北京市东城区2022届高三上学期物理期末统一检测试卷
一、单选题
1．（2021高三上·东城期末）我国交通安全法规定，汽车要礼让行人。某汽车以10m/s的速度在马路上匀速行驶，驾驶员发现正前方15m处的斑马线上有行人，于是刹车，由于存在反应时间，再前进5m后汽车开始匀减速，最终恰好停在斑马线前，则汽车在减速阶段的加速度大小为（ ）
A． B． C． D．
2．（2021高三上·东城期末）为了解决部分高层住户中的老人上下楼的“大问题”，近年来国家推行老旧小区安装电梯的惠民政策。老人某次乘电梯的速度随时间变化如图所示，若取竖直向上方向为正方向，则以下说法正确的是（ ）
A．3s末一定处于超重状态 B．6s末一定处于超重状态
C．8s末一定处于超重状态 D．7s~10s向下减速运动
3．（2021高三上·东城期末）疫情防控期间，某同学在家中对着竖直墙壁练习抛球。某次斜向上抛球，球垂直撞在墙上后反弹落地，落地点正好在发球点正下方，如图所示。不计球的旋转及空气阻力，关于球从抛出到第一次落地的过程，下列说法正确的是（ ）
A．球撞击墙壁过程没有机械能损失
B．球在空中上升和下降过程的时间相等
C．球落地时的水平速度比抛出时的水平速度大
D．球落地时的动能和抛出时的动能可能相等
4．（2021高三上·东城期末）图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙。若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前（ ）
A．受到魔盘的支持力缓慢增大 B．受到魔盘的摩擦力缓慢减小
C．受到的合外力大小不变 D．受到魔盘的作用力大小变大
5．（2021高三上·东城期末）2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课开讲。空间站轨道可简化为高度约400km的圆轨道，认为空间站绕地球做匀速圆周运动。在400km的高空也有非常稀薄的空气，为了维持空间站长期在轨道上做圆周运动，需要连续补充能量。下列说法中正确的是（ ）
A．假设不补充能量，空间站将做离心运动
B．假设不补充能量，系统的机械能将减小
C．实际空间站的运行速度大于第一宇宙速度
D．实际空间站的运行速度大于第二宇宙速度
6．（2021高三上·东城期末）如图所示为单摆做阻尼振动的位移随时间变化的图像，、时刻的位移大小均为2cm，时刻的位移大于2cm。关于摆球在、和时刻的速度、重力势能、动能、机械能的分析，下列说法正确的是（ ）
A．摆球在时刻的机械能等于时刻的机械能
B．摆球在时刻的动能等于时刻的动能
C．摆球在时刻的重力势能等于时刻的重力势能
D．摆球在时刻的速度大于时刻的速度
7．（2021高三上·东城期末）平传送带在电动机的带动下以恒定的速率运动。某时刻在传送带左侧A端轻轻放置一个质量为的小物体，经时间小物体恰好与传送带共速，此时小物体未到达传送带的最右端，在这段时间内（ ）
A．摩擦力对小物体做的功为
B．由于小物体与传送带相互作用而产生的内能为
C．由于小物体与传送带相互作用电动机要多做的功为
D．共速前小物体受向右的摩擦力，共速后小物体受向左的摩擦力
8．（2021·广东）图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（ ）
A．a点的电势比b点的低 B．a点的电场强度比b点的小
C．液滴在a点的加速度比在b点的小 D．液滴在a点的电势能比在b点的大
9．（2021高三上·东城期末）将某电源接入电路，测得路端电压和干路电流的关系如图中直线所示，直线为某定值电阻的图线。现用该电源与开关、定值电阻组成闭合电路，下列说法中正确的是（ ）
A．此电源的内阻为
B．此电源的电动势为2.0V
C．电源的总功率为4.0W
D．若将的阻值改为，电源输出功率增大
10．（2021高三上·东城期末）交流发电机的简化结构如图所示，两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场。已知水平匀强磁场的磁感应强度大小，矩形线框共100匝，面积，电阻不计。线框绕垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，通过熔断电流（有效值）为10A的保险丝与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V 20W”的灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．若灯泡正常发光，通过保险丝的电流为0.2A
