2020北京朝阳区高三上学期期末考试物理试题含答案

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北京市朝阳区2019—2020学年度第一学期期末质量检测 高三年级物理试卷 2020．1 （考试时间90分钟 满分100分）一、本题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。1．以下与“1V”相等的是A．1N·m/C B．1J/s C．1T·m/s2 D．1Wb/C 2．如图所示，设想在真空环境中将带电导体球靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为Q左、Q右；若沿虚线2将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为Q'左、Q'右。下列推断正确的是A．Q左+Q右可能为负B．Q左+Q右一定等于Q'左+Q'右C．导体内虚线1上各点的场强小于虚线2上各点的场强D．导体内虚线1上各点的电势小于虚线2上各点的电势3．四种电场的电场线分布情况如图所示。将一检验电荷分别放在场中a、b两点，则该检验电荷在a、b两点所受的电场力以及电势能均相同的是A．甲图中，与正点电荷等距离的a、b两点B．乙图中，两等量异种点电荷连线中垂线上与连线等距的a、b两点C．丙图中，两等量同种点电荷连线中垂线上与连线等距的a、b两点D．丁图中，某非匀强电场中同一条电场线上的a、b两点4．小明同学探究楞次定律的实验装置如图所示。下列说法正确的是SA．若线圈导线的绕向未知，对探究楞次定律没有影响B．磁铁匀速向上远离线圈，闭合回路中不会产生感应电流C．感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化D．感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反5．磁流体发电机的结构简图如图所示。把平行金属板A、B和电阻R连接， A、B之间有很强的磁场，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）以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极。下列推断正确的是RA．A板为电源的正极B．A、B两板间电压等于电源的电动势C．两板间非静电力对等离子体做功，使电路获得电能 D．若增加两极板的正对面积，则电源的电动势会增加F6．如图所示，平行板电容器极板与水平面成θ 角放置，充电后与电源断开。有一质量为m、电荷量为q的小球，从极板左侧沿水平方向飞入电场并沿直线飞出。下列推断正确的是BOvAθA．小球做匀速直线运动B．仅使小球的电荷量加倍，小球依然做直线运动C．仅使板间距加倍，小球依然做直线运动D．仅使电容器转至水平，小球依然做直线运动7．A、B是两个完全相同的电热器，A、B分别通以图甲、乙所示的交变电流。则A．通过A、B两电热器的电流有效值之比为IA∶IB =3∶4B．通过A、B两电热器的电流有效值之比为IA∶IB =C．A、B两电热器的电功率之比为 PA∶PB =3∶2D．A、B两电热器的电功率之比为 PA∶PB =5∶4F8．在光滑水平面上，细绳的一端拴一带正电的小球，小球绕细绳的另一端O沿顺时针做匀速圆周运动，水平面处于竖直向下的足够大的匀强磁场中，如图所示（俯视）。某时刻细绳突然断裂，则下列推断正确的是OA．小球将离圆心O越来越远，且速率越来越小 B．小球将离圆心O越来越远，且速率保持不变 C．小球将做匀速圆周运动，运动周期与绳断前的周期一定相等D．小球将做匀速圆周运动，运动半径与绳断前的半径可能相等9．大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，下图为其原理简图。竖直平面内闭合线圈abcd固定不动，磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中就会产生感应电流。若条形磁铁以10π rad/s的角速度匀速转动，且图示时刻N极正在向里转。现以图示时刻为计时起点，则下列推断正确的是A．该发电机产生的交流电频率是10HzB．t=0时线圈中的电流方向为abcdaC．t=0.5s时线圈中的电流方向发生变化D．t=5s时线圈中的电流最小r10．汽车蓄电池供电的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，启动系统的电动机工作，车灯亮度会有明显变化；当汽车启动之后，开关S断开，启动系统的电动机停止工作，车灯亮度恢复正常。则汽车启动时A．电源的效率减小B．车灯一定变亮C．电动机的输出功率等于电源输出功率减去两灯的功率D．若灯L1不亮灯L2亮，可能是由于L1灯短路所致11．利用电场可以使带电粒子的运动方向发生改变。现使一群电荷量相同、质量不同的带电粒子同时沿同一方向垂直射入同一匀强电场，经相同时间速度的偏转角相同，不计粒子重力及粒子间的相互作用，则它们在进入电场时一定具有相同的A．动能 B．动量 C．加速度 D．速度12．有些仪器在使用时对电流非常敏感，需要对电流做精细的调节，常用两个阻值不同的变阻器来完成调节，一个做粗调另一个做微调。有两种电路如图甲、乙所示，分别将R1和R2两个变阻器按不同连接方式接入电路，R1的最大阻值较大，R2的最大阻值较小。则仪器R1R2仪器R1R2甲乙······A．图甲和图乙所示的电路都用R1做粗调 B．图甲和图乙所示的电路都用R2做粗调C．图甲所示的电路用R1做粗调，图乙所示的电路用R2做粗调D．图甲所示的电路用R2做粗调，图乙所示的电路用R1做粗调13．小红将量程为0～0.6A的电流表（表盘刻度共有30个小格），按照图示电路改装成较大量程的安培表，其中R1和R2阻值相等，都等于改装前电流表内阻的。则R2AR1123··A．将1、2接入电路时，安培表每一小格表示0.12AB．将1、2接入电路时，安培表每一小格表示0.08AC．将1、3接入电路时，安培表每一小格表示0.12AD．将1、3接入电路时，安培表每一小格表示0.08A绝缘支架永磁体铜板甲14．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀的铜板固定在绝缘支架上，将一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t=0时刻给永磁体一沿斜面向下的瞬时冲量，永磁体将沿斜面向下运动，如图甲所示。若永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且（式中θ为铜板与水平面的夹角）。取地面为重力势能的零势面。则图乙中关于永磁体下滑过程中速率v、动能Ek、重力势能Ep、机械能E随时间t变化的图像一定错误的是vOtAOEptCOEtD OEktB乙二、本题共2小题，共18分。