北京市西城区2021-2022学年高三上学期期末物理模拟试卷（1）(Word版含答案)

2021-2022学年北京市西城区高三（上）期末物理模拟试卷（1）
一．选择题（共12小题，满分36分，每小题3分）
1．（3分）一个质量为2kg的物体，在5个共点力的作用下保持静止，若同时撤去其中大小分别为3N和9N的两个力，其余的力保持不变，则其加速度大小可能是（　　）
A．5m/s2 B．7m/s2 C．2m/s2 D．1m/s2
2．（3分）如图甲所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，如图乙所示为介质中x＝2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象，质点Q的平衡位置位于x＝3.5m。下列说法正确的是（　　）
A．这列波的传播速度可能是20m/s
B．这列波沿x轴负方向传播
C．t＝0.1s时，质点Q正通过平衡位置向上振动
D．t＝0.7s时，质点P的加速度大于质点Q的加速度
3．（3分）如图所示，理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数比为11：1，滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω，电压表和电流表均为理想交流电表。下列说法中正确的有（　　）
A．变压器输入功率与输出功率之比为11：1
B．1min内滑动变阻器上产生的热量为40 J
C．仅将S从1拨到2，电流表示数减小
D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小
4．（3分）2020年7月23日，中国“天问一号”探测器发射升空，开启了火星探测之旅。已知火星的直径约为地球的一半，质量约为地球的，自转轴倾角、自转周期与地球很接近，但公转周期是地球的两倍。由以上信息判断下列说法正确的是（　　）
A．火星的表面重力加速度约为地球的0.8倍
B．火星的第一宇宙速度约为3.7km/s
C．火星公转轨道的半长轴约为地球的2倍
D．火星的同步卫星轨道半径约为地球的
5．（3分）利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧倾斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升，斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3．根据三次实验结果的对比，下列判断正确的是（　　）
A．小球沿右侧斜面上升的高度与小球的质量无关
B．小球沿右侧斜面上升的高度与斜面的粗糙程度有关
C．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
D．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态
6．（3分）一个物体在F1＝5N、F2＝7N和F3三个恒力的作用下做匀速直线运动，若撤去F1，则物体受到的合力大小（　　）
A．可能是9N B．可能是20N C．可能是1N D．一定是5N
7．（3分）静止在光滑水平面上的物体，受到水平拉力F的作用，拉力F随时间t变化的图象如图所示，则下列说法错误的是（　　）
A．0﹣4s内物体的位移为零
B．0﹣4s内拉力对物体做功为零
C．4s末物体的速度为零
D．0﹣2s和2s﹣4s内的加速度方向相反
8．（3分）下列关于等势面的说法，不正确的是（　　）
A．匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平面
B．等势面一定跟电场线垂直，即跟场强方向垂直
C．在同一等势面上移动电荷时，一定不受电场力作用，所以电场力做功为零
D．点电荷电场的等势面是以点电荷为球心的一簇球面
9．（3分）三条在同一平面（纸面）内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图所示，a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的角平分线上，且到相应顶点的距离相等，将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是（　　）
A．B1＝B2＜B3
B．B1＝B2＝B3
C．a和c处磁场方向垂直于纸面向外，b处磁场方向垂直于纸面向里
D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里
