精品解析：北京市第八十中学2024-2025学年高三下学期开学物理试题

北京市第八十中学2024-2025学年度3月月考 高三物理试卷 （考试时间90分钟 满分100分） 一、本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 若放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B. 卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子核内部存在复杂结构 C. 发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 D. 在测单色光波长实验中，若只增大入射光频率，干涉条纹间距减小 【答案】D 【解析】 【详解】A．半衰期由原子核内部因素决定，与温度无关，故A错误； B．卢瑟福的α粒子散射实验证实了原子的核式结构，而非原子核内部复杂结构，故B错误； C．根据 可知光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系，但不成正比，故C错误； D．双缝干涉条纹间距公式为 根据 可知当频率增大时，波长减小，则条纹间距减小，故D正确。 故选D。 2. 如图所示，横截面为半圆形的玻璃砖放置在真空中，光束a经O射入玻璃砖，折射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（ 　　） A. 玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率 B. 在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度 C. 在真空中光束b的波长大于光束c的波长 D. 从玻璃射向真空时，光束c发生全反射的临界角小 【答案】A 【解析】 【详解】A．由图可知，光束b的折射角小于对光束c的折射角，根据折射定律 可得，玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，故A正确； B．根据公式 可得，玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，则在玻璃砖中光束b的传播速度小于光束c的传播速度，故B错误； C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，则光束b的频率大于对光束c的频率，根据 可知，在真空中光束b的波长小于光束c的波长，故C错误； D．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，根据 可知，从玻璃射向真空时，光束c发生全反射的临界角大，故D错误。 故选A。 3. 如图所示，物块B分别通过轻弹簧、细线与水平面上的物体A左右端相连，整个系统保持静止。已知所有接触面均光滑，弹簧处于伸长状态。剪断细线后（　　） A. 弹簧恢复原长时，A的动能达到最大 B. 弹簧压缩最大时，A的动量达到最大 C. 弹簧恢复原长过程中，系统的动量增加 D. 弹簧恢复原长过程中，系统的机械能增加 【答案】A 【解析】 【详解】对整个系统分析可知合外力为0，A和B组成的系统动量守恒，得 设弹簧的初始弹性势能为，整个系统只有弹簧弹力做功，机械能守恒，当弹簧恢复原长时得 联立得 故可知弹簧恢复原长时物体A速度最大，此时物体A的动量最大，动能最大。对于系统来说动量一直为零，系统机械能不变。 故选A。 4. 某航拍仪从地面由静止启动，在升力作用下匀加速竖直向上起飞。当上升到一定高度时，航拍仪失去动力。假设航拍仪在运动过程中沿竖直方向运动且机身保持姿态不变，其图像如图所示。由此可以判断（　　） A. 时，航拍仪离地面最远 B. 时，航拍仪回到地面 C. 航拍仪在运动过程中上升的最大高度为 D. 航拍仪在上升过程中加速度最大值为 【答案】D 【解析】 【详解】AB．由图可知前4s内，航拍仪是在升力作用下匀加速竖直向上起飞的过程，最后0.5s内是失去动力继续上升的过程，所以在时，航拍仪离地面最远，故AB错误； C．根据速度图像图线所围面积表示位移可求得航拍仪在运动过程中上升的最大高度为 故C错误； D．航拍仪在上升过程中前4s的加速度为 最后0.5s内的加速度为 故加速度最大值为，故D正确。 故选D。 5. 如图所示，某同学将质量相同的三个物体从水平地面上的A点以同一速率沿不同方向抛出，运动轨迹分别为图上的1、2、3。若忽略空气阻力，在三个物体从抛出到落地过程中，下列说法正确的是（　　） A. 轨迹为1的物体在最高点的速度最大 B. 轨迹为3的物体在空中飞行时间最长 C. 轨迹为1的物体所受重力的冲量最大 D. 三个物体在任意单位时间内的速度变化量一定不相同 【答案】C 【解析】 【详解】A．物体在最高点的速度为从最高点做平抛的初速度，设最高点离地面高度为h，最高点到落地点的水平距离为x，则有 联立解得 由图像可知轨迹1的h最大，x最小，故轨迹为1的物体在最高点的速度最小，故A错误； B．由A选项分析可知 由图像可知轨迹为3的h最小，故轨迹为3的物体在空中飞行时间最短，故B错误； C．由B选项分析可知轨迹1的物体在空中飞行时间最长，重力冲量 可知轨迹为1的物体所受重力的冲量最大，故C正确； D．三个物体均做斜上抛运动，由 可知三个物体在任意单位时间内的速度变化量一定相同，故D错误。 