精品解析：北京市第一六一中学2024-2025学年高三下学期开学考试物理试题

北京一六一中学2024—2025学年度第二学期开学测试 高三物理试卷 班级________ 姓名________ 学号________ 考生须知 1.本试卷共5页，满分100分，考试时长90分钟。 2.试题答案一律书写在答题纸上，在试卷上作答无效。 3.在答题纸上，选择题用2B铅笔作答，非选择题用黑色字迹签字笔作答。 4.考试结束后，将答题纸、试卷和草稿纸一并交回。 一、单项选择题：本大题共14道小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目的要求。把正确答案涂写在答题卡上相应的位置上。 1. 如图所示，运动员在攀登峭壁的过程中，通过手、脚与岩壁、绳索间的相互作用来克服自身的重力。若图片所示时刻运动员保持静止，则运动员（　　） A. 只受到重力和拉力的作用 B. 一定受到岩石施加的支持力 C. 一定受到岩石施加的静摩擦力 D. 所受到的合力竖直向上 2. 用如图所示的装置进行“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验。力传感器固定在铁架台上，物块放置在粗糙的水平长木板上，用沿水平方向的细线将物块系在传感器的挂钩上。水平向左拉动木板，在木板向左运动的过程中，物块相对于地面保持静止，传感器的示数为，由此可推断出（　　） A. 物块A受到的滑动摩擦力大小为，方向水平向右 B. 物块A受到的滑动摩擦力大小为，方向水平向左 C. 木板受到地面的滑动摩擦力大小为，方向水平向右 D. 木板受到地面的滑动摩擦力大小为，方向水平向左 3. 如图所示电路中，电源电动势为6V。电路元件均正常，开关S处于断开状态，用多用电表的10V直流电压挡的红表笔始终连接在A点，用黑表笔依次接触电路中的B、C、D、E各点，依次对应的示数正确的是（　　） A. 0V、0V、0V、0V B. 6V、6V、6V、0V C. 0V、0V、0V、6V D. 6V、6V、6V、6V 4. 一列沿x轴传播的简谐横波，某时刻波形如图1所示，以该时刻为计时零点，x=2m处质点的振动图像如图2所示。根据图中信息，下列说法正确的是（　　） A. 波的传播速度v=0.1m/s B. 波沿x轴负方向传播 C. t=0时，x=3m处的质点加速度为0 D. t=0.2s时x=3m处的质点位于y=10cm处 5. 我国发射的“天和”核心舱距离地面的高度为h，运动周期为T，绕地球的运动可视为匀速圆周运动。已知万有引力常量为G，地球半径为R，根据以上信息可知（　　） A. 地球的质量 B. 核心舱的质量 C. 核心舱的向心加速度 D. 核心舱的线速度 6. 电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（ ） A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B. 家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C. 简易电磁炉工作时，利用线圈产生的自感现象来加热水 D. 仅增大简易电磁炉交流电的频率，可以缩短水达到沸腾的时间 7. 应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一苹果，保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果从最低点a到最左侧点b运动的过程，下列说法中正确的是（　　） A. 苹果先处于超重状态后处于失重状态 B. 手掌对苹果的摩擦力越来越大 C. 手掌对苹果的支持力越来越大 D. 苹果所受的合外力保持不变 8. 用试探电荷可以探测电场中场强和电势的分布情况。如图甲所示，两个被固定的点电荷连线的延长线上有a、b两点，带正电。试探电荷仅受电场力作用，时刻从b点沿着ba方向运动，时刻到达a点，其v-t图像如图乙所示，根据图像，下列判断正确的是（ ） A. 带正电 B. 沿ba连线电势先减小后增大 C. 场强为零的点在b点和a点之间 D. 试探电荷在b点电势能比a点电势能大 9. 甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为、，它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转电场方向垂直，如图所示。粒子重力不计。则甲、乙两粒子（  ） A. 进入偏转电场时的速度大小之比为1：2 B. 离开偏转电场时的动能之比为1：1 C. 在偏转电场中运动的时间相同 D. 离开偏转电场时的速度方向不同 10. 如图所示，真空区域内有宽度为d、 磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，MN、PQ 是磁场的边界。质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子（不计重力），沿着与MN夹角θ为30°的方向以某一速度射入磁场中，粒子恰好未能从PQ边界射出磁场。下列说法不正确的是（　　） A. 可求出粒子在磁场中运动的半径 B. 可求出粒子在磁场中运动的加速度大小 C. 若仅减小射入速度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短 D. 若仅增大磁感应强度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短 11. 利用如图电路测量电池的电动势E和内阻r时，通过调节电阻箱R的阻值，记录相应电流表示数I，根据 U=IR 算出相应路端电压值。若利用U-I图像分析由电流表内电阻引起的实验误差，在下图中，实线是根据实验数据（U=IR）描点作图得到的U-I图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像 （没有电流表内电阻影响的理想情况）。下列图像中正确的是（　　） A. B. C D. 12. 2023年7月，由中国科学院研制的电磁弹射实验装置启动试运行，该装置在地面构建微重力实验环境，把“太空”搬到地面。实验装置像一个“大电梯”，原理如图所示，在电磁弹射阶段，电磁弹射系统推动实验舱竖直向上加速运动至A位置，撤除电磁作用。此后，实验舱做竖直上抛运动，到达最高点后返回A位置，再经历一段减速运动后静止。某同学查阅资料了解到：在上述过程中的某个阶段，忽略阻力，实验舱处于完全失重状态，这一阶段持续的时间为4s，实验舱的质量为500kg。他根据上述信息，取重力加速度，做出以下判断，其中正确的是（ ） A. 实验舱向上运动的过程始终处于超重状态 B. 实验舱运动过程中的最大速度为40m/s C. 向上弹射阶段，电磁弹射系统对实验舱做功大于 D. 向上弹射阶段，电磁弹射系统对实验舱的冲量等于 13. 如图所示为著名“阿特伍德机”装置示意图。跨过轻质定滑轮的轻绳两端悬挂两个质量均为M的物块，当左侧物块附上质量为m的小物块时，该物块由静止开始加速下落，下落h后小物块撞击挡板自动脱离，系统以v匀速运动。忽略系统一切阻力，重力加速度为g。若测出v，则可完成多个力学实验。下列关于此次实验的说法，正确的是（　　） A. 系统放上小物块后，轻绳的张力增加了mg B. 可测得当地重力加速度g＝ C. 要验证机械能守恒，需验证等式mgh＝Mv2，是否成立 D. 要探究合外力与加速度的关系，需探究mg＝(M＋m)是否成立 14. 在现代研究受控热核反应的实验中，需要把的高温等离子体限制在一定空间区域内，这样的高温下几乎所有作为容器的固体材料都将熔化，磁约束就成了重要的技术。如图所示，科学家设计了一种中间弱两端强的磁场，该磁场由两侧通有等大同向电流的线圈产生。假定一带正电的粒子（不计重力）从左端附近以斜向纸内的速度进入该磁场，其运动轨迹为图示的螺旋线（未全部画出）。此后，该粒子将被约束在左右两端之间来回运动，就像光在两个镜子之间来回“反射”一样，不能逃脱。这种磁场被形象地称为磁瓶，磁场区域的两端被称为磁镜。 根据上述信息并结合已有的知识，可以推断该粒子（　　） A. 从左端到右端的运动过程中，沿磁瓶轴线方向的速度分量逐渐变小 B. 从靠近磁镜处返回时，在垂直于磁瓶轴线平面内的速度分量为最大值 C. 从左端到右端的运动过程中，其动能先增大后减小 D. 从左端到右端的运动过程中，其运动轨迹的螺距先变小后变大 二、实验题：本大题共2小题，共18分。把正确答案填在答题纸中相应的位置上。 15. 实验小组的同学们通过实验测量一段金属电阻丝的电阻率。 （1）取一段金属电阻丝连接到图甲所示电路中，测出其电阻R。再测出其长度l和直径d，就可以计算出所用材料的电阻率，即________； （2）用螺旋测微器测量金属电阻丝的直径。其中某次测量结果如图乙所示，其读数应为________mm； （3）图丙中已经根据图甲电路连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的最左端，请完成实物间的连线。 （4）正确连接电路后，测量电压U和电流I，实验数据记录如下： 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 100 1.50 1.70 2.30 I/A 002 0.06 0.16 0.22 0.34 0.46 0.52 实验小组的同学在坐标纸上建立坐标系，如图丁所示，图中已标出了与测量数据对应的6个坐标点。请你在图丁中标出余下一组数据的对应点，并描绘出U－I图线________，求出电阻的阻值________。（保留3位有效数字） 16. 某同学做“探究平抛运动的特点”实验。 （1）该同学先用图1所示的器材进行实验。他用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，改变小球距地面的高度和打击小球的力度，多次重复实验，均可以观察到A、B两球同时落地。关于本实验，下列说法正确的是（ ） A．实验现象可以说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 B．实验现象可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 C．实验现象可以同时说明平抛运动在两个方向上的运动规律 （2）为了在（1）实验结论的基础上进一步研究平抛运动的规律，该同学用图2所示的器材继续进行实验，描绘出小球做平抛运动的轨迹。