北京海淀区高三期末物理试题及答案.pdf

海淀区高三年级第一学期期末练习 物物 理理 2014.1 说明：本试卷共 8 页，共 100 分。考试时长 90 分钟。考生务必将答案写在答题纸上， 在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题纸一并交回。 题号 一 二 三 总分 13 14 15 16 17 18 分数 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。把你认为正确的答案填涂在答题纸上。 1在物理学中常用比值法定义物理量。下列说法中正确的是 A用 E= F q 定义电场强度 B用 IL F B =定义磁感应强度 C用 kd S C 4 =定义电容器的电容 D用 R= S l 定义导体的电阻 2如图 1 所示，图中以点电荷 Q 为圆心的虚线同心圆是该点电荷电场中球形等势面的 横截面图。一个带正电的粒子经过该电场，它的运动轨迹如图中实线所示，M 和 N 是轨迹 上的两点。不计带电粒子受到的重力，由此可以判断 A此粒子在 M 点的加速度小于在 N 点的加速度 B此粒子在 M 点的电势能大于在 N 点的电势能 C此粒子在 M 点的动能小于在 N 点的动能 D电场中 M 点的电势低于 N 点的电势 3如图 2 所示，取一对用绝缘柱支撑的导体 A 和 B，使它们彼此接触，起初它们不带电，分别贴在导体 A、B 下部的金属箔均是闭合的。下列关于实验现象描 述中正确的是 A把带正电荷的物体 C 移近导体 A 稳定后，A、 B 下部的金属箔都会张开 B把带正电荷的物体 C 移近导体 A 稳定后，只有 A 下部的金属箔张开 C 把带正电荷的物体 C 移近导体 A 后， 再把 B 向右移动稍许使其与 A 分开， 稳定后 A、 B 下部的金属箔都还是张开的 D 把带正电荷的物体 C 移近导体 A 后， 再把 B 向右移动稍许使其与 A 分开， 稳定后 A、 B 下部的金属箔都闭合 图 1 N M Q 图 2 A B C + + 金属箔 4如图 3 所示电路中，灯泡 A、B 的规格相同，电感线圈 L 的 自感系数足够大且电阻可忽略。下列关于此电路的说法中正确的是 AS 闭合后的瞬间，A、B 同时亮，然后 A 变暗最后熄灭 BS 闭合后的瞬间，B 先亮，A 逐渐变亮，最后 A、B 一样亮 CS 断开后的瞬间，A 立即熄灭，B 逐渐变暗最后熄灭 DS 断开后的瞬间，B 立即熄灭，A 闪亮一下后熄灭 5如图 4 所示电路，电源电动势为E，内阻为r。当开关S闭合后，小型直流电动机M和 指示灯L都恰能正常工作。已知指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为 R，则下列说法中正确的是 A电动机的额定电压为 IR B电动机的输出功率为IE-I2R C电源的输出功率为IE-I2r D整个电路的热功率为I2（R0 6图 5 是通过变压器降压给用户供电的示意图。变压器输入电压是市区电网的电压， 负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用 R +R + r） 0 A电表V 表示，开关S闭合后，相当于接入电路中工作的用电器增加。如果变压器上的能量损失可 以忽略，则关于开关S闭合后，以下说法正确的是 1示数不变，V2 B电表A 示数减小 1、A2 C原线圈输入功率减小 示数均增大 D电阻R1 7在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将 一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中， 规定线圈中感应电流方向如图 6 甲所示的方向为 正。当磁场的磁感应强度 B 随时间 t 的变化规律如图 6 乙所示时，图 6 丙中能正确表示线 圈中感应电流随时间变化的图线是 两端的电压减小 R0 A1 V1 V2 R1 R2 S 图 5 A2 图 3 A S L E B C D 乙 图 4 M S E r L 图 6 A i 1 2 3 4 t/s 0 i B t/s 1 2 3 4 0 i 1 2 3 4 t/s 0 i 1 2 3 4 t/s 0 甲 B 1 2 3 4 t/s 0 B i 丙 8在图 7 所示的空间直角坐标系所在的区域内，同时存在匀强电 场 E 和匀强磁场 B。已知从坐标原点 O 沿 x 轴正方向射入的质子，穿 过此区域时未发生偏转，则可以判断此区域中 E 和 B 的方向可能是 AE 和 B 都沿 y 轴的负方向 BE 和 B 都沿 x 轴的正方向 CE 沿 y 轴正方向，B 沿 z 轴负方向 DE 沿 z 轴正方向，B 沿 y 轴负方向 9如图 8 所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的 电阻，空间存在在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒ab与 固定弹簧相连，放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度。给导体棒水平向右的初速度 v0 A导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左 ，导体棒开始沿导轨往复运动，在此过程中，导体棒始终与导 轨垂直并保持良好接触。