2020届北京市西城区高三模拟测试 物理试卷（含答案）

北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 1 页（共 13 页） 西 城 区 高 三 模 拟 测 试 物理 2020.6 本试卷共 10 页，100 分。考试时长 90 分钟。考生务必将条形码贴在答题卡规定处， 并将答案写在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。  第一部分 本部分共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合 题目要求的一项。 1．在核反应方程 中，X 表示的是 A．质子 B．中子 C．电子 D． 粒子 2．如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为 a、b、c 三束单色光。如果 b 光是绿光， 则以下说法正确的是 A．a 光可能是蓝光 B．c 光可能是红光 C．a 光的频率小于 b 光的频率 D．c 光的波长大于 b 光的波长 3．一定质量的理想气体从状态 a 开始，经历 ab、bc、ca 三个过程回到原状态，其 p-T 图 像如图所示，下列判断正确的是 A．状态 a 的体积小于状态 b 的体积 B．状态 b 的体积小于状态 c 的体积 C．状态 a 分子的平均动能最大 D．状态 c 分子的平均动能最小 α 9 4 4 2 12 6Be He C X→+ + TO a b c p a b c 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 2 页（共 13 页） 4．如图 1 所示为一列简谐横波在 t=0 时刻的波形图，P 为介质中的一个质点。图 2 是质点 P 的振动图像，那么该波的传播速度 v 的大小和传播方向是 A．v=0.5m/s，沿 x 轴正方向 B．v=0.5m/s，沿 x 轴负方向 C．v=1.0m/s，沿 x 轴正方向 D．v=1.0m/s，沿 x 轴负方向 5．如图 1 所示，理想变压器的原线圈接在交流电源上，副线圈接有 R = 10Ω的负载电 阻，原、副线圈匝数之比为 2∶1，交流电压表的示数是 10V，电流表、电压表均可看作 理想电表。图 2 是交流电源输出电压 u 随时间 t 变化的图像。则 A．电流表的读数为 1.00 A B．电流表的读数为 2.00 A C．电源输出电压 u 随时间 t 变化的规律是 D．电源输出电压 u 随时间 t 变化的规律是 6．如图所示，用一根轻质细绳将一幅重力为 10N 的画框对称悬挂在 墙壁上，当绳上的拉力为 10N 时，两段细绳之间的夹角θ为 A．45° B．60° C．90° D．120° 7．如图所示，弹簧的一端固定,另一端连接一个物块，弹簧质量不计，O 点为弹簧处于原 长时物块的位置。将物块（可视为质点）拉至 A 点由静止释放，物块在粗糙的水平桌面 上沿直线运动，经过 O 点运动到 B 点时速度恰好减为 0。在物块由 A 点运动到 O 点的 过程中，下列说法中正确的是 A. 弹簧弹力做功大于物块克服摩擦力做功 B. 弹簧弹力做功等于物块克服摩擦力做功 C. 弹簧弹力的冲量大小等于摩擦力的冲量大小 D. 弹簧弹力的冲量大小小于摩擦力的冲量大小 ( )20 2 cos100 Vu tπ= ( )20 2 cos50 Vu tπ= OB A 10 -5 5 t/s y/cm 2 3 图 2 0.50 -5 5 x/m y/cm 1.0 1.5 P 图 1 挂钉 挂钉 θ u/V t/×10-2s0 Um -Um 1 2 图 2图 1 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 3 页（共 13 页） 8. 如图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在长为 L 的虚线框内，边长为 d 的正方形闭合线 圈在外力作用下由位置 1 匀速穿过磁场区域运动到位置 2。若 L>2d，则在运动过程中线 圈中的感应电流随时间变化的情况可以用以下哪幅图像来描述 9．某种热敏电阻的阻值随环境温度的升高而减小，可以利用这种特性来测量环境温度。在 下面的四个电路中，电源电动势一定，内阻不计，Rt 表示热敏电阻，R0 表示定值电阻。 若希望在温度升高时，电路中的电压表或电流表示数减小，则下列电路中符合要求的是 10. 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 t I 0 B t I 0 A I t0 C I t0 D A R0 S Rt R0 A S Rt V R0 S Rt VR0 S Rt A B C D 1 2 L 喷雾器 油滴 E U 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 4 页（共 13 页） 11．磁单极子是物理学家设想的一种仅带有单一磁极（N 极或 S 极）的粒子，它们的磁感 线分布类似于点电荷的电场线分布，目前科学家还没有证实磁单极子的存在。若自然 界中存在磁单极子，以其为球心画出两个球面 1 和 2，如图所示，a 点位于球面 1 上，b 点位于球面 2 上，则下列说法正确的是 A．a 点比 b 点的磁感应强度大 B．a 点比 b 点的磁感应强度小 C．球面 1 比球面 2 的磁通量大 D．球面 1 比球面 2 的磁通量小 12. 