北京市房山区2024-2025学年高三上学期期末物理试卷

这是一份北京市房山区2024-2025学年高三上学期期末物理试卷，共30页。试卷主要包含了单项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1．（3分）用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的（ ）
A．衍射现象B．干涉现象
C．偏振现象D．全反射现象
2．（3分）科学家用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素衰变方程为Pu→U+X，则X应为（ ）
A．质子B．α粒子C．正电子D．中子
3．（3分）下列与热现象有关的说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
C．物体的温度越高，分子的平均动能就越大
D．密闭容器内有一滴15℃的水，蒸发变成了水蒸气，温度仍然是15℃，它的内能保持不变
4．（3分）如图所示，在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在筒内封闭的气体被活塞迅速压缩的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．气体的温度升高，压强不变
B．气体的体积减小，压强不变
C．气体对外界做功，气体内能增加
D．外界对气体做功，气体内能增加
5．（3分）用小球和轻弹簧组成弹簧振子，使其沿水平方向振动，振动图像如图所示，下列描述正确的是（ ）
A．1～2s内，小球的速度逐渐减小
B．2～3s内，弹簧的弹性势能逐渐减小
C．t＝4s时，小球的动能达到最大值
D．t＝5s时，弹簧弹力为正的最大值
6．（3分）如图所示，水平地面上静止一倾角为α的斜面，一个质量为m的箱子，在平行于斜面的拉力F作用下，沿斜面匀速上滑，斜面始终处于静止状态。箱子与斜面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．箱子受到3个力作用
B．斜面对箱子的摩擦力大小为F
C．地面对斜面的摩擦力大小为0
D．斜面对箱子的支持力大小为mgcsα
7．（3分）如图所示，带箭头的实线表示某电场的电场线。A、B为电场中两点。下列说法中正确的是（ ）
A．A点的电势比B点的电势高
B．一正电荷在A点受到的静电力小于在B点受到的静电力
C．一负电荷在A点的电势能小于在B点的电势能
D．将一负电荷由A点移动到B点的过程中静电力做正功
8．（3分）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一根水平放置的金属棒以某一水平速度抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平且未离开磁场区域。不计空气阻力，金属棒在运动过程中，下列说法正确的是（ ）
A．感应电动势越来越大
B．单位时间内，金属棒的动量增量变大
C．金属棒中的机械能越来越小
D．单位时间内金属棒扫过的曲面中的磁通量不变
9．（3分）某同学两次抛出篮球，如图所示，篮球垂直撞在竖直放置的篮板上。不计空气阻力，关于这两次篮球从抛出到撞击篮板的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．两次在空中运动的时间相等
B．两次抛出后的速度变化率不相等
C．第1次抛出时速度的水平分量小
D．第2次抛出时速度的竖直分量大
10．（3分）我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示，发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．火箭的加速度为零时，动能最大
B．高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C．火箭受到推力的冲量小于重力和空气阻力的冲量之和
D．高压气体的推力对火箭做的功小于重力和空气阻力对火箭做功之和
11．（3分）如图所示为研究电容器充放电实验的电路图。将S拨至1给电容器充电，充电完毕后，将S拨至2让电容器放电。已知电源的电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，电阻的阻值为R。下列说法正确的是（ ）
A．充电过程，电流表示数逐渐增大
B．充电过程，电源为整个电路提供的电能为CE2
C．放电过程，通过电阻R的电流方向向左
D．放电过程，通过电阻R的电荷量为CE
12．（3分）一束γ射线从气泡室底部进入而没有留下痕迹，气泡室中充满液态氢。这束γ射线从一个氢原子中打出一个电子，同时γ光子自身转变成一对正、负电子对（分别称为正电子、负电子），其径迹如图所示。已知匀强磁场的方向垂直照片平面向里，正、负电子质量相等，则下列说法正确的是（ ）
A．左侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹
B．正电子、负电子所受洛伦兹力大小时刻相等
C．分离瞬间，正电子速度大于负电子速度
D．正电子、负电子和被打出的电子的动能均保持不变
13．（3分）某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表示数为0设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。在测量范围内，下列说法不正确的是（ ）
A．弹簧的形变量x与被测物体质量m成正比
B．电压表的示数U与被测物体质量m成正比
C．被测物体质量m变大，电路中总电流变小
D．保持弹簧长度不变，改变弹簧的劲度系数k，可以改变电子秤的测量范围
14．（3分）对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。下列说法正确的是（ ）
A．比例系数k＝ne2ρ
B．比例系数k的单位为kg•s
C．当该导线通有恒定的电流I时，导线中自由电子定向移动的速率
