【物理】北京市密云区2020届高三上学期期末考试试题（解析版） 17页

北京市密云区2020届高三上学期期末考试 一、本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。把正确的答案填涂在答题纸上。‎ ‎1.如图为某空间的电场线分布情况，M、N为电场中的两个点，则下列说法正确的是（ ）‎ A. M点的电场强度大于N点的电场强度 B. M点的电势高于N点的电势 C. 把正电荷从M点移到N点的电场力做正功 D. 负电荷从N点由静止释放，将沿电场线运动到M点 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】A． 电场线的疏密反映电场强度的相对大小，电场线越密，场强越大。由电场线的疏密可知，M点的场强小于N点的场强，故A错误；‎ B． 沿着电场线，电势是降低的，所以M点的电势高于N点的电势，故B正确；‎ C． 正电荷在电势高处电势能大，则一个正点电荷在M点的电势能大于在N点的电势能，故把正电荷从M点移到N点电势能减小，电场力做正功，故C正确；‎ D． 负电荷受力方向为电场线的切线方向，故不会沿电场线运动，故D错误。‎ 故选BC。‎ ‎2.科学家通过大量研究发现，定义某些物理量时具有一定的相似性。比如在研究电场强度时，在电场中某点放入一个试探电荷，其所受静电力F与其电荷量q的比值反映了电场在该点的性质，叫做电场强度，其定义式为E=。请你判断下列物理量符合这一定义方法的是（ ）‎ A B. C. D. ‎ ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ ‎【详解】A． 电势与试探电荷的电势能及电荷量无关，由电场本身性质决定，故是比值定义，故A正确；‎ B． 导体的电阻与加在两端的电压及流过的电流无关，由本身性质决定，故是比值定义，故B正确；‎ C． 电容器的电容与正对面积、板间距等有关，故不是比值定义，故C错误；‎ D． 磁场中的磁感应强度由本身决定，与电流元受力及电流元无关，故是比值定义，故D正确。‎ 故选ABD。‎ ‎3.如图（甲）是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图（乙）所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上。变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压表为交流电表。当副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。则下列说法正确的是（ ）‎ A. 当开关闭合后，交流电压表示数为5V B. 当开关闭合后，交流电压表示数为2.5V C. n1：n2大于1000‎ D. n1：n2小于1000‎ ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】AB． 根据图乙得到原线圈电压的最大值为5V，所以电压表的示数为：‎ 故A错误B正确；‎ CD． 瞬时电压大于5000V即火花放电；根据，且U1=5V，U2>5000V得到实现点火的条件是：‎ 故C正确D错误。‎ 故选BC。‎ ‎4.某同学为了探究感应电流产生的条件，做了以下实验。如图所示，线圈A通过变阻器和开关连接到直流电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A放在线圈B的里面，当合上开关瞬间，发现电流表指针向右偏了一下后回到中间位置。继续进行下一步操作时，发现指针向左偏转，则这个操作可能是（　　）‎ A. 将电源电压增大 B. 将开关断开 C. 将线圈A拔出 D. 将变阻器滑片向右滑动 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】把线圈A放在线圈B的里面，当合上开关瞬间，发现电流表指针向右偏了一下后回到中间位置，说明磁通量增大，指针向右偏转，故指针向左偏转，B线圈磁通量减小。‎ A. 将电源电压增大，A线圈产生磁场增强，B线圈磁通量增大，故指针向右偏转，故A错误；‎ B． 将开关断开，A线圈产生磁场减小，B线圈磁通量减小，故指针向左偏转，故B正确；‎ C． 将线圈A拔出，B线圈磁通量减小，故指针向左偏转，故C正确；‎ D． 