北京市海淀区2024-2025学年高三上学期1月期末物理试题

海淀区2024~2025学年第一学期期未练习参考答案及评分标准 高三物理 2025.01 第一部分共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。 题号 1 3 4 5 6 9 10 答案 BC AC BD AC BD BC CD 第二部分共8题，共20分。 11.(6分) (1)c (2)长；长 (3)见答图1 12.(9分) (1)甲 答图1 (2)1.0:80 (3)=:< 13.(8分) (1)在平行极板方向，粒子做匀速直线运动 在两极板间飞行时间 =台 (2)根据电势差与场强的关系 U=Ed 粒子受到电场力大小 F=gE 粒子在电场中的加速度大小 得 =盟 (3)在垂直于极板方向，粒子做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动，运动时间 为 粒子射出电场时偏离O0的距离 y5a2 2 可得 y= qUL 2mdo2 14.(8分) (1)带电的粒子在速度选择器中，受到洛伦兹力和静电力，根据二力平衡，可知匀强电 场的方向为垂直于极板向左 进入偏转分离器时，粒子受洛伦效力方向向左，由左手定则可知粒子带正电 (2)粒子能通过速度选择器，根据二力平衡 qToB=gE 得 =景 (3)粒子在偏转分离器中做匀速圆周运动的半径R=莞 根据牛顿第二定律 qoBa=mR 得 m=地马x 2E 15.(8分) (1)线圈产生感应电动势的最大值Em=nBoab·bc 得 E.=200V (2)根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值 Em In=R+r 从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，线圈内中感应电流瞬时值 i=Icos⑩l 得 1=2cos(4000A (3)通过电阻R的电流的有效值 1= 电阻R上产生的发热功率 P=I2R 得 P=180W 16.(9分) (1)由动能定理 eEd =Ex-0 得 Ex=eEd (2)a.稳定运行时，单位时间喷出的离子数为N% 根据电流的定义得 I=Noe b.消耗的功率 P=UI 2 两橘电极间电压 U=Ed 得 P=NoeEd (3)正确 设每个离子受到的静电力大小为 则 Fo=eE 设离子从遗电极A运动到栅电极B的时间为：根据运动学规律和牛顿第二定 律 d 栅电极A、B间离子总数N=N。 根据题目中的思路和牛顿第三定律得 F=N.Fo=Nov2dmeE 17.(10分) (1)设离子经加速电场加速后的速度为⑦， 根据动能定理 gu吃w 得 2qU 离子在漂移管中做匀速直线运动， 运动时间 T-L 联立可得离子的质量 m-2qUT2 (2)a.离子从开始加速到反射区速度为0的过程中 根据动能定理 qU-gEx=0 U 得 x-E 由上式可知，x与离子的比荷无关。 b。设标准离子的电荷量为q0、质量为m0, 则其比荷为 k=鱼 g 标准离子进入漂移管的速度大小 29=√2ko 离子在漂移管中来回做两段匀速直线运动， 每段匀速直线运动时间 1 离子在反射区中做匀减速和匀加速两段运动， 2号 每段运动时间 V2元= 离子的总飞行时间 T。=2%+) 得 -流+图）左 同理，未知离子的飞行总时间 =品+四}元 可得 -()” 18.(12分) (1)a.串联电路中，相同的量为“电流” b.根据电流的定义 1=2=neso 有 meSo1=n2eSv2 可得 9= v2 m 因为电流不变，所以将电子在两导体中运动视为匀速直线运动， 根据二力平衡有 eE=k10 eE2=k2V2 得 g=0=% k2v2 k2m (2)a,受力示意图见答图2： 拼接位置M处堆积的净剩电荷为负电荷： F 答图2 b。增大磁场会激发逆时针方向的涡旋电场 根据法拉第电磁感应定律（用ε表示电动势） e=02= 设导体环内涡旋电场的大小为E 根据电动势定义 eE=eE铜·2πr 可得 =受 根据串联的导体1和导体2中电流相等 有 meSv=meSv? 可得 =时 02 稳定状态下，两段导体中电子都做匀速运动 导体1中的电子 eE=eE+k0 导体2中的电子 eE渴十eE=kzD2 可得 E=10Ar海淀区2024一2025学年第一学期期末练习 高三物理 2025.01 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将一面积为S的单匝矩形线框置于竖直向上的匀强磁场中。已知磁感应强度 大小为B,线框与竖直方向夹角为，如图1所示。