2021年高考理综物理真题试卷(全国乙卷)

(时间：70分钟 总分：110分）

姓名：__________ 班级：__________考号：__________

题号 评分 一 二 三 四 总分

一、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1～5题只有一项符合题目要求，第6～8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。

1．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，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 C．动量不守恒，机械能守恒

B．动量守恒，机械能不守恒 D．动量不守恒，机械能不守恒

2．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 𝐹𝑀 和 𝐹𝑁 ，相应的电势能分别为 𝐸𝑝𝑀 和 𝐸𝑝𝑁 ，则（ ）

A．𝐹𝑀<𝐹𝑁,𝐸𝑝𝑀>𝐸𝑝𝑁 C．𝐹𝑀<𝐹𝑁,𝐸𝑝𝑀<𝐸𝑝𝑁

B．𝐹𝑀>𝐹𝑁,𝐸𝑝𝑀>𝐸𝑝𝑁 D．𝐹𝑀>𝐹𝑁,𝐸𝑝𝑀<𝐸𝑝𝑁

3．如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为q(q>0) 的带电粒子从圆周

上的M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 v1 ，离开磁场时速度方向

𝑣

偏转 90° ；若射入磁场时的速度大小为 v2 ，离开磁场时速度方向偏转 60° ，不计重力，则 𝑣1 为

2

（ ）

A．1

2√B．3

3√C．3

2D．√3

113𝐼𝑛

4．医学治疗中常用放射性核素

113𝐼𝑛 产生 𝛾 射线，而 是由半衰期相对较长的

113𝑆𝑛

113𝑆𝑛

衰变产生的。对于质量为 𝑚0 的 线如图所示。从图中可以得到

113𝑆𝑛 ，经过时间t后剩余的

𝑚

质量为m，其 𝑚−𝑡 图

0

113𝑆𝑛 的半衰期为（ ）

A．67.3𝑑 B．101.0𝑑 C．115.1𝑑 D．124.9𝑑

5．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．4×104𝑀 B．4×106𝑀 C．4×108𝑀 D．4×1010𝑀

6．水平桌面上，一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动，物体通过的路程等于 𝑠0

时，速度的大小为 𝑣0 ，此时撤去F，物体继续滑行 2𝑠0 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 1𝑚𝑣20 2B．在此过中F的冲量大小等于 3𝑚𝑣0

2𝑣2

C．物体与桌面间的动摩擦因数等于 0 4𝑠0𝑔D．F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍

7．四个带电粒子的电荷量和质量分别 (+𝑞，𝑚) 、 (+𝑞，2𝑚) 、 (+3𝑞，3𝑚) 、 (−𝑞，𝑚) 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（ ）

A． B．

C． D．

8．水平地面上有一质量为𝑚1 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F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图（b）所示，其中 𝐹1 、 𝐹2 分别为 𝑡1 、 𝑡2 时刻F的大小。木板的加速度 𝑎1 随时间t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 𝜇1 ，物块与木板间的动摩擦因数为 𝜇2 ，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（ ）

A．𝐹1=𝜇1𝑚1𝑔 B．𝐹2=C．𝜇2>

𝑚2(𝑚1+𝑚2)

(𝜇2−𝜇1)𝑔 𝑚1𝑚1+𝑚2𝜇1 𝑚2

D．在0~𝑡2 时间段物块与木板加速度相等

二、非选择题

9．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。

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

图中电压表量程为 1𝑉 ，内阻 𝑅𝑉=380.0𝛺 ：定值电阻 𝑅0=20.0𝛺 ；电阻箱R，最大阻值为

999.9𝛺 ；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 Ω（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； 根据图（a）所示电路，用R、 𝑅0 、 𝑅𝑉 、E和r表示 1 ，得

𝑈1

； 𝑈=

（3）利用测量数据，做 1−𝑅 图线，如图（b）所示：

𝑈

通过图（b）可得 𝐸= V（保留2位小数）， 𝑟= 𝛺 （保留1位小数）； （4）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

𝐸′−𝐸||×100%= %。 𝐸11．一篮球质量为 𝑚=0.60𝑘𝑔 ，一运动员使其从距地面高度为 ℎ1=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 ℎ3=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 𝑡=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。

12．如图，一倾角为 𝛼 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；一电阻 𝑅=3𝛺 的金属棒 𝐶𝐷 的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路 𝐶𝐷𝐸𝐹 ； 𝐸𝐹 与斜面底边平行，长度 𝐿=0.6𝑚 。初始时 𝐶𝐷 与 𝐸𝐹 相距 𝑠0=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 𝑠1=3𝑚 后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区

16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 𝐸𝐹 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 ，重力加速度大小取 𝑔=10𝑚/𝑠2，sin𝛼=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。

三、【选修3-3】

13．

（1）如图，一定量的理想气体从状态 𝑎(𝑝0，𝑉0，𝑇0) 经热力学过程 𝑎𝑏 、 𝑏𝑐 、 𝑐𝑎 后又回到状态a。对于 𝑎𝑏 、 𝑏𝑐 、 𝑐𝑎 三个过程，下列说法正确的是（ ）

A．𝑎𝑏 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．𝑏𝑐 过程中，气体的温度先降低后升高 E．𝑏𝑐 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 𝑙1=13.5𝑐𝑚 ， 𝑙2=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 ℎ=5𝑐𝑚 。已知外界大气压为 𝑝0=75𝑐𝑚𝐻𝑔 。求A、B两管内水银柱的高度差。

四、【选修3-4】

14．

（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，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 ℎ=15.0𝑚𝑚 ，A到过O点的法线 𝑂𝑀 的距离 𝐴𝑀=10.0𝑚𝑚 ，M到玻璃砖的距离 𝑀𝑂=20.0𝑚𝑚 ， 𝑂′ 到 𝑂𝑀 的距离为 𝑠=5.0𝑚𝑚 。

（ⅰ）求玻璃砖的折射率；

（ⅰ）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，入时角从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。

答案解析部分

1．【答案】B 2．【答案】A 3．【答案】B 4．【答案】C 5．【答案】B 6．【答案】B,C 7．【答案】A,D 8．【答案】B,C,D 9．【答案】（1）1.0；2.0

（2）9.7

10．【答案】（1）15.0

𝑅0+𝑅𝑉1(𝑅𝑉+𝑅0)𝑟

⋅𝑅+（2）𝐸𝑅𝐸+𝐸𝑅𝑉𝑅0𝑉𝑅0

（3）1.55；1.0 （4）5

11．【答案】（1）解：第一次篮球下落的过程中由动能定理可得 𝐸1=𝑚𝑔ℎ1

篮球反弹后向上运动的过程由动能定理可得 0−𝐸2=−𝑚𝑔ℎ2

第二次从1.5m的高度静止下落，同时向下拍球，在篮球反弹上升的过程中，由动能定理可得 0−𝐸4=0−𝑚𝑔ℎ4

第二次从1.5m的高度静止下落，同时向下拍球，篮球下落过程中，由动能定理可得 𝑊+𝑚𝑔ℎ3=𝐸3

𝐸𝐸

因篮球每次和地面撞击的前后动能的比值不变，则有比例关系 𝐸2=𝐸4

1

3

代入数据可得 𝑊=4.5𝐽

（2）解：因作用力是恒力，在恒力作用下篮球向下做匀加速直线运动，因此有牛顿第二定律可得 𝐹+𝑚𝑔=𝑚𝑎

1

在拍球时间内运动的位移为 𝑥=𝑎𝑡2

2做得功为 𝑊=𝐹𝑥

联立可得 𝐹=9𝑁 （ 𝐹=−15𝑁 舍去）

12．【答案】（1）解：根据题意可得金属棒和导体框在没有进入磁场时一起做匀加速直线运动，由动12 能定理可得 (𝑀+𝑚)𝑔𝑠1sin𝛼=(𝑀+𝑚)𝑣0

2代入数据解得 𝑣0=3𝑚/𝑠

2金属棒在磁场中切割磁场产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可得 𝐸=𝐵𝐿𝑣0

𝐸

由闭合回路的欧姆定律可得 𝐼= 𝑅则导体棒刚进入磁场时受到的安培力为 𝐹安=𝐵𝐼𝐿=0.18𝑁

（2）解：金属棒进入磁场以后因为瞬间受到安培力的作用，根据楞次定律可知金属棒的安培力沿斜面向上，之后金属棒相对导体框向上运动，因此金属棒受到导体框给的沿斜面向下的滑动摩擦力，因匀速运动，可有 𝑚𝑔sin𝛼+𝜇𝑚𝑔cos𝛼=𝐹安

