[物理][期中]2023北京北师大二附中高二(上)期中试卷(教师版)

这是一份[物理][期中]2023北京北师大二附中高二(上)期中试卷(教师版)，共10页。试卷主要包含了11，如图所示为密立根油滴实验示意图等内容，欢迎下载使用。
2023．11
考试时间90分钟 满分100分
第I卷(选择题46分)
一、单项选择题：本题共 10 小题，共 30 分。每小题选对得 3 分，选错和不选得零分。 答案涂在答题卡上。
1．某弹簧振子沿 x 轴的简谐运动图像如图所示，下列描述正确的是
A．t =1 s 时，振子的速度为零，加速度为负的最大值
B．t =1 s 时，振子的速度为负，加速度为正的最大值
C．t =4 s 时，振子的速度为负的最大值，加速度为零
D．t =4 s 时，振子的速度为正，加速度为负的最大值
2．一列简谐横波某时刻波形如图所示，此时质点 P 的速度 方向沿 y 轴正方向，则
A．这列波沿 x 轴负方向传播
B．质点 a 此时动能最大，加速度最小
C．再经过一个周期，质点 P 运动到 x=6m 处
D．当质点 P 运动到最低点时，质点 b 恰好运动到平衡位置
3．声波是一种机械波，具有波的特性，关于声波下列说法中正确的是
A．不同频率的声波在空气中相遇时不会叠加
B．高频声波和低频声波相遇时能发生干涉现象
C．相同条件下，低频声波比高频声波更容易发生衍射现象
D．不同频率的声波在空气中相遇时频率均会发生改变
4．如图所示，实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。下列判断正确的是
A．1、2 两点的场强相同
B．2、3 两点的场强相同
C．1、2 两点的电势相等
D．2、3 两点的电势相等
5．如图所示，A、B 为两个等量正点电荷连线上的两点（其中 B 为连线中点），C 为连线中垂线上的一点。现将一带负电的 试探电荷自 A 沿直线移到 B 再沿直线移到 C。下列说法中正确的是
A．B 点的场强比 C 点的场强大
B．A 点的电势比 C 点的电势高
C．从 A 点移到 B 点的过程中，电场力对该试探电荷做正功
D．从 B 点移到 C 点的过程中，该试探电荷的电势能保持不变
6．研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。下列说法正确的是
A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器 a 板接触，就能使电容 器带电
B．实验中，只将电容器 b 板向上平移，静电计指针的张角变小
C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D．实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
7．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、单刀双 掷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 掷向 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 图像如图乙所示，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．电容器充电过程中流过电阻 R 的电流方向向左
B．电容器放电过程中流过电阻 R 的电流方向向右
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，电容器存储的电荷减少得越来越快
8．如图所示为密立根油滴实验示意图。实验中 要设法使带负电的油滴悬浮在电场中。若在 实验中观察到某一个带负电的油滴向下加速 运动。在该油滴向下运动的过程中，下列说 法正确的是
A．静电力做正功
B．重力和静电力的合力做负功
C．重力势能的减少量大于电势能的增加量
D．重力势能的减少量小于动能的增加量
9．图甲表示某金属丝的电阻 R 随摄氏温度 t 变 化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串 联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头, 把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得 到了一个简易温度计。下列说法正确的是
A．tA 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B．tA 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C．tB 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D．tB 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
10．如图所示，其中电流表 eq \\ac(○,A)的量程为 0.6 A，表盘均匀划分为 30 个小格，每一小格表示 0.02 A；R1 的阻值等于电流表内阻的 R2 的阻值等于电流表内阻的 2 倍。若用电流表 A 的表盘刻度表示 流过接线柱 1 的电流值，则下列分析正确的是
A．将接线柱 1、2 接入电路时，每一小格表示 0.04 A
B．将接线柱 1、2 接入电路时，每一小格表示 0.02 A
C．将接线柱 1、3 接入电路时，每一小格表示 0.06 A
D．将接线柱 1、3 接入电路时，每一小格表示 0.01 A
二、多项选择题：本题共 4 小题，共 16 分。每小题选对得 4 分，漏选得 2 分，选错和不 选得零分。答案涂在答题卡上。
11．如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q 两质点平衡 位置相距 0.15 m。当 P 运动到上方最大位移处时，Q 刚 好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是
A．0.60 m B．0.30 m C．0.20 m D．0.10 m
12．图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线， 虚线是某一带电粒子通过该电场区域的运动轨迹，a、b 是 轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根 据此图可作出正确判断的是
A．a、b 两点电势的高低
B．带电粒子在 a、b 两点的受力方向
C．产生该电场的点电荷的电性
D．带电粒子在 a、b 两点的电势能何处较大
13．为了研究空腔导体内外表面的电荷分布情况，取两个验电器 A 和 B，在 B 上装一个几乎封闭的空心金属球 C（仅在上端开有 小孔），D 是带有绝缘柄的金属小球，如图所示。实验前他们 都不带电，实验时首先将带正电的玻璃棒（图中未画出）与 C 接触使 C 带电。以下说法正确的是
A．若将带正电的玻璃棒接触C内表面，则B的箔片会带电
B．若将带正电的玻璃棒接触C外表面，则B的箔片不会带电
C．使D接触C的内表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大
D．使D接触C的外表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大
14．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横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 nve B． ρ nev C． E  ρj D． f nevρ
第 II 卷(非选择题 54 分)
三、实验题：本题共 2 小题，共 15 分，直接在答题纸上空白处填写正确答案。
15．（4 分）“用单摆测量重力加速度”的实验中：
（1）用游标卡尺测量小球的直径，如图甲所示，测出的小球直径为_________mm；
（2）实验中下列做法正确的是_________（多选）；
A．摆线要选择伸缩性大些的，并且尽可能短一些
B．摆球要选择质量大些、体积小些的
C．拉开摆球，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔作为单摆周期 T 的测量值
D．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置角度较小。释放摆球，从平衡位置开始计时，记下摆球做 30 次全振动所用的时间 t，则单摆周期
16．（11 分）在“测定金属的电阻率”的实验中，金属丝的阻值约为 5，某同学先用刻 度尺测量金属丝的长度 l=50.00cm，用螺旋测微器测量金属丝直径时刻度位置如图 1 所 示，再用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。
（1）该电阻丝直径的测量值 d=_________mm；
（2）实验中能提供的器材有：
A．电压表 V1（量程 0～3V，内阻约 3k）
B．电压表 V2（量程 0～15V，内阻约 15k）
C．电流表 A1（量程 0～3A，内阻约 0.01）
D．电流表 A2（量程 0～0.6A，内阻约 0.1）
E．滑动变阻器 R1（0～20）
F．滑动变阻器 R2（0～500）
G．电源 E（电压为 3.0V）及开关和导线若干该同 学从 以上器 材中 选择合 适的 器材连 接好 电路进 行测量 ，则 电压表 应选 择_________，电流表应选择_________，滑动变阻器应选择_________，（选填各器材前的字 母）。要求金属丝上的电压能从 0 开始调节，并能较准确地测出金属丝的阻值，实验电 路应选用图_________。
请根据该同学所选的实验电路图，在下图中进行实物连线。
（3）该同学建立 U-I 坐标系，如图 2 所示，图中已标出了与测量数据对 应的五个坐标点，还有一次测量的 电压表和电流表示数如图 3 所示， 请根据测量数据将坐标点补全，并描绘出U-I图线。由图线数据可计算 出金属丝的电阻为__________Ω（保留两位有效数字）。设被测金属丝电 阻为 R，则该金属材料电阻率的表达 式是_________（用题目给出的物理 量符号表示）。
四、解答题：本题包括4小题，共39分。解答时，在答题纸上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。
17．（8 分）在氢原子中模型中，核外电子绕核做半径为 r 的匀速圆周运动。已知电子的 质量为 m，电荷量为 e，静电力常量为 k。可以认为电子绕核旋转所需要的向心力由库 仑力提供。
（1）求电子的动能。
（2）求电子绕核运动形成的等效电流 I。
18．（9 分）长为 L 的轻质绝缘细线一端悬于 O 点，另一端系一质量为 m、电荷量为+q 的小球（可视为质点）。如图所示，在空间施加沿水平方向的匀强电场，小球静止在 A 点，此 时细线与竖直方向夹角为α=37°。已知 sin37° = 0.6，cs37° = 0.8，电场的范围足够大，重力加速度为 g。
（1）求匀强电场的电场强度大小 E。
（2）求 A、O 两点间的电势差 U；
（3）保持细线始终张紧，将小球从 A 点拉起至与 O 点处于同一水平高度的 B 点。
将小球由 B 点静止释放，求小球运动至 A 点时速度的大小 v。
19．（10 分）利用电场来加速和控制带电粒子的运动，在现 代科学实验和技术设备中有广泛的应用。如图所示，M、N 为竖直放置的平行金属板，S1、S2 为板上正对的小孔，两 板间所加电压为 U0，金属板 P 和 Q 水平放置在 N 板右侧，关于小孔 S1、S2 所在直线对称，两板间加有恒定的偏转电 压。现有一质子(11H )和α粒子( 24 He )从小孔 S1 处先后由静止 释放，经加速后穿过小孔 S2 水平向右进入偏转电场。已知 α粒子的质量为 m，电荷量为 q。
（1）求α粒子进入偏转电场时的速度大小；
（2）请判断质子和α粒子在偏转电场中的运动轨迹是否相同，并说明理由。
（3）交换M、N两板的极性，使大量电子加速后连续不断地穿过小孔S2水平向右进入偏转电场，且进入偏转电场的速度均为v=6.4×107m/s。已知极板P和Q的长度 L=8×10-2m，间距d=5×10-3m，两极板间电压为U。已知电子质量me=9.1×10-31kg， 电荷量e=1.6×10-19C。若要电子不能穿过偏转极板，求U至少为多大。
20．（12 分）研究原子核的结构时，需要用能量很高的粒子轰击原子核。为了使带电粒子 获得很高的能量，科学家发明了各种粒子加速器。图 1 为某加速装置的示意图，它由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列组成，其 轴线在同一直线上，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源的两极相 连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图 2 所示。在 t＝0 时，奇数圆筒相对偶数 圆筒的电势差为正值。此时和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为 0）的中央有一电子，在圆板和圆筒 1 之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线进入圆筒 1。为使电子在圆 筒之间的间隙都能被加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。
若电子的质量为 m，电荷量为-e，交变电源的电压为 U，周期为 T，两圆筒间隙的电 场可视为匀强电场，圆筒内场强均为 0。不计电子的重力和相对论效应。
（1）求电子进入圆筒 1 时的速度 v1，并分析说明电子从圆板出发到离开圆2这个过程的运动。
（2）若忽略电子通过圆筒间隙的时间，则第 n 个金属圆筒的长度 Ln 应该为多少？
（3）若电子通过圆筒间隙的时间不可忽略，且圆筒间隙的距离均为 d，在保持圆筒长度、交变电压的变化规律和（2）中相同的情况下，该装置能够让电子获得 的最大速度是多少？
参考答案
15.
14.5BD
16. 0.233
A D E 乙
5.2
17.

18.

19．（10分）
（1）根据动能定理
解得α粒子进入偏转电场时的速度大小 （2分）
（2）建立如答图1所示的坐标系，以出发点为原点，水平向右为X轴，向下为y轴，设偏转极板P、Q间的电压为U，极板间距为d， 可以表示出轨迹方程为：（1分）
Q
P
M
N
U0
S1
S2
+
-
答图1
x
y
（1分）
（1分）
（1分）
解得 （1分）
与带电粒子的质量和电荷量无关，故质子和α粒子在偏转电场中的运动轨迹相同。
（3）设电子飞出偏转极板的时间为t，当电子的侧位移为时，
（2分）
解得
若要在偏转极板的右侧始终能检测到电子，Um>91V。 （1分）
20.（12分）
（1）电子由金属圆板经电场加速进入圆筒1，根据动能定理
（1分）
解得： （1分）
电子从圆板开始先做匀加速直线运动，进入圆筒1，筒内场强为0，电子不受外力做匀速直线运动，在圆筒1、2之间间隙再做匀加速直线运动，进入圆筒2再做匀速直线运动。（2分）
（2）电子进入第n个圆筒时，经过n次加速，根据动能定理
（2分）
解得
由于不计电子通过圆筒间隙的时间，则电子在圆筒内做匀速直线运动的时间恰好是半个周期，则：
（2分）
解得 （1分）
（3）由于保持圆筒长度、交变电压的变化规律和（2）中相同，若考虑电子在间隙中的加速时间，则粒子进入每级圆筒的时间都要比（2）中对应的时间延后一些，如果延后累计时间等于，则电子再次进入电场时将开始减速，此时的速度就是装置能够加速的最大速度。
方法1：由于两圆筒间隙的电场为匀强电场，间距均相同，则电子的加速度为：
则 （1分）
累计延后时间为，则电子的加速时间为，所以电子的最大速度为：
（1分）
可得 （1分）
方法2：由于两圆筒间隙的电场为匀强电场，间距均为d，经过N次加速到最大速度，则：
（1分）
根据动能定理 （1分）
解得 （1分）1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
B
C
D
B
A
C
C
B
C
11
12
13
14
BD
BD
AD
AC