2021年全国普通高等学校招生统一考试物理试卷 全国乙卷解析

2021年全国普通高等学校招生统一考试全国乙卷

物理试卷

一、选择题

14.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，撒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

15.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M和N处。该试探电荷受到的电场力大小分别为七和F.,相应

的电势能分别为马”和E.，贝八）

眇b)

A*Al<外，EpM>EpNB.打M>综，EpM>EpN

C•风<&，EpM<EpND.FM>r耳MVEpN

16.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4（9>0）的带电粒子从圆周

上的M点沿直径MCW方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为匕，离开磁场时速度方向偏

转90。；若射入磁场时的速度大小为岭，离开磁场时速度方向偏转60。。不计重力，则以为（）

x\

M*,；6，*，:N

\xxxx/

—.K....X..-

A.lB.—C.—D.6

232

17.医学治疗中常用放射性核素"31n产生y射线，而“'in是由半衰期相对较长的u3Sn衰变产生

的。对于质量为〃，。的"Sn,经过时间f后剩余的u'Sn质量为如其二T图线如图所示。从图中

mo

067.3182.4t/d

A.67.3dB.lOl.OdC.115.1dD.124.9d

18.科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位

置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1000AU（太阳到地球的距离为1AU）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S2

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M,可以推测出该黑洞质量约为（）

A.4X104MB.4X106MC.4X108MD.4X10'°M

19.水平桌面上，一质量为m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必

时，速度的大小为%,此时撒去F,物体继续滑行2s。的路程后停止运动。重力加速度大小为g,

则（）

A.在此过程中尸所做的功为;〃说

B.在此过程中产的冲量大小等于|根%

2

C.物体与桌面间的动摩擦因数等于上

4%g

D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍

20.四个带电粒子的电荷量和质量分别为（+g,〃?）,（+“,2附,（+3夕,3机）,，它们先后以相同的速度

从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强电场中，电场方向与y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（）

水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间，的变化关系如图（b）所示，其中耳、鸟分别为小t2

时刻尸的大小。木板的加速度q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

因数为四，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g,贝4（）

…pr，色（町+町）/\

A.F\="、m6B.F=----------------（4-〃Jg

2町

匚〃,＞色上吐必D.在0~r，时间段物块与木板加速度相等

肛

二、非选择题

（一）必考题

22.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0.05s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5cm。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4时，其速度的水平分量大小为m/s,竖直分量大小为

_____m/s；

（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为m/s2o

23.一实验小组利用图（a）所示的电路测量一电池的电动势E（约1.5V）和内阻r（小于2Q）。

图中电压表量程为IV,内阻&=380.0。；定值电阻=20.00；电阻箱与最大阻值为

999.9Q；S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Q（填“5.0”或

“15.0”）；

（2）闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U；

（3）根据图（a）所示电路，用R、用、氏、E和r表示,，得L=。

UU

（4）根据测量数据，做工-R图线，如图（b）所示。

U

（5）通过图（b）可得E=V（保留2位小数），r=C（保留一位小数）；

（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

p'_P

cfX1OO%=%。

E

24.一篮球质量为〃?=0.60kg,一运动员使其从距地面高度为九=1.8m处由静止自由落下，反弹高

度为生=12m。若使篮球从距地面4=1.5m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1.5m。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力。作用时间为f=0.20s；

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g=10m/s2。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。

25.如图，一倾角为a的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06kg的U型导体框，导体框的电阻

忽略不计；电阻R=3。的金属棒CD的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路。£＞所；EF

与斜面底边平行，长度乙=0.6m。初始时CD与砂相距”=0.4m,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，导体框的所边正好进入磁场，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8=1T。重力加速度大小取g=10m/s2,sin«=0.6o

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。

(-)选考题

33」物理——选修3-3]

(1)如图，一定量的理想气体从状态。(Pc,Vn,Tn)经热力学过程彷、bc.ca后又回到状态“。

对于ab、hc.ca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分)

A.劭过程中，气体始终吸热

B.ca过程中，气体始终放热

C.ca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

E2c过程中，气体的温度先升高后降低

(2)如图，一玻璃装置放在水平桌而上，竖直玻璃管AB、C粗细均匀，48两管的上端封

闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。43两管的长度分别为

4=13.5cm,/2=32cm»将水银从C管缓慢注入，直至8、C两管内水银柱的高度差无=5cm。已

知外界大气压为％=75cmHg。求48两管内水银柱的高度差。

34」物理——选修3-4]

