2021年高考物理試卷（天津）（解析卷）

這是一份2021年高考物理試卷（天津）（解析卷），共14頁。試卷主要包含了本卷共8題，每題5分，共40分， 一沖九霄，問鼎蒼穹等內容，歡迎下載使用。
答卷前，考生務必將自山的姓名、考生號、考場號和座位號填寫在答題卡上，并在規(guī)定位置粘貼考試用條形碼。答卷時，考生務必將答案涂寫在答題卡上，答在試卷上的無效?？荚嚱Y束后，將本試卷和答題卡一并交回。
祝各位考生考試順利！
第Ⅰ卷
注意事項：
1.每題選出答案后，用鉛筆將答題卡上對應題目的答案標號涂黑。如需改動，用橡皮擦干凈后，再選涂其他答案標號。
2.本卷共8題，每題5分，共40分。
一、單項選擇題（每小題5分，共25分。每小題給出的四個選項中，只有一個選項是正確的）
1. 科學研究方法對物理學的發(fā)展意義深遠，實驗法、歸納法、演繹法、類比法、理想實驗法等對揭示物理現象的本質十分重要。下列哪個成果是運用理想實驗法得到的（ ）
A 牛頓發(fā)現“萬有引力定律”B. 庫侖發(fā)現“庫侖定律”
C. 法拉第發(fā)現“電磁感應現象”D. 伽利略發(fā)現“力不是維持物體運動的原因”
【答案】D
【解析】
【分析】
【詳解】牛頓發(fā)現“萬有引力定律”；庫倫發(fā)現“庫侖定律”；法拉第發(fā)現“電磁感應現象”，這些都是建立在大量的實驗的基礎上直接得出的結論；而伽利略發(fā)現“力不是維持物體運動的原因”，是在實驗的基礎上經過抽象推理得出的結論，即運用了理想實驗法。
故選D。
2. 光刻機是制造芯片的核心裝備，利用光源發(fā)出的紫外線，將精細圖投影在硅片上，再經技術處理制成芯片。為提高光刻機清晰投影最小圖像的能力，在透鏡組和硅片之間充有液體。紫外線進入液體后與其在真空中相比（ ）
A. 波長變短B. 光子能量增加C. 頻率降低D. 傳播速度增大
【答案】A
【解析】
【分析】
【詳解】紫外線進入液體后與真空相比，頻率不變，傳播速度減小，根據
可知波長變短；根據
可知，光子能量不變。
故選A
3. 如圖所示，閉合開關后，的電阻兩端的交流電壓為，電壓表和電流表均為理想交流電表，則（ ）
A. 該交流電周期為B. 電壓表的讀數為
C. 電流表的讀數為D. 電阻的電功率為
【答案】C
【解析】
【分析】
【詳解】A．該交流電的周期
B．電壓表的讀數為交流電的有效值，即
選項B錯誤；
C．電流表的讀數為
選項C正確；
D．電阻的電功率為
選項D錯誤。
故選C。
4. 一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，傳播速度，時位于坐標原點的質點從平衡位置沿y軸正方向運動，下列圖形中哪個是時的波形（ ）
A
B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
【詳解】由圖中可以看出該波的波長為，根據
可知該列波的周期為
又因為時位于坐標原點的質點從平衡位置沿y軸正方向運動，當時經歷了1.5T，所以此時位于坐標原點的質點從平衡位置沿y軸負方向運動，結合圖像可知B選項正確。
故選B。
5. 2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星取得成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，在火屬上首次留下國人的印跡。天問一號探測器成功發(fā)射后，順利被火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。經過軌道調整，探測器先沿橢圓軌道Ⅰ運行，之后進入稱為火星停泊軌道的橢圓軌道Ⅱ運行，如圖所示，兩軌道相切于近火點P，則天問一號探測器（ ）