某数码相机的锂电池电动势为 7.2V，容量为 875mA·h，能连续拍摄约 315 张照片。根 据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近以下哪个数值 A．0.02J B．20J C．70J D．7×104J 13．物体 A 做平抛运动，以抛出点 O 为坐标原点，以初速度 v0 的方向为 x 轴的正方向、竖 直向下的方向为 y 轴的正方向，建立平面直角坐标系。如图所示，两束光分别沿着与 坐标轴平行的方向照射物体 A，在坐标轴上留下两个“影子”，则两个“影子”的位移 x、y 和速度 vx、vy 描述了物体在 x、y 两个方向上的运动。若从物体自 O 点抛出时开 始计时， 下列图像中正确的是 A B C D x 0 t y 0 t O x A y 平行光 平 行 光 影子 影 子 球面 1球面 2 a b vy 0 y vx 0 x 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 5 页（共 13 页） 14.激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具。激光 陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型： 由激光器发出的 A、B 两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测 器处相遇，产生干涉条纹。如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度， 那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变 化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度。 某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋 转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置 C 处检测出光强经过了强~弱~ 强~弱~强的变化过程。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是 A．A 束激光的频率大于 B 束激光的频率 B．整个装置加速转动过程中，A 束激光到达光电探测器的路程逐渐变大 C．整个装置加速转动过程中，C 处始终没有出现干涉明条纹 D．整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了 2 个波长 BA反射镜 反射镜 C 光电探测器 A B 激光器 顺时针 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 6 页（共 13 页） 第二部分 本部分共 6 题，共 58 分。 15．（8 分） 某同学练习使用多用电表。 （1）该同学使用多用电表测量某电阻时， 选择开关和指针位置如图 1 所示， 若他的操作是正确的，则该电阻 的测量值为_____Ω。 （2）该同学继续用相同挡位测量另一电 阻，发现指针偏转角度过小。为了 减小测量误差，他再次进行测量前 应 该 进 行 的 操 作 是 __________ （从下列选项中挑出合理的步骤 并按操作顺序排列）。 A. 将红表笔和黑表笔接触 B. 把选择开关旋转到“×100”位置 C. 把选择开关旋转到“×1”位置 D. 调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点 （3）该同学注意到多用电表电阻的刻度线是不均匀的，而 直流电流、电压的刻度线是均匀的。他在课本上查阅到 多用电表欧姆表的电路示意图，如图 2 所示。请根据 欧姆表的电路示意图，结合所学知识分析电阻的刻度 线不均匀的原因。 16．（10 分） 用图 1 所示的实验装置研究加速度与物体 受力、物体质量之间的关系。 （1）研究加速度与物体质量之间的关系的主要 实验步骤如下： a.用天平测出小车的质量 m0。 b. 安装好实验器材，调整木板倾角平衡 摩擦力和其他阻力。 c. 在小桶内装砂，用细绳悬挂小桶并绕过滑轮系在小车上，调整细绳方向与木 板平行。 砂桶 纸带 图 1 垫块 小车 打点计时器 图 2 E Rg R1 r Rx 欧 姆 调 零 旋 纽 选 择 开 关 图 1 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 7 页（共 13 页） d. 接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点；断开电源，取下 纸带并在纸带上标上编号。 e. 保持砂和桶的总质量不变，多次在小车上加放砝码以改变小车的总质量 m， 并做好记录，重复步骤 d。 f. 求出每条纸带对应的加速度并填入表中；在坐标纸上建立坐标系，描点作图， 以研究加速度与质量的关系。 综合上述实验步骤，请你完成以下任务： ①实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，在此过程中，下列说法正确的是_____ A．小车后面不能拖纸带 B．系在小车的细绳上不能悬挂小桶 C．打点计时器必须接通电源 ②图 2 所示为实验中得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为 T=0.10s，由图中数据可计算出小车的加速度 a=_______m/s2。（结果保留 2 位 有效数字） ③若实验中砂和桶的总质量为 ，则从理论分析可得砂和桶的总重力 与细绳 对小车的拉力 F 的大小关系为 ________ F（选填“略大于”、“等于”或“略 小于”）。 （2）某同学在研究加速度与物体受力之 间的关系时改进了实验方案，他用 无线力传感器来测量小车受到的拉 力。如图 3 所示，他将无线力传感 器和小车固定在一起，将系着砂桶 的细绳系在传感器的挂钩上，调整 细绳方向与木板平行。 请判断在改进后的实验中以下步 骤是否还有必要（选填“有必要”或 “没必要”）。 步骤 是否有必要 调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力 控制砂和桶的总质量应远小于小车和车内 砝码的总质量 m′ m g′ m g′ 纸带 小车 打点计时器 垫块 砂桶 传感器 图 3 单位：cm C D EBA 图 2 5.10 18.60 27.00 11.30 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 8 页（共 13 页） 17. （9 分） 如图所示，A、B是两个完全相同的小球，用较长的细线将 它们悬挂起来，调整细线的长度和悬点的位置，使两个小球静 止时重心在同一水平线上，且恰好没有接触。现将小球A拉起 至细线与竖直方向夹角为θ=60°的位置，使其由静止释放，小 球A运动至最低点与静止的小球B相碰，碰后两球粘在一起运 动。已知细线的长度为L，每个小球的质量均为m，重力加速度 为g，忽略小球半径和空气阻力，求 （1）A球运动至最低点时的速度大小v； （2）碰后两球能够上升的最大高度∆h； （3）碰撞过程中损失的机械能∆E。 18. （9分） 1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负 电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，他的研究装置如图所示。 真空管内的阴极 K 发出的电子经加速后，穿过 A、B 中心的小孔沿直线进入到两 块水平正对放置的平行金属板 D1、D2 的区域。金属板 D1、D2 之间未加电场时，射线 不偏转，射在屏上 P1 点。按图示方式施加电场强度为 E 的电场之后，射线发生偏转并 射到屏上 P2 点。为了抵消阴极射线的偏转，使它从 P2 点回到 P1，需要在两块金属板 之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的匀强磁场。 （1）判断匀强磁场的方向。 （2）若施加的匀强磁场磁感应强度为 B，求出阴极射线的速度 v 的表达式。 （3）去掉 D1、D2 间的电场，只保留（2）中的匀强磁场 B。由于磁场方向与射线运动 方向垂直，阴极射线在 D1、D2 之间有磁场的区域内会形成一个半径为 r 的圆弧， 使得阴极射线落在屏上 P3 点。根据题目所有信息推导电子比荷的表达式。 K A B D1 D2 P1 P2 P3 A B θ 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 9 页（共 13 页） 19. （10 分） 类比是逻辑推理中极富创造性的一种方法，科学史上很多重大发现、发明往往发 端于类比，例如科学家受行星绕太阳做匀速圆周运动的启发，在构建原子模型时猜想 电子绕原子核也做匀速圆周运动。 （1）一质量为 m 的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为 r。将地球视为 质量均匀分布的球体，已知地球质量为 M，万有引力常量为 G，求卫星的速度大 小 v 和动能 Ek。 （2）在玻尔的氢原子理论中，电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道半径是量子化的。 电子的轨道半径和动量必须满足量子化条件 ，式中 h 是普朗克常量， r 是轨道半径，v 是电子在该轨道上的速度大小，n 是轨道量子数，可以取 1、2、 3……等正整数。 已知电子的质量为 m，电荷量为-e，静电力常量为 k，试根据上述量子化条件， 证明电子在任意轨道运动的动能表达式可以写为 ，其中 A 是与 n 无关 的常量。 2 nhm r π=v kn 2 AE n = 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 10 页（共 13 页） 20. （12 分） 电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。实际中的电容器在外形结构 上有多种不同的形式，但均可以用电容描述它的特性。 （1）在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质就组成一个最简单的电容器， 叫做平行板电容器。图 1 为一平行板电容器的充电电路，在充电过程中两极板间 电势差 u 随电荷量 q 的变化图像如图 2 所示。类比直线运动中由 v-t 图像求位移 的方法，在图中画网格线表示当电荷量由 Q1 增加到 Q2 的过程中电容器增加的电 势能。 （2）同平行板电容器一样，一个金属球和一个与它同心的金属球 壳也可以组成一个电容器，叫做球形电容器。如图 3 所示， 两极间为真空的球形电容器，其内球半径为 R1，外球内半径 为 R2，电容为 ，其中 k 为静电力常量。请 结合（1）中的方法推导该球形电容器充电后电荷量达到 Q 时所具有的电势能 Ep 的表达式。 （3）孤立导体也能储存电荷，也具有电容。 a. 将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器，根据球形电容器电容的表 达式推导半径为 R 的孤立导体球的电容 的表达式； b. 将带电金属小球用导线与大地相连，我们就会认为小球的电荷量减小为 0。 请结合题目信息及所学知识解释这一现象。 1 2 2 1( ) R RC k R R = − C′ 图 1 C R E S R1 R2 图 3 u q 图 2 0 Q1 Q2 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 11 页（共 13 页） 西 城 区 高 三 模 拟 测 试 物理参考答案 2020.6 第一部分共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。 1. B 2. C 3. B 4. A 5. C 6. D 7. A 8. D 9. C 10. C 11. A 12. C 13. D 14. D 第二部分共 6 题，共 58 分。 15.（8 分） （1）1.5×102（2 分） （2）BAD（3 分） （3）根据闭合电路欧姆定律可知通过表头的电流 ，可见通过表头的 电流 I 与待测电阻 Rx 之间的关系为非线性关系，因此电阻的刻度线是不均匀的。（3 分） 16.（10 分） （1）①BC（2 分）②1.1（2 分）③略大于（2 分） （2）（4 分，每空 2 分） 步骤 是否有必要 调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力 有必要 控制砂和桶的总质量应远小于小车和车内 砝码的总质量 没必要 17.（9 分） （1）根据机械能守恒定律 （2 分） 解得 A 球运动至最低点时的速度大小 （1 分） （2）两球碰撞过程满足动量守恒定律 （2 分） 碰后两球一起运动，根据机械能守恒定律 （1 分） 解得碰后两球能够上升的最大高度 （1 分） （3）碰撞过程中损失的机械能 （1 分） 1g EI R R R r = + + +x ( ) 211 cos 2mgL mvθ− = ( )2 1 cosv gL gLθ= − = 2mv mv′= 21 2 22 mv mg h′⋅ = ∆ 1 8h L∆ = 2 21 1 22 2E mv mv′∆ = − ⋅ 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 12 页（共 13 页） 解得 （1 分） 18.（9 分） （1）电子受力分析如答图 1 所示 由左手定则可知磁场方向是垂直纸面向里（3 分） （2）根据平衡条件 （2 分） 解得阴极射线的速度 （1 分） （3）根据牛顿第二定律 （2 分） 解得电子的比荷 将 代入得 （1 分） 19.（10 分） （1）根据牛顿第二定律 （2 分） 解得卫星的速度大小 （1 分） 卫星的动能 （2 分） （2）根据牛顿第二定律 （2 分） 结合题中给出的量子化条件 联立推得 可得电子的动能 （2 分） 由此可知 其中 ，是与 n 无关的常量（1 分） 1 4E mgL∆ = Bqv Eq= Ev B = 2vBqv m r = q v m Br = Ev B = 2 q E m B r = 2 2 Mm vG mr r = GMv r = 21 2 2k GMmE mv r = = 2 2 2 e vk mr r = 2 nhm r π=v 22 kev nh π= 22 2 2 4 2 2 2 1 1 2 2 1 2 2kn ke k meE mv m nh h n π π   = = = ⋅       2kn AE n = 2 2 4 2 2 k meA h π= F 洛 答图 1 F 电 北京市西城区 2020 年 6 月高三物理第 13 页（共 13 页） 20.（12 分） （1）如答图 2（3 分） （2）由电容的定义式可知球形电容器充电过程中两极板间电势差 u 随电荷量 q 的变化图像 如答图 3 所示，图中三角形面积表示电荷量达到 Q 时电容器所具有的电势能 Ep 的大小 由图可得 根据 可得 , 将球形电容器电容的表达式 代入 推得 （3 分） （3）a. 将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器，即 代入球形电容器电容的表达式 推得 （3 分） b. 根据 a 中推得的孤立导体球的电容表达式 可知，球体的半径越大，其电容 越大。由于金属小球的半径远小于地球半径，所以地球的电容远大于小球的电容。二者用 导线连接，电势相同，根据 Q=UC 可知，地球的带电量远大于小球的带电量，电荷总量保 持不变，所以可以认为小球的电荷量减小为 0。（3 分） 1 2pE QU= QC U = QU C = 2 2p QE C = 1 2 2 1( ) R RC k R R = − 2 2 1 1 2 ( ) 2P kQ R RE R R −= 1 2,R R R= → ∞ 1 2 2 1( ) R RC k R R = − RC k ′ = RC k ′ = u q 答图 2 0 Q1 Q2 u q 答图 3 0 Q