北京市海淀区2021届高三上学期物理期末自测试卷

更新时间：2021-03-04 浏览次数：134 类型：期末考试

一、多选题

1. (2020高三上·海淀期末) 某电场的电场线分布如图所示，电场中有A、B两点，则以下判断正确的是（）

A . A点的场强大于B点的场强，B点的电势高于A点的电势 B . 若将一个电荷由A点移到B点，电荷克服电场力做功，则该电荷一定为负电荷 C . 一个负电荷处于A点的电势能大于它处于B点的电势能 D . 若将一个正电荷由A点释放，该电荷将在电场中做加速度减小的加速运动

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2. (2020高三上·海淀期末) 如图所示，将一个半径为 $\text{[math]}$ 的不带电的金属球放在绝缘支架上，金属球的右侧与球心等高处放置一个电荷量为 $\text{[math]}$ 的点电荷， $\text{[math]}$ 到金属球表面的最近距离也为 $\text{[math]}$ ．由于静电感应，金属球上将产生感应电荷．设静电力常量为 $\text{[math]}$ ，则关于金属球内的电场以及感应电荷的分布情况，以下说法中正确的是（）

A . 电荷 $\text{[math]}$ 与感应电荷在金属球内任何位置激发的电场强度都是等大且反向的 B . 感应电荷在金属球球心处激发的电场强度 $\text{[math]}$ ，方向水平向右 C . 感应电荷全部分布在金属球的表面上 D . 金属球右侧表面的电势高于其左侧表面

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3. (2020高三上·海淀期末) 如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D₁、D₂和D₃是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在t=0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t₁时刻断开开关S。规定电路稳定时流过D₁、D₂的电流方向为正方向，分别用I₁、I₂表示流过D₁和D₂的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是（）

A . B . C . D .

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4. (2020高三上·海淀期末) 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路，电路中电表均为理想电表．当调节滑动变阻器R ，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0V；重新调节R ，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．则当这台电动机正常运转时（）

A . 电动机的内阻为2Ω B . 电动机的内阻为7.5Ω C . 电动机的输出功率为30W D . 电动机的输出功率为22W

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5. (2020高三上·海淀期末) 利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U_CD ，下列说法中正确的是（）

A . 电势差U_CD仅与材料有关 B . 若霍尔元件的载流子是自由电子则电势差U_CD<0 C . 仅增大磁感应强度时电势差U_CD的大小会变大 D . 在测定地球赤道上方的地磁场磁感应强度强弱时，元件的工作面应保持水平

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6. (2020高三上·海淀期末) 图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连， $\text{[math]}$ 为滑动头．现令 $\text{[math]}$ 从均匀密绕的副线圈最低端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯 $\text{[math]}$ 两端的电压等于其额定电压为止．用 $\text{[math]}$ 表示流过原线圈的电流， $\text{[math]}$ 表示流过灯泡的电流， $\text{[math]}$ 表示灯泡两端的电压， $\text{[math]}$ 表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值，电功率指平均值）．下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是（）

A . B . C . D .

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二、单选题

7. (2020高三上·海淀期末) 在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R₀为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是（）

A . 伏特表V示数将减小 B . 灯泡L将变亮 C . 电容器C的电容将减小 D . 电容器C的电荷量将增大

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8. (2020高三上·海淀期末) 如图甲所示，在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个不变形的铜圆环，规定从上向下看时，铜环中的感应电流I沿顺时针方向为正方向，规定竖直向上为磁场的正方向。图乙表示铜环中的感应电流I随时间t变化的图象，则磁场B随时间t变化的图象可能是图中的（）

A . B . C . D .

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9. (2020高三上·海淀期末) 图为某一电源的路端电压U与干路电流I之间的关系曲线，由图可知（）

A . 电源的电动势为2.0V B . 电源的短路电流为0.4A C . 电源最大功率为0.8W D . 电源外电路接一滑动变阻器时，调节滑动变阻器的阻值，电源最大输出功率为0.2W

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10. (2020高三上·海淀期末) 有一种“电磁动力小火车”玩具，一节干电池与两块钕铁硼强磁铁紧密相连置于裸铜导线（表面没有绝缘层）绕成的螺线管内部，两块磁铁与铜导线接触良好，实验发现，如果没有干电池的“﹢”“-”极与两块磁铁的“N”“S”极排布如图所示，则干电池与磁铁组成的“小火车”就会按照图中“运动方向”在螺线管内运动起来，关于小火车的运动，下列判断正确的是（）

A . 驱动“小火车”运动的动力来自于两块磁铁之间的相互排斥力 B . 其他材料不变，只将干电活的“+”“-”极左右对调，则“小火车”运动方向变为向右运动 C . 其他材料不变，改用旧的于电池。则“小火车”运动速度一定变大 D . 其他材料不变，只增加两境磁缺数量（两端“N”“S”极排布方向不变），则“小火车”运动速度一定变大

