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北京朝阳区2017届高三物理上学期期末试卷(含答案)

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北京朝阳区2017届高三物理上学期期末试卷(含答案)

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北京市朝阳区2016~2017学年度第一学期期末统一考试
高三年级物理试卷      2017.1
    (考试时间90分钟  满分100分)
一、本题共13小题,每小题3分,共39分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题目要求的。把答案用2B铅笔填涂在答题卡上。
1.关于“电子伏特(符号:eV)”,属于下列哪一物理量的单位
A.电荷量                       B.电压  
C.电流                         D.能量
2.已知干电池的电动势为1.5V,下列说法正确的是
  A.当外电路闭合时,干电池两极间的电压等于1.5V
B.当外电路断开时,干电池两极间的电压等于零   
C.当外电路闭合时,在1s内有1.5C的电荷通过该电池
D.当1C的电荷通过干电池时,干电池能够把1.5J的化学能转化为电能 
3.矩形金属线圈ABCD位于如图所示的通电长直导线附近,线圈与导线在同一个平面内,线圈的两条边与导线平行。下列说法正确的是
  A.在这个平面内线圈远离导线移动时穿过线圈的磁通量减小
B.在这个平面内线圈平行导线移动时穿过线圈的磁通量减小
C.当导线中的电流I增大时线圈产生沿ADCBA方向的感应电流
D.当导线中的电流I减小时线圈产生沿ABCDA方向的感应电流
4.如图所示,一金属直棒MN两端接有细导线,悬挂于线圈正上方,为使MN垂直纸面向外运动,可以将
A.a、c端接电源正极,b、d端接电源负极
B.a、d端接电源正极,b、c端接电源负极
C.b、d端接电源正极,a、c端接电源负极
D.b、c端用导线连接,a端接电源正极,d端接电源负极
5.现有规格为“220V,36 W”的排气扇,如图所示,排气扇电动机的线圈电阻为40Ω。当正常工作时,排气扇的
A.通电电流计算式为
B.输出功率计算式为
C.发热功率计算式为
D.电功率大于36W
6.在某静电场中把一个+q的检验电荷从电场中的A点移到无限远处时,电场力做功为W,则检验电荷在A点的电势能EPA以及电场中A点的电势φA分别为
A.            B.
C.          D.
7.如图所示,是回旋加速器的示意图,利用该装置我们可以获得高能粒子,其核心部分为处于匀强磁场中的两个D形盒,两D形盒之间接交流电源,并留有窄缝,粒子在通过窄缝时得到加速。忽略粒子的重力等因素,为了增大某种带电粒子射出时的动能,下列说法正确的是
A.只增大D形盒的半径
B.只增大加速电场的电压
C.只增大窄缝的宽度
D.只减小磁感应强度
8.如图所示,竖直实线表示某匀强电场中的一簇等势面,一带电微粒在电场中从A到B做直线运动(如图中虚线所示)。则该微粒
    A.一定带正电
B.从A到B的过程中做匀速直线运动
C.从A到B的过程中电势能增加
D.从A到B的过程中机械能守恒
9.在光滑绝缘水平面上,用绝缘细线拉着一带负电的小球,在水平面内绕竖直方向的轴做逆时针方向的匀速圆周运动,整个空间存在竖直向下的匀强磁场,俯视图如图所示。若小球运动到A点时细线突然断开,则小球此后
   A.仍做逆时针方向的匀速圆周运动,但半径减小
 B.仍保持原来的速度大小,做匀速直线运动 
C.做顺时针方向的曲线运动,但不是圆周运动
D.做顺时针方向的匀速圆周运动,半径可能不变
10.如图所示,L是自感系数很大的线圈,但其自身的电阻几乎为零,A和B是两个相同的小灯泡。下列对实验现象的预测合理的是
A.开关S由断开变为闭合时,A灯先亮B灯后亮
B.开关S由断开变为闭合时,A、B 两灯同时亮
C.开关S由闭合变为断开时,A、B 两灯同时立即熄灭
D.开关S由闭合变为断开时,A、B 两灯都会延迟一会儿熄灭
11.在光滑水平面上,一质量为m、边长为l的正方形导线框abcd,在水平向右的恒力F的作用下穿过某匀强磁场,该磁场的方向竖直向下,宽度为L(L> l),俯视图如图所示。已知dc边进入磁场时的速度为v0,ab边离开磁场时的速度仍为v0。下列说法正确的是
A.线框进入和离开磁场时产生的感应电流方向相同                  
B.线框进入和离开磁场时受到的安培力方向相反             
C.线框穿过磁场的过程中一直做匀速直线运动
D.线框穿过磁场过程中恒力F做的功等于线框产生的焦耳热
12.某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻,经过正确的操作获得了若干组实验数据,据此描绘出的U-I图像(其中U、I分别为电压表和电流表的读数)如下图中的实线所示,虚线表示该电池两端的电压与流经电池电流的关系图线,下列图像合理的是

