2021届北京市通州区高三上学期期末摸底质量检测物理试题 word版

这是一份2021届北京市通州区高三上学期期末摸底质量检测物理试题 word版，共12页。试卷主要包含了本试卷共分两卷，第Ⅰ卷和第Ⅱ卷，回旋加速器的工作原理如图所示，一种用磁流体发电的装置如图所示等内容，欢迎下载使用。

2021年1月
考生须知：1．本试卷共分两卷，第Ⅰ卷和第Ⅱ卷。共8页。
2．本试卷总分为100分，考试时间为90分钟。
3．考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。
第Ⅰ卷 （选择题部分，共42分）
一、选择题（每个小题只有一个选项是正确的，共14道小题，每小题3分）
1．磁感应强度的单位是特斯拉（T），关于特斯拉与基本单位千克（kg）、秒（s）、安培（A）之间关系，下列描述正确的是
A．1T =1kg/( A·s2) B．1T =1kg· s2/A C．1T =1kg/(A·s) D．1T =1kg·s/A
O
A
B
‒Q
R
2．如图所示，将不带电的枕形导体AB，放在一个点电荷的电场中，点电荷的电荷量为‒Q，与导体AB的中心O的距离为R。由于静电感应，在导体AB的两端感应出异种电荷。当达到静电平衡时，下列说法正确的是
A．导体A端带正电
B．导体AB带上正电
C．导体A端的电势低于B端的电势
D．导体AB的感应电荷在O点产生的电场强度大小为，方向向左
A
B
M
N
A
B
M
N
3．A、B两个点电荷在真空中所产生电场的电场线（方向未标出）如图所示。图中C点为两点电荷连线的中点，MN为两点电荷连线的中垂线，D为中垂线上的一点，电场线的分布关于MN左右对称。下列说法正确的是
A．这两个电荷可能是等量同种电荷
B．电子从C点运动到D点，电势能减小
C．电子从C点运动到D点，所受电场力逐渐减小
D．仅在电场力作用下，电子可以沿直线从C点运动到D点
t/()s
O′
‒5
甲 乙
O
i/A
5
2
1
B
4．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴OO′匀速转动，如图甲所示。产生的交变电流i随时间t变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是
A．t = 0时，线框中磁通量的变化率为零
B．t = 0.01 s时，穿过线框的磁通量最大
C．线框旋转的角速度大小为50 rad/s
D．若线框的电阻为0.4 Ω，则线框的热功率为5 W
A
B
L
E
S
5．在如图所示的电路中，A、B为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是
A．合上开关，B先亮，A后亮；断开开关，A、B同时熄灭
B．合上开关，A先亮，B后亮；断开开关，A、B同时熄灭
C．合上开关，B先亮，A后亮；断开开关，A先熄灭，B后熄灭
D．合上开关，A、B同时亮；断开开关，B先熄灭，A后熄灭
G
Rx
6．如图所示的电路为欧姆表原理图，电池的电动势E = 1.5 V，G 为灵敏电流计，满偏电流为200 μA。先将两表笔短接使灵敏电流计满偏，然后在两表笔间接一被测电阻Rx，灵敏电流计的示数为50 μA，那么Rx的值是
A．7.5 kΩ B．15 kΩ
C．22.5 kΩ D．30 kΩ
E r
R0
R
S
7．如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，R0为定值电阻，R为滑动变阻器（最大阻值大于）。闭合开关S，调节R的阻值，使电路中的电流为I，下列说法正确的是
A．此时电源的输出功率为EI
B．此时滑动变阻器的阻值
C．滑动变阻器R的触头从左向右滑动的过程中，路端电压逐渐增大
D．调节滑动变阻器R的阻值，当时滑动变阻器消耗的电功率最大
8．回旋加速器的工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，处于与盒面垂直的匀强磁场中，它们之间有一定的电势差U。A处的粒子源产生的带电粒子在加速器中被加速。下列说法正确的是
A．带电粒子在D形盒内被磁场不断地加速
B．交流电源的周期等于带电粒子做圆周运动的周期
C．两D形盒间电势差U越大，带电粒子离开D形盒时的动能越大
D．加速次数越多，带电粒子离开D形盒时的动能越大
R