将变阻器滑片向右滑动，A线圈产生磁场增强，B线圈磁通量增大，故指针向右偏转，故D错误。‎ 故选BC。‎ ‎5.某实验小组将灯泡的灯丝p与小灯泡A和B连接在电路中，连接方式如图所示。闭合开关后两小灯泡均正常发光，用酒精灯给灯丝加热，加热时间较短。则下列关于实验现象及其推论原因正确的是（ ）‎ A. 发现小灯泡A变暗、B变亮，原因是灯丝p的电阻变大了 B. 发现小灯泡A变亮、B变暗，原因是灯丝p的电阻变小了 C. 发现小灯泡A和B都变亮，原因是灯丝p电阻变大了 D. 发现小灯泡A和B都变暗，原因是灯丝p的电阻变小了 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】闭合开关后两小灯泡均正常发光，用酒精灯给灯丝加热，金属电阻率随温度升高而增大，灯丝电阻增大，外电路总电阻变大，回路电流减小，根据 可知，路端电压变大，故B灯电流变大，变亮；总电流减小，故A灯支路电流减小，A灯变暗。‎ 故选A。‎ ‎6.为了保护环境，减少燃油车的排放，新能源纯电动汽车大量走进千家万户，电动汽车的充电问题变成了热点话题。已知图（甲）是某新能源汽车的铭牌、图（乙）是某充电桩的铭牌。下列关于新能源汽车的说法正确的是（ ）‎ A. AC表示交流电，DC表示直流电 B. Ah是一种能量单位 C. 此充电桩的额定输出功率为7040W D. 利用此充电桩给该汽车充电至少需要的时间约为6.8小时 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】A． AC表示交流电，DC表示直流电，故A正确；‎ B．A是电流的单位，h是时间的单位， ，故Ah是电量的单位，故B错误；‎ C． 此充电桩的额定输出功率 故C正确；‎ D． 利用此充电桩给该汽车充电至少需要的时间 故D正确。‎ 故选：ACD。‎ ‎7.如图所示，纸面内有半径为R的圆形区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，一束质子在纸面内以相同的速度射向磁场区域，质子的电量为q，质量为m，速度为，则以下说法正确的是（ ）‎ A. 对着圆心入射的质子，其出射方向的反向延长线一定过圆心 B. 对着圆心入射的质子，其在磁场中的运动时间最短 C. 所有质子都在磁场边缘同一点射出磁场 D. 所有质子在磁场中的做圆周运动的半径都相同 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】首先可以确定朝着圆心射入的质子，其做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供：‎ ‎，将速度代入，解得：‎ r=R 那么由几何关系知道该质子最后从O点的正下方C点射出磁场。再假设从任意点E水平射入的质子，其做匀速圆周运动的圆心为D，连接两交点及两圆心。由于DE∥OC，且DE=OC，则四边形DEOC是平行四边形，所以 DC=OE=R 所以从任意点E水平入射的质子也从O点的正下方C射出。‎ A． 由于磁场圆的半径与质子轨迹圆的半径相等，所以朝着圆心方向射入的质子，必从O点的正下方射出磁场，故A正确；‎ B． 质子在磁场中做圆周运动的速率v相同，质子运动轨迹越长，运动轨迹对应的弦长越短，质子的运动时间越短，对着圆心入射的质子运动轨迹对应的弦长不是最短，因此对着圆心入射的质子在磁场中的运动时间不是最短的，故B错误；‎ C． 上述已证明，所有质子均从圆心的正下方C点射出，故C正确；‎ D．根据以上分析可知，所有质子在磁场中的做圆周运动的半径都相同，故D正确。‎ 故选ACD。‎ ‎8.如图所示，平行板电容器的AB板水平正对放置，B板接地（电势为0）。在两板间有一带负电液滴恰好静止不动，若A板向下移动，则下列判断正确的是（ ）‎ A. 液滴向下运动 B. 液滴仍静止不动 C. 静电计指针张角变小 D. 此带电液滴电势能不变 ‎【答案】BCD ‎【解析】‎ ‎【详解】根据题意可知，电容器的电量不变。‎ AB． 若A板向下移动，板间距减小，根据、、 可知，板间场强不变，液滴所受电场力不变，仍平衡，静止不动，故A错误B正确；‎ C． 若A板向下移动，板间距减小，根据可知，电容变大，，板间电压减小，静电计指针张角变小，故C正确；‎ D． B板接地（电势为0），A板向下移动，板间场强不变， ，液滴位置与下极板间的电势差不变，故液滴位置电势不变，电势能不变，故D正确。‎ 故选BCD。‎ ‎9.如图是研究自感现象的电路，L为自感系数足够大的线圈，R为定值电阻，A1、A2为两个完全相同灯泡，则下列说法正确的是（　　）‎ A. 闭合开关时，若电源E有内阻，灯泡A2将立即变亮，然后稍变暗些，最后稳定 B. 闭合开关时，若电源E无内阻，灯泡A2将立即变亮， 然后稳定 C. 闭合开关时，无论电源E是否有内阻，灯泡A1将逐渐变亮最后稳定 D. 开关断开时，若线圈直流电阻等于定值电阻，则灯泡A2会闪亮一下，然后逐渐熄灭 ‎【答案】ABC ‎【解析】‎ ‎【详解】A． 闭合开关时，若电源E有内阻，灯泡A2将立即变亮，因为电感线圈的感抗逐渐减小，故外电阻减小，干路电流增大，根据 可知，路端电压变小，灯A2和电阻R支路电压变小，电流变小，灯A2逐渐变暗，当电路稳定后，电感线圈无感抗，此时灯A2亮度稳定，故A正确；‎ B． 闭合开关时，若电源E无内阻，路端电压是电动势不变，故灯泡A2将立即变亮，然后稳定，故B正确；‎ C． 闭合开关时，无论电源E是否有内阻，由于电感线圈阻碍电流变化的作用，都会导致灯泡A1将逐渐变亮最后稳定，故C正确；‎ D．若线圈直流电阻等于定值电阻，两支路电流相同，开关断开时，电流均从原来大小的电流开始减小，故灯泡A2不会闪亮一下，故D错误。‎ 故选ABC。‎ ‎10.两个电荷量为q1、q2的正负点电荷分别固定在x轴上的O、M两点，在两电荷连线上各点电势随x变化的关系如图所示，其中A、N两点的电势均为零，ND段中C点的电势最高。下列说法正确的是（ ）‎ A. ‎ B. A、N两点的电场强度均为零 C. C点的电场强度为零 D. 将一正点电荷从D移到N的过程中，电场力先做正功后做负功 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】A． 由图知无穷远处和A点的电势均为0，根据沿着电场线电势降低的性质，可得出：O点的电荷q1带正电，M点电荷q2带负电，又因为rOA＞rAM，根据点电荷的电势分布关系可知： ，故A正确；‎ BC． 因为该图象的斜率等于场强E，则由图象和数学知识可知，A、N两点的电场场强不等于零，而C点电场强度为零。故B错误C正确；‎ D． 由于从D→N段中，电势先升高后降低，正电荷的电势能先增大后减小，根据功能关系可知，电场力先做负功后做正功。故D错误。‎ 故选：AC。‎ 二、本题共2小题，共15分。‎ ‎11.已知某灵敏电流计内阻rg＝100Ω，满偏电流Ig＝3mA，要把它改装成量程是3V的电压表，应串联一个______Ω的电阻，改装后电压表的内电阻为______Ω。‎ ‎【答案】900 1000‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]改装成电压表要串联电阻分压，阻值为：‎ ‎[2]改装后电压表的内电阻为 ‎12.在“测电源电动势和内电阻”的实验中，有同学设计了甲、乙两套实验方案如图所示，已知电流表内阻和电源内电阻比较接近。‎ ‎（1）为提高电动势和内电阻的测量精度，你认为_______（填甲或乙）方案更合理。‎ ‎（2）请根据你认为合理的测量方案完成实物图的连接。‎ ‎（3）某同学在实验中测得多组电压和电流值，得到如图所示的电压与电流关系图线 则该电源的电动势E=____________V，内电阻r =____________Ω。‎ ‎（4）所测得的电源电动势E和内电阻r的测量值与真实值相比较的情况是：E测_____E真；r测__________r真。（填“＞”，“＜”或）‎ ‎【答案】(1). 乙 (2) (3) 1.5 1 (4) ＜ ＜‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1] 已知电流表内阻和电源内电阻相比，不可忽略，为减小实验误差，应采用图乙所示电路图．‎ ‎(2)[2]根据电路图连接实物图 ‎(3)[3][4]由图象可知，图象与纵轴交点坐标值是1.5，则电源电动势 E=1.5V 电源内阻 ‎(4)[5][6]伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U-I图象如图所示，由图象可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。‎ 三、本题包括6小题，共55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。‎ ‎13.