2021-2022学年天津市南开中学高三上学期第三次月考物理试题（word版）

天津市南开中学2022届高三年级第3次月考

物理学科试题

第I卷

一、单项选择题（每题5分，共25分，每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）

1. 如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图象如图乙所示，则（　　）

A. 时，穿过线圈的磁通量最大

B. 线圈转动一周，电流的方向改变一次

C. 线圈中电动势的有效值为311V

D. 线圈中交变电流的频率为100Hz

2. 如图所示，一理想变压器ab端接交流电源，电阻R1的阻值是R2的两倍，接通电源后R1的功率为是R2功率的一半，则变压器原副线圈的匝数比n1∶n2为（　　）

A. 2 B.  C. 4 D. 2

3. 物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也确定了单位之间的关系．如关系式既反映了电压、电流和电阻之间的关系，也确定了V（伏）与A（安）和Ω（欧）的乘积等效．现有物理量单位：m（米）、s（秒）、N（牛）、W（瓦）、J（焦）、C（库）、F（法）、A（安）、Ω（欧）、T（特），由它们组合成的单位都与V（伏）等效的是（    ）

A. J/C和N/C B. J/C和

C. W/A和 D. 和

4. 如图所示，在水平连线MN和PQ间有竖直向上的匀强电场，在MN上方有水平向里的匀强磁场．两个质量和带电量均相等的带正电的粒子A、B,分别以水平初速度v0、2v0从PQ连线上O点先后进入电场，带电粒子A、B第一次在磁场中的运动时间分别为tA和tB,前两次穿越连线MN时两点间的距离分别为dA,和dB,粒子重力不计，则

A. tA一定小于tB，dA一定等于dB

B. tA一定小于tB，dA可能小于dB

C. tA可能等于tB，dA一定等于dB

D. tA可能等于tB，dA可能小于dB

5. 某些物质在低温下会发生“零电阻”现象，这被称为物质的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。根据超导体的“零电阻”特性，人们猜测：磁场中的超导体，其内部的磁通量必须保持不变，否则会产生涡旋电场，导致超导体内的自由电荷在电场力作用下不断加速而使得电流越来越大不可控制。但是，实验结果与人们的猜测是不同的：磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外，即内部没有磁通量，超导体的这种特性叫做“完全抗磁性”（迈斯纳效应）。现在有两个实验方案：（甲）如图所示，先将一个金属球放入匀强磁场中，等稳定后再降温使其成为超导球并保持低温环境，然后撤去该磁场；（乙）先将该金属球降低温度直至成为超导球，保持低温环境加上匀强磁场，待球稳定后再将磁场撤去。根据以上信息，试判断上述两组实验中球内磁场的最终情况是下图中的哪一组？（　　）

A.  B.

C.  D.

二、不定项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）

6. 如图，倾角为的光滑斜面上存在着两个磁感应强度大小相同的匀强磁场，其方向一个垂直于斜面向上，一个垂直于斜面向下，它们的宽度均为L，一个质量为m、边长也为L的正方形线框以速度v进入上部磁场恰好做匀速运动，ab边在下部磁场运动过程中再次出现匀速运动，重力加速度为g，则（　　）

A. 在ab进入上部磁场过程中的电流方向为abcba

B. 当ab边刚越过边界ff′时，线框的加速度为gsin

C. 当ab边进入下部磁场再次做匀速运动时，速度为

D. 从ab边进入磁场到ab边进入下部磁场再次做匀速运动的过程中，减少的动能小于线框中产生的焦耳热

7. 如图所示，一绝缘容器内部为长方体空腔， 容器内盛有NaCl的水溶液，容器上下端装有铂电极A和C，置于与容器表面垂直的匀强磁场中，开关K闭合前容器两侧P、Q两管中液面等高，闭合开关后（　　）

A. M处钠离子浓度大于N处钠离子浓度

B. M处氯离子浓度小于N处氯离子浓度

C. M处电势高于N处电势

D. P管中液面高于Q管中液面

8. 回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术发展。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个正对的中空半圆金属盒，它们的半径均为R，且分别接在电压一定的交流电源两端，可在两金属盒之间的狭缝处形成变化的加速电场，两金属盒处于与盒面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中，A点处的粒子源能不断产生带电粒子，它们在两盒之间被电场加速后在金属盒内的磁场中做匀速圆周运动。调节交流电源的频率，使得每当带电粒子运动到两金属盒之间的狭缝边缘时恰好改变加速电场的方向，从而保证带电粒子能在两金属盒之间狭缝处总被加速，且最终都能沿位于D2盒边缘的C口射出。该回旋加速器可将原来静止的粒子（氨的原子核）加速到最大速率v，使它获得的最大动能为Ek。若带电粒子在A点的初速度、所受重力、通过狭缝的时间及C口的口径大小均可忽略不计，且不考虑相对论效应，则用该回旋加速器（　　）

A. 加速质子总次数与加速粒子总次数之比为2∶1

B. 能使原来静止的质子获得的动能为Ek

C. 加速质子的交流电源频率与加速粒子的交流电源频率之比为1∶1

D. 能使原来静止的质子获得的最大速率为

第Ⅱ卷

9. （1）如图，螺旋测微器读数为__________mm；游标卡尺读数为_________cm；

（2）如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：

所测电阻的阻值为_________；如果用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104的电阻，为使测量结果比较精确，应选欧姆挡是_________（填“×10”、“×100”或“×1k”）。

（3）某实验小组做实验描绘一只小灯泡L（额定电压为3.8V）的伏安特性曲线，做实验之前，先用欧姆表测量其内阻约为10。现有以下实验器材可供选用：

A.电压表V1（0~3V，内阻为3k）

B.电压表V2（0~15V，内阻未知）

C.电流表A（0~0.6A，内阻约为2）

D.定值电阻R1=2k

E.定值电阻R2=15k

F.滑动变阻器R（0~10，2A）

G.直流电源（6V，内阻不计），开关和导线若干。

①为了使测量更加精确，实验中电压表选择_________，定值电阻选择_________（填器材前序号）。

②请根据所选器材在图示方框内画出满足实验要求的电路图，并标明所选器材的代号_______。

10. 质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种电荷量为质量为m的粒子，从容器下方的狭缝进入电压为的加速电场，其初速度可忽略不计。这些粒子经过狭缝沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为的匀强磁场中。随后粒子束在照相底片上的点处形成一条曝光的谱线。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。

（1）求粒子进入磁场时的动能；

（2）求点与狭缝之间的距离

（3）如果从底片上获知a、b（对应的谱线位置图中未画出）是两种同位素的原子核，a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是，求a、b的质量之比。

11. 如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙。已知铜盘的半径为L，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为ω，每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为B2的匀强磁场。

（1）若圆盘按照图示方向转动，那么平行板电容器C和D哪个电势高；

（2）求铜盘产生感应电动势大小；

（3）若有一带负电的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动又恰好从极板右侧射出，求射入的速度v。

12. 如图甲所示两光滑导轨由水平、倾斜两部分平滑连接，相互平行放置两导轨相距L=1m，倾斜导轨与水平面成θ=30°角.倾斜导轨所处的某一矩形区域BB′C′C内有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B1=1T，B、C间距离为L1=2m.倾斜导轨上端通过单刀双掷开关S连接R=0.8Ω的电阻和电容C=1F的未充电的电容器．现将开关s掷向1，接通电阻R，然后从倾斜导轨上离水平面高h=1.45m处垂直于导轨静止释放金属棒ab，金属棒的质量m=0.4kg、电阻r=0.2Ω，金属棒下滑时与导轨保持良好接触，在到达斜面底端CC′前已做匀速运动．金属棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失，导轨的电阻不计.当金属棒经过CC′时，开关S掷向2，接通电容器C，同时矩形区域BB′C′C的磁感应强度B1随时间变化如图乙所示.水平导轨所处某一矩形区域的CC′D′D内无磁场，C、D间距离为L2=8m.DD'右侧的水平轨道足够长且两水平轨道内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B2=2T.g=10m/s2，求：

（1）金属棒刚进入矩形磁场区域BB′C′C时两端的电压；

（2）金属棒通过矩形磁场区域BB'C′C过程中电阻R产生的热量；

（3）若金属棒在矩形区域CC′D′D内运动，到达DD′前电流为零．则金属棒进入DD′右侧磁场区域运动达到稳定后电容器最终所带的电荷量.

天津市南开中学2022届高三年级第3次月考

物理学科试题

第I卷

一、单项选择题（每题5分，共25分，每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）

1. 如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图象如图乙所示，则（　　）

A. 时，穿过线圈的磁通量最大

B. 线圈转动一周，电流的方向改变一次

C. 线圈中电动势的有效值为311V

D. 线圈中交变电流的频率为100Hz

【答案】A

2. 如图所示，一理想变压器ab端接交流电源，电阻R1的阻值是R2的两倍，接通电源后R1的功率为是R2功率的一半，则变压器原副线圈的匝数比n1∶n2为（　　）

A. 2 B.  C. 4 D. 2

【答案】A

3. 物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也确定了单位之间的关系．如关系式既反映了电压、电流和电阻之间的关系，也确定了V（伏）与A（安）和Ω（欧）的乘积等效．现有物理量单位：m（米）、s（秒）、N（牛）、W（瓦）、J（焦）、C（库）、F（法）、A（安）、Ω（欧）、T（特），由它们组合成的单位都与V（伏）等效的是（    ）

A. J/C和N/C B. J/C和

C. W/A和 D. 和

【答案】B

4. 如图所示，在水平连线MN和PQ间有竖直向上的匀强电场，在MN上方有水平向里的匀强磁场．两个质量和带电量均相等的带正电的粒子A、B,分别以水平初速度v0、2v0从PQ连线上O点先后进入电场，带电粒子A、B第一次在磁场中的运动时间分别为tA和tB,前两次穿越连线MN时两点间的距离分别为dA,和dB,粒子重力不计，则

A. tA一定小于tB，dA一定等于dB

B. tA一定小于tB，dA可能小于dB

C. tA可能等于tB，dA一定等于dB

D. tA可能等于tB，dA可能小于dB

【答案】A

5. 某些物质在低温下会发生“零电阻”现象，这被称为物质的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。根据超导体的“零电阻”特性，人们猜测：磁场中的超导体，其内部的磁通量必须保持不变，否则会产生涡旋电场，导致超导体内的自由电荷在电场力作用下不断加速而使得电流越来越大不可控制。但是，实验结果与人们的猜测是不同的：磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外，即内部没有磁通量，超导体的这种特性叫做“完全抗磁性”（迈斯纳效应）。现在有两个实验方案：（甲）如图所示，先将一个金属球放入匀强磁场中，等稳定后再降温使其成为超导球并保持低温环境，然后撤去该磁场；（乙）先将该金属球降低温度直至成为超导球，保持低温环境加上匀强磁场，待球稳定后再将磁场撤去。根据以上信息，试判断上述两组实验中球内磁场的最终情况是下图中的哪一组？（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

二、不定项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）

6. 如图，倾角为的光滑斜面上存在着两个磁感应强度大小相同的匀强磁场，其方向一个垂直于斜面向上，一个垂直于斜面向下，它们的宽度均为L，一个质量为m、边长也为L的正方形线框以速度v进入上部磁场恰好做匀速运动，ab边在下部磁场运动过程中再次出现匀速运动，重力加速度为g，则（　　）

A. 在ab进入上部磁场过程中的电流方向为abcba

B. 当ab边刚越过边界ff′时，线框的加速度为gsin

C. 当ab边进入下部磁场再次做匀速运动时，速度为

D. 从ab边进入磁场到ab边进入下部磁场再次做匀速运动的过程中，减少的动能小于线框中产生的焦耳热

【答案】C

7. 如图所示，一绝缘容器内部为长方体空腔， 容器内盛有NaCl的水溶液，容器上下端装有铂电极A和C，置于与容器表面垂直的匀强磁场中，开关K闭合前容器两侧P、Q两管中液面等高，闭合开关后（　　）

A. M处钠离子浓度大于N处钠离子浓度

B M处氯离子浓度小于N处氯离子浓度

C. M处电势高于N处电势

D. P管中液面高于Q管中液面

【答案】AD

8. 回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个正对的中空半圆金属盒，它们的半径均为R，且分别接在电压一定的交流电源两端，可在两金属盒之间的狭缝处形成变化的加速电场，两金属盒处于与盒面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中，A点处的粒子源能不断产生带电粒子，它们在两盒之间被电场加速后在金属盒内的磁场中做匀速圆周运动。调节交流电源的频率，使得每当带电粒子运动到两金属盒之间的狭缝边缘时恰好改变加速电场的方向，从而保证带电粒子能在两金属盒之间狭缝处总被加速，且最终都能沿位于D2盒边缘的C口射出。该回旋加速器可将原来静止的粒子（氨的原子核）加速到最大速率v，使它获得的最大动能为Ek。若带电粒子在A点的初速度、所受重力、通过狭缝的时间及C口的口径大小均可忽略不计，且不考虑相对论效应，则用该回旋加速器（　　）

A. 加速质子的总次数与加速粒子总次数之比为2∶1

B. 能使原来静止的质子获得的动能为Ek

C. 加速质子的交流电源频率与加速粒子的交流电源频率之比为1∶1

D. 能使原来静止的质子获得的最大速率为

【答案】AB

第Ⅱ卷

9. （1）如图，螺旋测微器读数__________mm；游标卡尺读数为_________cm；

（2）如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：

所测电阻的阻值为_________；如果用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104的电阻，为使测量结果比较精确，应选欧姆挡是_________（填“×10”、“×100”或“×1k”）。

