北京市海淀区首都师范大学附属中学2020届高三下学期开学考试物理试题

北京市海淀区首师附中2019-2020学年度第二学期入学考试高三物理试卷

一、单选题

1.下列说法中正确的是（　　）

A. 物体的内能变化，它的温度并不一定发生变化

B. 当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均增大

C. 当分子间距离增大时，分子势能一定增大

D. 布朗运动就是液体分子的无规则运动

【答案】A

【解析】

【详解】A．物体的内能变化，它的温度并不一定发生变化，如0℃的冰融化为0℃的水要吸热，内能增加，故A正确；

B．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故B错误；

C．分子力做功等于分子势能的减小量，当在r>r0范围内，分子间距离增大时，分子势能减小，故C错误；

D．布朗运动是悬浮在液体中微粒的运动，反映了周围液体分子的无规则运动，故D错误。

故选A。

2.放射性同位素衰变的快慢有一定的规律．氡222衰变为钋218的规律如图所示．纵坐标表示的是任意时刻氡222的质量m与t = 0时的质量m0的比值．下列说法正确的是

A. 氡222的半衰期是7.6天

B. 氡222的半衰期是3.8天

C. 若升高温度，氡222的半衰期将变长

D. 若升高温度，氡222的半衰期将变短

【答案】B

【解析】

试题分析：半衰期是指有半数原子核发生衰变的时间，是一个统计学规律，对大量的原子核衰变进行统计才有意义．根据图像可得氡222经过3.8天没有衰变的就剩下一半，所以选项A错B对．原子核衰变是原子核内部的反应，温度的高度只能影响分子结构不能影响原子核内部，所以温度对原子核没有影响，无论温度如何，半衰期不变，选项CD错．

考点：原子核衰变 半衰期

3.A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的交变电流，B通以图乙所示的交变电流，则两电热器的电功率之比PA∶PB等于

A. 2∶1 B. 1:1 C. ∶1 D. 1∶2

【答案】A

【解析】

试题分析：虽然甲是交流电，但其有效值为I0，因为它的前半个周期与后半个周期的电流都是等大的；乙是正弦交流电，故它的有效值为，则PA∶PB=（I0）2R：（）2R=2:1，故选项A正确．

考点：交流电的有效值．

4. 如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）．则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

试题分析：干涉图样的条纹间的距离都是相等的，衍射时最中间的条纹最粗，向两旁依次变细，故A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于红光比蓝光的折射率小，频率小，而光速不变，所以红光的波长较长，则蓝光波长较短，所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样，该题选A．

考点：干涉与衍射图样．

5.如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉．在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中(　　)

A. 气体对外界做正功，气体内能增加

B. 外界对气体做正功，气体内能增加

C. 气体的温度升高，压强不变

D. 气体的体积减小，压强不变

【答案】B

【解析】

压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点后，棉花会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增加，故B正确，ACD错误．

6.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝导体线圈，线圈电阻恒定，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙所示规律变化时，则正确表示线圈中感应电流i随时间t变化规律的图像是（    ）

A  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】在时间0~1s内，原磁场向上且增强，感应电流的磁场向下，由右手定则可判断出线圈的感应电流方向沿如图所示的正方向，由于原磁场的变化是均匀的，产生的感应电动势不变，线圈中的感应电流也不变；在时间1s~2s内，原磁场不变，感应电流为0；当时间2s~3s内的情况与时间0~1s内的情况相反，感应电流为负方向且不变．故D项符合题意，ABC三项不符合题意．

7.如图所示，在圆柱形区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为，其中、k为正的常数在此区域的水平面内固定一个半径为r的圆环形内壁光滑的细玻璃管，将一电荷量为q的带正电小球在管内由静止释放，不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场，则下列说法正确的是

A. 从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为

B. 从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为

C. 从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为

D. 从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为

【答案】C

【解析】

试题分析：根据磁感应强度B＝B0+kt可判断磁场均匀增大，从上往下看，产生顺时针方向的感应电场，正电荷受力方向与电场方向相同，所以电荷顺时针方向运动，选项BD错．根据楞次定律产生的感应电动势,电荷转动一周电场力做功等于动能增量即，选项C对．

