北京市石景山区2020届高三上学期期末考试物理试题（Word版带解析）.doc

石景山区 2019—2020 学年第一学期高三期末试卷 物　理 第Ⅰ卷（共 42 分） 一、本题共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。在每小题给出的四个选项中，只 有一个选项符合题目要求。 1.如图所示，重物的质量为 m，轻细线 AO 和 BO 的 A、B 端是固定的，平衡时 AO 与竖直方 向的夹角为θ，BO 是水平的。关于细线 AO 段的拉力 F1 和 BO 段的拉力 F2 的大小，下列关 系正确的是（ ） A. F1=mgsinθ B. F1=mgcosθ C. F2=mgtanθ D. F2=mg/sinθ 【答案】C 【解析】 【详解】对点 O 受力分析，受重力、两根绳子的拉力，如图，将两根绳子的拉力合成，合 力与重力平衡，故 故 C 正确。 故选 C。 2.某同学站在电梯的水平地板上，利用速度传感器研究电梯的升降过程。取竖直向上为正方 向，电梯在某一段时间内速度的变化情况如图所示。根据图像提供的信息，下列说法正确的 1 cos mgF θ= 2 tanF mg θ=是（ ） A. 在 0～5s 内，电梯加速上升，该同学处于失重状态 B. 在 5s～10s 内，该同学对电梯地板的压力小于其重力 C. 在 10s～20s 内，电梯减速上升，该同学处于超重状态 D. 在 20s～25s 内，电梯加速下降，该同学处于失重状态 【答案】D 【解析】 【详解】A．在 0～5s 内，从速度--时间图象可知，此时的加速度为正，说明电梯的加速度 向上，此时人处于超重状态，故 A 错误； B．5～10 s 内，该同学做匀速运动，故其对电梯地板的压力等于他所受的重力，故 B 错误； C．在 10～20s 内，电梯向上做匀减速运动，加速度向下，处于失重状态，故 C 错误； D．在 20～25s 内，电梯向下做匀加速运动，加速度向下，故处于失重状态度，故 D 正确。 故选 D。 3.一列沿 x 轴传播的简谐横波某时刻的波形图线如图甲所示。若从此时刻开始计时，则图乙 表示质点 P 的振动图线。该波的传播速度和传播方向是（ ） A. v＝2.0m/s，波沿 x 轴正方向传播 B. v＝1.0m/s，波沿 x 轴正方向传播 C. v＝2.0m/s，波沿 x 轴负方向传播 D. v＝1.0m/s，波沿 x 轴负方向传播 【答案】C 【解析】 【详解】由图甲可知，波长为 ，由图乙可知，周期为 ，所以波速为 由图乙可知此时质点 P 向上振动，结合图甲，由“同侧法”可知，波沿 x 轴负方向传播。 故选 C。 2.0mλ = 1.0sT = 2.0m/sv T λ= =4.已知万有引力常量，根据下列选项提供的数据，可以估算地球与月球之间距离的是（ ） A. 月球绕地球公转的周期和月球的半径 B. 月球的质量与月球的半径 C. 地球的质量和月球绕地球公转的周期 D. 地球的质量和地球的半径 【答案】C 【解析】 【详解】A．由万有引力提供向心力得 由于无法确定地球的质量，所以无法求得地球与月球之间距离，故 A 错误； B．已知月球的质量与月球的半径，无法求出地球与月球之间距离，故 B 错误； C．由万有引力提供向心力得 得 即可求得地球与月球之间距离，故 C 正确； D．由万有引力提供向心力得 地球的质量和地球的半径无法求出地球与月球之间距离，故 D 错误。 故选 C。 5.如图所示，某同学练习定点投篮，其中有两次篮球垂直撞在竖直篮板上，篮球的轨迹分别 如图中曲线 1、2 所示。若两次抛出篮球的速度 v1 和 v 2 的水平分量分别为 v1x 和 v 2x，竖直分 量分别为 v1y 和 v 2y，不计空气阻力，下列关系正确的是（ ） A. v1xv 2y B. v1x>v 2x，v1yA. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】由 v-t 图象可知，微粒的速度在逐渐减小，图象的斜率在逐渐增大，故此带负电的 微粒做加速度越来越大的减速直线运动，所受电场力越来越大，由 F=qE 知，场强增大，电 场线越来越密．电场力方向与其运动方向相反，电场力向左，所以电场线方向向右． A．该图与结论相符，选项 A 正确； B．该图与结论不相符，选项 B 错误； C．该图与结论不相符，选项 C 错误； D．该图与结论不相符，选项 D 错误； 8.将一物体竖直向上抛出，不计空气阻力。用 x 表示物体运动 路程，t 表示物体运动的时 间，Ek 表示物体的动能，下列图像正确的是（ ） A. B. C. 的D. 【答案】B 【解析】 【详解】AB．由机械能守恒得 Ek 与 x 是线性关系，故 A 错误，B 正确； CD．根据机械能守恒定律得 又 得 m、v0、g 都是定值，则 Ek 是 t 的二次函数，Ek-t 图象是抛物线，故 CD 错误。 故选 B。 9.某实验装置如图甲所示，在铁芯 P 上绕着两个线圈 A 和 B，如果线圈 A 中电流 i 与时间 t 的关系如图乙所示。 在这段时间内，线圈 B 中感应电流 i′的图像可能为（ ） A. B. 2 0 1 2kmgx E mv+ = 2 0 1 2kmgx E mv+ = 2 0 1 2x v t gt= − 2 2 0 0 1 1( )2 2kE mv mg v t gt= − −C. . D. 【答案】B 【解析】 【详解】线圈 A 中的电流产生磁场，磁场穿过线圈 B，线圈 B 的感应电流与感应电动势正 比，线圈 B 中的电动势与线圈 A 中电流变化率成正比，由图乙可知，开始时线圈 A 中的电 流变化率为 0，此时线圈 B 的电流为 0，故选 B。 10.如图所示，一单匝正方形线圈 abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴 OO′匀速转动， 沿着 OO′观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为 B，线圈边长为 L， 电阻为 R，转动的角速度为 ω。当线圈转至图示位置时（ ） A. 线圈中感应电流的方向为 abcda B. 线圈中感应电流的大小为 C. 穿过线圈的磁通量为 BL2 D. 穿过线圈磁通量的变化率为 BL2ω 【答案】D 【解析】 【详解】A．图示时刻，ad 速度方向向里，bc 速度方向向外，根据右手定则判断出 ad 中感 应电流方向为 a→d，bc 中电流方向为 c→b，线圈中感应电流的方向为 adcba。故 A 错误； B．线圈中的感应电动势为 线圈中的感应电流为 故 B 错误； C．图示时刻 ad、bc 两边垂直切割磁感线，穿过线圈磁通量为 0，故 C 错误； D．线圈中的感应电动势为 2 2B L R ω 2E BS BLω ω= = 2BLI R ω=由公式 得 故 D 正确。 故选 D。 11.有一静电场，其电势随 x 坐标的改变而改变，变化的图线如图所示．若将一带负电的粒 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 1mm、4mm．下列说法正确的是（ ） A. 粒子经过 P 点和 Q 点时，加速度大小相等、方向相反 B. 粒子经过 P 点与 Q 点时，电场力做功的功率相等 C. 粒子经过 P 点与 Q 点时，动能相等 D. 粒子在 P 点的电势能为正值 【答案】C 【解析】 【详解】根据顺着电场线方向电势降低可知，0-2mm 内，电场线沿 x 轴负方向，粒子所受 的电场力方向沿 x 轴正方向；在 2-6mm 内电场线沿 x 轴正方向，粒子所受的电场力方向沿 x 负方向做减速运动，加速度沿 x 轴负方向；φ-x 图象的斜率大小等于场强 E．则知 P 点的场 强大于 Q 点的场强，则粒子在 P 点的加速度大于在 Q 点的加速度，加速度方向相反．故 A 错误．粒子经过 P 点与 Q 点时，电势相等，则其电势能相等，由能量守恒知动能相等．故 C 正确．粒子经过 P 点与 Q 点时，速率相等，但电场力不同，则根据功率公式 P=Fv，可知电 场力做功的功率不等．故 B 错误．在 P 点，根据电势能公式 Ep=qφ，因为 q＜0，φ＞0，所 以 Ep＜0．故 D 错误．故选 C． 12.