北京市海淀区2022-2023学年高三上学期物理期末练习试卷

更新时间：2023-01-12 浏览次数：40 类型：期末考试

一、多选题

1. 如图中实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。1、2和3点处电场强度大小分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，电势分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。下列说法正确的是（　　）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

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2. 如图为1831年8月29日法拉第发现感应电流时所用装置的示意图：竖直放置的软铁环上绕有A、B两个线圈。实验后，他在日记中写到“把线圈A的两端接到电池上，立刻对小磁针产生了明显的扰动，之后小磁针又回到原来的位置上。在断开线圈A与电池的连接时，小磁针又受到了扰动。”根据上述信息，下列说法正确的是（）

A . 线圈A所在回路的电流产生的磁场扰动了小磁针 B . 线圈B所在回路的电流产生的磁场扰动了小磁针 C . 断开和闭合开关的瞬间，小磁针的偏转方向相同 D . 断开和闭合开关的瞬间，小磁针的偏转方向相反

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3. 导体棒原来不带电，现将一个电荷量为 $\text{[math]}$ 的点电荷放在棒的中心轴线上，它距离导体棒的中心O为L，如图所示。静电力常量为k，当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）

A . 棒上感应电荷只分布在其表面 B . 棒左、右两端的电势相等 C . 点电荷在O点产生的电场强度为0 D . 棒上感应电荷在O点产生的电场强度大小为 $\text{[math]}$

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4. 如图甲所示，匀强磁场中有一面积为S、电阻为R的单匝金属圆环，磁场方向垂直于圆环平面竖直向上。图乙为该磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像，曲线上P点坐标为 $\text{[math]}$ ， P点的切线在B轴的截距为 $\text{[math]}$ ，由以上信息可知（）

A . $\text{[math]}$ 时，圆环中感应电动势的大小 B . $\text{[math]}$ 时，圆环中感应电流的方向 C . $\text{[math]}$ 内，通过圆环某截面的电量 D . $\text{[math]}$ 内，圆环所产生的焦耳热

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5. 某理想变压器的原线圈接在如图所示的正弦交流电源上，当副线圈中仅接一个 $\text{[math]}$ 的电阻时，副线圈中的电流 $\text{[math]}$ ，下列说法正确的是（）

A . 原线圈中交流电压的周期为 $\text{[math]}$ B . 原线圈中电流的有效值为 $\text{[math]}$ C . 原、副线圈的匝数比为1∶10 D . 该变压器输入功率与输出功率之比为10∶1

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6. 如图所示，一质量为m的带电粒子从P点以垂直于磁场边界方向的速度v射入磁场，穿出磁场时，速度方向与入射方向夹角为 $\text{[math]}$ 。设磁感应强度为B、磁场宽度为d。粒子速度始终与磁场垂直，不计粒子所受重力和空气阻力。下列说法正确的是（）

A . 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子做的功为0 B . 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子的冲量为0 C . 该粒子在磁场中运动的时间为 $\text{[math]}$ D . 该粒子的比荷为 $\text{[math]}$

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7. 将一个表头G改装成多量程的电流表，通常有两种连接方式。如图甲所示的连接方式称作开路转换式（其中电阻 $\text{[math]}$ ）。如图乙所示的连接方式称作闭路抽头式。两种连接方式在实际中均有使用，下列说法正确的是（）

A . 开路转换式中，开关S接1时的量程大于开关S接2时的量程 B . 开路转换式中，若电阻 $\text{[math]}$ 发生变化，则开关S接1、2对应的两个量程都会发生变化 C . 闭路抽头式中，抽头3对应的量程大于抽头4对应的量程 D . 闭路抽头式中，若电阻 $\text{[math]}$ 发生变化，则抽头3、4对应的两个量程都会发生变化

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8. 为演示断电自感现象，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示的电路。闭合开关待电路稳定后，电路中两支路的电流分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。如图乙反映断开开关前后的一小段时间内电路中的电流随时间变化的关系。断开开关后（）

A . 自感线圈所在支路的电流如曲线a所示 B . 自感线圈所在支路的电流如曲线b所示 C . 小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭 D . 小灯泡逐渐变暗直至熄灭

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9. 1911年，科学家们发现一些金属在温度低于某一临界温度 $\text{[math]}$ 时，其直流电阻率会降到 $\text{[math]}$ 以下，远低于正常金属的 $\text{[math]}$ ，称为超导现象。1934年，科学家提出超导体的二流体模型初步解释了低温超导现象。该模型认为，当金属在温度低于 $\text{[math]}$ 成为超导体后，金属中的自由电子会有一部分凝聚成超导电子（“凝聚”是指电子动量分布趋于相同、有序）。随着温度进一步降低，越来越多的自由电子凝聚为超导电子。这些超导电子与金属离子不发生“碰撞”，因而超导电子的定向运动不受阻碍，具有理想的导电性。一圆柱形金属导体，沿其轴线方向通有均匀分布的恒定电流，将中间一段金属降温转变为超导体后，超导体内的电流只分布在表面厚为 $\text{[math]}$ 量级的薄层内，其截面示意图如图所示。在正常金属和超导体之间还存在尺度为 $\text{[math]}$ 量级的交界区。根据上述信息可知（）

