2021年新高考江苏物理卷及答案解析（原卷+解析卷）

江苏省2021年普通高中学业水平选择性考试

物理

一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分，每题只有一个选项最符合题意

1. 用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的产生和另一种粒子X，则X是（　　）

A. 质子 B. 粒子 C. 粒子 D. 正电子

【答案】A

【解析】

【详解】该核反应方程为

可知X是质子。

故选A。

2. 有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为的电容器，在内细胞膜两侧的电势差从变为，则该过程中跨膜电流的平均值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】根据

Q=CU

可知

∆Q=C∆U=10-8×(30+70)×10-3C=10-9C

则该过程中跨膜电流的平均值为

故选D

3. 我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星（　　）

A. 运动速度大于第一宇宙速度

B. 运动速度小于第一宇宙速度

C. 轨道半径大于“静止”在赤道上空的同步卫星

D. 轨道半径小于“静止”在赤道上空的同步卫星

【答案】B

【解析】

【详解】AB．第一宇宙速度是指绕地球表面做圆周运动的速度，是环绕地球做圆周运动的所有卫星的最大环绕速度，该卫星的运转半径远大于地球的半径，可知运行线速度小于第一宇宙速度，选项A错误B正确；

CD．根据

可知

因为该卫星的运动周期与地球自转周期相同，等于“静止”在赤道上空的同步卫星的周期，可知该卫星的轨道半径等于“静止”在赤道上空的同步卫星的轨道半径，选项CD错误。

故选B

4. 如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P，以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为，则P做简谐运动的表达式为（　　）

A.

B.

C.

D.

【答案】B

【解析】

【详解】由图可知，影子P做简谐运动的振幅为，以向上为正方向，设P的振动方程为

由图可知，当时，P的位移为，所用时间为

代入振动方程解得

则P做简谐运动的表达式为

故B正确，ACD错误。

故选B。

5. 在光滑桌面上将长为的软导线两端固定，固定点的距离为，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】从上向下看导线的图形如图所示

导线的有效长度为2L，则所受的安培力大小

设绳子的张力为，由几何关系可知

解得

故A正确，BCD错误。

故选A.

6. 铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，ABD错误。

故选C

7. 某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于面射入，可以看到光束从圆弧面出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（　　）

A. 1.2 B. 1.4 C. 1.6 D. 1.8

【答案】A

【解析】

【详解】画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示

全反射的条件

由几何关系知

联立解得

故A正确，BCD错误.

故选A.

8. 如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值

可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。

故选C。

9. 如图所示，A、B两篮球从相同高度同时抛出后直接落入篮筐，落入篮筐时的速度方向相同，下列判断正确的是（　　）

A. A比B先落入篮筐

B. A、B运动的最大高度相同

C. A在最高点的速度比B在最高点的速度小

D. A、B上升到某一相同高度时速度方向相同

【答案】D

【解析】

【详解】AB．若研究两个过程的逆过程，可看做是从篮筐沿同方向斜向上的斜抛运动，落到同一高度上的AB两点，则A上升的高度较大，高度决定时间，可知A运动时间较长，即B先落入篮筐中，AB错误；

C．因为两球抛射角相同，A的射程较远，则A球的水平速度较大，即在最高点的速度比B在最高点的速度大，C错误；

D．由斜抛运动的对称性可知，当A、B上升到与篮筐相同高度时的速度方向相同，D正确。

故选D。

10. 一球面均匀带有正电荷，球内的电场强度处处为零，如图所示，O为球心，A、B为直径上的两点，，现垂直于将球面均分为左右两部分，C为截面上的一点，移去左半球面，右半球面所带电荷仍均匀分布，则（　　）

A. O、C两点电势相等

B. A点的电场强度大于B点

C. 沿直线从A到B电势先升高后降低

D. 沿直线从A到B电场强度逐渐增大

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】A．由于球壳内部的场强为零，补全以后可知在右侧球壳任取一点，该点和C连线后过左半边球壳一点，两点对C的库仑力为零，即等大反向共线，将左侧沿竖直对称到右侧球面，则可以知道这两个点在C点的合场强水平向左，根据叠加原理可知C点场强向左，同理OC上都是水平向左，因此OC是等势线，故A正确；
BD．将题中半球壳补成一个完整的球壳，且带电均匀，设左、右半球在A点产生的电场强度大小分别为E1和E2；由题知，均匀带电球壳内部电场强度处处为零，则知

E1=E2

根据对称性，左右半球在B点产生的电场强度大小分别为E2和E1，且

E1=E2

在图示电场中，A的电场强度大小为E2，方向向左，B的电场强度大小为E1，方向向左，所以A点的电场强度与B点的电场强度相同，沿直线从A到B电场强度不可能逐渐增大，故BD错误；

