2021全国卷Ⅰ高考压轴卷物理含解析

绝密启用前

KSSU2021年全国新课标I高考压轴卷（物理）

第□卷（选择题，共48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14〜17题

只有一项符合题目要求，第18〜21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.用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28x1019J。已知普朗克常量为

6.63x1034Js,真空中的光速为3.00*108ms，。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）

A.1x1014HzB.8x1014Hz

C.2x1015HzD.8x1015Hz

15.由消防带水龙头的喷嘴喷出水的流量是0.28mWmin,水离开喷口时的速度大小为166m/s,方向与水平面

夹角为60°,在最高处正好到达着火位置，忽略空气阻力，则空中水柱的高度和水量分别是（重力加速度g取10

m/s2）（）

A.28.8m1.12x10-2m3

B.28.8m0.672m3

C.38.4m1.29x102m3

D.38.4m0.776m3

16.使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的

第二宇宙速度"2与第一宇宙速度V1的关系是丫2=也0。已知某星球的半径为地球半径月的4倍，质量为地球

质量M的2倍，地球表面重力加速度为g。不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（）

B.

C.yfgRD.

17.在一空间有方向相反，磁感应强度大小均为8的匀强磁场，如图所示，垂直纸面向外的磁场分布在一半径为

a的圆形区域内，垂直纸面向里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域，该平面内有一半径为b（b＞镜a）的圆形

线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是同心圆。从某时刻起磁感应强度在仪时

间内均匀减小到会则此过程中该线圈产生的感应电动势大小为（）

XX

XX

TTBCb2—a2）口8（"一2a2）

A--2At-B.N

nB（d2—a2）nB（t>2—2a2）

C-Af_-D'2Af

18.如图所示，真空中有一点电荷甲固定在。点，虚线是其在周围空间产生的电场的三个等势面，且相邻的两个

等势面间电势差相同。实线是点电荷乙在电场中运动轨迹，S、M、/V为运动轨迹与等势面的交点，下列说法一

定正确的是（）

A.电势（PM>（PSB.甲、乙为同种电荷

C.电势能EPM>EPMD.场强大小ES>EN

19.如图所示，矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕00,轴以角速度

3匀速转动，外电路电阻为火。下列判断正确的是（）

A.电压表的读数为蜀器

当线圈由图示位置转过3。。的过程中，通过电阻尺的电荷量为维

B.

在线圈转过一周的过程中，电阻R上产生的焦耳热为售普竿1

C.

NBS3

D.当线圈由图示位置转过30。时，通过电阻尺的电流为

2（月+r）

20.如图所示，在粗糙的水平面上，质量分别为m和M的物块48用轻弹簧相连，两物块与水平面间的动摩擦

因数均为“，当用水平力尸作用于B上且两物块共同向右以加速度ai匀加速运动时，弹簧的伸长量为x；当用

同样大小的恒力产沿着倾角为9的光滑斜面方向作用于B上且两物块共同以加速度a2匀加速沿斜面向上运动时,

弹簧的伸长量为X2,则下列说法中正确的是（）

A.若m>M,有xi=X2

B.若m<M,有xi=X2

C.若〃〉sin6,有xi>X2

D.若“<sin&有xi<X2

21如图所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的轻质弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高

度h=0.1m处，滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块，通过传感器测量到滑块的速度和离地高度内并作出滑

块的Ek-h图象，其中高度从0.2m上升到0.35m范围内图象为直线，其余部分为曲线，以地面为零重力势能面，

g取10m/s2,由图象可知（）

A.小滑块的质量为0.1kg

B.轻弹簧原长为0.2m

C.弹簧最大弹性势能为0.5J

D.小滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小为0.4J

第□卷

二、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.（6分）在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz,依次打出的点为0、1、2、

3、4...。。则：

⑴如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量

为、、，必须计算出的物理量为、,

验证的表达式为o

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是。（填写步骤前面的字母）

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上

B.先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

C.取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验

D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E.选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度山、力2、/73........hn,计算出对应的瞬时速度1/1、V2、V3..........