A                   B                  C                   D
13.随着新能源轿车的普及,无线充电技术得到进一步开发和应用。一般给大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。如图所示,由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动车底部的感应装置(主要装置是线圈),该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电,供电装置与车身接收装置之间通过磁场传送能量,由于电磁辐射等因素,其能量传输效率只能达到90%左右。无线充电桩一般采用平铺式放置,用户无需下车、无需插电即可对电动车进行充电。目前,无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为15~25cm,允许的错位误差一般为15cm左右。下列说法正确的是
A.无线充电桩的优越性之一是在百米开外也可以对电车快速充电
B.车身感应线圈中感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
C.车身感应线圈中感应电流的磁场总是与地面发射线圈中电流的磁场方向相反
D.若线圈均采用超导材料则能量的传输效率有望达到100%
二、本题共3小题,共20分。把答案填在答题卡相应的位置。 
14.(3分)如图所示,虚线框内为多用电表欧姆挡的内部电路,a、b为电表面板上的表笔插孔。下列说法正确的是_________。
A.a孔插黑表笔
B.用“×100 Ω”挡测量时指针指在0 Ω附近,应换用“×1 kΩ”挡
C.若更换倍率测量电阻时必须要重新进行欧姆调零
D.要测量电路中某电阻的阻值,必须将该电阻与其他元件断开
15.(5分)某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,使用的 
器材如下:
待测小灯泡(2.5V,1.25W)
电源(电动势3V,内阻不计)  
电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω;0~3A,内阻约0.025Ω)
电压表(0~3V,内阻约3kΩ;0~15V,内阻约15kΩ)
滑动变阻器R(0~10Ω,额定电流2A)
单刀单掷开关及导线若干
(1)为减小误差,在本实验中电流表应选用0~     A
量程;电压表应选用0~     V量程。
(2)右图是本实验器材的实物图,图中已连接了部分
导线,为 了满足实验要求并尽可能减小误差,请
补充完成实物图间的连线。
16.(12分)现有一块直流电流计G,满偏电流为 ,内阻约400Ω。某同学想把它改装成量程为2V的电压表,他首先根据图示电路,用半偏法测定电流计G的内阻。
(1)为提高测量准确度,在以下器材中,电阻器R应选用_______;电池应选用_______(选填器材前的字母)。
A.电池(电动势1.5V,内阻不计)            
    B.电池(电动势4.5V,内阻不计)
C.电阻箱(0~999.9Ω)
D.滑动变阻器(0~500 Ω)
E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0~5.1kΩ)
F.电位器(0~51kΩ) 
(2)该同学在开关断开的情况下,检查电路连接无误后,将R的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是___________,最后记录R´的阻值并整理好器材(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)。
A.闭合S1
B.闭合S2
C.调节R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
D.调节R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
E.调节R´的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
F.调节R´的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
(3)如果测得R´的阻值为400.0Ω,即为电流计G内阻的测量值。则给电流计G______联(选填“串”或“并”)一个阻值为______kΩ的电阻,就可以将该电流计G改装成量程为2V的电压表。
(4)请你推断在本实验中电流计G内阻的测量值R´比其内阻的实际值Rg是偏大还是偏小;由于测得电流计G内阻的准确度将直接影响改装电压表的准确度,请你分析说明利用半偏法测量电流计内阻时使R´尽可能接近Rg的方法。

三、本题共5小题,共41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。把答案填在答题卡相应的位置。
17.(6分)在电场中把电荷量q=2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功为-1.5×10-7J,
再把该电荷从B点移到C点,静电力做功为4.0×10-7J。
(1)求A、B间以及B、C间的电势差UAB和UBC;
(2)若该电荷只在电场力作用下从A点运动到C点,求电荷动能的增加量ΔEk。