把答案填在答题纸相应的位置。15．（9分）在“测定金属的电阻率”的实验中，所用测量仪器均已校准。（1）用刻度尺和螺旋测微器分别测量金属丝的长度和直径，某次测量结果如图所示，在此次测量中该金属丝的长度为___________cm，直径为___________mm。cm待测金属丝0123454950464748404503035（2）已知待测金属丝的电阻值Rx约为5Ω。可供选择的器材有：电源E：电动势3V，内阻约1Ω电流表A1：量程0～0.6A，内阻约0.125Ω电流表A2：量程0～3A，内阻约0.025Ω电压表V1：量程0～3V，内阻约3kΩ电压表V2：量程0～15V，内阻约15kΩ滑动变阻器R1：最大阻值5Ω，允许最大电流2A滑动变阻器R2：最大阻值1000Ω，允许最大电流0.6A开关一个，导线若干。在上述器材中，应该选用的电流表是______，应该选用的电压表是______。若想尽量多测几组数据，应该选用的滑动变阻器是______（填写仪器的字母代号）。（3）用所选的器材，在答题纸对应的方框中画出电路图。（4）关于本实验的误差，下列说法正确的是________。A．对金属丝的直径多次测量求平均值，可消除误差B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C．利用电流I随电压U的变化图线求Rx可减小偶然误差16．（9分）某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。（1）下列说法正确的是_______。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．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”C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 D．测量副线圈电压时，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E．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F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用（2）如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起丙（3）理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即。三、本题共4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不得分，有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位。将解答过程写在答题纸相应的位置。17．（8分）质谱仪是分析同位素的重要工具，其原理简图如图所示。容器A 中有电荷量均为+q、质量不同的两种粒子，它们从小孔S1不断飘入电压为U 的加速电场（不计粒子的初速度），并沿直线从小孔S2（S1与S2连线与磁场边界垂直）进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外的匀强磁场，最后打在照相底片D上，形成a、b两条“质谱线”。已知打在a处粒子的质量为m。不计粒子重力及粒子间的相互作用。（1）求打在a处的粒子刚进入磁场时的速率v；（2）求S2距a 处的距离xa；（3）若S2距b处的距离为xb，且xb=，求打在b处粒子的质量mb（用m表示）。baADS1BS2U18．（10分）如图所示，在水平向右的匀强电场中，一根不可伸长的细线一端固定于O点，另一端悬挂一质量为m的带正电的小球。现将小球向右拉至与悬点O等高的A点，由静止释放。小球向左最远能摆到与竖直方向夹角为θ的B点。已知小球所带的电荷量为q0，细线的长度为L。（1）求小球从A点摆到B点的过程中重力所做的功W；（2）求A、B两点的电势差UAB及场强的大小E；（3）电势差的定义方式有两种：第一种是指电场中两点间电势的差值，即，式中φC和φD分别为电场中C、D两点的电势；第二种是利用比值法定义，即，式中q为检验电荷的电荷量，WCD为检验电荷在电场中从C点移动到D点过程中电场力所做的功。请你证明这两种定义方式的统一性。 O A B θ19．（10分）某研学小组设计了一个辅助列车进站时快速刹车的方案。如图所示，在站台轨道下方埋一励磁线圈，通电后形成竖直方向的磁场（可视为匀强磁场）。在车身下方固定一矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车快速刹车。已知列车的总质量为m，车身长为s，线框的短边ab和cd分别安装在车头和车尾，长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），整个线框的电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长（大于车长s），车头进入磁场瞬间的速度为v0，假设列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。已知磁感应强度的大小为B，车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止。（1）求列车车头刚进入磁场瞬间线框中的电流大小I和列车的加速度大小a；（2）求列车从车头进入磁场到停止所用的时间t；（3）请你评价该设计方案的优点和缺点。（优、缺点至少各写一条）abdcv0s20．（12分）磁学的研究经历了磁荷观点和电流观点的发展历程。（1）早期磁学的研究认为磁性源于磁荷，即磁铁N极上聚集着正磁荷，S极上聚集着负磁荷（磁荷与我们熟悉的电荷相对应）。类似两电荷间的电场力，米歇尔和库仑通过实验测出了两磁极间的作用力，其中p1和p2表示两点磁荷的磁荷量，r是真空中两点磁荷间的距离，Km为常量。请类比电场强度的定义方法写出磁场强度H的大小及方向的定义；并求出在真空中磁荷量为P0的正点磁荷的磁场中，距该点磁荷为R1处的磁场强度大小H1。（2）安培分子电流假说开启了近代磁学，认为磁性源于运动的电荷，科学的发展证实了分子电流由原子内部电子的运动形成。毕奥、萨伐尔等人得出了研究结论：半径为Rx、电流为Ix的环形电流中心处的磁感应强度大小为，其中Kn为已知常量。a．设氢原子核外电子绕核做圆周运动的轨道半径为r，电子质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，求该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小B1。