絕密★啟用前考試時間：2021年6月9日8:00-9:30

2021年普通高等學校招生全國統一考試真題（北京卷）

（北京市2021年普通高中學業水平等級性考試）

物理試題

（解析版）

本試卷滿分100分?？荚囉脮r90分鐘。

本試卷共8頁，100分。考試時長90分鐘?？忌鷦毡貙⒋鸢复鹪诖痤}卡上，在試

卷上作答無效?？荚嚱Y束后，將本試卷和答題卡一并交回。

第一部分

本部分共14題，每題3分，共42分。在每題列出的四個選項中，選出最符合題

目要求的一項。

1.硼（B）中子俘獲治療是目前最先進的癌癥治療手段之一、治療時先給病人注射

一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產生高殺傷力的a粒子和鋰

（Li）離子。這個核反應的方程是（）

A.+B.】：B+：HeT】；N+：n

C+D.+

1【答案】A

【詳解】由題知，硼俘獲中子后，產生高殺傷力的a粒子和像（Li）離子，而a粒

子為家原子核，則這個核反應方程為

】：B+：n.jLi+；He

故選A。

2.如圖所示的平面內，光束。經圓心O射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單

色光。下列說法正確的是（）

A.這是光的干涉現象

B.在真空中光束b的波長大于光束c的波長

C.玻璃磚對光束b的折射率大于對光束c的折射率

D.在玻璃磚中光束b的傳播速度大于光束c的傳播速度

2【答案】C

【詳解】A.光束0經圓心。射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單色光，這

是光的色散現象，A錯誤；

C.由題圖可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根據折射定律可知

nc<nb

C正確；

B.由于光的折射率越大，其頻率越大，波長越短，則b光在真空中的波長較短，

B錯誤；

D.根據v=￡知，c光束的折射率小，則c光在棱鏡中的傳播速度大，D錯誤。

n

故選C。

3.一列簡諧橫波某時刻的波形圖如圖所示。此后K質點比L質點先回到平衡位置。

下列判斷正確的是（）

A.該簡諧橫波沿x軸負方向傳播B.此時K質點沿y軸正方向運動

C.此時K質點的速度比L質點的小D.此時K質點的加速度比Z.質點的小

3【答案】D

【詳解】AB.由題知K質點比L質點先回到平衡位置，則K質點應向下振，再根

據“上坡、下坡”法可知，該波應沿X軸正方向傳播，A、B錯誤；

C.由AB選項可知K質點應向下振，而L質點在波谷處，則L質點的速度為0,故

此時K質點的速度比L質點的大，C錯誤；

D.由于質點在豎直方向做機械振動，根據

F=-ky

F=ma

結合波圖像可看出

YL>YK

則，此時K質點的加速度比L質點的小，D正確。

故選D。

4.比較45。（2的熱水和10（TC的水蒸汽，下列說法正確的是（）

A.熱水分子的平均動能比水蒸汽的大B.熱水的內能比相同質量的水蒸汽的小

C.熱水分子的速率都比水蒸汽的小D.熱水分子的熱運動比水蒸汽的劇烈

4【答案】B

【詳解】A.溫度是分子平均匆能的標志，溫度升高，分子的平均動能增大，故熱

水分子的平均動能比水蒸汽的小，故A錯誤；

