2021年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国Ⅰ卷)

2021年普通高等学校招生全国统一考试（全国/）

物理

二、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14~18题只有一项

符合题目要求，第19~21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。

,，，，，>，*>>>

14.（2021.全国/,14,6分）如图所示，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

解析B本题考查动量守恒和机械能守恒的条件,意在考查理解能力。撤去推力,系统合外力为0,系

统动量守恒，滑块和小车之间有滑动摩擦力，由于摩擦生热，故系统机械能减少，选项B正确。

15.（2021.全国/,15,6分）如图（a）所示，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。金属平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FM

和FN,相应的电势能分别为EpM和Ep,V,则（）

图(a)

图(b)

A.FM<FN,EpM>EpNB.FM>FN,EPM>EPN

C.FM<FN,EPM<EPND.FA/>F,v,EPM<EPN

解析A本题考查放在接地金属平板上方负的点电荷形成的电场的力的性质和能的性质，意在考查

推理能力。等势面的疏密反映电场强度的大小，故N点的电场强度大于M点的电场强度，正的试探电

荷在N点受到的电场力大，即FM<FN；在负电荷形成的电场中，离负电荷越近，电势越低，9M>劭V,正电荷

在电势高的地方，电势能大，所以EpM>EpN,选项A正确。

、'、5一4」

16.（2021.全国/,16,6分）如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，质量为机、电荷量为

q（q>0）的带电粒子从圆周上的“点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为

也，离开磁场时速度方向偏转90°;若射入磁场时的速度大小为攻,离开磁场时速度方向偏转60°。

不计重力。则含为)

C.yD.V3

B片

解析B本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动,意在考查推理能力。设圆形区域的半径为凡第一

次射入n=R，第二次射入厂2=—^-=百R,根据n=隼/2=竿，解得生=选项B正确。

tan与-qBqBv23

解题突破首先根据几何关系，确定粒子做圆周运动的半径，然后根据半径公式r=?，利用比值法求

qB

解。

怒

,

.O2

-

3

1

3一

067.3182.4tld

17.（2021.全国/,17,6分）医学治疗中常用放射性核素"in产生丫射线，而"31n是由半衰期相对较长

的“3Sn衰变产生的。对于质量为0的“3Sn,经过时间f后剩余的^Sn质量为见其图线如图所

频

示。从图中可以得到”3Sn的半衰期为（）

A.67.3dB.lOl.Od

C.115.1dD.124.9d

解析C本题考查放射性元素的半衰期,意在考查推理能力。二由，变为:,正好有一半的“3Sn发生

mQ33

衰变，经过的时间为一个半衰期，因此U3sn的半衰期为T=f2-A=115.1d,选项C正确。

解题突破明确图像中已由,变为！的意义可巧妙求解。

mo33

18.（2021・全国/,18,6分）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.4xlO4MB.4xlO6M

C.4xlO8MD.4xl010M

解析B本题考查万有引力与航天，意在考查分析综合能力。根据誓=加（票可得左=翳，对地球

3

绕太阳运动有牌j=察，由题图可得S2绕黑洞运动的周期/=16年，对S2绕黑洞运动有

鲁器3=察，解得M=4xlO6M,选项B正确。

19.（2021.全国/,19,6分）水平桌面上，一质量为机的物体在水平恒力/拉动下从静止开始运动。物体

通过的路程等于so时,速度的大小为也此时撤去F,物体继续滑行2so的路程后停止运动。重力加速

度大小为g。则（）

A.在此过程中F所做的功为g□孙2

B.在此过程中产的冲量大小等于|〃”o

C.物体与桌面间的动摩擦因数等于警

4s°g

D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍

解析BC本题考查功和冲量,意在考查推理能力。对于第一个过程，阻力做负功，根据动能定理有

2z

卬尸林日□vo-O,WF=Wf+1口%2,选项A错误;对于全过程由动能定理得Fso-Fr3so=0,解得F=3Ff,选

项D错误;撤去外力F后，由动能定理得“，"g・2so=：Eli7o2,解得〃=^;鲁-，选项C正确;设在第一个过程中,

L4s（）g

•2

外力F的冲量大小为/居阻力的冲量大小为/f,/F=3/f,根据动量定理得/斤介=询0,解得/F=；wo,选项B

正确。

20.（2021•全国/,20,6分）四个带电粒子的电荷量和质量分别为（+q,〃?）、（+«,2胆）、（+3%3m）、

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（）

解析AD本题考查带电粒子在匀强电场中偏转问题，意在考查分析综合能力。thx=v（）t,y=^at2,a=^,

联立得产岬（J；比荷相同

，沿y轴方向位移相同，选项C错误;质量增大，沿y轴方向位移减小，选项

B错误，选项A、D正确。

21.（2021•全国/,21,6分）水平地面上有一质量为阳的长木板，木板的左端上有一质量为m2的物块，如

图（a）所示。用水平向右的拉力厂作用在物块上产随时间，的变化关系如图（b）所示，其中Q、尸2分别

为A、f2时刻尸的大小。木板的加速度m随时间，的变化关系如图⑹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〃2。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。则（）

