北京市朝阳区2021届高三上学期期末物理试题

北京市朝阳区2020~2021学年度第一学期期末质量检测

                高三年级物理试卷             2021.1

（考试时间90分钟    满分100分）

第一部分

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．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。下列选项符合史实的是                                                                                                 

A．焦耳发现了电流热效应的规律

B．安培总结出了点电荷间相互作用的规律

C．楞次发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕

D．法拉第对带电粒子在磁场中受力作了深入研究并得到了定量的结果

2．真空中某带正电的点电荷的等势面分布如图所示，图中相邻等势面的半径差相等。下列选项正确的是

A．相邻等势面间的电势差相等

B．P点的场强比Q点的场强大

C．P点电势比Q点电势低

D．检验电荷在P点比在Q点的电势能大

3．如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是

A．在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号

B． 无线电波、激光都是横波

C． 信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟

D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展

4．如图所示，在M、N两点处有两根垂直纸面平行放置的长直导线， 通有大小相等、方向相反的电流。在纸面上有一点P，P点到M、N的距离相等。下列选项正确的是

A．M处导线受到的安培力沿MN连线指向N

B．M处导线受到的安培力垂直于MN连线向右

C．P点的磁场方向平行于MN连线向上

D．P点的磁场方向垂直于MN连线向右

5．静电除尘原理是设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到正极A上。下列选项正确的是

A．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电

B．收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电

C．收集器A和电离器B之间形成的是匀强电场

D．静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程

6．如图所示，两块很大的平行金属板M、N正对放置，分别带有等量异种电荷，在两板间形成匀强电场，空间同时存在垂直纸面的匀强磁场。有一带电粒子在两板间恰能沿直线运动，速度大小为v0。不计粒子重力。当粒子运动到P点时，迅速将M、N板间距增大少许，则此后粒子的运动情况是

A．沿轨迹①做曲线运动

B．沿轨迹④做曲线运动

C．运动方向改变，沿轨迹②做直线运动

D．运动方向不变，沿轨迹③做直线运动

7．下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大速度行驶，则下列选项正确的是                                                       

A．电动机的输入功率为576W 

B．电动机的线圈电阻为4Ω

C．该车获得的牵引力为104N 

D．该车受到的阻力为20N

8．如图甲所示，N＝200匝的线圈（图中只画了2匝），电阻r＝2Ω，其两端与一个R＝48Ω的电阻相连。线圈内有垂直纸面向里的磁场，磁通量按图乙所示规律变化。下列选项正确的是

A．电阻R两端b点比a点电势高

B．电阻R两端的电压大小为10V

C．0.1s时间内非静电力所做的功为0.2J

D．0.1s时间内通过电阻R的电荷量为0.05C

9．如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数比为n1 : n2，原线圈接正弦交流电源，电压保持不变，副线圈接有电阻R和两个小灯泡，开关S保持闭合状态。电流表和电压表均可视为理想电表。开关S断开后，下列选项正确的是

A．电流表A2的示数增大

B．电压表V2的示数增大

C．电压表V1、V2的示数之比为n1 : n2

D．电流表A1、A2的示数之比为n1 : n2

10．在研究电容器的充、放电实验中，把一个电容器、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。电流传感器与计算机连接，记录这一过程中电流随时间变化的i - t图像如图乙所示，图线1表示电容器的充电过程，图线2表示电容器的放电过程。下列选项正确的是

A．电容器放电过程中流过电阻R的电流方向向右

B．电容器充电过程中电源释放的电能全部转化为电容器中的电场能

C．图乙中图线1与横轴所围的面积，表示电容器充电后所带电荷量的大小

D．图乙中形成图线2的过程中，电容器两极板间电压降低的越来越快

11．如图所示，一个质量为m、带电荷量为＋q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙绝缘细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环的带电量不变，不计空气阻力，关于圆环运动的v - t图像，下列选项中一定错误的是

12．某同学把电流表、电池和一个定值电阻串联后，两端连接两支测量表笔，做成了一个测量电阻的装置，如图所示。两支表笔直接接触时，电流表的读数为5.00mA；两支表笔与300的电阻相连时，电流表的读数为2.00mA。下列选项正确的是

A．若将电流表表盘刻度改为相应的电阻值，刻度仍然是均匀的

B．用这个装置可以粗测电路中正常发光的小灯泡的阻值

C．由题中数据可以求得这个装置的内阻为300

D．用这个装置测量600的电阻时，电流表的示数为1.25mA

13．一个质量为m、带电量为＋q的小球，由长为l的细线吊在天花板下，空间有竖直向下的匀强磁场。现小球恰好以速率v0在水平面内做匀速圆周运动，轨道平面与地面的距离为h，细线与竖直方向的夹角为θ，如图所示。已知重力加速度大小为g，空气阻力忽略不计。下列选项正确的是

A．小球的向心加速度大小为a = gtanθ

B．由题中数据不能求得磁感应强度的大小

C．某时刻剪断细线，小球将做平抛运动

D．剪断细线后，小球落到地面时速度大小为

14．金属导电是一个典型的导电模型，值得深入研究。一金属直导线电阻率为ρ，若其两端加电压，自由电子将在静电力作用下定向加速，但电子加速运动很短时间就会与晶格碰撞而发生散射，紧接着又定向加速，这个周而复始的过程可简化为电子以速度v沿导线方向匀速运动。我们将导线中电流与导线横截面积的比值定义为电流密度，其大小用j表示，可以“精细”描述导线中各点电流的强弱。设该导线内电场强度为E，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e，电子在导线中定向运动时受到的平均阻力为f。则下列表达式正确的是

A．       B．        C．          D．

第二部分

本部分共6题，共58分。

15．（10分）探究感应电流方向的实验所需器材包括：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池（用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系）。

（1）实验现象：如图1所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。

①线圈内磁通量增加时的情况

②线圈内磁通量减少时的情况

请填写表格中的空白项。

（2）实验结论：当穿过闭合线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向              

（填写“相同”或“相反”）。

（3）总结提炼：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的            。

（4）拓展应用：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线ab中电流方向为       （填写“a到b”或“b到a”）。说明延时继电器的“延时”工作原理：                                           

                                                                             。

16．（8分）利用电流表（内阻约为0.1Ω）和电压表（内阻约为3kΩ）测定一节干电池的电动势和内阻（约为几欧），要求尽量减小实验误差。

（1）应该选择的实验电路是        （填写“甲”或“乙”）。 

（2）处理实验中的数据得到如图丙所画图线，由此可得出干电池的内阻r =    Ω。（结果保留2位有效数字）

丙                                 丁

（3）本实验存在系统误差，经分析可知所测干电池的电动势比真实值         （填写“偏大”或“偏小”）。

（4）为了较准确地测量电动势，有人设计了如图丁所示测量电路，E0是稳压电源，AB是一根均匀的电阻丝，其电阻和长度成正比，Es是标准电池（电动势Es已知），Ex是待测电池（电动势Ex未知)。现合上开关S后，将开关S1和S2合到Es一侧，保持滑动接头处于D点不动，调整电阻R使电流计G中无电流。此后保持R不变，将开关S1和S2合向Ex一侧，这时移动滑动接头的位置，直到电流计中也没有电流为止。以X表示这时滑动接头的位置，已测得AD段距离为LAD，AX段距离为LAX，则可求得待测电源电动势Ex =          。

17．（9分）

利用电场或磁场都可以实现对带电粒子的控制。如图所示，电子由静止开始，从M板到N板经电场加速后获得速度v，并从A点以此速度垂直于磁场左边界射入匀强磁场，电子穿出磁场时速度方向和原来入射方向的夹角为30o。已知电子质量为m，带电量为e，磁场宽度为d。求：

（1）M、N板间的电压U；

（2）匀强磁场的磁感应强度B；

（3）电子在磁场中运动的时间t。

18．（9分）

如图1所示，由均匀电阻丝做成的正方形单匝线圈的电阻为R，边长为l，线圈以恒定速度v垂直穿过匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，宽度为2l。从cd进入磁场开始计时，针对线圈穿过磁场的过程，完成下列问题：

（1）求线圈进入磁场的过程中感应电流的大小；

（2）取感应电流顺时针方向为正，在图2中画出线圈中的电流随时间变化的图像，标明图线关键位置的坐标值；

（3）若图2中的电流变化与某交变电流一个周期的变化情况相同，求该交变电流的有效值。

图1　　　　　　　　　　　　　　　图2

19．（10分）

如图1所示，绝缘细线的一端系一带正电小球，另一端固定在O点，整个装置处于光滑绝缘水平面上，空间存在一水平向右的匀强电场，电场强度大小为E，小球静止时处于A点，图2为俯视图。已知细线长度为L，小球质量为m，带电量大小为q，重力加速度为g，不计空气阻力，细线的长度不变。

（1）在水平面上将小球拉至位置O′，OO′垂直于电场线，使细线刚好伸直，然后将小球由静止释放。求小球到达A点时速度的大小；

（2）保持细线伸直，将小球在水平面上拉离A点一个很小的距离，由静止释放，小球将做简谐运动，类比单摆的周期公式求出小球做简谐运动的周期；

  （3）在小球处于A点静止的情况下，突然撤掉水平面，O点位置不变，小球将在竖直面内运动。若，不计空气阻力，求小球在之后的运动过程中细线拉力的最大值。

20．（12分）

工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。

如图1是电磁流量计的示意图。圆形管道由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管道中的导电液体流过磁场区域时，用仪表测量出放置在管道壁上的M、N两个电极间的电势差，就可以知道管道中液体的流量Q。已知电极M、N间的距离等于管道的直径d，磁感应强度为B。假定管道中各处液体的流速相同，且液体始终充满整个管道。

（1）当液体流动方向如图1所示时，判断M、N哪个电极电势高；

（2）推导证明电极M、N间的电势差U与流量Q有正比关系，即；并说明：用某一种导电液体标定仪表刻度盘，也适用于其他导电液体；

（3）理想情况下，在磁场恒定不变时电压的测量是稳定的，但导电液体在稳恒磁场长时间的作用下，液体中离子与电极接触的表面处会形成极化电场，干扰电压的测量。某一电磁流量计实际使用的磁场，其磁感应强度B与时间t的关系如图2中虚线所示，仪表只在每一个周期的特定时间段内测量M、N间的电势差，用于显示液体流量，请在图2中用实线在图线上标出这些时间段，并简要说明选定时间段的依据。