B.內能與物質的量、溫度、體積有關，相同質量的熱水和水蒸汽，熱水變成水蒸

汽，溫度升高，體積增大，吸收熱量，故熱水的內能比相同質量的水蒸汽的小，

故B正確；

C.溫度越高，分子熱運動的平均速率越大，45℃的熱水中的分子平均速率比100久

的水蒸汽中的分子平均速率小，由于分子運動是無規則的，并不是每個分子的速

率都小，故C錯誤；

D.溫度越高，分子熱運動越劇烈，故D錯誤。

故選Bo

5.一正弦式交變電流的圖像如圖所示。下列說法正確的是（）

"/A

A.在t=0.4s時電流改變方向

B.該交變電流的周期為0.5s

C.該交變電流的表達式為j=2cos5"A

D.該交變電流的有效值為亞A

2

5【答案】C

【詳解】A.由圖可知t=0.4s時電流為正方向最大，電流方向沒有發生變化，故A

錯誤；

B.由圖可知，該交變電流的周期為F0.4S,故B錯誤；

C.由圖可知，電流的最大值為i11nx=2A,角速度為

。二名二5加ad/s

T

故該交變電流的表達式為

i=」cosm=2cos5"A

故C正確；

D.該交變電流的有效值為

i=^=V2A

V2

故D錯誤。

故選C。

6.2021年5月，“天問一號”探測器成功在火星軟著陸，我國成為世界上第一個首

次探測火星就實現“繞、落、巡”三項任務的國家?！疤靻栆惶枴痹诨鹦峭２窜壍?/p>

運行時，近火點距離火星表面2.8x102km、遠火點距離火星表面5.9xl05km,則“天

問一號”（）

A.在近火點的加速度比遠火點的小

B.在近火點的運行速度比遠火點的小

C.在近火點的機械能比遠火點的小

D.在近火點通過減速可實現繞火星做圓周運動

6【答案】D

【詳解】A.根據牛頓第二定律有

「Mm

CJ-J-=fna

解得

GM

故在近火點的加速度比遠火點的大，故A錯誤；

B.根據開普勒第二定律，可知在近火點的運行速度比遠火點的大，故B錯誤；

C.“天問一號”在同一軌道，只有引力做功,則機械能守恒，故C錯誤；

D.“天問一號”在近火點做的是離心運動,若要變為繞火星的圓軌道,需要減速,故

D正確。

故選Do

7.如圖所示,在豎直向下的勻強磁場中，水平U型導體框左端連接一阻值為R的電

阻,質量為m、電阻為「的導體棒岫置于導體框上。不計導體框的電阻、導體棒與

框間的摩擦。岫以水平向右的初速度。開始運動,最終停在導體框上。在此過程

中()

A.導體棒做勻減速直線運動

B.導體棒中感應電流的方向為aTb

2

C.電阻R消耗的總電能為。~~-

2(&+r)

D.導體棒克服安培力做的總功小于:*

7【答案】C

【詳解】AB.導體棒向右運動,根據右手定則,可知電流方向為b到0,再根據左手

定則可知，導體棒向到向左的安培力，根據法拉第電磁感應定律,可得產生的感應

電動勢為

E=BLVQ

感應電流為

EBLv^

R+rR+r

故安培力為

A+r

根據牛頓第二定律有

F=ma

可得

*2?

a=-------------v

w(K+r)0n

隨著速度減小,加速度不斷減小,故導體棒不是做勻減速直線運動,故AB錯誤;

C.根據能量守恒定律,可知回路中產生的總熱量為

因R與，串聯,則產生的熱量與電阻成正比,則R產生的熱量為

QJt=-^—Q=.

kR+r2(K+r)

