北京市海淀区2024届高三上学期物理期末考试
试卷更新日期：2024-03-11 类型：期末考试
一、单选题（本部分共10题，每题3分，共30分。在每题给出的四个选项中，有的题只有一个选项是正确的，有的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。把正确的答案填涂在答题纸上。）
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1. 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。A、B两点的电场强度大小分别为、 ， 电势分别为、。下列说法正确的是（ ）
A、 B、 C、 D、2. 将一个不带电的空腔导体放入匀强电场中，达到静电平衡时，导体外部电场线分布如图所示。W为导体壳壁，A、B为空腔内两点。下列说法正确的是（ ）
A、导体壳壁W的外表面和内表面感应出等量的异种电荷 B、空腔导体上的感应电荷在B点产生的场强为零 C、空腔内的电场强度为零 D、空腔内A点的电势高于B点的电势3. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁正下方有一个固定在水平桌面上的闭合铜质线圈。将磁铁竖直向下拉至某一位置后放开，磁铁开始上下振动。下列说法正确的是（ ）
A、磁铁振动过程中，线圈中电流的方向保持不变 B、磁铁振动过程中，线圈对桌面的压力始终大于线圈的重力 C、磁铁振动过程中，弹簧和磁铁组成系统的机械能一直减小 D、磁铁靠近线圈时，线圈有收缩的趋势4. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个100匝、面积为的圆形导体线圈。规定线圈中电流和磁场的正方向如图甲所示。磁感应强度B随时间t按图乙变化，下列说法正确的是（ ）
A、0～0.4s内线圈中的感应电流方向为正 B、0.4～0.5s内线圈中的感应电流在轴线处的磁场方向向下 C、0.4～0.5s内线圈中的感应电动势大小为4V D、0～0.4s内与0.4～0.5s内线圈中的感应电流大小之比为1：85. 图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的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，输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法正确的是（ ）
A、电压表的示数减小 B、电压表的示数增大 C、电流表的示数减小 D、电流表的示数增大6. 某同学用如图所示的电路，借助电流传感器研究不同元件通电时的电流变化情况，实验室提供的元件有小灯泡、定值电阻、电感线圈和电容器。时刻闭合开关S，测得通过不同元件的电流随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（ ）
A、图甲对应的元件为小灯泡 B、图乙对应的元件为定值电阻 C、图丙对应的元件为电感线圈 D、图丁对应的元件为电容器7. 有甲、乙两个电源，其路端电压U与通过电源的电流I的关系图像如图所示。将一个6Ω的定值电阻分别与甲、乙电源的两极相接，下列说法正确的是（ ）
A、接电源乙时，路端电压较大 B、接电源甲时，电路的总功率较大 C、接电源甲时，定值电阻消耗的功率较大 D、接电源乙时，电源的效率较高8. 某静电场的电势φ在x轴上的分布如图所示，B、C是x轴上关于坐标原点O对称的两点。一个带负电的粒子仅在电场力作用下，以O点为中心、沿x轴方向在B、C两点间做周期性往复运动。下列说法正确的是（ ）
A、从B运动到C的过程中，电场力先做正功，后做负功 B、从B运动到O的过程中，粒子的加速度先减小后增大 C、粒子在O点的电势能最小 D、粒子的运动是简谐运动9. 如图所示，两平行极板水平放置，两板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，磁场的磁感应强度为。一束质量均为、电荷量均为的粒子，以不同速率沿着两板中轴线方向进入板间后，速率为的甲粒子恰好做匀速直线运动；速率为的乙粒子在板间的运动轨迹如图中曲线所示，A为乙粒子第一次到达轨迹最低点的位置，乙粒子全程速率在和之间变化。研究一般的曲线运动时，可将曲线分割成许多很短的小段，这样质点在每一小段的运动都可以看做圆周运动的一部分，采用圆周运动的分析方法来处理。不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A、两板间电场强度的大小为 B、乙粒子从进入板间运动至A位置的过程中，在水平方向上做加速运动 C、乙粒子偏离中轴线的最远距离为 D、乙粒子的运动轨迹在A处对应圆周的半径为10. 核聚变需要的温度很高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，但可以利用磁场来约束参与聚变反应的高温等离子体。等离子体由大量的正离子和电子组成，是良好的导体。图甲是一种设计方案：变压器的原线圈通过开关与充电后的高压电容器相连（图中未画出），充入等离子体热核燃料的环形反应室作为变压器的副线圈。从环形反应室中取一小段（可看作圆柱体）来研究，如图乙所示。闭合开关，高压电容器放电，等离子体会定向运动形成如图乙所示的电流，产生类似通电直导线周围的磁场，不但圆柱体外有磁场，而且圆柱体内也有绕行方向相同的磁场。下列说法正确的是（ ）