（3）某实验小组做实验描绘一只小灯泡L（额定电压为3.8V）的伏安特性曲线，做实验之前，先用欧姆表测量其内阻约为10。现有以下实验器材可供选用：

A.电压表V1（0~3V，内阻为3k）

B.电压表V2（0~15V，内阻未知）

C.电流表A（0~0.6A，内阻约为2）

D.定值电阻R1=2k

E.定值电阻R2=15k

F.滑动变阻器R（0~10，2A）

G.直流电源（6V，内阻不计），开关和导线若干。

①为了使测量更加精确，实验中的电压表选择_________，定值电阻选择_________（填器材前序号）。

②请根据所选器材在图示方框内画出满足实验要求的电路图，并标明所选器材的代号_______。

【答案】    ①. 6.123    ②. 1.230    ③. 1.5×103    ④. “×1k”    ⑤. V1    ⑥. R1    ⑦.

10. 质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种电荷量为质量为m的粒子，从容器下方的狭缝进入电压为的加速电场，其初速度可忽略不计。这些粒子经过狭缝沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为的匀强磁场中。随后粒子束在照相底片上的点处形成一条曝光的谱线。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。

（1）求粒子进入磁场时的动能；

（2）求点与狭缝之间的距离

（3）如果从底片上获知a、b（对应的谱线位置图中未画出）是两种同位素的原子核，a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是，求a、b的质量之比。

【答案】（1）；（2） ；（3）

11. 如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙。已知铜盘的半径为L，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为ω，每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为B2的匀强磁场。

（1）若圆盘按照图示方向转动，那么平行板电容器C和D哪个电势高；

（2）求铜盘产生的感应电动势大小；

（3）若有一带负电的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动又恰好从极板右侧射出，求射入的速度v。

【答案】（1）C极板；（2）；（3）

【解析】

【分析】

【详解】（1）根据右手定则可得，C极板带正电，电势更高

（2）根据电磁感应方程

（3）对粒子:复合场中竖直方向平衡

Eq=mg

对粒子:合力即为洛仑兹力

带电小球恰能从右板边缘射出，如图所示，由几何关系可得:

解得

12. 如图甲所示两光滑导轨由水平、倾斜两部分平滑连接，相互平行放置两导轨相距L=1m，倾斜导轨与水平面成θ=30°角.倾斜导轨所处的某一矩形区域BB′C′C内有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B1=1T，B、C间距离为L1=2m.倾斜导轨上端通过单刀双掷开关S连接R=0.8Ω的电阻和电容C=1F的未充电的电容器．现将开关s掷向1，接通电阻R，然后从倾斜导轨上离水平面高h=1.45m处垂直于导轨静止释放金属棒ab，金属棒的质量m=0.4kg、电阻r=0.2Ω，金属棒下滑时与导轨保持良好接触，在到达斜面底端CC′前已做匀速运动．金属棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失，导轨的电阻不计.当金属棒经过CC′时，开关S掷向2，接通电容器C，同时矩形区域BB′C′C的磁感应强度B1随时间变化如图乙所示.水平导轨所处某一矩形区域的CC′D′D内无磁场，C、D间距离为L2=8m.DD'右侧的水平轨道足够长且两水平轨道内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B2=2T.g=10m/s2，求：

（1）金属棒刚进入矩形磁场区域BB′C′C时两端的电压；

（2）金属棒通过矩形磁场区域BB'C′C的过程中电阻R产生的热量；

（3）若金属棒在矩形区域CC′D′D内运动，到达DD′前电流为零．则金属棒进入DD′右侧磁场区域运动达到稳定后电容器最终所带的电荷量.

【答案】（1）2.4V（2）4J（3）C

【解析】

【详解】（1）对金属棒进入磁场前的过程，根据机械能守恒定律得：mg（h-L1sin30°）=

可得：v1=3m/s

刚进磁场时的感应电动势：E1=B1Lv1=1×1×3=3V

根据分压关系可得路端电压：U==V=2.4V

（2）金属棒在到达斜面底端CC′前已做匀速运动，根据平衡条件得mgsin30°=F

又安培力F =B1IL=B1L=

联立解得v2=2m/s

金属棒从静止到通过矩形磁场区域BB'C′C的过程中，根据能量守恒定律得：mgh=Q+

电阻R产生的热量QR=Q

解得QR=4J

（3）B1随时间变化4s内，电容器板间电压UC1=LL1

可得，UC1=0.5V

金属棒在无磁场区域内匀速时间t===4s

金属棒进磁场B2时B2刚好不变．电容器继续充电，当电容器充电稳定时，UC2=B2Lv2．

此过程中电容器△Q=CUC2-CUC1

设此过程中的平均电流为，时间为t，根据动量定理有:

-B2Lt=mv3-mv2

其中t=△Q

解得v3=m/s

最终电容器所带的电荷量:Q=CUC2=