10．（3分）如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是（　　）
A．电源1与电源2的内阻之比是11：7
B．图中u＝5
C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1：2
D．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是18：25
11．（3分）如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域，v1＝2v2，在先后两种情况下（　　）
A．线圈中的感应电动势之比为E1：E2＝2：3
B．线圈中的感应电流之比为I1：I2＝1：2
C．线圈中产生的焦耳热之比Q1：Q2＝2：1
D．通过线圈某截面的电荷量之比q1：q2＝1：2
12．（3分）2020年12月19日，重1731克的嫦娥五号任务月球样品正式交接。我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕，将开展月球样品与科学数据的应用和研究。如图是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电样品矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧。对矿粉分离的过程中，下列表述正确的是（　　）
A．电场力对矿粉做正功
B．带正电的矿粉落在右侧
C．带负电的矿粉电势能变大
D．带正电的矿粉电势能变大
二．多选题（共4小题，满分12分，每小题3分）
13．（3分）如图所示，两同学共同研究运动的合成规律，一同学沿刻度尺向右在纸面上匀速移动笔尖画线，另一同学推动刻度尺紧贴纸面竖直向上做初速度为零的匀加速运动，运动过程中刻度尺保持水平、关于笔尖的运动，下列说法正确的是（　　）
A．笔尖的运动轨迹为一条直线
B．笔尖的运动轨迹为一条曲线
C．笔尖在任意两个连续相等时间内的位移相同
D．笔尖在任意两个相等时间内的速度变化量相同
14．（3分）如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是（　　）
A．Q板的电势低于P板的电势
B．Q板的电势高于P板的电势
C．R中有由a向b方向的电流
D．R中有由b向a方向的电流
15．（3分）某同学从电子市场购买一款手机电池板如图所示，他根据电池板上的标识，所做判断正确的是（　　）
A．该电池的电动势为4.2V
B．该电池的电动势为3.7V
C．该电池一次可以提供的最大电能为8.4×103J
D．该电池一次可以提供的最大电能为2.664×104J
16．（3分）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星S2的位置变化进行了持续观测，记录到的S2的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为120AU（太阳到地球的距离为1AU），S2的运行周期约为16年。假设S2的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出（　　）
A．S2与银河系中心致密天体的质量之比
B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比
C．S2在P点与Q点的速度大小之比
D．S2在P点与Q点的加速度大小之比
三．解答题（共5小题，满分52分）
17．（9分）航天员进行超重训练的加速度一般在5g（g为自由落体加速度，取10m/s2），持续时间为2～3s，我国航天员已能做到在8g状况下持续40s。现假设训练装置的加速度为6g，如果在该装置中有一条绳子系着1kg的物体，则：
（1）当该装置的加速度竖直向上时，绳子受到的拉力有多大？
（2）当该装置的加速度竖直向下时，绳子受到的拉力有多大？
18．（9分）带电粒子的电荷量与质量之比（）叫做比荷。比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义。利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷。
如图所示为一种质谱仪的原理示意图。某带电粒子从容器A下方的小孔飘入加速电场（其初速度可视为零），之后自O点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P点。忽略重力的影响。当加速电场的电势差为U，匀强磁场的磁感应强度为B时，O点与P点间的距离为L。