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三、实验题

11. (2020高三上·海淀期末) 做“测量金属丝的电阻率”实验。
1. （1）用螺旋测微器测量金属丝直径，示数如图甲所示，则金属丝直径的测量值d=mm。
2. （2）在设计测量金属丝电阻Rx的实验电路时需要思考两个问题：
  ①如何选择电流表的接法？
  
  如图乙所示，某同学采用试触的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数没有明显变化。据此应该选择电流表（填写“内接”或“外接”）的电路。
  
  ②如何选择滑动变阻器的接法？
  
  已知待测金属丝的电阻约为20Ω，实验室提供的滑动变阻器的最大阻值为5Ω，电源电动势为3V，需要选择滑动变阻器的(填写“分压式”或“限流式”) 接法。
3. （3）图丙是测量金属丝电阻的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的最左端。请根据（2）中选择的电路，完成实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表和电流表均处于安全状态。
4. （4）请你写出金属丝电阻率的计算式（用待测金属丝电阻的测量值R_x、直径的测量值d、长度的测量值L表示）。
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12. (2020高三上·海淀期末) 研究电容器的充放电过程：
1. （1）电容器充电后，断开开关S，若增大两板的距离，下列说法正确的是___________。
  
  A . 平行板电容器的电容变大 B . 平行板电容器极板的电量变大 C . 平行板电容器两板间的电势差变大 D . 平行板电容器两板间的的电场强度变大
2. （2）如图，调节可变电阻R使其阻值分别为R_a和R_b ，对电容器进行充电（充电前电容器均不带电）。C表示该电容器的电容，U表示电容器两极板的电势差，Q表示电容器带电量，E_P表示电容器所存储的电能，I表示电容器充电过程中流经电阻的电流，t表示充电时间，若已知电源的电动势保持不变，其内阻忽略不计，R_a<R_b。以下描绘a、b两个充电过程的图像，合理的是___________。
  
  A . B . C . D .
3. （3）用如图2所示的电路研究电容器的放电过程其中电压传感器相当于一个理想电压表，可以显示电阻箱两端电压随时间的变化关系。实验时将电阻箱R的阻值调至2000 $\text{[math]}$ ，将开关S拨到a端，电源向电容器充电，待电路稳定后，将电压传感器打开，再将开关S拨到b端，电容器通过电阻箱放电。以S拨到b端时为t=0时刻，电压传感器测得的电压U随时间t变化图像如图3所示。忽电压传略导线及开关的电阻，且不考虑电路的辐射问题。
  
  ①电容器所带电荷量的最大值为C；
  
  ②在图4上定量画出放电过程中电容器两端电压U随电荷量Q变化的关系图像，并据此求出在电容器充电过程中电源内部产生的热量为J。
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四、解答题

13. (2020高三上·海淀期末) 如图所示，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 $\text{[math]}$ =37°，空气阻力不计，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s²。
1. （1）求该电场场强大小；
2. （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. （3）若规定A点电势为0，求带电小球在B点时的电势能。
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14. (2020高三上·海淀期末) 如图所示，两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置，它们所构成的轨道平面与水平面之间的夹角θ＝37°，两轨道之间的距离L＝0.50m．一根质量m＝0.20kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，且接触良好，整套装置处于与ab棒垂直的匀强磁场中．在导轨的上端接有电动势E＝36V、内阻r＝1.6Ω的直流电源和电阻箱R．已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g＝10m/s² ．
1. （1）若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计，当电阻箱接入电路中的电阻R₁＝2.0Ω时，金属杆ab静止在轨道上．
  ①如果磁场方向竖直向下，求满足条件的磁感应强度的大小；
  
