2021年高考真题——物理(上海卷) Word版含解析(正式版) - 副本

一.单项选择题（共16分，每小题2分。每小题只有一个正确选项。 1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在 （A）电子 （B）中子 （C）质子 （D）原子核 【答案】D

【解析】卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。

2.一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时 （A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同 （C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同 【答案】D

【解析】不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式vc可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速n度减小。故选项D正确。

3.各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是 （A）γ射线、紫外线、可见光、红外线 （B）γ射线、红外线、紫外线、可见光 （C）紫外线、可见光、红外线、γ射线 （D）红外线、可见光、紫外线、γ射线 【答案】A

【解析】在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线，所以选项A正确。

4.如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的

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（A）OA方向 （B）OB方向（C）OC方向 （D）OD方向 【答案】D

【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，故选项D正确。

5.磁铁在线圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图方向的感应电流，则磁铁

（A）向上运动（B）向下运动（C）向左运动（D）向右运动 【答案】B

6.放射性元素A经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了 （A）1位（B）2位（C）3位（D）4位 【答案】C

【解析】α粒子是2He，β 粒子是1e，因此发生一次α衰变电荷数减少2，发生一次β 衰变电荷数增加1，据题意，电荷数变化为：2213，所以新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位。故选项C正确。

7.在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中 （A）失重且机械能增加

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40（B）失重且机械能减少 （C）超重且机械能增加 （D）超重且机械能减少 【答案】B

【解析】据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项B正确。

8.如图，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是

（A）+x方向 （B）-x方向 （C）+y方向 （D）-y方向 【答案】A

【解析】据题意，电子流沿z轴正向流动，电流方向向z轴负向，由安培定则可以判断电流激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向（沿z轴负方向看），通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向，则选项A正确。

二.单项选择题（共24分，每小题3分。每小题只有一个正确选项。） 9.在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则 （A）中间条纹间距较两侧更宽 （B）不同色光形成的条纹完全重合 （C）双缝间距离越大条纹间距离也越大 （D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 【答案】D

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【解析】据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式xl可知，双缝间距d越大，d干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确。

10.研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。则

（A）a为电源正极，到达A板的为α射线 （B）a为电源正极，到达A板的为β射线 （C）a为电源负极，到达A板的为α射线 （D）a为电源负极，到达A板的为β射线 【答案】B

11.国际单位制中，不是电场强度的单位是 （A）N/C （B）V/m （C）J/C （D）T.m/s 【答案】C

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【解析】由公式E可知，V/m

UF可知，电场强度单位为N/C，选项A是电场强度单位；由公式Eqd也是电场强度单位，选项B也是电场强度单位；由qEqvB可得EvB，故T.m/s也是电场电场强度单位，选项D也是电场强度单位；由公式U项C正确。

12.如图，粗细均匀的玻璃管A和B由一橡皮管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，初始时两管水银面等高，B管上方与大气相通。若固定A管，将B管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H，A管内的水银面高度相应变化h，则

W可知，J/C是电势差单位，故选q

H 2HH（C）h= （D）22（A）h=H （B）h<【答案】B

【解析】据题意，原来A、B管内的水银高度相同，有PAP0；B管下移后，设A管水银下移高度为h，B管内水银末位置高度如图所示，A、B管内末位置水银高度差为h1，则B管内水银原、末位置高度差为：hh1；可以计算B管下降的高度为：H2hh1，此时由于A

'管内水银下降，A管内气体体积增加，压强减小，即PAP0，此时有：PAPh1P0，计算

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PA'P0HH，由于PA'P0，所以h，故选项得Pg(H2h)P0，最后有：hg22'AB正确。

13.电源电动势反映了电源把其它形式的能量转化为电能的能力，因此 （A）电动势是一种非静电力

（B）电动势越大，表明电源储存的电能越多 （C）电动势的大小是非静电力做功能力的反映 （D）电动势就是闭合电路中电源两端的电压 【答案】C

【解析】电动势是反映电源通过非静电力做功将其它形式的能转化为电势能本领的物理量，电动势越大说明这种转化本领越强，但不能说明储存的电能越多，故选项A、B错误而选项C正确；闭合电路中电源两端电压大小等于外电压大小，故选项D错误。

14.物体做匀加速直线运动，相继经过两段距离为16 m的路程，第一段用时4 s，第二段用时2 s，则物体的加速度是 (A)

24816m/s2 (B)m/s2 (C)m/s2 (D)m/s2 3399【答案】B

15.如图，始终竖直向上的力F作用在三角板A端，使其绕B点在竖直平面内缓慢地沿顺时针方向转动一小角度，力F对B点的力矩为M，则转动过程中

(A)M减小，F增大 (B)M减小，F减小 (C)M增大，F增大 (D)M增大，F减小 【答案】A

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【解析】据题意，对三角板受力分析受到重力、支持力和拉力，由于缓慢转动，三角板近似平衡，所以有：GNF，在转动过程中，支持力减小而拉力F在增加；力矩是力与力到作用点的距离的乘积，应用极端思维法，当三角板被竖直时，力与转动轴的距离为零，此时力矩为零，故此过程中力矩在减小，选项A正确。

16.风速仪结构如图(a)所示。光源发出的光经光纤传输，被探测器接收，当风轮旋转时，通过齿轮带动凸轮圆盘旋转，当圆盘上的凸轮经过透镜系统时光被挡住。已知风轮叶片转动半径为r，每转动n圈带动凸轮圆盘转动一圈。若某段时间Δt内探测器接收到的光强随时间变化关系如图(b)所示，则该时间段内风轮叶片

4πnr8πnr (B)转速逐渐减小，平均速率为 ΔtΔt4πnr8πnr(C)转速逐渐增大，平均速率为 (D)转速逐渐增大，平均速率为

ΔtΔt(A)转速逐渐减小，平均速率为

【答案】B

【解析】据题意，从b图可以看出，在Δt时间内，探测器接收到光的时间在增长，圆盘凸轮的挡光时间也在增长，可以确定圆盘凸轮的转动速度在减小；在Δt时间内可以从图看出有4次挡光，即圆盘转动4周，则风轮叶片转动了4n周，风轮叶片转过的弧长为l4n2r，叶片转动速率为：v8nrv，故选项B正确。 t三.多项选择题（共16分，每小题4分。每小题有二个或者三个正确选项。全选对的，得4分；选对但不全的，得2分；有选或不答的，得0分。）

17.某气体的摩尔质量为M，分子质量为m 。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为（阿伏伽德罗常数为NA） (A)

NAMρNAρNA (B) (C) (D)

mVmVmMm- 7 - / 21

【答案】ABC

18.如图所示电路中，电源内阻忽略不计。闭合电建，电压表示数为U，电流表示数为I；在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中

(A)U先变大后变小 (B)I先变小后变大

(C)U与I比值先变大后变小 (D)U变化量与I变化量比值等于R3 【答案】BC

【解析】据题意，由于电源内阻不计，电压表的示数总是不变，故选项A错误；滑片滑动过程中，电阻R1的阻值先增大后减小，电压不变，所以电流表示数先减小后增加，故选项B、C正确；由于电压表示数没有变化，故选项D错误。

19.如图（a），螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图（b）所示规律变化时

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（A）在t1~t2时间内，L有收缩趋势 （B）在t2~t3时间内，L有扩张趋势

（C）在t2~t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流 （D）在t3~t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流 【答案】AD

20.甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2m/s，振幅相同；某时刻的图像如图所示。则

（A）甲乙两波的起振方向相反 （B）甲乙两波的频率之比为3:2

（C）再经过3s，平衡位置在x=7m处的质点振动方向向下 （D）再经过3s，两波源间（不含波源）有5个质点位移为零 【答案】ABD

【解析】据题意，甲波向右传播，起振方向向下，乙波向左传播，起振方向向上，故选项A正确；据图可知甲波波长为4m，甲波周期为：T周期为：Tv2s，频率f1Hz，乙波波长为6m，213s，频率为：fHz，故选项B正确；再经过3s，甲波波谷到达x=7mv3处，乙波是平衡位置与波峰之间某一振动到达x=7m处，所以该质点应该向上振动，选项C错误；此时除了波源还有x=9m处、x=6-7m处、x=6m处、x=5-6m处、x=2-3m处质点位移为零，故选项D正确。

四.填空题（共20分，每小题4分。）

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本大题中第22题为分叉题，分A、B两类，考生可任选一类答题。若两类试题均做，一律按A类题积分。

21.形象描述磁场分布的曲线叫做____________,通常___________的大小也叫做磁通量密度。 【答案】磁感线；磁感应强度

【解析】为了形象的描述磁场而假想出来的曲线，曲线上任意一点的切线方向均表示该位置的磁场方向，这样的曲线称为磁感线；磁场的强弱大小用磁感应强度表示，在磁通量中有：

B

，所以磁感应强度也称为刺痛密度。 S22A、B选做一题

22A.如图，粗糙水平面上，两物体A、B以轻绳相连，在恒力F作用下做匀速运动。某时刻轻绳断开，A在F牵引下继续前进，B最后静止。则在B静止前，A和B组成的系统动量_________（选填：“守恒”或“不守恒“）。在B静止后，A和B组成的系统动量 。（选填：“守恒”或“不守恒“）

【答案】守恒；不守恒

【解析】轻绳断开前，A、B做匀速运动，系统受到的拉力F和摩擦力平衡，合外力等于零，即FfAfB0，所以系统动量守恒；当轻绳断开B静止之前，A、B系统的受力情况不变，即FfAfB0，所以系统的动量依然守恒；当B静止后，系统的受力情况发生改变，即FfAmAa，系统合外力不等于零，系统动量不守恒。

22B.两颗卫星绕地球运行的周期之比为27:1，则它们的角速度之比为__________，轨道半径之比为___________。 【答案】1:27；9:1

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【解析】据题意，卫星饶地球做匀速圆周运动，卫星的运行角速度与周期关系为：w即角速度与周期成反比，则

2，Tw1T21；两颗卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心w2T12732w29。 w121GMr1Mm2力，则有：G2mrw，即r3，所以有：w2r2r

23.如图，圆弧形凹槽固定在水平地面上，其中ABC是位于竖直平面内以O为圆心的一段圆弧，OA与竖直方向的夹角为α。一小球以速度v0从桌面边缘P水平抛出，恰好从A点沿圆弧的切线方向进入凹槽。小球从P到A的运动时间为____________;直线PA与竖直方向的夹角β=_________。

【答案】

v0tanα；arctan(2cotα) g【解析】据题意，小球从P点抛出后做平抛运动，小球运动到A点时将速度分解，有

tantanvyvxvtangt，则小球运动到A点的时间为：t0；从P点到A点的位移关系有：

gv0v0t2v202cot，所以PA与竖直方向的夹角为：12gttangt2tanarctan(2cot)。

24.如图，质量为m的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，处于静止状态。施加一水平向右的匀强电场后，A向右摆动，摆动的最大角度为60°，则A受到的电场力大小为 。 在改变电场强度的大小和方向后，小球A的平衡位置在α=60°处，然后再将A的质量改变为2m，其新的平衡位置在α=30°处，A受到的电场力大小为 。

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【答案】3mg；mg 325.地面上物体在变力F作用下由静止开始竖直向上运动，力F随高度x的变化关系如图所示，物体能上升的最大高为h，h【答案】0或h；

gh

2HhF0F，可以计算出物体到达h处时力FF00h；物体从地面到h处HH【解析】据题意，从图可以看出力F是均匀减小的，可以得出力F随高度x的变化关系：

FF0kx，而k的过程中，力F做正功，重力G做负功，由动能定理可得：Fhmgh，而

FF0FF2mgHF00h，可以计算出：F0，则物体在初位置加速度为：22H2Hh- 12 - / 21

gh；当物体运动到h处时，加速度为：mgFma，

2Hh2mgH2mghgh而F，计算处理得：a，即加速度最大的位置是0或h处。 2Hh2Hh2HhF0mgma，计算得：a五。实验题（共24分）

26.（3分）在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小”）。 【答案】光电门；大

27.（6分）在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中 （1）（多选题）用多用电测电流或电阻的过程中 （A）在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零 （B）在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零 （C）在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测 （D）在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测 【答案】A，D

【解析】多用电表测量电阻时，更换倍率后都必须重新进行欧姆调零，选项A正确；测量电流前需要进行机械调零，更换量程时不需要进行再次调零，选项B错误；在测量未知电阻时，必须先用电压表测试电阻内是否带有电源，再大致估计电阻大小选择大致倍率，故选项C错误；在测量未知电流时，必须选择电流最大量程进行测试，避免电表烧坏，故选项D正确。 （2）测量时多用电表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10V”挡，其读数为 Ｖ；若选择开关处于“×10”挡，其读数为 200 Ω（选填:“大于”，“等于”或“小于”）。

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【答案】5.4；小于

【解析】若选择开关处于“10V”挡，则电表的最小刻度为0.2v，此时读数为5.4v；若选择开关处于“×10”挡，欧姆表的中央刻度为15，此时指针指示未知小于15，所以读数应该小于150Ω，故小于200Ω。

28.(7分)“用DIS描绘电场的等势线”的实验装置示意图如图所示。

（1）（单选题）该实验描绘的是 （A）两个等量同种电荷周围的等势线 （B）两个等量异种电荷周围的等势线 （C）两个不等量同种电荷周围的等势线 （D）两个不等量异种电荷周围的等势线 【答案】B

【解析】该实验中，用A、B两个接线柱分别接在电源的正负极上，一个带正电另外一个带负点，模拟等量异种电荷产生的电场，所以选项B正确。 （2）（单选题）实验操作时，需在平整的木板上依次铺放 （A）导电纸、复写纸、白纸 （B）白纸、导电纸、复写纸 （C）导电纸、白纸、复写纸 （D）白纸、复写纸、导电纸

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【答案】D

【解析】在实验中，最上边一层是导电纸，这样才可以使A、B接线柱电流通过导电纸；接下来依次是复写纸和白纸，实验过程中在导电纸上找到电势相同的点，需要用探针在导电纸上作标记，标记通过复写纸就印到最下层的白纸上。

（3）若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点（f、d连线与A、B连线垂直）时，示数小于零。为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针 （选填：“向左”或“向右”）移动。 【答案】向右

【解析】据题意，只有当指针示数为零时才说明两点的电势相等，现在保持红色探针与d点接触，为了保证电压表示数为零，需要使黑色探针与红色探针电势相等，则要把黑色探针向右移动。

29.（8分）某同学制作了一个结构如图（a）所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0.5m。将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为270K时，用一段水银将长度为0.3m的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图（b）所示（实验中大气压强不变）。

（1）管内水银柱长度为 m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为 K。 （2）若气柱初始长度大于0.3m，该温度计能测量的最高温度将 （选填：“增大”，“不变”或“减小”）。

（3）若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将 （选填：“偏高”，“不变”或“偏低”）。

【答案】（1）0.1；360 （2）减小（3）偏低

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【解析】（1）、由于轻质管可以绕O点转动，通过力矩关系有：设水银长度的一半为x，封闭气体长度为l，FLgsx(lx)，研究气体长度为0.3m和0.35m两个位置，可以计算出水银长度为：2x0.1m；为保

六、计算题（共50分）

30.（10分）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分A和B，上下两部分气体初温度相等，且体积VA＞VB。

（1）若A、B两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？ 某同学解答如下： 设两部分气体压强不变，由

V1V2T，…，VV，…，所以水银柱将向下移动。 T1T2T上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。 （2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系。

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【答案】（1）不正确 水银柱向上移动 （2）ΔpA=ΔpB 【解析】（1）不正确。

水银柱移动的原因是升温后，由于压强变化造成受力平衡被破坏，因此应该假设气体体积不变，由压强变化判断移动方向。

正确解法：设升温后上下部分气体体积不变，则由查理定律可得

pp TTΔTΔpppΔTp T因为ΔT0，pA31.（12分）风洞是研究空气动力学的实验设备。如图，将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3.2m处，杆上套一质量m=3kg，可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15N，方向水平向左。小球以速度v0=8m/s向右离开杆端，假设小球所受风力不变，取g=10m/s2。求： （1）小球落地所需时间和离开杆端的水平距离； （2）小球落地时的动能。

（3）小球离开杆端后经过多少时间动能为78J？

【答案】（1）4.8m （2）120J （3）0.24s

【解析】（1）小球在竖直方向做自由落体运动，运动时间为

t2Hg0.8s

小球在水平方向做匀减速运动，加速度 aFm5m/s2

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32.（14分）如图（a），长度L=0.8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A，其电荷量Q=1.810C；一质量m=0.02kg，带电量为q的小球B套在杆上。将杆沿水平方向固定于某非均匀外电场中，以杆左端为原点，沿杆向右为x轴正方向建立坐标系。点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线I所示，小球B所受水平方向的合力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线II所示，其中曲线II在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范围可近似看作直线。求：（静电力常量k910Nm/C）

927

（1）小球B所带电量q;

（2）非均匀外电场在x=0.3m处沿细杆方向的电场强度大小E； （3）在合电场中，x=0.4m与x=0.6m之间的电势差U。

（4）已知小球在x=0.2m处获得v=0.4m/s的初速度时，最远可以运动到x=0.4m。若小球在x=0.16m处受到方向向右，大小为0.04N的恒力作用后，由静止开始运动，为使小球能离开细杆，恒力作用的做小距离s是多少？

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【答案】（1）110C （2）310N/C （3）800v （4）0.065m 【解析】（1）由图可知，当x=0.3m时，F1因此qF1x2kQ1106C

64kqQx20.018N

（2）设在x=0.3m处点电荷与小球间作用力为F2， F合=F2+qE 因此EF合qF20.0120.018N/C11063104N/C

电场在x=0.3m处沿细秆方向的电场强度大小为3104N/C，方向水平向左。

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由图可知小球从x0.4m到x0.8m处 电场力做功W3=－0.004×0.4=1.610由动能定理 W1+W2+W3+F外s=0 解得

3J

s=W1W2W3=0.065m

F外

33.（14分）如图，一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内，磁感应强度为B的匀强磁场与．．．平面垂直。一足够长，质量为m的直导体棒沿x轴方向置于轨道上，在外力F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀速加速直线运动，运动时棒与x轴始终平行。棒单位长度的电阻ρ，与电阻不计的轨道接触良好，运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P=ky3/2（SI）。求：

（1）导体轨道的轨道方程y=f（x）；

（2）棒在运动过程中受到的安培力Fm随y的变化关系； （3）棒从y=0运动到y=L过程中外力F的功。

kk4aB222y （3）W=L2+maL )x （2）【答案】（1）y(k2a22a【解析】（1）设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为（±x,y）,安培力的功率

B2l2vF

R4B2x2v2Pky3/2

R

棒做匀加速运动

v22ay

R2x

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代入前式得

4aB222y()x

k轨道形式为抛物线。

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