（1）请你说该带电粒子带正电还是带负电。
（2）求该带电粒子的比荷。
19．（10分）如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ab边与磁场边界平行。线框在向右的拉力作用下以速度v匀速进入磁场。从ab边刚进入磁场直至cd边刚要进入磁场的过程中，求：
（1）金属线框中的感应电流I的大小和方向；
（2）金属线框产生的焦耳热Q；
（3）安培力的冲量大小I安。
20．（12分）一汽车的额定功率为80kW，在水平公路上行驶时，最大速率可达20m/s，汽车质量为2000kg，若汽车由静止开始做匀加速运动时，所受阻力恒定，加速度为2m/s2，求：
（1）汽车所受阻力为多大；
（2）汽车匀加速行驶的最长时间是多少；
（3）若汽车功率达到最大值后，一直保持恒定功率行驶，则汽车从开始运动后的半分钟内发动机所做的功是多少。
21．（12分）利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验，实验装置如图甲，仪器按要求安装好后进行实验，在白纸上记录下重锤位置和各次实验时小球落点的位置，设小球质量分别为m1、m2，且m1＝2m2，小球间的碰撞是弹性碰撞。
（1）下列实验操作和要求正确的是 　 　；
A．小球每次从同一高度静止释放，并记下释放点到水平轨道的竖直距离h
B．倾斜轨道必须光滑
C．如果实验中没有测量两小球的具体质量，也可以完成实验验证
D．斜槽末端的切线必须水平，以保证小球在空中运动的时间相等
（2）某次实验，由于没有区分两个小球的质量，将一个小球放在槽口，另一小球从某位置静止释放，发现碰撞后，入射小球直接从槽口飞出，则入射小球的质量为 　 　；（“m1”或“m2”）
（3）图乙是小球多次落点N的痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为 　 　cm
（4）实验正确操作后，用刻度尺测量三段长度分别为＝s1，＝s2，＝s3，在误差允许的范围内，只需验证 　 　（用题目中所给的物理量表示），表明碰撞过程中动量守恒。
2021-2022学年北京市西城区高三（上）期末物理模拟试卷（1）
参考答案与试题解析
一．选择题（共12小题，满分36分，每小题3分）
1．（3分）一个质量为2kg的物体，在5个共点力的作用下保持静止，若同时撤去其中大小分别为3N和9N的两个力，其余的力保持不变，则其加速度大小可能是（　　）
A．5m/s2 B．7m/s2 C．2m/s2 D．1m/s2
【解答】解：大小分别为3N和9N的两个力的合力大小范围为
6N≤F2≤12N
物体在5个共点力的作用下保持静止，若同时撤去其中大小分别为3N和9N的两个力后，则剩余三个力的合力大小范围为6N≤F3≤12N；
根据牛顿第二定律可得，物体的加速度大小范围为
3m/s2≤a≤6m/s2
故A正确，BCD错误。
故选：A。
2．（3分）如图甲所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，如图乙所示为介质中x＝2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象，质点Q的平衡位置位于x＝3.5m。下列说法正确的是（　　）
A．这列波的传播速度可能是20m/s
B．这列波沿x轴负方向传播
C．t＝0.1s时，质点Q正通过平衡位置向上振动
D．t＝0.7s时，质点P的加速度大于质点Q的加速度
【解答】解：A、由图甲可知这列波的波长λ＝4m，由图乙可知周期为T＝0.4s，则这列波的传播速度为：v＝＝m/s＝10m/s，故A错误；
B、由乙图可知，t＝0时刻质点P的速度方向向上，在图甲中，由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播，故B错误；
C、这列波沿x轴正方向传播，t＝0时刻质点Q速度方向向下，因t＝0.1s＝时，可知，t＝0.1s时，质点Q正在平衡位置下方向上振动，故C错误；
D、t＝0时刻质点P的速度方向向上，质点Q速度方向向下，因t＝0.7s＝1T，则t＝0.7s时，质点P到达波谷，质点Q在平衡位置与波峰之间，质点P的位移比质点Q的大，结合a＝﹣知质点P的加速度大于质点Q的加速度，故D正确。
故选：D。
3．（3分）如图所示，理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数比为11：1，滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω，电压表和电流表均为理想交流电表。下列说法中正确的有（　　）