故选C。 6. 如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程，先后达到状态 b、c，再回到状态a。下列说法正确的是（　　） A. 在过程a→b中气体对外做功 B. 在过程a→b中气体的内能减少 C. 在过程b→c中气体从外界吸热 D. 在过程c→a中气体的温度升高 【答案】C 【解析】 【详解】A．在过程a→b中气体体积不变，不对外做功,选项A错误； B．在过程a→b中由查理定律可知，气体的温度升高，内能增加，选项B错误； C．在过程b→c中气体温度不变，内能不变 体积变大，对外做功 根据热力学第一 定律 则 即气体从外界吸热，选项C正确； D．在过程c→a中气体的压强不变，体积减小，温度降低，选项D错误。 故选C。 7. 火星是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一。如果将地球和火星绕太阳的公转视为匀速圆周运动，并忽略行星自转的影响。根据表中数据，结合所学知识可以判断（　　） 行星 天体质量/kg 天体半径/m 公转轨道半径/m 地球 6.0 × 1024 6.4 × 106 1.5 × 1011 火星 6.4 × 1023 3.4 × 106 2.3 × 1011 A. 火星的第一宇宙速度小于7.9km/s B. 火星表面重力加速度大于地球表面的重力加速度 C. 火星的公转周期小于一年 D. 太阳对地球的引力比对火星的引力小 【答案】A 【解析】 【详解】A．对环绕星球表面的卫星有 解得星球的第一宇宙速度 根据表格数据，可得火星与地球第一宇宙速度之比 故，小于7.9km/s，故A正确； B．在星球表面有 解得星球表面重力加速度 则火星表面的重力加速度与地面表面的重力加速度之比 整理得，故B错误； C．根据开普勒第三定律 因为，，年，联立可知年，故C错误； D．太阳对行星的引力 表格数据可知，与火星相比，地球轨道半径更小且质量更大，故太阳对地球的引力比对火星的引力大，故D错误。 故选A。 8. 有一静电场，其电势沿x轴方向变化的图线如图所示。一带负电粒子（重力不计）从坐标原点O由静止释放，粒子沿x轴运动，电场中P、Q两点的坐标分别为。下列说法正确的是（ ） A. 粒子经过P点和Q点加速度大小相等、方向相同 B. 粒子经过P点与Q点时，动能相等 C. 粒子经过P点与Q点时，静电力做功的功率相等 D. 粒子在P点的电势能为正值 【答案】B 【解析】 【详解】A．沿着电场线的方向电势降低，由图可知在区间电场线沿轴负方向，粒子受到向右的电场力，加速度向右，在区间电场线沿轴正方向，粒子受到向左的电场力，加速度向左；且图斜率绝对值表示电场强度的大小，由此可知，粒子经过P点和Q点加速度大小不同、方向相反，A错误。 B．P点与Q点电势相同，粒子经过P点与Q点时的电势能相同，根据能量守恒可知，动能相等，B正确； C．粒子经过P点与Q点时所受电场力不同，速率相同，根据功率的计算 可知粒子经过P点与Q点时，静电力做功的功率不相等，C错误； D．根据电势能的定义 粒子带负电，在电势为正值的P点，粒子的电势能为负值，D错误。 故选B。 9. 某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（　　） A. 闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零 B. 乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据 C. 断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭 D. 时刻小灯泡与线圈的电阻相等 【答案】D 【解析】 【详解】A．闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，则自感线圈中电流为零，故A错误； B．中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故中数据应为乙图中b曲线，故B错误； C．断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，故C错误； D．时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，故D正确。 故选D。 10. 一列振幅为A的简谐横波向右传播，在其传播路径上每隔选取一个质点，如图甲所示，时刻波恰传到质点1，质点1立即开始向上振动，振动的最大位移为0.1m，经过时间，所选取的号质点间第一次出现如图乙所示的波形，则下列判断正确的是（　　） A. 该波的波速为4m/s B. 时刻，质点5向下运动 C. 至内，质点1经过的路程为2.4m D. 至内，质点5运动的时间只有0.2s 【答案】A 【解析】 【详解】A．由题意可知，时刻质点1从平衡位置开始向上振动，由图可知时第一次出现图乙的波形，该过程经过了0.6s的时间，质点1已经振动了1.5个周期，所以有 解得 由题图可知，波长为 所以波速为 故A项正确； B．由题意可知，该波向右传播，由波形图可知，质点5向上运动，故B项错误； C．由题意可知，质点1从平衡位置开始运动，运动了0.6s，为1.5个周期，其振幅为0.1m。所以其路程为 故C项错误； D．