故C正確；

D.整個過程只有安培力做負功,根據動能定理可知,導體棒克服安培力做的總功等

于:*，故D錯誤。

故選C。

8.如圖所示，高速公路上汽車定速巡航(即保持汽車的速率不變)通過路面abed,

其中岫段為平直上坡路面,be段為水平路面,cd段為平直下坡路面。不考慮整個過

程中空氣阻力和摩擦阻力的大小變化。下列說法正確的是（）

hc

a嬴一“

A.在ab段汽車的輸出功率逐漸減小

B.汽車在ab段的輸出功率比be段的大

C.在cd段汽車的輸出功率逐漸減小

D.汽車在cd段的輸出功率比be段的大

8【答案】B

【詳解】AB.在岫段，根據平衡條件可知，牽引力

F、=wgsin^4-f

所以在ob段汽車的輸出功率

耳=電

不變,在加段牽引力

瑪=/

be段的輸出功率

舄=my＜召

故A錯誤B正確；

CD.在cd段牽引力

$=J-mgsin3

汽車的輸出

g=F3V＜舄

在Cd段汽車的輸出功率不變,且小于be段,故CD錯誤。

故選B。

9.如圖所示的平面內，有靜止的等量異號點電荷,M、N兩點關于兩電荷連線對

稱,M、P兩點關于兩電荷連線的中垂線對稱。下列說法正確的是（）

M9-P

?---------十---------一

N.：

A.M點的場強比P點的場強大B.M點的電勢比N點的電勢高

C.N點的場強與P點的場強相同D.電子在M點的電勢能比在P點的電勢能大

9【答案】C

【詳解】AC.根據等量異種點電荷的電場線分布得：

M點的場強與P點的場強大小相等,N點的場強與P點的場強大小相等,方向相同,

故A錯誤C正確；

BD.根據等量異種點電荷的電勢分布特點可知,M點的電勢與N點的電勢相等,M

點的電勢高于P點的電勢，根據％=困可知，電子在M點的電勢能比在P點的電

勢能小，故BD錯誤。

故選Co

10.如圖所示，圓盤在水平面內以角速度3繞中心軸勻速轉動，圓盤上距軸r處的P

點有一質量為m的小物體隨圓盤一起轉動。某時刻圓盤突然停止轉動，小物體由P

點滑至圓盤上的某點停止。下列說法正確的是（）

A.圓盤停止轉動前，小物體所受摩擦力的方向沿運動軌跡切線方向

B.圓盤停止轉動前,小物體運動一圈所受摩擦力的沖量大小為2〃西

C.圓盤停止轉動后,小物體沿圓盤半徑方向運動

D.圓盤停止轉動后，小物體整個滑動過程所受摩擦力的沖量大小為修公了

10【答案】D

【詳解】A.圓盤停止轉動前，小物體隨圓盤一起轉動,小物體所受摩擦力提供向心

力,方向沿半徑方向,故A錯誤；

B.圓盤停止轉動前，小物體所受摩擦力

/=吩公

根據動量定理得，小物體運動一圈所受摩擦力的沖量為

1=fnv-?nv=0

大小為0,故B錯誤；

C.圓盤停止轉動后，小物體沿切線方向運動，故C錯誤；

D.圓盤停止轉動后,根據動量定理可知,小物體整個滑動過程所受摩擦力的沖量為

F=即=0-wv=一mrs

大小為修獷，故D正確。

故選D。

11.某同學搬運如圖所示的磁電式電流表時，發現表針晃動劇烈且不易停止。按照

老師建議,該同學在兩接線柱間接一根導線后再次搬運,發現表針晃動明顯減弱且

能很快停止。下列說法正確的是（）

A.未接導線時，表針晃動過程中表內線圈不產生感應電動勢

B.未接導線時,表針晃動劇烈是因為表內線圈受到安培力的作用

C.接上導線后，表針晃動過程中表內線圈不產生感應電動勢

D.接上導線后,表針晃動減弱是因為表內線圈受到安培力的作用

11【答案】D

【詳解】A.未接導線時，表針晃動過程中導線切割磁感線，表內線圈會產生感應電

動勢，故A錯誤；

B.未接導線時,未連成閉合回路,沒有感應電流,所以不受安培力,故B錯誤；

CD.接上導線后,表針晃動過程中表內線圈產生感應電動勢,根據楞次定律可知,表

針晃動減弱是因為表內線圈受到安培力的作用，故C錯誤D正確。

故選D。

12.如圖所示，在xOv坐標系的第一象限內存在勻強磁場。一帶電粒子在P點以與

x軸正方向成60。的方向垂直磁場射入,并恰好垂直于y軸射出磁場。已知帶電粒子