已知导体棒的电阻r与定值电阻R的阻值 相等，不计导轨电阻，则下列说法中正确的是 B导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压U=BLv C导体棒开始运动后速度第一次为零时，系统的弹性势能 E 0 p 2 1 =m 2 0 v D金属棒最终会停在初始位置，在金属棒整个运动过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q= 4 1 m 2 0 v 10 图 9 所示为某种质谱仪的工作原理示意图。 此质谱仪由以下几部分构成： 粒子源 N； P、Q 间的加速电场；静电分析器，即中心线半径为 R 的四分之一圆形通道，通道内有均匀 辐射电场，方向沿径向指向圆心 O，且与圆心 O 等距的各点电场强度大小相等；磁感应强 度为 B 的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片 M。 由粒子源发出的不同带电粒子，经加速电场加速后进入 静电分析器， 某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔 S 垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的某点。粒子从粒 子源发出时的初速度不同，不计粒子所受重力。下列说法中 正确的是 A从小孔 S 进入磁场的粒子速度大小一定相等 B从小孔 S 进入磁场的粒子动能一定相等 C打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等 D打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子，比荷越大 二、本题共 2 小题，共 15 分。 11（8 分）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中， 所用小灯泡标有“3.8V 0.3A” 字样，并提供有以下器材： A电压表V（05V，内阻约 5k） B电流表A1 C电流表A （050mA，内阻约 2） 2（0500mA，内阻约 1） D滑动变阻器R1 E滑动变阻器R （010） 2 G开关 S 及导线若干 （02k） F直流电源E（电动势 4.5V，内阻不计） 图 7 y v O x z R N 图 9 B Q P O M S 图 8 R v0 a b （1）为了提高测量的准确度和调节方便： 实验中应选用电流表 ，滑动变阻器 。（填写器材代号）。 在图 10 甲虚线框内画出实验电路图。 （2）由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图 10 乙所示。在另一 实验中将此小灯泡接入如图 10 丙所示的电路中，电路中的电源电压U（U3.8V）恒定，在 t=t0 时刻闭合开关S，由电流传感器记录的电路中电流随时间变化的图象（i-t）可能是图 11 中的 图（选填“A”、“B”或“C”）。 12 （7 分）在测定一节干电池的电动势和内电 阻的实验中，实验室备有下列器材选用： A 干电池 （电动势 E 约 1.5V， 内电 阻 r 约 1.0） B电流表G（满偏电流 2.0mA，内阻Rg C电流表 A（量程 00.6A，内阻约 0.5） =10） D滑动变阻器 R（020，10A） E定值电阻R0 F开关和导线若干 （阻值 990） 两组同学分别采用了不同实验方案进行实验： （1）一组同学设计的实验电路如图 12 所示， 并利用以上器材正确连接好电路，进行了实验测量。 根据他们的实验设计，完成下列问题：闭合开关S， 移动滑动变阻器的滑动端P至某一位置， 记录电流表 G的示数I1和电流表A的示数I2。多次改变滑动端P 的位置，得到多组数据。在图 13 所示的坐标纸上建立I1、I2坐标系，并已标出了与测量数据 对应的 5 个坐标点。还有一组数据如图 14 的电表所示，请依据所标各点标在图中描绘I1-I2 图线。 甲 I/A U/V O 0.4 0.3 0.2 0.1 1 2 3 4 乙 U S 电流传感器 丙 图 10 t i t0 A t i 0 t0 B i t 0 t0 C 图 11 图 13 I2/A I1/mA 1.15 1.30 1.40 1.45 1.35 1.25 1.50 1.20 1.10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 图 12 a b G A R0 P E r S 利用所画图线求得电源的电动势 E= V，电源的内电阻 r = 。 （结果要求保 留两位小数) （2）另一组同学采用滑动变阻器和一个多用电表来测定电池的电动势 和内阻。实验原理如图 15 所示。当变阻器为某一阻值时，用多用电表的 直流电压挡测出变阻器两端的电压 U，再卸去变阻器一个接线柱的导线， 把多用电表串联在电路中，用直流电流挡测出通过变阻器的电流 I。随后 改变变阻器的电阻，重复上述操作，获得多组 U、I 数据，并计算得出实 验结果。这个实验方案在测量原理上的主要缺点是 。 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（8 分）如图 16 所示，长为 l 的绝缘细线一端悬于 O 点， 另一端系一质量为 m、电荷量为 q 的小球。现将此装置放在水平向右 的匀强电场中，小球静止在 A 点，此时细线与竖直方向成 37角。重 力加速度为 g，sin37=0.6，cos37=0.8。 （1）判断小球的带电性质； （2）求该匀强电场的电场强度 E 的大小； （3）若将小球向左拉起至与O点处于同一水平高度且细绳刚好 张紧，将小球由静止释放，求小球运动到最低点时的速度大小。 14（8 分）如图 17 所示的装置放置在真空中，炽热的金属丝可以发射电子，金属丝 和竖直金属板之间加以电压U1=2500V，发射出的电子被加速后，从金属板上的小孔S射出。 装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置，板长l=6.0cm，相距d=2cm，两极板间 加以电压U2=200V的偏转电场。从小孔S射出的电子恰能沿平行于板面的方向由极板左端中 间位置射入偏转电场。已知电子的电荷量e=1.610-19C，电子的质量m=0.910-30 （1）电子射入偏转电场时的动能E kg，设电 子刚离开金属丝时的速度为 0， 忽略金属极板边缘对电场的影响， 不计电子受到的重力。 求： k （2） 电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧 移量 y； ； （3） 电子在偏转电场运动的过程中电场力对 它所做的功 W。 15（9 分）图 18 为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为 S，共有 n 图 15 E S R 图 16 E A 37 l O 金属板 金属丝 l d U2 U1 + - S 图 17 匝，线圈总电阻为 r，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴 OO转动；线圈处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，线圈在转动时可以通过滑环 K 和电刷 L 保持与外电路电阻 R 的连接。在 外力作用下线圈以恒定的角速度 绕轴 OO匀速转动。 （不计转动轴及滑环与电刷的摩擦） （1）推导发电机线圈产生感应电动势最大值的表达式Em 16（10 分）如图 19 所示，在水平向左、电场强度为 E 的匀强电场中，竖直固定着一 根足够长的粗糙绝缘杆，杆上套着一个质量为 m、带有电荷量-q 的小圆环，圆环与杆间的 动摩擦因数为 。 （1）由静止释放圆环，圆环沿杆下滑，求圆环下滑过程中受到的摩擦力 f； =nBS； （2）求线圈匀速转动过程中电流表的示数； （3）求线圈速度转动 N 周过程中发电机线圈电阻 r 产生的焦耳热。 （2） 若在匀强电场 E 的空间内再加上磁感应强度为 B、 方向垂直纸面向里的匀强磁场， 圆环仍由静止开始沿杆下滑。求： 圆环刚开始运动时加速度a0的大小； 圆环下滑过程中的最大动能Ek。 -q 图 19 E B 图 18 R d a b c O O A K L K L 17（10 分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，图 20 为回旋加速器的示意图。 D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒 接在高频交流电源上。在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速 后进入D2 （1）带电粒子能被加速的最大动能E 盒中。两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀 速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带 电粒子经过狭缝时再次被加速。如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一 次一次地被加速，速度越来越大，运动半径也越来越大，最后到达D形盒的边缘，沿切线方 向以最大速度被导出。 已知带电粒子的电荷量为q， 质量为m， 加速 时 狭缝间电压大小恒为U， 磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设 从粒子源产生的带电粒子的初速度为零， 不计粒子受到的重力， 求： k （2）带电粒子在D ； 2 （3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为 I， 求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率 盒中第n个半圆的半径； P。 18（10 分）如图 21 所示，两根金属平行导轨 MN 和 PQ 放在水平面上，左端向上弯 B 高频电源 图 20 D1 D2 A 曲且光滑，导轨间距为 L，电阻不计。水平段导轨所处空间有两个有界匀强磁场，相距一段 距离不重叠，磁场左边界在水平段导轨的最左端，磁感强度大小为 B，方向竖直向上；磁 场的磁感应强度大小为 2B，方向竖直向下。质量均为 m、电阻均为 R 的金属棒 a 和 b 垂 直导轨放置在其上，金属棒 b 置于磁场的右边界 CD 处。现将金属棒 a 从弯曲导轨上某一 高处由静止释放，使其沿导轨运动。设两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。 （1）若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平段导轨间的最大摩擦力均为 5 1 mg，将金属棒 a 从距水平面高度 h 处由静止释放。求： 金属棒 a 刚进入磁场时，通过金属棒 b 的电流大小； 若金属棒 a 在磁场内运动过程中， 金属棒 b 能在导轨上保持静止， 通过计算分析金 属棒 a 释放时的高度 h 应满足的条件； （2）若水平段导轨是光滑的，将金属棒 a 仍从高度 h 处由静止释放，使其进入磁场。 设两磁场区域足够大， 求金属棒 a 在磁场内运动过程中， 金属棒 b 中可能产生焦耳热的最 大值。 图 21 B 2B M P Q N C D b a 海淀区高三年级第一学期期末练习参考答案及评分标准 物物 理理 2014.1 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 一个选项是符合题意的，有的小题有多个选项是符合题意的。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。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 AB AD AC AD CD BD B BC AD C 二、本题共 2 小题，共 15 分。 11（8 分） （1）C （2 分）； D （2 分） 见答图 1 （2 分） （2）C （2 分） 12（7 分） （1）如答图 2 （2 分）； 1.480.01 （2 分）； 0.590.02 （1 分） （2）将路端电压和电流分两次测量。 （2 分） （说明：表达出测量的电流、电压不是同一个状态即可 得分） 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. （8 分）解： （1）小球在 A 点静止，其受力情况如答图 3 所示。小球 带负电。 （2 分） （2）根据共点力平衡条件有 mgtan37=qE 解得 E= q mg 4 3 （3 分） （3）设小球到达最低点时的速度为v，小球从水平位置运动到最低点的 过程中，根据动能定理有：mglqEl= 2 1 mv2 解得：v= （2 分） )37tan1 (2gl= 2 2gl （1 分） 14（8 分）解： （1）电子在加速电场中，根据动能定理eU1=E 解得E k k =4.010 -16 （2）设电子在偏转电场中运动的时间为 t J （2 分） A2 R1 V E S 答图 1 答图 2 I2/A I1/mA 1.15 1.30 1.40 1.45 1.35 1.25 1.50 1.20 1.10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 37 mg 答图 3 qE T F合 电子在水平方向做匀速运动，由l= v1 1 v l t，解得 t= 电子在竖直方向受电场力 F=e d U2 电子在竖直方向做匀加速直线运动，设其加速度为 a 依据牛顿第二定律 e d U2 =ma，解得 a= md eU2 （1 分） 电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量 y= 2 2 1 at= 1 2 2 4dU lU （1 分） 解得 y=0.36cm （1 分） （3）电子射出偏转电场的位置与射入偏转电场位置的电势差 U=y d U 2 （1 分） 电场力所做的功 W=eU （1 分） 解得W=5.7610-18 15（9 分）解： J （1 分） （1）设线圈ab边的边长l1，bc边的边长l2 设此时ab边的线速度为v，则单匝线圈时ab边产生的感应电动势为E 。当线圈平面与磁场方向平行时，线圈中的感 应电动势最大。 （1 分） 1=Bl1 cd边产生的感应电动势为E v 2=Bl1 n匝线圈产生的总感应电动势为E v m=n(E1+E2)= 2nBl1 由于 v （1 分） 2 2 l rv= 有EmnBSlnBl l nBl= 21 2 1 2 2= （1 分） （2）线圈中的感应电动势有效值为： 2 m E E = （1 分 ） 电路中电流的有效值 I= rR E + = ）（rR nBS +2 （2 分） 即电流表的示数为 ）（rR nBS +2 2 （3）线圈转动的周期 T= 2 ，线圈转动 N 周的时间 t=NT=N 2 （1 分） 依据焦耳定律，发电机线圈产生的焦耳热 Q=I2 解得 Q= rt （1 分） 2 222 ）（rR rSBNn + （1 分） 16（10 分）解： （1）在水平方向圆环受到的弹力 N=qE 则摩擦力 f=N=qE （3 分） （2）圆环刚开始运动时不受洛伦兹力，因此，摩擦力大小 f=qE 在竖直方向，由牛顿第二定律 0 maqEmg= （1 分） 解得 m qEmg a = 0 （2 分） 当重力与滑动摩擦力平衡时，圆环速度最大，动能最大。 即)( m qEBqvmg= （1 分） 最大速度 qB qEmg v + = m （2 分） 最大动能Ek 222 2 2 m 2 )( 2 1 Bq qEmgm mv + = （1 分） 17（10 分）解： （1）带电粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，此时带电粒子具 有最大动能Ek，设离子从D盒边缘离开时的速度为vm 依据牛顿第二定律 。 R v mBqv 2 m m = 所以带电粒子能被加速的最大动能 m RBq mvE 22 1 222 2 mk = （2 分） （2）带电粒子在D2 设其被加速 2n-1 次后的速度为v 盒中第n个半圆是带电粒子经过窄缝被加速 2n-1 次后的运动轨道， 由动能定理得 n 2 n 2 1 1-2mvq