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为20：11
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
D．线框中产生的感应电动势的有效值为
11．（2021高三上·东城期末）某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（ ）
A．闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B．乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据
C．断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D．时刻小灯泡与线圈的电阻相等
12．（2021高三上·东城期末）质谱仪的简化原理如图所示。质子在入口处从静止开始被加速，再经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，图中虚线表示质子在磁场中的偏转轨迹。若保持加速电压恒定，用该装置加速某种一价正离子，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的4倍。下列说法正确的是（ ）
A．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：1
B．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：4
C．质子和离子的质量之比为1：4
D．质子和离子的质量之比为1：2
13．（2021高三上·东城期末）有一种磁强计，可用于测定磁场的磁感应强度，其原理如图所示。将一段横截面为长方形的N型半导体（主要靠自由电子导电）放在匀强磁场中，两电极、分别与半导体的前后两侧接触。已知磁场方向沿轴正方向，N型半导体横截面的长为，宽为，单位体积内的自由电子数为，电子电荷量为，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。导体中通有沿轴正方向、大小为的电流时，两电极、间的电势差为。下列说法正确的是（ ）
A．为正极，为负极
B．磁感应强度的大小为
C．磁感应强度的大小为
D．其他条件不变时，越大，电势差越大
14．（2021高三上·东城期末）北京正负电子对撞机（BEPC）是我国第一台高能加速器，由长200m的直线加速器、周长240m的储存环等几部分组成，外型像一只硕大的羽毛球拍，如图所示。电子束被加速到150MeV时，轰击一个约1cm厚的钨靶，产生正负电子对。将正电子聚焦、收集起来加速，再经下一个直线加速器加速到约1.4GeV。需要加速电子时，则把钨靶移走，让电子束直接经过下一个直线加速器进行加速，使其获得与正电子束相同的能量。正、负电子束流分别通过不同的路径注入到储存环中，在储存环的真空盒里做回旋运动。安放在其空盒周围的各种高精密电磁铁将正、负电子束流偏转、聚焦，控制其在环形真空盒的中心附近；速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射。通过微波不断地给正、负电子束补充能量；当正、负电子束流被加速到所需要的能量时，正、负电子束流就可以开始对撞，安放在对撞点附近的北京谱仪开始工作，获取正、负电子对撞产生的信息，进一步认识粒子的性质，探索微观世界的奥秘。下列说法正确的是（ ）
A．该装置中正、负电子同时在直线加速器中加速
B．正、负电子发生对撞前，为了增大碰撞概率，可利用磁场对其偏转、聚焦
C．正、负电子离开直线加速器之后，各自所需偏转磁场的方向相反
D．储存环中的正、负电子所受洛伦兹力不做功，所以正负电子能量不会衰减
二、实验题
15．（2021高三上·东城期末）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、数据处理、误差分析等。例如：
（1）实验仪器。用螺旋测微器测量金属丝的直径，螺旋测微器的示数如图甲所示，该金属丝的直径为 mm。
（2）数据处理。某同学在“探究平抛运动特点”的实验中，得到了物体做平抛运动的部分轨迹，如图乙所示。若图中正方形方格的边长，则小球做平抛运动的初速度 m/s。（取）