A. 在軌道Ⅱ上處于受力平衡狀態(tài)B. 在軌道Ⅰ運行周期比在Ⅱ時短
C. 從軌道Ⅰ進入Ⅱ在P處要加速D. 沿軌道Ⅰ向P飛近時速度增大
【答案】D
【解析】
【分析】
【詳解】A．天問一號探測器在軌道Ⅱ上做變速圓周運動，受力不平衡，故A錯誤；
B．根據開普勒第三定律可知，軌道Ⅰ的半徑大于軌道Ⅱ的半長軸，故在軌道Ⅰ運行周期比在Ⅱ時長，故B錯誤；
C．天問一號探測器從軌道Ⅰ進入Ⅱ，做近心運動，需要向心力要小于提供的向心力，故要在P點點火減速，故C錯誤；
D．在軌道Ⅰ向P飛近時，萬有引力做正功，動能增大，故速度增大，故D正確。
故選D。
二、不定項選擇題（每小題5分，共15分。每小題給出的四個選項中，都有多個選項是正確的。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，選錯或不答的得0分）
6. 列車運行的平穩(wěn)性與車廂的振動密切相關，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、氣缸及內封的一定質量的氣體構成。上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動，上下乘客時氣缸內氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時氣缸內氣體的體積變化較快，氣體與外界來不及熱交換。若氣缸內氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過程中（ ）
A. 上下乘客時，氣體的內能不變B. 上下乘客時，氣體從外界吸熱
C. 劇烈顛簸時，外界對氣體做功D. 劇烈顛簸時，氣體的溫度不變
【答案】AC
【解析】
【分析】
【詳解】AB．上下乘客時氣缸內氣體與外界有充分的熱交換，即發(fā)生等溫變化，溫度不變，故氣體的內能不變，體積變化緩慢，沒有做功，故沒有熱交換，故A正確，B錯誤；
CD．劇烈顛簸時氣缸內氣體的體積變化較快，且氣體與外界來不及熱交換，氣體經歷絕熱過程，外界對氣體做功，溫度升高，故C正確，D錯誤。
故選AC。
7. 一沖九霄，問鼎蒼穹。2021年4月29日，長征五號B遙二運載火箭搭載空間站天和核心艙發(fā)射升空，標志著我國空間站建造進入全面實施階段。下列關于火箭的描述正確的是（ ）
A. 增加單位時間的燃氣噴射量可以增大火箭的推力
B. 增大燃氣相對于火箭的噴射速度可以增大火箭的推力
C. 當燃氣噴出火箭噴口的速度相對于地面為零時火箭就不再加速
D. 火箭發(fā)射時獲得的推力來自于噴出的燃氣與發(fā)射臺之間的相互作用
【答案】AB
【解析】
【分析】
【詳解】A．增加單位時間的燃氣噴射量，即增加單位時間噴射氣體的質量，根據
可知可以增大火箭的推力，故A正確；
B．當增大燃氣相對于火箭的噴射速度時，根據
可知可以增大火箭的推力，故B正確；
C．當燃氣噴出火箭噴口的速度相對于地面為零時，此時火箭有速度，所以相對于火箭的速度不為零，火箭仍然受推力作用，仍然要加速，故C錯誤；
D．燃氣被噴出的瞬間，燃氣對火箭的反作用力作用在火箭上，使火箭獲得推力，故D錯誤。
故選AB。
8. 兩個位于紙面內的點電荷產生電場的等勢面如圖中實線所示，相鄰等勢面間的電勢差相等。虛線是一個電子在該電場中的運動軌跡，軌跡與某等勢面相切于P點。下列說法正確的是（ ）
A. 兩點電荷可能是異種點電荷B. A點電場強度比B點的大
C. A點的電勢高于B點的電勢D. 電子運動到P點時動能最小
【答案】CD
【解析】
【分析】
【詳解】A．根據電荷間等勢面的分布情況可知兩點電荷時同種電荷，又根據電子在該電場中的運動軌跡可判斷電子一直受到排斥的力，故可知兩點電荷為同種負電荷；故A錯誤；
B．根據等勢面的疏密程度可以判斷A點的電場強度比B點的小，故B錯誤；