质点1到质点5的距离为 该波从质点1传播到质点5需要时间为，有 解得 所以质点5运动时间为 故D项错误。 故选A。 11. “探究加速度与力的关系”的实验装置示意图如图所示。实验中平衡了摩擦力，如果砂桶（含砂）的质量m不满足比小车质量M小得多的条件，那么，若保持M不变，将m增大为原来的2倍，不计绳的质量和滑轮摩擦，在砂桶下落相同高度的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 小车的加速度增大到原来的2倍 B. 绳上的拉力增大到原来的2倍 C. 砂桶机械能的减少量小于原来的2倍 D. 砂桶和小车组成的系统损失的机械能比原来多 【答案】C 【解析】 【详解】AB．以小车为研究对象，根据牛顿第二定律可得 以砂桶（含砂）为对象，根据牛顿第二定律可得 联立可得 若保持不变，将增大为原来的2倍，则有 故AB错误； C．绳子拉力对砂桶做负功，砂桶机械能的减少量为 由于 可得 即砂桶机械能的减少量小于原来的2倍，故C正确； D．砂桶和小车组成的系统损失的机械能等于小车克服摩擦力做的功，由于摩擦力大小保持不变，则砂桶和小车组成的系统损失的机械能与原来相等，故D错误。 故选C。 12. 为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，某区推进新型绿色光伏发电，光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为，发电板单位面积上受到光子平均作用力为，每个光子动量为（其中为普朗克常量，为光子的频率，为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A. 发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B. 发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大 C. 秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 D. t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 【答案】C 【解析】 【详解】A．对光电效应的过程，根据能量守恒有 即入射光的频率越大，遏止电压越高，故A错误； B．发生光电效应时，入射光越强，光含有的光子数越多，其饱和光电流一定越大，故B错误； CD．设t秒内该光伏发电板上接收到的光子数为n，根据动量定理可得 已知光子的平均作用力为F，则有 联立解得光伏发电板接收到的光子数为 则由可得，t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 故C正确，D错误。 故选C。 13. 笔记本电脑机身和显示屏分别安装有磁体和霍尔元件，以此控制屏幕的熄灭。当显示屏闭合时霍尔元件靠近磁体，屏幕熄灭电脑休眠。如图为显示屏内的霍尔元件：宽为a、长为c，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速率为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面方向向下的匀强磁场中，此时元件的前后面间出现电压U，下列关于该元件说法正确的是（　　） A. 前表面的电势比后表面的电势低 B. 开屏过程中，元件前、后表面间的电压变小 C. 前后表面间的电压U与c成正比 D. 前后表面间的电压U与所通电流成反比 【答案】B 【解析】 【详解】A．电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则可知，电子所受的洛伦兹力指向后表面，因此后表面积累的电子逐渐增多，前表面的电势比后表面的电势高，故A错误； C．当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子不再发生偏转，此时前、后表面间的电压达到稳定，对稳定状态下的电子 又电场强度 联立解得前后表面间的电压 故前、后表面间的电压U与v成正比，与a成正比，与c无关，故C错误； B．开屏过程中，磁感应强度与上表面的夹角在逐渐减小，最后平行，相当于垂直上表面的磁感应强度在减小，根据 可知元件前、后表面间的电压变小，故B正确； D．设单位体积内的自由电子数为n，霍尔元件上下表面的高度为，根据电流的微观表达式有 解得 故前后表面间的电压 即前后表面间的电压U与所通电流成正比，故D错误。 故选B。 14. 有些物理问题，可以借助虚设的对象、条件、过程或模型，使复杂问题简单化抽象问题具体化，获得解决问题的方法。举例如下：如图所示，四根质量都是m的均匀等长木棒，用铰链连成框架，绞链P固定在天花板上，框架竖直悬挂在空中；现在绞链上施一竖直向上的力F使框架保持静止，不计一切摩擦，若要求出作用力F的大小，可设想力F使绞链缓慢上移一微小的距离，则框架的重心将上升，因为F做的功等于框架重力势能的增加量，所以，可得。请参照上面解决问题的方法，尝试完成以下问题：有一均匀带电薄球壳，电荷量为、半径为R，球壳表面的电荷之间将互相排斥；已知此带电球壳体系储存的静电能为（k为静电力常量），则球壳单位面积上受到的排斥力为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】若总排斥力使均匀带电薄球壳半径稍微增大，则带电球壳体系储存的静电能减小 总排斥力做功等于静电能减小量，故 解得 当趋近于零时，则有 球壳单位面积上受到的排斥力 故选A。 