Vn

1

F.分别算出苏7疡和mg均，在实验误差允许的范围内看是否相等

23.（9分）在测定某金属的电阻率实验中：

图1图2图3

（1）某学生进行了如下操作：

匚利用螺旋测微器测金属丝直径d,如图1所示，贝Ud=mm。

L测量金属丝电阻凡的电路图如图2所示，闭合开关S,先后将电压表右侧接线端尸接a、b点时，电压表和电

流表示数如表1所示。

该学生认真观察到两次测量中，电流表的读数几乎未变，发生这种现象的原因是，比较

合理且较准确的金属丝电阻©测=。（保留两位有效数字），从系统误差角度分析，©的测量值与其真实

值凡式比较，RX;M©应（填">”"=”或“<”）。

表1

U(V)/(A)

接线端P接a1.840.15

接线端P接b2.400.15

表2

u（v）/(A)

接线端P接a2.560.22

接线端尸接b3.000.20

（2）另一同学找来一恒压电源，按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该

同学利用该数据可算出凡的真实值为

24.（12分）如图所示，倾角a=30°的足够长光滑斜面固定在水平面上，斜面上放一长L=1.8m、质量M=3kg

的薄木板，木板的最右端叠放一质量m=1kg的小物块，物块与木板间的动摩擦因数“=号。对木板施加沿斜

面向上的恒力F,使木板沿斜面由静止开始做匀加速直线运动。设物块与木板间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,

重力加速度g取10m/s2,物块可视为质点。

（1）为使物块不滑离木板，求力F应满足的条件;

（2）若F=37.5N,物块能否滑离木板？若不能，请说明理由；若能，求出物块滑离木板所用的时间及滑离木板后

沿斜面上升的最大距离。

25.（20分）如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L=0.2m,左端接有阻值R

=0.3。的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道。仅在水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁

感应强度大小8=1.0T。一根质量m=0.2kg、电阻r=0.1。的金属棒ab垂直放置于导轨上，在水平向右的恒

力尸作用下从静止开始运动，当金属棒通过位移x=9m时离开磁场，在离开磁场前已达到最大速度。当金属棒

离开磁场时撤去外力尸，接着金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度力=0.8m处。已知金属棒与导轨间的动摩擦因

数导轨电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且与导轨保持良好接触，取g=10m/s2。求：

^=1

（1）金属棒运动的最大速率上

（2）金属棒在磁场中速度为卯■的加速度大小;

（3）金属棒在磁场区域运动过程中，电阻尺上产生的焦耳热。

（二）选考题：共15分。请考生从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.【物理---选修3-3】（15分）

（1）（5分）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、be、cd、da回到原状态，其p-T图象

如图所示，其中对角线ac的延长线过原点0。下列判断正确的是（）

\\、,\

A.气体在a、c两状态的体积相等

B.气体在状态a时的内能小于它在状态c时的内能

C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

（2）（10分）如图所示，内壁光滑、足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理

想气体。已知活塞横截面积为S,外界大气压强为po,缸内气体温度为小。现对汽缸内气体缓慢加热，使气体

体积由%增大到该过程中气体吸收的热量为Q「停止加热并保持体积正不变，使其降温到％,已知重力

加速度为g,求:

（1）停止加热时缸内气体的温度;

（2）降温过程中气体放出的热量。

34.【物理——选修3-4】（15分）

（1）（5分）如图甲所示，在水平面内，有三个质点a、b、c分别位于直角三角形的三个顶点上，已知ab=6

m,ac=8m。在&=0时刻a、b同时开始振动，振动图象均如图乙所示，所形成的机械波在水平面内传播，在

也=4s时c点开始振动，则下列说法正确的是（）

（填正确答案的标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每错选1个扣3分，最低得分为

0分）。

____I

甲乙

A.该机械波的传播速度大小为2m/s

B.该列波的波长是2m

C.两列波相遇后，c点振动加强

D.两列波相遇后，c点振动减弱

（2）.（10分）激光已经深入到我们生活的各个方面。某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双

缝干涉测量激光的波长。

a.如图所示，在水平面上方适当位置固定激光光源，使其发射与水平面成30。角斜向下的激光，在水平光屏上M

点呈现一小光斑。放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖，激光光斑移至水平光屏上的N点。测得玻璃砖厚度

为£/=小cm,MN=b=2cm1,根据以上信息，求该玻璃石专的折射率n；

b.为测量该激光的波长，将激光垂直射向间距为d的双缝（每个缝的宽度很窄，宽度可忽略），在双缝后面距离为

L处的光屏上可以观察到干涉条纹。现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐，经测量得出5条亮条纹之

间的距离为a,求该激光的波长。

参考答案+解析

14.

[KS5U答案】B

【KS5U解析】：根据爱因斯坦光电效应方程Ek=/7iz—血=后一/7%,代入数据解得心8x1014Hz,B正确。

15.

【KS5U答案】A

【KS5U答案】：水离开喷口后做斜抛运动，将运动沿水平方向和竖直方向分解，在竖直方向上：

i/y=vsin6代入数据可得vy=24m/s故水柱能上升的高度h="=28.8m

水从喷出到最高处着火位置所用的时间f=V代入数据可得f=2.4s

故空中水柱的水量为V=^x2.4m3=1.12x102nAA项正确。

16.

[KS5U答案】C

【KS5U解析】地球的第一宇宙速度打=4证，星球表面的重力加速度g'=^=翻=gg,星球的第一宇宙速

度v"i=1\l^'=yJggx4R=7/gR,该星球的第二宇宙速度故选项C正确。

17.

[KS5U答案】D

[KS5U解析】磁感线既有垂直纸面向外的，又有垂直纸面向里的，所以可以取垂直纸面向里的方向为正方向。

p1

磁感应强度大小为B时线圈磁通量6=TTB(b2—a2)—TTBa2,磁感应强度大小为卵线圈磁通量02，TTB(b2—a2)

一次TBa2,因而该线圈磁通量的变化量的大小为6尸会”炉一2a2)。根据法拉第电磁感应定律可得

线圈中产生的感应电动势的大小为£=笑=咆髭2a2)。故选项D正确。

18.

[KS5U答案】BC

[KS5U解析】本题考查电场强度、电势和电势能等。由于题中没有给出固定在O点的点电荷甲的电性，不

能判断出M、S两点电势高低，选项A错误；根据点电荷乙在电场中运动轨迹可知，甲、乙为同种电荷，选项B

正确；点电荷乙在电场中从M运动到N,电场力做正功，电势能减小，电势能EPM>EPN,选项C正确；根据点

电荷电场强度公式可知，场强大小ES<EM,选项D错误。

19.

[KS5U答案】AD

EmNBSOJ

[KS5U解析】电动势的最大值Em=NBS3,有效值E=▼,电压表的示数为路端电压的有效值，解

得U=V]E=簿常，A正确；线圈由题图所示位置转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量4=黯=

■-啜I'BS

M8S—BSsin60°)B错误；在线圈转过一周的时间内电阻R上产生的热量Q岑•智:

Fl+r—R+r

用常蓝"C错误；电流的最大值为2最^噜鲁,电流的瞬时值表达式为/=/msinout,从题图所示位

置转过30。时，碗=装，此时的电流为/=件=黑咨，D正确。

o/2(H+r)

20.

[KS5U答案】AB

【KS5U解析】在水平面上滑动时，对整体，根据牛顿第二定律，有

F—(j(m+M)g=(m+M)ai

隔离物块4根据牛顿第二定律，有

FT-pmg=mai

联立□□解得田=正崭尸

在斜面上滑动时，对整体，根据牛顿第二定律，有

F—(m+M)gsin9=(m+M)a2

隔离物块4根据牛顿第二定律，有

FT-mgsin0=ma2

联立□□解得产尸

比较□□可知，弹簧弹力相等，与动摩擦因数和斜面的倾角无关，故A、B正确，C、D错误。

21.