C．因為兩點電荷時同種負電荷，電場線指向負電荷，故可知A點的電勢高于B點的電勢，故C正確；
D．根據電子的運動軌跡和電場線的方向可知由M到P電場力做負功，由P到N電場力做正功；由M到P動能減小，由P到N動能增加，故電子運動到P點時動能最小，故D正確。
故選CD。
第Ⅱ卷
注意事項：
1.用黑色墨水的鋼筆或簽字筆將答案寫在答題卡上。
2.本卷共4題，共60分。
9. 某實驗小組利用手機的錄像功能拍下小球在斜面上做勻加速直線運動的過程。為便于記錄小球各個時刻在斜面上的位置，將錄像中時間間隔為T的連續(xù)7幅畫面合成到同一張圖中，示意如圖。依次測得小球各相鄰位置間的距離為、、、、、。
①寫出小球在位置1的速度表達式___________。
②要求充分利用測量數據，寫出小球運動過程中的加速度表達式___________。
③在測量小球相鄰位置間距時由于實驗者讀數產生的誤差是___________誤差。（填“偶然”或“系統(tǒng)”）
【答案】 ①. ②. ③. 偶然
【解析】
【分析】
【詳解】①[1]勻變速直線運動中，中間時刻速度等于平均速度，所以1位置的速度為
②[2]題中要求充分利用數據，利用逐差法求解加速度，則
解得加速度為
③[3]讀數產生的誤差是人為因素造成的，屬于偶然誤差。
【點睛】一般來說，偶然誤差是主觀因素引起的誤差，比如讀數錯誤，操作錯誤等；系統(tǒng)誤差是客觀因素造成的，比如測量工具本身的精確度不夠，測量方法帶來的不可避免的誤差等。
10. 隨著智能手機的廣泛應用，充電寶成為手機及時充電的一種重要選擇。充電寶可以視為與電池一樣的直流電源。一充電寶的電動勢約為，內阻很小，最大放電電流為，某實驗小組測定它的電動勢和內阻。他們剝開充電寶連接線的外絕緣層，里而有四根導線，紅導線為充電寶的正極，黑導線為充電寶的負極，其余兩根導線空置不用，另有滑動變阻器R用于改變電路中的電流，定值電阻，兩只數字多用電表M、N，兩表均為理想電表，并與開關S連成如圖所示電路。
①圖中測量電流的電表是___________，測量電壓的電表是___________。（均填寫字母“M”或“N”）
②調節(jié)滑動變阻器，測得多組I、U數據，記錄如下表，其中只有一個數據記錄有誤，審視記錄的數據，可以發(fā)現表中第___________次的記錄數據有誤。（填測量次數的序號）
③電路中接入可以達到下列哪個效果。___________（填選項前的字母）
A．使測電流的電表讀數變化明顯 B．為了更準確地測量充電寶內阻
C．避免使充電寶的放電電流過大 D．減小測量電壓的電表分流作用
【答案】 ①. N ②. M ③. 4 ④. C
【解析】
【分析】
【詳解】①[1]器件N串聯在電路中，測量干路電流，所以N為電流表；
[2]器件M一端接在開關上，另一端接在充電寶的負極，閉合開關后相當于并聯在電源兩端，所以M為電壓表，測量路端電壓；
②[3]題中表格的電流不斷增大，根據閉合電路歐姆定律可知路端電壓不斷減小，電壓表的示數不斷減小，所以第4次的記錄數據有誤；
③[4]因為充電寶的內阻很小，所以電阻串聯在電路中，起保護電路的作用，避免使充電寶的放電電流過大損壞電路中的器件。
故選C。
11. 一玩具以初速度從水平地面豎直向上拋出，達到最高點時，用遙控器將玩具內壓縮的輕彈簧彈開，該玩具沿水平方向分裂成質量之比為1∶4的兩部分，此時它們的動能之和與玩具從地面拋出時的動能相等。彈簧彈開的時間極短，不計空氣阻力。求
（1）玩具上升到最大高度時的速度大?。?br>（2）兩部分落地時速度大小之比。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【分析】
【詳解】（1）設玩具上升的最大高度為h，玩具上升到高度時的速度大小為v，重力加速度大小為g，以初速度方向為正，整個運動過程有