考点：电磁感应定律

8.如图所示，一个闭合导体圆环固定在水平桌面上，一根条形磁铁沿圆环的轴线运动，使圆环内产生了感应电流．下列四幅图中，产生的感应电流方向与条形磁铁的运动情况相吻合的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】A．由图示可知，在磁铁S极上升过程中，穿过圆环的磁场方向向上，在磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针方向，故A错误；

B．由图示可知，在磁铁S极下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流顺时针方向，故B错误；

C．同时，在磁铁N极上升过程中，穿过圆环的磁场方向向上，在磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故C错误；

D．由图示可知，在磁铁N极下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流逆时针方向，故D正确。

故选D。

9.如图所示，水平桌面上有一小车，装有砂的砂桶通过细绳给小车施加一水平拉力，小车从静止开始做直线运动．保持小车的质量M不变，第一次实验中小车在质量为m1的砂和砂桶带动下由静止前进了一段距离s；第二次实验中小车在质量为m2的砂和砂桶带动下由静止前进了相同的距离s，其中m1<m2<M．两次实验中，绳对小车的拉力分别为T1和T2，小车、砂和砂桶系统的机械能变化量分别为ΔE1和ΔE2，若空气阻力和摩擦阻力的大小保持不变，不计绳、滑轮的质量，则下列分析正确的是

A. (m1g-T1)< (m2g-T2)，ΔE1=ΔE2

B. (m1g-T1)= (m2g-T2)，ΔE1=ΔE2

C. (m1g-T1)< (m2g-T2)，ΔE1<ΔE2

D. (m1g-T1)= (m2g-T2)，ΔE1<ΔE2

【答案】A

【解析】

试题分析：设砂和砂桶质量为，空气阻力和摩擦阻力为，小车和沙桶一起做匀速直线运动即，加速度，据此分析在砂和砂桶质量从增大到，加速度变大，即，假设两次砂和砂桶受到的阻力为，对砂和砂桶分析则有，，据此判断，，，，所以选项BD错．系统减少的机械能等于克服阻力做功即，，，对照选项A正确．

考点：牛顿运动定律 功能关系

10.假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0、在赤道的大小为g，地球自转的周期为T。则地球的半径为（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】在地球两极表面，万有引力等于物体的重力，则有

在赤道处，万有引力和重力的合力提供物体做圆周运动向心力，有

联立解得

选项B正确，ACD错误。

故选B。

11.应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如人原地起跳时，总是身体弯曲略下蹲，再猛然蹬地、身体打开，同时获得向上的初速度，双脚离开地面．从开始蹬地到双脚离开地面的整个过程中，下列分析正确的是（  ）

A. 地面对人的支持力始终等于重力

B. 地面对人的支持力的冲量大于重力的冲量

C. 人原地起跳过程中获得的动能来自于地面

D. 人与地球所组成的系统的机械能是守恒的

【答案】B

【解析】

人在上升过程中经历了先加速再减速过程，加速过程中人受到的支持力大于人的重力；故A错误；因支持力大于重力，作用时间相同，故支持力的冲量大于重力的冲量；故B正确；人起跳时，地面对人不做功，人的动能来自于本身的生物能；故C错误；由于有人体生物能转化为机械能，故机械能不守恒；故D错误；故选B．

点睛：本题考查动量定理及功能转化，要注意明确支持力对人作用的位移为零，故支持力对人不做功，人是利用自身的能量得以增加机械能的．

12. 如图所示，是一列沿着x轴正方向传播的横波在t=0时刻的波形图，已知这列波的周期T=2.0s．下列说法正确的是

A. 这列波的波速v="2.0" m/s

B. 在t=0时，x=0.5m处的质点速度为零

C. 经过2.0s，这列波沿x轴正方向传播0.8m

D. 在t=0.3s时，x=0.5m处的质点的运动方向为y轴正方向

【答案】D

【解析】

【详解】A．由于波的波长为1m，周期为2.0s，故这列波的波速v==0.5m/s，故A错误；

B．由于x=0.5m处的质点处于平衡位置，故该质点的速度最大，B错误；

C．经过2.0s，这列波沿x轴正方向传播一个波长，即1m，故C错误；

D．在t=0.3s时，x=0.5m处的质点正在沿y轴正方向运动，还没到达最高点，故D正确．

故选D.