图(c)

A.Fi=pimig

_m(mi+7n)/

BD.Bc=-22)g

c心b*

D.在0~f2时间段物块与木板加速度相等

解析BCD本题考查叠加体模型，意在考查分析综合能力。h时刻,长木板和物块刚要一起滑动，此时

Fi=〃|(/W|+/n2)g,选项A错误;长木板向右加速滑动，一定有"2/M2g-Ml(如+/W2)g>0,故〃2>巴詈W，选项C

正确;o~n时间内长木板和物块一起静止ji~t2时间内长木板和物块一起加速,一起加速的最大加速度

满足+〃?2)g=〃71a+〃?2)8=(如+加2)佩,解得尸2=也空出2@2-〃1)8，选项B、D正

叫

确。

三、非选择题:共62分。第22~25题为必考题,每个试题考生都必须作答。第33~34题为选考题，考

生根据要求作答。

(一)必考题:共47分。

22.(2021.全国/,22,5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。

6.1cm

8.6cm

11.0cm

13.4cm

图(b)

完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)

⑴小球运动到图(b)中位置A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/s2»

答案(1)1.02.0(2)9.7

解析本题考查利用平抛运动测量当地的重力加速度,意在考查实验能力。

(1)当小球落到A处时，在水平方向上,以尸2=m/s=1.0m/s;在竖直方向上，根据中间时刻

IZXU.UD

2

的瞬时速度等于整段的平均速度得四=⑻6?史；。/=2.0m/so

2X0.05ms

(2)设竖直方向的位移依次为v、》、"、%,根据逐差法得g=%+y4)(}+丫2)=9.7m/s?。

图(a)

23.(2021.全国/,23,10分)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻

r(小于2Q)。图中电压表量程为1V,内阻Rv=380.0Q淀值电阻R)=20.0Q;电阻箱R,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(选填“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、Ro、RY、E和r表不看得/=_。

(4)利用测量数据，作/R图线，如图(b)所示。

图(b)

(5)通过图(b)可得E=V(保留2位小数),r=Q(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E；由此产生的误差为

|^|XI00%=%o

答案⑴15.0

⑶人信+给"(a+高,

(5)1.520.5

(6)5

解析本题考查测量电源的电动势和内阻，意在考查实验能力。

(1)当电阻箱的阻值为5.0Q时,根据串联分压，电压表上的分压会超过1V,因此不能起到保护电

压表的作用，故电阻箱要调到15.0Q。

(3)电压表和R)的并联阻值为凡=用粤,根据闭合电路的欧姆定律得。=右耳-,解得+

nQ-rny"1+R+ruc

侏+给1+(专+卷冶

(5)根据图像有缁+粉嘿詈解得E=1.52V;当R=10Q时］=1.02V1,解得/"=0.5

Qo

(6)若将U当成理想电压表，则有。=讨嚼：,R焉R,对比斜率有/=符竽V-

AQ+n+rUC.KQC,ClAQc,KQ1/.O-1U

LQT,解得£7=1.44V,电动势产生的误差3=|蓊X1OO%=5%。

24.(2021•全国/,24,12分)一篮球质量为〃?=0.60kg,一运动员使其从距地面高度为加=1.8m处由静

止自由落下，反弹高度为h2=1.2m。若使篮球从距地面加=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g取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。

答案(1)4.5J(2)9N

解析⑴篮球第一次下落，根据动能定理得mgh\=~"J

2

篮球反弹后根据动能定理得DV2

篮球与地面碰撞前后的动能的比值为|

1

设运动员做的功为W,第二次篮球下落，根据动能定理得W+m^h^mv2

第二次篮球落地时动能为少"官=|〃吆〃3

解得卬=4.5J。

(2)篮球受到力尸作用的时间内，根据牛顿第二定律得。=曙

篮球下降的距离为x=%/2

W=Fx

联立解得尸=9N。

25.(2021.全国/,25,20分)如图所示，一倾角为a的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06kg的U形

导体框，导体框的电阻忽略不计;一电阻R=3Q的金属棒8的两端置于导体框上，与导体框构成矩

形回路尸与斜面底边平行，长度L=0.6m。初始时CD与E尸相距so=O.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

1b

(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E尸边正好进入磁场，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B=1T,重力加速度大小g取10m/s2,sina=0.6»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。

