北京市西城区2020届高三上学期期末考试物理试题

北京市西城区2019 — 2020学年度第一学期期末试卷

高三物理          2020.1

一、单项选择题

1.如图所示，在光滑墙壁上用轻质网兜把足球挂在A点，足球与墙壁的接触点为B 。足球的重力为G，悬绳与墙壁的夹角为α。 则悬绳对球的拉力F的大小为

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】足球受重力、拉力和支持力平衡，受力如图所示；

根据平行四边形定则，绳子对球的拉力： 

A．,  与结论不相符，选项A错误；

B．,  与结论不相符，选项B错误；

C．,  与结论相符，选项C正确；

D．,  与结论不相符，选项D错误；

故选C.

2.如图所示，甲、乙两位同学利用直尺测量反应时间．甲用一只手在直尺下方做捏尺的准备，从他看到乙同学放开直尺开始，到他捏住直尺为止，测出直尺在这段时间内下落的高度为20cm，则这次测量出甲的反应时间是（g取10m/s2）

A. 0.02s B. 0.2s C. 0.1 s D. 0.14 s

【答案】B

【解析】

【详解】由题意，在反应时间内，直尺下落的高度H=20cm，由自由落体运动的规律知：H=gt2，得 t=0.2s．故B正确，ACD错误，故选B．

【点睛】本题考查自由落体运动的位移与时间的关系公式，是一道基础题．学生从一个实际背景中抽象出物理模型是非常重要的能力．

3.一列横波某时刻的图像如图1所示，图2表示介质中某质点从该时刻开始一段时间内的位移—时间图像。

A. 若波沿x轴的正方向传播，则图2可能为K点的振动图像

B. 若波沿x轴的正方向传播，则图2可能为M点的振动图像

C. 若图2为L点的振动图像，则波沿x轴的正方向传播

D. 若图2为N点的振动图像，则波沿x轴的正方向传播

【答案】C

【解析】

【详解】图乙所示质点在t=0时在平衡位置向上振动；那么由图甲可得：若波向左传播，图乙与质点N振动一致；若波向右传播，图乙和质点L振动一致；
A．若波沿x轴的正方向传播，则图2可能为K点的振动图像，与结论不相符，选项A错误；

B．若波沿x轴的正方向传播，则图2可能为M点的振动图像，与结论不相符，选项B错误；

C．若图2为L点的振动图像，则波沿x轴的正方向传播，与结论相符，选项C正确；

D．若图2为N点的振动图像，则波沿x轴的正方向传播，与结论不相符，选项D错误；

故选C。

4.甘肃酒泉和海南文昌是我国的两个卫星发射中心所在地，酒泉卫星发射中心的纬度约为北纬40°，文昌卫星发射中心的纬度约为北纬20°。把地球看做一个半径为6.4×103 km的质量分布均匀的球体，比较分别位于酒泉和文昌的甲、乙两个物体随地球自转做匀速圆周运动的情况，下列判断正确的是

A. 两物体的线速度大小相等

B. 两物体角速度大小相等

C. 甲物体的线速度大于乙物体的线速度

D. 甲物体的角速度小于乙物体的角速度

【答案】B

【解析】

【详解】两物体是同轴转动，则角速度相同，根据v=ωr，因乙所在地的转动半径较大，可知乙物体的线速度较大；

A．两物体的线速度大小相等，与结论不相符，选项A错误；

B．两物体的角速度大小相等，与结论相符，选项B正确；

C．甲物体的线速度大于乙物体的线速度，与结论不相符，选项C错误；

D．甲物体的角速度小于乙物体的角速度，与结论不相符，选项D错误；

故选B.

5.如图所示，平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下操作中，可以使静电计指针的偏角减小的是

A. 向上平移B极板 B. 向下平移B极板

C. 向左平移B极板 D. 向右平移B极板

【答案】D

【解析】

【详解】AB．向上平移或向下移动B极板，减小极板正对面积，根据电容的决定式，分析得知，电容C减小，而电容器的带电量Q不变，由分析得知，板间电势差U增大，则静电计的指针偏角变大。故AB错误。

C．向左平移B极板，增大板间距离d，根据电容的决定式分析得知，电容C减小，而电容器的带电量Q不变，由分析得知，板间电势差U变大，则静电计的指针偏角变大。故C错误。