C．根据电场的叠加原理可知，在AB连线上电场线方向向左，沿着电场线方向电势逐渐降低，则沿直线从A到B电势升高，故C错误；
故选A。

二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。

11. 小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量，槽码和挂钩的总质量。实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放，数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间和，以及这两次开始遮光的时间间隔，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的变化量。

（1）游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度___________；

（2）打开气泵，带气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是___________；

（3）多次改变光电门2的位置进行测量，得到和的数据如下表请根据表中数据，在方格纸上作出图线___________。

（4）查得当地的重力加速度，根据动量定理，图线斜率的理论值为___________；

（5）实验结果发现，图线斜率实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因时___________。

A．选用的槽码质量偏小

B．细线与气垫导轨不完全平行

C．每次释放滑块的位置不同

D．实验中的测量值偏大

【答案】    ①. 10.20    ②. 将气垫导轨调至水平    ③.
    ④. 1.96    ⑤. BD##DB

【解析】

【详解】（1）[1]游标卡尺的读数为；

（2）[2]滑块保持稳定，说明气垫导轨水平；

（3）[3]根据表格中数据描点并用直线连接

（4）[4] 根据动量定理变形得

则图线斜率的理论值

（5）[5]根据动量定理变形得

A．槽码质量偏小，而实际的槽码质量偏大，则合外力偏大，所以图线斜率的实验值偏大，A错误；

B．细线与气垫导轨不平行，滑块实际所受合外力为的水平分力，所以图线斜率的实验值偏小，B正确；

C．滑块释放的位置与斜率相关的参量无关，C错误；

D．偏大，则偏小，图线斜率偏小，D正确。

故选BD。

12. 贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，线圈的匝数为100、面积为，电阻为，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流为。求：

（1）线圈中感应电动势的有效值E；

（2）线圈的输出功率P。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）电动势的最大值

有效值

解得

带入数据得

（2）输出电压

输出功率

解得

代入数据得

13. 如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为和。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中

（1）内能的增加量；

（2）最终温度T。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）活塞移动时受力平衡

气体对外界做功

根据热力学第一定律

解得

（2）活塞发生移动前，等容过程

活塞向右移动了L，等压过程

且

解得

14. 如图所示的离心装置中，光滑水平轻杆固定在竖直转轴的O点，小圆环A和轻质弹簧套在轻杆上，长为的细线和弹簧两端分别固定于O和A，质量为m的小球B固定在细线的中点，装置静止时，细线与竖直方向的夹角为，现将装置由静止缓慢加速转动，当细线与竖直方向的夹角增大到时，A、B间细线的拉力恰好减小到零，弹簧弹力与静止时大小相等、方向相反，重力加速度为g，取，，求：

（1）装置静止时，弹簧弹力的大小F；

（2）环A的质量M；

（3）上述过程中装置对A、B所做的总功W。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设、的张力分别为、，A受力平衡

B受力平衡

解得

（2）设装置转动的角速度为，对A

对B

解得

（3）B上升的高度，A、B的动能分别为

；

根据能量守恒定律可知

解得

15. 如图1所示，回旋加速器的圆形匀强磁场区域以O点为圆心，磁感应强度大小为B，加速电压的大小为U、质量为m、电荷量为q的粒子从O附近飘入加速电场，多次加速后粒子经过P点绕O做圆周运动，半径为R，粒子在电场中的加速时间可以忽略。为将粒子引出磁场，在P位置安装一个“静电偏转器”，如图2所示，偏转器的两极板M和N厚度均匀，构成的圆弧形狭缝圆心为Q、圆心角为，当M、N间加有电压时，狭缝中产生电场强度大小为E的电场，使粒子恰能通过狭缝，粒子在再次被加速前射出磁场，不计M、N间的距离。求：

（1）粒子加速到P点所需要的时间t；

（2）极板N的最大厚度；

（3）磁场区域的最大半径。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设粒子在P的速度大小为，则根据

可知半径表达式为

根据动能定理粒子在静电场中加速有

粒子在磁场中运动的周期为

粒子运动的总时间为

解得

（2）由粒子的运动半径，结合动能表达式变形得

则粒子加速到P前最后两个半周的运动半径为

，

由几何关系

结合且解得

（3）设粒子在偏转器中的运动半径为，则在偏转器中，要使粒子半径变大，电场力应和洛伦兹力反向，共同提供向心力

设粒子离开偏转器的点为，圆周运动的圆心为。由题意知，在上，且粒子飞离磁场的点与、在一条直线上

粒子在偏转器中运动的圆心在点，从偏转器飞出，即从点离开，又进入回旋加速器中的磁场，此时粒子的运动半径又变为，然后轨迹发生偏离，从偏转器的点飞出磁场，那么磁场的最大半径即为

将等腰三角形放大如图

虚线为从点向所引垂线，虚线平分角，则

解得最大半径为