玩具上升到最大高度有
兩式聯立解得
（2）設玩具分開時兩部分的質量分別為、，水平速度大小分別為、。依題意，動能關系為
玩具達到最高點時速度為零，兩部分分開時速度方向相反，水平方向動量守恒，有
分開后兩部分做平拋運動，由運動學關系，兩部分落回地面時，豎直方向分速度大小為，設兩部分落地時的速度大小分別為、，由速度合成公式，有
，
結合，解得
12. 如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌、間距，其電阻不計，兩導軌及其構成的平面均與水平面成角，N、Q兩端接有的電阻。一金屬棒垂直導軌放置，兩端與導軌始終有良好接觸，已知的質量，電阻，整個裝置處在垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，磁感應強度大小。在平行于導軌向上的拉力作用下，以初速度沿導軌向上開始運動，可達到最大速度。運動過程中拉力的功率恒定不變，重力加速度。
（1）求拉力的功率P；
（2）開始運動后，經速度達到，此過程中克服安培力做功，求該過程中沿導軌的位移大小x。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【分析】
【詳解】（1）在運動過程中，由于拉力功率恒定，做加速度逐漸減小的加速運動，速度達到最大時，加速度為零，設此時拉力的大小為F，安培力大小為，有
設此時回路中的感應電動勢為E，由法拉第電磁感應定律，有
設回路中的感應電流為I，由閉合電路歐姆定律，有
受到的安培力
由功率表達式，有
聯立上述各式，代入數據解得
（2）從速度到的過程中，由動能定理，有
代入數據解得
13. 霍爾元件是一種重要的磁傳感器，可用在多種自動控制系統(tǒng)中。長方體半導體材料厚為a、寬為b、長為c，以長方體三邊為坐標軸建立坐標系，如圖所示。半導體中有電荷量均為e的自由電子與空穴兩種載流子，空穴可看作帶正電荷的自由移動粒子，單位體積內自由電子和空穴的數目分別為n和p。當半導體材料通有沿方向的恒定電流后，某時刻在半導體所在空間加一勻強磁場，磁感應強度的大小為B，沿方向，于是在z方向上很快建立穩(wěn)定電場，稱其為霍爾電場，已知電場強度大小為E，沿方向。
（1）判斷剛加磁場瞬間自由電子受到的洛倫茲力方向；
（2）若自由電子定向移動在沿方向上形成的電流為，求單個自由電子由于定向移動在z方向上受到洛倫茲力和霍爾電場力的合力大?。?br>（3）霍爾電場建立后，自由電子與空穴在z方向定向移動的速率介別為、，求時間內運動到半導體z方向的上表面的自由電子數與空穴數，并說明兩種載流子在z方向上形成的電流應滿足的條件。
【答案】（1）自由電子受到的洛倫茲力沿方向；（2）；（3）見解析所示
【解析】
【分析】
【詳解】（1）自由電子受到的洛倫茲力沿方向；
（2）設t時間內流過半導體垂直于x軸某一橫截面自由電子的電荷量為q，由電流定義式，有
設自由電子在x方向上定向移動速率為，可導出自由電子的電流微觀表達式為

單個自由電子所受洛倫茲力大小為
霍爾電場力大小為

自由電子在z方向上受到的洛倫茲力和霍爾電場力方向相同，聯立得其合力大小為

（3）設時間內在z方向上運動到半導體上表面的自由電子數為、空穴數為，則


霍爾電場建立后，半導體z方向的上表面的電荷量就不再發(fā)生變化，則應
即在任何相等時間內運動到上表面的自由電子數與空穴數相等，這樣兩種載流子在z方向形成的電流應大小相等、方向相反。
次數
1
2
3
4
5
6
7
電流
0.299
0.477
0.684
0.877
1.065
1.281
1.516
電壓
4.970
4.952
4.932
4.942
4.894
4.872
4.848