D．当该导线通有恒定的电流I时，导线中自由电子受到平均阻力大小为
二、实验题（共2小题，共18分。）
15．（6分）物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图甲所示，图乙是在白纸上根据实验数据画出的示意图。图乙中的F与F'两力中，方向一定沿AO方向的是 。
（2）一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹簧弹力与弹簧长度的关系图像如图丙所示，下列说法正确的是 。
A.a的原长大于b的原长
B.a的原长小于b的原长
C.a的劲度系数大于b的劲度系数
D.a的劲度系数小于b的劲度系数
（3）如图丁所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验过程中，下列说法正确的是 。
A.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B.使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
C.因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
16．（12分）利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。
（1）若选取甲图进行测量，其系统误差来源于① （选填“电压表分流”或“电流表分压”）。若选取乙图进行测量，其系统误差来源于② （选填“电压表分流”或“电流表分压”）。
（2）若采用甲图进行实验，下列说法正确的是 。
A.闭合开关前，滑动变阻器的滑片应放在b端
B.应选用一节新的干电池作为被测电源，新电池的电动势比较大易测量
C.闭合开关后，电压表有示数，电流表示数为零的原因可能是滑动变阻器发生断路
（3）如图丙所示为某次实验结果的U﹣I图像，仔细观察你会发现，图中测量数据集中在图像的很小区域，这样不利于减小误差。为了减小利用图像处理数据过程中的误差，请你写出调整方案。
（4）若某小组同学想测量水果电池的电动势和内阻，水果电池内阻约为一千欧姆，为了准确测量，则应选择的实验电路是① （选填“甲”或“乙”）。测得该水果电池的电动势②E测 E真（选填“大于”“等于”或“小于”）。
三、计算题（共4小题，共40分。）
17．（9分）如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点平滑连接，导轨半径为0.40m。一个质量为0.20kg的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹簧弹力作用下，物体脱离弹簧向右运动。经B点沿半圆形导轨运动，到达C点后水平飞出，恰好落在A点。已知B点的速度大小为5.0m/s，A、B两点距离为0.80m，取重力加速度g为10m/s2。求：
（1）物体到达C点的速度大小v。
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功W。
（3）弹簧压缩至A点时的弹性势能Ep。
18．（9分）如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框abcd。在导线框右侧有一宽度等于L的匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的左、右边框平行，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直于线框平面向里。导线框以向右的初速度v0进入磁场。
（1）求dc边刚进入磁场时，线框中感应电动势的大小E。
（2）求dc边刚进入磁场时，bc边的瞬时电功率P。
（3）若导线框能够完全通过磁场区域并继续运动，请在图乙中定性画出导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像，并简述理由。
19．（10分）我国的东方超环（EAST）是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子，没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用，因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。已知所有离子的电荷量均为q，质量均为m，离子和中性粒子的重力可忽略不计，不考虑粒子间的相互作用。
（1）“偏转系统”的原理简图如图甲所示，包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域，混合粒子进入电场时速度方向与极板平行，离子在电场区域发生偏转，中性粒子继续沿原方向运动。已知两极板间电压为U，间距为d。
a.若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，求加速电压U0。
b.求离子在电场中运动的最长时间t。
（2）“偏转系统”还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离，如图乙所示。混合粒子宽度为d，吞噬板MN长度为2d，磁感应强度大小为B，且边界足够大。要使所有离子都能打到吞噬板上，求带电离子动能大小的取值范围。
20．（12分）利用物理模型对复杂现象进行分析，是重要的科学思维方法。
（1）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点O为观测点，以质量为m的小星体（记为P）为观测对象。当前P到O点的距离为r0，宇宙的密度为ρ0。
a.若某时刻小星体P远离到距O点为2r0处，求以O为球心，2r0为半径的球体内宇宙物质的质量M。
b.以O点为球心，以小星体P到O点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力。已知质量为m1和m2、距离为R的两个质点间的引力势能，G为引力常量。仅考虑万有引力和P远离O点的径向运动。求小星体P从r0处远离到2r0处的过程中动能的变化量ΔEk。
