黑龙江省顶级名校2020届高三上学期期中考试物理试题

黑龙江顶级名校2020届高三上学期期中考试物理试题

一、选择题

1. 以下说法正确的是（ ）

A. 根据E=F/q可知，在电场中某点的场强E与试探电荷电量q成反比，与其所受到的力F成正比

B. 根据E=KQ/r2可知，空间某位置的场强E与产生该电场的点电荷Q的电荷量成正比

C. 根据E=U/d可知，在电场中某点的场强E与两点间的距离d成反比，与这两点间的电压U成正比

D. 电场中某点场强的方向与正点电荷在该点受力方向相同

【答案】BD

【解析】

电场强度是电场本身的性质，与试探电荷无关，A错；在点电荷形成的电场中场强E=KQ/r2，可知空间某位置的场强E与产生该电场的点电荷Q的电荷量成正比，B对；公式E=U/d只适用于匀强电场，但场强依然是电场本身的性质，C错；电场中某点场强的方向与正点电荷在该点受力方向相同，D对；

2.如图所示,一带铁芯线圈置于竖直悬挂的闭合铝框右侧,与线圈相连的导线abcd内有水平向里变化的磁场。下列哪种变化磁场可使铝框向左偏离    (   )

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

试题分析：由楞次定律的运动学描述“来拒去留”可知，要使铝框向左远离，则螺线管中应产生增大的磁场；而螺线管中的磁场是由abcd区域内的磁场变化引起的，故abcd中的磁场变化率应增大，故有A符合，BCD是不符合．所以A正确，BCD错误；故选A．

考点：楞次定律

【名师点睛】本题应明确abcd区域内的磁场变化引起螺线管的电磁感应；而螺线管中电流的变化才会引起导线环中电磁感应．

3.如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与直面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等。关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是

A. o点处的磁感应强度为零

B. a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反

C. c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同

D. a、c两点处磁感应强度的方向不同

【答案】CD

【解析】

【详解】A．由安培定则和磁场叠加原理可判断出o点处的磁感应强度方向向下，一定不为为零，选项A错误；

B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项B错误；

C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项C正确；

D．a、c两点处磁感应强度的方向不同，选项D正确。

4.如图甲所示，在光滑绝缘的水平面上固定两个等量的正点电荷，M、O、N为两点电荷连线上的点，其中O为连线中点，且MO＝ON.在M点由静止释放一个电荷量为q的正试探电荷，结果该试探电荷在MN间做来回往复运动，在一个周期内的v－t图象如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)

A. M和N两点的电场强度和电势完全相同

B. 试探电荷在O点所受电场力最大，运动的速度也最大

C. 试探电荷在t2时刻到达O点，t4时刻到达N点

D. 试探电荷从M经O到N的过程中，电势能先减小后增大

【答案】D

【解析】

M、N两点关于O点对称，电势相同，电场强度大小相等、方向相反，A项错误；从M点到O点，试探电荷加速度逐渐减小的加速运动，从O点到N点做加速度逐渐增大的减速运动.O点电场强度为零，所受电场力为零，加速度为零，速度最大，B项错误；试探电荷在t1时刻到达O点，t2时刻到达N点，t3时刻返回到O点，t4时刻返回到M点，完成一个周期的运动，C项错误；从M点到O点的过程中，电场力对试探电荷做正功，电势能减小，从O点到N点的过程中，电场力做负功，电势能增加，D项正确，故选D。

点睛：此题要根据v-t图象的斜率等于加速度和牛顿第二定律讨论电场强度．根据能量守恒定律分析物块电势能的变化情况．根据电场线方向判断电势的高低.

5.回旋加速器是加速带电粒子装置,其核心部分是分别与高频交变电源两极相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中有周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,磁场方向如图所示。若用此回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电流频率为f。则下列说法正确的是(    )

A. 质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关

B. 高频电源只能使用方形交变电源,不能使用正弦式交变电源

C. 不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速氦核

D. 若此加速器能把质子加速到最大速度为v，当外加磁场一定，把高频交变电源频率改为f/2，则可把氦核加速到最大速度为v/2

【答案】D

【解析】

【分析】

粒子在磁场中运动时,洛伦兹力提供向心力,满足 ,运动周期 (电场中加速时间忽略不计).对公式进行简单推导后,便可解此题.

【详解】A、根据可知，质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关，故A错；

B、因为粒子在电场中运动的时间很短,高频电源能使用矩形交变电流,也能使用正弦式交变电流,此时满足粒子在电压最大时进入电场即可，故B错误；

C、此加速器加速电场周期 ,加速粒子时，两个周期不同, 不能用于加速氦核，故C错误；

D、此加速器加速电场周期 ,加速粒子时，当外加磁场一定，把高频交变电源频率改为f/2，此时回旋加速器可以加速氦核，根据可知氦核的最大速度变为v/2，故D对；

故选D

6.如图所示为汽车启动电路原理图，汽车电动机启动时车灯会瞬间变暗。在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表的示数为；电动机启动时电流表的示数为，若电源的电动势为，内阻为，设电流表的内阻不计、车灯的电阻不变，则在打开车灯、电动机启动时，电动机的输入电功率为（     ）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】由闭合电路欧姆定律有，解得灯泡的电阻为，电动机启动时电动机两端的电压为，电动机上的电流，所以电动机的输入电功率，C正确。

7.如图，在匀强电场中，A、B、C、D、E、F位于边长为＝2cm的正六边形的顶点上，匀强电场的方向平行于正六边形所在的平面．已知A、B、D、E的电势分别为-2V、0V、6V、4V。则下列说法正确的是(    )

A. C点的电势＝

B. A、F间的电势差＝

C. C、F间的电势差＝

D. 该匀强电场的场强大小＝

【答案】D

【解析】

【详解】A.连接、、，与、的交点为、；设六边形的中心点为，如图所示：

由图可知，与、都垂直，由六边形的特点可知，则有：

因为在匀强电场中将某一线段等分同时就将该两线段的电势差等分，可知、、的电势分别是0V、2V、4V，又E点电势为4V，则点的电势一定与点相等，为4V，故A错误；

B.M点电势为0，B点电势为零，则点的电势也是0V，所以有：

故B错误；

C.点、之间的电势差为：

故C错误；

D.由几何关系可知：

所以电场强度的大小为：

故D正确。

8.如图所示，电路中电源电动势为E，内阻为r，C为电容器，L为小灯泡，R为定值电阻，闭合电键，小灯泡能正常发光．现将滑动变阻器滑片向右滑动一段距离，滑动前后理想电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　)

A. 电源的输出功率一定增大

B. 灯泡亮度逐渐变暗

C. 与均保持不变

D. 当电路稳定后，断开电键，小灯泡立刻熄灭

【答案】C

【解析】

A、B项：滑片向右滑动变阻器连入电路的阻值变小，总电阻变小，电流变大，灯泡逐渐变亮，B错；电源输出功率最大时有电源内阻等于外电路电阻，虽然外电路电阻变小，但不能确定是不是接近电源内阻，电源输出功率不一定增大，A错；

C项：电压表V1测的为电阻R两端电压，电压表V2测的为路端电压，电注表测的是干路中的电流，所以，，所以均保持不变，故C正确；

D项：当电路稳定后，断开电键，小灯泡与电容器组成闭合回路，电容放电，小灯泡不立刻熄灭，故D错误。

点晴：解决本题关键知道定值电阻两端电压与电流（或电压变化与电流变化）之比等于定值电阻阻值，路端电压变化与电流变化之比即为电源的内阻。

9.如图，竖直平面内存在半径为R的圆形匀强磁场区域，以圆心O为坐标原点建立图示直角坐标系，现有,,三种粒子，以速度v0从a点与x轴正方向成30°斜向下射入磁场，以速度从b点沿y轴负方向射入磁场，以速度从O点沿y轴正方向射入磁场，已知运动半径刚好为R，经过一段时间后三个粒子分别射出磁场，若运动过程中粒子不会发生碰撞，不计粒子的重力和粒子间的相互作用力，则三个粒子从圆形边界射出点构成的图形的面积为（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】根据洛伦磁力提供向心力可得，解得，由于运动半径刚好为，则有，两种粒子运动半径刚好也为，运动轨迹如图，从点射出磁场，点坐标为，从点射出磁场，点坐标为，从点射出磁场，点坐标为，则三个粒子从圆形边界射出点构成的图形的面积为，故选项B正确，A、C、D错误。

10.如图是质谱仪的工作原理示意图，带点粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场，下列表述正确的是（　　）

A. 质谱仪是分析同位素重要工具

B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

D. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

【答案】ABD

【解析】

试题分析：带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为v=粒子可通过选择器，然后进入B0，打在S板的不同位置，

解：A、进入B0的粒子满足，知道粒子电量后，便可求出m的质量，所以质谱仪可以用来分析同位素，故A正确；

B、根据加速电场，可知粒子带正电，则受电场力向右，所以洛伦兹力向左，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外，故B正确；

C、由，知R越小，荷质比越大，故C错误；

D、由qE=qvB，得v=，此时粒子受力平衡，可沿直线穿过选择器，与粒子的电性无关，故D正确；

故选：ABD

【点评】质谱仪工作原理应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段．

11.空间存在着平行于x轴方向的静电场，A、M、O、N、B为x轴上的点，OA＜OB，OM＝ON，AB间的电势随x的分布为如图所示的折线，一个带电粒子在电场中仅在电场力作用下从M点由静止开始沿x轴向右运动，则下列判断中正确的是 (    )

A. 粒子一定带正电

B. 粒子从M向O运动过程所受电场力均匀增大

C. 粒子一定能通过N点

D. AO间的电场强度大于OB间的电场强度

【答案】CD

【解析】

【详解】A.、两点电势相等，点的电势最高，到是逆着电场线，粒子仅在电场力作用下，从点由静止开始沿轴向右运动即逆电场线方向运动，故粒子一定带负电，故A错误；

B.到电势均匀升高，图象的斜率大小等于电场强度，故到的电场是匀强电场，粒子从向运动过程所受电场力不变，故B错误；

C.由图可知，、两点电势相等，点的电势小于点的电势，故到电场力做的正功数值大于到N电场力做的负功，所以粒子能通过点，故C正确；

D.图象的斜率等于场强大小，则知间的电场强度大于间的电场强度，故D正确。

12.如图所示，在一个直角三角形区域ABC内，存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，AC边长为3l，∠C=90°，∠A=53°．一质量为m、电荷量为+q的粒子从AB边上距A点为l的D点垂直于磁场边界AB射入匀强磁场，要使粒子从BC边射出磁场区域（sin53°=0.8，cos53°=0.6），则（　　）

A 粒子速率应大于

B. 粒子速率应小于

C. 粒子速率应小于

D. 粒子在磁场中最短的运动时间为

【答案】AC

【解析】

【详解】ABC、由几何知识知 , ,粒子运动轨迹与BC边相切为一临界,由几何知识知:

得：

根据

可以求得速度 ，此为从BC边出来的最小速度，

粒子恰能从BC边射出的另一边界为与AC边相切,由几何知识恰为C点,

半径

再根据：

解得： ，此速度为从BC边出来的最大速度

故AC正确；B错误；

D、根据运动轨迹可知，粒子在磁场中运动的最小角度为 ，所以最短时间为

，故D错；

故选AC

13.如图所示，长均为两正对平行金属板MN、PQ水平放置，板间距离为，板间有正交的竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为的带电粒子从MP的中点O垂直于电场和磁场方向以射入，恰沿直线从NQ的中点A射出；若撤去电场，则粒子从M点射出（粒子重力不计）。以下说法正确的是（    ）

A. 该粒子带正电

B. 若撤去电场，则该粒子运动时间为原来的倍

C. 若撤去磁场，则该粒子在运动过程中电势能增加

D. 若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为

【答案】AD

【解析】

【详解】A.撤去电场后，粒子做匀速圆周运动，粒子从M点射出；则在初位置，洛仑兹力向上，根据左手定则，粒子带正电荷，故A正确；

B.匀速直线运动过程，有：

圆周运动过程，有：

则有：

故B错误；

C.若撤去磁场，则该粒子做类平抛运动，电场力做正功，电势能减小，故C错误；

D.撤去磁场，粒子做类平抛运动，根据运动的合成与分解则有：

匀速运动时，洛伦兹力与电场力平衡，则有：

圆周运动过程，洛伦兹力提供向心力，则有：

联立解得：

故粒子射出时的速度大小：

故D正确。

二、实验题

14.某同学要测量一段未知材料电阻丝的电阻率。已知电阻丝长度为，电阻约为，可提供的实验仪器有：

A．电流表，内阻，满偏电流=

B．电流表，内阻约为，量程

C．游标卡尺

D．变阻箱（，）

E．滑动变阻器（，）

F．电池组（，）

G．一个开关和导线若干

他进行了以下操作：

(1)用游标卡尺测量这段电阻丝的直径，如图所示，则该次测量的电阻丝直径=_______；

(2)把电流表与电阻箱串联当作电压表用。这块“电压表”最大能测量的电压，则电阻箱的阻值应调为_______；

(3)设计实验电路图。虚线框中只是他设计的实验电路图的一部分，请帮他将电路图补画完整__。

(4)实验电路连接。该同学完成了部分连接，请帮他补充完整。___

(5)测量并计算电阻率。闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某确定位置，电流表的示数为，电流表的示数为。则电阻率的表达式为：=_________。（使用、、、、、、及数字表示）

【答案】    (1). 03    (2). 880    (3).     (4).     (5).

【解析】

【详解】(1)[1]由图示游标卡尺可知，游标卡尺的主尺读数为0mm，游标读数为0.1×3mm=0.3mm，则最终读数为0mm+3×0.1mm=0.3mm；

(2)[2]把电流表改装成3V的电压表需要串联分压电阻，串联电阻阻值：

(3)[3]由题意可知，电流表应采用外接法，可准确测出待测电阻两端的电压和流过的电流；滑动变阻器最大阻值约为待测电阻阻值的2倍，滑动变阻器可以采用限流接法，实验电路图如图所示：

(4)[4]根据实验电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：

(5)[5]电阻丝电阻：

由电阻定律可知：

解得：

15.某同学用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r， R为电阻箱，实验室提供的器材如下：电压表(量程0〜3V，内阻约3k)电阻箱（阻值范围0-99.9 ）；导线若干。

(1)请根据图甲的电路图，在图乙中画出连线，将器材连接成实验电路____________；

(2)实验时，改变并记录电阻箱及的阻值，记录对应电压表的示数U，得到如下表示的若干组R、U的数据。根据图丙所示，表中第4组对应的电阻值读数是________；

(3)请推导与的函数关系式（用题中给的字母表示）_____，根据实验数据绘出如图丁所示的图线，由图线得出电池组的电动势E= __V，内电阻r= _____。(所有结果保留三位有效数字）

【答案】    (1).     (2). 13.7    (3).     (4). 2.86    5.80-6.20

【解析】

(1)根据电路图连接实验电路如图所示，

(2)电阻箱的示数：R=1×10Ω+3×1Ω+7×0.1Ω=13.7Ω
(3)由原理图可知，本实验采用的是伏阻法，由闭合电路欧姆定律可得：；
则 ；故图象的斜率等于 ；截距 ；
所以此得出电池组的电动势 ，内电阻．由图像可知:b=0.35； ,解得E=2.86V； r=6.00Ω

点睛：本题求电动势和内阻的关键在于正确的由闭合电路欧姆定律得出函数关系，从而结合图象求出电动势和内阻．电阻箱的读数方法，在计算电阻箱的读数时不要忘记乘以各指针所对应的倍数．

三、计算题

16.如图，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距l，左端与一电阻R相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向竖直向下．一质量为m的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速度v匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好．已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，导轨和导体棒的电阻均可忽略．求：

(1)电阻R消耗的功率；

(2)水平外力的大小．

【答案】(1)    (2)

【解析】

试题分析：（1）电阻R消耗的功率：PR=E2/R

感应电动势：E=BLv

得：PR="(" BLv) 2/R

（2）由平衡知识可知：F=f+FA

f=μmg

而 I= BLv/R

解得：FA="BIL=" B2L2v2/R

得：F="μmg" + B2L2v2/R

考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡

17.如图所示,在的竖直匀强电场中,有一光滑的半圆形绝缘轨道 QPN与一水平绝缘轨道MN在N点平滑相接,半圆形轨道平面与电场线平行,其半径,N为半圆形轨道最低点,P 为QN圆弧的中点,一带负电荷的小滑块质量,与水平轨道间的动摩擦因数,位于N点右侧1.5m的M处,要使小滑块恰能运动到圆轨道的最髙点 Q,取,求:

（1）滑块应以多大的初速度v0向左运动?

（2）滑块通过P点时受到轨道的压力.

（3）若撤去竖直电场，其它条件不变，滑块以（1）问的速度从M点释放，滑块是否还能通过最高点？说明理由。

【答案】（1）7m/s（2）0.6（3）能

【解析】

（1）设小球到达Q点时速度为v，由牛顿第二定律有

滑块从开始到Q过程中,由动能定理有

联立并代入数据得: ．

（2）设滑块到达P点时速度为，从开始到P过程中，由动能定理有:

P点压力:

代入数据计算得出：N=0.6N，压力的方向:水平向右．

（3）若撤去电场，则要想滑块通过最高点，则有，即

滑块从开始到Q的过程中，由动能定理可得，解得，故能通过．

18.如图所示，在坐标系xOy的第一象限内虚线OC的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里的匀强磁场，第三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，在x轴负半轴上有一接收屏GD，GD＝2OD＝2d．现有一带电粒子（不计重力）从y轴上的A点，以初速度v0水平向右垂直射入匀强磁场，恰好垂直OC射出，并从x轴上的P点（未画出）进入第四象限内的匀强磁场，粒子经磁场偏转后又垂直y轴进入匀强电场并被接收屏接收，已知OC与x轴的夹角为37°，OA＝，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

（1）粒子的带电性质及比荷；

（2）第四象限内匀强磁场的磁感应强度B的大小；

（3）第三象限内匀强电场的电场强度E的大小范围．

【答案】（1）

（2）

（3）

【解析】

【详解】(1)粒子运动轨迹如图所示，由左手定则可知粒子带负电。

由图知粒子在第一象限内运动的轨道半径R＝d

由洛伦兹力提供向心力得Bqv0＝m

联立得

(2)由图知OP＝d，所以粒子在第四象限内做圆周运动的半径为

同理B′qv0＝，联立得B′＝

(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动，由图知OQ＝r＋rsin 37°＝d

当电场强度E较大时，粒子击中D点，由类平抛运动规律知

＝v0t

联立得Emax＝

当电场强度E较小时，粒子击中G点，由类平抛运动规律知

＝v0t

联立得Emin＝

所以

点睛：本题考查了粒子在电场与磁场中的运动，粒子在电场中做类平抛运动，在磁场中做匀速圆周运动，分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是正确解题的关键，应用牛顿第二定律与类平抛运动规律可以解题，解题是注意几何知识的应用．