如图所示，一个正方形线圈边长a＝‎0.5m，总电阻为R＝2Ω，当线圈以v＝‎4m/s的速度匀速通过磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场区域时，线圈平面总保持与磁场垂直。若磁场的宽度b>a，如图所示，求：‎ ‎（1）线圈进入磁场过程中感应电流的大小和方向；‎ ‎（2）线圈进入磁场瞬间，线框CD边两端的电压UCD；‎ ‎（3）线框在穿过整个磁场过程中释放的焦耳热Q。‎ ‎【答案】（1）‎0.5A ，逆时针方向;（2）0.75V;（3）0.125J ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）由法拉第电磁感应定律：‎ E=BLv =1V I==‎‎0.5A 根据右手定则判断，电流逆时针方向。‎ ‎（2）根据欧姆定律可知 UCD = = 0.75V ‎（3）由焦耳定律可列式：‎ Q=I2Rt ， t= ‎ 解得：‎ Q=0.125J ‎14.已知在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10‎-11 m。氢原子核与质子所带的电荷量相同，为1.6×10‎-19C。电子带负电，所带的电荷量也是1.6×10‎-19 C。质子质量为1.67×10‎-27 kg，电子质量为9.1×10-31 k，静电力常量K为9×109 N•m2/C2，万有引力常量G为6.7×10-11 N•m2/kg2，求：‎ ‎（1）请估算氢原子核与电子之间的库仑力F库的数量级；‎ ‎（2）请估算氢原子核与电子之间的万有引力F万的数量级；‎ ‎（3）根据你计算结果说明，研究微观带电粒子的相互作用时是否可以忽略万有引力。‎ ‎【答案】（1）;（2）;（3）可以忽略 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）根据题意可知 ‎（2）根据万有引力公式可知 ‎（3）因为 电荷间的库仑力比万有引力大的多，所以电荷间的万有引力可以忽略。‎ ‎15.如图所示，竖直放置的两金属板之间加一电压U1‎ ‎，在其右侧有两个水平正对放置的平行金属极板，板长为L，相距为d，两极板间电压为U2，从左极板静止释放一带负电粒子，经加速后进入偏转电场，粒子轨迹如图。已知粒子的质量为m，电荷量为q，不计粒子的重力。求：‎ ‎(1)粒子穿越加速电场获得的速度v1；‎ ‎(2)粒子在偏转电场发生的侧位移y；‎ ‎(3)粒子射出偏转电场时偏转角的正切值tanφ。‎ ‎【答案】(1)；(2)；(3)‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）根据动能定理可知 解得：‎ ‎（2）根据题意可知 ‎ ①‎ 加速度 ‎ ②‎ 运动时间 ‎ ‎ ③‎ ‎①②③联立，将v1带入得：‎ ‎（3）速度偏转角 ‎ ④‎ 且 ‎ ⑤‎ ‎④⑤联立 ‎16.对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。如图（甲）所示，水平放置的光滑金属导轨接在电源上，电源内阻及导轨电阻不计。一个匀强磁场垂直向下穿过导轨平面。金属导体棒ab垂直放在导轨上，且与导轨接触良好。‎ ‎（1）已知金属导轨宽L=‎0.2m，电源电动势E=3V，磁感应强度B=1T，导体棒ab的电阻为R=6Ω，求闭合开关的瞬间导体棒受到的安培力的大小和方向；‎ ‎（2）为了研究安培力和洛伦兹力的关系，小强同学从微观角度进行理想化的论证。如图（乙）所示，若导体棒ab的有效长度为l，横截面积为S，设棒内单位体积自由电子数为n，电子电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v。‎ a．试推导导体棒内电流I的微观表达式；‎ b．如果导体棒l所受的安培力为F，其中的每个电子受到的洛伦兹力都为，设导体棒l中的自由电子的总个数为N。试证明导体中N个电子受到洛伦兹力的矢量和等于宏观上导体棒所受的安培力，即。‎ ‎【答案】（1）0.1N；向右；（2）a．见解析b．见解析 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）根据安培力的表达式可列 ‎ ， ‎ 解得 F = 0．1N 向右 ‎（2）a．根据电流的定义可列式：‎ ‎ ① ② ③‎ ‎①②③联立可解得：‎ b．根据安培力和洛伦兹力的表达式可列 ‎ ④ ⑤‎ ‎④⑤联立可解得 ⑥‎ 将 带入⑥式 ‎17.有些物理问题虽然截然不同，但是简化模型的方法却很类似。‎ ‎（1）法拉第1831年做了一个铜盘实验，如图（甲）所示。使圆盘转动，闭合电路中就有持续电流通过。图乙所示为法拉第铜盘实验的示意图。铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘下半区域位于两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。某同学把圆盘C、D间的金属部分简化成一根长为L金属棒，绕C点在垂直于磁场的平面内转动，（如图（丙）所示）。已知磁感应强度为B，圆盘以恒定的角速度ω顺时针旋转，忽略铜质圆盘电阻。已知电子的电荷量为e，不考虑电子间的相互作用。‎ a．根据电动势的定义，求出金属棒产生的感应电动势E的大小，并指出CD两端电势的高低;‎ b．由于电子所受洛伦兹力f与离轴O的距离x有关，请根据分析画出f-x图像；‎ ‎（2）在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水。如果把玻璃皿放在磁场中（如图丁所示），请写出通电后电解液的运动情况，并通过理论推导说明该运动与哪些因素有关（至少写出两个因素）。‎ ‎【答案】（1）a．；D点电势高；b．见解析；（2）见解析 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）a．根据电动势的推导式可列式：‎ ‎ ①‎ ‎ ②‎ ‎①②联立解得 ‎ D点电势高。‎ 根据洛仑兹力表达式 ‎ ③ ④‎ ‎③④联立解得 图像如图所示 ‎（2）洛仑兹力 ‎ ⑤‎ 电流表达式 ‎ ⑥‎ ‎⑤⑥联立解得 ‎ 电解液逆时针旋转，旋转速度与磁感应强度B，电压U，离子密度ρ，和半径L有关。‎ ‎18.我们熟知经典回旋加速器如图（甲）所示，带电粒子从M处经狭缝中的高频交流电压加速，进入与盒面垂直的匀强磁场的两个D形盒中做圆周运动，循环往复不断被加速，最终离开加速器。另一种同步加速器，基本原理可以简化为如图（乙）所示模型，带电粒子从M板进入高压缝隙被加速，离开N板时，两板的电荷量均立即变为零，离开N板后，在匀强磁场的导引控制下回旋反复通过加速电场区不断加速，但带电粒子的旋转半径始终保持不变。已知带电粒子A 的电荷量为+q，质量为m，带电粒子第一次进入磁场区时，两种加速器的磁场均为B0，加速时狭缝间电压大小都恒为U，设带电粒子最初进入狭缝时的初速度为零，不计粒子受到的重力，不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。‎ ‎（1）求带电粒子A每次经过两种加速器加速场时，动能的增量；‎ ‎（2）经典回旋加速器与同步加速器在装置上的类似性，源于它们在原理上的类似性。‎ ａ．经典回旋加速器，带电粒子在不断被加速后，其在磁场中的旋转半径也会不断增加，求加速n次后rn的大小；‎ ｂ．同步加速器因其旋转半径R始终保持不变，因此磁场必须周期性递增，请推导Bn表达式；‎ ‎（3）请你猜想一下，若带电粒子A与另一种带电粒子B（质量也为m，电荷量为+kq，k为大于1的整数）一起进入两种加速器，请分别说明两种粒子能否同时被加速，如果不能请说明原因，如果能，请推导说明理由。‎ ‎【答案】（1）；（2）a. b.;（3）见解析 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子仅在狭缝间由电场加速，绕行过程中仅受洛伦兹力作用，洛伦兹力不会对粒子做功，根据动能定理： 每次动能的增量为：‎ ‎（2）a．在D形盒中洛伦兹力作向心力，磁感应强度不需要改变，当第n次穿过MN两板间开始作第n圈绕行时 第n圈的半径 ｂ．同步加速器因其旋转半径始终保持不变，因此磁场必须周期性递增，洛伦兹力作向心力 ‎ ， ， ‎ 所以第n圈绕行的磁感应强度为：‎ ‎（3）经典回旋加速器不能做到回旋加速，同步加速器仍然能做到回旋加速。经典回旋加速器，交变电压的周期与带电粒子回旋周期相同，加速A粒子的交变电压的周期为 而若要加速回旋加速粒子B，交变电压周期应为 因此当B粒子到达加速电场缝隙时，电压方向并没有反向，因此无法同时加速。同步加速器A粒子的磁场变化周期 B粒子旋转周期 ‎ 是 的k倍，所以 每绕行1周， 就绕行k周。由于电场只在 通过时存在，故B仅在与A同时进入电场时才被加速。‎