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2021 年普通高等学校招生全国统一考试
班级
姓名 物 理
A． B． C． D．
准考证号
【答案】B
注意事项： 【解析】对金属棒b受力分析可知mgsin 45°＝F A cos 45°，金属棒a以速度v 0 做匀速运动，则
考场号
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
此卷只
有 联立解得 ，故B正确。
座位号
装订 不密封 的姓名、考生号填写在答题卡上。
3．李娜是亚洲第一位大满贯女子单打冠军。若李娜某次训练击球时，第一次将网球从A点水
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，
平击出，网球击中D点；第二次将该网球从位于A点正下方且与D点等高的B点斜向上击出，最
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。 高点为C，网球也击中D点。A、C高度相同，忽略空气阻力，则( )
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11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题
A．两次击球过程中，网球的初速度大小一定不相等
只有一项符合题目要求，第9～11题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2
B．网球两次击中D点时速大小相等
分，有错选的得0分。
C．网球两次击中D点时，重力做功的瞬时功率相同
1．2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成
D．网球从B点到D点的过程中，重力对球的冲量为零
功。如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图，下列说法正确的是( )
【答案】C
【解析】A、B两点发出的球都能到达D点，球从C到地面竖直方向做自由落体运动，根据竖
直方向的运动可知t ＝2t ，v ＝v ，由于水平方向的位移相同，根据v＝可知v ＞v ，根据速度的
B A yA yB xA xB
合成可知，球从A点抛出时的速度v ＝v ，球从B点抛出时的速度 ，故两次击球时
A xA
球的初速度大小可能相等，A错误；第一次落到D点时的速度 ，第二次落到D点时
的速度 ，故两过程中网球击中D点时速度不相等，B错误；v ＝v ，则重力的瞬时
yA yB
A．核反应中，质量守恒，电荷数守恒 功率P＝mgv，相同，故C正确；网球从B点到D点的过程中，重力的冲量I＝mgt，不为零，故D
y
B．华龙一号的原理是核聚变反应 错误。
C．原子核比结合能越大，原子核越稳定 4．一种电场的某条电场线与x轴重合，其场强大小E与坐标x的关系如图所示，下列说法正确
D．核裂变反应发生后，核子的平均质量不变 的是( )
【答案】C
【解析】核反应遵守质量数守恒和电荷数守恒，质量不守恒，故A错误；华龙一号的原理是重
核的裂变反应，故B错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故C正确；核裂变反应发生后，
会释放能量，所以核子的平均质量减小，故D错误。
2．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，
A．此电场是匀强电场
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
B．由图像可以直接看出场强大小随x均匀增大
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
C．图像的斜率表示电场的电势
棒a以速度v 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
0 D．x 与x 之间的电势差等于阴影部分的面积
1 2
不计。则匀强磁场的磁感应强度大小为( )【答案】D L不变，故α变大，因此绳子的张力增大，B正确；由于有整个装置处于静止状态，所以M和m都
【解析】由题图可以看出E－x关系图像是抛物线图像，场强E随x指数增大，此电场并非匀 受力平衡，M和m之间没有摩擦力，因此M所受的摩擦力等于绳子的张力。但由于是静摩擦力，
强电场，AB错误；U＝Ed虽然是匀强电场的表达式，但可推导非匀强电场的U、E、x之间的关系，
E－x图线与x轴所围成的面积表示电势差U，图像的斜率不能表示电场的电势，C错误，D正确。 所以 ，C错误；剪断A处轻绳瞬间，m的加速度为零，D错误。
5．一列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播，当传播到x＝1 m处的质点A时开始计 7．如图所示，某机器人研究小组自制的机器车能够自动识别障碍物上、下坡。该机器车质量
时，t＝4 s时的波形如图所示，且此时波刚好传播到x＝3 m处，B、C两质点此时的位移均为y＝1 m＝20 kg，在水平路面AB段以速度v 1 ＝6 m/s匀速行驶，BC段是一段陡坡。机器车在BC段仅用t
m。下列说法正确的是( ) ＝5 s就运动到了坡顶，且到达坡顶前机器车已经以速度v 2 ＝3 m/s做匀速运动。已知整个过程中该
机器车的输出功率保持不变，机器车在AB段受到的阻力F ＝200 N，在BC段所受阻力恒定，机器
f1
车经过B点时无机械能损失，则下列说法正确的是( )
A．质点A振动的位移方程为y＝2sin(t) cm
A．该机器车的额定功率为400 W
B．此时质点B正在向y轴正方向运动
B．该机器车经过B点后刚开始上坡的加速度大小为10 m/s2
C．t＝4 s之后，质点C比质点B回到平衡位置要晚1 s
C．该机器车速度减至4 m/s时，其加速度大小为6 m/s2
D．t＝11 s时，平衡位置在x＝5 m处的质点的位移为2 cm
D．BC段的长度为10.5 m
【答案】A
【答案】B
【解析】由题意知周期T＝4 s，x＝1 m处的质点A开始振动时，位移y＝2sin(t) cm，故A正
【解析】该机器车在AB段匀速运动，则F＝F ，则额定功率P＝F v＝200×6 W＝1200 W，故
确；由图像可知λ＝2 m，则波速v＝＝0.5 m/s， B点正在向下振动，再经t ＝T回到平衡位置，C f1 f1 1
B
A错误；机器车到达坡顶之前匀速运动，满足P＝(F ＋mgsin θ)v，刚经过B点时F－(F ＋mgsin
f2 2 f2
θ)＝ma ，解得a ＝－10 m/s2，即机器车经过B点后刚开始上坡的加速度大小为10 m/s2，故B正确；
点正在向上振动，再经t ＝ 回到平衡位置，即质点C比质点B晚Δt＝ s的时间回到平衡位置， B B
C
该机器车速度减至4 m/s时，根据牛顿第二定律可知F′－(F ＋mgsin θ)＝ma′，其中P＝F′v′，解得
故BC错误；从开始计时到波传播到x＝5 m处，需用时8 s，振动时间为3 s＝T，由于起振方向向 f2
a′＝－5 m/s2，即加速度大小为5 m/s2，故C错误；设BC段长度为s，从B到C的过程中，根据动
上，则t＝11 s时x＝5 m处的质点的位移y＝－2 cm，故D错误。
能定理Pt－(F ＋mgsin θ)s＝mv2－mv2，解得s＝15.675 m，故D错误。
f2 2 1
6．如图，在水平桌面上叠放着两个物块M和m，M与桌面间的动摩擦因数为μ，m与M之间
1
8．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同
的动摩擦因数为μ，一根轻绳一端与M相连，另一端绕过光滑的定滑轮A系在竖直杆上的B点，
2
的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的
现将另一个物体G用光滑轻质挂钩挂在轻绳上AB之间的O点，已知整个装置处于静止状态时，竖
图像如图丙所示。下列说法正确的是( )
直杆与绳OB的夹角为α，则( )
A．将绳的B端向上缓慢移动一小段距离时绳的张力变小
B．将竖直杆缓慢向右移动一小段距离时绳的张力增大 A．光电管阴极K金属材料的逸出功为5.09 eV
C．M所受的摩擦力为μ(M＋m)g B．这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光
1
D．剪断A处轻绳瞬间，m的加速度为μg C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
2
【答案】B D．氢原子跃迁放出的光子中有2种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象
【答案】ABD
【解析】设滑轮A和竖直杆之间的绳长为L，距离为d，则根据晾衣绳模型可知 ，而 【解析】由图甲可知光子的能量E＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，由图丙可知遏止电压
为7 V，所以光电子的初动能E＝eU＝7 eV，所以金属材料的逸出功W＝E－E＝5.09 eV，故A正
k k
2Tsin α＝G，解得绳子上的张力 ，所以将绳的B端向上缓慢移动一小段距离时，d不变， 确；由排列组合的规律可知，处于n＝3激发态的氢原子跃迁时能够发出3种频率的光，故B正确；
L不变，故α不变，所以绳子的张力不变，A错误；将竖直杆缓慢向右移动一小段距离，则d变大，
光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故C错误；只要光子的能量大于5.09 eV，就可以使阴极K发
生光电效应，由图甲可知满足要求的有2种频率的光子，故D正确。 ＝，B经过a点时的速率 ，C错误；卫星加速度a＝，因此
9．电阻不可忽略的线圈L 可看作是一个定值电阻R（线圈电阻）与一个纯线圈L串联而成，
0 0
如图甲。在如图乙所示电路中，常规变压器T线圈电阻不可忽略，变压器原线圈接理想交流电源，
，D正确。
当滑动变阻器触头P向b端滑动时，下列说法正确的是( )
11．如图甲所示，虚线MN两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁场的方向垂
直纸面向外，磁感应强度大小恒为B，左侧匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所
0
示，规定垂直纸面向外为磁场的正方向。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S。将该导线做
0
成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。则下列说法正确的是( )
A．变压器初级线圈电压降低
B．变压器输入功率变小
C．小灯泡变暗
D．R 消耗功率增大
1
【答案】CD A．0～t
0
时间内，圆环中的电流方向为逆时针方向
【解析】初级线圈电压U
1
等于理想交流电源电压，不变，故A错误；当滑动变阻器触头P向 B．t＝t
0
时刻圆环中的电流为0
b端滑动时，由R、R 组成的电路总电阻减小，副线圈电流增大，由I＝I 得原线圈电流增大，则
1 2 1 2
变压器输入功率变大，B错误；U＝U 不变，由于常规变压器T线圈电阻不可忽略，所以次级线圈 C．t＝t 时刻圆环受到的安培力大小为
2 1 0
等效为有内阻的电源，变压器次级线圈电压E＝U－Ir降低，小灯泡变暗，故C正确；灯泡两端的
2 2
电压降低，则灯泡的电流降低，而副线圈的总电流变大，因此电阻R
1
两端电流升高，功率增大，
D．在0～t 时间内，通过圆环的电荷量为
0
故D正确。
【答案】CD
10．有A、B两颗绕地球运动的人造卫星，其轨道分别为如图所示的Ⅰ和Ⅱ，轨道Ⅰ为半径为
【解析】0～t 时间内，圆环中左侧的磁通量向内减小，右侧磁通量不变，根据楞次定律可知圆
0
R的圆，轨道Ⅱ为长轴等于2R的椭圆，两轨道不在同一平面内，轨道Ⅱ上c、d两点距离轨道Ⅰ垂
环中的电流方向为顺时针方向，故A错误；根据法拉第电磁感定律，圆环中产生的感应电动势E＝
直距离均为l且是两轨道距离最近的两点，O点为地球球心位置，已知地球质量为M，万有引力常
S，t＝t 时刻磁通量变化率不为0，则电动势不为0，圆环中的电流不0，B错误；上式中S＝πr2，
0
量为G。下列说法正确的是( )
，据欧姆定律有I＝，据电阻定律有 ，t＝t 时刻圆环受到的安培力
0
，力方向垂直于MN向左，故C正确；在0～t 时间内，通过圆环
0
A．A、B运行周期之比T ∶T ＝1∶1
A B
B．若B经过c点时到A的距离为l，则下次距离为l时B恰好经过d点 的电荷量 ，又 ，＝ ，圆环磁通量的变化量ΔΦ＝B‧πr2，联立解得 ，故D正
0
C．若A的运行速率为v，设B经过a点时的速率为v，则v＜v 确。
0 0
D．若Oa＝R，则B经过b点时的加速度与A的加速度之比为4∶9 二、非选择题：本题共5小题，共56分。
【答案】AD
12．(6分)某学生用图甲所示的实验装置测量物块与斜面间的动摩擦因数。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。
【解析】由开普勒第三定律得 ，其中R 、R 是圆轨道半径或椭圆轨道半长轴，因此
A B
T ∶T ＝1∶1，A正确；若B经过c点时到A的距离为l，则下次距离为l时B恰好经过一个周期又
A B
回到c点，同时A经过一个周期又回到上次位置，两卫星相距最近，B错误；若A的运行速率v
0
(l)由图乙可知：物块下滑过程打计数点D时物块的速度v ＝ m/s，该过程物块运动的加速度
D
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v ＝0.77 m/s， m/s2；
D
(3)由闭合电流的欧姆定律可得E＝I(r＋R)＋Ir，则有 ，由图可知
(2)由公式 ，解得 。 2 2 1
13．(10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， ，解得E＝1.45 V，内阻r＝0.82 Ω。
A．电流表A（量程为0.6 A，内阻约为0.5 Ω）
1
14．(8分)如图所示，一竖直放置的气缸被轻活塞AB和固定隔板CD分成两个气室，CD上安
B．电流表A（量程为2 mA，内阻为100 Ω）
2
装一单向阀门，单向阀门只能向下开启；气室1内气体压强为2p，气室2内气体压强为p，气柱
0 0
C．电压表V（量程为6 V，内阻约为10 kΩ）
长均为L，活塞面积为S，活塞与气缸间无摩擦，气缸导热性能良好。现在活塞上方缓慢放上质量
D．滑动变阻器R（最大电阻值为10 Ω）
1
E．电阻箱R（最大电阻值为999.9 Ω）
2
为m的细砂，重力加速度为g。若 ，则气室1内气体压强为多少？
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“A”或“A”)，电阻箱的接入电路的电阻值应该为
1 2
______Ω；
(2)请你帮助该同学在图甲中补充完整实验电路图；
【解析】若 ，对活塞AB有：
pS＝pS＋mg （2分）
0
解得：p＝4p （1分）
0
单向阀打开，如果气室2的气体未完全进入气室1，则有：
pLS＋2pLS＝4pxS （2分）
0 0 0
解得x＝L，假设不成立（1分）
所以气体完全进入气室1，则有：
(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A 的示数I 和电流表
1 1
pLS＋2pLS＝pLS （1分）
A 的示数I 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 0 0 x
2 2
解得：p＝3p。 （1分）
可知，该干电流的电动势E＝_____V，内阻r＝_____Ω。（结果保留两位小数） x 0
15．(15分)如图甲所示，倾角为θ的倾斜轨道与水平轨道交于Q点，在倾斜轨道上高h处由静
I/A 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
1
I/mA 1.37 1.28 1.21 1.14 1.05 止释放滑块A，此后A与静止在水平轨道上P处的滑块B发生弹性碰撞（碰撞时间不计）。已知B
2
【答案】(l)A（1分） 900（2分） (2)见解析图（2分） (3)描点连线见解析图（1分） 与轨道间的动摩擦因数为μ，A与轨道间无摩擦，重力加速度大小为g。滑块A的部分速度－时间
2
1.45（2分） 0.82（2分） 图像如图乙所示。（A、B均可视为质点，水平轨道足够长，A过Q点时速度大小不变、方向变为
【解析】(l)要用已知精确内阻的电流表改装电压表，所以选A，电流表与电阻箱串联后改装为 与轨道平行。）
2
电压表，则有U＝I (r＋R)，解得R＝900 Ω。
2m 2
(2)如图所示。(1)求A、B的质量之比m ∶m ；
A B
(2)当P、Q的距离s ＝0.2h，θ＝30°时，要使在B的速度减为零之前，A与B能发生第二次碰
PQ
撞，试确定μ的取值范围。
【解析】(1)第一次碰撞前的过程中A的机械能守恒，有：
m gh＝m v 2 （1分）
A A A0
解得v ＝ (1)磁感应强度B的大小；
A0
第一次碰撞过程中，以向左方向为正方向，由动量守恒，机械能守恒有 (2)a、b两粒子离开区域II时的y坐标之差。
m v ＝m v ＋m v （1分）
A A0 A A B B
m v 2＝m v 2＋m v 2 （1分） 【解析】(1)带电粒子a区域I电场内做类平抛运动，运动的时间 （1分）
A A0 A A B B
由图乙可知，碰后滑块A反向，速度大小v ＝－v （1分）
A A0
解得：m ∶m ＝1∶4，v ＝。（2分） 竖直方向加速度 （1分）
A B B
竖直方向位移y ＝at2＝L （1分）
(2)设第一次碰撞至B的速度减为零经历的时间为t，A与B在时间t内发生的位移分别为x 、x I1 1
A B
对B，由动量定理有：－μm gt＝0－m v （1分）
速度v
I1
＝at
1
＝v
0
（1分）
B B B
则粒子a进入区域II时的速度与y轴负方向的夹角θ＝37°，速度v＝v （2分）
1 1 0
解得 运动轨迹如图甲所示，由几何知识知在匀强磁场区域II的运动半径r 1 ＝L （1分）
由运动学规律有 （1分）
对A，在时间t内，设其在倾斜轨道、水平轨道上运动的时间分别为t、t。在倾斜轨道上，由
1 2
牛顿第二定律有：
mgsin 30°＝ma （1分）
由运动学规律有 （1分） 由qvB＝m （1分）
得 。（1分）
解得
(2)带电粒子b区域I电场内做类平抛运动的时间 （1分）
（1分）
竖直方向位移y ＝at2＝L
I2 2
速度v ＝at＝v
（1分） I2 2 0
则θ＝53°，速度v＝v＝v （2分）
由题意可得x ＞x ，μ＞0 （1分） 2 2 1 0
A B
联立解得： 。（2分） 运动轨迹如图乙所示，在匀强磁场区域II的运动半径r＝ ＝L＝r （1分）
2 1
16．(17分)如图，在区域I（0≤x≤L）和区域II（L≤x≤2L）内分别存在沿y轴负方向的匀强电场
与垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度 。一质量为m、带电荷量q（q＞0）的粒子a于
某时刻从y轴上的P点以初速度v 射入区域I，其速度方向沿x轴正向，已知a在离开区域II时，
0
速度方向沿x轴正方向。另一质量和电荷量均与a相同的粒子b也从p点沿x轴正向射入区域I，其
速度大小是v。不计重力和两粒子之间的相互作用力，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求：
0由几何知识可知：y ＝L，y ＝ （2分）
II1 II2
所以a、b两粒子离开区域II时的y坐标之差Δy＝(y ＋y )－(y ＋y )＝ 。（2分）
I1 II1 I2 II2
