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2016年北京市西城区高三物理期末试卷及答案2016.1


北京市西城区 2015 — 2016 学年度第一学期期末试卷

高三物理
试卷满分:100 分 考试时间:120 分钟

2016.1

第一卷(共 48 分)
一、单项选择题(本题共 12 小题,每小题 3 分,共 36 分。 ) 1.关于某个物体受到的力与运动的关系,下列说法正确的是 A. 物体受

到的合力为零,速度一定为零 B. 物体受到的合力恒定,速度一定恒定 C. 物体受到的合力越大,速度一定越大 D. 物体受到的合力越大,加速度一定越大 2.关于机械振动和机械波,下列说法正确的是 A.有机械振动必有机械波 B.声音在空气中传播时是横波 C.在机械波的传播中质点并不随波迁移 D.质点的振动方向与波的传播方向总在同一直线上 3. 如图所示,汽车在一水平公路上转弯时,汽车的运动可视为匀速圆周运动的一部分。 下列关于汽车转弯时的说法正确的是 A.汽车处于平衡状态 B.汽车的向心力由重力提供 C.汽车的向心力由支持力提供 D.汽车的向心力由摩擦力提供 4.在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小。仪器中有一根轻质金属丝悬挂 着一个金属球,无风时金属球自由下垂,当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏 离竖直方向一个角度并保持恒定,如图所示。关于风力大小 F 与小球质量 m、偏角 θ 之间的关系,下列关系中正确的是 A.F = mgtanθ C. F ? mg cos ? B.F = mgsinθ D. F ? mg tan ?
θ F

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5. 某同学站在体重计上,通过做下蹲、起立的动作来探究超重和失重现 象。下列说法正确的是 A.下蹲过程中人始终处于超重状态 B.起立过程中人始终处于超重状态 C.下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态 D.起立过程中人先处于超重状态后处于失重状态 6. 如图甲所示,弹簧振子以 O 点为平衡位置,在 M、N 两点之间做简谐运动。振子的位 移 x 随时间 t 的变化图象如图乙所示。下列判断正确的是 A.0.4s 时振子的加速度为零 B.0.8 s 时振子的速度最大 C.0.4 s 和 1.2 s 时振子的加速度相同 D.0.8s 和 1.6 s 时振子的速度相同
x/cm 12 O M 图甲 0 N x 0 -12 图乙 0.4 0.8 1.2 1.6 t/s

7.如图所示,实线是一簇由负点电荷产生的电场线。一带正电的粒子仅在电场力作用下 通过电场,图中虚线为粒子的运动轨迹,a、b 是轨迹上的两点。下列判断正确的是 A.a 点场强小于 b 点场强 B.a 点电势大于 b 点电势 C.带电粒子从 a 到 b 动能减小 D.带电粒子从 a 到 b 电势能减小
E

a

b

8.如图所示,用理想变压器为一个“6V、12W”的小灯泡供电,变压器原线圈中的输入 电压为 220V。闭合开关 S,小灯泡恰好正常发光。则下列说法中错误 的是 .. A.变压器原副线圈的匝数之比为 110:3 B.变压器原线圈中的输入电流为 2A C.变压器原线圈中的输入功率为 12W D.变压器副线圈中的输出功率为 12W
S L

~

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9. 如图所示,平行板电容器已经充电,静电计的金属球与电容器的一个极板连接,外壳

与另一个极板连接,静电计指针的偏转指示电容器两极板间的电势差。实验中保持极 板上的电荷量 Q 不变。设电容器两极板正对面积为 S,极板间的距离为 d,静电计指 针偏角为 θ。下列关于实验现象的描述正确的是 A.保持 S 不变,增大 d,则 θ 变大 B.保持 S 不变,减小 d,则 θ 不变 C.保持 d 不变,减小 S,则 θ 变小 D.保持 S、d 不变,在两板间插入电介质,则 θ 变大
10. 如图所示,在真空中有一对带电的平行金属板水平放置。一带电粒子沿平行于板面