18.(6分)如图所示,A是面积为S=0.2m2、n=1000匝的圆形金属线圈,其总电阻r =1 Ω,线圈处在逐渐增大的均匀磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度随时间的变化率 T/s,线圈与阻值R=4Ω的电阻连接,不计电压表对电路的影响。求:
(1)感应电动势的大小E;
(2)通过R的电流大小I;
(3)电压表的示数U。

 

 

 

 

19.(8分)下图为真空示波管的示意图,电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计),经灯丝与A板间的电场加速后,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N间的偏转电场(电子进入时的速度方向与该电场方向垂直),离开偏转电场后打在荧光屏上的P点。已知K、A间的加速电压为U1,M、N两板间的偏转电压为U2,两板间的距离为d,板长为L,电子的质量为m,电荷量为e,不计电子所受的重力及它们之间的相互作用力。
(1)求电子穿过A板时速度的大小v0;
(2)求电子从偏转电场射出时的侧移距离y;
(3)如果仅使偏转电压减半,即 ,为使电子仍打在荧光屏上的P点,则加速电压应当调整为 ,求 。

 

 

 

 

20.(9分)如图所示,是一种磁偏转式质谱仪的原理简图,主要由三部分组成:离子源(含加速电场)、磁偏转器和接收系统。利用该装置可以较好地识别同位素。
      现有质量由小到大的X、Y、Z三种离子,电荷量均为q。在离子源中,三种离子不断飘进(初速度可忽略不计)电压为U的加速电场,经加速后进入磁偏转器,在磁偏转器中离子分成三束(如图所示)。磁偏转器主要是一段弯成半径为R的细管,该细管处在电磁铁的两极之间,电磁铁的磁极呈扇形(图中未画出),细管所在处的磁场可视为匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外。若其中一种离子恰能沿细管做匀速圆周运动,从狭缝射出后进入接收系统,而另外两种离子分别打在细管的上壁和下壁。不计离子的重力及它们之间的相互作用力。
(1)现测得离子通过接收系统的狭缝所形成的电流为I,求每秒钟接收到该离子的数目N;
(2)求被接收系统接收的离子质量m;并分析说明接收系统接收的是哪一种离子;
(3)若想利用该装置依次收集另外两种离子,在不改变细管半径R的条件下,请分析说明有哪些可行方案(至少说出两种)。

 

 

 

 


21.(12分)某小组同学在研究图1所示的电磁枪原理时,绘制了图2所示的简图(为俯视图),图中两平行金属导轨间距为L,固定在水平面上,整个装置处在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中,平行导轨左端电路如图所示,电源的电动势为E,电容器的电容为C。一质量为m、长度也为L的金属导体棒垂直于轨道平放在导轨上,忽略摩擦阻力和导轨的电阻,假设平行金属导轨足够长。


图1                           图2

(1)将开关S接a,电源对电容器充电。
a.求电容器充电结束时所带的电荷量Q;
b.请在图3中画出充电过程中电容器两极板间的电压u随电容器所带电荷量q变化的图像;借助u-q图像求出稳定后电容器储存的能量E0。
(2)电容器充电结束后,将开关接b,电容器放电,导体棒由静止开始运动,不计放电电流引起的磁场影响。
    a.已知自由电子的电荷量为e,请你分析推导当导体棒获得最大速度之后,导体棒中某一自由电子所受的电场力与导体棒最大速度之间的关系式;
b.导体棒由静止到获得最大速度的过程中,由于存在能量损失ΔE损,电容器释放的能量没有全部转化为导体棒的动能,求ΔE损。

 

北京市朝阳区2016-2017学年度第一学期期末统一考试
高三年级物理试卷参考答案      2017.1

一、本题共13小题,每小题3分,共39分。

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
答案 D D A B C A A C D B  D A B

二、本题共3小题,共20分。
14.(3分)
ACD

15.(5分)
(1)0.6;3        (2分)
(2)如右图所示。 (3分)

16.(12分)
  (1)F;B         (2分)
  (2)ACBE        (3分)
  (3)串;9.6       (3分)
(4)设电源的电动势为E,电流计的满偏电流为Ig,
当S1闭合,S2断开时,电流计满偏,由闭合电路欧姆定律可得:
                   ①
当S1、S2均闭合,电流计半偏,设流经R´的电流为I´,有:
                      ②
              ③            
联立①②③式可得:          ④
可见,R´<Rg,即电流计G内阻的测量值R´比内阻的实际值Rg偏小。
由④式可知,为了使电流计G内阻测量值R´尽可能接近实际值Rg,即R´≈ Rg,则需要在电流计达到满偏时,电阻器接入电路的阻值越大准确度越高,所以要选用阻值较大的电阻器;同时,为了确保电流计指针能够满偏,还应当选用电动势适当大的电源。                                    
(4分)                                        
三、本题共5小题,共41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。
17.(6分)
解:(1)根据电势差的定义式可得:
           