A、闭合开关，环形反应室中会产生电场 B、本装置能实现对等离子体的加热作用，是由于洛伦兹力做了功 C、从左向右看，图乙中圆柱体外的磁感线沿逆时针方向 D、图乙所示圆柱体内，正离子、电子由于定向移动受到的洛伦兹力都指向圆柱体的内部二、综合题：本部分共8题，共70分。
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11. 甲、乙两同学分别通过如下实验研究测量电阻的不同实验方案。
(1)、甲同学用图所示电路测量阻值约为6Ω的电阻 ， 可选用的器材有：A.电压表（量程0～3V，内阻约3kΩ）
B.电流表（量程0～3A，内阻约0.02Ω）
C.电流表（量程0～0.6A，内阻约0.1Ω）
D.滑动变阻器（0～5Ω）
E.滑动变阻器（0～200Ω）
F.电源（电动势为4.5V）及开关和导线若干
①为了调节方便、测量准确，实验中电流表应选择 ， 滑动变阻器应选择。（选填实验器材前的字母）
②请用笔画线表示导线，在图中完成电路连接。
③若只考虑电流表和电压表内阻的影响，关于本实验的误差分析，下列说法正确的是。
A.电阻的测量值大于真实值，属于偶然误差
B.电阻的测量值小于真实值，属于偶然误差
C.电阻的测量值大于真实值，属于系统误差
D.电阻的测量值小于真实值，属于系统误差
(2)、乙同学用图所示电路测量另一个电阻。
①电路连好后，闭合开关，无论如何移动滑动变阻器的滑片，发现电压表有示数且几乎不变，电流表始终没有示数。若电路中仅有一处故障，则可能的故障是。
A.滑动变阻器短路
B.滑动变阻器断路
C.待测电阻与电流表A之间的导线断路
②故障解决后，乙同学研究电压表示数U和滑动变阻器连入电路中阻值R的关系。若待测电阻、电流表内阻、电压表内阻、电源电动势和内阻都保持不变，图中可以正确反映U-R关系的示意图是。
A.
B. 
C. 
D.
12. 图所示为“观察电容器的充、放电现象”的实验电路，其中为电源，为电容器，为定值电阻，S为单刀双掷开关，电流表A的零刻线在中央。
(1)、开关S接1时，给电容器充电；开关接2时，电容器对电阻放电。下列说法正确的是____。A、充电过程中，电压表示数先迅速增大，然后逐渐增大并稳定在某一数值 B、充电过程中，电流表示数先迅速增大，然后逐渐增大并稳定在某一数值 C、放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 D、放电过程中，电流表中的电流方向从左到右(2)、用上述电路还可以粗测电容器的电容：开关S接1，给电容器充电；一段时间后开关S接0，记下此瞬间电压表的示数，并以此时为计时起点，利用手机的秒表功能，电压表示数U每减小1V或0.5V记录一次对应的时间t。实验中，所用电压表的量程为15V，内阻为15kΩ。实验数据所对应的点已描绘在图17所示的U-t图中，则可知该电容器的电容值约是μF。
13. 如图所示，质量为m、电荷量为q
粒子，从容器A下方的小孔飘入、之间的加速电场，其初速度可视为0，加速后经小孔以速度v沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后垂直打到照相底片上的D点。不计粒子所受的重力，求：
(1)、加速电场的电势差U。(2)、到D点的距离L。(3)、粒子在磁场中运动的时间t。14. 图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO＇匀速转动，转动角速度ω＝50rad/s，线圈的匝数n＝100、总电阻r＝10Ω，线圈围成的面积。线圈两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90Ω，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度B＝0.2T，图示位置矩形线圈和磁感线平行。