[KS5U答案】BC

【KS5U解析】在从0.2m上升到0.35m范围内，△Ek=AEp=mgM,图线的斜率绝对值1=镣=032To2

N=2N=mg,所以m=0.2kg,故A错误；在Ek力图象中，图线的斜率表示滑块所受的合外力，由于高度从

0.2m上升到0.35m范围内图象为直线，其余部分为曲线，说明滑块从0.2m上升到0.35m范围内所受作用力

为恒力，从h=0.2m开始滑块与弹簧分离，弹簧的原长为0.2m,故B正确；根据能的转化与守恒可知，当滑

块上升至最大高度时，增加的重力势能即为弹簧最大弹性势能,所以EPm=mgA/7=0.2x10x(0.35-0.1)J=0.5J,

故C正确；由图可知，当h=0.18m时的动能最大为Ekm=0.32J,在滑块整个运动过程中，系统的动能、重力

势能和弹性势能之间相互转化，因此动能最大时，滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小，根据能量守恒定

律可知E'=E—Ekm=Epm+mgb—Ekm=0.5J+0.2x10x0.1J-0.32J=0.38J,故D错误。

22.[KS5U答案】：⑴第2点到第6点之间的距离h26

第1点到第3点之间的距离;713

第5点到第7点之间的距离h57

第2点的瞬时速度V2第6点的瞬时速度坏

11

(2)ADBCEF

[KS5U解析】(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6

点的距离/726,要计算第2点和第6点的速度V2和％,必须测出第1点到第3点之间的距离小3和第5点到第7

11

点之间的距离/)57,机械能守恒的表达式为mg/726=2mv，^~2mv^-

(2)实验操作顺序为ADBCEFo

23.【KS5U答案】：⑴1.704口电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零12<(2)13

【KS5U解析】⑴口由题图所示螺旋测微器可知，螺旋测微器示数为1.5mm+20.4x0.01mm=1.704mm。□

由表中实验数据可知，电压表接a、b两点时，电流表示数不变，电压表示数变化较大，说明电压表内阻很大,

电压表分流很小，几乎为零，电流表分压较大，电流表应采用外接法，电压表应接a点，金属丝电阻用初=给=

爵。=129；电流表采用外接法，由于电压表分流作用，电流表的测量值大于真实值，由欧姆定律可知，金属

丝电阻测量值小于真实值。

(2)由表中实验数据知，R/\=Ub~Ua,贝ij©=的-RA=13Q。

24.

[KS5U答案】：(1)20N<F<30N(2)能1.2s0.9m

【KS5U解析】(1)以物块和木板整体为研究对象，由牛顿第二定律得尸一(M+m)gsina=(M+m)a

以物块为研究对象，由牛顿第二定律得尸f-mgsina=ma

又Ft<Ffm=jUmgcosa解得F<30N

又a>0解得F>20N所以20N<F<30N。

(2)因尸=37.5N>30N,所以物块能够滑离木板，隔离木板，由牛顿第二定律得

F—/jmgcosa—Mgsma=Mai

隔离物块，由牛顿第二定律得pmgcosa—mgsina=ma2

设物块滑离木板所用时间为t木板的位移xi=/aif2

物块的位移X2=/a2f2

物块与木板分离的临界条件为AX=X1—X2=L

联立以上各式解得f=1.2s

物块滑离木板时的速度v=a2t

由公式一2gxsin。=0—层解得x=0.9m。

25.

【KS5U答案】见解析

【KS5U解析】(1)金属棒从出磁场到上升到弯曲轨道最高点，根据机械能守恒定律得:

□

由匚得：v=、2gh=4m/s。□

(2)金属棒在磁场中做匀速运动时,设回路中的电流为/,根据平衡条件得

F=BIL+ijmg□

.BLv

'~R+r□

联立□□口式得尸=0.6N□

金属棒速度为当时，设回路中的电流为根据牛顿第二定律得

F—BIL—ymg=ma□

»_BLV

「2(R+r)□

联立□□□□得：a=1m/s2o□

(3)设金属棒在磁场区域运动过程中,回路中产生的焦耳热为Q,根据功能关系：

1

Fx=pmgx++