北京市海淀区2023-2024学年高三上学期期末练习物理试卷(无答案)

海淀区2023-2024学年第一学期期末练习高三物理2024.01本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题纸上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题纸一并交回。第一部分本部分共10题，每题3分，共30分。在每题给出的四个选项中，有的题只有一个选项是正确的，有的题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。把正确的答案填涂在答题纸上。1.图1中实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。A、B两点的电场强度大小分别为、，电势分别为、。下列说法正确的是（）图1A.B.C.D.2.将一个不带电的空腔导体放入匀强电场中，达到静电平衡时，导体外部电场线分布如图2所示。W为导体壳壁，A、B为空腔内两点。下列说法正确的是（）图2A.导体壳壁W的外表面和内表面感应出等量的异种电荷B.空腔导体上的感应电荷在B点产生的场强为零C.空腔内的电场强度为零D.空腔内A点的电势高于B点的电势3.如图3所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁正下方有一个固定在水平桌面上的闭合铜质线圈。将磁铁竖直向下拉至某一位置后放开，磁铁开始上下振动。下列说法正确的是（）学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 图3A.磁铁振动过程中，线圈中电流的方向保持不变B.磁铁振动过程中，线圈对桌面的压力始终大于线圈的重力C.磁铁振动过程中，弹簧和磁铁组成系统的机械能一直减小D.磁铁靠近线圈时，线圈有收缩的趋势4.在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个100匝、面积为的圆形导体线圈。规定线圈中电流和磁场的正方向如图4甲所示。磁感应强度B随时间t按图4乙变化，下列说法正确的是（）图4A.0～0.4s内线圈中的感应电流方向为正B.0.4～0.5s内线圈中的感应电流在轴线处的磁场方向向下C.0.4～0.5s内线圈中的感应电动势大小为4VD.0～0.4s内与0.4～0.5s内线圈中的感应电流大小之比为1:85.图5是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法正确的是（）图5A.电压表的示数减小B.电压表的示数增大C.电流表的示数减小D.电流表的示数增大学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 6.某同学用如图6所示的电路，借助电流传感器研究不同元件通电时的电流变化情况，实验室提供的元件有小灯泡、定值电阻、电感线圈和电容器。时刻闭合开关S，测得通过不同元件的电流随时间变化的图像如图7所示，下列说法正确的是（）图6图7A.图甲对应的元件为小灯泡B.图乙对应的元件为定值电阻C.图丙对应的元件为电感线圈D.图丁对应的元件为电容器7.有甲、乙两个电源，其路端电压U与通过电源的电流I的关系图像如图8所示。将一个6Ω的定值电阻分别与甲、乙电源的两极相接，下列说法正确的是（）图8A.接电源乙时，路端电压较大B.接电源甲时，电路的总功率较大C.接电源甲时，定值电阻消耗的功率较大D.接电源乙时，电源的效率较高8.某静电场的电势φ在x轴上的分布如图9所示，B、C是x轴上关于坐标原点O对称的两点。一个带负电的粒子仅在电场力作用下，以O点为中心、沿x轴方向在B、C两点间做周期性往复运动。下列说法正确的是（）图7A.从B运动到C的过程中，电场力先做正功，后做负功B.从B运动到O的过程中，粒子的加速度先减小后增大C.粒子在O点的电势能最小D.粒子的运动是简谐运动学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 9.如图10所示，两平行极板水平放置，两板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，磁场的磁感应强度为B。一束质量均为m、电荷量均为＋q的粒子，以不同速率沿着两板中轴线PQ方向进入板间后，速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动；速率为的乙粒子在板间的运动轨迹如图10中曲线所示，A为乙粒子第一次到达轨迹最低点的位置，乙粒子全程速率在和之间变化。研究一般的曲线运动时，可将曲线分割成许多很短的小段，这样质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分，采用圆周运动的分析方法来处理。不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（）图10A.两板间电场强度的大小为vBB.乙粒子从进入板间运动至A位置的过程中，在水平方向上做加速运动C.乙粒子偏离中轴线的最远距离为D.乙粒子的运动轨迹在A处对应圆周的半径为10.核聚变需要的温度很高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，但可以利用磁场来约束参与聚变反应的高温等离子体。等离子体由大量的正离子和电子组成，是良好的导体。图11甲是一种设计方案：变压器的原线圈通过开关与充电后的高压电容器相连（图中未画出），充入等离子体热核燃料的环形反应室作为变压器的副线圈。从环形反应室中取一小段（可看作圆柱体）来研究，如图11乙所示。闭合开关，高压电容器放电，等离子体会定向运动形成如图11乙所示的电流，产生类似通电直导线周围的磁场，不但圆柱体外有磁场，而且圆柱体内也有绕行方向相同的磁场。下列说法正确的是（）图11A.闭合开关，环形反应室中会产生电场B.本装置能实现对等离子体的加热作用，是由于洛伦兹力做了功C.从左向右看，图11乙中圆柱体外的磁感线沿逆时针方向D.图11乙所示圆柱体内，正离子、电子由于定向移动受到的洛伦兹力都指向圆柱体的内部第二部分学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 本部分共8题，共70分。11.（11分）甲、乙两同学分别通过如下实验研究测量电阻的不同实验方案。（1）甲同学用图12所示电路测量阻值约为6Ω的电阻，可选用的器材有：图12A.电压表（量程0～3V，内阻约3kΩ）B.电流表（量程0～3A，内阻约0.02Ω）C.电流表（量程0～0.6A，内阻约0.1Ω）D.滑动变阻器（0～5Ω）E.滑动变阻器（0～200Ω）F.电源（电动势为4.5V）及开关和导线若干①为了调节方便、测量准确，实验中电流表应选择________，滑动变阻器应选择________。（选填实验器材前的字母）②请用笔画线表示导线，在图13中完成电路连接。图13③若只考虑电流表和电压表内阻的影响，关于本实验的误差分析，下列说法正确的是________。A.电阻的测量值大于真实值，属于偶然误差B.电阻的测量值小于真实值，属于偶然误差C.电阻的测量值大于真实值，属于系统误差D.电阻的测量值小于真实值，属于系统误差（2）乙同学用图14所示电路测量另一个电阻。学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 图14①电路连好后，闭合开关，无论如何移动滑动变阻器的滑片，发现电压表有示数且几乎不变，电流表始终没有示数。若电路中仅有一处故障，则可能的故障是________。A.滑动变阻器短路B.滑动变阻器断路C.待测电阻与电流表A之间的导线断路②故障解决后，乙同学研究电压表示数U和滑动变阻器连入电路中阻值R的关系。若待测电阻、电流表内阻、电压表内阻、电源电动势和内阻都保持不变，图15中可以正确反映U-R关系的示意图是________。图1512.（4分）图16所示为“观察电容器的充、放电现象”的实验电路，其中E为电源，C为电容器，R为定值电阻，S为单刀双掷开关，电流表A的零刻线在中央。图16（1）开关S接1时，给电容器充电；开关接2时，电容器对电阻R放电。下列说法正确的是________。A.充电过程中，电压表示数先迅速增大，然后逐渐增大并稳定在某一数值B.充电过程中，电流表示数先迅速增大，然后逐渐增大并稳定在某一数值C.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零D.放电过程中，电流表中的电流方向从左到右（2）用上述电路还可以粗测电容器的电容：开关S接1，给电容器充电；一段时间后开关S接0，记下此瞬间电压表的示数，并以此时为计时起点，利用手机的秒表功能，电压表示数U每减小1V或0.5V记录一次对应的时间t。实验中，所用电压表的量程为15V，内阻为15kΩ。实验数据所对应的点已描绘在图17所示的U-t图中，则可知该电容器的电容值约是________μF。学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 图1713.（8分）如图18所示，质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔飘入、之间的加速电场，其初速度可视为0，加速后经小孔以速度v沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后垂直打到照相底片上的D点。不计粒子所受的重力，求：图18（1）加速电场的电势差U。（2）到D点的距离L。（3）粒子在磁场中运动的时间t。14.（8分）图19为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO＇匀速转动，转动角速度ω＝50rad/s，线圈的匝数n＝100、总电阻r＝10Ω，线圈围成的面积。线圈两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90Ω，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度B＝0.2T，图示位置矩形线圈和磁感线平行。图19（1）从图示位置开始计时，写出通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t变化的关系式。（2）求电路中交流电压表的示数U。（取）学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 （3）线圈由图示位置转过90°的过程中，求通过电阻R的电荷量q。15.