精品解析：北京市2025-2026学年高二上学期等级性考试科目指标定量检测物理试题

2025年北京市等级性考试科目指标定量检测 物理试卷 本试卷共11页，100分，考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出符合题目要求的一项。 1. 下列各种物理现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A. 用紫外线照射锌板，锌板向外发射光电子的现象 B. 氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 C. 用α粒子轰击金箔后，极少数α粒子发生大角度偏转的现象 D. 比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时释放核能的现象 【答案】D 【解析】 【详解】A．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误； B．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故B错误； C．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故C错误； D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时原子核发生变化，即原子核内部变化，故D正确。 故选D。 2. 2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）再次创造新的世界纪录，实现1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行。大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】A．根据题意，实验装置为核聚变装置，核反应方程，属于核聚变，故A正确； B．核反应方程，属于原子核的人工转变，故B错误； C．核反应方程，属于裂变，故C错误； D．核反应方程，是错误的，因为两侧质量数不守恒，故D错误。 故选A。 3. 用如图所示的方法可以测出一个人的反应时间，甲同学用手握住直尺顶端，乙同学手的上边缘在直尺下端刻度为a的地方做捏住直尺的准备，但手没有接触到直尺．当乙同学看到甲同学放开直尺时，立即握住直尺．设直尺从静止开始自由下落，到直尺被乙同学抓住，直尺下落的距离为h，乙同学的反应时间为t，则下列结论正确的是（ ） A. t与h成正比 B. t与成正比 C. t与成正比 D. t与h2成正比 【答案】B 【解析】 【详解】第一位同学松手时木尺做自由落体运动，由题知道木尺下落的高度为h=a﹣b，设下落时间为t，则由h=gt2得 t=，故B正确，故选B. 4. 油炸爆米花的基本原理是：高温的油让玉米粒内的水分迅速气化形成水蒸气，形成的水蒸气被玉米粒的外皮密封在内部。随着温度的升高水蒸气压强变大，当玉米粒的内、外压强差达到一定程度时玉米的表皮突然破裂，导致玉米粒内高压水蒸气也急剧膨胀，瞬时爆开玉米粒。关于这一过程，下列说法正确的是（　　） A. 在玉米粒温度升高的过程中，每个水蒸气分子的动能都一定增加 B. 大米虽然没有玉米那样的外壳密封，照样可以用油炸的方式做爆米花 C. 炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，该过程违背了热力学第二定律，能量从内能转变成了动能 D. 玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，玉米表皮单位时间内单面积上受到水蒸气分子撞击的次数增多 【答案】D 【解析】 【详解】A．温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变，故A错误； B．大米虽然没有玉米那样的外壳密封，油炸形成的水蒸气不能被大米的外皮密封在内部，不可以用油炸的方式做爆米花，故B错误； C．炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，能量从内能转变成了动能，遵循能量守恒定律，该过程不违背了热力学第二定律，故C错误； D．玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，体积不变，则分子分布的密集程度不变，温度升高，分子运动的平均速率增大，可知，单位时间内水蒸气分子对玉米表皮单位面积的撞击次数增多，故D正确。 故选D。 5. 电子绕核运动可等效为一环形电流，如图所示。氢原子的电子绕核运动的半径为，电子质量为，电荷量为，静电力常量为，则此环形电流的大小为（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，可得 则电子运动的周期为 根据电流的定义得 故选C。 6. 若以μ表示水的摩尔质量，v 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，N表示质量为M的水中所含的分子个数，NA为阿伏加德罗常数，m 、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面是五个关系式①②③④⑤，其中 A. 只有①和③是正确的 B. 只有①③和⑤是正确的 C. 只有②④和⑤是正确的 D. ①②③④和⑤都是正确的 【答案】C 【解析】 【详解】对一摩尔的任何物质包含的分子数都是阿伏加德罗常数，所以，则变形可得，所以②④正确；对水蒸气，由于分子间距的存在，并不等于摩尔体积v，即，则，所以①③错误；质量为M时水中所含分子个数为，所以⑤正确，综上分析可知只有②④和⑤是正确的，则C正确． 7. 