2021年全国高考物理试题（甲卷）考查分析

唐昌琳

一年一度的高考落下了帷幕，细细品味2021年全国高考物理试题（甲卷），颇有心得。从“关键能力”角度看，这份高考物理试卷注重对学生认知能力、创新能力的考查;从物理学科素养看，侧重对物理观念、科学思维、实验探究等素养的考查。整套试卷对中学物理教学具有良好的导向作用，是一份好试卷。

一、关注基本知识与基本技能，考查物理观念

2021年高考全国甲卷物理试题的选择题主要考查考生是否形成了物理观念，能不能用这些物理观念解释自然现象，能不能用这些物理观念解决具体问题。这些能力光靠题海战术是很难达到的，需要考生在平时的学习中注重理解各种物理现象及这些现象所遵循的物理规律，要求考生准确理解这些物理规律的内在含义，并能用这些规律分析具体问题，同时要求考生掌握应用物理规律分析具体问题的方法和技巧。唯有这样，应对2021年高考试题就轻松自如了。

[例1]（2021年高考全国甲卷14）如图1所示，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变。将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关。若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将（ ）。

A.逐渐增大 B.逐渐减小

C.先增大后减小  D.先减小后增大

解析：物块从光滑斜面由静止下滑做初速度为0的匀变速直线运动，首先需要用牛顿第二定律求出下滑的加速度a，其次根据运动学公式判断位移与时间的关系。

从上式可以看出，若[θ]由30°逐渐增大至60°，则[sin 2θ]由[32]先增大到1，再减小到[32]，所以t先減小后增大，故选项D正确。

点评：本题是一道典型的基础题，是对相互作用观念、运动观念的考查。求光滑斜面上滑动物块的加速度是每位考生都非常熟悉的。唯一的难点是考生容易忽略“平板与底座之间的夹角[θ]变化时，物块下滑的位移大小会跟着变化”这一事实。不少考生抓不住“[P]到铁架台竖直杆的距离[d]”为恒量这一特点，认为位移不变，而错选选项B。

[例2]（2021年高考全国甲卷16）两足够长直导线均折成直角，按图2所示方式放置在同一平面内，[EO]与[O′Q]在一条直线上，[PO′]与[OF]在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流[I]，电流方向如图2所示。若一根无限长直导线通过电流[I]时，所产生的磁场在距离导线[d]处的磁感应强度大小为[B]，则图中与导线距离均为[d]的[M]、[N]两点处的磁感应强度大小分别为（ ）。

A.B、0   B.0、2B   C.2B、2B   D.B、B

解析：[EO]与[O′Q]虽然不是一条导线，因处在一条直线上通有等大电流，可等效看成一条无限长通电直导线，[PO′]与[OF]也一样。这样用右手定则可以判断[EO]与[O′Q]在[M]点产生的磁场大小为[B]、方向垂直纸面向外，在[N]点产生的磁场大小为[B]、方向垂直纸面向里。[PO′]与[OF]在[M]点产生的磁场大小为[B]、方向垂直纸面向里，在[N]点产生的磁场大小为[B]、方向垂直纸面向里。这样在[M]点的磁场相互抵消为0，在[N]点的磁场同向加强，大小为2B。故B选项正确。

点评：这是一道典型的基础题，考查用右手定则判断通电直导线周围的磁场方向，及矢量的运算。要求考生，不要墨守成规，要有创新意识，能把不是一条通电导线的两段半无限长通电导线等效成一条无限长通电直导线。

[例3]（2021年高考全国甲卷17）如图3，一个原子核X 经图中所示的一系列[α]、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ）。

A.6   B.8

C.10 D.14

解析：本题考查的是原子物理中的基本知识。原子核的质量数等于质子数加中子数，由图3可知，X的质量数为238，Y的质量数为206。[α]、β衰变放出的粒子分别为氦核[42He]和电子[0-1e]，写出衰变方程并配平如下：

点评：衰变方程是核反应中最简单的，如果有[α]、[β]衰变同时存在。考虑到[β]衰变不改变原子核的质量数，配平时先通过质量数的变化确定[α]衰变的次数，最后通过电荷数的变化确定[β]衰变的次数。

[例4]（2021年高考全国甲卷18）2021 年2 月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105 s 的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m。已知火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（ ）。

A.6×105 m B.6×106 m

C.6×107 m D.6×108 m

点评：本题主要考查开普勒第三定律，卫星绕行星做圆周运动行星提供的向心力与卫星需要的向心力的关系及近地轨道上物体所受引力等于在行星表面的重力三个基本知识。本题的难点有两个，一个是要懂得同一中心天体周围的星体不管是做椭圆运动还是圆周运动，都满足：[a3T2=r3T21=K];另一个是半长轴数字的运算，其实这个运算可用估算数量级的方法快速确定。

[例5]（2021年高考全国甲卷19）某电场的等势面如图5所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5 个点，则（ ）。

A.一正电荷从b点运动到e点，电场力做正功

B.一电子从a点运动到d点，电场力做功为4 eV

C. b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右

D. a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小最大

解析：A. b、e两点在同一等势面上，不管什么电性的电荷从b到e电场力均不做功，故可排除A选项。B.[W=-eUad=-1×3-7 eV=4 eV]，故B选项正确。C.电场强度垂直等势面，由高电势指向低电势，所以b点电场强度方向向左，排除C选项。D.a、b、c、d四个点中，b点所在处的等势面最密，由[U=Ed]可推知b点电场强度最大，D选项正确。综合可知本题B、D选项正确。

点评：本题主要考查电场力做功与路径无关，只与始末位置电势差有关，及电场线与等势面的关系两个基本知识点，考查了考生对电场的基本特性的理解，属于容易题。

[例6]（2021年高考全国甲卷20）一质量为m的物体自倾角为α的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为EK，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时动能为[EK/5]。已知[sinα=0.6]，重力加速度大小为g。则（ ）。

A.物体向上滑动的距离为[EK/2mg]

B.物体向下滑动时的加速度大小为[g/5]

C.物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5

D.物体向上滑动所用的时间比向下滑动作用的时间长

点评：这道题考查考生对动能定理、牛顿第二定律及匀变速直线运动规律的掌握情况，是对这些规律的简单运用，只要对这几个知识点理解了，并能准确地对物体进行受力分析，问题是很简单的，属于基础题。

[例7]（2021年高考全国甲卷21）由相同材料制成的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2 倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图6所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（ ）。

A.甲和乙都加速运动

B.甲和乙都减速运动

C.甲加速运动，乙减速运动

D.甲减速运动，乙加速运动

解析：设线圈边长为L、匝数为n，导线横截面积为S、密度为[ρ1]、电阻率为[ρ2]，磁感强度为B，进入磁场的速度为v，进入磁场的加速度为a，则：

显然，加速度与线圈质量、匝数、横截面积无关，两者进入磁场时加速度相同，故可判断A、B选项正确。

点评：本题是力电结合问题，抓住相同材料的密度相同、电阻率相同，从同一高度下落进入磁场的初速度相同，再用牛頓第二定律、法拉第电磁感应定律、质量与密度的关系、电阻定律就可以得到进入磁场加速度的表达式，就能确定线圈进入磁场的速度变化规律了。

二、注重相关物理现象间的内在规律和相互关系，考查科学思维

2021年高考全国甲卷物理试题在考查考生对物理基本知识、基本技能的掌握情况的同时，还侧重考查了考生的科学思维，要求考生能准确地建立物理模型，能解释物理模型，能应用物理规律进行科学推理得出结果，能应用数学知识处理物理问题。这样就要求物理教师在平时的教学过程中要注重各种物理现象的内在规律和相互关系的教学，着重培养学生分析问题、解决问题的能力，训练学生的科学思维，提升学生的学科素养，而不是题海战术。从第25题（压轴题）可见一斑。

[例8]（2021年高考全国甲卷25）如图7，长度均为L的两块挡板竖直相对放置，间距也为L，两挡板上边缘P和M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E;两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为m，电荷量为[q（q>0）]的粒子自电场中某处以大小为[v0]的速度水平向右发射，恰好从P点处射入磁场，从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°，不计重力。

（1）求粒子发射位置到P点的距离;

（2）求磁感应强度大小的取值范围;

（3）若粒子正好从QN的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离。

解析：带电粒子在电场中做类平抛运动，以速度v进入磁场，进入磁场后在洛伦磁力作用下做匀速圆周运动。

（1）如图8所示，粒子在水平方向做匀速运动，在竖直方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为a，运动时间为t，水平位移为x，竖直位移为y，到P点的速度为v，由题意可知：

点评：本题首先要能建立起类平抛运动、匀速圆周运动两个运动模型，懂得描述这两种运动模型的物理规律，能画出这两种运动的运动轨迹，能用描述这两种运动的物理规律和平面几何知识找到各物理量间的关系。本题着重考查了考生的运动观念、相互作用观念及建模、推理、论证、用数学知识处理物理问题的能力，是一道对综合能力要求较高的试题，但算不上难题。

三、注重理论联系实际，考查分析解决生活中实际问题的能力

物理学科是一门实验科学，除了了解前人发现的自然规律，更重要的是要懂得这些规律的来源，切实掌握这些规律的内涵。在日常生活中注意观察，并能用所学的物理规律对观察到的现象进行解释。

[例9]（2021年高考全国甲卷15）“旋转纽扣”是一种传统游戏。如图11所示，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50 r/s，此时纽扣上距离中心1 cm 处的点向心加速度大小约为（ ）。

A.10 m/s2     B. 100 m/s2

C.1000 m/s2 D.10000 m/s2

[例10]（2021年高考全国甲卷24）如图12，一倾角为[θ]的光滑斜面上有50个减速带（图中未完全画出），相邻减速带间的距离均为d，减速带的宽度远小于d;一质量为m的无动力小车（可视为质点）从距第一個减速带L处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离s后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g。

（1）求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能;

（2）求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能;

点评：减速带是生活中常见的一种道路装置，每位考生都应该见过，但连续50个减速带的实景是没有见过的。其实只要了解了一个减速带的作用，题设多少个减速带原理都是一样的。本题考查考生是否熟练掌握匀变速直线运动的描述、动能定理、能量守恒等基本知识，检查考生能否用这些基本知识解决实际问题。

本文对2021年高考全国甲卷的选择题、计算题进行了分析，从上述分析可以看出，在教学过程中要让学生切实掌握物理概念，学会建立物理模型，形成物理观念。学会用已掌握的物理规律解决具体问题，特别是解决现实生活中的具体问题，学会用已知知识解决新问题的方法与技巧，着力提升思维品质，训练科学思维，培养关键能力。要达到这一目标，还要培养以下的必备品格：责任心、事业心、意志力、适应力、创新意识、合作精神等，就像爱因斯坦所说：“优秀的性格和钢铁般的意志比智慧和博学更重要，智力的成就很大程度上依赖于性格的伟大。”

在平时的教学中，需要培养学生勤于动手、勤于思考的习惯，解决物理试题的方法就是“画图分析、列式计算”，别无他法。现在许多学生习惯于听讲和凭空想象，不愿画图分析、列式计算，造成分析问题、解决问题的方法掌握不准确，思维缓慢，这样就会感觉今年高考物理试题很难。平时训练学生时，要训练学生的笔算能力，2021年高考全国甲卷选择题第14题、18题及实验题数字计算量大，特别是18题需要快速估算，许多考生在做作业时习惯于用计算器计算数字，心笔算能力较差，在今年高考中就很被动。

（责任编辑 易志毅）

[摘   要]新课改提倡在平时的物理教学过程中，注重物理规律的本真及来源，准确掌握相关物理规律之间的联系，形成知识网络，构建物理观念;注重物理模型的建立与解释，培养思维能力;注重用生活中的素材进行教学，提升学生解决日常生产生活中实际问题的能力。2021年全国高考物理试题在这些方面有所体现，文章以2021年全国高考物理试题（甲卷）为例进行分析探讨。

[关键词]高考物理试题;甲卷;考查分析