質量為m、電荷星為q,OP=不計重力。根據上述信息可以得出（）

A.帶電粒子在磁場中運動的軌跡方程

B.帶電粒子在磁場中運動的速率

C.帶電粒子在磁場中運動的時間

D.該勻強磁場的磁感應強度

12【答案】A

【詳解】粒子恰好垂直于V軸射出磁場，做兩速度的垂線交點為圓心。1，軌跡如圖

所示

A.由幾何關系可知

atan300=a

3

以_273

cos30°--3~a

因圓心的坐標為（0,冬）則帶電粒子在磁場中運動的軌跡方程為

故A正確；

BD.洛倫茲力提供向心力，有

解得帶電粒子在磁場中運動的速率為

tn

因軌跡圓的半徑火可求出,但磁感應強度B未知，則無法求出帶電粒子在磁場中運

動的速率，故BD錯誤；

2

c.帶電粒子圓周的圓心角為士死而周期為

3

_2TTR2刀切

T=------=-------

vqB

則帶電粒子在磁場中運動的時間為

2

尹2.

2天3qB

因磁感應強度B未知，則運動時間無法求得，故C錯誤；

故選A。

13.某同學使用輕彈簧、直尺鋼球等制作了一個“豎直加速度測量儀”。如圖所示,

彈簧上端固定,在彈簧旁沿彈簧長度方向固定一直尺。不掛鋼球時,彈簧下端指針

位于直尺20cm刻度處；下端懸掛鋼球，靜止時指針位于直尺40cm刻度處。將直

尺不同刻度對應的加速度標在直尺上,就可用此裝置直接測量豎直方向的加速度。

取豎直向上為正方向，重力加速度大小為g。下列說法正確的是（）

“//

I二

-W3

I

--3

31

二

一

?

三

?

I三

-3三

三

二

一

A.-30cm刻度對應的加速度為-0.5gB.40cm刻度對應的加速度為g

C.50cm刻度對應的加速度為2gD.各刻度對應加速度的值是不均勻的

13【答案】A

【分析】由題知,不掛鋼球時,彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處,則彈簧的原長

/o=0.2m；下端懸掛鋼球,靜止時指針位于直尺40cm刻度處,則根據受力平衡有

mg=k（l-Io）

可計算出

k=注

0.2

【詳解】A.由分析可知,在30cm刻度時,有

-mg=ma（取豎直向上為正方向）

代入數據有

a=-0.5g

A正確；

B.由分析可知，在40cm刻度時，有

mg=F袋

則40cm刻度對應的加速度為0,B錯誤；

C.由分析可知，在50cm刻度時，有

-mg=ma（取豎直向上為正方向）

代入數據有

a-0.5g

c錯誤；

D.設刻度對應值為x,結合分析可知

MgA_

02g,Ax=|x-0.2|（取豎直向上為正方向）

m

經過計算有

a=――（x>0.2）或a=—（x<0.2）

0.20.2

根據以上分析,加速度。與刻度對應值為x成線性關系,則各刻度對應加速度的值

是均勻的，D錯誤。

故選A。

14.北京高能光源是我國首個第四代同步輻射光源,計劃于2025年建成。同步輻射

光具有光譜范圍寬（從遠紅外到X光波段,波長范圍約為105m?對應能量

范圍約為10%V?105eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點，在基礎科學研究、

應用科學和工藝學等領域已得到廣泛應用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉時,

會沿圓弧軌道切線發出電磁輻射,這個現象最初是在同步加速器上觀察到的,稱為

“同步輻射”。以接近光速運動的單個電子能量約為109eV,回旋一圈輻射的總能量

約為104ev.下列說法正確的是（）

A.同步輻射的機理與氫原子發光的機理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離

C.蛋白質分子的線度約為IO』m,不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電了回旋?圈后能量不會明顯減小

14【答案】D

【詳解】A.同步輻射是在磁場中圓周自發輻射光能的過程,氫原子發光是先吸收

能量到高能級,在回到基態時輻射光,兩者的機理不同，故A錯誤；

B.用同步輻射光照射氫原子,總能量約為104eV大于電離能13.6eV,則氫原子可以

電離，故B錯誤；

C.同步輻射光的波長范圍約為105m?與蛋白質分子的線度約為IO8m差

不多,故能發生明顯的衍射,故C錯誤；

D.以接近光速運動的單個電子能量約為109eV,回旋一圈輻射的總能量約為104eV,

則電子回旋一圈后能量不會明顯減小,故D正確；

故選Do

第二部分

本部分共6題，共58分。

15.物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、實驗操作、

數據分析等。例如：

（1）實驗儀器。用游標卡尺測某金屬管的內徑，示數如圖1所示。則該金屬管的

內徑為mmo

主

尺4Mn

31l

I1—

1

Ii—r

ITT

尺

I標o

0游

酊

點

（2）數據分析。打點計時器在隨物體做勻變速直線運動的紙帶上打點，其中一部

分如圖2所示,8、C、D為紙帶上標出的連續3個計數點,相鄰計數點之間還有4

個計時點沒有標出。打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上。則打C點時，紙

帶運動的速度么=m/s（結果保留小數點后兩位）。

345678S1()111213cmi』

圖2

（3）實驗原理。圖3為“探究加速度與力的關系”的實驗裝置示意圖。認為桶和

砂所受的重力等于使小車做勻加速直線運動的合力。實驗中平衡了摩擦力后,要求

桶和砂的總質量m比小車質量M小得多。請分析說明這個要求的理由。（）

圖3

15【答案】①.31.4②.0.44③.見解析

【詳解】（1）⑴根據游標卡尺的讀數規則有

3.1cm+4x0.1mm=31.4mm

（2）⑵每隔4個點取一個點作為計數點，故兩計數點間有5個間隔；故兩點間的

時間間隔為

7=5x0.02=0.1s

勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，則有

vc==0.44m/s

（3）⑶設繩的拉力為7■，小車運動的加速度為o。對桶和砂，有

fng-T=rna

對小車，有

T=Ma

小車受到細繩的拉力7■等于小車受到的合力F,即

可見，只有桶和砂的總質量m比小車質量M小得多時，才能認為桶和砂所受的重

力mg等于使小車做勻加速直線運動的合力F。

16.在“測量金屬絲的電阻率”實驗中，某同學用電流表和電壓表測量一金屬絲的

電阻。

（1）該同學先用歐姆表“xl”擋粗測該金屬絲的電阻，示數如圖1所示，對應的

讀數是Qo

圖1

（2）除電源（電動勢3.0V,內阻不計）、電壓表（量程0~3V,內阻約3kC）、開

關、導線若干外，還提供如下實驗器材：

A.電流表（量程0~06A,內阻約0.1Q）

B.電流表（量程0~3.0A,內阻約0.02。）

C.滑動變阻器（最大阻值100,額定電流2A）

D.滑動變阻器（最大阻值1kg額定電流0.5A）

為了調節方便、測量準確，實驗中電流表應選用，滑動變阻器應選用

O（選填實驗器材前對應的字母）

（3）該同學測量金屬絲兩端的電壓U和通過金屬絲的電流/,得到多組數據，并

（4）用電流傳感器測量通過定值電阻的電流，電流隨時間變化的圖線如圖3所示。

將定值電阻替換為小燈泡，電流隨時間變化的圖線如圖4所示，請分析說明小燈

泡的電流為什么隨時間呈現這樣的變化。（）

⑤.5.80⑥.剛閉合開關時，燈絲溫度較低，電阻較小，電流較大；隨著燈絲

溫度升高，電阻逐漸增大，電流逐漸減?。划敓艚z發熱與散熱平衡時，溫度不變,

電阻不變，電流保持不變