如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，线圈转动的角速度为ω，线圈中最大电流为Im，以下说法正确的是（　　） A. 图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B. 从图（b）开始计时，线圈中电流随时间t变化的关系式 C. 当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且电流改变方向 D. 当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最小，ab边电流方向为b→a 【答案】C 【解析】 【详解】A．图（a）中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故A错误； B．从图（b）开始计时，此时线圈垂直于中性面，线圈中感应电流最大，感应电流的表达式为 故B错误； C．当线圈转到图（c）位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小为零，电流方向将改变，故C正确； D．当线圈转到图（d）位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，故D错误。 故选C。 8. 如图所示，他取来一节5号电池，将两块圆柱形且表面镀有金属涂层的钕铁硼强磁铁固定在电池两端，并分别与电池正负两极良好接触，再将这一装置轻轻插入用粗铜丝绕制的一段螺线管（螺线管内径略大于圆柱形磁铁的直径，相邻线圈间有空隙）的一端，只见固定有磁铁的5号电池快速运动到螺线管的另一端．课后，周星星同学取来完全相同的器材，仿照老师的方法将它们重新组装，重复这一实验，但没有成功．分析可能的原因是 A. 范老师有特异功能 B. 两个磁铁的磁性太弱 C. 放置两个磁铁时磁极的方向错误 D. 螺线管两端没有连接为闭合回路 【答案】C 【解析】 【详解】选项A不是物理问题，磁性弱，电池运动的慢，但不会导致实验不成功，AB错误；老师做的两个磁铁的磁极一致，周星星把两个磁铁相反，故有可能，C正确；螺线管两端不需要连接，所以D错误． 9. 中学物理实验中经常使用的电流表是磁电式电流表。如图所示，当电流从线圈的导线中流过时，导线就会受到安培力的作用，电流越大，所受安培力越大，指针也就偏转得越多，磁电式电流表就是按照这个原理指示电流大小的。基于这个原理以下说法中不正确的是（　　） A. 电表表盘刻度均匀说明指针偏转角度与电流大小成正比 B. 螺旋弹簧对线圈的运动有阻碍作用 C. 由前视图可知，线圈将顺时针偏转 D. 由前视图可知，线圈将逆时针偏转 【答案】D 【解析】 【详解】A．电表表盘刻度均匀说明指针偏转角度与电流大小成正比关系，故A正确； B．根据力矩平衡条件可知，稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的，故螺旋弹簧对线圈有阻碍作用，故B正确； CD．由左手定则可知，右侧受安培力向下，左侧安培力向上，由前视图可知，线圈将顺时针转动，故C正确，D错误。 由于本题选择错误的，故选D。 10. 在一个很小的厚度为d的矩形半导体薄片上，制作四个电极 E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件，如图所示．在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子（形成电流的自由电荷）就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N 间出现了电压，称为霍尔电压UH．可以证明UH=kIB/d，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关．下列说法正确的是（ ） A. 若M的电势高于N的电势，则载流子带正电 B. 霍尔系数k较大的材料，其内部单位体积内的载流子数目较多 C. 借助霍尔元件能够把电压表改装成磁强计（测定磁感应强度） D. 霍尔电压UH越大，载流子受到磁场的洛伦兹力越小 【答案】C 【解析】 【详解】根据左手定则可知正流子向N偏转，即N带正电，N的电势高于M的电势，A错误；设上下两个表面相距为L，电子所受的电场力等于洛伦兹力，设材料单位体积内电子的个数为n，材料截面积为S，，，联立解得：，令，则，所以根据可知单位体积内的载流子数目，随着霍尔系数越大，而越小，B错误；根据可得，故借助霍尔元件能够把电压表改装成磁强计（测定磁感应强度），C正确；载流子受到的洛伦兹力，霍尔电压UH越大，载流子受到磁场的洛伦兹力越大，D错误． 11. 如图，金属圆环放在绝缘水平面上，在圆环的正上方固定一个螺线管，螺线管两端与平行金属导轨相连，金属导轨处于垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，始终保持导体棒ab在导轨上与螺线管构成闭合回路。要使得圆环对桌面的压力小于圆环的重力，不计匀强磁场对圆环的作用，应使导体棒（ ） A. 向右加速运动或向左减速运动 B. 向右减速运动或向左减速运动 C. 向右加速运动或向左加速运动 D. 向右减速运动或向左加速运动 【答案】B 【解析】 【详解】要使得圆环对桌面的压力小于圆环的重力，根据楞次定律可知，则圆环中磁通量减小，螺线管中的电流减小，则金属棒应向右减速运动或向左减速运动。 故选B。 12. 如图，是磁电式转速传感器的结构简图．该装置主要由测量齿轮、软铁、永久磁铁、线圈等原件组成．测量齿轮为磁性材料，等距离地安装在被测旋转体的一个圆周上（圆心在旋转体的轴线上），齿轮转动时线圈内就会产生感应电流．设感应电流的变化频率为f，测量齿轮的齿数为N，旋转体转速为n．则 A. f = nN B. C. 线圈中的感应电流方向不会变化 D. 旋转体转速高低与线圈中的感应电流无关 【答案】A 【解析】 【详解】旋转体转一圈，测量齿轮靠近和远离线圈N次，线圈中的感应电流变化N次,旋转体的转速为n，感应电流的变化频率为f，则，A正确B错误；测量齿轮靠近和远离线圈时，线圈中磁通量的变化相反，产生的感应电流方向相反，C错误；旋转体转速越高，测量齿轮靠近和远离线圈越快，线圈中磁通量的变化越快，线圈中感应电动势越大，线圈中的感应电流越强，D错误． 13. 中国行星探测任务命名为“天问系列”，首次火星探测任务命名为“天问一号”。1925年德国物理学家瓦尔特·霍曼提出了一种相对节省燃料的从地球飞往火星的方案，其基本构想是在地球上将火星探测器发射后，探测器立即被太阳引力俘获，以太阳为焦点沿椭圆轨道b运动到达火星。椭圆轨道b分别与地球公转轨道a、火星公转轨道c相切，如图所示。下列说法正确的是（　　） A. 依照霍曼的猜想，火星探测器的发射速度应大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度 B. 探测器登陆火星需要先进入火星公转轨道c，则探测器在椭圆轨道的远日点处需要加速变轨 C. 若探测器沿椭圆轨道运动，探测器在远日点处的加速度比火星绕太阳公转的加速度大 D. 火星探测器沿椭圆轨道运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值小于火星绕太阳运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值 【答案】B 【解析】 【详解】A．依照霍曼的猜想，火星探测器要脱离地球的引力，但是没有脱离太阳的引力，则探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，选项A错误； B．探测器登陆火星需要先进入火星公转轨道c，则探测器在椭圆轨道的远日点处需要加速变轨才能进入轨道c，选项B正确； C．根据 可得 若探测器沿椭圆轨道运动，探测器在远日点处的加速度等于火星绕火星太阳公转的加速度，选项C错误； D．根据开普勒第三定理可知，火星探测器沿椭圆轨道运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值等于火星绕太阳运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值，选项D错误。 故选B。 14. 一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即mvnrn＝n，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、…，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能Ep，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正确的是 （　　） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】设n＝1时电子运转轨道半径为r1，此时正负电子间库仑力 此库仑作为向心力 由题中量子化理论可知，n＝1时 联立上式可得 由题意可知，系统的电势能 每个电子动能 系统的能量 E＝2Ek+Ep 联立可得 故选D。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 某同学把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，木板右端适当垫高。将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮挂上小吊盘，在小吊盘中放入合适质量的砝码，使小车在小吊盘的牵引下运动，以此定量探究合外力做功与小车及小吊盘中砝码动能变化的关系。实验器材还准备了电磁式打点计时器、导线、复写纸、纸带等，组装的实验装置如图1所示。 （1）若要完成该实验，必需的实验器材还有_____。（填写所选器材前面的字母） A. 刻度尺 B. 天平（包括配套砝码） C. 低压交流电源 D. 低压直流电源 （2）实验开始时，小吊盘中先不放砝码，并调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。在长木板的右下方适当位置垫上小木块，轻推小车，使小车在木板上_____。（选填选项前面的字母） A. 匀速下滑 B. 匀加速下滑 C. 匀减速下滑 （3）将两个砝码放入小吊盘中，用手按住小车保持静止。接通电源，然后释放小车，获得一条清晰的纸带，如图2所示。纸带上为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点、、、、、、。测量、、、、OE、OF、OG的距离，计算B、C、D、E、F各点的瞬时速度为、、、、。其中，，则可计算得出在纸带上打出点时小车运动速度大小的测量值_____。（计算结果保留3位有效数字） （4）以B、C、D、E、F各点到点的距离为横轴，对应的瞬时速度的平方为纵轴，做出图象如图3所示。发现图象是一条过原点的直线，其斜率为。若该同学漏做了上述步骤（2）中的操作，则绘制的图象_____。（选填选项前面）的字母） A. 仍过原点，但不再是直线 B. 仍是直线，但不过原点 C. 仍是过原点的直线，但斜率大于 D. 仍是过原点的直线，但斜率小于 （5）用步骤（3）中测得的数据画出图象，以B、C、D、E、F各点到点的距离为横轴，对应的瞬时速度的平方为纵轴，发现所画出的图象是一条过原点的直线，斜率为。若测得斜率的值为4，重力加速度取，则小车的质量与小吊盘中两个砝码的总质量之比约为_____。 （6）在实际实验中发现，小吊盘中砝码的重力所做的功比小车及小吊盘中砝码动能的变化要大一些，分析导致此结果的可能原因是_____。 （7）在实际实验中发现，小吊盘中砝码重力所做的功比小车及小吊盘中砝码动能的变化要小一些，分析导致此结果的可能原因是_____。 【答案】（1）ABC （2）A （3）0.760 （4）D （5）4 （6）由于空气阻力做负功或者木板倾斜角度不够，而使得摩擦阻力做负功；也有可能部分能量转化为滑轮的动能 （7）木板倾斜角度太大 【解析】 【小问1详解】 要完成该实验，需要由纸带计算小车的速度，需要用刻度尺测量纸带上点迹之间的距离；需要用天平（包括配套砝码）测出小车及小吊盘中砝码的质量，从而计算动能；电磁式打点计时器工作需要低压交流电源。 故选ABC。 【小问2详解】 本实验需要排除阻力的影响，须使小车所受重力沿斜面向下的分力与小吊盘重力的合力与阻力平衡，故应使小车在木板上匀速下滑。 故选A。 【小问3详解】 由题意知 【小问4详解】 根据可知，图象的斜率等于，若该同学漏做了上述步骤（2）中的操作，则小车匀加速运动的加速度偏小，斜率偏小，而小车释放时速度为零，则图象仍过原点，故图象仍是过原点的直线，但斜率小于。 故选D。 【小问5详解】 由题意知 可得 设小车质量为M，小吊盘中两个砝码的总质量为m，对二者组成的整体根据牛顿第二定律有 求得 【小问6详解】 该现象出现是由于空气阻力做负功或者木板倾斜角度不够，而使得摩擦阻力做负功；也有可能部分能量转化为滑轮的动能 。 【小问7详解】 该现象出现，是由于绳子的拉力大于吊盘及砝码的重力，也就是平衡摩擦力时，木板倾角过大，使得在不挂吊盘时小车受到的合力不为零。 16. 某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻． （1）现备有下列器材： A．待测的干电池一节 B．电流表（量程0~150mA，内阻Rg＝3.0Ω） C．电压表（量程0~3V，内阻Rv约1kΩ） D．滑动变阻器R（0~20Ω，1.0 A） E．电阻箱R0（0~99.9Ω） F．开关和若干导线 该同学发现上述器材中电流表的量程较小，他想利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为 0~0.6A的电流表，则电阻箱R0的阻值应取______Ω。请在图甲的虚线框内画出利用上述器材测量干电池电动势和内阻的实验电路图_________． （2）图乙为该同学根据合理电路所绘出的U-I图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。根据该图像可得被测电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。 （3）该同学完成实验后又尝试用以下方案测定一节干电池的电动势。如图丙，Ex为待测干电池，Es为电动势已知的标准电池，AB为一根粗细均匀的直线电阻丝，R1为保护电阻。该同学的操作步骤如下： ①闭合开关S1，粗调滑动变阻器R，使直线电阻AB两端的电压约为2.0V（可用电压表粗测）； ②将开关S2拨到位置“1”，调节滑动触头C至C1点时灵敏电流计的读数为零，测出AC1的长度为L1； ③将开关S2拨到位置“2”，调节滑动触头C至C2点时灵敏电流计的读数再次为零，测出AC2的长度为L2．则待测电池电动势的表达式为Ex=__________________． 【答案】 ①. 1.0 ②. ③. 1.48##1.46##1.47##1.49 ④. 0.84##0.82##0.83##0.85##0.86##0.87 ⑤. 【解析】 【详解】(1)[1]电流表G（量程0-150mA，内阻Rg=3.0Ω）改装成一块量程为0~0.6A的电流表，则电阻箱R0的阻值 [2]改装后电流表的内阻 相对于电源来说，电流表的分压不能忽略，应采用电流表的内接法，电路如图 (2) [3][4] U、I分别为电压表V和电流表G的示数，据闭合电路欧姆定律可得 对表达式变形后 将U-I图像向两端延长后借助图像的纵截距和斜率可得 解得 (3) [5]由题意得 则解得 【点睛】图像法处理数据时，要根据物理规律写出横纵坐标之间的关系式。结合图像的截距、斜率、面积等求解。 17. 如图所示，电场强度为E、方向平行于纸面的匀强电场分布在宽度为L的区域内，一个离子以初速度v0垂直于电场方向射入匀强电场中，穿出电场区域时发生的侧移量为h．在同样的宽度范围内，若改用方向垂直于纸面的匀强磁场，使同样的离子以相同的初速度穿过磁场区域时发生的侧移量也为h，即两次入射点与出射点均相同，不计离子所受重力． （1）求该离子的电性和比荷（即电荷量q与其质量m的比值）； （2）求匀强磁场磁感应强度B的大小和方向； （3）试分析说明离子在电场和磁场中运动的轨迹是否重合． 【答案】（1）带正电，；（2），垂直纸面向外；（3）不重合； 【解析】 【详解】（1）离子在电场中受到竖直向下的电场力，与电场方向相同，故带正电 在匀强电场中做类平抛运动，水平方向有，竖直方向有，而 联立以上几式可得：； （2）当变为匀强磁场后，离子在磁场中做半径为r的匀速圆周运动． 由几何关系有：； 洛伦兹力提供向心力：； 联立以上几式可得：方向垂直纸面向外． （3）虽然入射点相同，出射点也相同，但离子在电场中的运动轨迹是抛物线，而在磁场中运动的轨迹是一段圆弧，因此轨迹不会重合． 18. 如甲图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电动势为E，内阻为r的电源．导轨平面与水平面间的夹角为θ．金属杆ab垂直导轨静止放置，不计金属杆ab的电阻，金属杆ab的质量为m，金属杆与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．重力加速度为g，求： （1）金属杆ab所受安培力； （2）滑动变阻器的阻值R； （3）若将磁场方向按乙图所示的方向逆时针旋转90°至水平方向（虚线所指），且始终保持ab杆处于静止状态，试通过受力分析说明磁感应强度的大小变化情况． 【答案】（1）F=mgtanθ，方向水平垂直B与ab的平面(从a侧视图水平向右)（2）R=BdE/mgtanθ-r（3）先变小后变大， B0 =Bcosθ 【解析】 【详解】（1）金属杆处于静止状态，故金属杆受到水平向右的安培力，竖直向下的重力，以及垂直斜面向上的支持力，三力平衡，根据矢量三角形可得； （2）金属杆受到的安培力，，联立得； （3）在磁场方向从竖直变为水平的过程中，安培力从水平变为竖直，如图所示，安培力先减小后变大，由可知，磁感应强度先减小后变大，当安培力与斜面垂直时，最小，即． 19. 如图所示，一半径为R，内表面粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平．一质量为m的小球自P点正上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道．小球滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，重力加速度的大小为g，小球可视为质点，不计空气阻力． （1）求小球运动到N点时的速度大小； （2）求小球从P点运动到N点的过程中摩擦力所做的功； （3）试通过计算分析说明小球能否到达Q点？若不能，请说明理由；若能，请说明小球到达Q点时的速度是否为0． 【答案】（1）（2）（3）小球一定能达到Q点，且在到达Q点时的速度没有减小到0 【解析】 【详解】试题分析：根据小球在N点时的受力情况在竖直方向上应用牛顿第二定律得到小球在 N点的速度；对小球从静止开始运动到N点的过程应用动能定理求得摩擦力做的功，即小球从P点运动到N点的过程中摩擦力所做的功；分析小球在右半侧的摩擦力与左半侧摩擦力的情况，然后得到两边摩擦力做功的大小关系，再对从静止到Q点应用动能定理即可． （1）小球运动到N点时，在竖直方向上只受重力和轨道对球的支持力作用； 小球滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，由牛顿第三定律可知：轨道对球的支持力为4mg； 故在竖直方向上应用牛顿第二定律可得：，所以，； （2）小球从静止运动到N点的过程中只有重力、摩擦力做功，而摩擦力只存在于从P点运动到N点的过程中，由动能定理可得：小球从P点运动到N点的过程中摩擦力所做的功； （3）根据左右对称关系，在同一高度，由于摩擦力做功使得右半边的速度变小，轨道的弹力变小，滑动摩擦力变小，因此从N到Q克服摩擦做的功W′小于从P到N克服摩擦做的功W，即． 根据动能定理得Q点的动能为，由于． 所以小球一定能达到Q点，且在到达Q点时的速度没有减小到0． 20. 类比法经常用到科学研究中。科学家在探索未知领域的规律时，常常将在未知新领域实验中得到的测量结果和实验现象与已知的物理规律作类比，从而推测出未知领域可能存在的规律。然后再通过实验进行检验，以确定类比得到的结论是否正确。经典物理告诉我们，若规定相距无穷远时引力势能为0，则两个质点间引力势能的表达式为，其中G为引力常量，m1、m2为两个质点的质量，r为两个质点间的距离。 （1）把电荷之间相互作用的力及电势能与万有引力及引力势能作类比，我们可以联想到电荷之间相互作用的力及电势能的规律。在真空中有带电荷量分别为+q1和-q2的两个点电荷，若取它们相距无穷远时电势能为零，已知静电力常量为k，请写出当它们之间的距离为r时相互作用的电势能的表达式。 （2）科学家在研究顶夸克性质的过程中，发现了正反顶夸克之间的强相互作用势能也有与引力势能类似的规律，根据实验测定，正反顶夸克之间的强相互作用势能可表示为，其中A是已知数值为正的常量，r为正反顶夸克间的距离。请根据上述信息，推测正反顶夸克之间强相互作用力大小的表达式（用A和r表示）。 （3）如果正反顶夸克在彼此间相互作用下绕它们连线的中点做稳定的匀速圆周运动，若正反顶夸克系统做匀速圆周运动的周期比正反顶夸克本身的寿命小得多，则一对正反顶夸克可视为一个处于“束缚状态”的系统。已知正反顶夸克质量都是m（不考虑相对论效应），根据玻尔理论，如果正反顶夸克粒子系统处于束缚态，正反顶夸克粒子系统必须像氢原子一样满足的量子化条件为：式中n称为量子数，可取整数值1，2，3，，h为普朗克常量，rn为系统处于量子数为n的状态时正反顶夸克之间的距离，vn是系统处于该状态时正反顶夸克做圆周运动的速率。若实验测得正反顶夸克的寿命为τ=0.40×10-24s，并且已知组合常数，其中A为（2）中的常数。根据已知条件在以上模型中通过计算判断，正反顶夸克能否构成一个处在束缚状态的系统？ 【答案】（1）（2）（3）不能 【解析】 【详解】（1）因为真空中的点电荷之间的相互作用力的，这与万有引力的规律相似，且都具有做功与路径无关的特点。在规定无穷远处引力势能为零的情况下，在物体由无穷远到相距为r的过程中，引力做正功，引力势能减小，所以引力势能为负值。同样，两个带异号电性的点电荷由无穷远到相距为r的过程中，静电力做正功，电势能减小，所以电势能为负值。在真空中有带电荷量分别为+q1和-q2的两个点电荷，当它们之间的距离为r时相互作用的电势能的表达式为 （2）①类比引力势能公式和强相互作用势能公式，可知强相互作用力为引力。 ②质点间引力表达式为，类比可知，正反顶夸克之间强相互作用力表达式为 （3）设基态时顶夸克粒子的线速度大小为v１，各自的半径都是，根据牛顿定律： 假设正反顶夸克粒子系统处于束缚态，则基态时n=1，根据玻尔理论 联立上述二式可得 根据牛顿定律 联立可得 代入数据，解得 T１=1.8×10-24s 由此可见 因为处于基态时，正反顶夸克做圆周运动的周期比所有的激发态的周期都短，所以在该模型中正反顶夸克做圆周运动的周期一定大于正反顶夸克的寿命，假设不成立，故正反顶夸克的束缚态是不可能存在的。