如图3所示，以小球的抛出点O为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立坐标系。该同学在轨迹上测量出A、B、C三点的坐标分别为、和。如果坐标满足___________关系，说明小球抛出后在O、A、B、C相邻两点间运动经历了相等的时间间隔。同时，如果坐标还满足___________关系，那么证明小球的水平分运动是匀速直线运动。 （3）某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置。如图4所示，在一个较高的塑料筒侧壁靠近底部的位置钻一个小孔，在小孔处沿水平方向固定一小段吸管作为出水口。将塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中装入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，测量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在实验测量的过程中，该同学发现测量水柱的水平射程x时，若测量读数太慢，x的数值会变化。 a.请分析水平射程x的数值变化的原因。（ ） b.为了减小实验误差，应选用直径较大的容器，还是直径较小的容器？请说明判断依据。（ ） 三、计算题：本大题共4道小题，共40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。把正确答案写在答题卡相应的位置上。 17. 如图所示，用不可伸长的轻绳将物块a悬挂于O点。现将轻绳拉至水平，将物块a由静止释放。当物块a运动至最低点时，恰好与静止在水平面上的物块b发生完全弹性碰撞。碰撞后物块b在水平面上滑行一段距离后停下来。已知轻绳的长度为L，物块a的质量为m，物块b的质量为3m，a、b均可视为质点，重力加速度大小为g，不计空气阻力的影响。 (1)求碰撞前瞬间，轻绳对物块a拉力大小； (2)求碰撞后瞬间，物块b的速度大小； (3)有同学认为：两物块碰撞后，物块b在水平面上滑行一段距离后停下来，是因为碰撞后没有力来维持它的运动。你认为这种说法是否正确，并说明你的理由。 18. 有关列车电气制动，可以借助如图所示模型来理解，图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，导轨间距为L，磁场的磁感应强度为B，金属棒MN的质量为m，导轨右端接有阻值为R的电阻，金属棒接入电路部分的电阻为r，导轨的电阻不计。MN在安培力作用下向右减速运动的过程对应于列车的电气制动过程，金属棒MN开始减速时的初速度为v0。 （1）求开始减速时： ①导体棒两端的电压U。 ②安培力的功率P。 （2）在制动过程中，列车还会受到轨道和空气阻力的作用，为了研究问题方便，设这些阻力总和大小恒定，对应于棒受到的大小恒定的摩擦阻力f，在金属棒的速度从v0减至的过程中，金属棒的位移大小为x。求该过程中电路中产生的焦耳热Q。 19. 目前正在运转的我国空间站天和核心舱，搭载了一种全新的推进装置——霍尔推力器。其工作原理简化如下：由阴极逸出（初速度极小）的一部分电子进入放电室后，在电场力与磁场力的共同作用下被束缚在一定的区域内，与推进剂工质（氙原子）发生碰撞使其电离；电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力作用下的直线运动，并最终被高速喷出，霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整，开启霍尔推力器，电离后的氙离子初速度为0，经电压为U的电场加速后高速喷出，单位时间内喷出氙离子的数目为N，已知一个氙离子的质量为m，电荷量为q，忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，求： （1）氙离子喷出加速电场的速度v及其所形成的等效电流为I； （2）霍尔推力器获得的平均推力大小F； （3）可以用离子推进器工作过程中产生的推力与电压为U的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况．通过计算说明，如果要增大S可以采取哪些措施。 20. 图甲是某科技馆的一件名为“最速降线”的展品，在高度差一定的不同光滑轨道中，小球滚下用时最短的轨道叫做最速降线轨道。取其中的“最速降线”轨道Ⅰ和直线轨道Ⅱ进行研究，如图乙所示，两轨道的起点M高度相同，终点N高度也相同，轨道Ⅰ的末端与水平面相切于N点，轨道Ⅱ末端与水平面平滑连接。若将两个完全相同的小球a和b分别放在Ⅰ、Ⅱ两轨道的起点M，同时由静止释放，发现在Ⅰ轨道上的小球a先到达终点。已知M距离地面的高度为H，两个小球的质量都为m，重力加速度为g，不考虑小球的滚动影响； （1）忽略各种阻力，求小球沿Ⅰ轨道运动到最N点的速度大小； （2）若考虑轨道摩擦力的影响，设小球和轨道间的滑动摩擦因数为，Ⅱ轨道的倾角为θ a.求小球沿Ⅱ轨道下落到N点的过程中，克服摩擦力做的功； b.试比较两小球从M运动N过程中克服摩擦力做功的大小； c.请设计出可行的实验方案来验证你上一问的结论，简要说明实验方案的思路以及对应的实验结果。