河北省张家口市2020届高三上学期12月阶段检测物理试题

张家口市2019—2020学年第一学期阶段测试卷高三物理一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～7小题只有一个选项正确，第8～12小题有多个选项正确。全部选对的得4分，选对但不全的得，有选错或不答的得0分。1.关于物理学史，下列说法中正确的是（    ）A. 卡文迪许在前人工作的基础上，通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律B. 法拉第提出了电场、磁场的概念，直观地描绘了场的图象C. 电场是为了便于研究物体的运动而引入的理想模型D. 历史上第一个发现电流周围有磁场，从而将电现象和磁现象联系在一起的科学家是赫兹【答案】B【解析】【详解】A．真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律是由库伦通过实验研究确认的，故A错误.B．法拉第不仅提出了场的概念，而且直观的描绘出了场的清晰图像，故B正确.C．电场是实际存在的物质，不是理想化模型．故C错误.D．历史上第一个发现电流周围存在磁场，从而将电现象与磁现象联系起来的科学家是奥斯特，故D错误.故选B.2.如图所示，质量为m、带电荷量为的小金属块A以初速度从光滑绝缘水平高台上飞出。已知在足够高的高台边缘右面空间中存在水平向左的匀强电场，场强大小，则（    ）A. 金属块不一定会与高台边缘相碰B. 金属块一定会与高台边缘相碰，相碰前金属块在做匀变速直线运动C. 金属块运动过程中距高台边缘的最大水平距离为D. 金属块运动过程中距高台边缘最远时的速度为【答案】C【解析】【详解】A．小金属块运动过程中水平方向受到向左的电场力，故水平方向先向右做匀减速直线运动，然后向左做匀加速直线运动，故一定会与高台边缘相碰，故A错误；B．小金属块受水平方向的电场力和竖直方向的重力作用，合力虽受力为恒力，但初速度与合力不在一条直线上，所以做匀变速曲线运动，B错误；C．小金属块水平方向上向右做匀减速，由牛顿第二定律可知：所以解得；小金属块运动到最右端时水平方向速度为零，根据速度位移关系公式，有：故C正确；D．小金属块水平向右匀减速到水平速度为零时距高台边缘最远，所用时间：竖直方向做自由落体运动，分速度为：由于水平分速度为零，所以：故D错误。故选C.3.如图所示，质量为m、电荷量为q的带电微粒以速度v从O点进入一个电磁场混合区域。其中电场方向水平向左，磁场方向垂直纸面向外，v与水平方向成角，且与磁场方向垂直。已知该微粒恰好能沿直线运动到A，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（    ）A. 该微粒可能带正电 B. 微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C. 该磁场的磁感应强度大小为 D. 该电场的场强为【答案】C【解析】【详解】AB．因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力与速度有关，如果带电粒子在电场、磁场、重力场复合的场中做直线运动，则一定是匀速直线运动；由于微粒匀速运动，所以重力、电场力、洛伦兹力三力平衡，若粒子带正电，电场力向左，洛伦兹力垂直于线斜向右下方，则电场力、洛伦兹力和重力不能平衡，如图所示：故粒子带负电，故A错误，B错误.CD．若粒子带负电，符合题意，受力如图所示：由图根据受力平衡可知：可解得：故C正确，D错误。故选C.4.如图所示，水平面上有一均匀带电圆环，带电量为，其圆心为O点。有一带电量为、质量为m的小球恰能静止在O点上方的P点，间距为L。P与圆环上任一点的连线与间的夹角为，重力加速度为g，以下说法错误的是（    ）A. P点场强方向竖直向上 B. P点场强大小为C. P点场强大小为 D. P点场强大小为【答案】C【解析】【详解】将圆环分为n等份（n很大，每一份可以认为是一个点电荷），则每份的电荷量为:每份在P点的电场强度大小：根据对称性可知，水平方向的合场强为零，P点的电场强度方向竖直向上，其大小：由二力平衡可得在P点：解得P点场强为。故ABD正确，C错误，故C符合题意.故选C.5.在如图所示的电路中，电源内阻不能忽略，当移动滑动变阻器滑片时，电流表示数变大，则（    ）A. 滑片一定向左移动 B. 电源的输出功率一定增大C. 当滑片滑到最左端时，电阻消耗的功率最大 D. 电源的效率一定减小【答案】D【解析】【详解】A．假设滑动变阻器的滑片向左移动，变阻器接入电路的电阻增大，并联部分电阻增大，外电路总电阻R增大，由闭合电路欧姆定律得知：干路电流I减小，内电压减小，路端电压增大。电路中并联部分的电压：可知U并增大，电阻的电流增大，电流表的示数：变小。由题意，电流表示数变大，所以可知滑动变阻器的滑片向右移动，故A错误.B．总电阻减小，干路电流I增大，由于电源的内阻与外电阻的关系未知，不能判断电源的输出功率如何变化，故B错误；C．根据：当流过的电流最大时，消耗的功率最大，此时回路中电阻最小，故滑片在最右端，而不是最左端；故C错误.D．电源的效率：根据A选项分析过程可知滑动变阻器的滑片向右移动时，路端电压U减小，电动势E不变，所以电源的效率一定减小；故D正确。故选D.6.如图所示，在倾角为的光滑斜面上有一根长为L、重力为G、通有电流I的导体棒。若空间中有一方向竖直向上的匀强磁场，使导体棒保持静止，则磁感应强度大小为（    ）A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】【详解】由左手定则可知安培力的方向，如图所示：导体棒受重力、安培力以及支持力的作用而处于平衡，则由平衡条件知：故：故A正确。故选：A.7.如图所示为早期回旋加速器的结构示意图，和是两个中空半径为R的半圆金属盒，它们之间接高频交流电其频率为f，匀强磁场的磁感应强度为B，A处的粒子源产生的粒子在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于垂直于盒面的匀强磁场中。粒子进入半圆金属盒内做匀速圆周运动若忽略粒子在电场中的加速时间且不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（    ）A. 粒子在磁场中回转一周运动的周期越来越大B. 粒子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C. 不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速氘核D. 粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大【答案】C【解析】【详解】A．粒子在磁场中运动的周期：与其速度的大小无关，所以粒子运动的周期不变。故A错误；BD．根据洛伦兹力提供向心力可知：得：与加速的电压无关；最大动能为：可知最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关，与加速的次数无关，故B错误，D错误.C．根据：知换成氘核，比荷不发生变化，则在磁场中运动的周期不发生变化，回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故不需要改变磁感应强度或交流电的周期，故C正确；故选：C.8.如图，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒在一水平恒力F作用下由静止向右运动，则（    ）A. 随着运动速度的增大，其加速度减小B. 外力F对做的功等于电路中产生的电能C. 当做匀速运动时，外力F做功的功率大于电路中的电功率D. 无论做何运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能【答案】AD【解析】【详解】A．金属棒所受的安培力为：由牛顿第二定律可知：速度增大，安培力增大，因为F不变，则加速度减小，当加速度减小为0时，开始做匀速直线运动，故A正确；B．根据能量守恒可知，外力F对做的功等于电路中产生的电能以及棒的动能，故B错误.C．当棒匀速运动时，外力做的功全部转化为电路中的电能，则外力F做功的功率等于电路中的电功率；故C错误.D．根据功能关系知，克服安培力做的功等于电路中产生的电能；故D正确。故选AD.9.在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中，下列说法正确的是A. 电压表V1示数在变大，电压表V2示数在变小B. 电流表A的示数减小，电压表V3示数在变小C. 电容器的电荷量增大，电阻R1消耗的电功率变大D. 电源内阻损耗的功率变大，电源消耗的总功率变大【答案】AD【解析】【分析】保持开关S闭合，根据变阻器接入电路电阻的变化，由欧姆定律分析电表读数的变化．根据电容与板间距离的关系，分析电容的变化，确定电容器电量的变化，判断R2中电流的方向．断开开关S，分析板间场强的变化．【详解】A、B项：该电路中两个电阻串联，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中，接入电路的有效电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析可知电路中电流I变大，则电流表A读数变大；路端电压：U=E-Ir减小，电压表V3示数在变小，U1示数U1=IR1，随I的增大在变大，U2示数U2=E-I（R1+r），随电流I的增大而减小，故A正确，B错误；C项：电容器两端的电压为路端电压，U减小，根据Q=CU可知电容器的带电量减小，故C错误；D项：电源内阻损耗的功率，由于电流变大，所以电源内阻损耗的功率变大，电源消耗的总功率，电流变大，所以电源消耗的总功率变大，故D正确．故应选：AD．【点睛】电容器动态分析重点在于明确电容器的两种状态：充电后断开电源则极板上的电量不变；电容器保持和电源相连，则两板间的电势差不变．要掌握、   及电容的决定因素．10.电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔转把”，属于传感器非接触控制。转把内部有水久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲。开启电源时，在霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。转把转动永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电势差，已知电势差与车速关系如图丙，图像关于y轴对称，以下关于“霍尔转把”叙述错误的是（    ）A. 为提高控制灵敏度，永久磁铁的上下端分别为N、S极B. 按图甲顺时针转动把手，车速变快C. 图乙中霍尔器件只能从前后表面输出控制车速的电势差D. 若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，则会影响车速控制【答案】ACD【解析】【详解】A．由于在霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上下端分别为N、S极时，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差，故A符合题意；B．当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，由图丙可知车速变快，故B不符合题意C．根据题意，结合图乙的示意图，那么永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的电势差，不一定在霍尔器件的前后表面，也可能在左右侧面，故C符合题意；D．当霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反，但由图丙可知，不会影响车速控制，故D符合题意。故选ACD.11.如图所示是一个半径为 R 的竖直圆形磁场区域，磁感应强度大小为 B，磁感应强度方向垂直纸面向内．有一个粒子源在圆上的 A 点不停地发射出速率相同的带正电的粒子，带电粒子的 质量均为 m，运动的半径为 r，在磁场中的轨迹所对应的圆心角为．下列说法正确的是A. 若 r=2R，则粒子在磁场中运动的最长时间为B. 若r=2R，粒子沿着与半径方向成    45°    角斜向下射入磁场，则有成立C. 若 r=R，粒子沿着磁场的半径方向射入，则粒子在磁场中的运动时间为D. 若 r=R，粒子沿着与半径方向成 60°角斜向下射入磁场，则圆心角为 150°【答案】BD【解析】若r=2R，粒子在磁场中时间最长时，磁场区域的直径是轨迹的一条弦，作出轨迹如图，因为r=2R，圆心角θ=60°，粒子在磁场中运动的最长时间 ，故A错误．若r=2R，粒子沿着与半径方向成45°角斜向下射入磁场，根据几何关系，有 ，故B正确．若r=R，粒子沿着磁场的半径方向射入，粒子运动轨迹如图所示，圆心角90°，粒子在磁场中运动的时间 ，故C错误．若r=R，粒子沿着与半径方向成60°角斜向下射入磁场，轨迹如图所示，图中轨迹圆心与磁场圆心以及入射点和出射点构成菱形，圆心角150°，故D正确．故选BD.12.如图所示，真空中的匀强电场与水平方向成15°角，直线垂直匀强电场E，现有一质量为m、电荷量为的小球在A点以初速度大小方向水平向右抛出，经时间t小球下落到C点（图中未画出）时速度大小仍为，则小球由A点运动到C点的过程中，下列说法正确的是（    ）A. 电场力对小球做功为零 B. 小球的电势能增加C. 小球的机械能减小量为 D. C一定位于直线的右侧【答案】BD【解析】【详解】小球受到向下的重力和沿电场线斜向下的电场力，这两个力的合力即“等效重力”如图:AB．由图可知小球由A点运动到C点的过程中，电场力做负功，电势能增加，故A错，B正确。C．因为小球在A点和D点动能相同，所以小球机械能的减少量为竖直方向的重力势能的减少量，由于电场力向左下方，重力竖直向下，将合力沿着水平和竖直方向正交分解，竖直方向的合力大于重力，故在竖直方向的分运动的加速度a大于g，竖直方向：即：故C错误。D．小球水平抛出后，到C点时速度大小仍为，则一定运动到“等效水平线”上，所以C点一定在直线的右侧，故D正确。故选BD.二、第13～17题为必考题，每个考生都必须作答。第18～19题为选考题，考生根据要求作答。把答案填在答题卡相应的位置。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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。13.如图（a）所示，深度的套筒竖直倒置，轻质弹簧的上端固定在套筒内，弹簧处于原长时，其下端位于筒内。用测力计钩住弹簧的下端用力竖直向下拉，记录测力计的示数和露出筒外的弹簧的长度，k和为测量弹簧的劲度系数和原长，现在坐标纸上作出图象，如图（b）所示。则弹簧的劲度系数_______，弹簧的原长_______，测得原长比实际长度________（偏大，偏小，相等）。【答案】    (1). 200    (2). 5    (3). 偏大【解析】【详解】[1][2]设弹簧原长为，根据胡克定律有：结合图象当时，代入上式有：当时，，代入上式有：联立以上方程代入数据解得：，.[3]因为考虑到弹簧自重，测得原长比实际长度偏大。14.实验室有一阻值约为，长为的由特殊材料制成的均匀金属圆柱，为了测量这种特殊材料的电阻率，实验室能够提供的实验器材有：电源E（12V，内阻约）电压表V（，内阻约为）电流表A（，内阻约为）滑动变阻器待测金属圆柱体；（1）用螺旋测微器测量圆柱直径，其示数如图所示，则该圆柱直径的测量值______。（2）为了获得多组数据，尽量精确测量其电阻值，请在下面的实物图中完成实验电路________。电路正确连接后，开关闭合前滑片置于最________端（填“左”或“右”）。（3）通过调节滑片位置，得到多组U、I数据，描点画图得到如图示图像，由图象可得电阻值为_______，由以上数据可得待测材料的电阻率________。（结果保留三位有效数字）【答案】    (1). 2.600    (2).     (3). 右    (4). 217（215～218均可）    (5). 【解析】【详解】(1)[1]由图示螺旋测微器可知，圆柱的直径：(2)[2]由于所测电阻阻值满足：所以待测电阻是小电阻，电流表应采用外接法；滑动变阻器阻值比较小，所以滑动变阻器应采用分压式接法，则实物图如图所示：[3]为了保护待测电路，滑动变阻器的滑片应滑到最右端以保证所在支路短路，从而起到保护待测电阻的作用(3)[4][5]根据：可知图象的斜率等于电阻R，根据图象可知电阻：根据电阻定律可知：代入数据可得：。15.如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源．现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2．已知sin 37°=0.60，cos 37°=0.80，求：（1）导体棒受到的安培力大小；（2）导体棒受到的摩擦力．【答案】（1）0.30N（2）0.06N【解析】【分析】（1）利用闭合电路欧姆定律可以求出通过导体棒的电流；利用安培力的计算公式F=BLI计算导体棒受到的安培力大小；
（2）利用力的分解，根据二力平衡，计算摩擦力的大小，判断其方向；【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得I＝＝1.5A；导体棒受到的安培力F=BIL=0.30N；
（3）将重力正交分解，沿着导轨平面分力
F1=mgsin37°=0.24N
因为F1＜F，根据平衡条件得
mgsin37°+Ff=F
解得Ff=0.06N，方向沿导轨向下；16.如图所示，在的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道与一水平绝缘轨道在N点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径，N为半圆形轨通最低点，P为圆弧的中点，一带负电的小滑块质量，与水平轨道间的动摩擦因数，位于N点右侧1.5m的M处，g取，求： （1）小滑块从M点到Q点重力和电场力分别做的功；（2）要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度向左运动？（3）在第（2）问情况下，小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？【答案】(1) ，  (2)   (3) 06N，方向水平向左【解析】【详解】(1)小滑块从M点到Q点重力做的功：代入数据解得：电场力做的功：代入数据解得：(2)设滑块恰好到达Q点时速度为v，则由在Q点合力提供向心力知：滑块从M开始运动到达Q点过程中，由动能定理得：代入数据联立解得：；(3)设滑块到达P点时速度为，则从开始运动至到达P点过程中，由动能定理得：又因为在P点时，轨道对小滑块的支持力提供向心力得：代入数据联立解得：，方向水平向右；由牛顿第三定律知小滑块通过P点时对轨道的压力是0.6N，方向水平向左。答：（1）小滑块从M点到Q点重力和电场力分别做的功，；（2）要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以向左运动.（3）小滑块通过P点时对轨道的压力是，方向水平向右.17.如图所示，在坐标系的第二象限内有沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为，在第三象限内有磁感应强度的匀强磁场Ⅰ，在第四象限内有磁感应强度的匀强磁场Ⅱ，磁场Ⅰ，Ⅱ的方向均垂直于纸面向里。质量为m、电荷量为的粒子从点处以初速度沿垂直于y轴的方向进入第二象限的匀强电场，然后先后穿过x轴和y轴进人磁场Ⅰ和磁场Ⅱ，不计粒子的重力和空气阻力。求：（1）粒子由电场进入磁场Ⅰ时在x轴上的位置坐标；（2）粒子从出发到第2次经过y轴所需要的时间t；（3）粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ经过y轴的位置坐标和粒子从磁场Ⅱ进入磁场Ⅰ经过y轴的位置坐标．【答案】(1) (2) (3) ，其中n=1，2，3…；，其中n=0，1，2，3…．【解析】【详解】(1)由题意知粒子在电场中做类平抛运动，沿电场方向：代入题干已知量解得：所以水平向左位移大小为：则粒子由电场进入磁场Ⅰ时在x轴上的位置坐标为                   (2)粒子在电场中运动，进入磁场Ⅰ时，沿电场方向速度为：解得：所以粒子速度为：v与x轴负方向间夹角为θ，有：所以；粒子在磁场Ⅰ中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力：解得：做出粒子运动轨迹如图所示：由几何知识可知，圆心恰好在y轴上，距O点的距离：粒子在磁场Ⅱ中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力得：解得：则粒子由磁场Ⅰ和磁场Ⅱ经y轴时速度方向与x轴平行，在磁场Ⅰ中偏转角度为，在磁场Ⅱ中偏转角度为．则粒子从出发到第2次经过y轴所需要的时间为：解得：(3)根据粒子运动轨迹，由几何关系可知粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ经过y轴，第一个点离原点的距离为：其它各个点由y1点依次向y轴负方向移动距离为：则粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ经过y轴的位置坐标为：，其中n=1，2，3…同理粒子从磁场Ⅱ进入磁场Ⅰ经过y轴，第一个点在y轴的坐标为：其它各个点由点依次向y轴负方向移动距离为：则粒子从磁场Ⅱ进入磁场Ⅰ经过y轴的位置坐标为：，其中n=0，1，2，3…答：（1）粒子由电场进入磁场Ⅰ时在x轴上的位置坐标；（2）粒子从出发到第2次经过y轴所需要的时间；（3）粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ经过y轴的位置坐标，其中n=1，2，3…和粒子从磁场Ⅱ进入磁场Ⅰ经过y轴的位置坐标，其中n=0，1，2，3…．18.如图，为水下打捞的原理筒图．将待打捞重物用绳子系挂在一开口向下的圆柱形浮筒上，再向浮筒内充入一定量的气体．已知重物的质量为m0，体积为V0．开始时，浮筒内液面到水面的距离为h1，浮筒内气体体积为V1，在钢索拉力作用下，浮筒缓慢上升．已知大气压强为p0，水的密度为ρ，当地重力加速度为g．不计浮筒质量、筒壁厚度及水温的变化，浮筒内气体可视为质量一定的理想气体．(I)在浮筒内液面与水面相平前，打捞中钢索的拉力会逐渐减小甚至为零，请对此进行解释；(Ⅱ)当浮筒内液面到水面的距离减小为h2时，拉力恰好为零．求h2以及此时筒内气体的体积V2．【答案】（1）见解析；（2）【解析】【详解】（1）浮筒内液面与水平面相平前，筒内气体的压强不断减小，气体的温度保持不变，根据理想气体状态方程可知，气体的体积将逐渐增加，因而浮力逐渐增大，由于重物及浮筒所受的总重力、拉力、拉力的合力始终为零，所以随着浮筒所受浮力的逐渐增大，铜索的拉力将逐渐减小到零．（2）重物及浮筒受力平衡有对于浮筒内的气体，初态压强末态压强根据理想气体状态方程有：联立以上式子得：19.如图所示，为某种透明介质的截面图，是半径为R的四分之一圆弧，是一个正方形，为足够大的水平屏幕并紧始介质的底面，由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，该介质对红光和紫光的折射率分别为，，设光在真空中的速度为c，求： （1）红光在介质中的传播速度。（2）若时，光在屏幕上出现了两个亮斑，则这两个亮斑之间的距离为多少。【答案】(1) (2) 【解析】【详解】(1)根据光在介质中的速度与折射率的关系可知红色光在介质中的速度：(2)当时，对应的入射角：，光在屏幕上出现了两个亮斑，分别是红光折射光斑和紫光折射光斑，由题意可知图中为红色亮斑，为紫色亮斑。光路图如图所示：                 设折射角分别为和，两个光斑分别为、，根据折射定律：得：根据图中由几何知识可得：解得：同理解得：所以：答：（1）红光在介质中的传播速度。（2）这两个亮斑之间的距离为.