          同理可得: UBC=200V                                 (3分)
(2)UAC = UAB+UBC = 125V
          则WAC = qUAC = 2.5×10-7J                             
在此过程中,根据动能定理可得:
ΔEk = WAC = 2.5×10-7J                                   (3分)
18.(6分)
解:(1)根据法拉第电磁感应定律可得:      (2分)
(2)根据闭合电路欧姆定律可得:通过R的电流     (2分)
(3)电压表的示数U即为电阻R两端的电压,有:
U=IR=1.6V                                          (2分)
19.(8分)
解:(1)在加速电场中有:                       ①
可得:                                       (2分)                           
(2)在偏转电场中,设飞行时间为t,加速度为a,则
水平方向有:                          ②
竖直方向有:                        ③
其中                                ④
联立①②③④可得:                 ⑤  (3分)
(3)设PO的长度为y´,电子飞出偏转电场时的偏角为θ,竖直分速度为vy,偏转电场右端到荧光屏的水平距离为s,则
                              ⑥
                              ⑦
                                     ⑧                            
联立①②③④⑤⑥⑦⑧式可得:           ⑨
由⑨式可见,要使y´不变, 应保持不变,所以         (3分)
20.(9分)
解:(1)根据电流的定义式有:
即每秒钟接收到的总电荷量Q=I
则每秒钟接收到该离子的数目                       (3分)
(2)设离子以速度v进入匀强磁场,
离子在加速过程中有:                ①
离子在磁场中做圆周运动,有:         ②
联立①②式可得:                     ③          
由③式可得 ,由于三种离子的电荷量q相同,B与U也相同,所以, 。由于mX< mY<mZ,所以RX< RY<RZ,因为只有一种离子恰能在细管中做圆周运动并沿狭缝射出,而另外两种分别打到细管的上壁和下壁,可知进入接收系统的是Y离子。                                            (3分)
(3)由③式可知,利用该装置若想依次收集另外两种离子,在不改变细管半径的条件下,可以采取以下两种方案:
方案一:若保持加速电压U不变,则可以通过改变电磁铁所产生的磁感应强度来实现,适当增加磁感应强度B可以收集Z离子,反之,可以收集X离子;
方案二:若保持磁感应强度B不变,则可以通过改变加速电压来实现,适当提高加速电压U可以收集X离子,反之,可以收集Z离子。     (3分)
21.(12分)
解:(1)a.电容器充电完毕时其电压等于电动势E。有:
电容器所带的电荷量Q = CE        ①
b.根据 ,画出u-q图像如图所示,图线与横轴所
围面积即为电容器储存的能量。有:
              ②
联立①②式可得:     ③                   (5分)
(2)a.方法一: 设金属导体棒获得最大速度vm时,放电电流为零,此时电容器的电压U与导体棒的感应电动势E棒相等,即: U=E棒= BLvm  ④
          导体棒中恒定电场的场强为: E场= U/L= Bvm 
          导体棒中电子所受的电场力为  F= e E场= eBvm           
方法二:  金属导体棒获得最大速度后做匀速直线运动,电路中无电流,运动的电子在磁场中受到向下的洛伦兹力,大小为:   f=eBvm
由于电子随导体棒做匀速直线运动,则电场力F与洛伦兹力合力为零,即F-f=0
则:  F = eBvm  
b. 由(1)中结论可知,导体棒获得最大速度vm时,电容器储存的能量为: 
                 ⑤
导体棒由静止到获得最大速度的过程中,根据能量守恒定律有:
                                     ⑥
设此过程电容器放电的电荷量为ΔQ,则ΔQ = CE - CU ⑦
方法一:设此过程中的平均电流为 ,时间为t,根据动量定理有:
               ⑧         
其中                ⑨                        
联立④⑤⑥⑦⑧⑨式可得: 
方法二:设任意时刻电路中的电流为i,取一段含此时刻的极短时间Δt,设此段时间内速度的改变量为Δv,根据动量定理有:
            ⑧
而               ⑨
          ⑩
联立④⑤⑥⑦⑧⑨⑩式可得:      (7分)

 


说明:用其他方法解答正确,给相应分数。

 

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