2021年普通高等学校招生全国统一考试 物理 试题 含答案 (河北卷)

1.银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β+衰变的衰变方程为

，测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是

A26Al核的质量等于26Mg核的质量 B26Al核的中子数大于26Mg核的中子数

C将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变

D银河系中现有的铝同位素26Mg将在144万年以后全部衰变为26Mg

正确答案

C

2.铯原子钟是精确的计时仪器。图1中铯原子从O点以100m/s的初速度在真空中做平抛运动，到达竖直平面MN所用时间为t1；图2中铯原子在真空中从P点做竖直上抛运动，到达最高点Q再返回P点，整个过程所用时间为t2。O点到竖直平面MN、P点到Q点的距离均为0.2m。重力加速度取g=10m/s2。则t1：t2为

A100:1 B1:100 C1:200

D200:1

2 正确答案及相关解析

正确答案

C

3.普朗克常量h=6.626×10-34J▪s，光速为c，电子质量为me，则制下的单位是 AJ/s Bm CJ▪m Dm/s

3 正确答案及相关解析

在国际单位

正确答案

B

4.“祝融号”火星车登陆火星之前,“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行,其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行,其周期也为2个火星日。己知一个火星日的时长约为一个地球日,火星质量的为地球质量的0.1倍,则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为

A

B

C

D

4 正确答案及相关解析

正确答案

D

5.如图,距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场,磁感应强度大小为，

束遠度大小为的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为

导轨平面与水平

面夹角为,两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力,下列说法正确的是

A导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，

B导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，

C导轨处磁场得方向垂直导轨平面向上，

D导轨处磁场得方向垂直导轨平面向下，5 正确答案及相关解析

正确答案

B

6.一半径为R的圆柱体水平固定,横截面如图所示。长度为、不可伸长的轻细

绳,一端固定在圆柱体最高点P处,另一端系一个小球,小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时,绳刚好拉直。将小球从Q点由静止释放,当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时,小球的速度大小为(重力加速度为g，不计空气阻カ)

A

B

C

D

6 正确答案及相关解析

正确答案

A

7.如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。导轨间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处O点为坐标原点。狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为，一电容为C的电容器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是

A通过金属棒的电流为

B金属棒到达时，电容器极板上的电荷量为C金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电 D金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定 7 正确答案及相关解析

正确答案

A

多选题 本大题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的4个选项中，有多项符合题目要求，全对得6分，选对但不全得3分，有选错的得0分。 8.如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为

、

和

，两个副

线圈分别接有电阻和.当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读

数为。不计线圈电阻，下列说法正确的是

A通过电阻的电流为

B电阻两端的电压为

C与的比值为

D发电机的功率为8 正确答案及相关解析

正确答案

B,C

9.如图，矩形金属框MNQP竖直放置，其中MN 、PQ足够长，且PQ杆光滑。一根轻弹簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m 的小球，小球穿过PQ杆。金属框绕MN轴分别以角速度和'匀速转动时，小球均相对PQ杆静止。若'>，则与以匀速转动相比，以'匀速转动时

A小球的高度一定降低 B弹簧弹力的大小一定不变 C小球对杆压力的大小一定变大 D小球所受合外力的大小一定变大 9 正确答案及相关解析

正确答案

B,D

10.如图，四个电荷量均为q（q>0）的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为（4l,0）、（-4l,0）、(0,y0)、(0，-y0)，其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动（y0≠0）。下列说法正确的是 A除无穷远之外，菱形外部电场强度处处不为零

B当y0取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点

C当y0=8l时，将一带负电的的试探电荷由点（4l,5l）移至点（0，-3l），静电力做正功

D当y0=4l时，将一带负电的试探电荷放置在点（l,l）处，其所受到的静电力方向与x轴正方向成45°倾斜向上。

10 正确答案及相关解析

正确答案

A,C,D

简答题（综合题） 本大题共54分。简答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。 11．（6分）

某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡（6.3V，0.15A），直流电路（9V），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干。设计的电路如图1所示。

（1） 按照图1，完成图2中的实物连线。

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是 （单项选择，填正确答案标号）。 （A）．电流表短路

（B）．滑动变阻器的滑片接触不良 （C）．滑动变阻器的初始位置在b端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U图像，其中一部分如图3所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为 Ω（保留三位有效数字）。 11 正确答案及相关解析

正确答案

（1） （2）C

（3）V=2v，I=94mA

∴

=Ω=27.0Ω

12.（9分）

某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为200g,其上可放钩码）、刻度尺。当地重力加速度为9.80m/s2。实验操作步骤如下：

①安装器材，调整量个光电门距离为50.00cm，轻细绳下段悬挂4个钩码，如图1所示；

②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；

③保持绳下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的数量，重复上述步骤；

④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块，滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量△Ek及总机械能的减少量△E，如下表所示：

回答下列问题：

（1）实验中轻细绳所悬挂的钩码重力势能的减少量为 J（保留三位有效数字）；

（2）步骤④中的表格所缺数据为 J；

（3）以M为模板，△E为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出△E-M图像；

12 正确答案及相关解析

正确答案

（1）0.980 (2)0.588

(3) 0.400

13.（11分）

如图，一滑雪道出AB和BC两段滑道组成，其中AB段倾角为，BC段水平， AB段和BC段由一小段光滑圆弧连接。一个质量为2 kg的背包在滑道顶端A处由静止滑下，若1s后质量为48kg的滑雪者从顶端以1.5 m/s的初速度、3 m/s²的加速度匀加速追赶，恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起。背包与滑道的动摩擦因数为μ=，重力加速度取g=10m/s²，sin=，cos=，忽略空气阻力及拎包过程中滑雪者与背包的重心变化。求∶ （1）滑道AB 段的长度;

（2）滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度。

13 正确答案及相关解析

正确答案

（1）背包： ①

②

解得;t=2s (t=-1s,舍去)

m

(2)此时背包

滑雪者的速度

根据动量守恒定理;

代入数据得：

14. （16分）

如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连。正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为

、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q。

一足够长的挡板OM与正极板成37。倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子。C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，CP长度为L0。忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力。

Sin37o=。

（1）若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压Uo的大小。

（2）调整电压的大小，使粒子不能打在挡板OM上，求电压的最小值Umin （3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（CH≤CP≤CS，H、S两点未在图中标出），对于粒子靶在 HS 区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n（n≥2）种能量的粒子，求 CH 和CS的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。 14 正确答案及相关解析

正确答案

15.【选修3-3】 （12分）

（1）（4分）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示， 现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能___（填\"大于\"\"小于\"或\"等于\")气缸B中气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像.其中曲线___（填图像中曲线标号）表示汽缸 B中气体分子的速率分布规律。

（2）某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27oC时，压强为3.0（3）当夹层中空气温度升至37oC，求此时夹层中空气的压强；

Pa。

()当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值。设环境温度为27oC时，压强为1.0Pa。 （16）.（1）

（2）(8分)将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光滑半径照射半圆柱体A，设圆心处

入射角为。当=60°时，A右侧恰好无光线射出;当=30O时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求∶ （i）半圆柱体对该单色光的折射率; （ii）两个半圆柱体之间的距离d。

15 正确答案及相关解析

正确答案

（15）.（1）.大于 ① （2）.

（16）. 选修3-4

(i)当时全反射，，

(ii)如图所示，