通过该矩形线框的磁通 量办为 A.、BS B. BS sin cos0 C.BS·sin0 D.BS·cos0 2.有一束连续电子流沿着三维直角坐标系的x轴正方向运动，如图2所示， 电子流在z轴上的P点处产生的磁场方向 A.沿y轴正方向 B.沿y轴负方向 C.沿z轴正方向 D,沿z轴负方向 图2 3.图3中虚线表示某静电场的等势面。A、B两点的电场强度大小分别为 4V 6V. E、Ea,一个带负电的粒子在A、B两点的电势能分别为E、EpB。下列判 8V B 10V 断正确的是 A.E<Eg B.E>E8 C.E Ep8 D.E>E 图3 4.用如图4所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。线圈A通过滑动变阻器和开 关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面。某同学在实 验操作中发现，开关闭合瞬间，电流表指针向左偏转。关于本实验，下列说法正确的是 A.开关断开瞬间，电流表指针向右偏转 B.为判断感应电流的磁场方向，需要记录感应电流的大小 C.为判断感应电流的磁场方向，需确定线圈B导线的绕向 D.感应电流的方向与滑动变阻器滑片的滑动快慢有关 高三年级（物理)第1页（共8页） 5.图5是理想变压器的示意图，原线圈与220V正弦式交流电源连接，副线圈通过导线与用电 器连接。输电线的总电阻用R,表示，变阻器R代表用电器。已知原、副线圈的匝数之比为 n:1。下列说法正确的是 A,原线圈输入电流与副线圈中的电流之比为n:1 AC B.原线圈输入电压与副线圈输出电压之比为n:1 C.当变阻器R的阻值减小时，副线圈中电流随之减小 图5 D.当变阻器R的阻值减小时，原线圈的输入功率随之增大 6.锂离子电池主要依靠锂离子(L)在正极和负极之间移动来工作。图6为锂电池原理的示意 图，某过程中锂离子从电池正极脱嵌，通过膈膜嵌入负极材料的微孔中。下列说法正确的是 A.锂电池储存的能量可以用mA·h作单位 正韧 极 B.图示过程中，锂电池内部电流由负极流向正极 C.图示过程表示锂电池正在充电 D.图示过程中，电池内部电场对锂离子的静电力做负功，将 其他形式能转化为电能 图6 7.如图7所示，间距为L的水平U型导体框置于竖直向下的匀强磁场中，U型导体框左端连接 一阻值为R的电阻。将一质量为m、电阻为r的导体棒b静置于导体框上。从某时刻开始， 对导体棒b施加一水平向右的恒定拉力F,使其沿导体框向右运动，经过时间1，导体棒恰好 运动至图中虚线位置，此时速度大小为⑦。已知磁感应强度大小为B,不计导体框的电阻、导 体棒与框间的摩擦。在此过程中 a A.导体棒中感应电流的方向为b→a B。导体摔的平均速度大小为号 C,通过电阻R的电荷量为？-m四 图7 BL D.电阻R上消耗的电能为B产Eo (R+rR 8.如图8甲所示的电路中，R,是可调电阻，R2是定值电阻，电源内阻不计。实验时调节R的阻 值，得到若干组电压和电流的数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的U-1图线如 图8乙所示。电压表和电流表均可视为理想电表。 ◆U∥V 4.0 下列说法正确的是 A.定值电阻R2=202 2.0 B.电源的电动势E=5.0V C.当干路电流为0.6A时，可调电阻R1=52 020.40.6iA D.可调电阻R,上消耗的最大功率为125W 图8 高三年级（物理）第2页（共8页） 9.如图9所示，将某种均匀电介质插入带电平行板电容器的极板A和极板B之间，本来正、负 电荷中心重合的分子，在两极板间电场的作用下，其正电荷中心与负电荷中心分离，在电介 质左、右表面出现净剩电荷。电容器极板上所带电荷量保持不变。下列说法正确的是 A.平行板电容器的极板A带正电 电介质 B.插入电介质后，两极板间的电场强度比无该电介质时小 C.插入电介质会使电容器的电容增大 ○333 D.插人电介质的过程中，静电力对电介质不做功 A 图9 10.为了测定某沿水平方向的匀强磁场的磁应强度（远大于地磁场的磁感应强度)，某同学在北 京地区利用如图10所示装置进行了如下操作： ①在水平地面放置的灵敏电子秤的绝缘托盘上，沿东西方向放置一根 金属直杆OA,杆的两端与外电源相连（图中未画出）： ②在杆内通以沿OA方向、大小为I的恒定电流后，绕O点沿逆时针改 图10 变杆的摆放角度，俯视图如图11甲所示； ③测量杆与正东方向的夹角0及对应的电子秤示数m,绘制出图11乙所示的m-日图 线，图线上的最大值和最小值分别为m,和m2,m,对应的角度为日（日<90°）。 已知杆的长度为L、重力加速度为g,下列说法正确的是 A.金属直杆的质量为m2 B.待测磁场的方向与正东方向的夹角为 C.待测磁场的磁感应强度大小为%-m)8 2IL D.若考虑地磁场，通过该方法测得的磁感应强度偏小 图11 第二部分 本部分共8题，共70分 11.(6分)某同学借助电流传感器和电压传感器，利用如图12所示电路观察电容器的充、放电 现象。实验时，先将开关S与1端相连，待电路稳定后，将开关S掷向2端，传感器将信息 传入计算机。 电流 传感器 传感器 R 图12 高三年级（物理）第3页（共8页） (1)将开关S与1端相连，观察到的电流、电压随时间变化的i-1图线、4-t图线，可能是 图13中的 日 图13 (2)该同学进一步研究影响电容器充电所用时间的因素。改变电路中的可调电阻的阻值R、电 容器的电容C,测量从充电开始至电压达到稳定所用时间1。表中为该同学得到的部分 实验数据。依据表中数据，能初步得出结论：仅增大电容器的电容，电容器充电用时 变 仅增大可调电阻的阻值，电容器充电用时变 。（选填“长”或“短”) 电源电动势EV 电容CuF 电阻R/2 充电用时s 6.0 2200 5 0.39 6.0 15000 5 1.23 6.0 15000 10 1.78 6.0 15000 15 2.24 6.0 22000 5 1.44 (3)待电路稳定后，将开关$掷向2端，研究电容器放电规 律。可调电阻阻值为R时，i-t图线如图14所示。保持 电源、电容器不变，在图14中，定性画出可调电阻阻值 为R2(R2>R1)时的i-1图线。 图14 12.(9分)某实验小组的同学用铜片、铝片和自来水制作成自来水电池。为了测量电池的电动势E 和内阻r,他们用数字电压表（内阻约10Ω）入电阻箱(0~999992)以及开关与该电池连接 成电路进行实验。 (1)若电压表内阻未知，应该选择的实验 电路是图15中的 。(选填 “甲”或“乙”) 图15 高三年级（物理）第4页（共8页） (2)按照图15设计的电路图连接电路后，调节电阻箱 方/()》 接入电路的阻值R,并同时记录数字电压表的读 10.0 7.5 数U。以为纵坐标、只为横坐标，建立直角坐 R 5.0 标系，描出数据点，拟合得到图16所示的图线。2.5 由此可以求得电池的电动势E= V,内 0 5.07.510.0 阻r=k2。(结果保留两位有效数字) R/(10-2-) 图16 (3)两位同学用图17所示电路测量电池的电动势和内阻。其中一位 同学用内阻为R的灵敏电流计测得电池的电动势E,和内阻”1 G 另一位同学更换内阻为R'(R'>R。,但R。和R'的精确值均未 知)的灵敏电流计完成实验，测得电动势E,和内阻2。从理论 图17 上分析，两组电动势和内阻测量值的大小关系：E一E2, 2。(选填“>”“<”或“=”) 13.（8分)如图18所示，有两个相同的平行金属极板水平正对放置，OO'为平行于极板的中线。 两极板间的距离为d,极板长度为L,两极板间的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带 正电粒子以初速度。沿OO射入电场，并从另一侧射出，两极 板间的电场可看作匀强电场。不计带电粒子的重力。求： (1)粒子在两极板间的飞行时间t: 00-------0 (2)粒子在电场中运动的加速度大小a; (3)射出电场时粒子偏离OO'的距离y。 图18 14.(8分)某种质谱仪的工作原理如图19所示，I区为粒子加速器；Ⅱ区为速度选择器，在两 平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应 强度大小为B,电场强度大小为E;Ⅲ区为偏转分离器，磁场的方向垂直纸面向外，磁感应 强度大小为B2。电荷量为q的粒子从电离室A中飘出（初速度不计），经I区电场加速后， 该粒子通过速度选择器并从狭缝S进入偏转分离器，运动半个圆周后打在照相底片上的D处 被吸收形成谱线，测得D到S的距离为x。 (1)判断Ⅱ区中匀强电场的方向、粒子的电性； (2)求粒子做匀速圆周运动的速度大小； (3)求粒子的质量m。 图19 高三年级（物理）第5页（共8页） 15.(8分)如图20所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd处于磁感应强度B=0.05T的匀强磁 场中，其边长ab=cd=50cm,bc=ad=20cm,匝数n=100(图中只画出1匝)，线圈的 总电阻r=102,线圈可绕垂直于磁场且过bc和ad边中点的转轴OO'以角速度0=400rad/s 匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起，并通过 电刷与阻值R=902的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)求线圈中感应电动势的最大值Em: (2)从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流1随时 间1变化的关系式； (3)求线圈转动过程中，电阻R上的发热功率P。 图20 16.（9分)利用离子推进器可以控制卫星姿态、修正运行轨道。图21为某种离子推进器中离子 加速区域的简化示意图，栅电极A、B分别为阳极和阴极，间距为。稳定运行时，可认为栅 电极A、B间有向右的匀强电场，场强大小为E。从阳极注入的带正电的氙离子经过电场加 速后形成正离子束，最终所有注入的氙离子以很高的速度沿同一方向从阴极喷出，由此对卫 星产生推力。已知每个氙离子的质量为m、电荷量为，初速度近似为零，单位时间注入的 氙离子数为N。不考虑氙离子间相互作用及相对论效应。 (1)求每个氙离子从阴极喷出时的动能E。 阳极 阴极 (2)氙离子的定向运动形成电流，求： A B a.阴极处喷出离子时形成的等效电流I。 ⊕ b.离子推进器加速氙离子所消耗的功率P。 (3)在计算推进器获得的推力大小时，某同学提出一⊕ :⊕ 种思路：通过求得栅电极A、B间所有氙离子所受 d 静电力之和，认为其大小等于所求推力大小。 图21 判断该思路是否正确。若正确，请按此思路计算出推力大小F;若不正确，请说明理由。 高三年级（物理）第6页（共8页） 17,(10分)科学家设计了飞行时间质谱仪，通过离子飞行的时间可以测量离子质量、比荷（电 荷量与质量之比)。如图22所示，一激光脉冲照射到样品板上O处，会瞬间产生一定数量不 同种类的带正电离子。离子在O处的初速度不计，经过电压为U的静电场加速后，射人长为L 的漂移管，在管中沿轴线作匀速直线运动。在漂移管的A、B两端分别置有探测装置，可测 得离子在漂移管中运动的时间。不考虑离子的重力以及离子间的相互作用。 (1)某种电荷量为q的离子在漂移管中的运动时间为T,求该离子的质量m。 激光脉冲 B 漂移管 品 板 L e一U制 图22 物 (2)加长离子的飞行时间可以提高质谱仪的分辨率，科学家们对上述装置进行了改进，方法 之一是增大离子的飞行路程。因此他们设计了如图23所示装置，让离子穿过漂移管后 进入场强大小为E、方向如图所示的匀强电场反射区域BC,在静电场的作用下离子会返 回到A端，探测器可测量离子从进入A端至首次返回A端的总飞行时间。 a.求反射区域BC的最小间距x;并说明x与离子比荷是否有关。 b.改进后的仪器测得一种已知比荷为k的标准离子的总飞行时间为T。,若测得某种未 知离子的总飞行时间为T,推导该未知离子的比荷k 激光脉冲 反射区城 漂移管 8 “-4。 L U 图23 高三年级（物理）第7页（共8页） 18.(12分)物理学家可以通过构建新模型、借助已有理论和逻辑推理，形成对微观世界的新认 识，如对光电效应、α粒子散射实验等现象的解释。 经典理论认为：①金属导体中自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分） 的碰撞，形成了自由电子定向移动的阻力，其大小为∫=知，k称为阻力系数，口为自由电子 定向移动的速率。②通电金属导线中，电场线总是与导线的表面平行。 已知元电荷为，忽略电子的重力及其热运动的影响，请借助上面的理论，通过构建模 型来解答以下问题。 (1)现有两种不同的金属材料1和2，材料对电子定向移动的阻力系数分别为k和(2，单位 体积内的自由电子数分别为n,和2。如图24甲所示，用这两种金属材料制成横截面积 相同、长度相同的两个圆柱形导体，将它们串联在一起接人电路，达到稳定时会有恒定 电流流过。 a.在电压、电流、电阻三个电学量中，写出稳定时两导体一定相同的物理量。 b.求稳定时两导体中的电场强度大小之比E::E2。 M 72 y 丙 图24 (2)测得(1)中的两种圆柱形导体的横截面积相同，将它们制成半径为r的两个半圆环，再 拼接成一个导体圆环（圆柱形导体截面的直径远小于圆环半径r),如图24乙所示，M、N 为拼接位置。已知k=2k2,n1=3m2。金属细圆环内部存在垂直于圆环平面向里的匀 强磁场，磁感应强度B随时间均匀增加，变化率为B,其激发的涡旋电场会推动电子开 始沿圆环运动。由于电子定向移动速率比较小，可忽略自由电子绕圆环运动所需的向心 力。经过短暂的时间后，电子的运动达到稳定状态。 a.在稳定状态下，导体1中某电子受到的涡旋电场力F满如图24丙所示，请补充完整 该电子受力的示意图；并判断拼接位置M处堆积的净剩电荷的电性。 b.求稳定状态下，导体1中的静电场场强大小E。 高三年级（物理）第8页（共8页）