2021届北京市昌平区高三上学期期末质量抽测物理试题

  昌平区2020—2021学年第一学期高三年级期末质量抽测

物　理　试　卷

　2021．1

本试卷共10页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。 

第一部分　　选择题（共42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．国际单位制中“力”的单位符号是N，如果用国际单位制基本单位的符号来表示，正确的是

A．kg·m·s-2  B．J·m-1

C．C·V·m-1  D．T·A·m

2．如图1所示，吊车是建筑工地常用的一种大型机械。为了便于研究问题，将它简化成如图2所示的模型，硬杆OB的一端装有定滑轮，另一端固定在车体上；质量不计的绳索绕过定滑轮吊起质量为m的物体匀速上升，不计定滑轮质量和滑轮与轴承之间的摩擦，重力加速度为g。下列说法正确的是

A．OA段绳索受到的拉力小于mg

B．OA段绳索受到的拉力大于mg

C．OB杆对定滑轮的支持力小于2mg

D．OB杆对定滑轮的支持力大于2mg

3．2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心成功发射了北斗三号系统的“收官之星” —第55颗北斗导航卫星。该卫星的成功发射标志着北斗三号全球星座部署全面完成。该卫星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，该卫星

A．线速度是近地轨道卫星的1/7

B．角速度是近地轨道卫星的1/7

C．周期是近地轨道卫星的49倍

D．加速度是近地轨道卫星的1/49

4．“套圈圈”是小孩和大人都喜爱的一种游戏，游戏规则是：游戏者站在界外从手中水平抛出一个圆形圈圈，落下后套中前方的物体，所套即所得。小孩站立抛出圈圈并套取了前方一物体，若大人也抛出圈圈并套取了前方同一物体，忽略空气阻力，则

A．大人站在小孩同样的位置，以等大的速度抛出圈圈

B．大人站在小孩同样的位置，以较小的速度抛出圈圈

C．大人退后并下蹲至与小孩等高，以等大的速度抛出圈圈

D．大人退后并下蹲至与小孩等高，以较小的速度抛出圈圈

5．超高压输电是指使用500kV~1000kV电压等级输送电能。超高压输电与普通高压输电（500kV以下）在建设和输送成本方面有大幅度降低。如果输送相同的电功率，则

A．超高压输电电流更大

B．超高压输电频率更高

C．超高压输电电能损耗会更多

D．电能损耗相同的情况下，超高压输电线截面积可以更小

6．某同学利用图4所示装置做“探究弹簧弹力与形变量关系”实验。他将刻度尺的0刻度对齐弹簧上端，并记录下不挂钩码时弹簧下端对应的刻度；然后每次增加1个钩码，分别记录弹簧下端对应刻度尺的刻度，做出钩码的重力F与弹簧长度x的关系图像，如图5所示。下列说法正确的是

A．图5中曲线是弹力随弹簧形变量的变化曲线

B．从图像中可以确定该弹簧的原长

C．实验时，弹簧始终保持在弹性限度之内

D．该弹簧的劲度系数约为30.0N/m

7．一根粗细均匀的绳子，右端固定，S点上下振动，产生向右传播的机械波，某时刻的波形如图6所示。下列说法中正确的是

A．波源振动的频率逐渐增大

B．波的传播速度逐渐减小

C．各处的波长相等

D．此时刻质点P的速度方向向上

8．一物块从高h=3.0m、长l=5.0m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能Ep和动能Ek随下滑距离s的变化如图7中直线Ⅰ、Ⅱ所示。关于物块从斜面顶端下滑到底端的过程中，下列说法正确的是

A．重力做功为10J

B．克服摩擦阻力做功为20J

C．合力做功为20J

D．机械能守恒

9．图8为演示电容器充、放电实验电路图。开关S掷向1，给电容器充电；然后把开关S掷向2，电容器放电。电流传感器可以描绘出电流随时间变化的图像。以下说法正确的是

A．充电时，电源每搬运相同的电荷量到电容器极板做功都相同

B．充电时，电容器电压与电阻R电压都在增大

C．放电时，自由电子从下极板穿过电容器到达上极板

D．放电时，电流随时间按非线性规律减小

10．如图9所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一物块，取物块静止时所处位置为坐标原点O，向下为正方向，建立Ox坐标轴。现将物块竖直向下拉到A位置后由静止释放，不计空气阻力。已知物块的质量为m，弹簧的劲度系数为k，A位置的坐标为x1，重力加速度为g。下列说法正确的是

A．该简谐振动的振幅为2x1

B．在任意1/4周期内物块通过的路程一定等于x1

C．物块在A位置时的回复力大小为

D．物块到O位置时的动能为

11．在实验室或电子仪器中常用分压器改变加在用电器上的电压，其原理如图10所示。电源的输出电压U恒定，R0为滑动变阻器，是由同种材料、粗细相同的电阻丝均匀密绕而成；用电器的电阻为R。设滑动变阻器的滑动触头P与电阻器的端点A间的电阻为Rx。下列说法正确的是

A．为保护用电器，闭合开关S前，滑动触头P应置于B端

B．当电阻Rx按线性变化时，用电器上电压也按线性变化

C．为便于调节，应选择R0远大于R

D．为便于调节，应选择R0适当小于R

12．在生产和科学实验的许多领域，常常需要通过控制电极的形状和电势来调整和控制电场，从而得到所需的电场分布。如图11所示，两平行金属极板正对放置，在极板G的中央挖一圆孔。将两极板加一定电压，且K极板电势较高，用实验的方法描绘出等势面，如图中虚线所示。现假设从极板K的中心处发射出一束平行于中心轴（x轴）的电子，不考虑电子的重力及电子间的相互作用力。下列说法正确的是

A．孔右侧的电场线向中心轴会聚

B．电子通过孔后向远离中心轴的方向发散

C．如有两束电子会聚到同一点F，电场力对它们做功一定相同

D．相邻等势面间的电势差一定相同

13．2020年12月4日，新一代“人造太阳”核聚变实验装置—中国环流器二号（如图12所示）在四川成都建成并实现首次放电。这标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。它是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器装置，容器外面缠绕着两组线圈（如图13所示）。通电时，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将1.5亿摄氏度高温的等离子体约束在环形真空室内，以达到核聚变的目的。下列说法正确的是

A．核能不属于清洁能源

B．托卡马克内部核反应可能是

C．线圈1产生水平方向的环形磁场

D．螺旋型磁场可以约束运动方向不同的带电粒子

14．两名小孩用如图14所示的装置玩“爬绳游戏”。定滑轮固定在天花板上，不可伸长的软绳跨过定滑轮，两小孩从同一高度由静止开始沿绳向上攀爬，攀爬过程中绳不打滑。不计绳与滑轮的质量和滑轮与轴承之间的摩擦。下列说法正确的是

A．如果一名小孩用力攀爬而另一名小孩没有攀爬，绳子对两名小孩的拉力大小就不相等

B．如果一名小孩用力攀爬而另一名小孩没有攀爬，则用力攀爬的小孩先到达滑轮

C．只要两名小孩的质量相等，即使一个小孩没有攀爬，两人也会同时到达滑轮

D．无论两名小孩的质量是否相等，在攀爬过程中，两小孩与绳子组成的系统动量守恒

第二部分　　非选择题（共58分）

15．（9分）

在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒定律，实验装置如图15所示。

（1）除图中给出的器材外，下面列出三种器材，完成实验不需要的是＿＿＿＿

A．交流电源　　B．刻度尺　　C．天平

（2）某同学从打出的纸带中选出一条理想的纸带，如图16所示。选取纸带上连续打出的三个点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h1、h2、h3。已知重锤的质量为m，打点计时器所接交流电的频率为f，当地的重力加速度为g。从起始点O开始到打下B点的过程中，重锤重力势能的减小量△EP=＿＿＿＿＿＿，重锤动能的增加量△Ek=＿＿＿＿＿＿。在误差允许的范围内，如果△EP=△Ek，则可验证机械能守恒。

16．（9分）

某同学用伏安法测量一未知电阻Rx，所用电压表的内阻为1kΩ，电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案：甲方案是将电压表跨接在O、P两端；乙方案是将电压表跨接在O、Q两端，如图17所示。测量得到如图18所示的两条U–I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。

回答下列问题：

（1）图18中标记为II的图线是采用图17中________（选填“甲”或“乙”）方案测量得到的。

（2）根据所用实验器材和图18可判断，由图线________（选填“I”或“Ⅱ”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω。

（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对第（2）问中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω。

17．（9分）

游乐场中有一种“旋转飞椅”的游乐项目（如图19所示），在旋转平台的下边缘固定一定长度的绳子，绳子的另一端是供游客乘坐的椅子，当平台绕其中心轴水平匀速旋转时，游客随之做匀速圆周运动。某一段时间内，绳子与竖直方向的夹角为θ。已知旋转平台的半径为R，绳子的长度为L，游客的质量为m，重力加速度为g，绳子和椅子的质量及空气阻力忽略不计。求：

（1）绳子受到的拉力大小T；

（2）游客做匀速圆周运动的角速度大小ω。

18．（9分）

如图20所示，水平放置的足够长平行金属导轨左端与定值电阻R相接，质量为m、电阻为R/2的金属杆垂直置于导轨上，其PQ段的长度为L。整个装置处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直导轨平面向下。t=0时刻，金属杆以初速度v0向右运动，忽略导轨的电阻及导轨与金属杆间的摩擦。

（1）判断通过电阻R的电流方向；

（2）求金属杆的速度为时，金属杆的加速度大小；

（3）求金属杆开始运动到停止运动的过程中，定值电阻R所产生的焦耳热。

19．（10分）

“嫦娥五号”于2020年11月24日在海南文昌发射中心成功发射，携带月壤采样于12月17日成功返回，开启了我国对月球的进一步探测工程。在此之前，科技人员反复进行了多次模拟试验以应对各种可能的异常情况。在模拟实验中月球探测器（如图21）能够在自动导航系统的控制下行走，且每隔10s向地球发射一次无线电信号。探测器上还装有两套相同的使探测器获得加速度的装置（简称减速器，其中一个备用）。某次试验中探测器的自动导航系统出现故障，从而使探测器只能匀速直线前进而不能自动避开障碍物，此时地面控制人员就需要进行人工遥控操作。下表为地面操控中心显示屏上的部分数据：

已知月球距地球约为r＝3.0×105 km，控制中心接收到信号到控制人员发出指令最少需要Δt＝3s时间。前方障碍物相对探测器极大，可将该情况简化为探测器正垂直驶向无限大的障碍物（如图22）。

回答以下问题：

（1）通过对显示屏上的数据分析，你认为减速器是否执行了9:10:33发出的减速指令？

（2）分析说明为避免本次碰撞，在加速度大小相同的情况下，发出哪种指令更安全？

①做匀速圆周运动　　　　　②做匀减速直线运动

（3）若你是控制中心人员，在9:10:40接收到信号后，应该怎么做？若发出指令②，给减速器设定的加速度需要满足什么条件？

20．（12分）

“通量”是物理学中的重要概念，在研究磁场时我们引入了“磁通量”。定义磁通量Ф=BS，其中B为磁感应强度、S为垂直磁场的面积。

（1）如图23所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，放置一个面积为S的平面，平面的法线（与平面垂直）方向与磁场方向的夹角为θ。求穿过该平面的磁通量Ф。

（2）与之类似，在静电场中，我们定义“垂直穿过某一平面的电场线条数为通过这一平面的电通量”。

①写出电通量ФE的定义式及单位；

②求出通过真空中以点电荷＋Q为球心，以R为半径的球面的电通量ФE＇。（已知真空中静电力常量为k，球的表面积公式S=4πR2）

（3）自然界中的物体都会不断向外辐射电磁波，这种辐射因为和温度有关而被称为热辐射。为了研究辐射规律，人们建立一种被称为“黑体”的理想模型（对来自外界的电磁波只吸收不反射，但自身会发射电磁波）。理论研究表明，单位时间内从黑体单位表面积辐射的电磁波总能量与其绝对温度的4次方成正比，即，式中σ为已知常数。假设把太阳和火星都看成黑体，忽略其他天体及宇宙空间的其他辐射，已知太阳的表面温度T0=5770K，太阳和火星间距离约为太阳半径的400倍。试估算火星的平均温度。

昌平区2020—2021学年第一学期高三年级期末质量抽测

　　　　　　物理试卷参考答案及评分标准　　　　　2021．1

第一部分　选择题（共42分）

本部分共14小题，每小题3分，共42分。

第二部分　非选择题（共58分）

本部分共5小题，共58分。

15．（9分）

（1）C （3分）

（2）mgh2　　 （6分）

16．（9分）

（1）甲 （3分）

（2）I　　50.0 （3分）

（3）49.5 （3分）

17．（9分）

（1）绳子的拉力T在竖直方向的分力与游客的重力平衡，

解得　　 （4分）

（2）绳子的拉力在水平方向的分力提供向心力，

解得　　 （5分）

18．（9分）

（1）通过电阻R的电流方向为从a到b。 （2分）

（2）金属杆的速度为时，产生的感应电动势为　　

感应电流　　

安培力　　

加速度　　 （4分）

（3）根据能量守恒，整个过程中回路所产生的焦耳热为　

定值电阻R所产生的焦耳热为　 （3分）

19．（10分）

（1）在第一个10s内探测器位移20m，第二个10s内位移也是20m，故减速器没有执行减速指令。 （2分）

（2）设探测器速度为v，加速度大小为a。

做匀速圆周运动，根据　　　得　　

做匀减速直线运动，根据　　　得　　

得R>x，故指令②更安全。 （4分）

（3）因减速器没执行减速指令，故应更换备用减速设备。

探测器初速度　　2m/s

地月间电磁波传输时间　　1s

9:10:40收到信号时，探测器与障碍物距离为　　10m

经3s发出指令，指令传输时间为1s，所以探测器接收到指令时与障碍物距离为

2m

设指令加速度大小为a'，恰好至障碍物前停止，则　　

得　　a'＝1m/s2

故加速度应满足　　a'≥1m/s2 （4分）

20．（12分）

（1）穿过该平面的磁通量　　 （2分）

（2）①电通量定义　　，其中E为电场强度、S为垂直电场的面积。

单位　　V·m （2分）

②点电荷＋Q在半径为R处产生的电场强度大小为　　

半径为R的球面面积为　　

穿过该球面的电通量为　　 （4分）

（3）设太阳半径为R，火星半径为r。

太阳单位时间内向外辐射的电磁波能量为　　

火星单位时间内吸收的太阳能量为　　

设火星平均温度为T，火星单位时间向外辐射电磁波能量为

温度稳定时有　　P=P′

解得：火星平均温度　　 （4分）