物理卷·2017届北京市西城区高三上学期期末考试（2017-01）

物理卷·2017届北京市西城区高三上学期期末考试（2017-01）

北京市西城区2016 — 2017学年度第一学期期末试卷 ‎ 高三物理 2017.1‎ 试卷满分:100分 考试时间:120分钟 第一卷（共48分）‎ 一、单项选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。）‎ ‎1．功的单位是焦耳（J），焦耳与基本单位米（m）、千克（kg）、秒（s）之间的关系正确的是 A．1J=1kg•m/s B．1J=1kg•m/s2 C．1J=1kg•m2/s D．1J=1kg•m2/s2‎ ‎2．下列情景中，物体M所受摩擦力f的示意图正确的是 A．物体静止在粗 糙的水平面上 M f B．汽车停在 斜坡上 M f C．物体贴着竖直墙面自由下落 f v M D．瓶子被握在手中 处于静止状态 f M C A O f F ‎ O f F D O f F O f F ‎3．用一个水平拉力F拉着一物体在水平面上绕着O点做匀速圆周运动。关于物体受到的拉力F和摩擦力f的受力示意图，下列四个图中可能正确的是 ‎2B ‎1‎ ‎3‎ ‎4．一个带电导体周围的电场线和等势面的分布情况如图所示，关于图中各点的场强和电势的关系，下列描述正确的是 A．1、2两点的场强相等 B．2、3两点的场强相等 C．1、2两点的电势相等 D．2、3两点的电势相等 x 图甲 y K O L M N 图乙 t y O ‎5．一列横波某时刻的波形图如图甲所示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图象。下列说法正确的是 A．若波沿x轴正方向传播，则图乙表示的是质点N的振动图象 B．若波沿x轴负方向传播，则图乙表示的是质点K的振动图象 C．若图乙表示的是质点L的振动图象，则波沿x轴正方向传播 D．若图乙表示的是质点M的振动图象，则波沿x轴负方向传播 ‎6．如图所示，地球绕着太阳公转，而月球又绕着地球转动，他们的运动均可近似看成匀速圆周运动。如果要通过观测求得地球的质量，需要测量下列哪些量 地球 月球 太阳 A．地球绕太阳公转的半径和周期 B．月球绕地球转动的半径和周期 C．地球的半径和地球绕太阳公转的周期 D．地球的半径和月球绕地球转动的周期 v0‎ b a c ‎7．有质量相同的三个小物体a、b、c。现将小物体a从高为h的光滑斜面的顶端由静止释放，同时小物体b、c分别从与a等高的位置开始做自由落体运动和平抛运动，如图所示。有关三个物体的运动情况，下列判断正确的是 A．三个物体同时落地 B．三个物体落地前瞬间的动能相同 C．重力对三个物体做功相同 D．重力对三个物体的冲量相同 ‎8．如图所示，用绝缘柱支持的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是闭合的。把带正电的物体C移近A端，然后把A和B分开较远的距离，再移去C，则 A．C移近A端时，A端的金属箔张开，B端的金属箔闭合 B．C移近A端时，A端的金属箔闭合，B端的金属箔张开 C. A和B分开，移去C后，B端的金属箔会立即闭合 D．A和B分开，移去C后，A端的金属箔仍会张开 ‎0.1‎ 图乙 Φ/ Wb ‎0‎ t/s ‎0.15‎ ‎0.10‎ ‎9．如图甲所示，20匝的线圈两端M、N与一个电压表相连，线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。下列说法正确的是 M N V B 图甲 A．线圈中产生的感生电场沿顺时针方向 B．电压表的正接线柱接线圈的N端 C．线圈中磁通量的变化率为1.5Wb/s D．电压表的读数为10V R E A B ‎10．某同学把电流表、干电池和一个定值电阻串联后，两端连接 两支测量表笔，做成了一个测量电阻的装置，如图所示。两 支表笔直接接触时，电流表的读数为5.0mA；两支表笔与300WW 的电阻相连时，电流表的读数为2.0mA。由此可知，这个测 量电阻装置的内阻是 A．200WW B．300WW C．500WW D．800WW ‎11．在如图所示的电路中，L1、L2、L3是三盏相同的灯泡。当a、b两端接交流6V时，三盏灯的发光情况相同。若将a、b两端接直流6V时，稳定后观察到的现象是 C ‎ L1 ‎ L2 ‎ L3 ‎ a b L ‎ R ‎ A．三盏灯的亮度相同 B．L1不亮，L2、L3的亮度相同 C．L1不亮，L2比L3亮 D．L1不亮，L3比L2亮 ‎12．质谱仪是测量带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具。‎ P1‎ P2‎ P3‎ 如图所示，带电粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差 ‎ 为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着 与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，‎ 最后打到照相底片D上。现有某种元素的三种同位素的 原子核由容器A进入质谱仪，最后分别打在底片P1、‎ P2、P3三个位置。不计粒子重力。则打在P1处的粒子 A．质量最小 B．比荷最小 C．动能最小 D．动量最小 二、多项选择题（本题共4小题，每小题3分，共12分。每小题全部选对的得3分，‎ 选对但不全的得1分，有选错的得0分。）‎ ‎13．如图所示，甲、乙两人静止在光滑的冰面上，甲沿水平方向推了乙一下，结果两人向相反方向滑去。已知甲的质量为45kg，乙的质量为50kg。则下列判断正确的是 A．甲的速率与乙的速率之比为10:9‎ B．甲的加速度大小与乙的加速度大小之比为9:10‎ C．甲对乙的冲量大小与乙对甲的冲量大小之比为1:1‎ D．甲的动能与乙的动能之比为1: 1‎ R1‎ R2‎ S ‎220V ‎14．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热 ‎ 状态，另一种是水烧干以后的保温状态。如图所示是电饭锅 的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电热丝，S是自动开关。‎ 下列说法正确的是 A．开关S接通时，电饭锅处于保温状态 B．开关S接通时，电饭锅处于加热状态 C．当R1: R2=1:1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的一半 D．当R1: R2=1:1时，R2在保温状态下的功率是加热状态下功率的四分之一 U ‎ E E 油滴 喷雾器 ‎- - - - - - - ‎ ‎+ + + +‎ ‎15．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之中。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．电场力做正功 B．重力和电场力的合力做正功 C．电势能逐渐增大 D．重力势能的减少量小于动能的增加量 O ‎+‎ a ‎+‎ ‎16．把a、b两个完全相同的导体小球分别用长为l的绝缘细线栓接，小球质量均为m。先让a球带上+q的电量并悬挂于O点，如图所示。现将不带电的小球b也悬挂于O点（图中未画出），两球接触后由于静电斥力分开，平衡时两球相距l。已知重力加速度为g，静电力常量为k，带电小球可视为点电荷。关于a球所受的静电力大小F及O点处的场强大小E，下列判断正确的是 ‎ A． B．‎ C． D．‎ 第二卷（共52分）‎ 三、计算题（本题共5小题。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。解题过程中需要用到，但题目中没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。）‎ ‎17. （9分）‎ 如图所示，冰车静止在冰面上，小孩与冰车的总质量m = 20kg。大人用F = 20N的 恒定拉力，使冰车开始沿水平冰面移动，拉力方向与水平面的夹角为θ =37°。已知冰车与冰面间的动摩擦因数μ= 0.05，重力加速度g =10m/s2，sin37°= 0.6，cos37°= 0.8。求：‎ ‎（1）小孩与冰车受到的支持力FN的大小；‎ ‎（2）小孩与冰车的加速度a的大小；‎ ‎（3）拉力作用t =8s时间，冰车位移x的大小。‎ ‎18．（9分）‎ 天宫二号在距地面h高度处绕地球做匀速圆周运动。2016年10月19日，神舟十一 号飞船发射成功，与天宫二号空间站圆满完成自动交会对接。已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。‎ ‎（1）求天宫二号在轨运行线速度v的大小；‎ ‎（2）求天宫二号在轨运行周期T；‎ ‎（3）若天宫二号在轨运行周期T = 90分钟，在赤道上空由西向东运动。请结合计算，‎ 分析说明天宫二号中的航天员在24小时之内大约能看到几次日出。‎ ‎19. （11分）‎ 电子束 图1‎ U0‎ ‎+ ‎ 电子枪 金属丝 金属板 ‎- ‎ 利用电场和磁场来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1所示为电子枪的结构示意图，电子从炽热的金属丝发射出来，在金属丝和金属板之间加以电压U0，发射出的电子在真空中加速后，沿电场方向从金属板的小孔穿出做直线运动。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力及电子间的相互作用力。设电子刚刚离开金属丝时的速度为零。‎ ‎（1）求电子从金属板小孔穿出时的速度v0的大小；‎ ‎（2）示波器中的示波管是利用电场来控制带电 屏 ‎ ‎+ + + + + + ‎ ‎- - - - - - ‎ Y 图2‎ O′ ‎ P ‎ L ‎ x ‎ h ‎ Y′‎ O ‎ d ‎ v0‎ 粒子的运动。如图2所示，Y和Y′为间距为d的两个偏转电极，两板长度均为L，极板右侧边缘与屏相距x， O O′为两极板间的中线并与屏垂直，O点为电场区域的中心点。接（1），从金属板小孔穿出的电子束沿O O′射入电场中，若两板间不加电场，电子打在屏上的O′点。为了使电子打在屏上的P点， P与O′相距h，已知电子离开电场时速度方向的反向延长线过O点。则需要在两极板间加多大的电压U；‎ 图3‎ 屏 b l v0‎ a c ‎（3）电视机中显像管的电子束偏转是用磁场来控制的。如 图3所示，有一半径为r的圆形区域，圆心a与屏相距l，b是屏上的一点，ab与屏垂直。接（1），从金属板小孔穿出的电子束沿ab方向进入圆形区域，若圆形区域内不加磁场时，电子打在屏上的b点。为了使电子打在屏上的c点，c与b相距l，则需要在圆形区域内加垂直于纸面的匀强磁场。求这个磁场的磁感应强度B的大小。‎ ‎20. （11分）‎ v0‎ 图1‎ B M R P a b N Q i t ‎0‎ 图 2‎ 如图1所示，水平面上有两根足够长的光滑平 行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为l，电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻为r，并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中。现给ab杆一个初速度v0，使杆向右运动。‎ ‎（1）当ab杆刚好具有初速度v0时，求此时ab杆两端 的电压U，a、b两端哪端电势高；‎ ‎（2）请在图2中定性画出通过电阻R的电流i随时间变 化规律的图象；‎ ‎（3）若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电 容器，如图3所示。同样给ab杆一个初速度v0，使杆向右运动。请分析说明ab杆的运动情况，并推导证明杆稳定后的速度为 。‎ v0‎ B M C P a b N Q 图3‎ ‎21．（12分）‎ 某同学设计了一个测量物体质量的电子装置，其结构如图甲、乙所示。E形磁铁的两侧为S极，中心为N极，可认为只有磁极间存在着磁感应强度大小均为B的匀强磁场。一边长为L横截面为正方形的线圈套于中心磁极，线圈、骨架与托盘连为一体，总质量为m0，托盘下方连接一个轻弹簧，弹簧下端固定在磁极上，支撑起上面的整个装置，线圈、骨架与磁极不接触。线圈的两个头与外电路连接（图上未标出）。当被测量的重物放在托盘上时，弹簧继续被压缩，托盘和线圈一起向下运动，之后接通外电路对线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时由对应的供电电流可确定重物的质量。已知弹簧劲度系数为k，线圈匝数为n，重力加速度为g。‎ 线圈 托盘 弹簧 骨架 磁极 图甲：截面 L 图乙：俯视 磁极 线圈 L 图丙 O x F ‎（1）当线圈与外电路断开时 a. 以不放重物时托盘的位置为位移起点，竖直向下为位移的正方向。试在图丙中画出，托盘轻轻放上质量为m的重物后，托盘向下运动过程中弹簧弹力F的大小与托盘 位移x的关系图象；‎ b．根据上面得到的F-x图象，求从托盘放上质量为m 的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹簧弹力所做的功W；‎ ‎（2）当线圈与外电路接通时 a．通过外电路给线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止。若线圈能 够承受的最大电流为I，求该装置能够测量的最大质量M；‎ b．在线圈能承受的最大电流一定的情况下，要增大质量的测量范围，可以采取哪些 措施？（至少答出2种）‎ 北京市西城区2016 — 2017学年度第一学期期末试卷 高三物理参考答案及评分标准 2017．1‎ 一、单项选择题（每小题3分）‎ ‎1. D 2. B 3.C 4.C 5.C 6.B 7.C 8.D 9.D 10.A 11. C 12. B 二、多项选择题（每小题全部选对的得3分，选对但不全的得1分，有选错的得0分。）‎ ‎13. AC 14. BD 15.BC 16.AD 三、计算题 ‎17. （9分）‎ F θ FN G f 解：（1）冰车和小孩受力如图所示 竖直方向合力为零 FN+Fsinθ=mg （2分）‎ 解得支持力 FN=188N （1分）‎ ‎（2）水平方向根据牛顿第二定律Fcosθ-f=ma（2分）‎ 摩擦力 f=μFN 解得加速度 a = 0.33m/s2 （1分）‎ ‎（3）根据匀变速直线运动规律 （2分）‎ 解得 x =10.6m 或10.56m （1分）‎ ‎18．（9分）‎ 解：（1）设天宫二号质量为m，根据万有引力定律和牛顿第二定律 万有引力提供向心力 （2分）‎ 解得线速度 （1分）‎ ‎（2）根据周期公式 或 （2分）‎ 解得周期 （1分）‎ ‎（3）一天之内，可认为地球相对于太阳的位置近似不变，所以天宫二号绕行地球一周，可看到1次日出。因为在24小时之内天宫二号绕地球的圈数圈，所以一天之内大约能看到16次日出。 （3分）‎ ‎19. （11分）‎ 解：（1）电子在电场中运动，根据动能定理 ‎ （2分）‎ 解得电子穿出小孔时的速度 （1分）‎ ‎+ + + + + + ‎ Y v0‎ O ‎ P ‎ L ‎ x h Y′‎ O′‎ y ‎- - - - - -‎ d ‎（2）电子进入偏转电场做类平抛运动，在垂直于极板方向做匀加速直线运动。设电子刚离开电场时垂直于极板方向偏移的距离为y 根据匀变速直线运动规律 ‎ 根据牛顿第二定律 ‎ 电子在水平方向做匀速直线运动 L = v0t 联立解得 （2分）‎ 由图可知 （1分）‎ ‎ ‎ D ‎ v0‎ b ‎ c ‎ l θ a v0‎ A B R ‎ 解得 （1分）‎ ‎（3）电子以速度v0在磁场中沿圆弧AB运动，圆心为D，半径 为R，如右图所示。‎ 洛仑兹力提供向心力有 （1分）‎ 电子离开磁场时偏转角度为θ，由图可知 ‎ （1分）‎ ‎ （1分）‎ 联立解得 （1分）‎ ‎20. （11分）‎ 解：（1）ab杆切割磁感线产生感应电动势 E = Blv0 （1分）‎ 根据全电路欧姆定律 ‎ ab杆两端电压即路端电压 （1分）‎ 联立解得 a端电势高 （2分）‎ i ‎ t ‎0‎ ‎（2） （3分）‎ ‎（3）分析：当ab杆以初速度0开始切割磁感线时，产生感应电动势，电路开始给电容器充电，有电流通过ab杆，杆在安培力的作用下做减速运动，随着速度减小，安培力减小，加速度也减小，杆做加速度减小的减速运动。当电容器两端电压与感应电动势相等时，充电结束，杆以恒定的速度做匀速直线运动。 ‎ 推导证明：当电容器两端电压与感应电动势相等时有U=Blv ‎ 根据电容器电容 ‎ 以ab杆为研究对象，在很短的一段时间△t内，杆受到的冲量大小为BIl△t 从ab杆开始运动至速度达到稳定的过程，根据动量定理 ‎∑-BIl△t = -BlQ = mv – mv0 ‎ 由①②③联立可得 （4分）‎ m0g O x F ‎21. （12分）‎ 解：（1）a. 未放重物时，弹簧已经被压缩，弹力大小为m0g。‎ 弹簧弹力F的大小与托盘位移x的关系图象如 ‎ 图所示。 （3分）‎ b. 未放重物时 kx0 = m0 g 当托盘速度达到最大时 ‎(m+m0)g ‎ mg/k m0g O x F k ( x0 + x ) = ( m0 + m )g ‎ 解得 ‎ 图中阴影部分面积即为从托盘放上质量 ‎ 为m的重物开始到托盘达到最大速度的 ‎ 过程中，弹力所做的功的大小，弹力做负功有 ‎ （3分） ‎ ‎（2）a．给线圈供电后，托盘回到原来的位置，线圈、骨架、托盘与重物处于平衡状态 有 2nBIL + kx0 = (m0 + M ) g （2分）‎ 解得 （1分）‎ b．要增大此电子装置的量程，可以增加线圈的匝数、增大线圈的边长、增大磁感应强度。 （3分）‎