2020-2021学年北京市朝阳区高三上期末物理试卷

2020-2021学年北京市朝阳区高三上期末物理试卷（2021·北京朝阳区·期末）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（2021·北京朝阳区·期末）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（2021·北京朝阳区·期末）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（2021·北京朝阳区·期末）如图所示，在MN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(  ) 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（2021·北京朝阳区·期末）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（2021·北京朝阳区·期末）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（2021·北京朝阳区·期末）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自重40  A．电动机的输入功率为576 W B．电动机的线圈电阻为4 Ω C．该车获得的牵引力为104 N D．该车受到的阻力为20 （2021·北京朝阳区·期末）图甲所示，N=200匝的线圈（图中只画了2匝），电阻r=2 Ω，其两端与一个R=48 Ω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10 V C．0.1 s时间内非静电力所做的功为0.2  D．0.1 s时间内通过电阻R的电荷量为0.05 （2021·北京朝阳区·期末）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 A．电流表A2 B．电压表V2 C．电压表V1，V2的示数之比为 D．电流表A1，A2的示数之比为（2021·北京朝阳区·期末）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、单力双挪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图象如图乙所示，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（2021·北京朝阳区·期末）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图象，下列选项中一定错误的是 A． B． C． D．（2021·北京朝阳区·期末）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5.00 mA；两支表笔与300 Ω的电阻相连时，电流表的读数为2.00 mA 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 Ω D．用这个装置测量600 Ω的电阻时，电流表的示数为1.25 mA（2021·北京朝阳区·期末）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=gtan 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v0（2021·北京朝阳区·期末）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橫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．j=nvρ B．ρ=nev C．E=ρj D．f=nev（2021·北京朝阳区·期末）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②线圈内磁通量减少时的情况：图号原磁场方向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闭台状态下，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：。（2021·北京朝阳区·期末）利用电流表（内阻约为0.1 Ω）和电压表（内阻约为3 k(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象，由此可得出干电池的内阻r=Ω。（结果保留2位有效数字）(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（2021·北京朝阳区·期末）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30∘，已知电子质量为m，带电量为e，磁场宽度为d(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。（2021·北京朝阳区·期末）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，线图以恒定速度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，针对线图穿过磁场的过程，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象，标明图线关键位置的坐标值。(3)若图2中线图穿过磁场全程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。（2021·北京朝阳区·期末）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，整个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Oʹ，OOʹ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E=mg（2021·北京朝阳区·期末）工业上常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)液体流动方向和磁场方向如图1所示，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，但导电液体在稳定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。

答案1.【答案】A【解析】焦耳发现了电流热效应的规律，并提出了焦耳定律，故A正确；库仑总结出了点电荷间相互作用的规律，故B错误；奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕，故C错误；洛伦兹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，故D错误。【知识点】物理学史2.【答案】B【解析】已知图中为正电荷形成的等势面，正电荷的电场线是向外发散的，而沿电场线方向电势降低，故P点电势高于Q点电势，相邻等势面之间半径差相等，已知点电荷形成的电场是一个非匀强电场，由U=Ed可得，d相同，E不同，故电势差不同，电势能的定义式为：Ep=qφ，计算时需注意由点电荷形成的场强公式：E=kQr2可得，距离场源电荷越近，场强越大，故P【知识点】点电荷的电场、等势面和电场线、电势3.【答案】B【解析】A选项：奋斗者号上的舱内摄像头拍摄的数值画面编码后经激光中的蓝色激光产生闪烁的信号传送信息，沧海号上接收到闪烁信号后，经调制转换成数字画面，再由光纤微缆传送给海面的探索2号，再经卫星天线传送到通信卫星，再到电视台转播，不是因为无线电波无法在海水中传播，而是能量损耗大，故A错误；B选项：无线电波和激光都是电磁波，电磁波是横波，故B正确；C选项：信号传输是由经通信卫星传到电视台实现直播的，信号都有一定的传输速度，所以传输中有时间延迟，故C错误；D选项：麦克斯韦预言电磁波的存在，而赫兹由电火花实验证实了电磁波的存在，故D错误。【知识点】麦克斯韦的电磁场理论4.【答案】D【解析】由题意得：P点到M、N的距离相等，所以M、N在点P点产生的磁感应强度大小相等，根据安培定则，可判断，M在P点的磁场是向右上方的，N产生磁场是向左下方的，所以他们的合磁场一定是水平向右的，根据安培定则可判断N在M点的磁场方向为水平向右，再根据左手定则，M受到的安培力方向是竖直向上的，故ABC错误，故D正确。【知识点】磁感线和安培定则、磁感应强度、安培力、安培力的方向5.【答案】B【解析】A选项，B选项：电极A、B间接高电压后，之间产生了很强的电场，气体分子被电离成为电子和正离子，电子被粉尘吸附，故粉尘带负电，被正极A吸引，故A错误，故B正确；C选项：越靠近线状电离器B，电场强度越大，所以收集器A和电离器B之间形成的不是匀强电场，故C错误；D选项：带负电的粉尘在电场力的作用下加速，电场力做正功，电势能减小，机械能增加，所以应该是静电除尘过程是电势能向机械能转化的过程，故D错误。【知识点】带电粒子在非匀强电场中的运动、电场线6.【答案】D【解析】之前粒子受到的重力与电场力二力平衡，做匀速直线运动；当微粒运动到P点时，MN板间距离增大少许，由电容的决定式C=ɛS4πkd、定义式C=QU以及【知识点】带电粒子在电、磁复合场中的运动、电容器的电容、平行板电容器7.【答案】A【解析】P入=UI，F=F电动机的输入功率P入根据P热=P入−电动车速度最大时，牵引力F与阻力Ff大小相等，由P出=【知识点】恒定功率启动8.【答案】C【解析】A选项：由图知，垂直纸面向里的磁场磁通量增大，产生逆时针电流由楞次定律知，故a点电势比b点高，故A错误；B选项：E=nΔΦt=200×0.0050.1=10 VC选项：非静电力做功为W=EIt=10×0.2×0.1=0.2 JD选项：q=It=E【知识点】电磁感应中的电量问题、楞次定律的应用、电磁感应中的电路问题9.【答案】B【解析】开关S断开后，V1示数和匝数比不变，则副线圈的两端电压不变，副线圈回路的总电阻增大，副线圈的电流减小，电流表A2的示数减小，电阻R的电压减小，电压表电压表V1的示数等于原线圈两端电压，电压表V2的示数不等于副线圈两端电压，二者之比不等于原副线圈的电流与匝数成反比，所以电流表A1，A2的示数之比为【知识点】动态电路分析、变压器10.【答案】C【解析】充电时电容上端与电源正极相连，因此电容上端是正极下端是负极，充电时电流从正极流入从负极流出，放电时由正极流出负极流入，因此放电过程中电阻R中的电流方向向左，故A错误；电源释放的电能除了转化为电容中的电场能，还有部分转化为电阻上产生的热能，故B错误；由电荷量Q=it，可知图乙中图线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，故C正确；由图可以看出电流变化越来越慢，所以电压降低的越来越慢，故D错误。【知识点】电容器的电容、电流的定义、部分电路欧姆定律11.【答案】B【解析】已知圆环受到的洛伦兹力方向是竖直向上的，重力是竖直向下的；假设洛伦兹力大小和重力大小相等，即qvB=mg，则竖直方向合力为零，水平方向摩擦力为零，则圆环可能做匀速运动，故A正确；假设洛伦兹力小于重力，则竖直方向上可得：N=mg−qvB，则水平方向受到的滑动摩擦力为：f=μN=μ(mg−qvB)，由于速度越来越小，则滑动摩擦力越来越大，则由牛顿第二定律可得：f=ma，联立可得：a=μ(mg−qvB)假设洛伦兹力大于重力，则竖直方向上由受力分析可得：N=qvB−mg，则水平方向受到的滑动摩擦力为：f=N=μ(qvB−mg)，由于速度越来越小，则滑动摩擦力越来越小，则由牛顿第二定律可得：f=ma，联立可得a=μ(qvB−mg)m，则圆环可能做加速度越来越小的减速运动，当洛伦兹力等于重力时，竖直方向上压力：N=0，则滑动摩擦力：【知识点】由运动情况判断物体的受力情况、洛伦兹力公式12.【答案】D【解析】A选项：设虚线框内的电阻为R内内，外接电阻为Rx时，根据闭合电路欧姆定律可得电流强度为：I=ER内B选项：利用该装置测量电阻时，必须将被测电阻与其它电路断开，所以不用这个装置测量电路中正常发光的小灯泡的阻值，故B错误；C选项：外接电阻为零时，根据闭合电路的欧姆定律可得：E=I1R两支表笔与R=300 Ω的电阻相连时，有：E=I2(R内+R)，其中D选项：这个装置测量Rʹ=600 Ω的电阻时，电流表的示数为Iʹ=E【知识点】多用电表的原理13.【答案】D【解析】AB选项：小球做圆周运动时，受向下的重力、细线的拉力和指向圆心的洛伦兹力作用，由牛顿第二定律可知mgtanθ+qv0B=ma=mC选项：某时刻剪断细线，小球因为有水平速度，则受到洛伦兹力作用，小球的运动不是平抛运动，故C错误；D选项：剪断细线后，小球运动过程中洛伦兹力不做功，则由机械能守恒定律12mv【知识点】水平面内的圆周运动、洛伦兹力公式、机械能和机械能守恒定律14.【答案】C【解析】AB选项：电流是单位时间Δt通过的电荷量，IΔt=neSvΔt（S设为导线横截面积）I=neSv，由题中定义，j=IC选项：由ΔI=ΔUR，ΔI=jS，ΔU=EΔL，R=ρΔLD选项：由题意，电子在导线中的运动简化为匀速运动，则f=eE=eρj=nev(ρ【知识点】电流的微观表达式、电流的定义、电阻定律15.【答案】(1)竖直向下；竖直向上(2)相反(3)磁通量的变化(4)a到b；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【解析】(1)①图乙中感应电流沿顺时针方向（俯视），由安培定则可知，感应电流的磁场方向竖直向下。②图丁中感应电流方向沿逆时针方向（俯视），由安培定则可知，感应电流的磁场方向竖直向上。(2)由两表格实验现象可知，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相反。(3)由两表实验现象可知，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磁通量的变化。(4)开关闭合时，由安培定则可知，线圈A中电流产生的磁场方向竖直向下，穿过线圈B的磁场方向竖直向下；S断开瞬间，穿过线圈B的磁通量减少，由楞次定律可知，线圈B中感应电流的磁场方向竖直向下，由安培定则可知，此时直导线ab中电流方向为b到a。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。【知识点】楞次定律的应用、原理设计与器材选择、数据处理、楞次定律、实验：研究磁通量变化时感应电流的方向16.【答案】(1)甲(2)2.5(3)偏小(4)LAX【解析】(1)由于干电池的内阻较小，远远小于电压表的内阻，为尽可能减小测量内阻的相对误差，所以对电池来说应选用电流表外接法，故选用甲实验电路。(2)由丙图中图线的斜率表示电源内阻的大小，故有：r=ΔU(3)采用甲图设计电路，我们其实是将甲图中电压表与电池并联部分看作了电源，即等效电源，故实际测量电池的内阻