北京市海淀区2014届高三上学期期末考试物理试题

北京市海淀区2014届高三上学期期末考试物理试题 2014.1

说明：本试卷共8页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案写在答题纸上，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。 题号 分数 一 二 三 13 14 15 16 17 18 总分

一、本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小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。把你认为正确的答案填涂在答题纸上。

1．在物理学中常用比值法定义物理量。下列说法中正确的是

A．用E=

FF定义电场强度 B．用B?定义磁感应强度

ILqC．用C??S4πkd定义电容器的电容 D．用R=

ρl定义导体的电阻 S2．如图1所示，图中以点电荷Q为圆心的虚线同心圆是该点电荷电场中球形等势面的横截面图。一个带正电的粒子经过该电场，它的运动轨迹如图中实线所示，M和N是轨迹上的两点。不计带电粒子受到的重力，由此可以判断

A．此粒子在M点的加速度小于在N点的加速度 B．此粒子在M点的电势能大于在N点的电势能 C．此粒子在M点的动能小于在N点的动能 D．电场中M点的电势低于N点的电势 3．如图2所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触，起初它们不带电，分别贴在导体A、B下部的金属箔均是闭合的。下列关于实验现象描述中正确的是

A．把带正电荷的物体C移近导体A稳定后，A、B下部的金属箔都会张开

图2 金属箔 C + + M N Q 图1 A B B．把带正电荷的物体C移近导体A稳定后，只有A下部的金属箔张开

C．把带正电荷的物体C移近导体A后，再把B向右移动稍许使其与A分开，稳定后A、B下部的金属箔都还是张开的

D．把带正电荷的物体C移近导体A后，再把B向右移动稍许使其与A分开，稳定后A、B下部的金属箔都闭合

4．如图3所示电路中，灯泡A、B的规格相同，电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽略。下列关于此电路的说法中正确的是

A．S闭合后的瞬间，A、B同时亮，然后A变暗最后熄灭

E L 图3

S A B B．S闭合后的瞬间，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮 C．S断开后的瞬间，A立即熄灭，B逐渐变暗最后熄灭 D．S断开后的瞬间，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭

5．如图4所示电路，电源电动势为E，内阻为r。当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则下列说法中正确的是

A．电动机的额定电压为IR B．电动机的输出功率为IE-I2R C．电源的输出功率为IE-I2r

D．整个电路的热功率为I2（R0 +R + r）

图4 L E r S M 6．图5是通过变压器降压给用户供电的示意图。变压器输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R0表示，开关S闭合后，相当于接入电路中工作的用电器增加。如果变压器上的能量损失可以忽略，则关于开关S闭合后，以下说法正确的是

A．电表V1示数不变，V2示数减小 B．电表A1、A2示数均增大 C．原线圈输入功率减小 D．电阻R1两端的电压减小

图5

R0

～ A1 V1 V2 A2 R1 S R2

7．在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中，规定线圈中感应电流方向如图6甲所示的方向为正。当磁场的磁感应强度 B随时间t的变化规律如图6乙所示时，图6丙中能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线是

B B

i

0 1 2 3 4 t/s

甲 乙 i i i i 0 10 0 0 1 2 3 4 t/s 1 2 3 4 t/s 1 2 3 4 t/s 2 3 4 t/s D C B A

丙

图6

8．在图7所示的空间直角坐标系所在的区域内，同时存在匀强电

z 场E和匀强磁场B。已知从坐标原点O沿x轴正方向射入的质子，穿 过此区域时未发生偏转，则可以判断此区域中E和B的方向可能是

O A．E和B都沿y轴的负方向 v x y 图7

B．E和B都沿x轴的正方向

C．E沿y轴正方向，B沿z轴负方向 D．E沿z轴正方向，B沿y轴负方向

9．如图8所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的电阻，空间存在在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒ab与固定弹簧相连，放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度。给导体棒水平向右的初速度v0，导体棒开始沿导轨往复运动，在此过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。已知导体棒的电阻r与定值电阻Ra 的阻值相等，不计导轨电阻，则下列说法中正确的是

A．导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左 v0 R B．导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压U=BLv0 C．导体棒开始运动后速度第一次为零时，系统的弹性势能b Ep=

12mv0 2图8

D．金属棒最终会停在初始位置，在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热Q=

12mv0 4 10．图9所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；P、Q间的加速电场；静电分析器，即中心线半径为R的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心O，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M。