（2）太阳的外层大气也在不断向四周膨胀，形成由太阳径向向外的粒子流，通常被称为太阳风，太阳风会造成太阳质量的损失。已知太阳风粒子的平均质量为m，探测器在距离太阳r处探测到该处单位体积内太阳风粒子的数目为n，太阳风粒子在探测器周围的平均速率为v。近似认为太阳周围任意位置处，太阳风粒子的分布不随时间变化，求太阳因太阳风而引起的质量的变化率。
2024-2025学年北京市房山区高三（上）期末物理试卷
参考答案与试题解析
一、单项选择题（本部分共14小题，在每小题列出的四个选项中只有一个符合题意。每小题3分，共42分。）
1．（3分）用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的（ ）
A．衍射现象B．干涉现象
C．偏振现象D．全反射现象
【分析】频率相同的两列光波叠加时，某些区域的光相互加强，某些区域相互削弱，得到明暗相间的条纹，这就是光的干涉现象。
【解答】解：激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹，属于光的干涉现象，故ACD错误，B正确；
故选：B。
【点评】本题考查了光的干涉，要注意光发生干涉的条件，明确光的干涉现象。
2．（3分）科学家用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素衰变方程为Pu→U+X，则X应为（ ）
A．质子B．α粒子C．正电子D．中子
【分析】根据质量数和电荷数守恒计算判断。
【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，X的质量数为238﹣234＝4，电荷数为94﹣92＝2，则X粒子的质量数和电荷数符合α粒子特点，故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点评】考查核反应方程的书写规则，会根据题意进行准确分析解答。
3．（3分）下列与热现象有关的说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
C．物体的温度越高，分子的平均动能就越大
D．密闭容器内有一滴15℃的水，蒸发变成了水蒸气，温度仍然是15℃，它的内能保持不变
【分析】布朗运动、温度与分子热运动的关系、内能等知识点逐一分析每个选项。
【解答】解：A.布朗运动实际上是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，它反映了液体或气体分子的无规则运动，但本身并不是液体分子的运动，故A错误；
B.温度升高确实会使物体内分子的平均动能增大，从而增加分子热运动的剧烈程度，但并不意味着每个分子的速率都会增大。实际上，由于分子运动的随机性，有些分子的速率可能会减小，而有些则会增大，但总体上平均速率是增大的，故B错误；
C.温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大，意味着分子热运动越剧烈，故C正确；
D.虽然水的温度没有变化，但在蒸发过程中，水从液态变为气态需要吸收热量，这部分热量转化为水蒸气的内能，使得水蒸气的内能比同温度的水要大，故D错误。
故选：C。
【点评】本题主要考查热现象相关的基本概念和理论，要加强对热学部分基础知识的学习与理解。
4．（3分）如图所示，在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在筒内封闭的气体被活塞迅速压缩的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．气体的温度升高，压强不变
B．气体的体积减小，压强不变
C．气体对外界做功，气体内能增加
D．外界对气体做功，气体内能增加
【分析】下压活塞时，活塞对筒内的气体做功、气体的体积减小，结合一定质量的理想气体状态方程，即可分析判断ABCD正误。
【解答】解：下压活塞时，活塞对筒内的气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能，使气体的内能增加、温度升高；
下压活塞时，气体的体积减小，根据一定质量的理想气体状态方程可知：pV＝CT，则气体压强变大；
故D正确，ABC错误；
故选：D。
【点评】本题考查对理想气体及理想气体的状态方程的掌握，解题时需注意，要明确研究对象，确认哪些参量变化、哪些参量不变，根据题目的已知条件和求解的问题，分别找出初、末状态的参量，其中正确找出压强是解题的关键。
5．（3分）用小球和轻弹簧组成弹簧振子，使其沿水平方向振动，振动图像如图所示，下列描述正确的是（ ）
A．1～2s内，小球的速度逐渐减小
B．2～3s内，弹簧的弹性势能逐渐减小
C．t＝4s时，小球的动能达到最大值
D．t＝5s时，弹簧弹力为正的最大值
【分析】根据小球位移的变化情况，确定小球是靠近平衡位置还是远离平衡位置，从而确定各个量的变化情况。
【解答】解：A、1～2s内，小球的位移逐渐减小，正靠近平衡位置，速度逐渐增大，故A错误；
B、2～3s内，小球的位移逐渐增大，正远离平衡位置，弹簧的势能逐渐增大，故B错误；
C、t＝4s时，小球的位移为0，正经过平衡位置，动能达到最大值，弹簧的势能达到最小值，故C正确；
D、t＝5s时，小球的位移为正的最大值，根据 F＝﹣kx知弹簧弹力为负的最大值，故D错误。
故选：C。
【点评】明确弹簧振子在周期性运动过程中，速度、加速度、回复力和位移之间的关系是解题的关键和核心，要知道小球经过平衡位置时动能最大，弹簧的势能最小；小球在最大位移处，动能为零，弹簧的势能最大。
6．（3分）如图所示，水平地面上静止一倾角为α的斜面，一个质量为m的箱子，在平行于斜面的拉力F作用下，沿斜面匀速上滑，斜面始终处于静止状态。箱子与斜面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．箱子受到3个力作用