（8分）近年来，垂直起降作为一种可重复使用火箭的技术得到了大力发展。某同学设计了一个具有电磁缓冲功能的火箭模型，结构示意图如图20所示。闭合矩形线圈abcd固定在主体下部，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab边长为L。模型外侧安装有由高强度绝缘材料制成的缓冲槽，槽中有垂直于线圈平面、磁感应强度为B的匀强磁场。假设模型以速度与地面碰撞后，缓冲槽立即停止，此后主体在线圈与缓冲槽内磁场的作用下减速，从而实现缓冲。已知主体与线圈总质量为m，重力加速度为g，不计摩擦和空气阻力。图20（1）求线圈中感应电流的最大值并说明ab边中电流的方向。（2）当主体减速下落的加速度大小为时，求线圈中的发热功率P。（3）已知缓冲槽停止后主体下落距离为h时，主体速度减为，此时主体和缓冲槽未相碰。求该过程中线圈产生的热量Q。16.（9分）比较是一种重要的学习方法，通过比较可以加深对知识的理解。电场和磁场有相似的地方，也有很多的不同。（1）电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，磁场的基本性质是对放入其中的磁体、通电导线和运动电荷有力的作用。请写出电场强度和磁感应强度的定义式。（2）电荷在电场和磁场中受力的特点不同，导致电荷运动性质不同。如图21所示，M、N是一对平行金属板，板长为L，板间距离为d。一带电粒子从M、N左侧中央以平行于极板的速度射入。若仅在M、N板加恒定电压，则粒子恰好从M板右侧边沿以速率射出，其运动时间为；若仅在M、N板间加垂直纸面的匀强磁场，则粒子恰好从N板右侧边沿以速率射出，其运动时间为。不计粒子受到的重力。图21学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 ①可知________，________。（选填“大于”“小于”或“等于”）②若M、N板间同时存在上述电场和磁场，请通过计算说明该带电粒子能否在M、N板间做匀速直线运动。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）17.（10分）核电站正常工作时，使液态金属钠在核反应堆内外循环流动，可把核裂变释放的能量传输出去，用于发电。某校综合实践小组设计了一个项目：通过安培力驱动输送液态钠的装置。图22所示是输送液态钠的绝缘管道，液态钠的电阻率为ρ（不计温度、压力对电阻率的影响），正方形管道截面的边长为a，在输送管道上有驱动模块和测量模块。驱动模块：在管道上长为L的部分施加垂直于管道、磁感应强度为的匀强磁场，在管道的上下两侧分别安装电极，并通以大小为I的电流。测量模块：在管道的上下两端安装电极M、N，M、N两极连接由电压表（图中未画出）改装的流量计（单位时间通过管道横截面的液体体积叫做流量），施加垂直于管道、磁感应强度为的匀强磁场。当装置工作时，液态钠充满管道并沿管道匀速流动。图22图23（1）关于测量模块①比较M和N端电势的高低。②推导流量Q和M、N两端电压U的关系式。（2）关于驱动模块①求由安培力产生的压强p。②当流量计示数为Q时，求驱动模块需要输入的电功率。（3）关于反馈控制模块如图23所示，在驱动模块和测量模块之间还有反馈控制模块，当测得的流量异常时，反馈模块会通过调整驱动模块实现矫正。已知液态钠在流动过程中所受阻力与其流动方向相反，大小正比于流动的速率，比例系数为k。当流量计示数大于正常值时，请分析说明在驱动模块结构确定的情况下可采取哪些措施。18.（12分）接入电源的导体内存在恒定电场，其性质与静电场相同，电流的形成及电路的基本特性都与导体内的恒定电场有关。（1）如图24所示，圆柱形长直金属导体，横截面积为S，电阻率为ρ，两端电压恒定，内部有分布均匀的电流。证明：导体内电场强度E的大小与电流I的关系为。学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 图24（2）上式中，描述导体内电流的分布情况，定义为“电流密度”，用字母j表示，即。如图25所示，一段电阻率为ρ、粗细不均匀的导体两端电压恒定，AB部分的长度为，其内部电流密度为j，BC部分的长度为，AB部分横截面积是BC部分横截面积的2倍，忽略中间交接处电流密度变化的影响。求：在通过AB左端横截面的电荷量为q的过程中，整段导体消耗的电能W。图25（3）如图26所示，在竖直向下的匀强磁场中，两根平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，轨道电阻不计，端点M、P间接有一个金属材质的定值电阻。金属导体棒ab垂直于MN、PQ轨道，在水平外力的作用下向右匀速运动。运动过程中，导体棒与轨道接触良好，且始终保持与轨道垂直。金属内的自由电子在定向运动中会与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）发生碰撞，对每个电子而言，其效果可等效为受到一个平均阻力。已知电子的电量为e。图26①定值电阻的材质的电阻率为，求当其内部电流密度为时，定值电阻内一个自由电子沿电流方向所受平均阻力的大小。②导体棒ab的电阻率为，求当其内部电流密度为时，导体棒内一个自由电子沿电流方向所受平均阻力的大小。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司