N 由粒子源发出的不同带电粒子，经加速电场加速后进入

P 静电分析器，某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S

MO Q 垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的某点。粒子从粒

子源发出时的初速度不同，不计粒子所受重力。下列说法中R 正确的是

B A．从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定相等 S B．从小孔S进入磁场的粒子动能一定相等

图9

C．打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等

D．打到胶片上位置距离O点越远的粒子，比荷越大

二、本题共2小题，共15分。

11．（8分）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中， 所用小灯泡标有“3.8V 0.3A”字样，并提供有以下器材：

A．电压表V（0~5V，内阻约5kΩ） B．电流表A1（0~50mA，内阻约2Ω） C．电流表A2（0~500mA，内阻约1Ω） D．滑动变阻器R1（0～10Ω）

E．滑动变阻器R2（0～2kΩ） F．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计） G．开关S及导线若干

0.4 0.3 I/A 电流传感器 0.2

U

0.1 S O 1 2 3 4 U/V 丙 乙 甲

图10

（1）为了提高测量的准确度和调节方便：

①实验中应选用电流表 ，滑动变阻器 。（填写器材代号）。 ②在图10甲虚线框内画出实验电路图。

（2）由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图10乙所示。在另一实验中将此小灯泡接入如图10丙所示的电路中，电路中的电源电压U（U≤3.8V）恒定，在t=t0时刻闭合开关S，由电流传感器记录的电路中电流随时间变化的图象（i-t）可能是图11中的 图（选填“A”、“B”或“C”）。

i i i

E r S R0 G

0 t0 P t t t0 t 0 t0

A aC b B A

图12 图11

12．（7分）在测定一节干电池的电动势和内电I1/mA 阻的实验中，实验室备有下列器材选用： 1.50 A．干电池（电动势E约1.5V，内电阻r约1.0Ω）

1.45 B．电流表G（满偏电流2.0mA，内阻Rg=10Ω）

1.40 C．电流表A（量程0～0.6A，内阻约0.5Ω）

1.35 D．滑动变阻器R（0～20Ω，10A） E．定值电阻R0（阻值990Ω） 1.30 F．开关和导线若干 1.25 两组同学分别采用了不同实验方案进行实验：

1.20 （1）一组同学设计的实验电路如图12所示，

1.15 并利用以上器材正确连接好电路，进行了实验测量。

1.10 根据他们的实验设计，完成下列问题：闭合开关S，0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 I2/A 移动滑动变阻器的滑动端P至某一位置，记录电流图13 表G的示数I1和电流表A的示数I2。多次改变滑动

端P的位置，得到多组数据。在图13所示的坐标纸上建立I1、I2坐标系，并已标出了与测量数据对应的5个坐标点。还有一组数据如图14的电表所示，请依据所标各点标在图中描绘I1-I2图线。

利用所画图线求得电源的电动势E= V，电源的内电阻r = Ω。（结果要求保留两位小数)

（2）另一组同学采用滑动变阻器和一个多用电表来测定电池的电动势和内阻。实验原理如图15所示。当变阻器为某一阻值时，用多用电表的

R S E 图15

直流电压挡测出变阻器两端的电压U，再卸去变阻器一个接线柱的导线，把多用电表串联在电路中，用直流电流挡测出通过变阻器的电流I。随后改变变阻器的电阻，重复上述操作，获得多组U、I数据，并计算得出实验结果。这个实验方案在测量原理上的主要缺点是 。

三、本题包括6小题，共55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，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 13．（8分）如图16所示，长为l的绝缘细线一端悬于O点，E O 另一端系一质量为m、电荷量为q的小球。现将此装置放在水平向右l 37? 的匀强电场中，小球静止在A点，此时细线与竖直方向成37?角。重A 力加速度为g，sin37?=0.6，cos37?=0.8。 （1）判断小球的带电性质； （2）求该匀强电场的电场强度E的大小； 图 16 （3）若将小球向左拉起至与O点处于同一水平高度且细绳刚好张紧，将小球由静止释放，求小球运动到最低点时的速度大小。

14．（8分）如图17所示的装置放置在真空中，炽热的金属丝可以发射电子，金属丝和竖直金属板之间加以电压U1=2500V，发射出的电子被加速后，从金属板上的小孔S射出。装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置，板长l=6.0cm，相距d=2cm，两极板间加以电压U2=200V的偏转电场。从小孔S射出的电子恰能沿平行于板面的方向由极板左端中间位置射入偏转电场。已知电子的电荷量e=1.6×10-19C，电子的质量m=0.9×10-30kg，设电子刚离开金属丝时的速度为0，忽略金属极板边缘对电场的影响，不计电子受到的重力。求：