考点：波图像．

13.随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车的充电，都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。下图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(  )

A. 无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”

B. 只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电

C. 接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D. 只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电

【答案】C

【解析】

【详解】A．无线充电的原理，其实就是电磁感应现象，而不是电流的磁效应，故A错误；

B．发生电磁感应的条件是磁通量要发生变化，直流电无法产生变化的磁场，故不能接到直流电源上，故B错误；

C．发生电磁感应时，两个线圈中的交变电流的频率是相同的，故C正确；

D．只有无线充电底座，手机内部没有能实现无线充电的接收线圈等装置，也不能进行无线充电，D错误。

故C正确。

14.从1907 年起，密立根就开始测量金属的遏止电压 （即图1 所示的电路中电流表G 的读数减小到零时加在电极K 、A 之间的反向电压）与入射光的频率，由此算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射得出的h 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的图像如图2 所示．下列说法正确的是

A. 该金属的截止频率约为4．27× 1014 Hz

B. 该金属的截止频率约为5．50× 1014 Hz

C. 该图线的斜率为普朗克常量

D. 该图线斜率为这种金属的逸出功

【答案】A

【解析】

【详解】试题分析：设金属的逸出功为，截止频率为，因此；光电子的最大初动能Ek 与遏止电压UC 的关系是，光电效应方程为；联立两式可得：，因此图像的斜率为，ＣＤ错误；当可解得，即金属的截止频率约为Hz，在误差允许范围内，可以认为A 正确；B 错误．

考点：光电效应．

二、实验题

15.用图所示的电路．测定一节旧干电池的电动势和内阻。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：双量程电流表：A（量程0~0.6A，0~3A）；双量程电压表：V（量程0~3V，0~15V）；滑动变阻器：R1（阻值范0~20Ω，额定电流2A）；滑动变阻器：R2（阻值范0~1000Ω，额定电流1A）

(1)为了调节方便，测量精度更高，实验中应选用电流表的量程为________A，电压表的量程为________V，应选用滑动变阻器________（填写滑动变阻器符号）；

(2)根据图正确连接图中实物电路，注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置并选择正确的电表量程进行连接________；

(3)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图中画出了U-I图线。由图象可以得出，此干电池的电动势E=________，内阻r=________Ω；

(4)引起该实验的系统误差的主要原因是______。

A．由于电流表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小

B．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小

C．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小

D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大

【答案】    (1). 0~0.6A    (2). 0~3V    (3). R1    (4).     (5). 1.45V    (6).     (7). B

【解析】

【详解】(1)[1]分析U-I可知电流小于0.6A，流过干电池电流一般不会超过0.6A，否则很容易损坏电源，故电流表选择量程。

[2]由U-I分析可知1节干电流电动势为1.45V，故电压表选择量程0~3V。

[3]因干电池内阻较小，所以滑动变阻器选择R1，一是调节较方便，二是额定电流较大。

(2)[4]电压表选0~3V，电流表选，滑动变阻器有效电阻为右部分，补充好的电路图如下所示：

(3)[5]由闭合电路欧姆定律可知

变形可得

分析U-I图像可知纵坐截距为1.45V，说明干电池的电动势为E=1.45V。

[6]由前面的表达式分析可知图像斜率的绝对值在数值上等于电源内阻

(4)[7]分析电路图可知电压表测的是电源路端电压，电流表测的电流小于通过电源的电流，电流没有测准确的原因是电压表分流作用。

16.某同学用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。

(1)在实验中，下列哪些操作不是必需的__________。

A.用橡胶塞密封注射器的下端

B.用游标卡尺测量柱塞的直径

C.读取压力表上显示的气压值

D.读取刻度尺上显示的空气柱长度

(2)实验装置用铁架台固定，而不是用手握住玻璃管（或注射器），并且在实验中要缓慢推动活塞，这些要求的目的是____。

(3)下列图像中，最能直观反映气体做等温变化的规律的是__________。

【答案】    (1). B    (2). 保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变    (3). C

