2021年全国统一高考物理试卷（海南卷）含答案与解析

公元前4世纪末，我国的《墨经》中提到“力，形之所以奋也”，意为力是使有形之物突进或加速运动的原因。力的单位用国际单位制的基本单位符号来表示，正确的是（　　）

水上乐园有一末段水平的滑梯，人从滑梯顶端由静止开始滑下后落入水中。如图所示，滑梯顶端到末端的高度 $H=4.0\text{m}$，末端到水面的高度 $h=1.0\text{m}$。取重力加速度 $g=10\text{m}/{\text{s}}^2$，将人视为质点，不计摩擦和空气阻力。则人的落水点到滑梯末端的水平距离为（　　）

某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为 $E_{\text{k}}$，已知该金属的逸出功为 $W_0$，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率 $\nu$为（　　）

2021年4月29日，我国在海南文昌用长征五号B运载火箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道。核心舱运行轨道距地面的高度为 $400\text{km}$左右，地球同步卫星距地面的高度接近 $\text{36000km}$。则该核心舱的（　　）

1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为 ${}_3{}^7\mathit{Li}{+}_1^1\text{H}{\to }_{\text{Z}}^{\text{A}}\text{Be}\to 2\text{X}$。已知 ${}_1{}^1\mathrm{H}$、 ${}_3{}^7\mathit{Li}$、X的质量分别为 $m_1=1.00728\text{u}$、 $m_2=7.01601\text{u}$、 $m_3=4.00151\text{u}$，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（　　）

如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形 $\mathit{MNPQ}$， $\mathit{MN}=2\mathit{NP}$，其折射率为 $\sqrt{2}$。一束单色光在纸面内以 $\alpha =45°$的入射角从空气射向 $\mathit{MQ}$边的中点O，则该束单色光（　　）

如图，两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连，开始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力F作用在P上后，轻绳的张力变为原来的一半。已知P、Q两物块的质量分别为 $m_{\text{p}}=0.5\text{kg}$、 $m_{\text{Q}}=0.2\text{kg}$，P与桌面间的动摩擦因数 $\mu =0.5$，重力加速度 $g=10\text{m}/{\text{s}}^2$。则推力F的大小为（　　）

如图，V型对接的绝缘斜面M、N固定在水平面上，两斜面与水平面夹角均为 $\alpha =60°$，其中斜面N光滑。两个质量相同的带电小滑块P、Q分别静止在M、N上，P、Q连线垂直于斜面M，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则P与M间的动摩擦因数至少为（　　）

如图，理想变压器原线圈接在 $u=220\sqrt{2}\sin 100\mathit{\pi t}\left(\text{V}\right)$的交流电源上，副线圈匝数可通过滑片P来调节。当滑片P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比 $n_1:n_2=2:1$，为了使图中“ $\text{100V}$， $\text{50W}$”的灯泡能够正常发光，下列操作可行的是（　　）

甲、乙两人骑车沿同一平直公路运动， $t=0$时经过路边的同一路标，下列位移-时间 $(x-t)$图像和速度-时间 $(v-t)$图像对应的运动中，甲、乙两人在 $t_0$时刻之前能再次相遇的是（　　）

如图，在匀强电场中有一虚线圆， $\mathit{ab}$和 $\mathit{cd}$是圆的两条直径，其中 $\mathit{ab}$与电场方向的夹角为 $60°$， $\mathit{ab}=0.2\text{m}$， $\mathit{cd}$与电场方向平行，a、b两点的电势差 $U_{\mathit{ab}}=20\text{V}$。则（　　）

如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线 $\mathit{ac}$过原点。则气体（　　）

如图，在平面直角坐标系 $\mathit{Oxy}$的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q的相同粒子从y轴上的 $P(0,\sqrt{3}L)$点，以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场，设入射速度方向与y轴正方向的夹角为 $\alpha \left(0\le \alpha \le 180°\right)$。当 $\alpha ={150}^{°}$时，粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则（　　）

在伏安法测电阻的实验中，提供以下实验器材：电源E（电动势约 $\text{6V}$，内阻约 $\text{1Ω}$），待测电阻 $R_{\text{x}}$（阻值小于 $10\text{Ω}$），电压表V（量程 $3\text{V}$，内阻约 $3\text{kΩ}$），电流表A（量程 $0.6\text{A}$，内阻约 $1\text{Ω}$），滑动变阻器（最大阻值 $20\text{Ω}$），单刀开关 ${\text{S}}_1$，单刀双掷开关 ${\text{S}}_2$，导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。

回答下列问题：

（1）闭合开关 ${\text{S}}_{\text{1}}$前，滑动变阻器的滑片P应滑到___________（填“a”或“b”）端；

（2）实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将 ${\text{S}}_2$拨向___________（填“c”或“d”）；在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是___________（填正确选项前的标号）；

（3）实验时，若已知电流表的内阻为 $1.2\text{Ω}$，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将 ${\text{S}}_{\text{2}}$拨向___________（填“c”或“d”）；读得电压表的示数为 $2.37\text{V}$，电流表的示数为 $0.33\text{A}$，则 $R_{\text{x}}=$___________ $\text{Ω}$（结果保留两位有效数字）。

为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。

（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________；

①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；

②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；

③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；

⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；

⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间 $\text{Δ}{t}_1$、 $\text{Δ}{t}_2$；

⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面高度 $h_1$、 $h_2$；

⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。

（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则 $d=$___________ $\text{mm}$；某次实验中，测得 $\text{Δ}{t}_1=11.60\text{ms}$，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度 $v_1=$___________ $\text{m/s}$（保留3位有效数字）；

（3）在误差允许范围内，若 $h_1-h_2=$___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；

（4）写出两点产生误差的主要原因：___________。

一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在 $0~4s$内的振动图像如图（a）所示，已知波的传播速度为 $0.5m/s$。

（1）求这列横波的波长；

（2）求波源在4s内通过的路程；

（3）在图（b）中画出 $t=4s$时刻的波形图。

如图，一长木板在光滑的水平面上以速度 $v_0$向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。

（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；

（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离；

（3）若滑块轻放在木板最右端的同时，给木板施加一水平向右的外力，使得木板保持匀速直线运动，直到滑块相对木板静止，求此过程中滑块的运动时间以及外力所做的功。

如图，间距为l的光滑平行金属导轨，水平放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨左端接有阻值为R的定值电阻，一质量为m的金属杆放在导轨上。金属杆在水平外力作用下以速度 $v_0$向右做匀速直线运动，此时金属杆内自由电子沿杆定向移动的速率为 $u_0$。设金属杆内做定向移动的自由电子总量保持不变，金属杆始终与导轨垂直且接触良好，除了电阻R以外不计其它电阻。

（1）求金属杆中的电流和水平外力的功率；

（2）某时刻撤去外力，经过一段时间，自由电子沿金属杆定向移动的速率变为 $\frac{u_0}{2}$，求：

（i）这段时间内电阻R上产生的焦耳热；

（ii）这段时间内一直在金属杆内的自由电子沿杆定向移动的距离。