  ②如果磁场的方向可以随意调整，求满足条件的磁感应强度的最小值及方向；
2. （2）如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略，整套装置处于垂直于轨道平面斜向下、磁感应强度大小B＝0.40T的匀强磁场中，当电阻箱接入电路中的电阻值R₂＝3.4Ω时，金属杆ab仍保持静止，求此时金属杆ab受到的摩擦力f大小及方向．
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15. (2020高三上·海淀期末) 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1 $\text{[math]}$ ，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度 $\text{[math]}$ rad/s，外电路电阻R=4 $\text{[math]}$ 。求：
1. （1）转动过程中感应电动势的最大值；
2. （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60°角的过程中流经线框的电荷量；
3. （3）交流电压表的示数；
4. （4）线圈转动半周期的过程中外力做的功。
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16. (2023高二上·北京市月考) 示波器中的示波管对电子的偏转是电偏转，电视机中的显像管对电子的偏转是磁偏转．小明同学对这两种偏转进行了定量的研究并做了对比，已知电子的质量为m、电荷量为e，在研究的过程中空气阻力和电子所受重力均可忽略不计．
1. （1）如图甲所示，水平放置的偏转极板的长度为l，板间距为d，极板间的偏转电压为U，在两极板间形成匀强电场．极板右端到竖直荧光屏MN的距离为b，荧光屏MN与两极板间的中心线O₁O₁′垂直．电子以水平初速度v₀从两极板左端沿两极板间的中心线射入，忽略极板间匀强电场的边缘效应，求电子打到荧光屏上时沿垂直于极板板面方向偏移的距离；
2. （2）如图乙所示，圆心为O₂、半径为r的水平圆形区域中有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，与磁场区域右侧边缘的最短距离为L的O₂＇处有一竖直放置的荧光屏PQ，荧光屏PQ与O₂O₂＇连线垂直．今有一电子以水平初速度v₀从左侧沿O₂O₂＇方向射入磁场，飞出磁场区域时其运动方向的偏转角度为α（未知）．请求出 $\text{[math]}$ 的表达式；
3. （3）对比第（1）、（2）问中这两种偏转，请从运动情况、受力情况、能量变化情况等角度简要说明这两种偏转的不同点是什么？（至少说出两点）
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17. (2020高三上·海淀期末) 某种粒子加速器的设计方案如图19所示，M、N为两块垂直于纸面旋转放置的圆形正对平行金属板，两金属板中心均有小孔（孔的直径大小可忽略不计），板间距离为h．两板间接一直流电源，每当粒子进入M板的小孔时，控制两板的电势差为U，粒子得到加速，当粒子离开N板时，两板的电势差立刻变为零．两金属板外部存在着上、下两个范围足够大且有理想平面边界的匀强磁场，上方磁场的下边界cd与金属板M在同一水平面上，下方磁场的上边界ef与金属板N在同一水平面上，两磁场平行边界间的距离也为h，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B．在两平行金属板右侧形成与金属板间距离一样为h的无电场、无磁场的狭缝区域．一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板小孔处无初速度释放，粒子在MN板间被加速，粒子离开N板后进入下方磁场中运动．若空气阻力、粒子所受的重力以及粒子在运动过程中产生的电磁辐射均可忽略不计，不考虑相对论效应、两金属板间电场的边缘效应以及电场变化对于外部磁场和粒子运动的影响．
1. （1）为使带电粒子经过电场加速后不打到金属板上，请说明圆形金属板的半径R应满足什么条件；
2. （2）在ef边界上的P点放置一个目标靶，P点到N板小孔O的距离为s时，粒子恰好可以击中目标靶．对于击中目标靶的粒子，求：
  ①其进入电场的次数n；
  
  ②其在电场中运动的总时间与在磁场中运动的总时间之比．
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18. (2020高三上·海淀期末) 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置，不同的电源非静电力做功的本领有所不同，物理学中用电动势来描述电源的这种特性。
1. （1）如图所示，固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属框两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下，沿框架以速度v向右做匀速直线运动，运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量为-e。
  ①请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势 $\text{[math]}$ ；
  
  ②在金属棒产生电动势的过程中，请说明是什么力充当非静电力，并求出这个非静电力F的大小。
2. （2）科学家发现导体两端的温度差也能产生电动势，这种电动势称为温差电动势。我们用图乙所示的简化模型来分析。一段长度为L的直导线AB沿Ox轴放置，A端位于坐标原点处。与恒温热源接触后，A端温度恒为T₁ ， B端温度恒为T₂（T₂<T₁）。假定导线上相同位置处的温度相同，不同位置处的温度沿x方向均匀变化，导线形状随温度的变化忽略不计。
  ①若温差电动势的大小与导线两端的温度差成正比，比例系数为s_AB ，求导线AB两端的电动势 $\text{[math]}$ ；
  
  ②从微观上来看，可认为：温度越高，金属离子（即原子失去自由电子后的剩余部分）热运动的平均动能越大，与之相比，自由电子热运动平均动能随温度的变化可以忽略不计。如图乙所示，取导线中长为△x的一个薄层，自由电子受到左侧金属离子的碰撞比右侧的强，薄层两端就形成了压强差，自由电子会发生定向运动。已知薄层两端的压强差与其两端的温度差成正比，且比例系数为nk，n为单位体积内的自由电子数（假设导线中各处n都相同）k为常数。导线AB的横截面积为S，电荷量为-e，忽略自由电子与金属离子之间及自由电子彼此间的库仑作用。请利用自由电子的受力特点，结合电动势的定义式，推导得出温差电动势的表达式。
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