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2021 年天津市普通高中学业水平等级性考试物理
第Ⅰ卷
一、单项选择题(每小题5 分，共25 分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的)
1．(2021·天津卷·1)科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法、归纳法、演绎法、类
比法、理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要．下列哪个成果是运用理想实验法得到
的( )
A．牛顿发现“万有引力定律”
B．库仑发现“库仑定律”
C．法拉第发现“电磁感应现象”
D．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”
答案 D
解析 牛顿发现“万有引力定律”，库仑发现“库仑定律”，法拉第发现“电磁感应现象”，
这些都是建立在大量的实验的基础上直接得出的结论；而伽利略发现“力不是维持物体运动
的原因”，是在实验的基础上经过抽象推理得出的结论，即运用了理想实验法．故选D.
2．(2021·天津卷·2)光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影
在硅片上，再经技术处理制成芯片．为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅
片之间充有液体．紫外线进入液体后与其在真空中相比( )
A．波长变短
B．光子能量增加
C．频率降低
D．传播速度增大
答案 A
解析 紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据λ＝可知波长变短；
根据ε＝hν
可知，光子能量不变．故选A.
3.(2021·天津卷·3)如图所示，闭合开关后，R＝5 Ω 的电阻两端的交流电压为u＝50sin 10πt
V，电压表和电流表均为理想交流电表，则( )
A．该交流电周期为0.02 s
B．电压表的读数为100 V
C．电流表的读数为10 A
D．电阻的电功率为1 kW
答案 C
解析 该交流电的周期T＝＝ s＝0.2 s，
电压表的读数为交流电的有效值，
即U＝ V＝50 V，选项A、B 错误；
电流表的读数为I＝＝ A＝10 A，选项C 正确；
电阻的电功率为P＝IU＝10×50 W＝500 W
选项D 错误．
4．(2021·天津卷·4)一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，传播速度v＝10 m/s，t＝0 时位于坐
标原点的质点从平衡位置沿y 轴正方向运动，下列图形中哪个是t＝0.6 s 时的波形( )
答案 B
解析 由题图中可以看出该波的波长为λ＝4 m，
根据v＝，
可知该列波的周期为T＝0.4 s，
又因为t＝0 时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y 轴正方向运动，当t＝0.6 s 时经历了
1.5T，所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y 轴负方向运动，结合图像可知，B 选项
正确．
5.(2021·天津卷·5)2021 年5 月15 日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际
探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹．天问一号探测器成功发射后，顺利被
火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星．经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之
后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一
号探测器( )
A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态
B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P 处要加速
D．沿轨道Ⅰ向P 飞近时速度增大
答案 D
解析 天问一号探测器在轨道Ⅱ上做变速运动，受力不平衡，故A 错误；根据开普勒第三
定律可知，轨道Ⅰ的半长轴大于轨道Ⅱ的半长轴，故在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长，故B
错误；天问一号探测器从轨道Ⅰ进入Ⅱ，做近心运动，需要的向心力要小于提供的向心力，
故要在P 点点火减速，故C 错误；在轨道Ⅰ向P 飞近时，万有引力做正功，动能增大，故
速度增大，故D 正确．
二、不定项选择题(每小题5 分，共15 分．每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确
的．全部选对的得5 分，选对但不全的得3 分，选错或不答的得0 分)
6．(2021·天津卷·6)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可
以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成．上下乘客及剧烈颠
簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；
剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换．若气缸内气体视为理想
气体，在气体压缩的过程中( )
A．上下乘客时，气体的内能不变
B．上下乘客时，气体从外界吸热
C．剧烈颠簸时，外界对气体做功
D．剧烈颠簸时，气体的温度不变
答案 AC
解析 上下乘客时气缸内气体与外界有充分的热交换，即发生等温变化，温度不变，故气体
的内能不变，体积变化缓慢，没有做功，故没有热交换，故A 正确，B 错误；
剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热交换，气体经历绝热过程，
外界对气体做功，温度升高，故C 正确，D 错误．
7．(2021·天津卷·7)一冲九霄，问鼎苍穹.2021 年4 月29 日，长征五号B 遥二运载火箭搭载
空间站天和核心舱发射升空，标志着我国空间站建造进入全面实施阶段．下列关于火箭的描
述正确的是( )
A．增加单位时间的燃气喷射量可以增大火箭的推力
B．增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力
C．当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速
D．火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与发射台之间的相互作用
答案 AB
解析 增加单位时间的燃气喷射量，即增加单位时间喷射气体的质量，根据FΔt＝Δmv 可知，
可以增大火箭的推力，故A 正确；
当增大燃气相对于火箭的喷射速度时，根据FΔt＝Δmv 可知，可以增大火箭的推力，故B 正
确；
当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时，此时火箭有速度，所以相对于火箭的速度不
为零，火箭仍然受推力作用，仍然要加速，故C 错误；
燃气被喷出的瞬间，燃气对火箭的反作用力作用在火箭上，使火箭获得推力，故D 错误．
8.(2021·天津卷·8)两个位于纸面内的点电荷产生电场的等势面如图中实线所示，相邻等势面
间的电势差相等．虚线MPN 是一个电子在该电场中的运动轨迹，轨迹与某等势面相切于P
点．下列说法正确的是( )
A．两点电荷可能是异种点电荷
B．A 点的电场强度比B 点的大
C．A 点的电势高于B 点的电势
D．电子运动到P 点时动能最小
答案 CD
解析 根据电荷间等势面的分布情况可知两点电荷是同种电荷，又根据电子在该电场中的运
动轨迹可判断电子一直受到排斥的力，故可知两点电荷为同种负电荷，故A 错误；根据等
势面的疏密程度可以判断A 点的电场强度比B 点的小，故B 错误；因为两点电荷是同种负
电荷，电场线指向负电荷，故可知A 点的电势高于B 点的电势，故C 正确；根据电子的运
动轨迹和电场线的方向可知由M 到P 电场力做负功，由P 到N 电场力做正功，则由M 到P
动能减小，由P 到N 动能增加，故电子运动到P 点时动能最小，故D 正确．
第Ⅱ卷
本卷共4 题，共60 分．
9．(2021·天津卷·9)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的
过程．为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T 的连续7 幅画面合
成到同一张图中，示意如图．依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6.
(1)写出小球在位置1 的速度表达式________________．
(2)要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式______________．
(3)在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是____________误差．(填“偶
然”或“系统”)
答案 (1)
(2)
(3)偶然
解析 (1)匀变速直线运动中，一段时间中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度，所以1
位置的速度为v1＝
(2)题中要求充分利用数据，利用逐差法求解加速度，
则x4－x1＝3a1T2
x5－x2＝3a2T2
x6－x3＝3a3T2
解得加速度为
a＝＝
(3)读数产生的误差是人为因素造成的，属于偶然误差．
10．(2021·天津卷·10)随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择．
充电宝可以视为与电池一样的直流电源．一充电宝的电动势约为5 V，内阻很小，最大放电
电流为2 A，某实验小组测定它的电动势和内阻．他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面
有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，其余两根导线空置不用，另
有滑动变阻器R 用于改变电路中的电流，定值电阻R0＝3 Ω，两只数字多用电表M、N，两
表均为理想电表，并与开关S 连成如图所示电路．
(1)图中测量电流的电表是____________，测量电压的电表是__________．(均填写字母
“M”或“N”)
(2)调节滑动变阻器，测得多组I、U 数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视
记录的数据，可以发现表中第____________次的记录数据有误．(填测量次数的序号)
次数
1
2
3
4
5
6
7
电流
I/A
0.299
0.477
0.684
0.877
1.065
1.281
1.516
电压
U/V
4.970
4.952
4.932
4.942
4.894
4.872
4.848
(3)电路中接入R0可以达到下列哪个效果__________．(填选项前的字母)
A．使测电流的电表读数变化明显
B．为了更准确地测量充电宝内阻
C．避免使充电宝的放电电流过大
D．减小测量电压的电表分流作用
答案 (1)N M (2)4 (3)C
解析 (1)器件N 串联在电路中，测量干路电流，所以N 为电流表；
器件M 一端接在开关上，另一端接在充电宝的负极，闭合开关后相当于并联在电源两端，
所以M 为电压表，测量路端电压；
(2)题中表格的电流I 不断增大，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir 可知路端电压U 不断减小，
电压表的示数不断减小，所以第4 次的记录数据有误；
(3)因为充电宝的内阻很小，所以电阻R0串联在电路中，起保护电路的作用，避免使充电宝
的放电电流过大损坏电路中的器件．故选C.