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北京一六一中学2024—2025学年度第二学期开学测试 高三物理试卷 班级________ 姓名________ 学号________ 考生须知 1.本试卷共5页，满分100分，考试时长90分钟。 2.试题答案一律书写在答题纸上，在试卷上作答无效。 3.在答题纸上，选择题用2B铅笔作答，非选择题用黑色字迹签字笔作答。 4.考试结束后，将答题纸、试卷和草稿纸一并交回。 一、单项选择题：本大题共14道小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目的要求。把正确答案涂写在答题卡上相应的位置上。 1. 如图所示，运动员在攀登峭壁过程中，通过手、脚与岩壁、绳索间的相互作用来克服自身的重力。若图片所示时刻运动员保持静止，则运动员（　　） A. 只受到重力和拉力的作用 B. 一定受到岩石施加的支持力 C. 一定受到岩石施加的静摩擦力 D. 所受到的合力竖直向上 【答案】B 【解析】 【详解】ABC．根据图示照片可知运动员一定受到重力、绳子的拉力与岩石的支持力，无法确定是否受到摩擦力的作用，B正确，AC错误； D．运动员保持静止，处于平衡态，所以运动员所受合力为零，D错误。 故选B。 2. 用如图所示的装置进行“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验。力传感器固定在铁架台上，物块放置在粗糙的水平长木板上，用沿水平方向的细线将物块系在传感器的挂钩上。水平向左拉动木板，在木板向左运动的过程中，物块相对于地面保持静止，传感器的示数为，由此可推断出（　　） A. 物块A受到的滑动摩擦力大小为，方向水平向右 B. 物块A受到的滑动摩擦力大小为，方向水平向左 C. 木板受到地面的滑动摩擦力大小为，方向水平向右 D. 木板受到地面的滑动摩擦力大小为，方向水平向左 【答案】B 【解析】 【详解】AB．当水平向左拉动木板时，物块 A 相对于地面静止，此时物块A处于平衡状态。物块A在水平方向受到细线向右的拉力（力传感器的示数）和木板对它的滑动摩擦力。根据二力平衡条件，这两个力大小相等、方向相反。已知力传感器示数为 2.2N（方向向右），所以物块A受到的滑动摩擦力大小为 2.2N，方向水平向左，故A错误，B正确； CD．木板相对于地面向左运动，故地面给木板的滑动摩擦力水平向右，由于不知道地面与木板间的动摩擦因数和物块A与木板重力，故无法计算出地面给木板的滑动摩擦力大小，故CD错误。 故选B。 3. 如图所示电路中，电源电动势为6V。电路元件均正常，开关S处于断开状态，用多用电表的10V直流电压挡的红表笔始终连接在A点，用黑表笔依次接触电路中的B、C、D、E各点，依次对应的示数正确的是（　　） A. 0V、0V、0V、0V B. 6V、6V、6V、0V C. 0V、0V、0V、6V D. 6V、6V、6V、6V 【答案】B 【解析】 【详解】当黑表笔依次接触电路中的B、C、D点时，电源与电压表串联，其示数均等于电源电动势6V，当黑表笔接触E点时，电压表与电源断开，电压表示数为零。 故选B。 4. 一列沿x轴传播的简谐横波，某时刻波形如图1所示，以该时刻为计时零点，x=2m处质点的振动图像如图2所示。根据图中信息，下列说法正确的是（　　） A. 波的传播速度v=0.1m/s B. 波沿x轴负方向传播 C. t=0时，x=3m处的质点加速度为0 D. t=0.2s时x=3m处的质点位于y=10cm处 【答案】D 【解析】 【详解】A．由图1可得，波的波长为 由图2可得，波的周期为 所以，波速为 故A错误； B．由图2可得，时，处质点向y轴正方向振动，根据“同侧法”，波的传播方向为沿x轴正方向，故B错误； C．由图1可得，时，处的质点在负向最大位移处，则该质点的加速度为正向最大，故C错误； D．时，质点振动时间为 处的质点振动半个周期，由负向最大位移振动到正向最大位移处，即位移为 故D正确。 故选D。 5. 我国发射的“天和”核心舱距离地面的高度为h，运动周期为T，绕地球的运动可视为匀速圆周运动。已知万有引力常量为G，地球半径为R，根据以上信息可知（　　） A. 地球的质量 B. 核心舱的质量 C. 核心舱的向心加速度 D. 核心舱的线速度 【答案】A 【解析】 【详解】AB．根据 解得地球的质量 但不能求解核心舱的质量，选项A正确，B错误； C．核心舱的向心加速度 选项C错误； D．核心舱的线速度 选项D错误。 故选A。 6. 电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（ ） A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B. 家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C. 简易电磁炉工作时，利用线圈产生的自感现象来加热水 D. 仅增大简易电磁炉交流电的频率，可以缩短水达到沸腾的时间 【答案】D 【解析】 【详解】AC．家用电磁炉工作时，通过金属杯的磁通量发生变化，金属杯产生的涡流，利用涡流来加热食物或者水，是互感现象，AC错误； B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷不能产生涡流，金属锅能产生涡流，B错误； D．仅增大简易电磁炉交流电的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短水达到沸腾的时间，D正确。 故选D。 7. 应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一苹果，保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果从最低点a到最左侧点b运动的过程，下列说法中正确的是（　　） A. 苹果先处于超重状态后处于失重状态 B. 手掌对苹果的摩擦力越来越大 C. 手掌对苹果的支持力越来越大 D. 苹果所受的合外力保持不变 【答案】B 【解析】 【详解】A．苹果做匀速圆周运动，从a到b的过程中，加速度在竖直方向上有向上的加速度，可知苹果处于超重状态，故A错误； B．从a到b的过程中，加速度大小不变，加速度在水平方向上的分加速度逐渐增大，根据牛顿第二定律知，摩擦力越来越大，故B正确； C．从a到b的过程中，加速度大小不变，加速度在竖直方向上的加速度逐渐减小，方向向上，根据FN-mg=may可知支持力越来越小，故C错误； D．苹果做匀速圆周运动，合力大小不变，方向始终指向圆心，故D错误。 故选B。 8. 用试探电荷可以探测电场中场强和电势的分布情况。如图甲所示，两个被固定的点电荷连线的延长线上有a、b两点，带正电。试探电荷仅受电场力作用，时刻从b点沿着ba方向运动，时刻到达a点，其v-t图像如图乙所示，根据图像，下列判断正确的是（ ） A. 带正电 B. 沿ba连线电势先减小后增大 C. 场强为零的点在b点和a点之间 D. 试探电荷在b点电势能比a点电势能大 【答案】C 【解析】 【详解】A．由图乙可知试探电荷先做减速运动，则b点的电场强度方向为ab方向，故带负电，A错误； B．试探电荷从b点向a点运动过程中，电场力先做负功，后做正功，电势能先增大后减小，沿ba连线电势先增大后减小，B错误； C．图象的斜率表示加速度，可知a点和b点间某处加速度为零，试探电荷受到的电场力为零，场强为零的点在a点和b点间某处，C正确； D．试探电荷从b点到a点，只有电场力做功，所以电势能与动能之和不变，试探电荷在b点的动能大，所以试探电荷在b点的电势能小，D错误。 故选C。 9. 甲、乙两个带电粒子电荷量和质量分别为、，它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转电场方向垂直，如图所示。粒子重力不计。则甲、乙两粒子（  ） A. 进入偏转电场时的速度大小之比为1：2 B. 离开偏转电场时的动能之比为1：1 C. 在偏转电场中运动的时间相同 D. 离开偏转电场时的速度方向不同 【答案】B 【解析】 【详解】A．在加速电场中，根据动能定理 解得 根据题意两粒子的比荷之比为4：1，则进入偏转电场时的速度大小之比为2：1，故A错误； B．在加速电场中电场力做功qU相等，在偏转电场中，偏转距离相同，则电场力做功qEd也相同，根据动能定理可知，离开偏转电场时的动能相同，故B正确； C．在偏转电场中，根据牛顿第二定律 解得 根据题意两粒子的比荷之比为4：1，则在偏转电场中运动的时间不同，故C错误； D．离开偏转电场时， 垂直极板方向速度 离开偏转电场时速度偏转角的正切值 则两粒子离开偏转电场时的速度方向相同，故D错误。 故选B。 10. 如图所示，真空区域内有宽度为d、 磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，MN、PQ 是磁场的边界。质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子（不计重力），沿着与MN夹角θ为30°的方向以某一速度射入磁场中，粒子恰好未能从PQ边界射出磁场。下列说法不正确的是（　　） A. 可求出粒子在磁场中运动的半径 B. 可求出粒子在磁场中运动的加速度大小 C. 若仅减小射入速度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短 D. 若仅增大磁感应强度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短 【答案】C 【解析】 【详解】AB．根据题意可以分析粒子到达PQ边界时速度方向与边界线相切，如图所示 则根据几何关系可知 在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力 解得 则加速度为 故AB正确； CD．根据 若仅减小射入速度，则粒子在磁场中运动的半径减小，可知粒子运动轨迹的圆心角不变，时间不变，若仅增大磁感应强度，粒子运动轨迹的圆心角不变，粒子在磁场中运动的时间变短，故C错误，D正确； 本题选择错误选项； 故选C。 11. 利用如图电路测量电池的电动势E和内阻r时，通过调节电阻箱R的阻值，记录相应电流表示数I，根据 U=IR 算出相应路端电压值。若利用U-I图像分析由电流表内电阻引起的实验误差，在下图中，实线是根据实验数据（U=IR）描点作图得到的U-I图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像 （没有电流表内电阻影响的理想情况）。下列图像中正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】ABCD．考虑电流表内阻，由闭合电路的欧姆定律得 整理得 表达式对应的图像是实线图像；不考虑电流表内阻影响，由闭合电路的欧姆定律得 整理得 表达式对应的图像是虚线图像。图像与纵轴交点表示电动势，图像斜率的绝对值表示电源内阻，由表达式可知，电流表内阻对电动势的测量没有影响，即图像纵轴截距相同， 考虑电流表内阻时图像的斜率大于不考虑电流表内阻时的斜率，即实线的斜率大于虚线的斜率。 故选 C。 12. 2023年7月，由中国科学院研制的电磁弹射实验装置启动试运行，该装置在地面构建微重力实验环境，把“太空”搬到地面。实验装置像一个“大电梯”，原理如图所示，在电磁弹射阶段，电磁弹射系统推动实验舱竖直向上加速运动至A位置，撤除电磁作用。此后，实验舱做竖直上抛运动，到达最高点后返回A位置，再经历一段减速运动后静止。某同学查阅资料了解到：在上述过程中的某个阶段，忽略阻力，实验舱处于完全失重状态，这一阶段持续的时间为4s，实验舱的质量为500kg。他根据上述信息，取重力加速度，做出以下判断，其中正确的是（ ） A. 实验舱向上运动的过程始终处于超重状态 B. 实验舱运动过程中的最大速度为40m/s C. 向上弹射阶段，电磁弹射系统对实验舱做功大于 D. 向上弹射阶段，电磁弹射系统对实验舱的冲量等于 【答案】C 【解析】 【详解】A．实验舱在电磁弹射阶段处于超重状态，在竖直上抛阶段处于失重状态，选项A错误； B．实验舱在电磁弹射结束后开始竖直上抛时的速度最大，根据竖直上抛运动的对称性可知该速度为 选项B错误； C．在向上弹射过程中，根据动能定理有 所以 选项C正确； D．在向上弹射过程中，根据动量定理有 所以 选项D错误。 故C正确。 13. 如图所示为著名的“阿特伍德机”装置示意图。跨过轻质定滑轮的轻绳两端悬挂两个质量均为M的物块，当左侧物块附上质量为m的小物块时，该物块由静止开始加速下落，下落h后小物块撞击挡板自动脱离，系统以v匀速运动。忽略系统一切阻力，重力加速度为g。若测出v，则可完成多个力学实验。下列关于此次实验的说法，正确的是（　　） A. 系统放上小物块后，轻绳的张力增加了mg B. 可测得当地重力加速度g＝ C. 要验证机械能守恒，需验证等式mgh＝Mv2，是否成立 D. 要探究合外力与加速度的关系，需探究mg＝(M＋m)是否成立 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A．对系统，由牛顿第二定律得，加速度 对M，由牛顿第二定律得 解得 故A错误； B．对系统，由动能定理得 解得 故B正确； C．如果机械能守恒，则 整理得 故C错误； D．物体做初速度为零的匀加速直线运动，加速度 由牛顿第二定律得 整理得 要探究合外力与加速度的关系，需探究是否成立，故D错误。 故选B。 14. 在现代研究受控热核反应的实验中，需要把的高温等离子体限制在一定空间区域内，这样的高温下几乎所有作为容器的固体材料都将熔化，磁约束就成了重要的技术。如图所示，科学家设计了一种中间弱两端强的磁场，该磁场由两侧通有等大同向电流的线圈产生。假定一带正电的粒子（不计重力）从左端附近以斜向纸内的速度进入该磁场，其运动轨迹为图示的螺旋线（未全部画出）。此后，该粒子将被约束在左右两端之间来回运动，就像光在两个镜子之间来回“反射”一样，不能逃脱。这种磁场被形象地称为磁瓶，磁场区域的两端被称为磁镜。 根据上述信息并结合已有的知识，可以推断该粒子（　　） A. 从左端到右端的运动过程中，沿磁瓶轴线方向的速度分量逐渐变小 B. 从靠近磁镜处返回时，在垂直于磁瓶轴线平面内的速度分量为最大值 C. 从左端到右端的运动过程中，其动能先增大后减小 D. 从左端到右端的运动过程中，其运动轨迹的螺距先变小后变大 【答案】B 【解析】 【详解】A．从左端到右端的运动过程中，由于粒子只受洛伦兹力，故粒子的速度大小不变。由于粒子在两段之间来回运动，故沿磁瓶轴线方向的速度分量先变大后变小。故A错误； B．从靠近磁镜处返回时，在垂直于磁瓶轴线平面内时，粒子的速度与轴线垂直，故沿磁瓶轴线方向的速度分量为零，又粒子的速度的大小不变，故此时垂直磁瓶轴线方向的速度分量最大。故B正确； C．从左端到右端的运动过程中，粒子只受洛伦兹力作用，洛伦兹力对粒子不做功，故其动能不变。故C错误； D．粒子做圆周运动的周期为 由于从左端到右端的运动过程中，磁感应强度先减小后增大，所以粒子的运动周期先增大后减小。根据题意可知，粒子运动轨迹的螺距为 由于平行于轴线的速度先增大后减小，所以运动轨迹的螺距先变大后变小。故D错误。 故选B。 【点睛】根据题意理解粒子运动的规律。注意粒子运动的分解，运动的分解包含速度、受力等矢量的分解。 二、实验题：本大题共2小题，共18分。把正确答案填在答题纸中相应的位置上。 15. 实验小组的同学们通过实验测量一段金属电阻丝的电阻率。 （1）取一段金属电阻丝连接到图甲所示电路中，测出其电阻R。再测出其长度l和直径d，就可以计算出所用材料的电阻率，即________； （2）用螺旋测微器测量金属电阻丝的直径。其中某次测量结果如图乙所示，其读数应为________mm； （3）图丙中已经根据图甲电路连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的最左端，请完成实物间的连线。 （4）正确连接电路后，测量电压U和电流I，实验数据记录如下： 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 070 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.02 0.06 0.16 0.22 0.34 0.46 0.52 实验小组的同学在坐标纸上建立坐标系，如图丁所示，图中已标出了与测量数据对应的6个坐标点。请你在图丁中标出余下一组数据的对应点，并描绘出U－I图线________，求出电阻的阻值________。（保留3位有效数字） 【答案】（1） （2）0.394##0.395##0.396##0.397##0.398 （3） （4） ①. ②. 4.40~4.50 【解析】 【小问1详解】 根据 可得 【小问2详解】 螺旋测微器测量金属电阻丝的直径0+39.5×0.01mm=0.395mm 【小问3详解】 实物连线如图 【小问4详解】 描绘出U－I图线如图 电阻的阻值 16. 某同学做“探究平抛运动的特点”实验。 （1）该同学先用图1所示的器材进行实验。他用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，改变小球距地面的高度和打击小球的力度，多次重复实验，均可以观察到A、B两球同时落地。关于本实验，下列说法正确的是（ ） A．实验现象可以说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 B．实验现象可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 C．实验现象可以同时说明平抛运动在两个方向上的运动规律 （2）为了在（1）实验结论的基础上进一步研究平抛运动的规律，该同学用图2所示的器材继续进行实验，描绘出小球做平抛运动的轨迹。如图3所示，以小球的抛出点O为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立坐标系。该同学在轨迹上测量出A、B、C三点的坐标分别为、和。如果坐标满足___________关系，说明小球抛出后在O、A、B、C相邻两点间运动经历了相等的时间间隔。同时，如果坐标还满足___________关系，那么证明小球的水平分运动是匀速直线运动。 （3）某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置。如图4所示，在一个较高的塑料筒侧壁靠近底部的位置钻一个小孔，在小孔处沿水平方向固定一小段吸管作为出水口。将塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中装入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，测量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在实验测量的过程中，该同学发现测量水柱的水平射程x时，若测量读数太慢，x的数值会变化。 a.请分析水平射程x的数值变化的原因。（ ） b.为了减小实验误差，应选用直径较大的容器，还是直径较小的容器？请说明判断依据。（ ） 【答案】 ①. B ②. ③. ④. 见解析 ⑤. 用直径较大的容器 【解析】 【详解】（1）[1]观察到A、B两球同时落地，说明两球在竖直方向的运动完全相同，即可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动；故选B。 （2）[2][3]小球抛出后在O、A、B、C点若时间间隔相等，则需满足 即满足 即 如果小球的水平分运动是匀速直线运动，则还满足 即 （3）a. [4]若测量读数太慢，则随着水的不断流出，则水从管口流出的速度会不断减小，则在竖直高度不变的情况下，水流的射程会减小，即x减小。 b.[5]为了减小实验误差，应选用直径较大的容器；因用直径较大的容器时，当管中流出同样多的水时，容器中液面下落的高度较小，则对管口水流的速度影响较小。 三、计算题：本大题共4道小题，共40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。把正确答案写在答题卡相应的位置上。 17. 如图所示，用不可伸长的轻绳将物块a悬挂于O点。现将轻绳拉至水平，将物块a由静止释放。当物块a运动至最低点时，恰好与静止在水平面上的物块b发生完全弹性碰撞。碰撞后物块b在水平面上滑行一段距离后停下来。已知轻绳的长度为L，物块a的质量为m，物块b的质量为3m，a、b均可视为质点，重力加速度大小为g，不计空气阻力的影响。 (1)求碰撞前瞬间，轻绳对物块a拉力大小； (2)求碰撞后瞬间，物块b的速度大小； (3)有同学认为：两物块碰撞后，物块b在水平面上滑行一段距离后停下来，是因为碰撞后没有力来维持它的运动。你认为这种说法是否正确，并说明你的理由。 【答案】(1) (2) (3)见解析 【解析】 【详解】（1）物块a由静止开始运动到最低点过程 根据动能定理 物块a运动到最低点时，根据牛顿第二定律 联立解得，碰撞前瞬间轻绳对物块a的拉力大小 （2）两物块发生弹性碰撞过程 根据动量守恒定律 根据能量守恒定律 解得碰撞后瞬间，物块b的速度大小 （3）这种说法不正确。 物体的运动不需要力来维持。两物块碰撞后，物块b在水平面上运动一段距离后，之所以能停下来，是因为受到地面对它的滑动摩擦力，使它的运动状态发生改变。如果没有滑动摩擦力，物块将做匀速直线运动。 18. 有关列车电气制动，可以借助如图所示模型来理解，图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，导轨间距为L，磁场的磁感应强度为B，金属棒MN的质量为m，导轨右端接有阻值为R的电阻，金属棒接入电路部分的电阻为r，导轨的电阻不计。MN在安培力作用下向右减速运动的过程对应于列车的电气制动过程，金属棒MN开始减速时的初速度为v0。 （1）求开始减速时： ①导体棒两端的电压U。 ②安培力的功率P。 （2）在制动过程中，列车还会受到轨道和空气阻力的作用，为了研究问题方便，设这些阻力总和大小恒定，对应于棒受到的大小恒定的摩擦阻力f，在金属棒的速度从v0减至的过程中，金属棒的位移大小为x。求该过程中电路中产生的焦耳热Q。 【答案】（1）①；②；（2） 【解析】 【详解】（1）①根据法拉第电磁感应定律可知 导体棒两端的电压为 ②电路中的电流为 安培力的功率为 解得 （2）根据能量守恒定律可知 解得 19. 目前正在运转的我国空间站天和核心舱，搭载了一种全新的推进装置——霍尔推力器。其工作原理简化如下：由阴极逸出（初速度极小）的一部分电子进入放电室后，在电场力与磁场力的共同作用下被束缚在一定的区域内，与推进剂工质（氙原子）发生碰撞使其电离；电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力作用下的直线运动，并最终被高速喷出，霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整，开启霍尔推力器，电离后的氙离子初速度为0，经电压为U的电场加速后高速喷出，单位时间内喷出氙离子的数目为N，已知一个氙离子的质量为m，电荷量为q，忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，求： （1）氙离子喷出加速电场的速度v及其所形成的等效电流为I； （2）霍尔推力器获得的平均推力大小F； （3）可以用离子推进器工作过程中产生的推力与电压为U的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况．通过计算说明，如果要增大S可以采取哪些措施。 【答案】（1），；（2）；（3）见解析 【解析】 【详解】（1）由动能定理 ① 解得 ② 由电流定义，等效电流 ③ （2）以内喷出的n个氙离子为研究对象：由动量定理 ④ 推出 ⑤ 根据牛顿第三定律得，推力器获得推力 ⑥ 联立②⑤⑥得 ⑦ （3）设内电场对n个氙离子做功为W，则电场做功功率为 ⑧ 又 ⑨ 联立⑧⑨得 ⑩ 根据题意，由⑦⑩推出 ⑪ 根据上式可知：增大S可以通过减小q、U或增大m的方法。 20. 图甲是某科技馆的一件名为“最速降线”的展品，在高度差一定的不同光滑轨道中，小球滚下用时最短的轨道叫做最速降线轨道。取其中的“最速降线”轨道Ⅰ和直线轨道Ⅱ进行研究，如图乙所示，两轨道的起点M高度相同，终点N高度也相同，轨道Ⅰ的末端与水平面相切于N点，轨道Ⅱ末端与水平面平滑连接。若将两个完全相同的小球a和b分别放在Ⅰ、Ⅱ两轨道的起点M，同时由静止释放，发现在Ⅰ轨道上的小球a先到达终点。已知M距离地面的高度为H，两个小球的质量都为m，重力加速度为g，不考虑小球的滚动影响； （1）忽略各种阻力，求小球沿Ⅰ轨道运动到最N点的速度大小； （2）若考虑轨道摩擦力的影响，设小球和轨道间的滑动摩擦因数为，Ⅱ轨道的倾角为θ a.求小球沿Ⅱ轨道下落到N点的过程中，克服摩擦力做的功； b.试比较两小球从M运动N过程中克服摩擦力做功的大小； c.请设计出可行的实验方案来验证你上一问的结论，简要说明实验方案的思路以及对应的实验结果。 【答案】（1）；（2）a.；b.；c.见解析 【解析】 【详解】（1）由动能定理可得 解得 （2）设轨道Ⅱ与水平面的夹角为，斜面长s。 a.由受力分析可知，小球受到的摩擦力 则从M滑到N过程中，克服摩擦力做功为 b.小球从轨道Ⅰ下落过程中，所受摩擦力为变力，求摩擦力做功可以通过微元法，把Ⅰ轨道分成很多段，每一段f可认为是恒力。在第i段轨道中，设该段轨道的延长线和地面的夹角为，对应的曲率半径为，由受力分析可知， 则 小球克服摩擦力做功 c.由动能定理可知，小球滑到最底端的动能为 因此可以把比较转换成比较的大小，只需设计实验方案比较小球运动到N点的速度大小即可。比如在N点安装光电门。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $