2022-2023学年北京市朝阳区高三上学期期末考试 物理（word版）

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北京市朝阳区2022~2023学年度第一学期期末质量检测                 高三物理试卷              2023．1（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．下列说法正确的是A．物体所带电荷量一定是元电荷e的整数倍B．点电荷是一种理想化模型，其所带电荷量一定很小C．两点电荷间的静电力与它们间的距离成反比D．丝绸与玻璃棒摩擦后带正电，是因为玻璃棒给丝绸提供了正电荷2．如图所示，是一个正弦式交变电流的波形图。则A．该交变电流的周期为5sB．该交变电流的有效值为10AC．若将该电流通过10Ω的电阻时，1s内产生热量为500JD．若将该电流输入匝数比为10:1的降压变压器，副线圈输出电流的最大值为1A3．我国北斗导航系统所使用的电磁波频率约1561MHz；家用微波炉加热食物所使用的电磁波频率约2450MHz；家用WiFi所使用的电磁波频率约5725MHz。则家用WiFi所使用的电磁波A．不会产生偏振现象B．比微波炉所使用的电磁波更不容易产生明显的衍射现象C．与北斗导航所使用的电磁波叠加时将会产生干涉现象D．从一个房间穿越墙壁进入另一个房间时其频率会变化4．在一个等边三角形abc顶点b和c处各放入一个电荷量相等的点电荷时，测得a处的场强大小为E，方向与bc边平行，如图所示。拿走c处的点电荷后，则 A．a处场强大小仍为E，方向由a指向b    B．a处场强大小为，方向由b指向a C．a处电势降低        D．a、c两点电势相等 5. 如图所示，在水平放置的条形磁铁的N极附近，一个闭合线圈始终竖直向下加速运动，并始终保持水平。在位置B时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行，A、B之间和B、C之间的距离相等，且都比较小。下列说法正确的是A．线圈在位置A时感应电流的方向为顺时针（俯视）B．线圈在位置C时感应电流的方向为顺时针（俯视）C．线圈在位置B时穿过线圈的磁通量最大D．线圈在位置C时的感应电流比在位置A时的大6．为避免闪电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。积雨云底层带负电，由于静电感应使得避雷针的尖端带上了正电。图中虚线为避雷针周围的等势面，且相邻等势面间的电势差相等。避雷针尖端正上方a、b两点的场强大小分别为Ea、Eb，电势分别为φa、φb。一带负电的雨滴竖直下落经过a、b两点。下列说法正确的是A．Ea > EbB．φa > φbC．该雨滴从a下落至b的过程中，电势能逐渐减少D．若该避雷针某时刻开始放电，则放电电流从积雨云流向避雷针7．电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是    A．家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差C．简易电磁炉工作时，利用线圈产生的自感现象来加热水D．仅增大简易电磁炉交流电的频率，可以缩短水达到沸腾的时间  8．已知光敏电阻在没有光照射时电阻很大，并且光照越强其阻值越小。利用光敏电阻作为传感器设计了如图所示的电路，电源电动势E、内阻r及电阻R的阻值均不变。当光照强度增强时，则A．电灯L变亮                B．电流表读数减小C．电阻R的功率增大          D．电源的输出功率一定增大9．甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为（-q，m）、（-q，4m），它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转电场方向垂直，如图所示。粒子重力不计。则甲、乙两粒子A．进入偏转电场时的速度大小之比为1:2B．离开偏转电场时的动能之比为1:1C．在偏转电场中运动的时间相同D．离开偏转电场时的速度方向不同10．如图所示，电阻不计的光滑平行金属导轨水平置于方向竖直向下的匀强磁场中，左端接一定值电阻R，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。在t=0时金属棒受到垂直于棒的水平恒力F的作用由静止开始运动，金属棒中的感应电流为i，所受的安培力大小为FA，电阻R两端的电压为UR，电路的电功率为P，下列描述各量随时间t变化的图像正确的是11．由电磁理论可知，半径为R、电流强度为I的单匝环形电流，其中心处的磁感应强度大小B=kI/R，其中k为已知常量。正切电流计是利用小磁针的偏转来测量电流的，如图所示，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有分度盘）。该线圈未通电时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致。调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场磁感应强度的水平分量的大小为B0。则A．待测电流在圆心O处产生的磁感应强度大小为B0cosαB．待测电流在圆心O处产生的磁感应强度大小为C．待测电流大小为D．待测电流大小为12．如图所示，若x轴表示时间，y轴表示速度，则该图线下的面积表示位移，直线AB的斜率表示物体在该时刻的加速度大小。若令x轴和y轴分别表示其它物理量，则可以反映在某种情况下相应物理量之间的关系。下列说法正确的是A．若电场方向平行于x轴，x轴表示位置，y轴表示电势，则直线AB的斜率表示对应位置处的电场强度大小B．若x轴表示时间，y轴表示穿过密绕螺线管的磁通量，则直线AB的斜率表示该螺线管产生的电动势大小 C．若x轴表示流经某电阻的电流，y轴表示该电阻两端的电压，则图线下面积表示电阻的热功率 D．若x轴表示时间，y轴表示通过导体横截面积的电荷量，则该图线下面积表示这段时间内电流所做的功13．某电子秤的原理简图如图所示。AB为一均匀的滑动变阻器，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，轻质弹簧上端与P1及秤盘底部相连，下端固定。弹簧原长时P1 和P2均指在A端。若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上就能显示出被称物体的质量。已知弹簧的劲度系数为k，托盘质量为m0，电源电动势为E，内阻不计。重力加速度为g。在托盘上未放物体时需要先校准零点，即未放被称物体时电压为零。则A．校准零点时，不需要移动滑动头P2B．校准零点时，两滑动头间的距离为  C．滑动头P1滑至B端时，被称物体的质量为D．被称物体的质量m与两滑动头间电压U的关系为14．在现代研究受控热核反应的实验中，需要把107~109K的高温等离子体限制在一定空间区域内，这样的高温下几乎所有作为容器的固体材料都将熔化，磁约束就成了重要的技术。如图所示，科学家设计了一种中间弱两端强的磁场，该磁场由两侧通有等大同向电流的线圈产生。假定一带正电的粒子（不计重力）从左端附近以斜向纸内的速度进入该磁场，其运动轨迹为图示的螺旋线（未全部画出）。此后，该粒子将被约束在左右两端之间来回运动，就像光在两个镜子之间来回“反射”一样，不能逃脱。这种磁场被形象地称为磁瓶，磁场区域的两端被称为磁镜。根据上述信息并结合已有的知识，可以推断该粒子A．从左端到右端的运动过程中，沿磁瓶轴线方向的速度分量逐渐变小B．从靠近磁镜处返回时，在垂直于磁瓶轴线平面内的速度分量为最大值C．从左端到右端的运动过程中，其动能先增大后减小D．从左端到右端的运动过程中，其运动轨迹的螺距先变小后变大第二部分本部分共6 题，共58 分。15．（8分）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。（1）在“测定金属丝的电阻率”的实验中， 将多用电表的选择开关置于“×1” 位置，粗测金属丝的电阻。下列实验步骤正确的操作顺序为            （填写各实验步骤前的字母）。A．将选择开关置于“×1”位置B．将选择开关置于“OFF”位置C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0”（2）用伏安法测量约5Ω左右的金属丝的阻值，实验室备有下列器材可供选择：A．电压表（量程0~3V，内阻约15kΩ）B．电压表（量程0~15V，内阻约75kΩ）C．电流表（量程0~3A，内阻约0.2Ω） D．电流表（量程0~0.6A，内阻约1Ω）E．滑动变阻器R1（0~20Ω，0.6A）F．滑动变阻器R2（0~2000Ω，0.6A）G．电池组E（电动势3V）H．开关S，导线若干为了能测得多组实验数据，并尽可能提高测量精度，电压表应选用______，电流表应选用______，滑动变阻器应选用______。（填写器材前面的字母）（3）某兴趣小组用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的多组电流I和电压U的数值，并分别描绘了U-I图像，如图所示。其中，用电流表外接法得到的是用       （填写“实线”或“虚线”）表示的图像，并由此得到这段铅笔芯的电阻值为        Ω。（保留两位有效数字）   16．（10分）某同学根据闭合电路欧姆定律测量电源的电动势和内阻。（1）测量电源电动势E和内阻r的实验方案为：设计如图1所示的电路，调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式              ，利用测量数据作出U – I图像，得出E和r。（2）现有图2所示的实验器材和若干导线。图中已将实验器材进行了部分连接，还应当用一根导线将电压表接线柱h与           接线柱连接，再用另一根导线将电压表接线柱g与            接线柱连接。全科免费下载公众号《高中僧课堂》（填写接线柱对应的字母）       （3）电路接线完毕，在保证电路安全的情况下闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数一直接近3V而电流表读数始终为零。已知导线与接线柱均无故障，且故障只有一处。现只改变电压表接线，再闭合开关、调节变阻器。下列推断正确的是           。A．电压表接在a、f之间，电压表、电流表读数总为零，表明滑动变阻器短路B．电压表接在a、b之间，电压表读数总接近3V、电流表读数总为零，表明电流表断路C．电压表接在c、d之间，电压表、电流表读数总为零，表明开关是完好的（4）从输出特性来看，电源通常有恒压源和恒流源两种模型。如图3（a）所示，将电源看作输出电压恒为US的理想电源（无内阻）与电阻RS串联，若该电源输出的电压几乎不随负载RL阻值的变化而变化，则被称为恒压源（即图中虚线框部分）；如图3（b）所示，将电源看作输出电流恒为IS的理想电源（内阻无限大）与电阻RS并联，电源向外电路输出的电流几乎不随负载RL阻值的变化而变化，则被称为恒流源（即图中虚线框部分）。 某种太阳能电池在特定光照条件下，随着负载RL阻值的变化，其输出电压U与输出电流I的变化规律如图4所示。请描述该电池的输出特性，并结合恒压源和恒流源的特点解释其原因。17．（9分）在水平方向的匀强电场中，用绝缘轻绳悬挂一质量为m、电荷量为q的小球，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角为45°。重力加速度为g。不计空气阻力。（1）求匀强电场的场强大小E；（2）若剪断轻绳，求小球此后在电场中运动时的加速度大小a；（3）若撤去电场，小球将在竖直平面内摆动，求小球摆到最低点时受到轻绳的拉力大小T。     18．（9分）回旋加速器在核技术、核医学等领域得到了广泛应用，其原理如图所示。D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆金属盒，接在电压恒为U的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能产生质子（初速度可忽略，重力不计，不考虑相对论效应），质子在两盒狭缝间的电场中运动时被加速。D1、D2置于与盒面垂直的、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。已知质子的质量为m，带电量为q。（1）求质子被回旋加速器加速能达到的最大速率vm。（2）求质子获得最大速度的过程中在回旋加速器中被加速的次数n；并估算质子在回旋加速器中运动的时间t。（不计质子在电场中的加速时间）（3）利用静电偏转器可将加速后的质子从加速器中引出。已知质子被引出前在磁场中做圆周运动的半径为R、圆心为D2的圆心，如图所示，静电偏转器由一对圆心在O′、距离很近的弧形电极S1、S2构成，S2厚度不计。两电极间加有沿弧形电极半径方向的电场，使得质子做圆周运动的半径增加为R′离开加速器。求偏转电场场强E的大小和方向。  19．（10分）应用所学知识不仅可以解决“已知”的问题，也可以在质疑中探索“未知”的问题。某同学利用电磁阻尼现象设计了如图情境1所示的用于缓冲降落的原理简图。一边长为L、质量为m、总电阻为R的正方形导线框abcd竖直下落，进入磁感应强度为B的匀强磁场时开始做减速运动，线框平面始终在竖直平面内，且线框ad边始终与磁场的水平边界面平行。已知线框bc边刚进入磁场时线框的速率为v。重力加速度为g。空气阻力不计。（1）求线框bc边刚进入磁场时线圈中的电流I；（2）若线框ad边刚要进入磁场时线框的速率减为，求线框在进入磁场的过程中所产生的焦耳热Q；（3）小明同学对“导线框全部进入磁场后下落的加速度为重力加速度g”这一观点，产生了质疑，并认为此时线框的加速度应当略小于重力加速度g。结合实际，小明把线框换成金属正方体，研究其在该磁场中的下落情况，如图情境2所示。已知该正方体的质量为M、边长为L。a．为便于定量分析，小明构建以下模型：假设正方体从静止开始一直在磁场中运动，平行磁感线的左右两个面可近似看作平行板电容器，电容为C。忽略正方体电阻。求该正方体下落的加速度大小a；并描述其运动性质。b．目前实验室最强磁场的磁感应强度约为几十特。若正方体边长L=0.1m，质量M=5kg，上述a问模型中电容器电容的数量级约为10-12F。结合上述信息，针对“导线框全部进入磁场后下落的加速度为重力加速度g”这一说法，请阐述你的观点。         20．（12分）能量在转化的过程中往往与做功密切相关，电容器充电过程中的功能关系同样如此。电容器不仅可以储存电荷，也是重要的储能器件。对电容为C的电容器（原来不带电）充电，如图1所示，已知电源的电动势为E。（1）图2中画出了电容器两极间的电势差u随电荷量q的变化图像，在图中取一电荷量的微小变化量，请类比直线运动中由v-t图像求位移的方法，说明图中小阴影矩形的“面积”所表示的物理含义；并计算电容器电压为U时电容器储存的电能Ep。       （2）请结合电动势的定义，求电容器充电过程中电源内部非静电力所做的功W；并与充电过程中电容器增加的电能相比较，说明两者“相等”或“不相等”的原因。（3）电容器的电能是储存在电场中的，也称电场能。若定义单位体积内的电场能量为电场能量密度ρ。某同学猜想ρ应当与该处的场强的平方成正比，即。已知平行板电容器的电容，s为两极板的正对面积，d为极板间距，k为常数，两极板间为真空，板间电场可视为匀强电场。不计电容器电场的边缘效应。a．请以电容器内储存的电场能为例论证该同学的猜想是否正确。b．电容器充电后与电源断开并保持电荷量不变，已知此时的电场能量密度为ρ0。现固定其中一极板，缓慢拉开另一极板（保持两极板正对），使板间距增加，请分析说明，在此过程中电场能量密度如何变化；并求出此过程中外力所做的功W′（用ρ0、s和表示）。    （考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效）北京市朝阳区2022—2023学年度第一学期期末质量检测               高三年级物理  参考答案       2023．1（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。 题号1234567答案ACBDDCD题号891011121314答案CBCCADB 第二部分本部分共6 题，共58 分。15．（8分）（1）ADCB                      （3分）（2）A；D；E                             （3分）（3）虚线；3.1                                       （2分）16.（10分）（1）U=E-Ir                                                         （2分）（2）b（或c）；f（或p）                                              （2分）（3）BC                                                             （2分）（4）该电池的输出特性：当电流较小时，该电池可视为恒压源；当电流较大时，该电池可视为恒流源。解释：由于U-I图像斜率的大小为电池的内阻Rs，外电阻，当电流较小时，U-I图像的斜率很小，即电池内阻很小，而此时外电阻很大，因为RLRs，所以内电阻分压可忽略，输出电压近似等于电动势而保持不变；当电流较大时，U-I图像的斜率很大，即电池的内阻很大，而此时外电阻很小，由于RLRs，所以电池相当于短路，因此输出电流几乎恒为Is而保持不变。                       （4分） 17．（9分）解：（1）对小球受力分析如图所示，根据力的平衡条件，有                       得                                    （3分） （2）小球所受的合力大小  根据牛顿第二定律有   得                                                       （3分）（3）设小球摆到最低点时的速度为v，根据机械能守恒定律有    小球在最低点时，根据牛顿运动定律有得                                               （3分）18．（9分）解：（1）设粒子做圆周运动的半径为r，洛伦兹力提供向心力，有            得                                    粒子的最大速度vm对应最大的运动半径R，即                              （3分）（2）根据动能定理有                      得                       设粒子在磁场中的运行周期为T， 有 不计质子在两盒缝隙间加速运动的时间，则质子在磁场中运动的时间约为                           得                                                      （3分） （3）洛伦兹力与电场力合力提供向心力，由于速率不变，半径变大，所以向心力减小，则电场力沿半径向外。有                得                      场强方向沿半径向外。                                           （3分） 19.（10分）解：（1）线框bc边以速率v进入磁场时产生的感应电动势根据闭合电路欧姆定律有    得                                                     （2分）（2）线框进入磁场过程中，根据能量守恒定律有得                                               （3分）（3）a．正方体以速率v切割磁感线时产生感应电动势为 则正方体左右面所构成电容器的电荷量为由于v不断变大，E和Q也不断变大，由左表面到右表面的充电电流大小为所受安培阻力大小为    根据牛顿第二定律有    根据加速度的定义式有       得                    因此，正方体做加速度小于g的匀加速直线运动。                   （3分）b．将L=0.1m、C=10-12F、B=10T代入a问中的表达式，发现其中的，远小于金属正方体的自身质量M，即，可见，正方体下落时所受的安培阻力可忽略不计。同理，导线框下落过程中所受的安培阻力也可以忽略不计，因此，“导线框全部进入磁场后下落的加速度为重力加速度g” 这一说法仍然成立。                                                           （2分）20．（12分）解：（1）图中小阴影矩形的“面积”为 ，表示电源把的电荷从电容器的一个极板搬运到另一个极板的过程中克服电场力所做的功，也表示有的电源能量转化成了电能储存在电容器中。全科免费下载公众号《高中僧课堂》电容器电压为U时，对应的图线和横轴所围成的面积表示电容器所储存的电能Ep，即                                         （3分）（2）充电完成后，电压U=E，电容器上电荷量为Q =CE电源非静电力所做的功为W =QE =CE2电容器增加的电能      =CE2显然，=W，W与不相等。解释一：电容器增加的电能，对应的是电源把电荷由电容器一个极板搬运到另一极板的过程中，克服电容器极板上已有电荷的电场力所做的功，即，两极板间的电压ui始终小于电动势E；而此过程中电源非静电力做功，所以两者不相等。                                                （4分）解释二：电源非静电力所做的功，一半储存在电容器中，另一半分两部分：一部分以内能消耗在电路的电阻上；由于充电过程是变化的电流，因而产生变化的磁场，再产生变化的电场，进而产生电磁波，即还有一部分以电磁波形式传播出去。 （4分）（3）a．设平行板电容器的电荷量为Q，两极板间的电压为U，板间电场的场强为，则有             得                      所以，该同学的猜想正确。                                         （3分）b．由a问中的方程式推导可得可见，电容器内场强与板间距离无关，由于电荷量Q不变，则场强不变，所以电场能量密度也保持不变，原电容器区域内的电场能也不变，增加间距的过程中，外力克服电场力做功转化为板间所增加的体积内的电场能，即                            （2分）  全卷说明：用其他方法解答正确，给相应分数。