北京市昌平区2021届高三年级二模考试物理试题

这是一份北京市昌平区2021届高三年级二模考试物理试题，共11页。试卷主要包含了“4G改变生活，5G改变社会”等内容，欢迎下载使用。

物理试卷
2021．5
本试卷共10页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。
第一部分 选择题（共42分）
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1．驾车从天安门到北京大学东门，手机导航软件提供了三条推荐路线，如图1所示。下列说法正确的是
A．三条路线的路程相同
B．三条路线的位移相同
C．三条路线的平均速度相同
D．“距离最短”路线的平均速度最大
2．下列与热现象有关的说法中，正确的是
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动
C．两个分子间距离减小时，分子间的引力减小，斥力增大
D．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故
3．“4G改变生活，5G改变社会”。5G网络使用的无线电通信频率是在3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G网络（无线电通信频率在1.8GHz～2.7GHz之间）通信拥有更大的带宽，相同时间传递的信息量更大。下列说法正确的是
A．5G信号和4G信号都是横波
B．5G信号比4G信号波长更长
C．5G信号比4G信号传播速度更快
D．5G信号比4G信号更容易绕过障碍物，便于远距离传播
4．1932年，考克饶夫特和瓦尔顿在卡文迪许实验室开发制造了第一台粒子加速器——Cckrft-Waltn 加速器。他们将质子加速到0.5MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9MeV的氦核，这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应。下列说法正确的是
A．X是
B．X由3个质子、7个中子组成
C．上述核反应属于α衰变
D．上述核反应中出现了质量亏损
5．如图2所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图，P、Q、R、S是波形上的四个质点，其中速度为正、加速度为负的质点是
A．P B．Q C．R D．S
6．将一定质量的理想气体缓慢压缩，压缩过程中温度保持不变。下列说法正确的是
A．气体分子的平均动能减小 B．气体与外界无热交换
C．气体的压强不变 D．气体的内能不变
7．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图3所示，一束复色光通过三棱镜后形成a、b两束单色光，下列说法正确的是
A．a光的折射率较大
B．在三棱镜中a光的速度较小
C．在三棱镜中a光的波长较长
D．a光的光子能量较大
8．如图4所示，一交变电流通过理想变压器变压后对用电器RL供电，该用电器正常工作。已知交变电流的电压随时间变化关系为u＝1220sin100πt（V），副线圈与用电器之间导线的总电阻r＝6Ω，用电器铭牌上标有“220V，880W” 字样。下列说法正确的是
u
RL
图4
A．交变电压的频率为100Hz
B．变压器的输入功率为880W
C．原线圈中电流的有效值为12.5A
D．原、副线圈的匝数比为5∶1
9．2021年2月10日，天问一号火星探测器被火星捕获，成功实现火星环绕，经过系列变轨后从调相轨道进入停泊轨道，为着陆火星做准备，如图5所示。下列说法正确的是
P
N
图5
天问一号
火星
停泊轨道
调相轨道
A．天问一号从调相轨道进入停泊轨道时需在P点处加速
B．天问一号在停泊轨道上P点的加速度比在N点小
C．天问一号在停泊轨道上运动过程中，经过P点时的线速度比N点小
D．天问一号在停泊轨道上运行周期比在调相轨道上小
10．如图6所示，排球比赛中运动员将排球从M点水平击出，排球飞到P点时，被对方运动员垫起，球又斜向上飞出后落到M点正下方的N点。已知N点与P点等高，轨迹的最高点Q与M等高。不计空气阻力。下列说法正确的是
M
Q
P
N
图6
A．排球两次飞行过程中经历的时间相同
B．排球到达P点时的速率比离开P点时的速率大