研究“蹦极”运动时，在运动员身上装好传感器，用于测量运动员在不同时刻下落 高度 及速度。如图甲所示，运动员从蹦极台自由下落，根据传感器测到的数据，得到如图乙所示 的速度 v—位移 x 图像。不计空气阻力。下列判断正确的是（ ） 的 2E BS BLω ω= = E t ∆Φ= ∆ 2BLt ω∆Φ =∆A. 运动员下落速度最大时，重力势能最小 B. 运动员下落速度最大时，绳子刚好被拉直 C. 运动员下落加速度为 0 时，速度也为 0 D. 运动员下落到最低点时，绳的弹性势能最大 【答案】D 【解析】 【详解】AB．运动员下落速度最大时绳的拉力与重力平衡，合力为零，此时运动员仍有向 下的速度，要继续向下运动，所以重力势能不是最小，故 AB 错误； C．运动员下落加速度为 0 时合力为零，绳 拉力与重力平衡，所以速度最大，故 C 错误； D．运动员下落速度最大时绳的拉力与重力平衡，合力为零，此时运动员仍有向下的速度， 要继续向下运动，绳要继续伸长，弹性势能仍在增大，当运动员下落到最低点时弹性势能最 大，故 D 正确。 故选 D。 13.我国自主研制的绞吸挖泥船“天鲲号”达到世界先进水平．若某段工作时间内，“天鲲号”的 泥泵输出功率恒为 ，排泥量为 ，排泥管的横截面积为 ，则泥泵 对排泥管内泥浆的推力为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】设排泥的流量为 Q，t 时间内排泥的长度为： 输出的功： 的 41 10 kW× 31.4m /s 20.7 m 65 10 N× 72 10 N× 92 10 N× 95 10 N× 1.4 20.7 V Qtx t tS S = = = = W Pt=排泥 功： 输出的功都用于排泥，则解得： 故 A 正确，BCD 错误． 14.安德森利用云室照片观察到宇宙射线垂直进入匀强磁场时运动轨迹发生弯曲。如图照片 所示，在垂直于照片平面的匀强磁场（照片中未标出）中，高能宇宙射线穿过铅板时，有一 个粒子的轨迹和电子的轨迹完全相同，但弯曲的方向反了。这种前所未知的粒子与电子的质 量相同，但电荷却相反。安德森发现这正是狄拉克预言的正电子。正电子的发现，开辟了反 物质领域的研究，安德森获得 1936 年诺贝尔物理学奖。关于照片中的信息，下列说法正确 的是（ ） A. 粒子的运动轨迹是抛物线 B. 粒子在铅板上方运动的速度大于在铅板下方运动的速度 C. 粒子从上向下穿过铅板 D. 匀强磁场的方向垂直照片平面向里 【答案】D 【解析】 【详解】A．由于粒子在磁场中做圆周运动，所以粒子的运动轨迹不是抛物线，故 A 错误； B．粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 解得 的 W Fx= 65 10 NF = × 2vqvB m r =由图示粒子的运动轨迹可知，铅板上方粒子轨道半径小，速度较小，故 B 错误； C．粒子穿过铅板后能量有损失，粒子的速度 v 减小，则粒子在磁场中做圆周运动的轨道半 径 r 减小，所以粒子从下向上穿过铅板，故 C 错误； D．粒子带正电，由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向里，故 D 正确。 故选 D. 第Ⅱ卷（共 58 分） 二、本题共 2 小题，共 18 分。 15.用如图所示装置验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关 系。 （1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。可以仅通过测量_______（填选项 前的序号）间接地解决这个问题。 A．小球开始释放时的高度 h B．小球抛出点距地面的高度 H C．小球做平抛运动的水平位移 （2）在实验中，入射小球、被碰小球的质量分别为 m1 和 m2，关于 m1 和 m2 的大小，下列 关系正确的是______. A．m1=m2 B．m1>m2 C．m1 1 1 1 2 2 3m v m v m v= + 1 1 1 2 2 3m v t m v t m v t= + 1 1 2m OP m OM m ON= + 1 U 2 1 UP R =__________________________。 （4）实验小组的同学计算通过 R1 的电流 ，进一步描绘 R1 消耗功率 P 随电流 I 的变 化曲线。下列各示意图中正确反映 P-I 关系的是______. 【答案】 (1). 1.50 (2). 0.5 (3). (4). 1.5 (5). 0.375 (6). 电源 E 和保 护电阻 R0 可看作等效电源，当 R1= R0+r=1.5Ω 时，消耗功率最大。 (7). C 【解析】 【详解】(1)[1][2]由实验原理有 当 R1 趋近无穷大时有 当 时， ，则有 解得 (2)[3]由实验原理有 1 UI R = 1 1 R 0 1 ( )UE U R rR = + + 1.50VE U= = 1 3.0R = Ω 1.00VU = 1.001.00 (1.0 ) 1.503.0E r= + + = 0.50r = Ω 0 1 ( )UE U R rR = + +整理得 所以若以 为纵坐标，以 为横坐标，则根据本实验数据作出的图线为一条直线； (3)[4][5][6]电源 E 和保护电阻 R0 可看作等效电源时，电阻 消耗的功率即为等效电源的功 率，当等效电源的内阻等于 时，功率最大，即 最大功率为 (4)[7]电阻箱的功率为 ，当 时，即电路断路，所以电阻箱功率为 0，当电阻箱 短路时，电阻箱功率也为 0，此时电流较大，故 C 正确。 故选 C。 三、本题共 4 小题，共 40 分。解答应写出必要的文字说明、方程和重要步骤。 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.如图所示，一个质量为 m 的物体，初速度为 v0，在水平合外力 F（恒力）的作用下，经 过一段时间 t 后，速度变为 vt。 (1)请根据上述情境，利用牛顿第二定律推导动量定理，并写出动量定理表达式中等号两边 物理量的物理意义。 (2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。请运用所学物理知识 分析说明这样做的道理。 【答案】详情见解析 【解析】 1 1 1 1 1R r U E E R += + ⋅ 1 U 1 1 R 1R 1R 1 0 1.5R R r= + = Ω 2 2 max ' 1.50 W 0.375W4 4 1.5 EP r = = =× 2 1P I R= 0I =【详解】(1)根据牛顿第二定律 ,加速度定义 解得 即动量定理, Ft 表示物体所受合力的冲量，mvt-mv0 表示物体动量的变化 (2)快递物品在运送途中难免出现磕碰现象，根据动量定理 在动量变化相等的情况下，作用时间越长，作用力越小。充满气体的塑料袋富有弹性，在碰 撞时，容易发生形变，延缓作用过程，延长作用时间，减小作用力，从而能更好的保护快递 物品。 18.如图所示，电路左侧线圈与右侧平行板电容器 C 相连，电容器两极板正对水平放置， 线圈内存在有理想边界的磁场，磁场方向垂直于线圈平面向里。当磁场的磁感应强度均 匀增加时，在电容器两平行极板之间的带电小球 P 恰好处于静止状态。 （1）小球 P 带何种电荷，请分析说明； （2）若线圈的匝数为 n，面积为 S，平行板电容器的板间距离为 d，小球 P 的质量为 m，所带电荷量为 q，求磁场磁感应强度的变化率。 【答案】（1）正电（2） 【解析】 【详解】(1)当磁场向里均匀增加时，线圈向里的磁通量增加，根据楞次定律，线圈中感应 电动势沿逆时针方向，电容器下极板带正电，上极板带负电，电容器极板间的电场方向向上； 带电小球 P 恰好处于静止状态，所受重力和电场力平衡，电场力方向向上，又因为电容器 极板间的电场方向向上,故小球 P 带正电 (2)带电小球 P 受重力和电场力平衡 ： mg=F 电场力 F ma= 0iv va t −= 0 = −iFt mv mv 0 = −iFt mv mv 2mgd nqS电容器极板间的电压等于感应电动势： 磁感应强度的变化率为： 19.如图甲所示，两光滑平行金属导轨间的距离为 L，金属导轨所在的平面与水平面夹角为 θ，导体棒 ab 与导轨垂直并接触良好，其质量为 m，长度为 L，通过的电流为 I。 （1）沿棒 ab 中电流方向观察，侧视图如图乙所示，为使导体棒 ab 保持静止，需加一匀强 磁场，磁场方向垂直于导轨平面向上，求磁感应强度 B1 的大小； （2）若（1）中磁场方向改为竖直向上，如图丙所示，求磁感应强度 B2 的大小； （3）若只改变磁场，且磁场的方向始终在与棒 ab 垂直的平面内，欲使导体棒 ab 保持静止， 求磁场方向变化的最大范围。 【答案】（1） （2） （3）详情见解析 【解析】 【详解】(1)对导体棒 ab 受力分析如图所示： 解得： UF q d = ∆= ∆ BU n St 2∆ =∆ B mgd t nqS sinmg IL θ tanmg IL θ 1sin 0θ − =mg ILB(2)对导体棒 ab 受力分析如图所示： 解得： (3)使导体棒保持静止状态，需 F 合=0，即三力平衡，安培力与另外两个力的合力等大反向； 如图所示，因为重力与斜面支持力的合力范围在 α 角范围内（垂直于斜面方向取不到），故 安培力在 α′角范围内（垂直于斜面方向取不到），根据左手定则，磁场方向可以在 α′′角范围 内变动，其中沿斜面向上方向取不到。 20.如图所示，在国庆 70 周年联欢活动上有精彩的烟花表演，通过高空、中空、低空烟花燃 放和特殊烟花装置表演，分波次、多新意地展现烟花艺术的魅力。某同学注意到，很多烟花 炸开后，形成漂亮的礼花球，一边扩大，一边下落。假设某种型号的礼花弹从专用炮筒中沿 竖直方向射出，到达最高点时炸开。已知礼花弹从炮筒射出的速度为 v0，忽略空气阻力。 （1）求礼花弹从专用炮筒中射出后，上升的最大高度 h； （2）礼花弹在最高点炸开后，其中一小块水平向右飞出，以最高点为坐标原点，以水平向 右为 x 轴正方向，竖直向下为 y 轴正方向，建立坐标系，请通过分析说明它的运动轨迹是一 条抛物线。 （3）若（2）中小块水平向右飞出的同时，坐标系做自由落体运动，请分析说明该小块相对 1 sinθ= mgB IL 2tan 0θ − =mg ILB 2 tanθ= mgB IL于坐标原点的运动情况。 （4）假设礼花弹在最高点炸开后产生大量的小块，每个小块抛出的速度 v 大小相等，方向 不同，有的向上减速运动，有的向下加速运动，有的做平抛运动，有的做斜抛运动。请论证 说明礼花弹炸开后所产生的大量小块会形成一个随时间不断扩大的球面。 【答案】（1） （2） 是一条抛物线方程（3）匀速直线运动（4）具体见解析 【解析】 【详解】(1)忽略空气阻力，礼花弹上升过程机械能守恒 得 (2)以最高点为坐标原点，以水平向右为 x 轴正方向，竖直向下为 y 轴正方向，建立坐标系， 小块平抛运动 解得 一条抛物线方程。 (3)该小块相对坐标原点做匀速直线运动。 (4)设某小块的抛出速度为 v，与水平方向夹角为 θ，将 v 沿水平方向（x 轴）和竖直方向 （y 轴，向下为正方向）正交分解。由抛体运动的研究可知质点的位置坐标为 是 2 0 2 v g 2 22 = gxy v 2 0 1 2mgh mv= 2 0 2 vh g = x vt= 21 2y gt= 2 2 2 1 2 2  = =   x gxy g v vx＝vcos θ ·t y＝v sin θ ·t+ gt2 联立以上两式，消去 θ 即得 x2＋(y－ gt2)2＝ (vt)2 这是一个以（0， gt2）坐标为圆心、以 vt 为半径的圆的方程式。可见，只要初速度 v 相同， 无论初速度方向怎样，各发光质点均落在一个圆上（在空间形成一个球面，其球心在不断下 降，“礼花”球一面扩大，一面下落），如图所示。 本题也可用运动合成和分解的知识解释如下：礼花炮爆炸后，每个发光质点的抛出速度 v 大 小相同，方向各异，都可以分解为沿原速度方向的匀速直线运动和只在重力作用下的自由落 体运动（这里忽略空气阻力，如果受到空气阻力或风的影响，那么，“礼花”就不会形成球 面形状了）。很明显，前一分运动使各发光质点时刻构成一个圆，后一个分运动都相同，所 以观察者看到的是一个五彩缤纷的“礼花”球一面扩大、一面下落。 1 2 1 2 1 2