A．变压器输入功率与输出功率之比为11：1
B．1min内滑动变阻器上产生的热量为40 J
C．仅将S从1拨到2，电流表示数减小
D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小
【解答】解：A、根据理想变压器的特点可知，变压器的输入功率与输出功率之比为1：1，故A错误；
B、原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为U2＝U1＝＝20V，则1 min内产生的热量为Q＝＝×60J＝2400 J，故B错误；
C、若只将S从1拨到2，副线圈的电压减小，副线圈电流减小，原线圈电流即电流表的示数减小，故C正确；
D、将滑动变阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，电流表的读数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，故D错误；
故选：C。
4．（3分）2020年7月23日，中国“天问一号”探测器发射升空，开启了火星探测之旅。已知火星的直径约为地球的一半，质量约为地球的，自转轴倾角、自转周期与地球很接近，但公转周期是地球的两倍。由以上信息判断下列说法正确的是（　　）
A．火星的表面重力加速度约为地球的0.8倍
B．火星的第一宇宙速度约为3.7km/s
C．火星公转轨道的半长轴约为地球的2倍
D．火星的同步卫星轨道半径约为地球的
【解答】解：A、设星球的质量为M，半径为R，星球表面重力加速度为g，根据重力等于万有引力得mg＝G，得g＝
则火星表面与地球表面重力加速度之比：＝＝×22＝≈0.44，则火星的表面重力加速度约为地球的0.44倍，故A错误；
B、根据mg＝m得星球的第一宇宙速度为v＝，则火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比：＝＝≈0.47，则火星的第一宇宙速度为v火＝0.47v地＝0.47×7.9km/s≈3.7km/s，故B正确；
C、根据开普勒第三定律＝k得火星公转轨道的半长轴与地球公转轨道的半长轴之比：＝＝＝，即火星公转轨道的半长轴为地球的倍，故C错误；
D、星球同步卫星的运行周期等于星球的自转周期，根据万有引力提供向心力，得G＝mr，得星球同步卫星的轨道半径：r＝，因为火星的自转周期与地球接近，则火星的同步卫星轨道半径与地球的同步卫星轨道半径之比：＝＝，故D错误。
故选：B。
5．（3分）利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧倾斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升，斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3．根据三次实验结果的对比，下列判断正确的是（　　）
A．小球沿右侧斜面上升的高度与小球的质量无关
B．小球沿右侧斜面上升的高度与斜面的粗糙程度有关
C．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
D．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态
【解答】解：A、小球在下滑过程由于摩擦阻力的存在导致机械能有损耗，质量越大，损耗越大，所以小球沿右侧斜面上升的高度与小球的质量有关，故A错误。
B、粗糙程度逐渐降低则损耗的机械能越小，上升的高度越高，则可知小球沿右侧斜面上升的高度与斜面的粗糙程度有关，故B正确。
C、如果小球受到的力一定，则质量越大，它的加速度越小是牛顿第二定律的结论，与本实验无关，故C错误。
D、通过推理和假想，如果小球不受力，它将一直保持匀速运动，得不出静止的结论，故D错误。
故选：B。
6．（3分）一个物体在F1＝5N、F2＝7N和F3三个恒力的作用下做匀速直线运动，若撤去F1，则物体受到的合力大小（　　）
A．可能是9N B．可能是20N C．可能是1N D．一定是5N
【解答】解：有一个做匀速直线运动的物体受到三个力的作用，这三个力一定是平衡力，如果突然撤去F1，剩余的两个力的合力与撤去的力等值、反向、共线，所以大小一定是5N，故ABC错误，D正确；
故选：D。
7．（3分）静止在光滑水平面上的物体，受到水平拉力F的作用，拉力F随时间t变化的图象如图所示，则下列说法错误的是（　　）
A．0﹣4s内物体的位移为零
B．0﹣4s内拉力对物体做功为零
C．4s末物体的速度为零
D．0﹣2s和2s﹣4s内的加速度方向相反
【解答】解：ABC、由F﹣t图可知，物体先做匀加速直线运动，再做匀减速直线运动，利用动量定理可知：物体在4s末的速度为零，由此可知在0～4s内拉力对物体做功为零，故A错误，BC正确；
D、由图像可知，在0～2s内和2～4s内拉力的方向相反，根据牛顿第二定律可知，0﹣2s和2s﹣4s内的加速度方向相反，故D正确。
本题选不正确的，故选：A。
8．（3分）下列关于等势面的说法，不正确的是（　　）
A．匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平面
B．等势面一定跟电场线垂直，即跟场强方向垂直
C．在同一等势面上移动电荷时，一定不受电场力作用，所以电场力做功为零
D．点电荷电场的等势面是以点电荷为球心的一簇球面
【解答】解：A、等势面与电场线垂直，结合这个特点可以知道匀强电场中的等势面是相互平行的垂直于电场线的一簇平面，故A正确；
B、电场中电势相等的各个点构成的面叫做等势面，等势面一定跟电场线垂直，即跟场强方向垂直，故B正确；
C、等势面与电场线垂直，故沿着等势面移动点电荷，电场力与运动方向一直垂直，电场力不做功，故C错误；
D、等势面与电场线垂直，结合这个特点可以知道孤立点电荷在真空中形成的电场的等势面是以点电荷为圆心的一簇球面，不等距，内密外疏，故D正确。
本题选错误的，
故选：C。
9．（3分）三条在同一平面（纸面）内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图所示，a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的角平分线上，且到相应顶点的距离相等，将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是（　　）
A．B1＝B2＜B3
B．B1＝B2＝B3
C．a和c处磁场方向垂直于纸面向外，b处磁场方向垂直于纸面向里
D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里
【解答】解：AB、由题意可知，a点的磁感应强度等于三条通电导线的磁场在此处叠加而成，总效果垂直纸面向外，而b点与a点有相同的情况，有两根相互抵消，则由第三根产生磁场，即为垂直纸面向外，三根导线在c点产生磁场方向相同，同向相加，合磁场的磁感应强度最强，故A正确，B错误；
CD、由图可知，根据右手螺旋定则可得，a、b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里，故CD错误。
故选：A。
10．（3分）如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是（　　）
A．电源1与电源2的内阻之比是11：7
B．图中u＝5
C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1：2
D．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是18：25
【解答】解：AB、根据电源的U﹣I图线知两电源的电动势相等，E1＝E2＝10.5V，内阻等于图象斜率的绝对值，分别为r1＝||＝＝，r2＝||＝Ω，则r1：r2＝11：7，故A正确；
B、图中u对应的电流为I2＝6A，电源2的内电压U2r＝I2r2＝6×V＝V，则路端电压为U2＝E﹣U2r＝10.5V﹣V＝V＝4.8V，故B错误；
C、灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态，则小灯泡与电源1连接时电压为U1＝3V，电流为I1＝5A，小灯泡消耗的功率为P1＝U1I1＝3×5W＝15W，小灯泡的电阻R1＝＝Ω＝0.6Ω；
小灯泡与电源2连接时电压为U2＝4.8V，电流为I2＝6A，小灯泡消耗的功率为P2＝U2I2＝4.8×6W＝28.8W，小灯泡的电阻R2＝＝Ω＝0.8Ω；
因此，P1：P2＝15：28.8＝25：48，R1：R2＝0.6：0.8＝3：4，故CD错误。
故选：A。
11．（3分）如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域，v1＝2v2，在先后两种情况下（　　）
A．线圈中的感应电动势之比为E1：E2＝2：3
B．线圈中的感应电流之比为I1：I2＝1：2
C．线圈中产生的焦耳热之比Q1：Q2＝2：1
D．通过线圈某截面的电荷量之比q1：q2＝1：2
【解答】解：A、感应电动势为：E＝BLv，由于v1＝2v2，则感应电动势之比为：E1：E2＝2：1，故A错误；
B、感应电流为：I＝，由于E1：E2＝2：1，则感应电流之比为：I1：I2＝2：1，故B错误；
C、线框穿出磁场的时间为：t＝，由于v1＝2v2，则有：t1：t2＝1：2，产生的焦耳热为：Q＝I2Rt，则焦耳热之比：，故C正确；
D、通过线圈某截面的电荷量为：q＝I△t＝△t＝△t＝，由于B、S、R都相等，则通过某截面的电荷量之比为1：1，故D错误；
故选：C。
12．（3分）2020年12月19日，重1731克的嫦娥五号任务月球样品正式交接。我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕，将开展月球样品与科学数据的应用和研究。如图是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电样品矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧。对矿粉分离的过程中，下列表述正确的是（　　）
A．电场力对矿粉做正功
B．带正电的矿粉落在右侧
C．带负电的矿粉电势能变大
D．带正电的矿粉电势能变大
【解答】解：A、无论矿粉带什么电，在水平方向上都会在电场力的作用下沿电场力的方向偏移，电场力的方向与位移方向相同，则电场力矿粉做正功，故A正确；
B、由图可知，矿料分选器内的电场方向水平向左，带正电的矿粉受到水平向左的电场力，所以会向左偏转，落到左侧，故B错误；
C、带负电的矿粉所受的电场力水平向右，电场力对带负电的矿粉做正功，电势能减小，故C错误；
D、带正电的矿粉所受的电场力水平向左，带正电的矿粉受到的电场力做正功，所以电势能减小，故D错误；
故选：A。
二．多选题（共4小题，满分12分，每小题3分）
13．（3分）如图所示，两同学共同研究运动的合成规律，一同学沿刻度尺向右在纸面上匀速移动笔尖画线，另一同学推动刻度尺紧贴纸面竖直向上做初速度为零的匀加速运动，运动过程中刻度尺保持水平、关于笔尖的运动，下列说法正确的是（　　）
A．笔尖的运动轨迹为一条直线
B．笔尖的运动轨迹为一条曲线
C．笔尖在任意两个连续相等时间内的位移相同
D．笔尖在任意两个相等时间内的速度变化量相同
【解答】解：AB、把笔尖的实际运动分解成沿直尺向右的匀速直线运动和竖直向上的匀加速直线运动，据此得知笔尖的实际运动是曲线运动，运动轨迹是一条曲线（抛物线的一部分），笔尖做类平抛运动，故A错误，B正确；
C、笔尖做类平抛运动，在任意两个连续相等时间内，水平方向的位移差相等，但合位移逐渐变大，所以笔尖在任意两个连续相等时间内的位移不相同，故C错误；
D、笔尖的加速度不变，根据公式△v＝a△t，可知笔尖在任意两个相等时间内的速度变化量相同，故D正确。
故选：BD。
14．（3分）如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是（　　）
A．Q板的电势低于P板的电势
B．Q板的电势高于P板的电势
C．R中有由a向b方向的电流
D．R中有由b向a方向的电流
【解答】解：AB、由图可知，磁场方向由N极指向S极，等离子体进入磁场，根据左手定则，正电荷向上偏，打在上极板上，负电荷向下偏，打在下极板上。所以上极板带正电，下极板带负电，则P板的电势高于Q板的电势，故A正确，B错误；
CD、由于P板电势高，故R中存在由a到b的电流，故D错误，C正确。
故选：AC。
15．（3分）某同学从电子市场购买一款手机电池板如图所示，他根据电池板上的标识，所做判断正确的是（　　）
A．该电池的电动势为4.2V
B．该电池的电动势为3.7V
C．该电池一次可以提供的最大电能为8.4×103J
D．该电池一次可以提供的最大电能为2.664×104J
【解答】解：AB、由图可知，电池的电动势为3.7V；充电电压为4.2V；故A错误；B正确；
CD、由图可知，该电源的电量为q＝2000mA h＝2000×3.6C＝7200C；则最大电能W＝UIt＝Uq＝3.7×7200J＝2.664×104J；故C错误；D正确；
故选：BD。
16．（3分）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星S2的位置变化进行了持续观测，记录到的S2的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为120AU（太阳到地球的距离为1AU），S2的运行周期约为16年。假设S2的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出（　　）
A．S2与银河系中心致密天体的质量之比
B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比
C．S2在P点与Q点的速度大小之比
D．S2在P点与Q点的加速度大小之比
【解答】解：A、设椭圆的长轴为2a，两焦点间的距离为2c，则偏心率为
0.87＝＝
由题知，Q与O的距离约为120AU，即a﹣c＝120AU
由此可求出a、c，由于S2是绕致密天体运动，根据万有引力定律，可知无法求出S2与银河系中心致密天体的质量之比，故A错误；
B、根据开普勒第三定律有＝k，式中k是与中心天体的质量M有关的常量，且与M成正比，所以，对S2是绕致密天体运动，有
＝k致∝M致
对地球围绕太阳运动，有
＝k太∝M太
两式相比，可得＝
因S2的半长轴为a，周期TS2、日地之间的距离r地、地球绕太阳的公转周期T地都已知，故由上式可以求出银河系中心致密天体与太阳的质量之比，故B正确；
C、根据开普勒第二定律有vP（a+c）＝vQ（a﹣c），则＝，因a、c可以求出，则可以求出S2在P点与Q点的速度大小之比，故C正确；
D、S2不管是在P点，还是在Q点，都只受致密天体的万有引力作用，根据牛顿第二定律得
G＝ma
解得a＝
因为P点到O点的距离为a+c，Q点到O点的距离为a﹣c，则S2在P点与Q点的加速度大小之比＝
因a、c可以求出，则S2在P点与Q点的加速度大小之比可以求出，故D正确。
故选：BCD。
三．解答题（共5小题，满分52分）
17．（9分）航天员进行超重训练的加速度一般在5g（g为自由落体加速度，取10m/s2），持续时间为2～3s，我国航天员已能做到在8g状况下持续40s。现假设训练装置的加速度为6g，如果在该装置中有一条绳子系着1kg的物体，则：
（1）当该装置的加速度竖直向上时，绳子受到的拉力有多大？
（2）当该装置的加速度竖直向下时，绳子受到的拉力有多大？
【解答】解：（1）加速度竖直向上时，由牛顿第二定律得：F﹣mg＝ma
由题意知a＝6g
联立解得：F＝70N
由牛顿第三定律知绳子受到的拉力为70N
（2）加速度竖直向下时，由牛顿第二定律得：mg﹣T＝ma
由题意知a＝6g
联立解得：F＝50N
由牛顿第三定律知绳子受到的拉力为50N
答：（1）当该装置的加速度竖直向上时，绳子受到的拉力为70N；
（2）当该装置的加速度竖直向下时，绳子受到的拉力为50N。
18．（9分）带电粒子的电荷量与质量之比（）叫做比荷。比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义。利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷。
如图所示为一种质谱仪的原理示意图。某带电粒子从容器A下方的小孔飘入加速电场（其初速度可视为零），之后自O点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P点。忽略重力的影响。当加速电场的电势差为U，匀强磁场的磁感应强度为B时，O点与P点间的距离为L。
（1）请你说该带电粒子带正电还是带负电。
（2）求该带电粒子的比荷。
【解答】解：（1）因为粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则可知粒子带正电。
（2）带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理，
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力即
由题知 R＝
解得带电粒子的比荷为＝。
答：（1）该带电粒子带正电。
（2）该带电粒子的比荷为。
19．（10分）如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ab边与磁场边界平行。线框在向右的拉力作用下以速度v匀速进入磁场。从ab边刚进入磁场直至cd边刚要进入磁场的过程中，求：
（1）金属线框中的感应电流I的大小和方向；
（2）金属线框产生的焦耳热Q；
（3）安培力的冲量大小I安。
【解答】解：（1）ab边切割磁感线产生电动势，根据右手定则可判断，电流方向沿adcba（或逆时针方向）
根据闭合电路欧姆定律可得：I＝＝；
（2）根据焦耳定律可得：Q＝I2Rt
其中：t＝
代入解得：Q＝；
（3）ab边受安培力为：FA＝BIL＝
安培力的冲量大小为I安＝FAt＝×＝。
答：（1）金属线框中的感应电流I的大小为，方向沿adcba；
（2）金属线框产生的焦耳热为；
（3）安培力的冲量大小为。
20．（12分）一汽车的额定功率为80kW，在水平公路上行驶时，最大速率可达20m/s，汽车质量为2000kg，若汽车由静止开始做匀加速运动时，所受阻力恒定，加速度为2m/s2，求：
（1）汽车所受阻力为多大；
（2）汽车匀加速行驶的最长时间是多少；
（3）若汽车功率达到最大值后，一直保持恒定功率行驶，则汽车从开始运动后的半分钟内发动机所做的功是多少。
【解答】解：（1）单牵引力等于阻力时，汽车速度达到醉的，根据P＝fv可得v＝
（2）在匀加速阶段，根据牛顿第二定律可得F﹣f＝ma，解得F＝f+ma＝8000N
匀加速到最大速度时，汽车达到额定功率，则
根据v＝at可得t＝
（3）在匀加速阶段通过的位移为，牵引力做功
达到额定功率后，汽车在额定功率下运动，则做功为
故汽车从开始运动后的半分钟内发动机所做的功
答：（1）汽车所受阻力为4000N；
（2）汽车匀加速行驶的最长时间是5s；
（3）若汽车功率达到最大值后，一直保持恒定功率行驶，则汽车从开始运动后的半分钟内发动机所做的功是2.2×106J。
21．（12分）利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验，实验装置如图甲，仪器按要求安装好后进行实验，在白纸上记录下重锤位置和各次实验时小球落点的位置，设小球质量分别为m1、m2，且m1＝2m2，小球间的碰撞是弹性碰撞。
（1）下列实验操作和要求正确的是 　CD　；
A．小球每次从同一高度静止释放，并记下释放点到水平轨道的竖直距离h
B．倾斜轨道必须光滑
C．如果实验中没有测量两小球的具体质量，也可以完成实验验证
D．斜槽末端的切线必须水平，以保证小球在空中运动的时间相等
（2）某次实验，由于没有区分两个小球的质量，将一个小球放在槽口，另一小球从某位置静止释放，发现碰撞后，入射小球直接从槽口飞出，则入射小球的质量为 　m1　；（“m1”或“m2”）
（3）图乙是小球多次落点N的痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为 　55.50　cm
（4）实验正确操作后，用刻度尺测量三段长度分别为＝s1，＝s2，＝s3，在误差允许的范围内，只需验证 　2s3＝2s1+s2　（用题目中所给的物理量表示），表明碰撞过程中动量守恒。
【解答】解：（1）A、为使小球到达轨道末端时速度相等，小球每次从同一高度静止释放，但实验不需要记下释放点到水平轨道的竖直距离h，故A错误；
B、实验时入射球只有从倾斜轨道的同一位置由静止释放，就可以控制小球到达轨道末端时的速度相等，倾斜轨道不必光滑，故B错误；
C、已知两球质量关系是m1＝2m2，验证动量守恒定律时小球的质量可以约去，如果实验中没有测量两小球的具体质量，也可以完成实验验证，故C正确；
D、斜槽末端的切线必须水平，以保证小球在空中做平抛运动，保证小球在空中的运动的时间相等，故D正确。
故选：CD。
（2）两小球发生弹性碰撞，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，设碰撞前入射球的速度大小为v0，碰撞后瞬间入射球速度大小为v1，被碰球的速度大小为v2，以碰撞前入射球的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m1v0＝m1v1+m2v2，
由机械能守恒定律得：
解得：v1＝v0，v2＝v0，
由题意可知：碰撞后，入射小球直接从槽口飞出，则碰撞后入射球的速度方向与碰撞前入射球速度方向相同，则＞0，m1＞m2，
由题意可知：m1＝2m2，则入射小球的质量为m1。
（3）用尽可能小的圆把所有落点圈起来，圆心是小球落点的平均位置，由图乙所示刻度尺可知，其分度值为1mm，则小球落点N的痕迹落点的平均位置对应的读数为55.50cm。
（4）两球碰撞过程系统动量守恒，设碰撞前入射球的速度大小为v0，碰撞后瞬间入射球速度大小为v1，被碰球的速度大小为v2，
以碰撞前入射球的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m1v0＝m1v1+m2v2，
两球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们做平抛运动的时间t相等，
则：m1v0t＝m1v1t+m2v2t，m1OP＝m1OM+m2ON
由题意可知：m1＝2m2，OM＝s1，ON＝s2，OP＝s3，整理得：2s3＝2s1+s2；
在误差允许的范围内，只需验证2s3＝2s1+s2，表明碰撞过程中动量守恒。
故答案为：（1）CD；（2）m1；（3）55.50；（4）2s3＝2s1+s2。