二、本部分共6题，共58分。 15. “用单摆测量重力加速度的大小”的实验装置如图所示。 用游标卡尺测量摆球直径如图所示，摆球直径________mm。若测出摆线长l及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度的大小，________（用l、n、t、d表示）。 【答案】 ①. 18.5 ②. 【解析】 【详解】[1]由题图可知游标卡尺精度为0.1mm，则摆球直径 [2]由题意知单摆周期为，摆长为，则单摆周期 解得 16. 某同学进行“探究平抛运动规律”的实验。 （1）采用如图甲所示的装置。通过描点在坐标纸上记录下小球平抛运动中时间间隔相等的三个位置A、B、C，但没有记录平抛运动的起点位置，如图乙所示。已知坐标纸每小格的边长为5.0，不计空气阻力，则该相等的时间间隔_________s，小球做平抛运动的初速度_________。取重力加速度。 （2）该同学将实验方案做了改变，如图所示，他把桌子搬到墙的附近，调整好仪器，使从斜槽轨道固定位置P滚下的小球能够打在正对的墙上，把白纸和复写纸附着在墙上，记录小球的落点。该同学在实验中仅水平移动桌子，使固定于斜槽末端的重锤线依次处于图中1、2、3的位置进行实验，1与2的水平间距等于2与3的水平间距。通过三次实验，记录到小球在白纸上同一竖直线上的三个落点，则下列三幅图中 图可能正确。 A. B. C. 【答案】（1） ①. 0.1 ②. 2 （2）B 【解析】 【小问1详解】 [1]对小球，竖直方向有 解得 [2]小球做平抛运动的初速度 【小问2详解】 1与2的水平间距等于2与3的水平间距，故1与2小球的平抛运动的时间差等于2与3的平抛运动的时间差，则在竖直方向上，根据 可知2与3的竖直位移差比1与2的竖直位移差多，可知B选项符合题意。 故选B。 17. 新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某校学生实验小组通过网络查找了某种知名的电池铭牌，电池采用的是“刀片电池”技术。现将一块电芯拆解出来，测得长为，宽为，然后测量其电动势E和内阻r。所提供的器材有： A.电压表（量程，内阻约3kΩ） B.电流表（量程，内阻约0.2Ω） C.滑动变阻器（阻值范围0~，额定电流） D.保护电阻 某同学采用了图甲所示的电路图，在进行了正确操作后，得到了图乙所示的图像。 （1）根据图乙所示，则该电池的电动势______V，内阻______；（结果保留到小数点后一位）。 （2）该实验测得的电动势与真实值相比_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”），内阻的测量值与真实值相比_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 （3）为了能准确地测量一块电芯的电动势E和内阻r，该同学设计了一个可以排除电流表A和电压表V内阻影响的实验方案，如图丙所示，记录了单刀双掷开关分别接1、2对应的多组电压表的示数U和电流表的示数I，根据实验记录的数据绘制如图丁中所示的A、B两条图线，综合A、B两条图线，此电芯的电动势______，内阻______（用图中、、、表示）。 【答案】（1） ①. 3.8 ②. 0.6 （2） ①. 偏小 ②. 偏小 （3） ①. ②. 【解析】 【小问1详解】 [1][2]根据闭合电路欧姆定律可得 所以图像纵轴的截距表示电源的电动势为E=3.8V，图像的斜率的绝对值表示电源的等效内阻，有 所以电源的内阻为 【小问2详解】 [1][2]考虑到电压表的分流作用，则有 整理可得 可知图像的纵轴截距为 图像的斜率绝对值为 可知该实验测得的电动势与真实值相比偏小，内阻的测量值与真实值相比偏小。 【小问3详解】 [1][2]当S2接1时，误差在于电流表的分压，所测内阻等于电源内阻与电流表内阻之和，所以内阻测量值比真实值偏大；当S2接2时，误差在于电压表的分流，所测内阻等于电源与电压表并联的总电阻，所以内阻测量值比真实值偏小。由于U-I图线斜率的绝对值表示内阻，即S2接1时的图线陡一些，可以判断图线A是利用单刀双掷开关S2接2中的实验数据描出的，内阻测量值比真实值偏小。S2接1时，所测电动势为电流表与电源串联后整体的等效电源的电动势，即S2接1时的电动势的测量值等于真实值，即有 E=EB 由于S2接2时，当电路短路时，电压表没有分流，即此时的电流的测量值与真实值相等，结合上述可知，电源的真实的U-I图线是B图线纵轴交点与A图线横轴交点的连线，可知 18. 如图所示，让质量为1kg的摆球从图中位置由静止开始下摆，正好摆到最低点位置时摆线刚好被拉断。设摆线长l=1.6m，O点离地高H=2.05m，不计摆线被拉断时的机械能损失，不计空气阻力，g取，求： （1）摆球刚到达点时的速度大小； （2）绳子能承受的最大拉力； （3）落到地面点时摆球的动量。 【答案】（1）4m/s （2）20N （3），方向斜向下与水平方向成。 【解析】 【小问1详解】 小球从A到B过程，由机械能守恒有 解得摆球刚到达点时的速度大小 【小问2详解】 在B点，对小球，由牛顿第二定律有 联立解得绳子能承受的最大拉力 【小问3详解】 小球从B点到D点过程，由动能定理有 代入题中数据，解得 则小球落到地面点时摆球的动量大小 设v方向斜向下与水平方向夹角为，则有 可知 19. 如图甲所示，两根长为L=4m、相距为d=2m，电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端接有R=1Ω的电阻，在导轨左侧l=2m范围内存在垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻，质量为m=1kg、内阻r=1Ω的导体棒ab以的初速度从导轨的右端开始向左运动。 （1）求前2s流过ab棒的电流大小及方向； （2）求ab棒进磁场瞬间的加速度大小； （3）导体棒最终停止在导轨上，求全过程电阻R上产生的焦耳热。 【答案】（1）1A；方向：由a流向b；（2）2m/s2；（3）2.25J 【解析】 【详解】（1）前2秒内磁场随时间均匀变化，由法拉第电磁感应定律 可得 =2V 所以流过ab的电流 =1A 由楞次定律得电流方向：由a流向b （2）依题意可知ab棒在2s末时刻进入磁场（速度仍为v0），此后磁感应强度保持不变 则 根据欧姆定律得 则安培力为 由牛顿第二定律，有 解得 （3）依据焦耳定律 由功能关系 全过程回路产生的焦耳热 电阻R上产生的焦耳热为 20. 地球表面附近存在一个竖直向下的电场，其大小约为100V/m，在该电场的作用下，大气中正离子向下运动，负离子向上运动，从而形成较为稳定的电流，这叫做晴天地空电流。地表附近某处地空电流虽然微弱，但全球地空电流的总电流强度很大，约为1800A。以下分析问题时假设地空电流在全球各处均匀分布。 （1）请问地表附近从高处到低处电势升高还是降低？ （2）如果认为此电场是由地球表面均匀分布的负电荷产生的，且已知电荷均匀分布的带电球面在球面外某处产生的场强相当于电荷全部集中在球心所产生的场强；地表附近电场的大小用E表示，地球半径用R表示，静电力常量用k表示，请写出地表所带电荷量的大小Q的表达式； （3）取地球表面积S=5.1×1014m2，试计算地表附近空气的电阻率ρ0的大小； （4）我们知道电流的周围会有磁场，那么全球均匀分布的地空电流是否会在地球表面形成磁场？如果会，说明方向；如果不会，说明理由。 【答案】（1）降低；（2）；（3）2.8×1013Ω·m；（4）不会，地球上各处的地空电流在A点的合磁感应强度都为零，即地空电流不会在A点产生磁场，即地空电流不会在地球附近任何地方产生磁场 【解析】 【详解】(1)由题意知，电场方向竖直向下，沿电场方向电势降低，故地表附近从高处到低处电势降低。 (2)由点电荷场强公式 整理可得 (3)从地表开始向上取一小段高度为Δh的空气层（Δh远小于地球半径R），如图所示 则从空气层上表面到下表面之间的电势差为 这段空气层的电阻为 且 联立解得 代入题中数据解得 (4)为了研究地球表面附近A点的磁场情况，可以考虑关于过A点的地球半径对称的两处电流和，如图所示 根据右手螺旋定则可以判断，这两处电流在A点产生的磁场的磁感应强度刚好方向相反，大小相等，所以和产生的磁场在A点的合磁感应强度为零。同理，地球上各处的地空电流在A点的合磁感应强度都为零，即地空电流不会在A点产生磁场。同理，地空电流不会在地球附近任何地方产生磁场。 21. 物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角，建构合理化模型找出其内在联系，有助于更加深刻理解其物理本质。 （1）如图甲所示，直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看，开关闭合时，电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场，每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动，但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞，碰撞后电子向各方向运动的机会相同，沿导线方向的定向运动速度变为0；此后自由电子再加速、再碰撞……，这种定向运动在宏观上形成了电流。已知电源两端电压为U，金属棒的长度为L，横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e，连续两次碰撞间隔的平均时间为t0，碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用，导线及开关的电阻不计。 a．求自由电子定向运动时的加速度大小a； b．求t0时间内自由电子定向运动的平均速率v0； c．推导金属棒中形成电流I的表达式； （2）某同学受磁流体发电机的启发，设计了一种新型发电装置。如图乙所示，将发电装置、开关、导线与电阻组成一个电路，这种新型发电装置可视为直流电源。从微观角度看，两面积足够大的平行金属极板A、C间有一个垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，将一束带正电的离子流以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场，带正电的离子在洛伦兹力作用下向A极板偏转，由于静电感应在C极板上感应出等量的负电荷。宏观上A、C两板间产生电势差，可为阻值为R的外电阻供电。已知每个离子的质量均为m，电荷量为+q，单位时间内沿垂直极板方向上单位长度喷射的正离子个数为n，A、C两板间距为d，且d大于。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。 a．只闭合开关S1外电路短路，求短路电流Im； b．只闭合开关S2，电路中电流稳定后，若单位时间内打在极板A上的离子数为N，请写出N与R的关系式。 【答案】（1）a. ；b. ；c. ；（2）a. ；b. 【解析】 【详解】（1）a.由牛顿第二定律得自由电子的加速度 联立可得 b.电子在t0时间内做匀加速直线运动，则定向运动的平均速率 c.由电流的定义式 其中 解得 （2）a.短路时，粒子在洛伦兹力的作用下发生偏转，设r0为圆周运动的半径，只有距A板为2r0的正离子能够打在A板上形成等效电流，则 根据洛伦兹力提供向心力 则 联立可得 b.由电流定义得 闭合电路欧姆定律得 电源电动势 由 得 联立解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北京市第八十中学2024-2025学年度3月月考 高三物理试卷 （考试时间90分钟 满分100分） 一、本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 若放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B. 卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子核内部存在复杂结构 C. 发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 D. 在测单色光波长实验中，若只增大入射光频率，干涉条纹间距减小 2. 如图所示，横截面为半圆形的玻璃砖放置在真空中，光束a经O射入玻璃砖，折射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（ 　　） A. 玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率 B. 在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度 C. 在真空中光束b的波长大于光束c的波长 D. 从玻璃射向真空时，光束c发生全反射的临界角小 3. 如图所示，物块B分别通过轻弹簧、细线与水平面上的物体A左右端相连，整个系统保持静止。已知所有接触面均光滑，弹簧处于伸长状态。剪断细线后（　　） A. 弹簧恢复原长时，A的动能达到最大 B. 弹簧压缩最大时，A的动量达到最大 C. 弹簧恢复原长过程中，系统的动量增加 D. 弹簧恢复原长过程中，系统的机械能增加 4. 某航拍仪从地面由静止启动，在升力作用下匀加速竖直向上起飞。当上升到一定高度时，航拍仪失去动力。假设航拍仪在运动过程中沿竖直方向运动且机身保持姿态不变，其图像如图所示。由此可以判断（　　） A. 时，航拍仪离地面最远 B. 时，航拍仪回到地面 C. 航拍仪在运动过程中上升的最大高度为 D. 航拍仪在上升过程中加速度最大值为 5. 如图所示，某同学将质量相同的三个物体从水平地面上的A点以同一速率沿不同方向抛出，运动轨迹分别为图上的1、2、3。若忽略空气阻力，在三个物体从抛出到落地过程中，下列说法正确的是（　　） A. 轨迹为1的物体在最高点的速度最大 B. 轨迹为3的物体在空中飞行时间最长 C. 轨迹为1的物体所受重力的冲量最大 D. 三个物体在任意单位时间内的速度变化量一定不相同 6. 如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程，先后达到状态 b、c，再回到状态a。下列说法正确的是（　　） A. 在过程a→b中气体对外做功 B. 在过程a→b中气体的内能减少 C. 在过程b→c中气体从外界吸热 D. 在过程c→a中气体的温度升高 7. 火星是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一。如果将地球和火星绕太阳的公转视为匀速圆周运动，并忽略行星自转的影响。根据表中数据，结合所学知识可以判断（　　） 行星 天体质量/kg 天体半径/m 公转轨道半径/m 地球 6.0 × 1024 6.4 × 106 1.5 × 1011 火星 6.4 × 1023 3.4 × 106 2.3 × 1011 A. 火星的第一宇宙速度小于7.9km/s B. 火星表面重力加速度大于地球表面的重力加速度 C. 火星的公转周期小于一年 D. 太阳对地球的引力比对火星的引力小 8. 有一静电场，其电势沿x轴方向变化的图线如图所示。一带负电粒子（重力不计）从坐标原点O由静止释放，粒子沿x轴运动，电场中P、Q两点的坐标分别为。下列说法正确的是（ ） A. 粒子经过P点和Q点加速度大小相等、方向相同 B. 粒子经过P点与Q点时，动能相等 C. 粒子经过P点与Q点时，静电力做功的功率相等 D. 粒子在P点的电势能为正值 9. 某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（　　） A. 闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零 B. 乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据 C. 断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭 D. 时刻小灯泡与线圈的电阻相等 10. 一列振幅为A的简谐横波向右传播，在其传播路径上每隔选取一个质点，如图甲所示，时刻波恰传到质点1，质点1立即开始向上振动，振动的最大位移为0.1m，经过时间，所选取的号质点间第一次出现如图乙所示的波形，则下列判断正确的是（　　） A. 该波的波速为4m/s B. 时刻，质点5向下运动 C. 至内，质点1经过的路程为2.4m D. 至内，质点5运动的时间只有0.2s 11. “探究加速度与力的关系”的实验装置示意图如图所示。实验中平衡了摩擦力，如果砂桶（含砂）的质量m不满足比小车质量M小得多的条件，那么，若保持M不变，将m增大为原来的2倍，不计绳的质量和滑轮摩擦，在砂桶下落相同高度的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 小车的加速度增大到原来的2倍 B. 绳上的拉力增大到原来的2倍 C. 砂桶机械能的减少量小于原来的2倍 D. 砂桶和小车组成的系统损失的机械能比原来多 12. 为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，某区推进新型绿色光伏发电，光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为，发电板单位面积上受到光子平均作用力为，每个光子动量为（其中为普朗克常量，为光子的频率，为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A. 发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B. 发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大 C. 秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 D. t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 13. 笔记本电脑机身和显示屏分别安装有磁体和霍尔元件，以此控制屏幕的熄灭。当显示屏闭合时霍尔元件靠近磁体，屏幕熄灭电脑休眠。如图为显示屏内的霍尔元件：宽为a、长为c，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速率为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面方向向下的匀强磁场中，此时元件的前后面间出现电压U，下列关于该元件说法正确的是（　　） A. 前表面的电势比后表面的电势低 B. 开屏过程中，元件前、后表面间的电压变小 C. 前后表面间的电压U与c成正比 D. 前后表面间的电压U与所通电流成反比 14. 有些物理问题，可以借助虚设的对象、条件、过程或模型，使复杂问题简单化抽象问题具体化，获得解决问题的方法。举例如下：如图所示，四根质量都是m的均匀等长木棒，用铰链连成框架，绞链P固定在天花板上，框架竖直悬挂在空中；现在绞链上施一竖直向上的力F使框架保持静止，不计一切摩擦，若要求出作用力F的大小，可设想力F使绞链缓慢上移一微小的距离，则框架的重心将上升，因为F做的功等于框架重力势能的增加量，所以，可得。请参照上面解决问题的方法，尝试完成以下问题：有一均匀带电薄球壳，电荷量为、半径为R，球壳表面的电荷之间将互相排斥；已知此带电球壳体系储存的静电能为（k为静电力常量），则球壳单位面积上受到的排斥力为（　　） A. B. C. D. 二、本部分共6题，共58分。 15. “用单摆测量重力加速度的大小”的实验装置如图所示。 用游标卡尺测量摆球直径如图所示，摆球直径________mm。若测出摆线长l及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度的大小，________（用l、n、t、d表示）。 16. 某同学进行“探究平抛运动规律”的实验。 （1）采用如图甲所示的装置。通过描点在坐标纸上记录下小球平抛运动中时间间隔相等的三个位置A、B、C，但没有记录平抛运动的起点位置，如图乙所示。已知坐标纸每小格的边长为5.0，不计空气阻力，则该相等的时间间隔_________s，小球做平抛运动的初速度_________。取重力加速度。 （2）该同学将实验方案做了改变，如图所示，他把桌子搬到墙的附近，调整好仪器，使从斜槽轨道固定位置P滚下的小球能够打在正对的墙上，把白纸和复写纸附着在墙上，记录小球的落点。该同学在实验中仅水平移动桌子，使固定于斜槽末端的重锤线依次处于图中1、2、3的位置进行实验，1与2的水平间距等于2与3的水平间距。通过三次实验，记录到小球在白纸上同一竖直线上的三个落点，则下列三幅图中 图可能正确。 A. B. C. 17. 新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某校学生实验小组通过网络查找了某种知名的电池铭牌，电池采用的是“刀片电池”技术。现将一块电芯拆解出来，测得长为，宽为，然后测量其电动势E和内阻r。所提供的器材有： A.电压表（量程，内阻约3kΩ） B.电流表（量程，内阻约0.2Ω） C.滑动变阻器（阻值范围0~，额定电流） D.保护电阻 某同学采用了图甲所示的电路图，在进行了正确操作后，得到了图乙所示的图像。 （1）根据图乙所示，则该电池的电动势______V，内阻______；（结果保留到小数点后一位）。 （2）该实验测得的电动势与真实值相比_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”），内阻的测量值与真实值相比_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 （3）为了能准确地测量一块电芯的电动势E和内阻r，该同学设计了一个可以排除电流表A和电压表V内阻影响的实验方案，如图丙所示，记录了单刀双掷开关分别接1、2对应的多组电压表的示数U和电流表的示数I，根据实验记录的数据绘制如图丁中所示的A、B两条图线，综合A、B两条图线，此电芯的电动势______，内阻______（用图中、、、表示）。 18. 如图所示，让质量为1kg的摆球从图中位置由静止开始下摆，正好摆到最低点位置时摆线刚好被拉断。设摆线长l=1.6m，O点离地高H=2.05m，不计摆线被拉断时的机械能损失，不计空气阻力，g取，求： （1）摆球刚到达点时的速度大小； （2）绳子能承受的最大拉力； （3）落到地面点时摆球的动量。 19. 如图甲所示，两根长为L=4m、相距为d=2m，电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端接有R=1Ω的电阻，在导轨左侧l=2m范围内存在垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻，质量为m=1kg、内阻r=1Ω的导体棒ab以的初速度从导轨的右端开始向左运动。 （1）求前2s流过ab棒的电流大小及方向； （2）求ab棒进磁场瞬间的加速度大小； （3）导体棒最终停止在导轨上，求全过程电阻R上产生的焦耳热。 20. 地球表面附近存在一个竖直向下的电场，其大小约为100V/m，在该电场的作用下，大气中正离子向下运动，负离子向上运动，从而形成较为稳定的电流，这叫做晴天地空电流。地表附近某处地空电流虽然微弱，但全球地空电流的总电流强度很大，约为1800A。以下分析问题时假设地空电流在全球各处均匀分布。 （1）请问地表附近从高处到低处电势升高还是降低？ （2）如果认为此电场是由地球表面均匀分布的负电荷产生的，且已知电荷均匀分布的带电球面在球面外某处产生的场强相当于电荷全部集中在球心所产生的场强；地表附近电场的大小用E表示，地球半径用R表示，静电力常量用k表示，请写出地表所带电荷量的大小Q的表达式； （3）取地球表面积S=5.1×1014m2，试计算地表附近空气的电阻率ρ0的大小； （4）我们知道电流的周围会有磁场，那么全球均匀分布的地空电流是否会在地球表面形成磁场？如果会，说明方向；如果不会，说明理由。 21. 物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角，建构合理化模型找出其内在联系，有助于更加深刻理解其物理本质。 （1）如图甲所示，直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看，开关闭合时，电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场，每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动，但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞，碰撞后电子向各方向运动的机会相同，沿导线方向的定向运动速度变为0；此后自由电子再加速、再碰撞……，这种定向运动在宏观上形成了电流。已知电源两端电压为U，金属棒的长度为L，横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e，连续两次碰撞间隔的平均时间为t0，碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用，导线及开关的电阻不计。 a．求自由电子定向运动时的加速度大小a； b．求t0时间内自由电子定向运动的平均速率v0； c．推导金属棒中形成电流I的表达式； （2）某同学受磁流体发电机的启发，设计了一种新型发电装置。如图乙所示，将发电装置、开关、导线与电阻组成一个电路，这种新型发电装置可视为直流电源。从微观角度看，两面积足够大的平行金属极板A、C间有一个垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，将一束带正电的离子流以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场，带正电的离子在洛伦兹力作用下向A极板偏转，由于静电感应在C极板上感应出等量的负电荷。宏观上A、C两板间产生电势差，可为阻值为R的外电阻供电。已知每个离子的质量均为m，电荷量为+q，单位时间内沿垂直极板方向上单位长度喷射的正离子个数为n，A、C两板间距为d，且d大于。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。 a．只闭合开关S1外电路短路，求短路电流Im； b．只闭合开关S2，电路中电流稳定后，若单位时间内打在极板A上的离子数为N，请写出N与R的关系式。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $