2021年上海市普通高中学业水平物理试卷
一、单项选择题（共40分。第1-8小题，每题3分，第9-12小题，每题4分。） 1．（3分）β粒子是（ ） A．原子核外电子 C．原子核内电子
B．中子转化而成 D．质子转化而成
2．（3分）α粒子散射实验中，大角度偏转（ ） A．是由于与电子的碰撞 B．是由于库仑引力
C．反映了原子核由质子和中子组成 D．来源于原子核中带正电的核
3．（3分）坐标原点的波源O产生的波向两侧传播，当波源振动频率逐渐增大时，则可能的波形图为（ ）
A．
B．
C．
D．
4．（3分）“天宫一号”探测器在火星表面悬停以寻找最佳着陆点。当它水平匀速运动时，不计空气阻力，其喷气方向为（ ） A．竖直向上
B．斜向上
C．竖直向下
D．斜向下
5．（3分）做直线运动的物体的v﹣t图像为一个半圆，如图所示。则它在0～4s内的平均速度为（ ）
A．πm/s
B．0.5πm/s C．1m/s
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D．0.25πm/s
6．（3分）如图所示为气体分子的速率分布图线。纵坐标表示速率分子占总体的百分比，图线1下方的面积为S1，图线2下方的面积为S2。则温度T和面积S的大小关系为（ ）
A．T1＞T2
B．T1＜T2
C．S1＞S2
D．S1＜S2
7．（3分）有一个圆形的光滑轨道，一个质点以v＝的速度v与加速度a，下列说法中正确的是（ ） A．v＝0，a＝0
B．v≠0，a＝0
的速度从轨道底部驶入，关于它
C．v＝0，a≠0 D．v≠0，a≠0
8．（3分）一带正电的物体沿电场线方向运动，则（ ） A．受力增大
B．速度减小
C．电势能减小
D．加速度减小
9．（4分）物体做直线运动的频闪照片如图所示，则（ ）
A．加速度向左
B．速度向左
C．加速度向右
D．速度向右
10．（4分）在一根电流随时间均匀增加的长直导线周围存在（ ） A．恒定的匀强磁场
B．恒定的非匀强磁场 C．随时间变化的匀强磁场 D．随时间变化的非匀强磁场
11．（4分）一根足够长的试管开口向下，中间用水银封闭了一定质量的气体，如图所示。现将试管绕定点缓慢向右转到虚线处（ ）
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A． B．
C． D．
12．（4分）如图，在一个点电荷Q附近的a、b两点放置检验电荷。则检验电荷的受力F与其电荷量q的关系图为（ ）
A．
B．
C．
D．
二、填空题（共20分，每题4分）
13．（4分）氚核H的中子数为 。它的半衰期为12年，则经过 年后，氚核的数
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量减小为原来的。
14．（4分）密闭容器中气体温度降低，则气体分子的 减小。容器壁单位面积上受到分子撞击的平均作用力 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 15．（4分）上海科学家创造出的激光在2×10
﹣
﹣14
s内产生400J的能量。则它的平均功率为
W。若它的中心波长为8×107m，对应的频率应该为 Hz。
16．（4分）已知M的单位是kg/mol，T的单位为K，C的单位为J/（K•mol） 。若存在v＝＝ 。
17．（4分）在测量引力常量G的实验中，小球（可视为质点）偏离竖直方向一个小角度θ，质量为M的均匀圆球快速移开后，小球运动 （填写“可以”或“不可以”）视为简谐运动。若测量出两球心距r、圆球质量M、小球偏离竖直方向的水平距离d和小球摆动的周期T后，引力常量G可以表示为 。（当θ很小时，sinθ≈tanθ）
，α为无量纲数，则λ
三、综合题（共40分）注意：第19、20题在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 18．（10分）在“描绘等量异种电荷等势线”的实验中： （1）实验中需要使用 传感器。
（2）红、黑表笔分别接在d、f时，Udf＜0，则红表笔不动，黑表笔接在e点时，Ude 0（填写“＞”、“＜”或“＝”）。 （3）请画出f点所在的等势面。 （4）实验中实际测得的是 。 （A）等量同种电荷的等势面 （B）等量异种电荷的等势面 （C）稳恒电流场中的等势面 （D）变化电流场中的等势面
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19．（14分）如图，在倾角为θ的斜面ABC上，AB光滑且长为L（摩擦因数恒定）且足够长。一质量为m的物体在平行与斜面的力F作用下，从静止开始运动，经过t0到达B点。重力加速度为g，求： （1）AB段的拉力F的大小；
（2）物体运动到B点时拉力的功率PB；
（3）若BC段拉力的功率恒为PB，且物体做减速运动。定性画出物体由A运动到C的v﹣t图像。
20．（16分）如图（a）所示，竖直放置的足够长光滑平行导轨，导轨位于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8T。一根内阻不计金属棒跨接在导轨上，R0＝10Ω，R为一电阻性原件。电键S断开时，金属棒由静止释放（b）所示。g取10m/s2，求： （1）金属棒匀速直线运动时的速度； （2）金属棒的质量；
（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能。
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2021年上海市普通高中学业水平物理试卷
参考答案与试题解析
一、单项选择题（共40分。第1-8小题，每题3分，第9-12小题，每题4分。） 1．（3分）β粒子是（ ） A．原子核外电子 C．原子核内电子
B．中子转化而成 D．质子转化而成
【解答】解：β粒子是发生β衰变时，是由于原子核内一个中子转变为一个质子，故ACD错误； 故选：B。
2．（3分）α粒子散射实验中，大角度偏转（ ） A．是由于与电子的碰撞 B．是由于库仑引力
C．反映了原子核由质子和中子组成 D．来源于原子核中带正电的核
【解答】解：α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，其运动方向几乎不改变；
α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；三是这一粒子的体积很小， 综上所述，故ABC错误； 故选：D。
3．（3分）坐标原点的波源O产生的波向两侧传播，当波源振动频率逐渐增大时，则可能的波形图为（ ）
A．
B．
C．
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D．
【解答】解：波速由介质决定，波速不变，频率变大，波长变小，波长都变小，BCD错误。 故选：C。
4．（3分）“天宫一号”探测器在火星表面悬停以寻找最佳着陆点。当它水平匀速运动时，不计空气阻力，其喷气方向为（ ） A．竖直向上
B．斜向上
C．竖直向下
D．斜向下
【解答】解：当“天宫一号”水平匀速运动时，它处于平衡状态，根据二力平衡可判断出通过喷气使它受到的反作用力应竖直向上，故C正确。 故选：C。
5．（3分）做直线运动的物体的v﹣t图像为一个半圆，如图所示。则它在0～4s内的平均速度为（ ）
A．πm/s
B．0.5πm/s
C．1m/s
D．0.25πm/s
【解答】解：根据v﹣t图像与时间轴围成的面积大小表示位移，可得0～4s内物体的位移为：x＝故选：B。
6．（3分）如图所示为气体分子的速率分布图线。纵坐标表示速率分子占总体的百分比，图线1下方的面积为S1，图线2下方的面积为S2。则温度T和面积S的大小关系为（ ）
＝
，平均速度为：＝＝
，故ACD错误。
A．T1＞T2
B．T1＜T2
C．S1＞S2
D．S1＜S2
【解答】解：AB、气体的温度越高，所以T1＜T2，故A错误，B正确；
CD、曲线下的面积表示分子速率从8﹣∞所有区间内分子数的比率之和，故CD错误； 故选：B。
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7．（3分）有一个圆形的光滑轨道，一个质点以v＝的速度v与加速度a，下列说法中正确的是（ ） A．v＝0，a＝0
B．v≠0，a＝0
的速度从轨道底部驶入，关于它
C．v＝0，a≠0 D．v≠0，a≠0
【解答】解：对质点从底部到与圆心等高点，根据动能定理得： ﹣mgR＝
代入数据解得：v1＝8 与圆心等高时，由于速度为零故C正确。 故选：C。
8．（3分）一带正电的物体沿电场线方向运动，则（ ） A．受力增大
B．速度减小
C．电势能减小
D．加速度减小
可知，即轨道对质点的弹力为零，故质点只受重力作用，
【解答】解：AD、一带正电的物体沿电场线方向运动，因此无法确定电场强度强弱，那么加速度也无法确定大小；
BC、根据带正电物体受到的电场力与运动方向相同，电势能减小，速度也增大，C正确； 故选：C。
9．（4分）物体做直线运动的频闪照片如图所示，则（ ）
A．加速度向左
B．速度向左
C．加速度向右
D．速度向右
【解答】解：由题图可知，从左向右物体在相等的时间间隔内的位移越来越大，即加速度方向向右。 故选：C。
10．（4分）在一根电流随时间均匀增加的长直导线周围存在（ ） A．恒定的匀强磁场
B．恒定的非匀强磁场 C．随时间变化的匀强磁场 D．随时间变化的非匀强磁场
【解答】解：据电流的磁效应可知，直线电流周围存在磁场且离导线越远磁感应强度越小，由于电流随时间均匀增加，故D正确。
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故选：D。
11．（4分）一根足够长的试管开口向下，中间用水银封闭了一定质量的气体，如图所示。现将试管绕定点缓慢向右转到虚线处（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：设管内气体的压强为p、体积为V，转过的角度为θ。 则p＝p0﹣phcosθ，当θ增大时，封闭气体的压强增大、温度不变。 AB、根据理想气体状态方程C、根据理想气体状态方程
，压强增大，故AB错误； ，气体体积减小，故C错误；
D、p﹣V图像的等温线为双曲线的一支、体积减小，故D正确。 故选：D。
12．（4分）如图，在一个点电荷Q附近的a、b两点放置检验电荷。则检验电荷的受力F与其电荷量q的关系图为（ ）
A．
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B．
C．
D．
【解答】解：离点电荷越近，电场强度越大得：F＝Eq，a电荷的F﹣q图像的斜率大于b电荷的
故B正确，ACD错误。 故选：B。
二、填空题（共20分，每题4分）
13．（4分）氚核H的中子数为 2 。它的半衰期为12年，则经过 24 年后，氚核的数量减小为原来的。
【解答】解：氚核H，则其质量数为7，那么其中子数为：3﹣1＝7； 它的半衰期为12年，而氚核的数量减小为原来的，那么经过3个半衰期； 故答案为：2，24。
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14．（4分）密闭容器中气体温度降低，则气体分子的 平均动能 减小。容器壁单位面积上受到分子撞击的平均作用力 减小 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【解答】温度是分子平均动能大小的标志，密闭容器中气体温度降低；密闭容器中气体体积不变，气体分子动能变小。 故答案为：平均动能，减小。
15．（4分）上海科学家创造出的激光在2×10
﹣
﹣14
s内产生400J的能量。则它的平均功率为
2×1016 W。若它的中心波长为8×107m，对应的频率应该为 3.75×1014 Hz。 【解答】解：根据功率公式，可得激光的平均功率为：P＝＝
16
W
根据公式c＝λf，可得对应的频率应该为：f＝故答案为：5×1016，3.75×1014。
＝
14
Hz
16．（4分）已知M的单位是kg/mol，T的单位为K，C的单位为J/（K•mol） kg•m2•s
2
﹣
•K1•mol1 。若存在v＝
﹣
﹣
，α为无量纲数，则λ＝ 0.5 。
【解答】解：国际单位中C的基本单位是：
J/（K•mol）＝N•m/（K•mol）＝kg•m2•s2•K4•mol1
﹣
﹣
﹣
的单位是：v的单位是：m•s4
﹣
所以λ＝0.5
故答案为：kg•m3•s2•K1•mol4；0.5
﹣
﹣
﹣
17．（4分）在测量引力常量G的实验中，小球（可视为质点）偏离竖直方向一个小角度θ，质量为M的均匀圆球快速移开后，小球运动 可以 （填写“可以”或“不可以”）视为简谐运动。若测量出两球心距r、圆球质量M、小球偏离竖直方向的水平距离d和小球摆动的周期T后，引力常量G可以表示为
。（当θ很小时，sinθ≈tanθ）
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【解答】解：万有引力很小，所以可知初始角度很小，对小球受力分析 F＝G
＝mgtanθ，
因为角度θ很小，sinθ≈tanθ＝mgsinθ，
设摆长是L，由图可知sinθ＝，联立解得G＝.
故答案为：可以，。
三、综合题（共40分）注意：第19、20题在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 18．（10分）在“描绘等量异种电荷等势线”的实验中： （1）实验中需要使用 电压 传感器。
（2）红、黑表笔分别接在d、f时，Udf＜0，则红表笔不动，黑表笔接在e点时，Ude ＞ 0（填写“＞”、“＜”或“＝”）。 （3）请画出f点所在的等势面。 （4）实验中实际测得的是 C 。 （A）等量同种电荷的等势面 （B）等量异种电荷的等势面 （C）稳恒电流场中的等势面 （D）变化电流场中的等势面
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【解答】解：（1）实验时需要找出等势点，所以实验中需要使用电压传感器； （2)红、黑表笔分别接在d，Udf＜0，说明d点电势低，B端为负极，故红表笔不动，Ude＞5；
（3）根据等量异种电荷形成的电场和等势面分布规律可知，过f点的等势线如图所示； （4）本实验是用DIS描绘电场的等势线，但是用恒定电流场来模拟静电场，所以模拟的是等量异种电荷的静电场，ABD错误。 故选：C
故答案为：（1）电压（2）＞（3）如图所示；（4）C。
19．（14分）如图，在倾角为θ的斜面ABC上，AB光滑且长为L（摩擦因数恒定）且足够长。一质量为m的物体在平行与斜面的力F作用下，从静止开始运动，经过t0到达B点。重力加速度为g，求： （1）AB段的拉力F的大小；
（2）物体运动到B点时拉力的功率PB；
（3）若BC段拉力的功率恒为PB，且物体做减速运动。定性画出物体由A运动到C的v﹣t图像。
【解答】解：（1）物体在AB段运动时，受力分析根据牛顿第二定律有： F﹣mgsinθ＝ma1
物体做静止开始的匀加速直线运动，满足公式：
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解得AB段的拉力F的大小为
（2）物体运动到B点时，其速度为： vB＝a1t0
在B点拉力的功率为： PB＝FvB＝
（3）根据公式P＝Fv，依题意B，且物体做减速运动，所以拉力F变大 mgsinθ+f﹣F＝ma7 解得：
公式中mgsinθ+f，保持不变2减小，当其减为零时。物体由A运动到C的v﹣t图像如图所示：
20．（16分）如图（a）所示，竖直放置的足够长光滑平行导轨，导轨位于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8T。一根内阻不计金属棒跨接在导轨上，R0＝10Ω，R为一电阻性原件。电键S断开时，金属棒由静止释放（b）所示。g取10m/s2，求： （1）金属棒匀速直线运动时的速度； （2）金属棒的质量；
（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能。
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【解答】解：（1）由图可知，金属棒匀速直线运动时电压表的读数U＝6V 由于不计金属棒内阻，则金属棒产生的感应电动势E＝U 结合E＝BLv0，解得金属棒匀速直线运动时的速度：v5＝10m/s （2）金属棒匀速运动时，有mg＝F安 又F安＝BIL 解得m＝0.03kg
（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒再次匀速运动 mg＝F安＝BI总L
设流过电阻R的电流为I，则 I＝I总﹣
＝4.5﹣
即U＝5﹣10I，在图（b）中作出U﹣I图像，该图像与原来R的U﹣I图线交点表示金属棒再次匀速运动时的电压和电流 此时，E′＝U＝7V
由E′＝BLv′，解得金属棒再次匀速运动时的速度v′＝动能为Ek＝
＝×0.03×（
）7J＝J
，
答：（1）金属棒匀速直线运动时的速度为10m/s； （2）金属棒的质量为8.03kg；
（3）电键S闭合后，经过足够长时间后金属棒的动能为J。
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