9．一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。金属板A、B和等离子体整体可以看作一个直流电源，A、B便是这个电源的两个电极。将金属板A、B与电阻R相连，假设等离子体的电阻率不变，下列说法正确的是
A．A板是电源的正极
B．等离子体入射速度不变，减小A、B两金属板间的距离，电源电动势增大
C．A、B两金属板间的电势差等于电源电动势
D．A、B两金属板间的电势差与等离子体的入射速度有关
10．如图甲所示，矩形导线框ABCD固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面向里。规定垂直于纸面向里为磁场的正方向，线框中沿着ABCDA方向为感应电流i的正方向。要在线框中产生如图乙所示的感应电流，则磁感应强度B随时间t变化的规律正确的是
A B C D
11．把电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器放电。电流传感器中的电流i随时间t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是
t1
t2
t3
t4
t
0
i
1
2
乙
E
R
电流
传感器
1
2
S
C
甲
甲
A．在t1 ~ t2时间内，电容器两极板间电压逐渐减小
B．在t3 ~ t4时间内，电容器的电容逐渐减小
C．曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积
D．S接1端，只要时间足够长，电容器两极板间的电压就能大于电源电动势E
12．如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是
A．从上往下看，该“简易电动机”逆时针旋转
B．电池的输出功率大于线框转动的机械功率
C．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系
D．“简易电动机”由静止到转动起来的过程中，线框中的电流增大
H0
13．如图甲所示，有一固定的负点电荷N，其右侧距离为L处竖直放置一内壁光滑的绝缘圆筒，圆筒内有一带电小球。将小球从H0高处由静止释放，至小球下落到与N同一水平面的过程中，其动能Ek随高度H（设小球与点电荷N的竖直高度差为H）的变化曲线如图乙所示。下列说法正确的是
甲 乙
A．小球可能带负电，也可能带正电
B．在高度H1～H2之间的某点，库仑力在竖直方向上的分力最大
C．该过程中，小球所受合力先增大后减小再增大
D．该过程中，小球的机械能先增大后减小
14．如图所示，在光滑的绝缘水平桌面上，有一质量均匀分布的细圆环，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。圆环的半径为R，质量为m。令此圆环均匀带上正电荷，总电量为Q。当圆环绕通过其中心的竖直轴以角速度ω沿图中所示方向匀速转动时（假设圆环的带电量不减少，不考虑环上电荷之间的作用），下列说法正确的是
O
ω
Ⅰ
Ⅱ
A．圆环匀速转动形成的等效电流大小为
B．圆环受到的合力大小为BQωR
C．圆环内侧（Ⅰ区）的磁感应强度大于外侧（Ⅱ区）的磁感应强度
D．将圆环分成无限个小段，每小段受到的合力都指向圆心，所以圆环有向里收缩的趋势
第Ⅱ卷 （非选择题部分，共58分）
二、实验题（共2道小题，共18分）
15．（8分）某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验。
（1）下列实验器材必须要用的有____（选填字母代号）
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁铁
G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
（2）下列说法正确的是____（选填字母代号）
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
（3）该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_________________________________________________________________。
16．（10分）关于“测电源的电动势和内阻”实验，某研究性学习小组的同学用如图1所示的电路，测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r。实验室提供的器材如下：待测电池、电压表、电阻箱（阻值范围0～999.9）、开关、导线。
（1）请根据图1所示的电路图，在图2中画出连线，将器材连接成实验电路。
S
电阻箱R
V
-
3
15
图1 图2 图3 图4
E
r
S
V
R
10
100
1
0.1
（2）开始做实验时，先把变阻箱阻值调到最大，再U/V
eq \f(U,R)/A
图5
0
1.00
2.00
1.50
3.00
2.50
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R，读取与R对应的电压表的示数U，并将相应的数据转化为坐标点描绘在U‒图中。请将图3、图4中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图5所示的坐标系中（用“+”表示），并画出U‒图线。
（3）由U‒图线可得该电池组的电动势E=__________V，内电阻r =___________Ω。（均保留3位有效数字）
（4）若利用电流表、电压表来测量一节新的干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差，图6中甲、乙两种连接方案应该选择哪一种，并说明理由：________________________________________________________________。
A
A
V
V
甲 乙
图6
三、计算题（共4道小题，共40分）
解题要求：写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。有数字计算的题
答案必须明确写出数值和单位。
17．（7分）如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动。不计带电粒子所受重力。
v
B
（1）求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T 的大小。
（2）为使该粒子在磁场中做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度E的大小。
A
B
18．（10分）如图所示，电路中电源电动势E = 80 V，内阻不计，电路中三个定值电阻R的阻值相同。A、B分别为水平放置的平行板电容器的上、下极板，板长L= 90 cm，板间距离d = 40 cm。在两金属板左端正中间位置M处，有一个小液滴以某一初速度水平向右射入两板间，从A板右侧边缘射出电场。已知小液滴的质量m = 2.0×10-3 kg，带负电，电荷量q = 1.0×10-3 C。重力加速度g =10 m/s2。求：
（1）平行板电容器两极板间电压的大小。
（2）在此过程中液滴电势能的变化量。
（3）液滴进入电场时初速度v0的大小。
19.（11分）如图甲所示，宽度为L的足够长光滑金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁场范围足够大，磁感强度大小为B，方向垂直于导轨平面向上。现有一根质量为m、电阻为R的金属棒MN放置在金属导轨上，长度与金属导轨宽度相等，金属棒MN在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨电阻。
（1）若金属棒MN以水平速度v向右匀速运动，请根据法拉第电磁感应定律推导金属棒MN产生的感应电动势E=BLv。
（2）若金属棒MN在水平向右的恒力F作用下由静止开始运动，请从速度、加速度两个角度分析金属棒MN的运动情况。
（3）若t = 0时金属棒MN有水平向右的初速度v0，此时施加一水平外力F（开始时F方向向右），使金属棒MN做加速度大小为a的匀减速直线运动，直到速度减为零。
a．请推导金属棒MN减速过程中外力F（以初速度方向为正方向）随时间t变化的关系式，并在图乙中画出F‒ t的示意图。
b．请说明根据F‒ t图像，如何求金属棒MN速度从v0减为零的过程中外力F的冲量I。
M
N
B
F
L
F
t
O
甲 乙
.
