海淀区高三物理期末试卷及答案

海淀区高三年级第一学期期末练习 物 理 2018.1 说明：本试卷共8页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案写在答题纸上， 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。 一、本题共 10 小题，每小题 3 分，共 30 分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项 是正确的，有的小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。把你认为正确答案填涂在答题纸上。 1．放在绝缘支架上的两个相同金属球相距为 d，球的半径比 d 小得多，分别带有 q 和-3q 的电荷， 相互作用力为 F 。现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回原处，则它们的相互作用力将为 A．引力且大小为 3F B. 斥力且大小为 F/3 C．斥力且大小为 2F D. 斥力且大小为 3F 2. 如图 1 所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确 的是 A．箔片张开 B．箔片不张开 C．金属球带电电荷足够大时才会张开 D．金属网罩内部电场强度为零 3.如图 2 所示的交流电路中，灯 L1、L2 和 L3 均发光，如果保持交变电源两端电压的有效值不变，但 频率减小，各灯的亮、暗变化情况为 A. 灯 L1、L2 均变亮，灯 L3 变暗 B. 灯 L1、L2、L3 均变暗 C. 灯 L1 不变，灯 L2 变暗，灯 L3 变亮 D. 灯 L1 不变，灯 L2 变亮，灯 L3 变暗 4.如图 3 所示的电路中，闭合开关 S，当滑动变阻器 R 的滑片 P 向上移动时， 下列说法中正确的是 A.电流表示数变大 B.电压表示数变小 C.电阻 R0 的电功率变大 D.电源的总功率变小 5.如图 4 所示，理想变压器原线圈匝数 n1=1100 匝，副线圈匝数 n2=220 匝，交流电源的电压 u=220 2 sin100πt(V)，电阻 R=44Ω， 电表均为理想交流电表。则下列说法中正确的是 A.交流电的频率为 50Hz B.电流表 A1 的示数为 0.20A C.变压器的输入功率为 88W D.电压表的示数为 44V 6. 图 5 甲是洛伦兹力演示仪。图 5 乙是演示仪结构图，玻璃泡内充有稀薄的气体，由电子枪发射电 子束，在电子束通过时能够显示电子的径迹。图 5 丙是励磁线圈的原理图，两线圈之间产生近似匀 图 1 图 4 图 2 L3 R L C ~ L1 L2 图 3 R0 A V V R PE，r 强磁场，线圈中电流越大磁场越强，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁 感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。若电子枪垂直磁场方向发射电 子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。关于电子束的轨道半径，下列说法正确的是 A．只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变 B．只增大电子枪的加速电压，轨道半径变小 C．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变 D．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变小 7.如图 6 所示， KLMN 是一个竖直的匝数为 n 的矩形导线框，全部处于磁感应强 度为 B 的水平方向的匀强磁场中，线框面积为 S，MN 边水平，线框绕竖直固定轴 以角速度ω匀速转动。当 MN 边与磁场方向的夹角为 30º时（图示位置），下列说 法正确的是 A．导线框中产生的瞬时电动势的大小是 nBSω/2 B．导线框中产生的瞬时电动势的大小是 nBSω/2 C．线框中电流的方向是 K→L→M→N→K D．线框中电流的方向是 K→N→M→L→K 8．如图 7 甲所示，在某电场中建立 x 坐标轴，一个电子 仅在电场力作用下沿 x 轴正方向运动，经过 A、B、C 三 点，已知 xC - xB = xB - xA 。该电子的电势能 Ep 随坐标 x 变 化的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是 A．A 点电势低于 B 点电势 B．A 点的电场强度小于 B 点的电场强度 C．A、B 两点电势差 UAB 等于 B、C 两点电势差 UBC D．