（1）电子射入偏转电场时的动能Ek； （2）电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量y；

（3）电子在偏转电场运动的过程中电场力对它所做的功W。

金属丝 l U1

- S 金属板

+ U2 d

图17

15．（9分）图18为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为S，共有n匝，线圈总电阻为r，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO?转动；线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接。在外力作用下线圈以恒定的角速度ω绕轴OO′匀速转动。（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦）

（1）推导发电机线圈产生感应电动势最大值的表达式Em=nBSω； （2）求线圈匀速转动过程中电流表的示数；

（3）求线圈速度转动N周过程中发电机线圈电阻r产生的焦耳热。

16．（10分）如图19所示，在水平向左、电场强度为E的匀强电场中，竖直固定着一根足够长的粗糙绝缘杆，杆上套着一个质量为m、带有电荷量-q的小圆环，圆环与杆间的动摩擦因数为μ。

（1）由静止释放圆环，圆环沿杆下滑，求圆环下滑过程中受到的摩擦力f；

（2）若在匀强电场E的空间内再加上磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，圆环仍由静止开始沿杆下滑。求：

①圆环刚开始运动时加速度a0的大小； ②圆环下滑过程中的最大动能Ek。

17．（10分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，图20为回旋加速器的示意图。D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上。在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正

B D1 A D2 图19

E -q K O L a K L R 图18

b d A O′ c B 高频电源

图20

电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一次一次地被加速，速度越来越大，运动半径也越来越大，最后到达D形盒的边缘，沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为q，质量为m，加速时狭缝间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零，不计粒子受到的重力，求：

（1）带电粒子能被加速的最大动能Ek； （2）带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径；

（3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I，求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率P。

18．（10分）如图21所示，两根金属平行导轨MN和PQ放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为L，电阻不计。水平段导轨所处空间有两个有界匀强磁场，相距一段距离不重叠，磁场Ⅰ左边界在水平段导轨的最左端，磁感强度大小为B，方向竖直向上；磁场Ⅱ的磁感应强度大小为2B，方向竖直向下。质量均为m、电阻均为R的金属棒a和b垂

直导轨放置在其上，金属棒b置于磁场Ⅱ的右边界CD处。现将金属棒a从弯曲导轨上某一高处由静止释放，使其沿导轨运动。设两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。

（1）若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平段导轨间的最大摩擦力均为1mg，将金属棒5a从距水平面高度h处由静止释放。求： ?金属棒a刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒b的电流大小； ?若金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒a释放时的高度h应满足的条件； （2）若水平段导轨是光滑的，将金属棒a仍从高度h处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ。设两磁场区域足够大，求金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b中可能产生焦耳热的最大值。 M 2B B a C P N

Ⅰ Ⅱ 图21 b D Q 海淀区高三年级第一学期期末练习参考答案及评分标准

物 理 2014.1

一、本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一

个选项是符合题意的，有的小题有多个选项是符合题意的。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 答案 1 AB 2 AD 3 AC 4 AD 5 CD 6 BD 7 B 8 BC V 9 AD 10 C 二、本题共2小题，共15分。 11．（8分）

（1）①C （2分）； D （2分）

②见答图1 （2分） （2）C （2分） 12．（7分）

（1）如答图2 （2分）； 1.48±0.01 （2分）； 0.59±0.02 （1分） （2）将路端电压和电流分两次测量。 （2分） （说明：表达出测量的电流、电压不是同一个状态即可得分） A2 R1 E

S 答图1

I1/mA 1.50 1.45 1.40 三、本题包括6小题，共55分。解答应写出必要的1.35 文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答1.30 案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 1.25 13. （8分）解： 1.20 （1）小球在A点静止，其受力情况如答图3所1.15 示。小球带负电。 （2分） （2）根据共点力平衡条件有 mgtan37?=qE 1.10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 I2/A

解得 E=3mg （3分） 4q12 mv（2分） 2答图2 （3）设小球到达最低点时的速度为v，小球从水平位置运动到最低点的过程中，根据动能定理有：mgl–qEl=qE 37? T 解得：v=2gl(1?tan37?)=14．（8分）解：

2gl （1分） 2F合 答图3 mg （1）电子在加速电场中，根据动能定理eU1=Ek

解得Ek =4.0×10-16J （2分） （2）设电子在偏转电场中运动的时间为t

电子在水平方向做匀速运动，由l= v1t，解得 t=

l v1电子在竖直方向受电场力 F=e?U2 d电子在竖直方向做匀加速直线运动，设其加速度为a 依据牛顿第二定律 e?eU2U2=ma，解得a= （1分） dmd12U2l2电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量 y=at= （1分）

4dU12 解得 y=0.36cm （1分） （3）电子射出偏转电场的位置与射入偏转电场位置的电势差 U=

U2?y（1分） d 电场力所做的功W=eU （1分） 解得W=5.76×10-18J （1分） 15．（9分）解：

（1）设线圈ab边的边长l1，bc边的边长l2。当线圈平面与磁场方向平行时，线圈中的

感应电动势最大。 （1分）

设此时ab边的线速度为v，则单匝线圈时ab边产生的感应电动势为E1=Bl1v

cd边产生的感应电动势为E2=Bl1v

n匝线圈产生的总感应电动势为Em=n(E1+E2)= 2nBl1v （1分） 由于v??r???有Em=2nBl1??l2 2l2?nBl1l2??nBS? （1分） 2 （2）线圈中的感应电动势有效值为：E?Em （1分） 2 电路中电流的有效值 I=

nBS?E= （2分） R?r（2R?r）即电流表的示数为

2nBS?

（2R?r）（3）线圈转动的周期 T=

2π?，线圈转动N周的时间 t=NT=N?

2

2π? （1分）

依据焦耳定律，发电机线圈产生的焦耳热 Q=Irt （1分）

πNn2B2S2?r 解得 Q= （1分） 2（R?r） 16．（10分）解：

（1）在水平方向圆环受到的弹力N=qE

则摩擦力f=μN=μqE （3分） （2）①圆环刚开始运动时不受洛伦兹力，因此，摩擦力大小f=μqE

在竖直方向，由牛顿第二定律 mg??qE?ma0 （1分） 解得a0?mg??qE （2分） m②当重力与滑动摩擦力平衡时，圆环速度最大，动能最大。 即mg??(qvmB?qE) （1分） 最大速度vm?mg??qE （2分）

?qB12m(mg?μqE)2最大动能Ek=mvm? （1分） 22222μqB17．（10分）解：

（1）带电粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，此时带电粒子具有最大动能Ek，设离子从D盒边缘离开时的速度为vm。

v依据牛顿第二定律 Bqvm?mm

R212q2B2R2所以带电粒子能被加速的最大动能Ek?mvm? （2分）

22m（2）带电粒子在D2盒中第n个半圆是带电粒子经过窄缝被加速2n-1次后的运动轨道， 设其被加速2n-1次后的速度为vn 由动能定理得 （2n-1）qU?12mvn （2分） 22此后带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径为rn

v由牛顿第二定律得 Bqvn?mn （1分）

rnrn=

mvn1（22n?1)mU? （1分） BqBq（3）设在时间t内离开加速器的带电粒子数N，则正离子束从回旋加速器输出时形成的的等效电流I?ItNq，解得N=

qtN?EkqIB2R2带电粒子从回旋加速器输出时的平均功率 P?= （4分）

2mt18．（10分）解：

（1）①金属棒在弯曲光滑导轨上运动的过程中，机械能守恒，设其刚进入磁场Ⅰ时速度为v0，产生的感应电动势为E，电路中的电流为I。

由机械能守恒 mgh?12mv0，解得v0=2gh 2E 2R感应电动势E=BLv0，对回路I?解得：I=BL2gh2R （3分） ②对金属棒b：所受安培力F=2BIL 又因 I =BL2gh2R 金属棒b棒保持静止的条件为F≤1mg 5gm2R2解得 h≤ （3分） 50B4L4（2）金属棒a在磁场Ⅰ中减速运动，感应电动势逐渐减小，金属棒b在磁场Ⅱ中加速运动，感应电动势逐渐增加，当两者相等时，回路中感应电流为0，此后金属棒a、b都做匀速运动。设金属棒a、b最终的速度大小分别为v1、v2，整个过程中安培力对金属棒a、b的冲量大小分别为Ia、Ib。 由BLv1=2BLv2，解得v1=2v2 设向右为正方向：对金属棒a，由动量定理有 -Ia=mv1-mv0 对金属棒b，由动量定理有 -Ib=-mv2-0 由于金属棒a、b在运动过程中电流始终相等，则金属棒a受到的安培力始终为金属棒b受到安培力的2倍，因此有两金属棒受到的冲量的大小关系 Ib=2Ia 解得v1?42v0，v2?v0 55根据能量守恒，回路中产生的焦耳热 Q?12122142112mv0?[m(v0)?m(v0)]?mv0?mgh 22525105Qb=11Q?mgh （4分） 210 说明：计算题中用其他方法计算正确同样得分。

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