物理 北京市北师大第二附属中学2022-2023学年高二上学期期中考试物理试题-A4答案卷尾

这是一份物理 北京市北师大第二附属中学2022-2023学年高二上学期期中考试物理试题-A4答案卷尾，共21页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

物理期中考试（选考）
本卷满分为100分，考试时间为90分钟。
第I卷（选择题，共48分）
一、单选题：本题共12小题，共36分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。每小题选对得3分，选错或不选得0分。
1．两个点电荷相距为r时，二者之间的库仑力大小为F。若二者之间的距离变为2r，则库仑力的大小为（ ）
A．B．C．D．不能确定
2．下列关于机械波的说法中，正确的是（ ）
A．只有频率相同的两列波才能发生干涉
B．“闻其声而不见其人”是声波的干涉现象
C．当障碍物的尺寸比波长大得多时，会发生明显的衍射现象
D．火车鸣笛的过程中接近观察者，观察者接收到汽笛声的频率小于发射的频率
3．以下说法正确的是（ ）
A．由可知，电场中某点的场强E与试探电荷受到的电场力F成正比
B．由可知，电场中某点的电势与试探电荷在电场中的电势能成正比
C．由可知，平行板电容器的电容C与电容器两极板的正对面积S成正比
D．由知，匀强电场中两点间的电势差U与两点间的距离d成正比
4．如图所示，真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为的等边三角形的顶点A、B、C处，已知每个点电荷的电荷量都是q，静电力常量为k，则A、B处的电荷对C处电荷的静电力的合力大小为（ ）
A．B．C．D．
5．如图所示，A、B为两个等量异号点电荷连线上的两点（其中B为连线中点），C为连线中垂线上的一点。今将一带负电的试探电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C，下列说法中正确的是（ ）
A．A点的电场强度比B点的电场强度小
B．B点的电势比C点的电势低
C．从A点移到B点的过程中，电场力对电荷做正功
D．从B点移到C点的过程中，电荷的电势能保持不变
6．如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x=5m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4s，下列说法中正确的是（ ）
A．这列波的波长是5m
B．这列波的传播速度是10m/s
C．质点Q（x=9m）经过0.5s第一次到达波峰
D．M点以后各质点开始振动的方向都是向上的
7．图甲为一列简谐横波在t=0.1s时刻的波形图，图乙为x=4m处的质点Q的振动图象。下列说法正确的是（ ）
A．该波的传播速度为1.6m/s
B．t=0.1s时，质点Q的速度沿y轴正方向
C．该波沿x轴正方向传播
D．从t=0.1s到t=0.2s，质点Q通过的路程为8cm
8．图中虚线是某电场中的一簇等势线。两个带电粒子从P点均沿等势线的切线方向射入电场，粒子运动的部分轨迹如图中实线所示。若粒子仅受电场力的作用，下列说法中正确的是（ ）
A．两粒子的电性不同
B．a点的电势高于b点的电势
C．粒子从P运动到a的过程中，电势能增大
D．粒子从P运动到b的过程中，电场力做负功
9．如图所示，平行板电容器已经充电，静电计的金属球与电容器的一个极板连接，外壳与另一个极板连接，实验中保持极板上的电荷量不变。设电容器两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。下列关于实验现象的描述正确的是（ ）
A．保持d不变，减小S，则θ变小
B．保持S不变，减小d，则θ不变
C．保持S不变，增大d，则θ变大
D．保持S、d不变，在两板间插入电介质，则θ变大
10．元电荷e的数值最早是由物理学家密立根测得的，实验装置如图所示。两块金属板水平放置，间距为d，电压为U，质量为m的油滴悬浮在两板间保持静止。已知重力加速度g，两板间电场可视为匀强电场。下列说法正确的是（ ）
A．悬浮油滴带正电
B．悬浮油滴的电荷量为
C．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
D．保持电压不变，把金属板A向上平移一段距离，该油滴将向上做加速运动
11．如图所示，实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可做出正确判断的是（ ）
A．带电粒子所带电荷的电性
B．场源电荷的电性
C．a、b两点的电势何处较大
D．带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
12．某仪器两极间的电场线分布如图所示，中间的一条电场线是直线，其它电场线对称分布，质子从O点沿直线OA以某一初速度仅在电场力作用下运动到A点。取O点为坐标原点，沿直线向右为x轴正方向。从O到A运动过程中，关于质子运动速度v和加速度a随时间t的变化、质子的动能Ek和运动轨迹上各点的电势φ随位移x的变化图线中可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
二、多选题：本题共3小题，共12分。在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题意的。每小题全选对得4分，选对但不全得2分，有选错或不选得0分。
13．一列简谐横波沿x轴传播，与时刻的波形分别如图中实线和虚线所示，已知。这列波的速度大小可能是（ ）
A．10m/sB．20m/s
C．30m/sD．40m/s
14．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被匀强电场加速到较高的能量轰击肿瘤，杀死其中的恶性细胞，如图所示。已知质子质量，质子电量，若质子的加速长度，要使质子由静止被加速到，下列说法正确的是（ ）
A．由以上信息可以推算该加速电场的电压
B．由以上信息可以推算该加速电场的电场强度
C．由以上信息可以推算该质子加速后的电势能
D．由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能增加
15．如图所示，一圆环上均匀分布着电荷，在垂直于圆环且过圆心c的水平轴线上有a、b、d三个点，ab、bc、cd间的距离均为R。若在a点放一电荷量为q的正点电荷，b点的电场强度为零。则仅存在带电圆环时，（ ）
A．圆环上的电荷在c点产生的电场强度为零
B．圆环上的电荷在d点产生的电场强度为，方向沿轴线向右
C．若将一不计重力的正点电荷在c点右侧（非常靠近c点）从静止释放，则电荷一直做加速度逐渐减小的加速运动
D．若将一不计重力的负点电荷自c点右侧（非常靠近c点）从静止释放，则电荷的动能与电势能之和总保持不变
第II卷（非选择题，共52分）
三、实验题：本题共2小题，共16分。
16．某同学用图甲中的装置研究单摆的运动。
（1）测量单摆的周期时用秒表记下了单摆做50次全振动的时间，如图乙所示，秒表的读数为 s。
（2）为使重力加速度的测量结果更加准确，下列做法合理的有 。
A．在摆球运动的过程中，必须保证悬点固定
B．摆线偏离平衡位置的角度不能太大
C．摆球用直径为2cm的钢球，不用木球
D．测量周期时，应该从摆球运动到最高点时开始计时
（3）该同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T，画出图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图丙所示。则当地重力加速度的表达式g=
（4）某同学在家里测重力加速度，他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图丁所示。他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度，但家里只有一把量程为30cm的刻度尺，为准确测量重力加速度，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法 。
17．某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如图1所示。
（1）将开关先与“l”端闭合，电容器进行 （选填“充电”或“放电”），稍后再将开关与“2”端闭合。在下列四个图像中，表示以上过程中，通过传感器的电流随时间变化的图像为 ，电容器两极板间的电压随时间变化的图像为 （填选项对应的字母）。
A． B．
C． D．
（2）该同学用同一电路分别给两个不同的电容器充电，电容器电容 ，充电时通过传感器的电流随时间变化的图像如图2中①②所示，其中对应电容为C1的电容器充电过程I-t图像的是 （选填①或②）。
四、解答题：本题包括4小题，共36分。解答时，在答题纸上应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，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
18．用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为、所带电荷量为。现加一水平方向的匀强电场，平衡时轻绳与竖直方向夹角为。g取。
（1）求这个匀强电场电场强度的大小；
（2）若突然剪断轻绳，小球做什么运动？加速度的大小和方向如何？
19．若距地面高约2km的空中有两块乌云，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云之间的电势差约为3×109V且保持不变。已知空气的电场强度达到3×106V/m将被击穿放电，请对以下问题进行估算。
（1）当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣？
（2）若某次闪电，两块乌云之间通过的电荷量为500C，可释放多少能量？
（3）这次放电现象历时约0.01s，则其平均电流约为多大？
20．如图所示，空间存在水平方向的匀强电场，电场强度的大小，方向水平向右。电场中有A、B、C三点，A、C两点在同一条电场线上，距离为20cm。，A、B两点连线与电场线方向的夹角为（，）
（1）将电荷量为C的正电荷从A点沿直线移动到B点，求电场力所做的功；
（2）如上右图，将某一电荷沿任意路径从A点移动到B点，整个过程可分成很多小段，每一小段都看成直线段，通过功的定义证明电场力所做的功与路径无关；
（3）电势反映了静电场各点的能的性质，请写出电势的定义式。类比电势的定义方法，可在重力场中建立“重力势”的概念，请写出的定义式并简要说明电势和“重力势”的共同特点。
21．如图甲所示，静电除尘装置中有一长为L、宽为b、高为d的矩形通道，其前、后面板使用绝缘材料，上、下面板使用金属材料。图乙是装置的截面图，上、下两板与电压为的高压直流电源相连。质量为m、电荷量为、分布均匀的尘埃以水平速度进入矩形通道，当带负电的尘埃碰到下板后其所带电荷被中和，同时被收集。通过调整两板间距d可以改变收集效率。当时（即离下板范围内的尘埃能够被收集）。不计尘埃的重力及尘埃之间的相互作用。
（1）求尘埃在电场中运动的加速度大小；
（2）如图乙所示，假设左侧距下板y处的尘埃恰好能到达下板的右端边缘，请写出收集效率的表达式，并求出收集效率为100%时，上、下两板间距的最大值（用表示）；
（3）若单位体积内的尘埃数为n，请写出稳定工作时且收集效率为100%的条件下，单位时间内下板收集的尘埃质量与两板间距d的函数关系。
1．B
【详解】由库仑定律可知
若二者之间的距离变为2r，则库仑力为
故选B。
2．A
【详解】A. 只有频率相同的两列波才能发生干涉，选项A正确；
B. “闻其声而不见其人”是声波的衍射现象，选项B错误；
C. 当障碍物的尺寸比波长小得多或差不多时，会发生明显的衍射现象，选项C错误；
D. 根据多普勒效应，火车鸣笛的过程中接近观察者，观察者接收到汽笛声的频率大于发射的频率，选项D错误。
故选A。
3．C
【详解】A．因为场强的比值定义式，则电场中某点的场强E与试探电荷受到的电场力F无关，场强由电场本身决定，故A错误；
B．由为电势的比值定义式，电场中某点的电势与试探电荷在电场中的电势能无关，电势由电场本身决定，故B错误；
C．由为电容的决定式，则平行板电容器的电容C与电容器两极板的正对面积S成正比，故C正确；
D．由知，匀强电场的场强恒定，则两点间的电势差U与两点间沿着电场线的距离d成正比，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】由题意可得，两点电荷间的静电力为
由三个带正电的点电荷构成等边三角形，由几何知识可得，A、B处的电荷对C处电荷的静电力的合力大小为
故选C。
5．D
【详解】A．因A点电场线较B点密集，可知A点的电场强度比B点的电场强度大，选项A错误；
B．等量异种电荷连线的中垂线是等势面，则B点的电势与C点的电势相等，选项B错误；
C．试探电荷带负电，则从A点移到B点的过程中，电场力对电荷做负功，选项C错误；
D．B点的电势与C点的电势相等，则从B点移到C点的过程中，电荷的电势能保持不变，选项D正确。
故选D。
6．B
【详解】A．从波的图像可以看出该波的波长为
λ=4 m
A错误；
B．由于已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4s，可知该波的周期为
T=0.4s
则该波的传播速度为
B正确；
C．波峰第一次传到Q所用的时间为
C错误；
D．根据同侧法可知M点开始振动的方向向下，说明M点以后各质点开始振动的方向都是向下，D错误。
故选B。
7．D
【详解】A．由甲可知，波长为8m，再由乙可知，周期是0.2s，故该波的传播速度为
A错误；
B．t=0.1s时，图乙为x=4m处的质点Q的振动图像，此时Q点向下振动，即沿y轴负方向， B错误；
C．再根据同侧法可知，Q点向下振动，波沿x轴负方向传播，C错误；
D．从t=0.1s到t=0.2s，质点经过半个周期，故Q通过的路程为2个振辐，即8cm，D正确。
故选D。
8．A
【详解】A．由题图可知两个粒子轨迹的凹侧相反，说明所受的指向凹侧的电场力方向相反，所以粒子电性相反，故A正确；
B．由于电场方向未知，所以无法判断a、b两点的电势高低，故B错误；
CD．粒子初速度方向与电场线垂直，仅在电场力的作用下加速，电场力均做正功，电势能减小，动能增大，故CD错误。
故选A。
9．C
【详解】AB．由题意及电容的决定式和定义式可得
保持d不变，减小S，则C减小，U变大，则θ变大；保持S不变，减小d，C变大，U变小，则θ变小，故AB错误；
C．由上述分析可得，保持S不变，增大d，C减小，U变大，则θ变大，故C正确；
D．由上述分析可得，保持S、d不变，在两板间插入电介质后，C变大，U变小，则θ变小，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】A．油滴悬浮在极板间，重力与电场力平衡，由于重力竖直向上，则可知油滴带负电；
B．油滴悬浮在极板间，重力与电场力平衡有
的
故B正确；
C．电子所带电荷量与元电荷相等，油滴的电荷量必是元电荷的整数倍，故油滴的电荷量一定是电子电荷量的整数倍，故C错误；
D．保持电压不变，把A极板上移，板间距增大，则电场强度减小，电场力减小，重力与电场力的合力竖直向下，故该油滴将向下做加速运动，故D错误。
故选B。
11．D
【详解】AB．粒子的运动轨迹向左弯曲，说明粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左，由于电场线方向不明，无法确定粒子的电性，同理，不知道粒子的电性，也无法知道电场的方向，故AB错误；
CD．若粒子从a运动到b，可知电场力与速度方向的夹角为钝角，电场力对粒子做负功，粒子的动能减小，电势能增大，粒子在b点电势能较大；若粒子从b运动到a，可知电场力与速度方向的夹角为锐角，电场力对粒子做正功，粒子的动能增大，电势能减小，粒子在b点电势能较大，综合可得带电粒子在b点电势能较大，由于带电粒子电性未知，故无法判断a、b两点的电势大小，故D正确，C错误。
故选D。
12．A
【详解】ABD．电场线的疏密表示电场的强弱，从O到A场强先增大后减小，由图可知，因为φ-x图像的斜率表示电场强度的大小，则从O到A的电势φ随位移x的变化图线的斜率先增大后减小，速度图线的斜率表示加速度，从O到A电场力先增大后减小，所以加速度先增大后减小，故A正确，BD错误；
C．根据能量守恒关系，则
而
且

由此可知
由此粒子的动能Ek与x的图线斜率是先增大后减小，故C错误。
故选A。
13．AC
【详解】波长λ=8m；若该波沿x轴正向传播，则
则波速
（n=0、1、2、3….）
当n=0时v=30m/s；
若该波沿x轴负向传播，则
则波速
（n=0、1、2、3….）
当n=0时v=10m/s；
故选AC。
14．AB
【详解】A．根据动能定理可得
该加速电场的电压为
由此可以推算该加速电场的电压，故A正确；
B．根据可得该加速电场的电场强度为
由此推算该加速电场的电场强度，故B正确；
CD．运动过程中，根据动能定理可得质子所受电场力做正功，电势能减小，由于不知初始时刻的电势能，所以不可以推算该质子加速后的电势能，故CD错误。
故选AB。
15．ABD
【详解】A．圆环上的电荷在c点产生的电场强度结合对称性和矢量合成法则，可得圆环在点产生的场强为零，故A正确；
B．电荷量为的点电荷在b处产生电场强度向右，大小为
因b点的电场强度为零，则圆环在b处产生的场强方向向左，大小为