C．排球在M点的速率与经过Q点的速率相等
D．排球两次飞行过程中重力对排球做的功相等
11．如图7所示，三个完全相同的弹簧振子，分别固定在光滑水平面上、竖直天花板上、倾角为θ的光滑斜面上。现将三个物块拉离各自的平衡位置由静止释放，物块做简谐振动。下列说法正确的是
m
k
m
k
θ
m
k
图7
A．振幅一定相同
B．最大回复力一定相同
C．振动的周期一定相同
D．振动系统的能量一定相同
12．图8为给电容器充电的实验电路图。电源电动势为E、内阻不计；电容器的电容为C，灯泡的电阻为R。将开关闭合，给电容器充电，用q表示电容器左侧极板上的电荷量、用i表示电路中的电流、用uC表示电容器极板间的电压、用uR表示灯泡两端的电压。图9中描述充电过程中上述物理量随时间的变化规律，正确的是
13．当交变电流通过导体时，由于交变电流激发的交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时电流将主要地集中到导体表面，这种效应称为趋肤效应。电流的频率越高，趋肤效应越明显。下列说法不正确的是
A．趋肤效应等效于导线的横截面减小，电阻增大
B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材
C．在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝会增加热损耗
D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线可减小趋肤效应
14．电梯、汽车等交通工具在加速时会使乘客产生不适感，其中不适感的程度可用“急动度”来描述。急动度是描述加速度变化快慢的物理量，即。汽车工程师用急动度作为评判乘客不舒适程度的指标，按照这一指标，具有零急动度的乘客，感觉较舒适。图10为某汽车加速过程的急动度J随时间t 的变化规律。下列说法正确是
J/m·s-3
0.8
0
t/ s
5.0
10.0
0.4
图10
A．在0～5.0s时间内，汽车做匀加速直线运动
B．在5.0～10.0s时间内，汽车做匀加速直线运动
C．在0～5.0s时间内，汽车加速度的变化量大小为2.0m/s2
D．在5.0～10.0s时间内，乘客感觉较舒适
第二部分 非选择题（共58分）
15．（9分）
在“验证机械能守恒定律”实验中，
（1）甲同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒，实验装置如图11所示。该同学从打出的纸带中选出一条理想的纸带，如图12所示。选取纸带上连续打出的三个点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h1、h2、h3。已知重锤的质量为m，打点计时器所接交流电的频率为f，当地的重力加速度为g。从起始点O开始到打下B点的过程中，重锤重力势能的减小量∆EP＝＿＿＿＿＿，重锤动能的增加量∆Ek＝＿＿＿＿＿。在误差允许的范围内，如果∆EP＝∆Ek，则可验证机械能守恒。
O
A
B
C
h3
h2
h1
图12
（2）乙同学利用气垫导轨和光电门等器材验证机械能守恒，实验装置如图13所示。实验前，将气垫导轨调至水平，滑块通过细线与托盘和砝码相连。开启气泵，待出气稳定后将滑块从图示位置由静止释放，读出挡光条通过光电门的挡光时间为t。已知刚释放时挡光条到光电门的距离为l，挡光条的宽度为d，托盘和砝码的总质量为m，滑块和挡光条的总质量为M，当地的重力加速度为g。在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统重力势能的减少量∆EP＝＿＿＿＿；系统动能的增加量∆Ek＝＿＿＿＿。在误差允许的范围内，如果∆EP＝∆Ek，则可验证系统的机械能守恒。
气垫导轨
光电门
挡光条和滑块
托盘和砝码
图13
16．（9分）
在“测量电源的电动势和内阻”实验中，
（1）甲同学将一电压表与干电池两极直接相连，此时电压表的示数为U。该干电池的电动势的真实值用 E表示，若忽略偶然误差，则U＿＿＿＿E（选填“＞”“＜”或“＝”）
（2）乙同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，实验电路图如图14所示。他根据记录的数据作出的U─I图像如图15所示。
①通过图像可求出电池的电动势E＝＿＿＿＿V，内阻r＝＿＿＿＿Ω。
②若忽略偶然误差，利用该电路测得的电动势和真实值相比＿＿＿＿（选填“偏小”“偏大”或“相等”）。
（3）丙同学利用如图16所示的电路测量电源的电动势。其中Ex为待测电源，E0为电动势已知的标准电源，内阻不计。R0为保护电阻，R1为滑动变阻器总电阻。移动滑动触头C，使电流计 eq \\ac(○,G)的示数为0时，测得A、C间的电阻为RAC，则待测电源的电动势Ex＝＿＿＿＿。
17．（9分）
如图17所示，边长为L的正方形金属线框abcd从某一高处由静止开始下落，在下落过程中经过一个有水平边界且两个水平边界之间的距离也为L的匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。已知ab边进入磁场时线框刚好做匀速直线运动，线框质量为m，电阻为R，重力加速度为g。忽略空气阻力。求：
（1）ab边进入磁场时，线框中感应电流的方向；
（2）线框进入磁场时的速度大小v；
（3）线框穿越磁场的过程中，产生的焦耳热Q。
L
a
c
d
b
图17
L
18．（9分）
水电站常用水库出水管道处水流的动能发电。如图18所示，出水管道的直径与管道到水库水面高度H相比很小，管道截面积为S。假设液体不可压缩并忽略流体各部分由于相对运动出现的黏性力和液面高度的变化。重力加速度为g。
（1）求出水口处水流的流速v；
（2）将单位时间通过管道某一横截面的流体的体积定义为流量。求出水口处的流量Q。
（3）设出水管道水平，出水口距地面的高度差为，水的密度为ρ，取地面为零势能面。求当水流稳定时，出水口距地面间水柱的机械能E。
H
S
H/4
图18
19．（10分）
高铁、动车车厢与货物车厢之间对接，其原理可简化为一维碰撞模型。如图19所示，两车厢质量均为m，左边车厢与其地板上质量为m的货箱共同向右以v0运动，另一车厢以2v0从相反方向向左运动并与左车厢碰撞挂钩成为一体，货箱在地板上滑行的最大距离为L。不计车厢与铁轨间的摩擦，重力加速度为g。求：
（1）两车厢碰撞后瞬间，车厢速度的大小和方向；
（2）车厢在挂钩后走过的距离L＇；
（3）货箱与车厢地板间的摩擦因数μ。
v0
2v0
m
m
m
图19
20．（12分）
粒子加速器是借助于不同形态的电场，将带电粒子加速到高能量的电磁装置。粒子加速器可分为直线加速器和圆形加速器等类型。
（1）图20为多级直线加速器示意图。横截面积相同、长度依次增加的金属圆筒沿轴线依次排列，各筒相间地连接到交变电源的A、B两极，两极间电压uAB随时间的变化规律如图21所示。t=0时，序号为0的金属圆板中央一个质量为m、电荷量为+q的粒子，在圆板和圆筒之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。已知交变电源电压的绝对值为U，周期为T。带电粒子的重力和通过圆筒间隙的时间忽略不计。如果带电粒子每次经过圆筒之间都能被加速，求第n个圆筒的长度Ln；
图20
靶
0
1
2
3
4
5
6
A
B
T
2T
0
uAB
图21
U
-U
t
3T
（2）回旋加速器使带电粒子沿近似圆形的轨道运动，改进了直线加速器占地较大的问题。回旋加速器的工作原理如图22所示。半径为R的高真空的D形金属盒处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与盒面垂直。将两盒与电压为U的高频交变电源相连，两盒的狭缝间形成周期性变化的电场。A处粒子源产生的带电粒子，质量为m、电荷量为+q，初速度为0。调整交流电源的频率可使粒子每次通过狭缝时都能被加速。不计带电粒子穿过狭缝的时间和粒子所受重力。求：
①所加交流电的频率f；
②粒子获得的最大动能Ekm。
B
D1
D2
图22
A
（3）对于质量较小的电子，由于受到相对论效应的影响，回旋加速器就不适用了。加速电子可以用电子感应加速器。图23是其结构图（上为侧视图，下为真空室俯视图），圆形电磁铁两极间有一环形真空室，在交变电流的激励下，两极间出现交变磁场，交变磁场又激发出感生电场。从电子枪射入真空室的电子在感生电场力和洛伦兹力的共同作用下，在真空室内做加速圆周运动，加速完成后，电子束被引离轨道进入靶室。图24为一周期内磁场的变化情况，B为正时表示B的方向竖直向上。已知电子带负电，试简要分析在一周期内的哪段时间内，电子可被加速做圆周运动？
B
t
T
O
T/4
T/2
3T/4
图24
真空室
图23
靶
电子轨道
S
N
电子枪