11．(2021·天津卷·11)一玩具以初速度v0从水平地面竖直向上抛出，达到最高点时，用遥控
器将玩具内压缩的轻弹簧弹开，该玩具沿水平方向分裂成质量之比为1∶4 的两部分，此时
它们的动能之和与玩具从地面抛出时的动能相等．弹簧弹开的时间极短，不计空气阻力．求：
(1)玩具上升到最大高度时的速度大小；
(2)两部分落地时速度大小之比．
答案 (1)v0 (2)2
解析 (1)设玩具上升的最大高度为h，玩具上升到高度h 时的速度大小为v，重力加速度大
小为g，以初速度方向为正，整个运动过程有0－v0
2＝－2gh
玩具上升到最大高度时有v2－v0
2＝－2g
两式联立解得v＝v0.
(2)设玩具分开时两部分的质量分别为m1、m2，水平速度大小分别为v1、v2.
依题意，动能关系为m1v1
2＋m2v2
2＝(m1＋m2)v0
2
玩具达到最高点时速度为零，两部分分开时速度方向相反，水平方向动量守恒，
有m1v1－m2v2＝0
分开后两部分做平抛运动，由运动学关系，两部分落回地面时，竖直方向分速度大小为v0，
设两部分落地时的速度大小分别为v1′、v2′，
则有v1′＝，v2′＝
结合m1∶m2＝1∶4，解得＝2.
12.(2021·天津卷·12)如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ 间距L＝1 m，其
电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成θ＝30°角，N、Q 两端接有R＝1 Ω 的电阻．
一金属棒ab 垂直导轨放置，ab 两端与导轨始终有良好接触，已知ab 的质量m＝0.2 kg，电
阻r＝1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B＝1 T．ab
在平行于导轨向上的拉力作用下，以初速度v1＝0.5 m/s 沿导轨向上开始运动，可达到最大
速度v＝2 m/s.运动过程中拉力的功率恒定不变，重力加速度g＝10 m/s2.
(1)求拉力的功率P；
(2)ab 开始运动后，经t＝0.09 s 速度达到v2＝1.5 m/s，此过程中ab 克服安培力做功W＝0.06
J，求该过程中ab 沿导轨的位移大小x.
答案 (1)4 W (2)0.1 m
解析 (1)在ab 运动过程中，由于拉力功率恒定，ab 做加速度逐渐减小的加速运动，速度达
到最大时，加速度为零，设此时拉力的大小为F，安培力大小为FA，
有F－mgsin θ－FA＝0
设此时回路中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律，有E＝BLv
设回路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律，
有I＝
ab 受到的安培力FA＝ILB
由功率表达式，有P＝Fv
联立上述各式，代入数据解得P＝4 W.
(2)ab 速度从v1到v2的过程中，由动能定理，
有Pt－W－mgxsin θ＝mv2
2－mv1
2
代入数据解得x＝0.1 m.
13．(2021·天津卷·13)霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中．长方
体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示．
半导体中有电荷量均为e 的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒
子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n 和p.当半导体材料通有沿＋x 方向的恒定电
流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿＋y 方向，于是
在z 方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿－z 方向．
(1)判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向；
(2)若自由电子定向移动在沿＋x 方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z
方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz；
(3)霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z 方向定向移动的速率分别为vnz、vpz，求Δt 时间内
运动到半导体z 方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z 方向上形成的
电流应满足的条件．
答案 (1)自由电子受到的洛伦兹力沿＋z 方向
(2)e
(3)见解析
解析 (1)自由电子受到的洛伦兹力沿＋z 方向；
(2)设t 时间内流过半导体垂直于x 轴某一横截面自由电子的电荷量为q，由电流定义式，
有In＝
设自由电子在x 方向上定向移动速率为vnx，可导出自由电子的电流微观表达式为In＝neabvnx
单个自由电子所受洛伦兹力大小为F 洛＝evnxB
霍尔电场力大小为F 电＝eE
自由电子在z 方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力方向相同，
联立得其合力大小为Fnz＝e
(3)设Δt 时间内在z 方向上运动到半导体上表面的自由电子数为Nn、空穴数为Np，
则Nn＝nacvnzΔt
Np＝pacvpzΔt
霍尔电场建立后，半导体z 方向的上表面的电荷量就不再发生变化，则有Nn＝Np，即在任何
相等时间内运动到上表面的自由电子数与空穴数相等，这样两种载流子在z 方向形成的电流
应大小相等、方向相反．