而b、d两点关于圆环对称，则由圆环在轴线上产生场强的对称性可知圆环上的电荷在d点产生的电场强度为，方向沿轴线向右，故B正确；
C．在轴线上，c点场强为零，无穷远处场强为零，则从c向无穷远处场强先增大后减小，方向向右，则由牛顿第二定律可知
故加速度先增大后减小，则将一不计重力的正点电荷在c点右侧（非常靠近c点）从静止释放，则电荷做加速度先增大后减小的加速运动，故C错误；
D．因只有电场力做功，由能量守恒可知，只有动能和电势能之间的相互转化，即电荷的动能与电势能之和总保持不变，故D正确。
故选ABD。
16． 35.1 ABC 见解析
【详解】（1）[1]秒表的读数35.1s
（2）[2]A．在摆球运动的过程中，必须保证悬点固定，以保证摆动过程中摆长不会改变，选项A正确；
B．摆线偏离平衡位置的角度不能太大，否则单摆就不是简谐振动，选项B正确；
C．摆球用直径为2cm的钢球，不用木球，以减小空气阻力的影响，选项C正确；
D．测量周期时，应该从摆球运动到最低点时开始计时，选项D错误。
故选ABC。
（3）[3]根据
解得

由图像可知
解得
（4）[4]首先在细线上的A点做一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。
保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中，当O、A间细线的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2，设A点以下的长度为l0，则根据
可得
联立解得
由此可得重力加速度。
17． 充电 A C ①
【详解】（1）[1]将开关先与“l”端闭合，电容器与电源相连，电容器进行充电；
[2]充电电流的方向为从上向下通过电容器，稍后再将开关与“2”端闭合，电容器放电，放电电流的方向为从下向上通过传感器，放电电流与充电电流方向相反，A正确，B错误。
[3]因为充电电流和放电电流都减小，所以电容器两端电压变化越来越缓慢，图像的斜率变小，C正确，D错误。
（2）[4]电容器充电过程的I-t图线与坐标轴围成的面积表示充电过程中电容器增加的电荷量。根据可知，用相同的电源充电，U相同，电容为C1的电容器增加的电荷量较少，与坐标轴围成的面积较小，因此图线①与电容为C1的电容器相对应。
18．（1）；（2）做初速度为零的匀加速直线运动，，方向与绳子拉力方向相反
【详解】（1）受力分析如下图
根据共点力平衡得
qE=mgtan45°
解得
（2）突然剪断轻绳，小球受重力和电场力，初速度为零，做匀加速直线运动
解得
加速度方向与绳子拉力方向相反。
19．(1)1000m；(2) 1.5×1012J；(3) 5×104A
【详解】(1)由
U=Ed
可得乌云与建筑物间的距离为
(2)释放的能量为电场力做功
W=Uq=3×109×500J=1.5×1012J
(3)平均电流约为
20．（1）；（2）见解析；（3），，见解析
【详解】（1）由题意可得，电场力为
由做功公式可得，电场力所做的功为
（2）功的定义是力与物体在力的方向上发生的位移的乘积。由题意可得，电场力的方向在AC上，若将整个过程可分成很多小段，第n小段路径记为，则有
即将某一电荷沿任意路径从A点移动到B点的过程中，物体发生的位移在电场力方向上的分量为AC的长度，无论运动路径如何，物体在电场力的方向上发生的位移不变，力与物体在力的方向上发生的位移的乘积不变，即电场力所做的功与路径无关。
（3）电场中某点的电势为电荷在该点的电势能与其所带电荷量的比值，即
重力做功与路径无关，可以将重力场中某点的重力势能EG与物体质量m的比值叫重力势，即
其共同特点为，都是反映场能性质的物理量，都由场自身决定。
21．（1）；（2）dm=0.8d0；（3）
【详解】（1）根据牛顿第二定律可知，尘埃的加速度为
（2）根据题意可知，收集效率为
η=%
收集效率η为64%，即离下板0.64d0的尘埃恰好到达下板的右端边缘，设高压电的电压为U，则在水平方向有
L=v0t
在竖直方向有
0.64d0=at2
当减小两板间距时，能够增大电场强度，提高装置对尘埃的收集效率，收集效率恰好为100%时，两板间距即为dm，如果进一步减小d，收集效率仍为100%。因此在水平方向有
L=v0t
在竖直方向有
dm=a′t2
其中有
联立可得
dm=0.8d0
（3）稳定工作时单位时间内下板收集的尘埃质量为
由（2）中分析可知，当d≤0.8d0时，收集效率为100%，即
η=1
因此