A . 交界区两侧单位时间内通过的电荷量相等 B . 超导体中需要恒定电场以维持其中的超导电流 C . 如图中超导体内部可能存在定向移动的自由电子 D . 如图中超导体内部轴线处的磁场一定为零

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10. 用如图所示的多用电表正确测量了一个 $\text{[math]}$ 的电阻后，需要再测量一个阻值约为 $\text{[math]}$ 的电阻。在用红、黑表笔接触该待测电阻两端之前，必要的操作及其顺序应当是（　　）

A . 将红表笔和黑表笔接触 B . 把选择开关旋转到“ $\text{[math]}$ ”位置 C . 把选择开关旋转到“ $\text{[math]}$ ”位置 D . 调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点

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二、单选题

11. 真空中存在沿y轴正方向的匀强电场，带电粒子a和b先后从坐标原点O沿x轴正方向射入该电场，其轨迹如图所示。忽略粒子所受重力，下列条件中可以判定粒子a比荷较大的是（）

A . 粒子a和b在电场中的加速度相等 B . 粒子a和b射入电场时的速度相等 C . 粒子a和b射入电场时的动能相等 D . 粒子a和b射入电场时的动量相等

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三、实验题

12. 利用如图所示电路，测量一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差，调节方便。除干电池、电流表（ $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$ ）、开关、导线外，可选用的实验器材还有：
A．电压表（ $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$ ）

B．电压表（ $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$ ）

C．滑动变阻器（ $\text{[math]}$ ）

D．滑动变阻器（ $\text{[math]}$ ）
1. （1）实验中，电压表应选用，滑动变阻器应选用。（选填相应器材前的字母）
2. （2）某同学将实验记录的6组数据标在如图的坐标纸上。请你先根据实验数据，作出本实验的 $\text{[math]}$ 图，再由该图线计算出该干电池电动势的测量值 $\text{[math]}$ V，内电阻的测量值 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。（结果均保留小数点后两位）
3. （3）在如图中，当滑动变阻器接入电路的阻值发生变化时，电压表示数U、电源总功率P亦随之改变，上图中能正确反映P与U的关系的是____。
  
  A . B . C . D .
4. （4）只考虑电表内阻所引起的误差，另一同学提出一种可以准确测量干电池内阻的想法：
  ①按如图甲连接电路。闭合开关 $\text{[math]}$ ，先将开关 $\text{[math]}$ 接在a、b中的某一端，调节滑动变阻器R的阻值。根据多组电压表和电流表的示数，作出 $\text{[math]}$ 图线，得到如图乙中的图线1；
  
  ②保持开关 $\text{[math]}$ 闭合，再将开关 $\text{[math]}$ 接在另一端，重复①中操作，得到图乙中的图线2．可知图线2对应于 $\text{[math]}$ 接在（选填“a”或“b”）端；
  
  ③已知图线1在U轴和I轴的截距分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，图线2在U轴和I轴的截距分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。由此可知干电池内阻的准确值为。
  
  A． $\text{[math]}$ B． $\text{[math]}$ C． $\text{[math]}$ D． $\text{[math]}$
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四、解答题