(1)、从图示位置开始计时，写出通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t变化的关系式；(2)、求电路中交流电压表的示数U；（取）(3)、线圈由图示位置转过90°的过程中，求通过电阻R的电荷量q。15. 近年来，垂直起降作为一种可重复使用火箭的技术得到了大力发展。某同学设计了一个具有电磁缓冲功能的火箭模型，结构示意图如图所示。闭合矩形线圈abcd固定在主体下部，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab边长为L。模型外侧安装有由高强度绝缘材料制成的缓冲槽，槽中有垂直于线圈平面、磁感应强度为B的匀强磁场。假设模型以速度与地面碰撞后，缓冲槽立即停止，此后主体在线圈与缓冲槽内磁场的作用下减速，从而实现缓冲。已知主体与线圈总质量为m，重力加速度为g，不计摩擦和空气阻力。
(1)、求线圈中感应电流的最大值并说明ab边中电流的方向。(2)、当主体减速下落的加速度大小为时，求线圈中的发热功率P。(3)、已知缓冲槽停止后主体下落距离为h时，主体速度减为 ， 此时主体和缓冲槽未相碰，求该过程中线圈产生的热量Q。16. 比较是一种重要的学习方法，通过比较可以加深对知识的理解。电场和磁场有相似的地方，也有很多的不同。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）
(1)、电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，磁场的基本性质是对放入其中的磁体、通电导线和运动电荷有力的作用。请写出电场强度和磁感应强度的定义式。(2)、电荷在电场和磁场中受力的特点不同，导致电荷运动性质不同。如图所示，M、N是一对平行金属板，板长为L，板间距离为d。一带电粒子从M、N左侧中央以平行于极板的速度射入。若仅在M、N板加恒定电压，则粒子恰好从M板右侧边沿以速率射出，其运动时间为；若仅在M、N板间加垂直纸面的匀强磁场，则粒子恰好从N板右侧边沿以速率射出，其运动时间为。不计粒子受到的重力。①可知_？ ， ？。（选填“大于”“小于”或“等于”）
②若M、N板间同时存在上述电场和磁场，请通过计算说明该带电粒子能否在M、N板间做匀速直线运动。
17. 核电站正常工作时，使液态金属钠在核反应堆内外循环流动，可把核裂变释放的能量传输出去，用于发电。某校综合实践小组设计了一个项目：通过安培力驱动输送液态钠的装置。如图所示是输送液态钠的绝缘管道，液态钠的电阻率为ρ（不计温度、压力对电阻率的影响），正方形管道截面的边长为a，在输送管道上有驱动模块和测量模块。驱动模块：在管道上长为L的部分施加垂直于管道、磁感应强度为的匀强磁场，在管道的上下两侧分别安装电极，并通以大小为I的电流。测量模块：在管道的上下两端安装电极M、N，M、N两极连接由电压表（图中未画出）改装的流量计（单位时间通过管道横截面的液体体积叫做流量），施加垂直于管道、磁感应强度为的匀强磁场。当装置工作时，液态钠充满管道并沿管道匀速流动。
(1)、关于测量模块①比较M和N端电势的高低。
②推导流量Q和M、N两端电压U的关系式。
(2)、关于驱动模块①求由安培力产生的压强p。
②当流量计示数为Q时，求驱动模块需要输入的电功率。
(3)、关于反馈控制模块如图所示，在驱动模块和测量模块之间还有反馈控制模块，当测得的流量异常时，反馈模块会通过调整驱动模块实现矫正。已知液态钠在流动过程中所受阻力与其流动方向相反，大小正比于流动的速率，比例系数为k。当流量计示数大于正常值时，请分析说明在驱动模块结构确定的情况下可采取哪些措施。
18. 接入电源的导体内存在恒定电场，其性质与静电场相同，电流的形成及电路的基本特性都与导体内的恒定电场有关。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）
(1)、如图甲所示，圆柱形长直金属导体，横截面积为S，电阻率为ρ，两端电压恒定，内部有分布均匀的电流。证明：导体内电场强度E的大小与电流I的关系为。(2)、上式中，描述导体内电流的分布情况，定义为“电流密度”，用字母j表示，即。如图乙所示，一段电阻率为ρ、粗细不均匀的导体两端电压恒定，AB部分的长度为 ， 其内部电流密度为j，BC部分的长度为 ， AB部分横截面积是BC部分横截面积的2倍，忽略中间交接处电流密度变化的影响。求：在通过AB左端横截面的电荷量为q的过程中，整段导体消耗的电能W。
(3)、如图丙所示，在竖直向下的匀强磁场中，两根平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，轨道电阻不计，端点M、P间接有一个金属材质的定值电阻。金属导体棒ab垂直于MN、PQ轨道，在水平外力的作用下向右匀速运动。运动过程中，导体棒与轨道接触良好，且始终保持与轨道垂直。金属内的自由电子在定向运动中会与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）发生碰撞，对每个电子而言，其效果可等效为受到一个平均阻力。已知电子的电量为e。①定值电阻的材质的电阻率为 ， 求当其内部电流密度为时，定值电阻内一个自由电子沿电流方向所受平均阻力的大小。
②导体棒ab的电阻率为 ， 求当其内部电流密度为时，导体棒内一个自由电子沿电流方向所受平均阻力的大小。