20.（12分）宏观问题是由微观机制所决定的。对同一个物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。
I
S
（1）如图所示，一段长为L、横截面积为S的圆柱形金属导体，在其两端加上恒定电压，金属导体中产生恒定电流I。已知该金属导体中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m、电量为e。
a．请根据电流的定义，求金属导体中自由电子定向移动的平均速率v。
b．经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的驱动下开始定向移动，然后与导体中可视为不动的粒子碰撞，碰撞后电子沿导体方向定向移动的速率变为零，然后再加速、再碰撞……，自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的就是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设自由电子连续两次碰撞的平均时间间隔为t0，碰撞时间不计，不考虑自由电子之间的相互作用力。请根据以上描述构建物理模型，推导金属导体两端电压U的大小和金属导体的电阻R。
（2）超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圆环平面，逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场，此后若环中的电流不随时间变化，则表明其电阻为零。
为探究该圆环在超导状态的电阻率上限，研究人员测得撤去磁场后环中电流为I，并经过一年多的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化，其中ΔII，当电流的变化小于ΔI时，仪器检测不出电流的变化，研究人员便认为电流没有变化。设该超导圆环粗细均匀，环中单位体积内参与导电的电子数为n，电子质量为m、电荷量为e，环中定向移动的电子减少的动能全部转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量，推导出的表达式。
通州区2020—2021学年第一学期高三年级期末考试
物理试卷参考答案及评分标准
2021年1月
一、选择题（共14道小题，每题3分，共42分）
二、实验题（共2道小题，共18分）
15．（1）BCG （3分）
（2）BC （2分）
（3）在误差允许的范围内，
或 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比（3分）
16．（1）如答图1所示（2分）
（2）如答图2所示（2分）
U/V
eq \f(U,R)/A
答图2
0
1.0
2.0
1.5
3.0
2.5
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
S
答图1
电阻箱R
（3）2.80 V～3.10 V；1.30 Ω～1.50 Ω（4分）
（4）选甲方案。因为电流表内阻和一节新干电池的内阻相差不多，会导致乙方案中电源内阻的测量值误差较大。（2分）
三、计算题（共4道小题，共40分）
17．（7分）解：
（1）洛伦兹力提供向心力，有 （1分）
带电粒子做匀速圆周运动的半径 （1分）
匀速圆周运动的周期 （2分）
（2）粒子受电场力，洛伦兹力，粒子做匀速直线运动，则
电场强度E的大小 （3分）
18. （10分）解：
（1）根据闭合电路欧姆定律，代入数据得 （2分）
（2）液滴在电场中运动电场力做功，代入数据得 （2分）
根据电场力做功与电势能变化的关系，得
即液滴电势能减小0.02 J。（1分）
（3）液滴在电场中运动所受电场力 （1分）
根据牛顿第二定律（1分）
竖直方向，（1分）
水平方向，（1分）
联立得 （1分）
19．（11分）解：
（1）闭合电路内磁通量的变化量为（1分）
根据法拉第电磁感应定律（1分）
（2）根据欧姆定律
根据牛顿第二定律（1分）
变形可得 （1分）
速度v逐渐增大，所以金属棒MN做加速度减小的加速运动，而后当加速度减为零，即安培力等于拉力时，金属棒MN开始做匀速运动。（2分）
（3）a．根据牛顿第二定律 （1分）
t
O
F
答图3
S1
S2
其中
根据匀变速直线运动速度公式 （1分）
联立上边三式 （1分）
金属棒MN速度减为零所需时间，此时外力。F方向改变，所以 F‒ t示意图如答图3所示。（1分）
b．F‒ t图线与横轴之间的面积为力F的冲量。如答题图3中阴影所示，设在第一象限中F‒ t图线与横轴之间的面积为S1，外力F方向为正，故冲量为正；设在第四象限中F‒ t图线与横轴之间的面积为S2，外力F反向，故冲量为负，整个过程中外力F的冲量I= S1 ‒S2。（1分）
20.（12分）解：
（1）a．根据电流的定义式，得 （2分）
b．根据题目描述，自由电子在电场力作用下从静止开始做匀加速直线运动，运动时间t0，速度变为vt，然后与金属粒子发生碰撞，速度减为零。
因此自由电子碰撞前瞬间速度 （1分）
根据动量定理 （2分）
联立得 （1分）
根据电阻定义式 （2分）
（2）设圆环周长为l、电阻为R，由电阻定律得（1分）
设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为，由焦耳定律得 （1分）
设环中电子定向移动的速率为v，则
式中n、e、S不变，只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化，电流变化大小取时，相应定向移动电子的平均速率的变化得大小为，则。
设环中定向移动电子减少的动能总和为，则 （1分）
由于，可得
根据能量守恒定律，得 （1分）
实验次数
n1/匝
n2/匝
U1/V
U2/V
1
1600
400
12.1
2.90
2
800
400
10.2
4.95
3
400
200
11.9
5.92
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
答案
A
D
C
D
A
C
D
B
D
A
C
B
B
C