13. 如图所示为某质谱仪的构造原理图。现让质量为m、电荷量为q、初速度为零的粒子，经加速电压为U的加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强电场和磁感应强度为 $\text{[math]}$ 的匀强磁场（图中均未画出）。该粒子恰能沿直线通过，并从平板S上的狭缝P进入磁感应强度为 $\text{[math]}$ 、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场中，在磁场中运动一段时间后，最终打在照相底片上的A点。底片厚度可忽略不计，且与平板S重合。空气阻力、粒子所受的重力均忽略不计。求：
1. （1）带电粒子进入速度选择器时的速率 $\text{[math]}$ ；
2. （2）速度选择器中匀强电场的电场强度的大小E；
3. （3）照相底片上A点与狭缝P之间的距离L。
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14. 如图所示，在水平向右的匀强电场中，长为L的绝缘细线一端悬于O点，另一端系一质量为m、电荷量为 $\text{[math]}$ 的小球（可视为点电荷）。将小球拉至与O点等高的A点，保持细线绷紧并静止释放，小球运动到与竖直方向夹角 $\text{[math]}$ 的P点时速度变为零。已知 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，空气阻力可忽略，重力加速度为g。求：
1. （1）电场强度的大小E；
2. （2）小球从A运动到B的过程中，电场力做的功W；
3. （3）小球通过最低点B时，细线对小球的拉力大小F。
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15. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图甲所示。两D形盒分别在M端和P端跟高频交流电源（图中未画出）相连，便在两D形盒之间的狭缝中形成加速电场，使粒子每次穿过狭缝时都被加速。两D形盒放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于D形盒底面，粒子源置于圆心O处，粒子源射出的带电粒子质量为m、电荷量为q，最大回旋半径为R。不计粒子在两D形盒间加速电场内运动的时间，不计粒子离开粒子源时的初速度，忽略粒子所受重力以及粒子间相互作用。
1. （1）若M、P之间所加电压 $\text{[math]}$ 随时间t的变化如图乙所示，每个周期内 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 持续时间相同，求：
  a．粒子离开加速器时的最大动能 $\text{[math]}$ ；
  b．粒子在加速器中的加速次数N。
2. （2）若M、P之间所加电压 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ 振荡器产生的高频正弦型交变电压，其中线圈的电感为L。求 $\text{[math]}$ 振荡器中电容器的最大电容 $\text{[math]}$ 。（提示： $\text{[math]}$ 振荡电路的振荡周期 $\text{[math]}$ ）
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16. 如图甲所示，间距为L的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的左端连接一阻值为R的定值电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m、长度为L、电阻为r的导体棒 $\text{[math]}$ 放在导轨上。导体棒运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的电阻可忽略不计。
1. （1）若对导体棒 $\text{[math]}$ 施加一水平向右的恒力，使其以速度v向右做匀速直线运动，求此力的大小 $\text{[math]}$ 。
2. （2）若对导体棒 $\text{[math]}$ 施加一水平向右的拉力 $\text{[math]}$ ，使其沿导轨做初速为零的匀加速直线运动。 $\text{[math]}$ 的大小随时间t变化的图像为一条斜率为 $\text{[math]}$ 的直线。求导体棒 $\text{[math]}$ 加速度的大小a．
3. （3）若对导体棒 $\text{[math]}$ 施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度 $\text{[math]}$ 开始运动，并最终停在导轨上。
  a．求整个过程中，电路中产生的总热量Q；
  b．在图乙中定性画出导体棒 $\text{[math]}$ 两端的电势差 $\text{[math]}$ 随位移x变化的图像。
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17. 在经典物理理论中，氢原子的核外电子绕原子核做匀速圆周运动。设电子运动方向如图甲所示。已知电子质量为m、环绕半径为r、静电力常量为k、元电荷为e。
1. （1）求电子绕核运动的角速度大小 $\text{[math]}$ 和电子绕核运动形成的等效电流I；
2. （2）在图甲的情况下，分别施加磁感应强度大小相等、方向相反、垂直于电子轨道平面的匀强磁场 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，如图乙、丙所示。施加磁场后，电子仍沿原方向做半径为r的匀速圆周运动，但角速度的大小分别变为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。
  a．根据牛顿运动定律、洛伦兹力相关知识，分析并判断 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的大小关系；
  b．①图乙和丙中，设电子绕核运动所形成的等效电流分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，请填写表1（选填“增大”“减小”或“不变”）。
  表1
  $\text{[math]}$ 相比于（1）中的I
  $\text{[math]}$ 相比于（1）中的I
  ②等效电流亦会在轨道内激发磁场。图乙、丙中，由于等效电流的变化，其在轨道内激发的磁场的磁感应强度相对于图甲分别变化了 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，请填写表2（选填“相同”“相反”或“无法确定”）。
  表2
  $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的方向
  $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的方向
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18. 金属导体中自由电子在电磁场的作用下发生定向移动，在定向移动过程中受到金属离子（即金属原子失去自由电子后的剩余部分）的阻力，其方向与自由电子定向移动的速度方向相反，大小正比于自由电子定向移动的速率，比例系数为k。已知某种金属材料单位体积内的自由电子数为n，元电荷为e，忽略电子所受重力及其之间的相互作用，不计电子热运动的影响，自由电子的定向移动可视为匀速直线运动。
1. （1）如图所示，一段长为L、横截面积为S的该金属导体，当其两端电压为U时，求：
  a．该金属导体内，电子定向移动的速率v；
  b．该金属导体的电阻率ρ（提示：电流I与电子定向移动速率v的关系为 $\text{[math]}$ ）。
2. （2）图甲为用上述金属材料制成的内半径为r、高为H的固定薄壁圆筒，筒壁厚度为d（d远小于r）。图乙为圆筒的俯视图。图丙为一小段筒壁的放大图。圆筒所在空间中有磁感应强度为B、方向平行于圆筒轴线且范围足够大的匀强磁场。在筒的内、外壁之间加上电压，使得整个内壁电势均为φ_内，整个外壁电势均为φ_外，且φ_内>φ_外（φ_内、φ_外均未知），从而在内、外壁之间形成电场（电场强度的大小处处相同，方向沿半径方向），使得金属中的自由电子以恒定速率v₀沿图丙中的虚线定向移动。
  a．在图丙中画出电子受力的示意图，并标出磁场的方向；
  b．求内、外壁之间的电势差φ_内-φ_外；
  c．求薄壁圆筒的热功率P。
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