（1）图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3s后，其波形曲线如图中虚线所

示。已知该波的周期T大于0.3s。若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为m/s,

周期为s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为s。

（2）用插针法测量上、下表而平行的玻璃砖的折射率，实验中用48两个大头针确定入射光

路，C、。两个大头针确定出射光路，O和O,分别是入射点和出射点，如图（a）所示，测得玻

璃砖厚度为"=15.0mm；A到过O点的法线的距离40=10.0mm,M到玻璃砖的距离

MO=20.0mm,O'到OM的距高为S=5.0mm。

（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。逐渐增大，达到45。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

14.答案：B

解析：系统在只有弹力或者重力做功时机械能守恒，由题意可知，撤去拉力后，滑块与车厢直接

还有摩擦力的作用，摩擦生热，使系统的机械能减小，即小车、弹簧和滑块组成的系统机械能不

守恒；而该系统所受外力的合力为0,因此动量守恒，故B项正确，ACD项错误。

综上所述，本题正确答案为B。

15.答案：A

解析：N处等势面比M处密集，即N处电场强度比M大，由尸=%可知，FM<FN,又因为金属

板在负电荷的电场中发生静电感应，在金属板上侧聚集了大量的正电荷，而由于金属板接地，金

属板与大地构成一个等势体，所以电场线从金属板上正电荷发出，终止于负电荷，即如由

约=即可知£阴>E,w，故A项正确，BCD项错误。

综上所述，本题正确答案为A。

16.答案:B

解析：带电粒子在匀强磁场中时做匀速圆周运动，qvB=m—,解得：v=迦，根据几何关系得

Rm

K=r,R,=gr,则以=且，故B项正确，ACD项错误。

匕3

综上所述，本题正确答案为B。

17.答案：C

解析：由图可知质量为的msn衰变到g人所用的时间为则'"Sn的半衰期为115.1

d,故C项正确，ABD项错误。

综上所述，本题正确答案为C。

18.答案:B

解析：设太阳的质量为M,由万有引力公式可得出：G-^=m—,再代入线速度公式可得:

(AU)2AU

M=同理，对于s2受到黑洞的作用，且半长轴已知，根据开普勒定律结合万有引力公

式也可以得出：因为读图可以看出S,恒星运的半周期为年，因此有:

5黑

T~'

M.,=T—M=4X106M,故B正确，ACD项错误。

R%

综上所述，本题正确答案为B。

19.答案：BC

解析：CD项，由于撤去力/后，滑行2%后停下，此时由于只有摩擦力，因此有动能定理:

；相片-0=2〃〃?Q°,因此动摩擦因数为：〃=£-；此时对前半段使用动能定理有:

-O=Fso-jum^s0,因此F的大小为,故C项正确，D项错误。

AB项，此时有力尸的冲量为：/=尸”也驾=也空殳=现也；力所做的功为W=3/w；,故B

a24g240

项正确，A项错误。

综上所述，本题正确答案为BC。

20.答案:AD

解析：粒子在电场中受电场力，由题可知，三个粒子带正电，一个粒子带负电，则根据受力方向

判断，三个粒子所受电场力方向相同，另外一个粒子受力方向与其他粒子相反；电场力提供向心

力,根据牛顿第二定律可得qE=〃7〃，可解得。=必，分别将四个粒子的电荷量和质量代入式子

m

可知四个带电粒子所受的电场力大小之比为2:122,则说明三个带正电的粒子中，有两个粒子所

受电场力的大小也相同，故这两个粒子的运动轨迹重合。另外一个带正电粒子所受电场力较小，

根据类平抛运动的特点可知，该粒子的运动轨迹弯曲程度较小，带负电粒子所受到的电场力较

大，则弯曲程度较大，与另外两个带正电粒子的的运动轨迹方向相反，弯曲程度相同，故AD项正

确，BC项错误。

综上所述，本题正确答案为AD。

21.答案：CD

解析：由题可知，木板与地面间的最大静摩擦力为/=4(町+，％)g,物块与木板间的最大静摩擦

力为人=4帆;g，根据题意可分析两种情况：

①当人＞人时，随着拉力户的不断增大，当尸＞人时，物块与木板发生相对运动，则木板受到向

右的滑动摩擦力，但由于工＞人，木板始终静止，不符合题意；

②当工时，当尸<工时，物块与木板静止；随着拉力下的不断增大，至此时刻，

F=/=M（〃4+〃?Jg时，达到木板与地面间的最大静摩擦力，继续增大，物块会与地面发生相对

滑动，而物块与木板未发生相对滑动，根据牛顿第二定律可得

尸-£=尸-“（町+g）g=（町+处）6,此时两者的加速度大小相等q=£―二"’、,木板

网+m2

的加速度大小会随拉力的增大而增大；到芍时刻，F=f2,此时拉力继续增大，物块与木板间发生

相对运动，则对木板进行受力分析可知，木板将受到物块对其向右的滑动摩擦力，地面对其向左

的滑动摩擦力，根据牛顿第二定律可得

f2~fx=2g-（町+m2）g=m}ai,则此后木板的加速度大小始终为

4=经超二血上虬，此运动状态满足图（Q,故工〈人符合题意，则

从（班+%）g,可解得4>'"+""内，根据上述分析可知£=/=4（町+，小）g，

丐

用=力=外色g,物块与木板在0~4时间段物相对静止，加速度相等，故CD项正确，AB项错

、口

反。

综上所述，本题正确答案为CD。

22.答案：（1）1.0；2.0（2）9.7

解析：（1）小球在水平方向做匀速直线运动，由图可知Ar=5cm=0.05m,则水平分速度

v=—=1.0m/s,竖直分速度v=---，其中A/z=8.6cm+11.0cm=19.6cm=0.196m,解得:

“M'v2Ar

vv=2.0m/so

（2）小球在竖直方向做匀加速直线运动，由a/可知，重力加速度

0.134m+0.11m-(0.086m4-0.061m)

=9.7m/s2

(2x0.05s)2

23.答案：(1)15.0(3)(j+r)+_L(5)1.50；4.9(6)7.9

EE

解析：（1）为了保护电压表不被损坏，闭合开关前，电阻箱接入电阻的电阻值应该尽可能地大从

而能起到分压的作用，则可以选择15.0。。

(3)在闭合电路中，E=t/+/(/?+r)=(/+|—+—|(/?+=—+r)+—<,

(%Rv)VERURVE

（5）由题意得:

UU11/?+R1R0+R1

E=U+I(R+r)=U+—+——(R+r)n——----0----v-+----------vr+一

<N)氏)VER)RvERRE

对应到函数图像可知,

k=L4+Rv=o.035nE=1.5OV

ERQRV

，代入原式解得r=4.9。。

（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

U八U

,—RH---r

£=。+且R+且「，代入数据解得产生的误差为£色xlOO%=冬——色一xlOO%=7.9%。

/?（）R（）EE

24.答案：（1）球从九=1.8m静止落到地面的过程中，由动能定理得：&=〃2甑

从地面反弹到周度也=1.2m的过程中，有线2=冲也

则该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值%=&=1.5

耳2

设运动员拍球过程中对篮球所做的功为W,则有

W4-tngh=1.Stnghy解得：W=4.5J

（2）球在受到力尸的时间内，根据牛顿第二定律可得：加速度大小〃=巡土土

m

下降的距离s=』a产

2

做功W=A

联立以上三式解得：尸=9N

解析：（1）对小球从九=1.8m静止下落并反弹至为=1.2m的过程分析，结合动能定理可求出该

篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值，再对球从％=1.5m静止下落到反弹至相同高度的过程应

用动能定理，即可求得运动员拍球过程中对篮球所做的功。

（2）篮球在力尸作用的时间内做匀加速直线运动，运用运动学公式以及功的计算式卬=后即可求

解。

25.答案：（1）mgst-sina=-^，叫

v1=1.5m/s

E=BLvx=0.9V

/=—=0.3A

R

F=BIL=0A8N

（2）因为金属棒在磁场中匀速运动，处于平衡状态

则根据受力分析可得

m^gsina+f=F.^①

产安N

又因为f=机帏gcosa〃=8〃加棒②

叫工sinag./,400小

=6—“〃机棒③

又因为£F进入磁场后也保持匀速运动一段距离，处于平衡状态

则根据受力分析可得

咻gsina=/^+f,且

琪=0.⑵柩④

3

K=—m/s,s=0.4m

2

则可得$=7.05+^^4机⑤

联立可得〃=0.18,根=0.024kg，

据图可知，金属棒在匀速之后的匀加速运动的加速度

。悻=gsina+〃gcosa=7.44m/s

则可得求得匀加速运动时间

-V

f=-=0.16s

。棒

则=v^t=0.43m

解析：（1）未进入磁场之前金属棒做匀加速运动，根据题目所提供数据可求出金属棒进入磁场时

的速度，再根据公式E