B．斜面对箱子的摩擦力大小为F
C．地面对斜面的摩擦力大小为0
D．斜面对箱子的支持力大小为mgcsα
【分析】箱子沿斜面匀速上滑时，对箱子受力分析，根据平衡条件列式求解斜面对箱子的摩擦力和支持力的大小。对整体，根据平衡条件分析地面对斜面的摩擦力大小。
【解答】解：A、平行于斜面的拉力F作用下，箱子能沿斜面匀速上滑，对箱子受力分析，箱子受到重力、拉力、斜面的支持力和摩擦力，共4个力，如图所示，
故A错误；
B、在沿斜面方向上，由平衡条件得F＝mgsinα+f，可知f＜F，故B错误；
C、对斜面和箱子整体，水平方向由平衡条件知地面对斜面的摩擦力f地＝Fcsα，故C错误；
D、在垂直于斜面方向，根据平衡条件得N＝mgcsα，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查共点力平衡问题，关键要灵活选择研究对象，分析受力，根据平衡条件列方程分析。
7．（3分）如图所示，带箭头的实线表示某电场的电场线。A、B为电场中两点。下列说法中正确的是（ ）
A．A点的电势比B点的电势高
B．一正电荷在A点受到的静电力小于在B点受到的静电力
C．一负电荷在A点的电势能小于在B点的电势能
D．将一负电荷由A点移动到B点的过程中静电力做正功
【分析】ACD.结合题意，根据等势面及其与电场线的关系、电场力做功与电势能变化的关系，即可分析判断；
B.同一电场中，电场线越密集的地方，电场强度越大，据此分析判断。
【解答】解：ACD.因为电场线总是和等势面垂直，所以可得A、B所在的等势面，如下图所示：
因为电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面，所以A点的电势比B点的电势低，则一负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能，则将一负电荷由A点移动到B点的过程中，电势能减小，则静电力做正功，故AC错误，D正确；
B.同一电场中，电场线越密集的地方，电场强度越大，由图可知，A、B两点比较，A处电场线较密，则A处电场强度较大，则一正电荷在A点受到的静电力大于在B点受到的静电力，故B错误；
故选：D。
【点评】本题主要考查等势面及其与电场线的关系，解题时需注意：等势面与电场线一定处处正交（垂直）、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。
8．（3分）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一根水平放置的金属棒以某一水平速度抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平且未离开磁场区域。不计空气阻力，金属棒在运动过程中，下列说法正确的是（ ）
A．感应电动势越来越大
B．单位时间内，金属棒的动量增量变大
C．金属棒中的机械能越来越小
D．单位时间内金属棒扫过的曲面中的磁通量不变
【分析】A.金属棒做平抛运动的过程中，水平方向的分速度不变，据此分析判断；
C.金属棒做平抛运动中，只有重力做功，据此分析判断；
D.结合前面分析可知，金属棒垂直切割磁感线的速度不变，据此分析判断；
B.结合前面分析可知，金属棒所受合力即重力，据此分析判断。
【解答】解：A.金属棒做平抛运动的过程中，水平方向的分速度不变，因而金属棒垂直切割磁感线的速度不变，则感应电动势大小不变，故A错误；
C.金属棒做平抛运动中，只有重力做功，因此机械能保持不变，故C错误；
D.结合前面分析可知，金属棒垂直切割磁感线的速度不变，则单位时间内金属棒垂直于磁场方向扫过的面积不变，则单位时间内金属棒扫过的曲面中的磁通量不变，故D正确；
B.结合前面分析可知，金属棒所受合力即重力，则单位时间内，金属棒所受合力的冲量不变，则由动量定理可知，单位时间内，金属棒的动量增量不变，故B错误；
故选：D。
【点评】本题考查电磁感应过程中的能量类问题，解题时需注意电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功来实现的。安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，而克服安培力做功的过程，则是其他形式的能转化为电能的过程。
9．（3分）某同学两次抛出篮球，如图所示，篮球垂直撞在竖直放置的篮板上。不计空气阻力，关于这两次篮球从抛出到撞击篮板的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．两次在空中运动的时间相等
B．两次抛出后的速度变化率不相等
C．第1次抛出时速度的水平分量小
D．第2次抛出时速度的竖直分量大
【分析】由于两次篮球垂直撞在竖直放置的篮板上，该运动的逆运动为平抛运动，结合平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律分析求解
【解答】解：两次篮球垂直撞在竖直放置的篮板上，篮球运动过程错逆过程为平抛运动
A、在竖直方向：h＝，解得篮球的运动时间t＝
由图示可知，两次篮球的竖直分位移h1＞h2，则t1＞t2，故A错误；
B、篮球被抛出后在运动过程只受重力作用，加速度为重力加速度，加速度不变，速度的变化率即为加速度，由于篮球被抛出后的加速度不变，则篮球的速度变化率不变，故B错误；
C、由图示可知，两次篮球的水平分位移x相等，由于x＝vt，由于t1＞t2，则v1水平＜v2水平，故C正确；
D、篮球被抛出时的竖直分速度vy＝gt，由于t1＞t2，则v1y＞v2y，故D错误。
故选：C。
【点评】本题应采用逆向思维，将斜抛运动变为平抛运动处理，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律。
10．（3分）我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示，发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．火箭的加速度为零时，动能最大
B．高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C．火箭受到推力的冲量小于重力和空气阻力的冲量之和
D．高压气体的推力对火箭做的功小于重力和空气阻力对火箭做功之和
【分析】A.由题意可知，火箭的运动性质，据此分析判断；
B.结合题意，根据能量守恒，即可分析判断；
C.由题意，根据动量定理，即可分析判断；
D.结合前面分析，根据动能定理，即可分析判断。
【解答】解：A.由题意知，发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空，则从火箭开始运动到点火的过程中，火箭先加速后减速，则火箭的加速度为零时，速度最大，动能最大，故A正确；
B.由能量守恒可知，高压气体释放的能量转化为火箭的动能与重力势能以及因克服空气阻力做功而产生的内能，故B错误；
C.由题意可知，从火箭开始运动到点火的过程中，其动量变化量为零，则由动量定理可知，其合力冲量为零，则火箭受到的推力的冲量大小，与重力的冲量大小、空气阻力的冲量大小之和相等，故C错误；
D.结合前面分析可知，从火箭开始运动到点火的过程中，其动能变化量为零，则由动能定理可知，高压气体的推力对火箭做的功等于重力和空气阻力对火箭做功之和，故D错误；
故选：A。
【点评】本题考查了对动能定理的掌握，解题的关键是，要先确定不同的力在哪个阶段做功，再根据动能定理列式，因为有些力在物体运动全过程中不是始终存在的。
11．（3分）如图所示为研究电容器充放电实验的电路图。将S拨至1给电容器充电，充电完毕后，将S拨至2让电容器放电。已知电源的电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，电阻的阻值为R。下列说法正确的是（ ）
A．充电过程，电流表示数逐渐增大
B．充电过程，电源为整个电路提供的电能为CE2
C．放电过程，通过电阻R的电流方向向左
D．放电过程，通过电阻R的电荷量为CE
【分析】A.充电过程，充电电流逐渐减小，据此分析判断；
B.充电过程，根据电容与电荷量的关系及功能关系，可确定电源为整个电路提供的电能；
C.由图知，充电结束后，电容器上极板带正电，即可分析判断；
D.结合电容与电荷量的关系，即可分析判断。
【解答】解：A.充电过程，充电电流逐渐减小，则电流表示数逐渐减小，故A错误；
B.充电过程，电源为整个电路提供的电能为：E电能＝Q•E＝CE•E＝CE2，故B错误；
C.由图可知，充电结束后，电容器上极板带正电，则放电过程，通过电阻R的电流方向向右，故C错误；
D.充电结束后，电容器带电量为：Q＝CE，则放电过程，通过电阻R的电荷量为CE，故D正确；
故选：D。
【点评】本题考查电容器的充放电问题，解题时需注意，充电时，电容器通过电源将一极板上的电子搬运到另一板板上，从而使一个极板带正电、另一板板带等量负电；放电时，是电容器通过外电路将两极板上的电荷进行中和的过程。
12．（3分）一束γ射线从气泡室底部进入而没有留下痕迹，气泡室中充满液态氢。这束γ射线从一个氢原子中打出一个电子，同时γ光子自身转变成一对正、负电子对（分别称为正电子、负电子），其径迹如图所示。已知匀强磁场的方向垂直照片平面向里，正、负电子质量相等，则下列说法正确的是（ ）
A．左侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹
B．正电子、负电子所受洛伦兹力大小时刻相等
C．分离瞬间，正电子速度大于负电子速度
D．正电子、负电子和被打出的电子的动能均保持不变
【分析】根据粒子的偏转方向，应用左手定则判断正、负电子的轨迹；应用牛顿第二定律，根据轨迹半径的变化确定粒子速度的变化；根据洛伦兹力公式判断洛伦兹力的大小；根据轨迹半径的大小关系判断粒子的速度关系。
【解答】解：A、根据螺旋轨迹的偏转方向，由左手定则，可知左侧螺旋轨迹为正电子运动的轨迹，右侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹，故A错误；
B、根据洛伦兹力提供向心力有：evB＝m，解得：r＝
左侧螺旋轨迹的半径较大，正电子运动的速率较大，根据洛伦兹力大小为：F＝evB，可知正电子所受洛伦兹力较大，则正电子、负电子所受洛伦兹力大小不是时刻相等，故B错误；
C、根据运动轨迹可知正电子与负电子分离瞬间，左侧正电子的轨迹半径大于右侧负电子的轨迹半径，故分离瞬间正电子速度大于负电子速度，故C正确；
D、正、负电子在气泡室运动时，根据轨迹可知运动的轨迹半径逐渐减小，则速度逐渐减小，动能逐渐减小。被打出的电子在气泡室中克服阻力做功，动能也逐渐减小，故D错误。
故选：C。
【点评】本题为带电粒子在磁场中的运动问题。考查了洛伦兹力、左手定则等知识点，掌握粒子做匀速圆周运动时向心力的来源。
13．（3分）某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表示数为0设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。在测量范围内，下列说法不正确的是（ ）
A．弹簧的形变量x与被测物体质量m成正比
B．电压表的示数U与被测物体质量m成正比
C．被测物体质量m变大，电路中总电流变小
D．保持弹簧长度不变，改变弹簧的劲度系数k，可以改变电子秤的测量范围
【分析】根据平衡条件列式，分析弹簧的形变量x与被测物体质量m。根据闭合电路欧姆定律、电阻定律和欧姆定律得到电压表示数U与所称物体质量m的关系式，再进行分析。
【解答】解：A、当托盘中没有放物体时，电压表示数为零，当物体质量为m时，设托盘下降x，由平衡条件有mg＝kx，则弹簧的形变量x与被测物体质量m成正比，故A正确；
BD、根据闭合电路的欧姆定律得，根据电阻定律有，由欧姆定律得U＝IRx，联立可得电压表示数U与所称物体质量m的关系式为，可知电压表的示数U与被测物体质量m不成正比，改变弹簧劲度系数k，可以改变电子秤的测量范围，故B错误，D正确；
C、由于金属弹簧的电阻可忽略，则当被测物体质量m变大，连接弹簧的滑片向下移，回路中的总电阻增大，则电路中电流减小，故C正确。
本题选不正确的，故选：B。
【点评】本题是力电综合题，两者联系的桥梁是弹簧的形变量x，根据闭合电路欧姆定律、电阻定律和欧姆定律得到U与m的关系式是关键，结合电路构造即可完成分析。
14．（3分）对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。下列说法正确的是（ ）
A．比例系数k＝ne2ρ
B．比例系数k的单位为kg•s
C．当该导线通有恒定的电流I时，导线中自由电子定向移动的速率
D．当该导线通有恒定的电流I时，导线中自由电子受到平均阻力大小为
【分析】根据电流的微观表达式和定义式分析，结合电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比以及电子做定向移动时满足电场力等于阻力分析。
【解答】解：AB、取长度为L的一段导体，设其两端电压为U，则电子做定向移动时满足电场力等于阻力，则，由U＝IR，I＝neSv，联立，
解得k＝ne2ρ，电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k，k＝，k单位：kg/s，故A正确，B错误；
C、一小段时间Δt 内，流过导线横截面的电子个数为N＝nSvΔt，电荷量为Q＝Ne＝nSveΔt，根据电流的定义有，解得，故C错误；
D.当该导线通有恒定的电流l时，导线中自由电子受到的平均阻力大小f可以通过比例系数k和电子定向移动的速率v得出：，故D错误。
故选：A。
【点评】本题以电流的微观表达式为出发点，考查内容比较广泛，但都比较基础。
二、实验题（共2小题，共18分。）
15．（6分）物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图甲所示，图乙是在白纸上根据实验数据画出的示意图。图乙中的F与F'两力中，方向一定沿AO方向的是 F′ 。
（2）一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹簧弹力与弹簧长度的关系图像如图丙所示，下列说法正确的是 BC 。
A.a的原长大于b的原长
B.a的原长小于b的原长
C.a的劲度系数大于b的劲度系数
D.a的劲度系数小于b的劲度系数
（3）如图丁所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验过程中，下列说法正确的是 B 。
A.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B.使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
C.因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
【分析】（1）根据合力的理论值和实际值的含义分析作答；
（2）根据胡克定律求解F﹣L函数，结合图像斜率和横截距的含义分析作答；
（3）根据实验的原理和正确操作分析作答。
【解答】解：（1）由于实验误差，合力的理论值F不一定沿橡皮筋方向，根据平衡条件可知，合力的实际值F′一定沿橡皮筋方向，因此一定沿AO方向的是F′；
（2）根据胡克定律F＝k（L﹣L0）＝k•L﹣kL0
AB.当F＝0时，横截距表示弹簧的原长，即L＝L0
由于L2＞L1，因此弹簧a的原长小于b的原长，故A错误，B正确；
CD.由F﹣L图像的斜率可知，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，因此劲度系数ka＞kb
即a的劲度系数大于b的劲度系数，故C正确，D错误。
故选：BC。
（3）A.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故A错误；
B.为了保护多用表，使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，故B正确；
C.实验所用电压较低，但若变压器副线圈的匝数大于原线圈的匝数，副线圈两端的电压较大，通电时若用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，会造成触电的危险，故C错误。
故选：B。
故答案为：（1）F′；（2）BC；（3）B。
【点评】本题考查了“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验、“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验和“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，要明确实验的原理，掌握实验的正确操作，掌握胡克定律的运用。
16．（12分）利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。
（1）若选取甲图进行测量，其系统误差来源于① 电压表分流 （选填“电压表分流”或“电流表分压”）。若选取乙图进行测量，其系统误差来源于② 电流表分压 （选填“电压表分流”或“电流表分压”）。
（2）若采用甲图进行实验，下列说法正确的是 C 。
A.闭合开关前，滑动变阻器的滑片应放在b端
B.应选用一节新的干电池作为被测电源，新电池的电动势比较大易测量
C.闭合开关后，电压表有示数，电流表示数为零的原因可能是滑动变阻器发生断路
（3）如图丙所示为某次实验结果的U﹣I图像，仔细观察你会发现，图中测量数据集中在图像的很小区域，这样不利于减小误差。为了减小利用图像处理数据过程中的误差，请你写出调整方案。
（4）若某小组同学想测量水果电池的电动势和内阻，水果电池内阻约为一千欧姆，为了准确测量，则应选择的实验电路是① 乙 （选填“甲”或“乙”）。测得该水果电池的电动势②E测 等于 E真（选填“大于”“等于”或“小于”）。
【分析】（1）根据电流表、电压表的连接方式，分析实验的系统误差；
（2）A.从保证电路安全的角度进行分析；
B.旧电池的内阻较大，电表的示数更明显，有利于减小误差；
C.根据电流表、电压表的示数情况分析电路故障；
（3）图中测量数据集中在图像的很小区域，说明电压表示数变化很小，可以在电路中串联一个阻值较小的定值电阻；在作U﹣I图像时，纵坐标的起点可以不从零开始；
（4）根据电路图分析电压表内阻与电流表内阻的大小，分析实验的误差，然后选择电路图；根据闭合电路的欧姆定律进行分析。
【解答】解：（1）若选取甲图进行测量，其系统误差来源于电压表分流；若选取乙图进行测量，其系统误差来源于电流表分压；
（2）A.为了保证电路安全，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应放在a端，故A错误；
B.应选用一节旧的干电池作为被测电源，由于旧电池的内阻较大，移动滑动变阻器滑动片片，电流表、电压表的示数变化较明显，故B错误；
C.闭合开关后，电压表有示数，电流表示数为零，说明电流表支路有断路，因此其原因可能是滑动变阻器发生断路，故C正确。
故选：C。
（3）图中测量数据集中在图像的很小区域，说明电压表示数变化很小，为了减小利用图像处理数据过程中的误差，可以在电路中串联一个阻值较小的定值电阻，从而使得电压表的示数变化更明显；在作U﹣I图像时，纵坐标的起点可以不从零开始；
（4）水果电池内阻约为一千欧姆，电流表的内阻较小，电流表的分压较小，为了准确测量，则应选择的实验电路是乙；
实验的误差来源于电压表的分流作用，根据欧姆定律U＝E﹣（RA+r）I
电动势的测量值等于真实值，即E测＝E真。
故答案为：（1）电压表分流；电流表分压；（2）C；（3）乙；等于。
【点评】本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意明确实验原理，能够正确分析实验误差，掌握闭合电路欧姆定律的运用。
三、计算题（共4小题，共40分。）
17．（9分）如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点平滑连接，导轨半径为0.40m。一个质量为0.20kg的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹簧弹力作用下，物体脱离弹簧向右运动。经B点沿半圆形导轨运动，到达C点后水平飞出，恰好落在A点。已知B点的速度大小为5.0m/s，A、B两点距离为0.80m，取重力加速度g为10m/s2。求：
（1）物体到达C点的速度大小v。
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功W。
（3）弹簧压缩至A点时的弹性势能Ep。
【分析】（1）物体由C到A做平抛运动，由平抛运动的运动规律分别列式，即可分析求解；
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中，由动能定理列式，即可分析求解；
（3）释放物体的过程，由机械能守恒定律列式，即可分析求解。
【解答】解：（1）物体由C到A做平抛运动，由平抛运动的运动规律可知，
水平方向有：xBA＝vt，
竖直方向有：2R＝gt2，
由题知：xBA＝0.80m，R＝0.40m，
联立可得：v＝2m/s；
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中，
由动能定理可得：﹣mg•2R+W＝，
由题知：m＝0.20kg，vB＝5.0m/s，
解得：W＝﹣0.5J；
（3）释放物体的过程，弹簧与物体组成的系统机械能守恒，可得：Ep＝，
解得：Ep＝2.5J；
答：（1）物体到达C点的速度大小v为2m/s；
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功W为﹣0.5J；
（3）弹簧压缩至A点时的弹性势能Ep为2.5J。
【点评】本题主要考查多物体系统的机械能守恒问题，解题时需注意，在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
18．（9分）如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框abcd。在导线框右侧有一宽度等于L的匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的左、右边框平行，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直于线框平面向里。导线框以向右的初速度v0进入磁场。
（1）求dc边刚进入磁场时，线框中感应电动势的大小E。
（2）求dc边刚进入磁场时，bc边的瞬时电功率P。
（3）若导线框能够完全通过磁场区域并继续运动，请在图乙中定性画出导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像，并简述理由。
【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律求解感应电动势大小；
（2）根据闭合电路欧姆定律、电功率的计算公式进行解答；
（3）由安培力的计算公式得到安培力表达式，根据运动情况进行分析。
【解答】解：（1）根据法拉第电磁感应定律可得：E0＝BLv0
（2）根据闭合电路欧姆定律可得dc边刚进入磁场时，感应电流的大小为：
根据电功率的计算公式可得：，解得：；
（3）由安培力的计算公式可得：F＝BIL，又有：，E＝BLv，得：；
方向与速度方向相反。因此，导线框做减速运动，随着速度v减小，安培力F也减小；因为，且a为线框运动的加速度大小，并且F正比于v，所以F减小的越来越慢。由已知导线框能够全部通过磁场区域，可知导线框在速度减为零前已完全进入磁场做匀速运动，此时虽然ab边和cd边都有电动势，但线框总电动势为零，电流为零，安培力F＝0；之后当线框离开磁场区域的过程中，导线框又受到安培力作用，初始大小与ab边刚进入磁场时相同，之后随着速度的减小而减小。导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像如图所示：
答：（1）dc边刚进入磁场时，线框中感应电动势的大小为BLv0；
（2）dc边刚进入磁场时，ab边的瞬时电功率为；
（3）若导线框能够完全通过磁场区域并继续运动，导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像
【点评】对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
19．（10分）我国的东方超环（EAST）是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子，没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用，因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。已知所有离子的电荷量均为q，质量均为m，离子和中性粒子的重力可忽略不计，不考虑粒子间的相互作用。
（1）“偏转系统”的原理简图如图甲所示，包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域，混合粒子进入电场时速度方向与极板平行，离子在电场区域发生偏转，中性粒子继续沿原方向运动。已知两极板间电压为U，间距为d。
a.若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，求加速电压U0。
b.求离子在电场中运动的最长时间t。
（2）“偏转系统”还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离，如图乙所示。混合粒子宽度为d，吞噬板MN长度为2d，磁感应强度大小为B，且边界足够大。要使所有离子都能打到吞噬板上，求带电离子动能大小的取值范围。
【分析】（1）在加速电场中，根据动能定理求得加速电压。
（2）所有离子达到极板上，运动时间最长的离子偏转距离为d，根据类平抛运动求得时间：上极板左边缘进入的全能量离子要恰好达到下极板的右边缘，此过程离子水平方向飞行的距离即为极板最短长度，根据运动学公式求得；
（3）离子束上边缘进入三分之一能量离子到达板上边缘，半径最小，磁感应强度最大，离子束下边缘进入的全部能量离子到达吞噬下边缘，半径最大，磁感应强度最小，洛伦兹力提供向心力，即可求得磁感应强度的范围。
【解答】解：（1）a.在加速电场中，根据动能定理可得：qU0＝Ek﹣0，解得
b.a所有离子达到极板上，运动时间最长的离子偏转距离为d，则
离子在偏转电场中的加速度为
联立解得：
（2）由分析可知，离子束上边缘进入三分之一能量离子到达板上边缘，半径最小，磁感应强度最大，根据
洛伦兹力提供向心力，则，其中，联立解得：
离子束下边缘进入的全部能量离子到达吞噬板下边缘，半径最大，磁感应强度最小，此时
洛伦兹力提供向心力：
其中R2＝d
联立解得：
磁感应强度大小的取值范围为：
答：（1）a.若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，加速电压U0为：；
b.a离子在电场中运动的最长时间为；
（2）磁感应强度大小的取值范围为。
【点评】对于带电粒子在电场和磁场中的运动情况分析，一般是确定圆心位置，根据几何关系求半径，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量；对于带电粒子在电场中运动时，一般是按类平抛运动的知识进行解答。
20．（12分）利用物理模型对复杂现象进行分析，是重要的科学思维方法。
（1）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点O为观测点，以质量为m的小星体（记为P）为观测对象。当前P到O点的距离为r0，宇宙的密度为ρ0。
a.若某时刻小星体P远离到距O点为2r0处，求以O为球心，2r0为半径的球体内宇宙物质的质量M。
b.以O点为球心，以小星体P到O点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力。已知质量为m1和m2、距离为R的两个质点间的引力势能，G为引力常量。仅考虑万有引力和P远离O点的径向运动。求小星体P从r0处远离到2r0处的过程中动能的变化量ΔEk。
（2）太阳的外层大气也在不断向四周膨胀，形成由太阳径向向外的粒子流，通常被称为太阳风，太阳风会造成太阳质量的损失。已知太阳风粒子的平均质量为m，探测器在距离太阳r处探测到该处单位体积内太阳风粒子的数目为n，太阳风粒子在探测器周围的平均速率为v。近似认为太阳周围任意位置处，太阳风粒子的分布不随时间变化，求太阳因太阳风而引起的质量的变化率。
【分析】（1）根据球体体积公式结合密度公式求质量；
（2）根据引力势能公式求引力势能变化量；
（3）根据单位时间通过某一截面的粒子质量求质量变化率。
【解答】解：（1）a.根据球体体积公式（R为球体半径），可得半径为2r0的球体体积。
已知宇宙的密度为ρ0，根据密度公式可得球体内宇宙物质的质量。
b.根据引力势能公式得小星体在r0处的引力势能（M为球体内宇宙物质质量，这里，
在2r0处的引力势能，
则引力势能的变化量，
把代入得 。
根据能量守恒定律，可得动能的变化量。
（2）在单位时间t＝1s内，以探测器为中心，取一个横截面积为S，长度为v（太阳风粒子平均速率）的圆柱体，该圆柱体内太阳风粒子的质量m0＝nmSv（n为单位体积内太阳风粒子的数目，m为太阳风粒子的平均质量）。那么太阳因太阳风而引起的质量变化率，由于S为任意横截面积，取单位横截面积S＝1，则质量变化率为nmv。
答：（1）a.以O为球心，2r0为半径的球体内宇宙物质的质量为；
b.小星体P从r0处远离到2r0处的过程中动能的变化量为。
（2）太阳因太阳风而引起的质量的变化率为nmv。
【点评】本题主要考查天体运动中能量问题，根据能量守恒分析解答。题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
B
B
C
D
C
D
D
D
C
A
D
题号
12
13
14
答案
C
B
A