【詳解】（1）[1]將選擇開關調節到“xlQ”，由圖1可知，金屬絲的電阻

/?x=6xlQ=6Q

（2）[2]由題知，電源電動勢為3V,則回路中的最大電流為

=—=-A=0.5A

睫Rx6

故電流表選A；

⑶為了調節方便、測量準確，滑動變阻器要選最大阻值小的，故選C；

（3）⑷將描出的點用直線連接，即可得U-/圖線，則有

UN

⑸?。?.3A,1.75V）,可得

175

^=—Q=5.80Q

0.3

（4）[6]剛閉合開關時，燈絲溫度較低，電阻較小，電流較大；隨著燈絲溫度升

高，電阻逐漸增大，電流逐漸減小；當燈絲發熱與散熱平衡時，溫度不變，電阻

不變，電流保持不變。

17.如圖所示，小物塊A、B的質量均為m=0.10kg,B靜止在軌道水平段的末端。

A以水平速度出與B碰撞，碰后兩物塊粘在一起水平拋出。拋出點距離水平地面

的豎直高度為6=0.45m,兩物塊落地點距離軌道末端的水平距離為s=0.30m,取

重力加速度g=10m/s2。求：

（1）兩物塊在空中運動的時間t；

（2）兩物塊碰前A的速度心的大??；

（3）兩物塊碰撞過程中損失的機械能

17【答案】（1）0.30s；（2）2.0m/s；（3）0.10J

【詳解】（1）豎直方向為自由落體運動，由

,1

丸=已2

得

t=0.30s

（2）設A、B碰后速度為？，水平方向為勻速運動，由

s=vt

得

v=1.0nVs

根據動量守恒定律，由

wv0=

得

v0=2.0m/s

（3）兩物體碰撞過程中損失的機械能

AE=域-y-2mv2

得

A￡=0.10J

18.如圖所示，M為粒子加速器；N為速度選擇器，兩平行導體板之間有方向相互

垂直的勻強電場和勻強磁場，磁場的方向垂直紙面向里，磁感應強度為8。從S點

釋放一初速度為0、質量為m、電荷量為q的帶正電粒子，經M加速后恰能以速

度v沿直線（圖中平行于導體版的虛線）通過N。不計重力。

（1）求粒子加速器M的加速電壓U；

（2）求速度選擇器N兩板間的電場強度E的大小和方向；

（3）仍從S點釋放另一初速度為0、質量為2m、電荷量為q的帶正電粒子，離開

N時粒子偏離圖中虛線的距離為d,求該粒子離開N時的動能線。

U-----------------

以XXX

S?…......................

XXXX

MN

18【答案】（1）U=；（2）S=vB,方向垂直導體板向下；（3）與必

2q2

【詳解】（1）粒子直線加速，根據功能關系有

aU77=1_*2

2

解得

U=—

2q

（2）速度選擇器中電場力與洛倫茲力平衡

Eq=qvB

得

E=vB

方向垂直導體板向下。

（3）粒子在全程電場力做正功，根據功能關系有

4=qU+Eqd

解得

1?

E、=-mv+qBvd

19.類比是研究問題的常用方法。

（1）情境1：物體從靜止開始下落，除受到重力作用外，還受到一個與運動方向

相反的空氣阻力/=如《為常量）的作用。其速率v隨時間t的變化規律可用方

程（①式）描述，其中m為物體質量，G為其重力。求物體下落的最

Ar

大速率%O

（2）情境2：如圖1所示，電源電動勢為邑線圈自感系數為3電路中的總電阻

為R。閉合開關S,發現電路中電流/隨時間t的變化規律與情境1中物體速率v

隨時間t的變化規律類似。類比①式，寫出電流/隨時間t變化的方程；并在圖2

中定性畫出/-t圖線。

y

E

To

圖1圖2

（3）類比情境1和情境2中的能量轉化情況，完成下表。

情境1情境2

物體重力勢能的減少量

物體動能的增加量

電阻A上消耗的電能

19【答案】（1）%=最；(2)a.E-咫=琮:（3）見解析

rv

【詳解】（1）當物體下落速度達到最大速度/時，加速度為零，有

G=攵％

得

G