塊一起靜止ji~t2時間內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

生根據要求作答。

(一)必考題:共47分。

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

和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發出一次閃光，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。該同學在實驗中測得的小球影像的高

度差已經在圖(b)中標出。

6.1cm

8.6cm

11.0cm

13.4cm

圖(b)

完成下列填空:(結果均保留2位有效數字)

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)根據圖(b)中數據可得，當地重力加速度的大小為m/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地的重力加速度,意在考查實驗能力。

(1)當小球落到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)設豎直方向的位移依次為v、》、"、%,根據逐差法得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)和內阻

r(小于2Q)。圖中電壓表量程為1V,內阻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。按電路圖連接電路。完成下列填空：

(1)為保護電壓表，閉合開關前，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，多次調節電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應讀數U。

(3)根據圖(a)所示電路，用R、Ro、RY、E和r表不看得/=_。

(4)利用測量數據，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),r=Q(保留1位小數)。

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

|^|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阻，意在考查實驗能力。

(1)當電阻箱的阻值為5.0Q時,根據串聯分壓，電壓表上的分壓會超過1V,因此不能起到保護電

壓表的作用，故電阻箱要調到15.0Q。

(3)電壓表和R)的并聯阻值為凡=用粵,根據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)根據圖像有緇+粉嘿詈解得E=1.52V;當R=10Q時］=1.02V1,解得/"=0.5

Qo

(6)若將U當成理想電壓表，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,電動勢產生的誤差3=|蓊X1OO%=5%。

24.(2021?全國/,24,12分)一籃球質量為〃?=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，根據動能定理得mgh\=~"J

2

籃球反彈后根據動能定理得DV2

籃球與地面碰撞前后的動能的比值為|

1

設運動員做的功為W,第二次籃球下落，根據動能定理得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，根據牛頓第二定律得。=曙

籃球下降的距離為x=%/2

W=Fx

聯立解得尸=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量M=0.06kg的U形

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

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,金屬棒與導體框

同時由靜止開始下滑，金屬棒下滑距離后進入一方向垂直于斜面的勻強磁場區域，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，直至離開磁場區域。當金屬棒離開磁場的

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

始終接觸良好，磁場的磁感應強度大小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小；

(2)金屬棒的質量以及金屬棒與導體框之間的動摩擦因數;

(3)導體框勻速運動的距離。

答案⑴0.18N(2)0.02kg0.375⑶磊m

解析⑴金屬棒和導體框整體下滑，滿足(M+/n)gsin

金屬棒和導體框整體下滑到金屬棒剛要進入磁場的速度為VI

2

則有2(715]=VX

解得也=1.5m/s

進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)設導體框進入磁場勻速運動的速度為V2?

當金屬棒勻速運動時有wgsina+Ff-Ft

Ff-fimgcosa

對于導體框,速度從V1向下加速，進入磁場時速度為V2,根據牛頓第二定律得

Mgsina-Ff-Mci2

22

v2—Vi=24/250

進入磁場后導體框勻速運動時，有

Mgsina二產安'+F7

22

F._BLV2

2

聯立解得m=0.02kg,〃=0.375,吸=2.5m/s,〃2=5m/so

(3)導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=9m/s2

導體框進入磁場后，經過（2時間與金屬棒速度相等，有也+。3亥=也

解得t2=^S

導體框的位移工=也亥二2m<0.3m,符合實際，故導體框的位移為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。仍o"o,n）經熱力學過程"、be、ca后又回到狀態a。

對于必、be、ca三個過程，下列說法正確的是（填正確答案標號。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，內能減小，外界對氣體做正功，根據熱力學第一定律知,

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

得

折射角r'=30°

該光線恰好在下表面發生全反射,因此有sinC=3

解得C=45°

根據幾何關系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科素養

a出處補漏

必修

理解能力，分析綜合2

146動量守恒和機械能守恒的條件物理觀念選修

能力

3-5

理解能力科學思維選修

156點電荷形成的電場的力的性質和能的性質

推理能力物理觀念3-1

分析綜合能力

科學思維選修

166帶電粒子在勻強磁場中的運動應用數學處理物理問

物理觀念3-1

題的能力

理解能力科學思維選修

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、分析綜合科學思維選修

2()6帶電粒子在勻強電場中偏轉問題

能力物理觀念3-1

科學思維

216疊加體模型分析綜合能力必修1

物理觀念

科學探究

225利用平拋運動測量當地的重力