D．向右平移B极板，减小板间距离d，根据电容的决定式分析得知，电容C变大，而电容器的带电量Q不变，由分析得知，板间电势差U变小，则静电计的指针偏角变小。故D正确。

故选D

6.如图1所示，100匝的线圈（图中只画了2 匝）两端A、B与一个理想电压表相连。线圈内有指向纸内方向的匀强磁场，线圈中的磁通量在按图2所示规律变化。下列说法正确的是

A. A端应接电压表正接线柱，电压表的示数为150V

B. A端应接电压表正接线柱，电压表的示数为50.0V

C. B端应接电压表正接线柱，电压表的示数为150V

D. B端应接电压表正接线柱，电压表的示数为50.0V

【答案】B

【解析】

【详解】线圈相当于电源，由楞次定律可知A相当于电源的正极，B相当于电源的负极。故A应该与理想电压表的正接线柱相连。由法拉第电磁感应定律得：

A．A端应接电压表正接线柱，电压表的示数为150V，与结论不相符，选项A错误；

B．A端应接电压表正接线柱，电压表的示数为50.0V，与结论相符，选项B正确；

C．B端应接电压表正接线柱，电压表的示数为150V，与结论不相符，选项C错误；

D．B端应接电压表正接线柱，电压表的示数为50.0V，与结论不相符，选项D错误；

故选B.

7.如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则

A. 若只将粒子改为带负电，其将往上偏

B. 若只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏

C. 若只增加粒子的电荷量，其将往下偏

D. 若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出

【答案】B

【解析】

【详解】正粒子沿直线穿过正交场，向上的洛伦兹力和向下的电场力平衡，则qE=qvB，即；

A．若只将粒子改为带负电，则洛伦兹力和电场力的方向均反向，则粒子仍沿直线通过，选项A错误；

B．若只增加粒子进入该装置的速度，则洛伦兹力变大，粒子将往上偏，选项B正确；

C．若只增加粒子的电荷量，向上的洛伦兹力和向下的电场力仍平衡，其仍将沿直线通过，选项C错误；

D．若粒子从右端水平进入，则电场力和洛伦兹力均向下，则不可能仍沿直线水平飞出，选项D错误；

故选B.

8.在如图所示的U-I图中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图可知

A. 该电阻的阻值为2.0

B. 该电源的电动势为6.0V，内阻为0.5

C. 该电源的路端电压为V，输出功率为4.0W

D. 用比R电阻大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率可能增大

【答案】C

【解析】

【详解】A．由图象b可知，外电阻

故A错误。
B．由图象a可知，电源电动势E=6.0V，短路电流I短=3.0A，电源内阻

故B错误。
C．由两图象的交点坐标，路端电压为4.0V，干路电流为1.0A，电源的输出功率为

P出=UI=4.0×1.0W=4.0W

故C正确。

D．电源的内阻为r=2Ω，电阻R=4Ω，因当外电阻R与内阻r相等时，电源输出功率最大，可知用比R电阻大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率一定减小，选项D错误；

故选C.

9.某同学把质量是5kg 的铅球推出，估计铅球出手时距地面的高度大约为2m，上升的最高点距地面的高度约为3m，最高点到落地点的水平距离约为6m。由此可估算出该同学推铅球的过程中对铅球做的功约为

A. 50J B. 150J C. 200J D. 250J

【答案】C

【解析】

【详解】铅球在最高点的速度

则由能量关系可得该同学推铅球的过程中对铅球做的功约为

A．50J，与结论不相符，选项A错误；

B．150J，与结论不相符，选项B错误；

C．200J，与结论相符，选项C正确；

D．250J，与结论不相符，选项D错误；

故选C.

10.按压式圆珠笔内装有一根小弹簧，尾部有一个小帽，压一下小帽，笔尖就伸出来。如图所示，使笔的尾部朝下，将笔向下按到最低点，使小帽缩进，然后放手，笔将向上弹起至一定的高度。忽略摩擦和空气阻力。笔从最低点运动至最高点的过程中

A. 笔的动能一直增大

B. 笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和一直减小

C. 弹簧的弹性势能减少量等于笔的动能增加量

D. 弹簧弹性势能减少量等于笔的重力势能增加量

【答案】D

【解析】

【详解】开始时弹力大于笔的重力，则笔向上做加速运动；当弹力等于重力时加速度为零，速度最大；然后弹力小于重力，笔向上做减速运动，当笔离开桌面时将做竖直上抛运动，直到速度减为零到达最高点；

A．笔的动能先增大后减小，选项A错误；

B．因只有弹力和重力做功，则笔的重力势能、动能和弹簧的弹性势能守恒；因动能先增加后减小，则笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和先减小后增加，选项B错误；

CD．因整个过程中动能不变，则弹簧的弹性势能减少量等于笔的重力势能的增加量，选项C错误，D正确；

故选D.