此时导体框向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律可得 𝑀𝑔sin𝛼−𝜇𝑚𝑔cos𝛼=𝑀𝑎

𝑥

设磁场区域的宽度为x，则金属棒在磁场中运动的时间为 𝑡=𝑣

0

则此时导体框的速度为 𝑣1=𝑣0+𝑎𝑡 则导体框的位移 𝑥1=𝑣0𝑡+1𝑎𝑡2

21

因此导体框和金属棒的相对位移为 𝛥𝑥=𝑥1−𝑥=𝑎𝑡2

2由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入线框，则有位移关系 𝑠0−𝛥𝑥=𝑥 金属框进入磁场时匀速运动，此时的电动势为 𝐸1=𝐵𝐿𝑣1 ， 𝐼1=

𝐵𝐿𝑣1 𝑅导体框受到向上的安培力和滑动摩擦力，因此可得 𝑀𝑔sin𝛼=𝜇𝑚𝑔cos𝛼+𝐵𝐼1𝐿

3

联立以上可得 𝑥=0.3𝑚 ， 𝑎=5𝑚/𝑠2 ， 𝑚=0.02𝑘𝑔 ， 𝜇=

8（3）解：金属棒出磁场以后，速度小于导体框的速度，因此受到向下的摩擦力，做加速运动，则有 𝑚𝑔sin𝛼+𝜇𝑚𝑔cos𝛼=𝑚𝑎1

金属棒向下加速，导体框匀速，当共速时导体框不再匀速，则有 𝑣0+𝑎1𝑡1=𝑣1 导体框匀速运动的距离为 𝑥2=𝑣1𝑡1 代入数据解得 𝑥2=2.5𝑚=5𝑚

91813．【答案】（1）A；B；E

（2）解：对B管中的气体，水银还未上升产生高度差时，初态为压强 𝑝1𝐵=𝑝0 ，体积为 𝑉1𝐵=𝑙2𝑆 ，末态压强为 𝑝2 ，设水银柱离下端同一水平面的高度为 ℎ2 ，体积为 𝑉2𝐵=(𝑙2−ℎ2)𝑆 ，由水银柱的平衡条件有 𝑝2𝐵=𝑝0+𝜌𝑔ℎ B管气体发生等温压缩，有 𝑝1𝐵𝑉1𝐵=𝑝2𝐵𝑉2𝐵 联立解得 ℎ2=2𝑐𝑚

对A管中的气体，初态为压强 𝑝1𝐴=𝑝0 ，体积为 𝑉1𝐴=𝑙1𝑆 ，末态压强为 𝑝2𝐴 ，设水银柱离下端同一水平面的高度为 ℎ1 ，则气体体积为 𝑉2𝐴=(𝑙1−ℎ1)𝑆 ，由水银柱的平衡条件有 𝑝2𝐴=𝑝0+𝜌𝑔(ℎ+ℎ2−ℎ1)

A管气体发生等温压缩，有 𝑝1𝐴𝑉1𝐴=𝑝2𝐴𝑉2𝐴

2

联立可得 2ℎ1−191ℎ1+1=0

解得 ℎ1=1𝑐𝑚 或 ℎ1=1𝑐𝑚>𝑙1(舍去)

2则两水银柱的高度差为 𝛥ℎ=ℎ2−ℎ1=1𝑐𝑚

14．【答案】（1）0.5；0.4；1.2

（2）解：（i）从O点射入时，设入射角为α，折射角为β。根据题中所给数据可得： sin𝛼=

√5=5 √10.02+20.0210.0sin𝛽=

5.0√15.02+5.02√10=

10 sin𝛼

再由折射定律可得玻璃砖的折射率： 𝑛=sin𝛽=√2

sin45°

（ii）当入射角为45°时，设折射角为γ，由折射定律： 𝑛=sin𝛾

可求得： 𝛾=30°

再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ，光路图如下：

而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：解得： 𝐶=45°

由几何关系可知： 𝜃+30°=𝐶 即玻璃砖上下表面的夹角： 𝜃=15°

sin𝐶=1

𝑛