【解析】

【详解】(1)[1]A．为了保证气密性，应用橡胶塞密封注射器的下端，A需要；

BD．由于注射器的直径均匀恒定，根据可知体积和空气柱长度成正比，所以只需读取刻度尺上显示的空气柱长度，无需测量直径，B不需要D需要；

C．为了得知气压的变化情况，所以需要读取压力表上显示的气压值，C需要。

让选不需要的，故选B。

(2)[2]手温会影响气体的温度，且实验过程中气体压缩太快，温度升高后热量不能快速释放，气体温度会升高，所以这样做的目的为保证气体状态变化过程中温度尽可能保持不变。

(3)[3]根据可知当气体做等温变化时，p与V成反比，即，故图像为直线，所以为了能直观反映p与V成反比的关系，应做图像，C正确。

三、解答题

17.某学生选用匝数可调的可拆变压器（该变压器视为理想变压器），如图甲所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数对输出电压的影响。

（1）以为纵坐标，为横坐标。在图乙中画出变压器的输出电压与匝数关系图像的示意图，并说明—图像斜率的物理意义。

（2）设变压器原线圈的匝数为，感应电动势为，端电压为；副线圈的匝数为，感应电动势为，端电压为。请理论推导理想变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

（3）如图丙、丁所示，是电压互感器和电流互感器的原理图（“○”中的电表未画出），根据他们的工作原理填写下列表格。

【答案】(1)图见解析，物理意义为每匝线圈的电压 (2)推导过程见解析 (3)见解析

【解析】

【详解】(1)根据题意做出图像如图所示：

—图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压。

(2)由于互感现象没有漏磁，原副线圈中的每匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有：

 所以联立有：

由于不计原副线圈的电阻，因此原线圈两端电压U1=E1，副线圈两端电压U2=E2，所以有：

(3)根据电压互感器和电流互感器原理和特点可填表如下：

18.某同学研究重物与地面撞击的过程，利用传感器记录重物与地面的接触时间。他让质量为M=9kg的重物（包括传感器）从高H=0.45m自由下落撞击地面，重物反弹高度h=0.20m，重物与地面接触时间t=0.1s。若重物与地面的形变很小，可忽略不计。求此过程中：

(1)重物刚要撞击地面瞬间速度大小；

(2)重物受到地面的平均冲击力；

(3)重物与地面撞击过程中损失的机械能。

【答案】(1)3m/s；(2)540N；(3)22.5J

【解析】

【详解】(1)重物自由下落，设落地瞬间速度为大小v1，则根据自由落体运动公式有

代入数据可得

v1=3m/s

方向竖直向下

(2)设反弹的速度大小为v2，则有

代入数据可得

v2=2m/s

速度方向竖直向上；规定向上为正方向，则由动量定理可得

代入数据有

解得

F=540N

(3)根据能量守恒可知，损失的机械能为

代入数据可得

19.如图甲所示，a、b为某种物质的两个分子，假设分子a固定不动，分子b只在ab间分子力的作用下运动（在x轴上），以a为原点，沿两分子连线建立x轴。两个分子之间的作用力与它们之间距离x的F—x关系图线如图乙所示。图线在r0处的斜率为k，当分子b在两分子间距r0附近小范围振动时：

(1)弹簧、橡皮筋等弹性物质，大多有“弹性限度”，在“弹性限度”范围遵守胡克定律，请结合图乙从微观尺度上谈谈你对“弹性限度”范围的理解。说明在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式；

(2)推导两分子间距为x（xr0）时，两分子间分子势能EP的表达式；当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0。求两分子在r0附近小范围振动时的振动范围。当温度小范围升高时，热运动加剧，A同学认为分子振动范围变大，B同学认为分子振动频率变大，哪位同学的观点正确？

【答案】(1)见解析，简谐振动；(2)，，A同学正确。

【解析】

【详解】(1)弹力时分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在r0附近，分子力才和分子偏离r0的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围。在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式时简谐运动。

(2)在F—x图中，当x≥r0时图线与x轴所围成的面积表示弹力F做的功，则在游客位移从r0变为x的过程中，弹力做功为

所以弹性绳的弹性势能为

当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0，以此位置为起点，当b分子的动能全部转化为分子势能时即为最远点，所以有

可得

根据简谐振动的对称性可知振动范围为

当温度小范围升高时，热运动加剧，Ek0增大，则振动范围增大，频率不变，故A同学正确。

20.1932 年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题．现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中．某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图．回旋加速器的核心部分为两个 D 形盒，分别为 D1、D2．D 形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与 D 形盒底面垂直．两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．D 形盒的半径为 R，磁场的磁感应强度为 B．设质子从粒子源 A 处进入加速电场的初速度不计．质子质量为 m、电荷量为+q．加速器接入一定频率的高频交变电源，加速电压为 U．加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．求：

（1）质子第一次经过狭缝被加速后进入 D2 盒时的速度大小 v1 和进入 D2 盒后运动的轨道半径 r1；

（2）质子被加速后获得的最大动能 Ek 和交变电压的频率 f；

（3）若两 D 形盒狭缝之间距离为 d，且 d<<R．计算质子在电场中运动的总时间 t1 与在磁场中运动总时间 t2，并由此说明质子穿过电场时间可以忽略不计的原因．

【答案】(1) ，   (2)   ，   (3)    ，  ； 

【解析】

（1）设质子第1此经过狭缝被加速后的速度为v1： 解得 

解得：

（2）当粒子在磁场中运动半径非常接近D型盒的半径A时，粒子的动能最大，设速度为vm，则

解得

回旋加速器正常工作时高频交变电压的频率等于粒子回旋的频率，则设粒子在磁场中运动的周期为T,则：

则

（3）设质子从静止开始加速到粒子离开加速了n圈，粒子在出口处的速度为v，根据动能定理可得：

可得

粒子在夹缝中加速时，有： ，第n次通过夹缝所用的时间满足： 将粒子每次通过夹缝所用时间累加，则有

而粒子在磁场中运动的时间为（每圈周期相同）

可解得，因为d<<R，则 t1<<t2

21.自然界真是奇妙，微观世界的规律竟然与宏观运动规律存在相似之处。在长期的科学探索实践中，人类已经建立起各种形式的能量概念以及度量方法，其中一种能量是势能，势能是有由于物体间存在相互作用而具有的、由物体间相对位置决定的能。如重力势能，弹性势能，分子势能和电势能等。可以认为蹦极运动中的弹性绳的弹力的变化规律和弹簧相同，k为其劲度系数，l0为弹性绳的原长。

(1)游客相对蹦极平台的位移为x，弹性绳对游客的弹力为F，取竖直向下为正方向，请在图中画出F随x变化的示意图，并借助F-x图像推导当游客位移为x（x≥l0）时，弹性绳弹性势能EP的表达式；

(2)已知l0=10m，k=100N/m，蹦极平台与地面间的距离D=55m。取重力加速度g=10m/s2。计算总质量M=160kg的游客使用该蹦极设施时距离地面的最小距离。

【答案】(1)示意图如图

；(2)5m

【解析】

【详解】(1)因为蹦极运动中的弹性绳的弹力的变化规律和弹簧相同，取竖直向下为正方向，所以类比弹簧弹力的变化规律如图所示

在F—x图中，当x>l0时图线与x轴所围成的面积表示弹力F做的功，则在游客位移从l0变为x的过程中，弹力做功为

所以弹性绳的弹性势能为

(2)当游客从蹦极平台第一次到达最低点的过程中，设到达最低点的距离为l，根据机械能守恒有

解得

l=50m或l=2m（舍去）

所以距离地面的最小距离为