北京市石景山区2020届高三上学期期末考试物理试题

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，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。

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. v1x<v 2x，v1y>v 2y B. v1x>v 2x，v1y<v 2y

C. v1x<v 2x，v1y<v 2y D. v1x>v 2x，v1y>v 2y

【答案】A

【解析】

【详解】将篮球的运动反向处理，即为平抛运动，由图可知，第二次运动过程中的高度较小，所以运动时间较短，水平射程相等，但第二次用的时间较短，故第二次水平分速度较大，即

在竖直方向上做自由落体运动，由公式可知，第二次运动过程中的高度较小，所以第二次竖直分速度较小，即

故选A。

6.如图所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是（  ）

A. 条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁

B. 条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动

C. 条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁

D. 条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁

【答案】D

【解析】

【详解】A．当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故A错误；

BD．当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故B错误，D正确；

C．当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动，故C错误。

故选D。

7.A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在静电力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度v与时间t的关系图象如图所示．则此电场的电场线分布可能是选项图中的

A.  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.

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.

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

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（  ）

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：

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

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<m2 D．以上都可以

（3）若两球在碰撞前后动量守恒，需要验证的表达式为_________________。

【答案】    (1). C    (2). B    (3).

【解析】

【详解】(1)[1]小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，即测量射程，故C正确，AB错误。

故选C。

(2)[2]两球发生碰撞后，为防止入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即

(3)[3]要验证动量守恒定律定律，即验证

小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得

得

16.某实验小组为测量某一电源的电动势和内阻，设计的实验电路如图所示，用到的器材有：待测电源E，保护电阻R0=1.0 Ω，电阻箱R1（阻值范围0~9999.9Ω），电压表V（量程0~3V，内阻等于3 kΩ），开关S，导线若干。

(1)实验小组的同学连接好电路，闭合开关S，将电阻箱的阻值由零开始逐渐增大，记录若干组电阻箱的阻值R1和对应的电压表读数U。将得到的数据在U-R1坐标系中描点连线，得到如图所示的曲线，其中虚线U=1.50V为曲线的渐近线，由此可知电源的电动势E=______V，内阻r=______Ω。

（2）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）实验小组的同学根据，描绘了R1消耗功率P随电阻箱的阻值R1变化的曲线如图所示．请推测图线的顶点坐标值约为R1=_______Ω，P=______W，其理由是__________________________。

（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

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】

【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

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：

(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

x＝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。