北京市朝阳区2021届高三上学期期末考试物理试题 Word版含答案 13页

1 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 Q P 2 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 3 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 自重 40 kg 额定电压 48 V 载重 75 kg 额定电流 12 A 最大行驶速度 20 km/h 额定输出功率 400 W 4 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 5 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 ghv 22 0  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． nvρj  B． nevρ  C． ρjE  D． nevρf  6 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 图号 原磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 竖直向下 逆时针（俯视） 竖直向上 乙 竖直向上 顺时针（俯视） ②线圈内磁通量减少时的情况 图号 原磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 竖直向下 顺时针（俯视） 竖直向下 丁 竖直向上 逆时针（俯视） 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 图 1 7 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 图 2 8 （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。 9 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 q mgE  ，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。 图 1 图 2 10 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U Q ；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。 北京市朝阳区 2020~2021 学年度第一学期期末质量检测 高三物理 参考答案 2021．01 第一部分 图 1 图 2 11 每题 3 分 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 A B B D B D A C B C B D D C 第二部分 15．（10 分） （1） ①竖直向下②竖直向上 （2 分） （2） 相反 （2 分） （3） （磁场）磁通量的变化 （2 分） （4） a 到 b （2 分） S 断开瞬间，线圈 B 中产生感应电流，保持铁芯中的磁性，所以衔铁不会马上被弹簧拉 起，达到延时的作用 （2 分） 16．（8 分） （1） 甲 （2 分） （2） 2.4--2.6 （2 分） （3） 偏小 （2 分） （4） S AD AX EL L （2 分） 17．（9 分） 解：（1） 由 2 2 1 mveU  得 e mvU 2 2  （3 分） （2） 由几何关系可得 r=2d， 洛伦兹力提供向心力 r vmevB 2  得 ed mvB 2  （3 分） （3） 根据周期得定义有 v πrT 2 所以 v πdTt 312 1  （3 分） 18．（9 分） 12 解：（1） BlvE  R BlvI  （3 分） （2） 如图所示 （3 分） （3） 取一个周期，生热相同，列式如下 2 2 21 2 1 2 RtIRtIRTI  可得 R BlvI 3 6 （3 分） 19．（10 分） 解：（1）由动能定理有 2 2 1 mvqEL  得 m qELv 2 （3 分） （2）此模型是在电场力作用下的简谐运动，类比单摆的周期公式 g LπT 2 只要求出对应的加速度即可，qE=ma 得 m qEa  代入上式得 qE mLπT 2 （3 分） （3）根据重力电场力大小关系可知，动能最大的位置在与竖直方向成 45o 角斜向右下的 位置，根据动能定理 2oo 2 1）45cos1（45cos mv--qELmgL  结合 L vmmgF 2 m 2-  得 mgF ）（ 2-23m  （用 qE 表示结果亦可） （4 分） 20．（12 分） 解：（1） N 板电势高 （2 分） （2） 带电粒子在洛伦兹力作用下堆积于 M、N 处，当电荷不再堆积时，电势差达到稳 定，此时，洛伦兹力和电场力平衡，设某电荷电量为 q，M、N 间为匀强电场，有 13 q B qEv ① （2 分） UE d  ② （2 分） 2 4Q d v ③ 解得 4BU Qd = kQ ④ （1 分） 即 U Q ④式中比例系数与液体性质无关，因此只需用某一种导电液体标定刻度盘，即可用来测 定其他导电液体的流量。 （1 分） （3）标记如图所示 选择这些时间段用来测量并显示流量，使导电液体中的正、 负电荷一段时间内向一侧堆积，接下来的另一段时间内向另一侧 堆积，不会使导电液体与电极间的电场总恒定，从而消除了极化 电场的影响。另外，每一个时间段内磁场都是恒定的，仪表显示 流量是确定的，能够进行准确测量，但又不是恒定段都选，而是取中间段，避免边缘的变化 影响 （4 分） 全卷评分说明：用其他方法解答正确，给相应分数。