电子经过 A 点的速率小于经过 B 点的速率 9．如图 8 甲所示，电阻为 5Ω、匝数为 100 匝的线圈（图 中只画了 2 匝）两端 A、B 与电阻 R 相连，R=95Ω。线圈 内有方向垂直于纸面向里的磁场，线圈中的磁通量在按 图乙所示规律变化。则 A．A 点的电势小于 B 点的电势 B．在线圈位置上感应电场沿逆时针方向 C．0.1s 时间内通过电阻 R 的电荷量为 0.05C D．0.1s 时间内非静电力所做的功为 2.5J 10.如图 9 所示，李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电 B x 甲 xA A xB C xC O x Ep 乙 xA xB xC 图 7 图 6 R 图 8 图 9 阻，以判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈裸露的两端让李辉测 量。测量时表针摆过了一定角度， 李辉由此确认线圈没有断路。 正当李辉把多用表的表笔与 被测线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，觉得有电击感。下列说法正确的是 A．刘伟被电击时变压器线圈中的电流瞬间变大 B．刘伟有电击感是因为两手之间瞬间有高电压 C．刘伟受到电击的同时多用电表也可能被烧坏 D．实验过程中若李辉两手分别握住红黑表笔的金属杆，他也会受到电击 二、本题共 2 小题，共 15 分。 11．（7 分）某同学想测量一段导体的阻值。 （1）他先用多用电表进行初步测量，主要的操作过程分以下几个步骤，请将第④步操作填写完 整： ①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻挡“×10”； ②将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指向“0”； ③将红、黑表笔分别与导体的两端相接，发现指针示数接近“0”； ④选择电阻挡_________(选填“×100”或“×1”)，将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮调零后； 重新将红、黑表笔分别与导体的两端相接，读取导体的阻值。 （2）采用上述的操作步骤后，多用电表的指针位置 如图 10 所示。则该段导体的电阻测量值为  。 （3）为了比较精确地测量这个导体的电阻值，他采 用伏安法继续进行实验测量，现有实验器材如下： A．电源 E（电动势 4.0V，内阻约 0.5Ω）； B．电压表（0～3V，内阻 3kΩ）; C．电压表（0～15V，内阻 15kΩ）； D．电流表（0～0.6A，内阻 0.1Ω） E．电流表（0～3A，内阻 0.02Ω）； F．滑动变阻器 R1（0～50Ω，1.5A）； G．滑动变阻器 R2（0～2000Ω，0.3A）； H．开关 S 和导线若干。 为了调节方便，测量准确，在实验中，滑动变阻器 应选用 （选填序号字母）。连接电路时，电压表应 选 （选填序号字母）、电流表应选 （选填序号字母）。实验电路应采用图 11 中的 （选填“甲”或“乙”）。 （4）若在上问中选用甲电路，产生误差的主要原因是 。（选填选项前的字母） A．电流表测量值小于流经 Rx 的电流值 B．电流表测量值大于流经 Rx 的电流值 C．电压表测量值小于 Rx 两端的电压值 D．电压表测量值大于 Rx 两端的电压 值 12.（8 分）某同学测量一节干电池的电动势和 内阻，现有待测电池、电流表（量程 0~0.6A， 图 10 V S A 甲 乙 图 12 P R R0 R0 图 11 内阻约 0.1Ω）、电压表（量程 0~3V，内阻约 3kΩ）、滑动变阻器（阻值 0~10Ω，额定电流 2A）、开 关各一个、导线若干。为了防止实验测量时数据过密（即要求电压变化范围相对大一些），另外还配 有一个定值电阻 R0（阻值为 1Ω、额定功率为 5W）。 (1)请按照图 12 甲设计的电路图用笔画线将图乙实物电路图补充完整。 (2)该同学按照要求连接好电路并进行实验，根据实验数 据绘出了图 13 所示的 U－I 图像，则电源的电动势 E＝ ______V，电源内阻 r＝_____Ω。 （3）在上述实验过程中存在系统误差。在图 14 所绘图 像中，虚线代表没有误差情况下，电压表两端电压的真实值 与通过电源电流真实值关系的图像，实线是根据测量数据绘 出的图像，则图 14 中能正确表示二者关系的是 （选 填选项下面的字母）。 三、本题包括 6 小题，共 55 分。解答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。 13.