11.为了研究超重和失重现象，某同学站在力传感器上做“下蹲”和“站起”的动作，力传感器将采集到的数据输入计算机，可以绘制出压力随时间变化的图线。某次实验获得的图线如图所示，a、b、c为图线上的三点，有关图线的说法可能正确的是

A. a→b→c为一次“下蹲”过程

B. a→b→c为一次“站起”过程

C. a→b 为“下蹲”过程，b→c为“站起”过程

D. a→b 为“站起”过程，b→c为“下蹲”过程

【答案】A

【解析】

【详解】“下蹲”过程先加速下降后减速下降，则先失重后超重；“站起”过程先加速上升后减速上升，则先超重后失重；由图可知，人先失重后超重，可知a→b→c为一次“下蹲”过程；

A．a→b→c为一次“下蹲”过程，与结论相符，选项A正确；

B．a→b→c为一次“站起”过程，与结论不相符，选项B错误；

C．a→b 为“下蹲”过程，b→c为“站起”过程，与结论不相符，选项C错误；

D．a→b 为“站起”过程，b→c为“下蹲”过程，与结论不相符，选项D错误；

故选A.

12.2019年11月5日，我国成功发射了“北斗三号卫星导航系统”的第3颗倾斜地球同步轨道卫星。“北斗三号卫星导航系统”由静止地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星、中圆地球轨道卫星组成。“同步轨道”卫星的轨道周期等于地球自转周期，卫星运行轨道面与地球赤道面的夹角叫做轨道倾角。根据轨道倾角的不同，可将“同步轨道”分为静止轨道（倾角为零）、倾斜轨道（倾角不为零）和极地轨道。根据以上信息，下列说法中正确的是

A. 倾斜地球同步轨道卫星的高度大于静止地球同步轨道卫星的高度

B. 倾斜地球同步轨道卫星的线速度小于静止地球同步轨道卫星的线速度

C. 可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，静止在北京上空

D. 可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，每天同一时间经过北京上空

【答案】D

【解析】

【详解】A．倾斜地球同步轨道卫星与静止地球同步轨道卫星具有相同的周期（24h），则由可知，两种卫星的轨道半径相等，即倾斜地球同步轨道卫星的高度等于静止地球同步轨道卫星的高度，选项A错误；

B．两种卫星具有相同的周期和角速度，运转半径相同，则根据v=ωr可知，两种卫星具有相同的线速度，选项B错误；

CD．同步卫星相对于地球静止，必须为地球赤道面上的同步卫星，因为倾斜地球同步轨道卫星为倾斜轨道，因此不能与地球保持相对静止，但因为周期总为24h，则可以每天同一时间经过北京上空，选项C错误，D正确；

故选D.

二、多项选择题

13.一列火车和一辆汽车分别做匀变速直线运动，它们在各个时刻的速度大小如下表所示。从表中数据可以看出

A. 0~4s内火车的平均速度较大

B. 0~4s内汽车的平均速度较大

C. 火车的速度变化比较快

D. 汽车的速度变化比较快

【答案】AD

【解析】

【详解】A B．0~4s内火车的平均速度：

0~4s内汽车的平均速度

则火车的平均速度较大，选项A正确，B错误；

CD．火车的加速度

汽车的加速度

因汽车就加速度较大，则汽车的速度变化比较快，选项C错误，D正确；

故选AD.

14.如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R = 55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是

A. 电流表的读数为1.00 A

B. 电流表的读数为2.00A

C. 电压表的读数为110V

D. 电压表的读数为155V

【答案】AC

【解析】

【详解】CD．原线圈电压有效值U1=220V，根据原副线圈匝数比为2:1可知次级电压为U2=110V，则电压表的读数为110V，选项C正确，D错误；

AB．根据变压器输入功率等于输出功率，即

解得I1=1.00A，选项A正确，B错误；

故选AC.