b．有人用电流观点解释地磁成因：在地球内部的古登堡面附近集结着绕地轴转动的管状电子群，转动的角速度为ω，该电子群形成的电流产生了地磁场。如图所示，为简化问题，假设古登堡面的半径为R，电子均匀分布在距地心R、直径为d的管道内，且dR。试证明：此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小B2 ∝ω 。地轴ω北京市朝阳区2019—2020学年度第一学期期末质量检测 高三年级物理参考答案 2020．1一、本题共14小题，每小题3分，共42分。二、本题共2小题，共18分。V1A1R1SRx15．（9分）（1）（49.37～49.41）、（0.383～0.387） （2分）（2）A1；V1；R1 （3分）（3）如图所示。 （2分）（4）C （2分）16．（9分）（1）CDF （3分）（2）AC （2分）（3）理想变压器模型应忽略的次要因素如下：①不计漏磁，即通过原副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；②不计原副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失；③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为 因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，即 联立以上各式可得 （4分）三、本题共4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。17．（8分）解：（1）粒子经过电压为 的电场，由动能定理有 ①可得 （2分）（2）粒子通过孔 进入匀强磁场B做匀速圆周运动，有 ② ③ 联立①②③式可得 ④ （3分）（3）同（2）可得 ⑤联立④⑤式并代入已知条件可得 mb=2m （3分）18．（10分）（1）小球从A到B的过程中下降的高度为重力对小球做的功可得 （2分）（2）小球从A到B的过程中，由动能定理有解得 根据匀强电场有 解得 （4分）（3）设试探电荷在C点的电势能为，在D点的电势能为，则试探电荷从C运动到D的过程中，根据电场力做功与电势能变化的关系有 ①根据电势的定义式有 ② ③联立①②③式可得 即 所以 可见两种定义方式是统一性的。 （4分）19．（10分）解：（1）车头进入磁场时线框ab边切割磁感线，有 ① 线框中的电流为 ②联立①②式可得 线框所受的安培力为 ③由牛顿第二定律可得 ④联立①②③④式可得 （4分）（2）设列车前进速度方向为正方向，由动量定理可得 其中 ，代入上式得 ⑤其中 ⑥联立⑤⑥式可得 （4分）（3）该方案的优点：利用电磁阻尼现象辅助刹车，可以使列车的加速度平稳减小；可以减小常规刹车的机械磨损等。该方案的缺点：没有考虑列车车厢和内部线路等也是金属材质，进入磁场时会产生涡流对设备产生不良影响；励磁线圈也需要耗能；线框固定在列车上增加负载且容易出现故障；列车出站时也会受到电磁阻尼等。 （2分）20．（12分）解：（1）磁场强度H的定义为：放入磁场中某点的检验磁荷所受磁场力的F跟该磁荷的磁荷量P的比值，叫做该点的磁场强度。定义式为 磁场中某点磁场强度的方向与正检验磁荷在该点所受的磁场力方向相同。在真空中距正点磁荷为R1处放一磁荷量为P的正检验磁荷，则该检验磁荷所受的磁场力为 由磁场强度的定义可得 （4分）（2）a．设电子绕核做圆周运动的周期为T，由牛顿定律得 ① 等效的“分子电流”大小为 ② 分子电流I在圆心处的磁感应强度大小为 ③ 由①②③式联立可得 （4分）b．【方法一】设管状电子群的总电荷量为Q，则其转动的周期为 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④定向转动所形成的等效电流为  = 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤ 管状电流I1在圆心处的磁感应强度大小为  = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥由 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④ = 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤ = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥式联立可得 所以 B2 ∝ω （4分）【方法二】由于Rd，管状电子群中电荷绕地轴转动的平均速率为  = 7 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑦且短时间内电子运动可近似为直线运动，设单位体积内的电子数为n，则内通过管状电流某横截面的总电荷量为  = 8 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑧管状电流的横截面积为  = 9 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑨ 由电流的定义可得  = 10 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑩ 由 = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥ = 7 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑦ = 8 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑧ = 9 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑨ = 10 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑩式联立可得 所以 B2 ∝ω （4分）【方法三】设管状电子群中单位长度的电子数为N个，则11内通过管状电流某横截面的总电荷量为 11 由 = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥ = 7 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑦ = 10 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑩ 式联立可得 所以 B2 ∝ω （4分）18全卷评分说明：用其他方法解答正确，给相应分数。题号1234567891011121314答案ABBCCCDDBABCAC