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025年北京市等级性考试科目指标定量检测 物理试卷 本试卷共11页，100分，考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出符合题目要求的一项。 1. 下列各种物理现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A. 用紫外线照射锌板，锌板向外发射光电子的现象 B. 氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 C. 用α粒子轰击金箔后，极少数α粒子发生大角度偏转的现象 D. 比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时释放核能的现象 2. 2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）再次创造新的世界纪录，实现1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行。大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为（　　） A. B. C. D. 3. 用如图所示的方法可以测出一个人的反应时间，甲同学用手握住直尺顶端，乙同学手的上边缘在直尺下端刻度为a的地方做捏住直尺的准备，但手没有接触到直尺．当乙同学看到甲同学放开直尺时，立即握住直尺．设直尺从静止开始自由下落，到直尺被乙同学抓住，直尺下落的距离为h，乙同学的反应时间为t，则下列结论正确的是（ ） A. t与h成正比 B. t与成正比 C. t与成正比 D. t与h2成正比 4. 油炸爆米花的基本原理是：高温的油让玉米粒内的水分迅速气化形成水蒸气，形成的水蒸气被玉米粒的外皮密封在内部。随着温度的升高水蒸气压强变大，当玉米粒的内、外压强差达到一定程度时玉米的表皮突然破裂，导致玉米粒内高压水蒸气也急剧膨胀，瞬时爆开玉米粒。关于这一过程，下列说法正确的是（　　） A. 在玉米粒温度升高的过程中，每个水蒸气分子的动能都一定增加 B. 大米虽然没有玉米那样的外壳密封，照样可以用油炸的方式做爆米花 C. 炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，该过程违背了热力学第二定律，能量从内能转变成了动能 D. 玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，玉米表皮单位时间内单面积上受到水蒸气分子撞击的次数增多 5. 电子绕核运动可等效为一环形电流，如图所示。氢原子的电子绕核运动的半径为，电子质量为，电荷量为，静电力常量为，则此环形电流的大小为（　　） A. B. C. D. 6. 若以μ表示水的摩尔质量，v 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，N表示质量为M的水中所含的分子个数，NA为阿伏加德罗常数，m 、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面是五个关系式①②③④⑤，其中 A. 只有①和③是正确的 B. 只有①③和⑤是正确的 C. 只有②④和⑤是正确的 D. ①②③④和⑤都是正确的 7. 如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，线圈转动的角速度为ω，线圈中最大电流为Im，以下说法正确的是（　　） A. 图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B. 从图（b）开始计时，线圈中电流随时间t变化的关系式 C. 当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且电流改变方向 D. 当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最小，ab边电流方向为b→a 8. 如图所示，他取来一节5号电池，将两块圆柱形且表面镀有金属涂层的钕铁硼强磁铁固定在电池两端，并分别与电池正负两极良好接触，再将这一装置轻轻插入用粗铜丝绕制的一段螺线管（螺线管内径略大于圆柱形磁铁的直径，相邻线圈间有空隙）的一端，只见固定有磁铁的5号电池快速运动到螺线管的另一端．课后，周星星同学取来完全相同的器材，仿照老师的方法将它们重新组装，重复这一实验，但没有成功．分析可能的原因是 A. 范老师有特异功能 B. 两个磁铁的磁性太弱 C. 放置两个磁铁时磁极的方向错误 D. 螺线管两端没有连接为闭合回路 9. 中学物理实验中经常使用的电流表是磁电式电流表。如图所示，当电流从线圈的导线中流过时，导线就会受到安培力的作用，电流越大，所受安培力越大，指针也就偏转得越多，磁电式电流表就是按照这个原理指示电流大小的。基于这个原理以下说法中不正确的是（　　） A. 电表表盘刻度均匀说明指针偏转角度与电流大小成正比 B. 螺旋弹簧对线圈的运动有阻碍作用 C. 由前视图可知，线圈将顺时针偏转 D. 由前视图可知，线圈将逆时针偏转 10. 在一个很小的厚度为d的矩形半导体薄片上，制作四个电极 E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件，如图所示．在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子（形成电流的自由电荷）就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N 间出现了电压，称为霍尔电压UH．可以证明UH=kIB/d，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关．下列说法正确的是（ ） A. 若M的电势高于N的电势，则载流子带正电 B. 霍尔系数k较大的材料，其内部单位体积内的载流子数目较多 C. 借助霍尔元件能够把电压表改装成磁强计（测定磁感应强度） D. 霍尔电压UH越大，载流子受到磁场的洛伦兹力越小 11. 如图，金属圆环放在绝缘水平面上，在圆环的正上方固定一个螺线管，螺线管两端与平行金属导轨相连，金属导轨处于垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，始终保持导体棒ab在导轨上与螺线管构成闭合回路。要使得圆环对桌面的压力小于圆环的重力，不计匀强磁场对圆环的作用，应使导体棒（ ） A. 向右加速运动或向左减速运动 B. 向右减速运动或向左减速运动 C. 向右加速运动或向左加速运动 D. 向右减速运动或向左加速运动 12. 如图，是磁电式转速传感器的结构简图．该装置主要由测量齿轮、软铁、永久磁铁、线圈等原件组成．测量齿轮为磁性材料，等距离地安装在被测旋转体的一个圆周上（圆心在旋转体的轴线上），齿轮转动时线圈内就会产生感应电流．设感应电流的变化频率为f，测量齿轮的齿数为N，旋转体转速为n．则 A. f = nN B. C. 线圈中的感应电流方向不会变化 D. 旋转体转速高低与线圈中的感应电流无关 13. 中国行星探测任务命名为“天问系列”，首次火星探测任务命名为“天问一号”。1925年德国物理学家瓦尔特·霍曼提出了一种相对节省燃料的从地球飞往火星的方案，其基本构想是在地球上将火星探测器发射后，探测器立即被太阳引力俘获，以太阳为焦点沿椭圆轨道b运动到达火星。椭圆轨道b分别与地球公转轨道a、火星公转轨道c相切，如图所示。下列说法正确的是（　　） A. 依照霍曼的猜想，火星探测器的发射速度应大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度 B. 探测器登陆火星需要先进入火星公转轨道c，则探测器在椭圆轨道的远日点处需要加速变轨 C. 若探测器沿椭圆轨道运动，探测器在远日点处的加速度比火星绕太阳公转的加速度大 D. 火星探测器沿椭圆轨道运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值小于火星绕太阳运动时轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值 14. 一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即mvnrn＝n，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、…，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能Ep，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正确的是 （　　） A. B. C. D. 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 某同学把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，木板右端适当垫高。将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮挂上小吊盘，在小吊盘中放入合适质量的砝码，使小车在小吊盘的牵引下运动，以此定量探究合外力做功与小车及小吊盘中砝码动能变化的关系。实验器材还准备了电磁式打点计时器、导线、复写纸、纸带等，组装的实验装置如图1所示。 （1）若要完成该实验，必需的实验器材还有_____。（填写所选器材前面的字母） A. 刻度尺 B. 天平（包括配套砝码） C. 低压交流电源 D. 低压直流电源 （2）实验开始时，小吊盘中先不放砝码，并调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。在长木板的右下方适当位置垫上小木块，轻推小车，使小车在木板上_____。（选填选项前面的字母） A. 匀速下滑 B. 匀加速下滑 C. 匀减速下滑 （3）将两个砝码放入小吊盘中，用手按住小车保持静止。接通电源，然后释放小车，获得一条清晰的纸带，如图2所示。纸带上为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点、、、、、、。测量、、、、OE、OF、OG的距离，计算B、C、D、E、F各点的瞬时速度为、、、、。其中，，则可计算得出在纸带上打出点时小车运动速度大小的测量值_____。（计算结果保留3位有效数字） （4）以B、C、D、E、F各点到点的距离为横轴，对应的瞬时速度的平方为纵轴，做出图象如图3所示。发现图象是一条过原点的直线，其斜率为。若该同学漏做了上述步骤（2）中的操作，则绘制的图象_____。（选填选项前面）的字母） A. 仍过原点，但不再是直线 B. 仍是直线，但不过原点 C. 仍是过原点的直线，但斜率大于 D. 仍是过原点的直线，但斜率小于 （5）用步骤（3）中测得的数据画出图象，以B、C、D、E、F各点到点的距离为横轴，对应的瞬时速度的平方为纵轴，发现所画出的图象是一条过原点的直线，斜率为。若测得斜率的值为4，重力加速度取，则小车的质量与小吊盘中两个砝码的总质量之比约为_____。 （6）在实际实验中发现，小吊盘中砝码的重力所做的功比小车及小吊盘中砝码动能的变化要大一些，分析导致此结果的可能原因是_____。 （7）在实际实验中发现，小吊盘中砝码重力所做的功比小车及小吊盘中砝码动能的变化要小一些，分析导致此结果的可能原因是_____。 16. 某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻． （1）现备有下列器材： A．待测的干电池一节 B．电流表（量程0~150mA，内阻Rg＝3.0Ω） C．电压表（量程0~3V，内阻Rv约1kΩ） D．滑动变阻器R（0~20Ω，1.0 A） E．电阻箱R0（0~99.9Ω） F．开关和若干导线 该同学发现上述器材中电流表的量程较小，他想利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为 0~0.6A的电流表，则电阻箱R0的阻值应取______Ω。请在图甲的虚线框内画出利用上述器材测量干电池电动势和内阻的实验电路图_________． （2）图乙为该同学根据合理电路所绘出的U-I图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。根据该图像可得被测电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。 （3）该同学完成实验后又尝试用以下方案测定一节干电池的电动势。如图丙，Ex为待测干电池，Es为电动势已知的标准电池，AB为一根粗细均匀的直线电阻丝，R1为保护电阻。该同学的操作步骤如下： ①闭合开关S1，粗调滑动变阻器R，使直线电阻AB两端的电压约为2.0V（可用电压表粗测）； ②将开关S2拨到位置“1”，调节滑动触头C至C1点时灵敏电流计的读数为零，测出AC1的长度为L1； ③将开关S2拨到位置“2”，调节滑动触头C至C2点时灵敏电流计的读数再次为零，测出AC2的长度为L2．则待测电池电动势的表达式为Ex=__________________． 17. 如图所示，电场强度为E、方向平行于纸面的匀强电场分布在宽度为L的区域内，一个离子以初速度v0垂直于电场方向射入匀强电场中，穿出电场区域时发生的侧移量为h．在同样的宽度范围内，若改用方向垂直于纸面的匀强磁场，使同样的离子以相同的初速度穿过磁场区域时发生的侧移量也为h，即两次入射点与出射点均相同，不计离子所受重力． （1）求该离子的电性和比荷（即电荷量q与其质量m的比值）； （2）求匀强磁场磁感应强度B的大小和方向； （3）试分析说明离子在电场和磁场中运动的轨迹是否重合． 18. 如甲图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电动势为E，内阻为r的电源．导轨平面与水平面间的夹角为θ．金属杆ab垂直导轨静止放置，不计金属杆ab的电阻，金属杆ab的质量为m，金属杆与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．重力加速度为g，求： （1）金属杆ab所受安培力； （2）滑动变阻器的阻值R； （3）若将磁场方向按乙图所示的方向逆时针旋转90°至水平方向（虚线所指），且始终保持ab杆处于静止状态，试通过受力分析说明磁感应强度的大小变化情况． 19. 如图所示，一半径为R，内表面粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平．一质量为m的小球自P点正上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道．小球滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，重力加速度的大小为g，小球可视为质点，不计空气阻力． （1）求小球运动到N点时的速度大小； （2）求小球从P点运动到N点的过程中摩擦力所做的功； （3）试通过计算分析说明小球能否到达Q点？若不能，请说明理由；若能，请说明小球到达Q点时的速度是否为0． 20. 类比法经常用到科学研究中。科学家在探索未知领域的规律时，常常将在未知新领域实验中得到的测量结果和实验现象与已知的物理规律作类比，从而推测出未知领域可能存在的规律。然后再通过实验进行检验，以确定类比得到的结论是否正确。经典物理告诉我们，若规定相距无穷远时引力势能为0，则两个质点间引力势能的表达式为，其中G为引力常量，m1、m2为两个质点的质量，r为两个质点间的距离。 （1）把电荷之间相互作用的力及电势能与万有引力及引力势能作类比，我们可以联想到电荷之间相互作用的力及电势能的规律。在真空中有带电荷量分别为+q1和-q2的两个点电荷，若取它们相距无穷远时电势能为零，已知静电力常量为k，请写出当它们之间的距离为r时相互作用的电势能的表达式。 （2）科学家在研究顶夸克性质的过程中，发现了正反顶夸克之间的强相互作用势能也有与引力势能类似的规律，根据实验测定，正反顶夸克之间的强相互作用势能可表示为，其中A是已知数值为正的常量，r为正反顶夸克间的距离。请根据上述信息，推测正反顶夸克之间强相互作用力大小的表达式（用A和r表示）。 （3）如果正反顶夸克在彼此间相互作用下绕它们连线的中点做稳定的匀速圆周运动，若正反顶夸克系统做匀速圆周运动的周期比正反顶夸克本身的寿命小得多，则一对正反顶夸克可视为一个处于“束缚状态”的系统。已知正反顶夸克质量都是m（不考虑相对论效应），根据玻尔理论，如果正反顶夸克粒子系统处于束缚态，正反顶夸克粒子系统必须像氢原子一样满足的量子化条件为：式中n称为量子数，可取整数值1，2，3，，h为普朗克常量，rn为系统处于量子数为n的状态时正反顶夸克之间的距离，vn是系统处于该状态时正反顶夸克做圆周运动的速率。若实验测得正反顶夸克的寿命为τ=0.40×10-24s，并且已知组合常数，其中A为（2）中的常数。根据已知条件在以上模型中通过计算判断，正反顶夸克能否构成一个处在束缚状态的系统？ 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $