2021年高考物理真题试卷（湖南卷）

更新时间：2021-06-15 浏览次数：572 类型：高考真卷

一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. (2023高二下·新会期中) 核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（）

A . 放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽 B . 原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒 C . 改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期 D . 过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害

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2. (2021高二上·张家港期中) 物体的运动状态可用位置 $\text{[math]}$ 和动量 $\text{[math]}$ 描述，称为相，对应 $\text{[math]}$ 图像中的一个点。物体运动状态的变化可用 $\text{[math]}$ 图像中的一条曲线来描述，称为相轨迹。假如一质点沿 $\text{[math]}$ 轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，则对应的相轨迹可能是（）

A . B . C . D .

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3. (2022高三上·邢台月考) “复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为 $\text{[math]}$ 的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为 $\text{[math]}$ ，若动车组所受的阻力与其速率成正比（ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 为常量），动车组能达到的最大速度为 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（）

A . 动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变 B . 若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动 C . 若四节动力车厢输出的总功率为 $\text{[math]}$ ，则动车组匀速行驶的速度为 $\text{[math]}$ D . 若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间 $\text{[math]}$ 达到最大速度 $\text{[math]}$ ，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为 $\text{[math]}$

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4. (2021·湖南) 如图，在 $\text{[math]}$ 位置放置电荷量为 $\text{[math]}$ 的正点电荷，在 $\text{[math]}$ 位置放置电荷量为 $\text{[math]}$ 的负点电荷，在距 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ 的某点处放置正点电荷Q，使得 $\text{[math]}$ 点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为（）

A . $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

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5. (2023高三上·北京市期中) 质量为M的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，A为半圆的最低点，B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是（）

A . 推力F先增大后减小 B . 凹槽对滑块的支持力先减小后增大 C . 墙面对凹槽的压力先增大后减小 D . 水平地面对凹槽的支持力先减小后增大

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6. (2023高二下·广州期末) 如图，理想变压器原、副线圈匝数比为 $\text{[math]}$ ，输入端 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L₁、L₂的阻值始终与定值电阻 $\text{[math]}$ 的阻值相同。在滑动变阻器 $\text{[math]}$ 的滑片从 $\text{[math]}$ 端滑动到 $\text{[math]}$ 端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（）

A . L₁先变暗后变亮，L₂一直变亮 B . L₁先变亮后变暗，L₂一直变亮 C . L₁先变暗后变亮，L₂先变亮后变暗 D . L₁先变亮后变暗，L₂先变亮后变暗

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二、多项选择题：本小题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部做对的得5分，选对但不全对的得3分，有选错的得0分。

7. (2021·湖南) 2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（）

A . 核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 $\text{[math]}$ 倍 B . 核心舱在轨道上飞行的速度大于 $\text{[math]}$ C . 核心舱在轨道上飞行的周期小于 $\text{[math]}$ D . 后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小

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8. (2021·湖南) 如图（a），质量分别为m_A、m_B的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力 $\text{[math]}$ 作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为 $\text{[math]}$ 。撤去外力并开始计时，A、B两物体运动的 $\text{[math]}$ 图像如图（b）所示， $\text{[math]}$ 表示0到 $\text{[math]}$ 时间内 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 图线与坐标轴所围面积大小， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 分别表示 $\text{[math]}$ 到 $\text{[math]}$ 时间内A、B的 $\text{[math]}$ 图线与坐标轴所围面积大小。A在 $\text{[math]}$ 时刻的速度为 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（）

A . 0到 $\text{[math]}$ 时间内，墙对B的冲量等于m_Av₀ B . m_A > m_B C . B运动后，弹簧的最大形变量等于 $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

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9. (2021·湖南) 如图，圆心为 $\text{[math]}$ 的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 为该圆直径。将电荷量为 $\text{[math]}$ 的粒子从 $\text{[math]}$ 点移动到 $\text{[math]}$ 点，电场力做功为 $\text{[math]}$ ；若将该粒子从 $\text{[math]}$ 点移动到 $\text{[math]}$ 点，电场力做功为 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（）

A . 该匀强电场的场强方向与ab平行 B . 将该粒子从d点移动到b点，电场力做功为 $\text{[math]}$ C . a点电势低于c点电势 D . 若只受电场力，从d点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动

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10. 两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度v₀。水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（）

A . B与v₀无关，与 $\text{[math]}$ 成反比 B . 通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变 C . 通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等 D . 调节H、v₀和B，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变

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三、非选择题：共54分。第11~14题为必考题，考生都必须作答。第15~16题为选考题，考生根据要求作答。

11. (2021·湖南) 某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：

⑴用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图（b）所示，h=cm；

⑵接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；

⑶在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；

⑷在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；

⑸在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表：

n	1	2	3	4	5	6
$\text{[math]}$	0.087	0.180	0.260		0.425	0.519

根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线。

如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是 $\text{[math]}$ （保留三位有效数字）。

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12. (2021·湖南) 某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为 $\text{[math]}$ ）、一个电流表（内阻为 $\text{[math]}$ ）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于 $\text{[math]}$ ，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
⑴将器材如图（a）连接：

⑵开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的端（填“a”或“b”）；

⑶改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角 $\text{[math]}$ 和电流表示数 $\text{[math]}$ ，得到多组数据；

⑷整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为 $\text{[math]}$ ，与纵轴截距为 $\text{[math]}$ ，设单位角度对应电阻丝的阻值为 $\text{[math]}$ ，该电池电动势和内阻可表示为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ （用 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）

⑸为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值 $\text{[math]}$ 。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；

利用测出的 $\text{[math]}$ ，可得该电池的电动势和内阻。

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四、解答题

13. (2021·湖南) 带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一、带电粒子流（每个粒子的质量为 $\text{[math]}$ 、电荷量为 $\text{[math]}$ ）以初速度 $\text{[math]}$ 垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在 $\text{[math]}$ 平面内的粒子，求解以下问题。
1. （1）如图（a），宽度为 $\text{[math]}$ 的带电粒子流沿 $\text{[math]}$ 轴正方向射入圆心为 $\text{[math]}$ 、半径为 $\text{[math]}$ 的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点 $\text{[math]}$ ，求该磁场磁感应强度 $\text{[math]}$ 的大小；
2. （2）如图（a），虚线框为边长等于 $\text{[math]}$ 的正方形，其几何中心位于 $\text{[math]}$ 。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到 $\text{[math]}$ 点的带电粒子流经过该区域后宽度变为 $\text{[math]}$ ，并沿 $\text{[math]}$ 轴正方向射出。求该磁场磁感应强度 $\text{[math]}$ 的大小和方向，以及该磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）；
3. （3）如图（b），虛线框Ⅰ和Ⅱ均为边长等于 $\text{[math]}$ 的正方形，虚线框Ⅲ和Ⅳ均为边长等于 $\text{[math]}$ 的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为 $\text{[math]}$ 的带电粒子流沿 $\text{[math]}$ 轴正方向射入Ⅰ和Ⅱ后汇聚到坐标原点 $\text{[math]}$ ，再经过Ⅲ和Ⅳ后宽度变为 $\text{[math]}$ ，并沿 $\text{[math]}$ 轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁场磁感应强度的大小，以及Ⅱ和Ⅳ中匀强磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）。
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14. (2021·湖南) 如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为 $\text{[math]}$ 的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道 $\text{[math]}$ 。质量为 $\text{[math]}$ 的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为 $\text{[math]}$ 。以水平轨道末端 $\text{[math]}$ 点为坐标原点建立平面直角坐标系 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 轴的正方向水平向右， $\text{[math]}$ 轴的正方向竖直向下，弧形轨道 $\text{[math]}$ 端坐标为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 端在 $\text{[math]}$ 轴上。重力加速度为 $\text{[math]}$ 。
1. （1）若A从倾斜轨道上距 $\text{[math]}$ 轴高度为 $\text{[math]}$ 的位置由静止开始下滑，求 $\text{[math]}$ 经过 $\text{[math]}$ 点时的速度大小；
2. （2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过 $\text{[math]}$ 点落在弧形轨道 $\text{[math]}$ 上的动能均相同，求 $\text{[math]}$ 的曲线方程；
3. （3）将质量为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为常数且 $\text{[math]}$ ）的小物块 $\text{[math]}$ 置于 $\text{[math]}$ 点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距 $\text{[math]}$ 轴高度的取值范围。
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五、【选修3-3】

15. (2021·湖南)
1. （1）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从 $\text{[math]}$ 下降 $\text{[math]}$ 高度到 $\text{[math]}$ 位置时，活塞上细沙的总质量为 $\text{[math]}$ 。在此过程中，用外力 $\text{[math]}$ 作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强 $\text{[math]}$ 保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（）
  
  A . 整个过程，外力 $\text{[math]}$ 做功大于0，小于 $\text{[math]}$ B . 整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C . 整个过程，理想气体的内能增大 D . 整个过程，理想气体向外界释放的热量小于 $\text{[math]}$ E . 左端活塞到达 $\text{[math]}$ 位置时，外力 $\text{[math]}$ 等于 $\text{[math]}$
2. （2）小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量 $\text{[math]}$ 、截面积 $\text{[math]}$ 的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点 $\text{[math]}$ 上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量 $\text{[math]}$ 的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为 $\text{[math]}$ 时，测得环境温度 $\text{[math]}$ 。设外界大气压强 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ 。
  
  （i）当电子天平示数为 $\text{[math]}$ 时，环境温度 $\text{[math]}$ 为多少？
  
  （ii）该装置可测量的最高环境温度 $\text{[math]}$ 为多少？
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16. (2021·湖南)
1. （1）均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t = 0时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图（b）所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是（）
  
  A . 该波从A点传播到B点，所需时间为 $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ 时，B处质点位于波峰 C . $\text{[math]}$ 时，C处质点振动速度方向竖直向上 D . $\text{[math]}$ 时，D处质点所受回复力方向竖直向上 E . E处质点起振后， $\text{[math]}$ 内经过的路程为 $\text{[math]}$
2. （2）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高 $\text{[math]}$ 的人站在水平地面上，其正前方 $\text{[math]}$ 处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为 $\text{[math]}$ 、深度为 $\text{[math]}$ ，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。
  
  （i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？
  
  （ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
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