15.如图所示，导线框与电源、滑动变阻器、电流表、开关组成闭合回路，将导线框用弹簧测力计悬挂起来，导线框下端置于蹄形磁铁两极之间，与磁场方向垂直放置。在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F0。接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1, 观察并记录弹簧测力计此时的读数F1，继续调节滑动变阻器使电流表读数为 I2， I3，…，In，观察并记录弹簧测力计相应的读数 F2，F3， …，Fn。 若实验过程中导线框下端都未离开蹄形磁铁两极之间的区域，且该区域的磁场可看作匀强磁场，则根据以上数据描绘出的弹簧测力计弹力大小F随电流I变化的图像可能是

A.  B.

C.  D.

【答案】BC

【解析】

【详解】若线框受安培力向下，则F=F0+BIL；若安培力向上，则F=F0-BIL

A．该图与结论不相符，选项A错误；

B．该图与结论相符，选项B正确；

C．该图与结论相符，选项C正确；

D．该图与结论不相符，选项D错误；

故选BC.

16.2019年10月1日，在国庆70周年盛大阅兵式上，大国重器东风-17高超音速战略导弹震撼曝光！这是世界上第一种正式装备服役的高超音速乘波器导弹，射程可达几千公里，具备高超音速突防能力，可借助空前的机动能力实现蛇形机动，规避拦截。已知东风-17质量为m，在一次试射机动变轨过程中，东风-17正在大气层边缘向东水平高速飞行，速度大小为12马赫（1马赫就是一倍音速，设为v），突然蛇形机动变轨，转成水平向东偏下37°角飞行，速度大小为15马赫。此次机动变轨过程中，

A. 合力对东风-17做功为81mv2

B. 合力对东风-17做功为40.5mv2

C. 合力对东风-17冲量大小为9 mv，方向竖直向下

D. 合力对东风-17的冲量大小为12 mv，方向竖直向上

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．合力对东风-17做功为

选项A错误，B正确；

CD．由动量定理可知，合力对东风-17的冲量大小等于动量的变化，大小为

由几何关系可知，方向竖直向下，选项C正确，D错误；

故选BC.

三、计算论述题

17.如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场，带电量为+q、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动，忽略重力的影响，求：

（1）匀强电场场强E的大小；

（2）粒子从电场射出时速度ν的大小；

（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）根据匀强电场电势差和电场强度的关系得，匀强电场场强E的大小

（2）设带电粒子出电场时速度为v，由动能定理得

解得粒子从电场射出时速度ν的大小

（3）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得

联立得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径

18.已知地球质量为M，万有引力常量为G。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。忽略地球自转影响。

（1）求地面附近的重力加速度g；

（2）求地球的第一宇宙速度v；

（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道哪些相关数据？请分析说明。

【答案】（1）（2）（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。

【解析】

【详解】（1）设地球表面的物体质量为m , 有

 解得

（2）设地球的近地卫星质量为m，有

解得

（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。 设太阳质量为M，地球绕太阳运动的轨道半径为r、周期为T，根据可知若知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量可求得太阳的质量。

19.如图1所示，足够长的U形光滑导体框水平放置，宽度为L，一端连接的电阻为R。导体框所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。电阻为r的导体棒MN放在导体框上，其长度恰好等于导体框的宽度，且相互接触良好。其余电阻均可忽略不计。在水平拉力作用下，导体棒向右匀速运动，速度大小为v。

（1）请根据法拉第电磁感应定律推导导体棒匀速运动时产生的感应电动势的大小E=BLv；

（2）求回路中感应电流I和导体棒两端的电压U；

（3）若在某个时刻撤去拉力，请在图2中定性画出撤去拉力后导体棒运动的v-t图像。

【答案】（1）见解析（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律，MN与导轨组成闭合回路匝数n = 1

 t内MN运动的距离

x = vt

闭合回路

xL  

代入得E = BLv

（2）MN运动产生电动势E = BLv

根据闭合电路欧姆定律

得

路端电压 U = IR 得 

（3）撤去拉力后，导体棒在安培力作用下做加速度逐渐减小的减速运动，最终速度减为0，v-t图像如图所示 

20.如图1所示，平行板电容器极板长度为L，板间距为d，B极板接地（即电势）。在电容器两极板间接交变电压，A极板的电势随时间变化的图像如图2所示，其最大值为U。电子以速度v0沿图1中虚线方向射入两板间，并从另一侧射出。已知电子质量为m，电荷量为e，重力不计。

（1）每个电子穿过偏转电场的时间极短，可以认为这个过程中两极板间的电压是不变的，偏转电场可看做匀强电场。求在t = 0.15s时刻进入偏转电场的电子从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy；

（2）分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法。在解决（1）问时忽略了每个电子穿过电场过程中两极板间电压的变化，请结合下列数据分析说明其原因。已知L = 4.0×10-2m，v0 = 2.0×107m/s。

（3）电势可以随时间变化，也可以随空间发生变化。自然界中某量 D的变化可以记为D，发生这个变化所用的时间间隔可以记为 t ；变化量 D与 t的比值就是这个量对时间的变化率。若空间中存在一静电场，x轴与某条电场线重合。

a．请你类比上述变化率的概念写出电势对空间位置x的变化率A的表达式；

b. 该静电场的电势随x的分布可能是图3所示甲、乙两种情况中的一种。请你根据电势随空间的变化情况分析比较两种情况的电场在0 < x < d区域内的相同点和不同点。

【答案】（1）（2）见解析（3）a.    或  b. 见解析

【解析】

【详解】（1）由t图可知t=0.15s时两极板间的电压

电子在平行于极板方向上做匀速直线运动

L = v0t   

在垂直于极板的方向上做初速度为0的匀加速直线运动

其中

代入解得 

（2）电子在平行于极板的方向上做匀速直线运动

L = v0t

可知电子通过电场所用的时间为 

由图2可知电场变化的周期T = 0.2s

可见电子通过电场所用的时间远远小于电场变化的周期，因此电子穿过平行板的过程中可以认为两板间的电压是不变的。 

（3）a.    或 

b. 由图3可知甲、乙两种情况中电势沿x轴的正方向均降低，由此可知两种情况的电场方向是相同的，均沿x轴的正方向。不同点是电势随空间位置的变化快慢不同，甲电场的电势在沿x轴的正方向上随空间位置均匀降低，为匀强电场；乙电场的电势在沿x轴的正方向上随空间位置降低得越来越慢，电场强弱分布不均匀，沿x轴的正方向电场强度逐渐减小。

21.台球的运动和撞击过程中，球既存在平动，也存在转动，运动情况较为复杂。在不考虑球的转动和球之间的摩擦的情况下，我们可以对球的运动和撞击过程建立简单的模型，用高中物理知识进行粗略研究。如图1所示，此时球桌上只剩下两个球，其中A球为白球，B球为黑球，且两球球心与1号洞中心在一条直线上。请你利用学过的物理规律解决以下问题。

（1）击打白球后，白球与黑球发生碰撞，可以使黑球进入不同的洞口。请在以下两种情况下，画出白球的初速度方向以及碰前瞬间的位置，作图时请画出必要的辅助线。

a. 使黑球进入1号洞（在图2中作图）；

b. 使黑球进入2号洞（在图3中作图）。

（2）黑球进入2号洞的情况比进入1号洞的情况复杂一些。在处理复杂的物理问题时，常将其分解为简单的问题，如运动的分解、力的分解等等。将这些矢量在相互垂直的x、y两个方向上进行分解，然后分别进行研究。在黑球进入2号洞的情境下，若已知两球的质量均为m，碰前瞬间白球的速度大小为v0，碰后瞬间黑球的速度大小为v，v0与v方向的夹角θ = 53o，求两球碰撞过程中损失的机械能。（已知：sin53o = 0.8，cos53o = 0.6）

【答案】（1）a. ；b.（2）

【解析】

【详解】（1）a.

   b.

（2）以黑球碰后的速度方向以及与之垂直的方向为坐标轴方向建立平面直角坐标系，将白球碰前和碰后的速度沿着坐标轴进行正交分解，沿两个方向分别进行研究

碰撞过程中两球组成的系统在x、y两个方向上都满足动量守恒定律

设碰后白球速度大小为vA，在x、y两个方向上的分速度分别为vAx和vAy

x方向：

mv0cosmv + mvAx

y方向：

mv0sinmvAy   

解得：

则碰撞过程中系统损失的机械能 

其中

代入得