的方向,从左侧两极板中央射入电场中,恰能从右侧极板边缘处离开电场。不计粒 子重力。若可以改变某个量,下列哪种变化,仍能确保粒子一定飞出电场 A.只增大粒子的带电量 B.只增大电场强度 C.只减小粒子的比荷 D.只减小粒子的入射速度
+ + + + + + +

v E -

11. 如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图。 由电子枪产生电子束, 玻璃泡内充有稀薄 的气体, 在电子束通过时能够显示电子的径迹。 前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场, 磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和 磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压 U 和励磁线圈 的电流 I 来调节。适当调节 U 和 I,玻璃泡中就会出现电子 束的圆形径迹。下列调节方式中,一定能让圆形径迹半径 增大的是 A.同时增大 U 和 I C.增大 U,减小 I B.同时减小 U 和 I D.减小 U,增大 I

12. 如图所示为一个多量程多用电表的简化电路图。单刀 多掷开关 S 可以与不同接点连接。下列说法正确的是 A.当 S 接 1 或 2 时为直流电流档,接 1 时量程较小 B.当 S 接 1 或 2 时为直流电压档,接 1 时量程较大 C.当 S 接 3 或 4 时为直流电流档,接 3 时量程较大 D.当 S 接 5 或 6 时为直流电压档,接 5 时量程较小
A 2 1 B 3 4 5 6 S E E′

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二、多项选择题(本题共 4 小题,每小题 3 分,共 12 分。每小题全部选对的得 3 分, 选对但不全的得 1 分,有选错的得 0 分。 ) 13.两辆汽车在一条东西方向的平直公路上行驶,以向东为正方 16 向,两辆汽车的 v-t 图象如图所示。由图可知 A.两辆汽车都向东行驶 B.乙车做匀减速直线运动 C.6s 时甲车的速度大于乙车 D.0~7s 内甲车的位移大于乙车
0 2 4 6 t/s 12 8 4 乙 v/m?s-1 甲

14. 如图所示为一台小型发电机示意图, 磁场为水平方向。 当线圈转到如图所示的水平位 置时,下列判断正确的是 A.通过线圈的磁通量最大 B.通过线圈的磁通量为零 C.线圈中产生的电动势最大 D.线圈中产生的电动势为零 15. 如图所示,光滑绝缘的水平面上,一个边长为 L 的正方形金属框,在水平恒力 F 作 用下运动,穿过方向如图的有界匀强磁场区域。磁场区域的宽度为 d(d >L) 。已知 ab 边进入磁场时,线框的加速度恰好为零。则线框进入磁场的过程和从磁场另一侧 穿出的过程相比较,下列分析正确的是 A.线框中产生的感应电流方向相反 B.所受的安培力方向相反 C.两过程所用时间相等 D.进入磁场的过程中线框产生的热量较少
b d L a B F

16.如图所示,两个半径相同的半圆形光滑轨道置于竖直平面内,左右两端点等高,分 别处于沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中。 两个相同的带正电小球同时从两轨道左 端最高点由静止释放。M、N 为轨道的最低点。则下 列分析正确的是 A.两个小球到达轨道最低点的速度 vM < vN
B M +q +q

E

N

B.两个小球第一次经过轨道最低点时对轨道的压力 FM > FN C.小球第一次到达 M 点的时间小于小球第一次到达 N 点的时间 D.磁场中小球能到达轨道另一端最高处,电场中小球不能到达轨道另一端最高处

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第二卷(共 52 分)
三、计算题(本题共 5 小题。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。 解题过程中需要用到,但题目中没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明。只写出 最后答案的不能得分。有数值计算的,答案中必须写出数值和单位。 ) 17. (9 分) 如图所示,斜面 AC 长 L= 1m,倾角 θ =37° ,CD 段为与斜面平滑连接的水平地面。 一个质量 m = 2kg 的小物块从斜面顶端 A 由静止开始滑下。小物块与斜面、地面间的动 摩擦因数均为 μ = 0.5。不计空气阻力,g = 10m/s2,sin37° = 0.6,cos37° = 0.8。求: (1)小物块在斜面上运动时的加速度大小 a; (2)小物块滑到斜面底端 C 点时的速度大小 v; (3)小物块在水平地面上滑行的最远距离 x。
A



θ C D

18. (9 分) 宇航员驾驶宇宙飞船到达月球,他在月球表面做了一个实验:在离月球表面高度为 h 处,将一小球以初速度 v0 水平抛出,水平射程为 x。已知月球的半径为 R,万有引力 常量为 G。不考虑月球自转的影响。求: (1)月球表面的重力加速度大小 g0 ; (2)月球的质量 M; (3)飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度 v。

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19. (11 分) 如图所示,两根平行的光滑金属导轨 MN、PQ 放在水平面上,左端向上弯曲,导轨 间距为 L,电阻不计。水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度 为 B。导体棒 a 与 b 的质量均为 m,电阻值分别为 Ra=R,Rb=2R。b 棒放置在水平导轨 上足够远处,a 棒在弧形导轨上距水平面 h 高度处由静止释放。运动过程中导体棒与导 轨接触良好且始终与导轨垂直,重力加速度为 g。 (1)求 a 棒刚进入磁场时受到的安培力的大小和方向; (2)求最终稳定时两棒的速度大小; (3)从 a 棒开始下落到最终稳定的过程中,求 b 棒上产生的内能。
M a P h b Q B N

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20. (11 分) 如图 1 所示,一根轻质弹簧上端固定在天花板上,下端挂一小球(可视 为质点) ,弹簧处于原长时小球位于 O 点。将小球从 O 点由静止释放,小球 沿竖直方向在 OP 之间做往复运动,如图 2 所示。小球运动过程中弹簧始终 处于弹性限度内。不计空气阻力,重力加速度为 g。 (1)在小球运动的过程中,经过某一位置 A 时动能为 Ek1,重力势能为 EP1,弹簧弹性势能为 E 弹 1,经过另一位置 B 时动能为 Ek2,重力势能为 EP2, 弹簧弹性势能为 E 弹 2。请根据功是能量转化的量度,证明:小球由 A 运动到 B 的过程中,小球、弹簧和地球组成的物体系统机械能守恒; (2)已知弹簧劲度系数为 k。以 O 点为坐标原点,竖直向下为 x 轴正方 向,建立一维坐标系 O-x,如图 2 所示。 a. 请在图 3 中画出小球从 O 运动到 P 的过程中, 弹簧弹力的大小 F 随相对于 O 点的位移 x 变化的图象。根据 F-x 图象求:小球从 O 运动到 任意位置 x 的过程中弹力所做的功 W,以及小球在此位置时弹簧的弹性 势能 E 弹; b. 已知小球质量为 m。求小球经过 OP 中点时瞬时速度的大小 v。
O x F P 图1 O O

x
图2

图3

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21. (12 分) 在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。一粒子 源产生离子束,已知离子质量为 m,电荷量为+e 。不计离子重力以及离子间的相互作 用力。 (1)如图 1 所示为一速度选择器,两平行金属板 水平放置,电场强度 E 与磁感应强度 B 相互垂直。让 粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择 器。求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速 度大小 v。 (2)如图 2 所示为竖直放置的两平行金属 板 A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的 电压 UAB 随时间的变化规律如图 3 所示。假设 从速度选择器出来的离子动能为 Ek=100eV, 让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间。两 极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽 略不计。设每秒从速度选择器射出的离子数为 t = 0 到 t = 0.4s 时间内,从 B 板小孔飞出的离子产生的平均电流 I。 (3)接(1) ,若在图 1 中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图 4 所示。将粒子 源产生的离子束中速度为 0 的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求 离子到达下极板时的速度大小 v,以及两极板间的距离 d。
+ + + + + B E + 图2 -200 0 0.2 0.4 0.6 t /s A B 200 UAB / V
粒子源

+ v

+

+

+

+

+ B

+

E

- - - - - - 图1

图3

N0 = 5× 1015 个,已知 e =1.6× 10-19C。从 B 板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从

- - - - - - 图4

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北京市西城区 2015 — 2016 学年度第一学期期末试卷

高三物理参考答案及评分标准
一、单项选择题(每小题 3 分。 ) 1. D 12. D 2. C 3. D 4. A 5. D 6. B 7. C 8. B 9. A 10. C

2016.1

11. C

二、多项选择题(每小题全部选对的得 3 分,选对但不全的得 1 分,有选错的得 0 分。 ) 13. ABC 14. BC 15. AD 16. BCD 三、计算题 17. (9 分) 解: (1)根据牛顿第二定律 mgsinθ -μmgcosθ = ma (2 分) 解得 解得 (3) 根据动能定理 解得 a = 2m/s2 (1 分)
2

(2) 根据匀变速直线运动规律

v ? 2aL
1 2 mv 2

(2 分) (1 分) (2 分) (1 分)

v = 2m/s

? ?mg ? x ? 0 ?
x = 0.4m

18.(9 分)设飞船质量为 m 解:(1)设小球落地时间为 t,根据平抛运动规律 水平方向 x ? v0t 竖直方向 h ? 解得 (1 分) (1 分) (1 分)

1 g 0t 2 2

g0 ?

2hv0 x2

2

(2)在月球表面忽略地球自转时有 解得月球质量

G
2

Mm ? mg 0 R2

(2 分) (1 分) (2 分) (1 分)

2hv0 R 2 x 2G Mm v2 (3)由万有引力定律和牛顿第二定律 G 2 ? m R R v 解得 v ? 0 2hR x M?

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19. (11 分) 解: (1)设 a 棒刚进入磁场时的速度为 v,从开始下落到进入磁场 根据机械能守恒定律 a 棒切割磁感线产生感应电动势 根据闭合电路欧姆定律 a 棒受到的安培力 联立以上各式解得

mgh ?

1 2 mv 2

(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

E = BLv

I?

E R ? 2R

F = BIL

B 2 L2 2 gh 方向水平向左(1 分) 3R (注:或方向与速度方向相反。若方向错或没答方向均扣 1 分) F?

(2)设两棒最后稳定时的速度为 v ′,从 a 棒开始下落到两棒速度达到稳定 根据动量守恒定律 mv = 2m v ′ 解得 (2 分) (1 分)

v? ?

1 2 gh 2

(3)设 a 棒产生的内能为 Ea ,b 棒产生的内能为 Eb 根据能量守恒定律
1 2 1 mv ? ? 2mv?2 ? Ea ? Eb (1 分) 2 2

两棒串联内能与电阻成正比 解得

Eb = 2Ea

(1 分) (1 分)

1 Eb ? mgh 3

20. (11 分) 解:(1)设重力做的功为 WG,弹力做的功为 W 弹 根据动能定理 WG + W 弹 = Ek2 - Ek1 WG = Ep1 – Ep2 (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
kx F

由重力做功与重力势能的关系

由弹力做功与弹性势能的关系 W 弹 = E 弹 1- E 弹 2 联立以上三式可得 Ek1 + Ep1 +E 弹 1 = Ek2 +Ep2 +E 弹 2

(2)a. F-x 图象如右图所示 图中的图线和 x 轴围成的面积表示功的大小 所以弹力做功为

1 W ? ? kx 2 (注:没有负号扣 1 分) (2 分) 2

O

x

x

由弹力做功与弹性势能的关系 W 弹 = 0 -E 弹 解得
E弹 ? 1 2 kx 2

(1 分)

b. 小球由 O 点到 OP 中点,根据动能定理
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1 1 mgx ? kx 2 ? mv 2 ? 0 2 2
小球由 O 点到 P 点,根据机械能守恒定律
1 mg ? 2 x ? k (2 x) 2 2

(1 分)

(1 分)

解得 21. (12 分)

v?g

m k

(1 分)

解: (1)离子做匀速直线运动,根据受力平衡 Ee = Bev 解得
v? E B

(2 分) (1 分)

(2)A、B 之间加正向电压时,离子能够通过 B 板小孔;A、B 之间加反向电压时, 电 场力对离子做负功,电压小于 100V 时,离子能够通过 B 板小孔。 由此可知,有离子通过 B 板小孔的时间 t ′= 0.3s (1 分) 通过 B 板小孔的离子数 根据 代入数据解得平均电流 N ′ = Nt ′ = 1.5× 1015 个 (1 分)

I?

q N ?e ? t t

(1 分) (1 分)

I = 6× 10-4A

(3)由题意可知,离子到达下极板时的速度方向为水平方向 根据动能定理

Eed ?

1 2 mv 2

(1 分)

设某时刻离子竖直方向速度为 vy。在很短时间 ?t 内,离子在竖直方向通过的距 离为 vy△t,在水平方向受到的冲量为 evyB△t。离子从开始运动至到达下极 板的过程 水平方向,根据动量定理 竖直方向,根据运动学规律 联立以上各式解得 ∑evyB△t = mv ∑vy△t = d
v? 2E B

(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

d?

2mE eB 2

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