（9 分）兔兔 15 所示，两根平行光滑金属导轨 MN 和 PQ 放置在水平面内，其间距 L=0.2m， 磁 感应强度 B=0.5T 的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻 R=4.8Ω，在导轨上有一金 属棒 ab，其电阻 r=0.2Ω， 金属棒与导轨垂直且接触良好， 如图 15 所示，在 ab 棒上施加水平拉 力使其以速度 v=0.5m/s 向右匀速运动，设金属导轨足够长。求： （1）金属棒 ab 产生的感应电动势； （2）通过电阻 R 的电流大小和方向； （3）金属棒 a、b 两点间的电势差。 14. （9 分）如图 16 所示，在沿水平方向的匀强电场中，有一长度 l=0.5m 的绝缘轻绳上端固定在 O 点，下端系一质量 m=1.0×10-2kg、带电量 q=2.0×10-8C 的小球（小球的大小可以忽略）在位置 B 点处于静止状态， 此时轻绳与竖直方向的夹角α=37º，空气阻力不计，sin37º=0.6,cos 37º =0.8，g=10m/s2。 （1）求该电场场强大小； （2）在始终垂直于 l 的外力作用下将小球从 B 位置缓慢拉动到细绳竖直 位置的 A 点，求外力对带电小球做的功； （3）过 B 点做一等势面交电场线于 C 点，论证沿电场线方向电势φA>φC。 15（9 分）． 示波器的核心部件是示波管，其内部抽成真空，图 17 是它内部结构的简化原理图。它 × × × × × × × × × × M N P Q a b v B R 图 15 U I 0 A U I 0 B U I 0 D U I 0 C 图 14 图 16 α l m O A B C 图 13 1.0 1.5 0.7 0.2 0.4 0.6 I/A U/V l 乙 接矩形线圈 rE S R1 V 图 18 甲 由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。炽热的金属丝可以连续发射电子，电子质量为 m，电荷量为 e。 发射出的电子由静止经电压 U1 加速后，从金属板的小孔 O 射出，沿 OO′进入偏转电场，经偏转电 场后打在荧光屏上。偏转电场是由两个平行的相同金属极板 M、N 组成，已知极板的长度为 l，两板 间的距离为 d，极板间电压为 U2，偏转电场极板的右端到荧光屏的距离为 L。不计电子受到的重力 和电子之间的相互作用。 （1）求电子从小孔 O 穿出时的速度大小 v0； （2）求电子离开偏转电场时沿垂直于板面方 向偏移的距离 y； （3）若将极板 M、N 间所加的直流电压 U2 改为交变电压 u=Umsin T 2 t，电子穿过偏转 电场的时间远小于交流电的周期 T，且电子 能全部打到荧光屏上，求电子打在荧光屏内 范围的长度 s。 16.（9 分）电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小。测量前天平已调至平衡，测量时， 在左边托盘中放入质量 m1=15.0g 的砝码，右边托盘中不放砝码，将一个质 m0=10.0g，匝数 n=10， 下边长 l=10.0cm 的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中，如图 18 甲所示，线圈的两头连在如图 18 乙所示的电路中，不 计连接导线对线圈的作用力，电源电动势 E=1.5V，内阻 r=1.0Ω。开关 S 闭合后，调节可变电阻使理想电压表示数 U=1.4V 时，R1=10Ω，此时天平正好平衡。g=10m/s2，求： （1）线圈下边所受安培力的大小 F，以及线圈中电流的方 向； （2）矩形线圈的电阻 R； （3）该匀强磁场的磁感应强度 B 的大小。 17. （9 分）如图 19 甲所示，圆盒为电子发射器，厚度为 h，M 处是电子出射口，它是宽度为 d、长 为圆盒厚度的狭缝。其正视截面如图 19 乙所示，D 为绝缘外壳，整个装置处于真空中，半径为 a 的金属圆柱 A 可沿半径向外均匀发射速率为 v 的低能电子；与 A 同轴放置的金属网 C 的半径 为 b。不需要电子射出时，可用磁场将电子封闭 在金属网以内；若需要低能电子射出时，可撤 去磁场，让电子直接射出；若需要高能电子， 撤去磁场，并在 A、C 间加一径向电场，使其加 速后射出。不考虑 A、C 的静电感应电荷对电子 的作用和电子之间的相互作用，忽略电子所受 重力和相对论效应，已知电子质量为 m，电荷 量为 e。 （1）若需要速度为 kv (k >1) 的电子通过金属网 C 图 17 +U1_ O′ + l M N L 荧光屏 金属板金属丝 O _ b a M C A D M 乙甲 d h A C 图 19 发射出来，在 A、C 间所加电压 U 是多大？ （2）若 A、C 间不加电压，要使由 A 发射的电子不从金属网 C 射出，可在金属网内环形区域加垂直 于圆盒平面向里的匀强磁场，求所加磁场磁感应强度 B 的最小值； （3）若在 C、A 间不加磁场，也不加径向电场时，检测到电子从 M 射出形成的电流为 I，忽略电子 碰撞到 C、D 上的反射效应和金属网对电子的吸收，以及金属网 C 与绝缘壳 D 间的距离，求圆柱 体 A 发射电子的功率 P。 18.（10 分）电磁弹射技术是一种新兴的直线推进技术，适宜于短行程发射大载荷，在军事、民 用和工业领域具有广泛应用前景。我国已成功研制出用于航空母舰舰载机起飞的电磁弹射器。它由 发电机、直线电机、强迫储能装置和控制系统等部分组成。 电磁弹射器可以简化为如图 20 所示的装置以说明其基本原理。电源和一对足够长平行金属导轨 M、N 分别通过单刀双掷开关 K 与电容器相连。电源的电动势 E=10V，内阻不计。两条足够长的导 轨相距 L=0.1m 且水平放置，处于磁感应强度 B=0.5T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面且竖 直向下，电容器的电容 C=10F。现将一质量 m=0.1kg、电阻 r=0.1Ω的金属滑块垂直放置于导轨的滑 槽内，分别与两导轨良好接触。将开关 K 置于 a 使电容器充电，充电结束后，再将开关 K 置于 b， 金属滑块会在电磁力的驱动下运动，不计导轨和 电路其他部分的电阻，且忽略金属滑块运动过程 中的一切阻力，不计电容充放电过程中该装置向 外辐射的电磁能量及导轨中电流产生的磁场对滑块的作用。 （1）在电容器放电过程中，金属滑块两端电压与电容器两极间电压始终相等。求在开关 K 置于 b 瞬间，金属滑块的加速度的大小 a； （2）求金属滑块最大速度 v； （3）a.电容器是一种储能装置，当电容两极间电压为 U 时，它所储存的电能 A=CU2/2。求金属滑块 在运动过程中产生的焦耳热 Q； b.金属滑块在运动时会产生反电动势，使金属滑块中大量定向运动的自由电子又受到一个阻力 作用。请分析并计算在金属滑块运动过程中这个阻力所做的总功 W。 海淀区高三年级第一学期期末练习参考答案及评分标准 物 理 2018. 01 一、本题共 10 小题，每小题 3 分，共 30 分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项 是符合题意的，有的小题有多个选项是符合题意的。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。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B BD D CD ABD D BD AD BCD B 二、本题共 2 小题，共 15 分。 11．（共 7 分）每空 1 分 （1） “×1”；……1 分 （2）8；……1 分 （3）F……1 分，B……1 分，D……1 分；甲 ……1 分； （4）B……1 分 R0 × × × × × M NCE a b K B 图 20 12．（共 8 分） (1)如图 1 或图 2 所示……2 分； (2)1.5V……2 分, 0.6Ω……2 分； ( 3)A……2 分。 三、本题包括 6 小题，共 55 分。解答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。 说明：计算题提供的参考解答，不一定都是唯一正确的。对于那些与此解答不同的正确解答，同样 得分。 13．（9 分） （1）设金属棒中感应电动势为 E E=BLv………………2 分 带入数值得 E=0.05V………………1 分 （2）设过电阻 R 的电流大小为 I I= ………………1 分 带入数值得 I=0.01A，………………1 分 方向：从 M 通过 R 流向 P……………………1 分 （3）设 a、b 两点间的电势差为 U Uab=IR………………2 分 带入数值得 Uab=0.048V………………1 分 14．（9 分） （1）带电小球静止，受到合力等于零，电场力与重力的关系是 Eq=mgtanα………………2 分 E=tanα 带入数值计算得：E=3.75×106N/C………………1 分 （2）小球在外力作用下从 B 位置缓慢移动到 A 位置过程中，根据动能定理有 WF-Eqlsinα+mg(l-lcosα)=0………………1 分 WF=qlsinαtanα- mg(l-lcosα) ………………1 分 带入数值得：WF=1.25×10-2J ………………1 分 （3）方法 1： 如图，设一带电量为+q 电荷在电场力作用下由 A 点移动到 C 点，电场力做功为 W （1 分） W=qUAB=q(φA-φB) （1 分） 因为 W>0 所以φA>φC（1 分） 方法 2： 设带电量为+q 电荷放入 A 点，其电势能为 EPA，此电荷在电场力作用下从 A 点移到 C 点，电势能 为 EPC，……………………1 分 因为电场力做正功，所以 EPA>EPC……………………1 分 电场中 A 点的电势为φA=，C 点的电势为φC= 所以，φA>φC,……………………1 分 说明：其他方法正确均得分。 15．（9 分） R0 图 2 （1） 02 1 2 01  mveU ………………1 分 m eUv 1 0 2 ………………1 分 （2）电子进入偏转电场，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，设 电子在偏转电场中运动的时间为 t 水平方向： 0v lt  ………………1 分 竖直方向： d UE 2 , F=Ee , m Fa  ………………2 分 2 2 1 aty  dU lU 1 2 2 4  ………………1 分 （3）当交变电压为最大值 Um 时，设电子离开交变电场时沿 y 轴上的速度为 ymv ，最大侧移量为 ym； 离开偏转电场后到达荧光屏的时间为 t1，在这段时间内的侧移量为 y1 则 ym= ……………………1 分 vym=amt= , 0 1 v Lt  , 11 tvy ym = ……………………1 分 设电子打在荧光屏内范围的长度为 s，则 s=2(ym+y1)=(l+2L) …………………1 分 说明：对于第 3 问，若直接用“二级结论”，没有推导过程，即使结果正确，也要减 1 分。 16．（9 分） （1）天平两侧平衡，因此有 m1g= m0g+F ………………………………………1 分 可得：F= m1g-m0g=0.05N…………………1 分 F 的方向竖直向下，根据左手定则可判断出线框电流方向为顺时针…………………1 分 （2）线圈中电流的大小为：I=(E-U)/r=0.1A …………………1 分 根据电路规律：U=I(R1+R) …………………1 分 联立两式可得：R=4Ω…………………1 分 （3）矩形线圈下边所受安培力为：F=nBIl …………………2 分 将数值代入可得： B=F/nIl=0.5T …………………（1 分） 17．（9 分） (1) 对电子经 CA 间的电场加速时，由动能定理得 22 2 1)(2 1 mvkvmUe  ………………1 分 所需加速电压为 U=……………… 2 分 (2)电子在 CA 间磁场中做圆周运动时，其轨迹圆与金属网相切时，对应的磁感应强度为 BC。设 此轨迹圆的半径为 r，则 r vmevBc 2  ……………… 1 分 222)( arrb  解得 b abr 2 22  ……………… 1 分 解得最小磁感应强度为： eab bmvBc )( 2 22  ……………… 1 分 (3)设时间 t 内由 M 口射出的电子数为 n I= n=……………… 1 分 设时间 t 内从 A 中发射的电子数为 N N=n = ……………… 1 分 圆柱体 A 发射电子的功率为 P==……………… 1 分 方法二： 设单位时间内由 M 口射出的电子数为 n 则 I=ne……………… 1 分 设单位时间内由 A 发射出的电子数为 N 则 N=n……………… 1 分 圆柱体 A 发射电子的功率为 P=N=……………… 1 分 18．（10 分） （1）开关 K 置于 b 瞬间，流过金属滑块的电流： I= …………1 分 金属滑块受到安培力作用，由牛顿运动定律： BIL=ma，…………1 分 a= m/s2 …………1 分 （2） 设金属滑块做加速运动到最大速度时两端的电压为 U，电容器放电过程中的电荷量变化为Δq， 放电时间为Δt，流过金属滑块的平均电流为 I： 电容放电过程的电荷量变化Δq=C(E-U) …………1 分 金属滑块速度最大时，其两端电压 U=BLv 由电流定义有Δq=IΔt 在金属滑块运动过程中，由动量定理有 BILΔt=mv-0 …………1 分 联立以上各式，可得：v=40m/s …………1 分 方法二： 设任意时刻电路中的电流为 i，取一段含此时刻的极短时间△t，最大速度为 v，由动量定理得 … ………1 分 而 …………1 分 解得 v=40m/s…………1 分 b a M C a D v r O b-r r （3）a. 由 U=BLv 可知电容器两端最终电压 U=2V 由能量守恒定律有 …………1 分 解得：Q=400J …………1 分 b.因金属滑块做切割磁感线运动产生反电动势，由此使滑块中的自由电荷受到阻碍其定向运动 的洛伦兹力 f1（即阻力）；同时由于金属滑块中的自由电荷定向运动还使其受到洛伦兹力 f2。金属滑 块中的所有自由电荷所受 f2 的合力在宏观上表现为金属滑块的安培力。 由动能定理可知安培力做功 WF=………1 分 f1 与 f2 的合力即洛伦兹力 f 不做功。所以金属滑块运动过程中阻力 f1 所做的总功 W=–WF =–80J…………1 分