答案⑴0.18N(2)0.02kg0.375⑶磊m

解析⑴金属棒和导体框整体下滑，满足(M+/n)gsin

金属棒和导体框整体下滑到金属棒刚要进入磁场的速度为VI

2

则有2(715]=VX

解得也=1.5m/s

进入磁场后金属棒匀速运动，电动势E=BLv\

P

回路电流1咤

K

金属棒受到的安培力F\=BIL

解得Q=0.18N。

(2)设导体框进入磁场匀速运动的速度为V2»

当金属棒匀速运动时有wgsina+Ff-Ft

Ff-fimgcosa

对于导体框,速度从V1向下加速，进入磁场时速度为V2,根据牛顿第二定律得

Mgsina-Ff-Mci2

22

v2—Vi=24/250

进入磁场后导体框匀速运动时，有

Mgsina二产安'+F7

22

F._BLV2

2

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

(3)导体框加速时的加速度42=5m/s2

加速时间4=丝9=0.2

磁场宽度d=v\t\=0.3m

金属棒离开磁场后满足mgsina+Ff=ma3

解得内=9m/s2

导体框进入磁场后，经过（2时间与金属棒速度相等，有也+。3亥=也

解得t2=^S

导体框的位移工=也亥二2m<0.3m,符合实际，故导体框的位移为x=^m。

lolo

（二）选考题:共15分。请考生从给出的2道物理题中任选一题作答。如果多做则按所做的第一题计

分。

33.（2021・全国/,33,15分）[物理——选修3-3]

P'Po

012VM

（1）（5分）如图所示，一定量的理想气体从状态。仍o"o,n）经热力学过程"、be、ca后又回到状态a。

对于必、be、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.时过程中,气体始终吸热

B.ca过程中，气体始终放热

Cea过程中，气体对外界做功

D.bc过程中，气体的温度先降低后升高

EA■过程中，气体的温度先升高后降低

（2）（10分）如图所示,一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀,A、B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。A、B两管的长度分别为八=13.5

cm,/2=32cm。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差九=5cm。已知外界大气压

为po=75cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。

答案（l）ABE（2）1cm

解析(1)。到b气体的体积不变，压强增大，温度升高，内能增大，因此气体始终从外界吸热，选项A正

确;c到a气体的压强不变，体积减小，温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律知,

气体始终放热，选项B正确,C错误力到c的过程,pU的乘积先增大后减小，故气体的温度先升高后降

低，选项D错误,E正确。

(2)以B管中的气体为研究对象有pol2=(po+pgh)l2'

解得/2'=30cm

'

B管中的水银柱高A/=/2-/2=2cm

设AB管中水银柱的高度差为h'

以A管中气体为研究对象有poh=(po+pgh+pghXh3-h)]

解得h'=\emo

34.(2021・全国/,34,15分)[物理——选修3-4]

(1)(5分)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。

图(a)

(2)(10分)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光

路,C、D两个大头针确定出射光路,0和。，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0点的法线的距离/,=10.0mm,M到玻璃砖的距离/2=20.0mm,0,到0M的距

离为s=5.0mm。

(j)求玻璃砖的折射率；

图(b)

(万)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。

答案⑴0.50.41.2(2)(i)V2(£)15°

解析(1)若波沿x轴正方向传播且该波周期大于0.3s,则该波0.3s传播距离xi=15cm,传播速度

vi=—=0.5m/s,Ti=—=11=S4s;若波沿x轴负方向传播且该波周期大于0.3s,则该波0.3s传播距

t也0.5m/s

离工2=以」4=0.3S,72=1.2SO

44

(方)设此玻璃砖上下表面的夹角为仇光路图如图所示，当入射角为〃=45°时，由折射定律〃=黑

得

折射角r'=30°

该光线恰好在下表面发生全反射,因此有sinC=3

解得C=45°

根据几何关系6>=C-r'=15°。

2021年全国/物理查缺补漏表

-

分

题教材查缺

值知识方法能力要求学科素养

a出处补漏

必修

理解能力，分析综合2

146动量守恒和机械能守恒的条件物理观念选修

能力

3-5

理解能力科学思维选修

156点电荷形成的电场的力的性质和能的性质

推理能力物理观念3-1

分析综合能力

科学思维选修

166带电粒子在匀强磁场中的运动应用数学处理物理问

物理观念3-1

题的能力

理解能力科学思维选修

176放射性元素的半衰期

分析综合能力物理观念3-5

理解能力科学思维

186万有引力与航天必修2

推理能力物理观念

196动能定理、动量定理理解能力物理观念必修2

推理能力选修

3-5

理解能力、分析综合科学思维选修

2()6带电粒子在匀强电场中偏转问题

能力物理观念3-1

科学思维

216叠加体模型分析综合能力必修1

物理观念

科学探究

225利用平抛运动测量当地的重力