（3）误差分析。在“探究加速度与物体受力关系”的实验中，认为使小车做匀加速直线运动的合力等于桶和砂所受的重力。某同学通过改变砂和砂棚的质量，测量小车的加速度随变化的图像，实验前他猜想小车的加速度与的图像如图丙所示，而实际得到的图像如图丁所示。请指出图丁与图丙的不同之处，并分析说明导致不同的原因 。
16．（2021高三上·东城期末）某同学为更准确测量某合金丝的阻值，做了以下实验。
（1）该同学先用多用电表的欧姆挡粗测该合金丝的电阻，示数如图甲所示，对应的读数是 。
（2）除电源（电动势3.0V，内阻不计）、开关、导线若干外，还提供如下实验器材：
A．电流表A1（量程0~0.6A，内阻约）
B．电流表A2（量程0~1.0mA，内阻）
C．滑动变阻器（最大阻值，额定电流2A）
D．滑动变阻器（最大阻值，额定电流0.5A）
E.电阻箱
a.由于没有电压表，某同学想把电流表A2改装成量程为（0~3V）的电压表，应将电阻箱R调成 ，与电流表A2 （填“串联”“并联”）
b.请画出该同学所用的实验电路图。（ ）
0.06 0.12 0.22 0.30 0.36 0.50
0.10 0.20 0.40 0.50 0.60 0.80
（3）该同学利用电路图测量获得的数据，数据点已描在坐标纸上，请连接数据点作出图线（ ），根据图线得出该金属丝电阻 （结果保留小数点后两位）。
三、解答题
17．（2021高三上·东城期末）跳台滑雪是冬季奥运会的一项比赛项目，可简化为如图所示的模型，跳台滑雪运动员经过一段加速滑行后从A点水平飞出，在空中的姿势保持不变，落到斜坡上的B点。A、B两点间的竖直高度差，斜坡与水平面的夹角，不计空气阻力。（取，，）求：
（1）运动员在空中经历的时间；
（2）运动员水平飞出时初速度的大小；
（3）运动员落到B点时瞬时速度的大小和方向。
18．（2021高三上·东城期末）2021年10月3日神舟十三号飞船发射成功，神舟十三号与中国空间站的天和核心舱对接后，与空间站一起绕地球做匀速圆周运动，三位宇航员将在空间站驻留六个月从事各项科学研究工作。已知我国空间站距离地球表面的高度为，空间站（包括神舟十三号飞船与核心舱对接后）总质量为，地球质量为，地球半径为，引力常数为。
（1）求空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；
（2）神舟十三号飞船采用长征二号火箭发射，在发射过程中靠喷射燃料获得反冲速度，发射初期火箭的速度远小于燃料的喷射速度，可忽略；已知燃料的喷射速度为，在极短的时间内火箭喷射的燃料质量为，喷气后神舟飞船与火箭（包括燃料）的总质量为，求这过程中飞船和火箭增加的速度大小；
（3）在空间站中，宇航员长期处于失重状态。为缓解这种状态带来的不适，科学家设想建造一种环形空间站，如图所示。圆环绕中心匀速旋转，宇航员站在旋转舱内的侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。已知地球表面的重力加速度为，圆环的半径为，宇航员可视为质点，为达到目的，旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度应为多大？
19．（2021高三上·东城期末）类比是研究问题的常用方法。
（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（为常量）的作用。其速度和速度的变化率满足方程Ⅰ：，其中为物体质量，为其重力。求物体下落的最大速率。
（2）情境2：如图所示，电源电动势为，导体棒的质量为，定值电阻的阻值为，忽略电源内阻及导体棒、轨道的电阻，整个装置处于垂直于导轨向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，间距为的水平导轨光滑且足够长。闭合开关，导体棒开始加速运动，闭合开关瞬间开始计时。
a.求时导体棒的加速度；
b.推导导体棒的速度和速度的变化率满足的方程Ⅱ。
（3）比较方程Ⅰ和方程Ⅱ，发现情境2中导体棒的速度变化规律与情境1中物体的速度变化规律完全一致。已知情境1中物体速度随时间变化的表达式为，通过类比写出情境2中导体棒的速度随时间变化的表达式。
20．（2021高三上·东城期末）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨、平行放置于同一水平面内，与导体棒、定值电阻构成闭合回路。在棒左侧空间存在竖直向下的匀强磁场，在棒右侧有一绝缘棒，棒与一端固定在墙上的轻弹簧接触但不相连，弹簧处于压缩状态且被锁定。
现解除锁定，棒脱离弹簧后以速度与棒碰撞并粘在一起，两棒最终静止在导轨上。整个过程中两棒始终垂直于导轨，棒与导轨始终接触良好。
已知磁感应强度的大小为B，棒、的质量均为、长度均为，导体棒与定值电阻的阻值分别为和。不计导轨的电阻以及电路中感应电流的磁场。求：
（1）弹簧锁定状态时的弹性势能；
（2）整个过程中，棒中产生的焦耳热；
（3）伽利略相信，自然界的规律是简洁明了的。他从这个信念出发，猜想落体一定是一种最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算“均匀”呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的。请判断碰后导体棒的速度变化规律可能是上述两种情况中的哪一种，并分析论证。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】匀变速直线运动的位移与速度的关系
【解析】【解答】根据题意可知，汽车的刹车距离为
汽车开始匀减速，最终恰好停在斑马线前，根据速度与位移关系式
代入数据解得。
故答案为：C。
【分析】根据几何关系以及匀变速直线运动的规律得出该汽车的加速度。
2．【答案】A
【知识点】超重与失重
【解析】【解答】A.3s末电梯具有竖直向上的加速度，老人处于超重状态，A符合题意；
B.6s末电梯匀速运动，老人处于平衡状态，B不符合题意；
C.8s末电梯具有竖直向下的加速度，老人处于失重状态，C不符合题意；
D.7s~10s向上减速运动，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】当物体对 接触面的压力大于重力时处于超重；当匀速直线运动时物体处于平衡状态；当物体具有向下的加速度时处于失重状态，结合a与v的方向判断运动情况。
3．【答案】D
【知识点】平抛运动
【解析】【解答】AC．由图可知球下落到与抛出点同一高度时的水平位移小于抛出点到墙壁的水平距离，所以球撞击墙壁过程水平速度减小，存在机械能损失，且球落地时的水平速度比抛出时的水平速度小，AC不符合题意；
B．球在空中上升和下降过程的竖直位移大小不等，所以时间不等，B不符合题意；
D．根据动能定理可推知，当球从抛出点所在高度下落至地面的过程中重力对球所做的功刚好等于球撞击墙壁过程损失的机械能时，球落地时的动能和抛出时的动能相等，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】该小球的运动为平抛运动的反运动，结合平抛运动的规律以及动能定理进行分析判断。
4．【答案】D
【知识点】受力分析的应用；共点力的平衡；牛顿第二定律
【解析】【解答】AB．游客在滑动之前的受力分析如图所示
游客在竖直方向上受力平衡，有
在水平方向上由牛顿第二定律有
由于乘客的重力保持不变，魔盘的倾斜角度不变，转速缓慢增大，所需向心力增大，因此只有摩擦力f增大，支持力FN减小符合实际情况，AB不符合题意；
C．游客受到的合外力提供向心力，根据
可知，魔盘转速缓慢增大，所需向心力增大，即游客受到的合外力增大，C不符合题意；
D．游客受到魔盘的作用力在竖直方向的分力与重力相等，在水平方向的分力提供向心力，向心力缓慢增大，所以游客受到魔盘的作用力大小缓慢增大，D符合题意。
故答案为：D
【分析】游客在滑动之前进行受力分析，根据共点力平衡以及 牛顿第二定律判断得出摩擦力和支持力的变化情况；结合合力提供向心力判断游客受到合力的变化情况。
5．【答案】B
【知识点】功能关系；卫星问题
【解析】【解答】AB．在400km的高空也有非常稀薄的空气，空间站克服空气阻力做功，系统机械能减小，假设不补充能量，空间站的速度减小，则万有引力大于所需向心力，则空间站做近心运动，A不符合题意B符合题意；
CD．任何围绕地球做圆周运动的物体，运行速度都小于第一宇宙速度，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据功能关系判断机械能的变化情况 ；利用空间站所受的合力和向心力的大小关系判断空间站的运动情况；物体绕地做匀速圆周运动的速度小于第一宇宙速度。
6．【答案】C
【知识点】单摆及其回复力与周期
【解析】【解答】A．摆球做阻尼振动，机械能随时间不断减小，所以摆球在时刻的机械能大于时刻的机械能，A不符合题意；
BC．根据对称性可知摆球在时刻的重力势能等于时刻的重力势能，而摆球的机械能等于动能与重力势能之和，根据A项分析可知摆球在时刻的动能大于时刻的动能，B不符合题意，C符合题意；
D．摆球在时刻的速度等于零，摆球在时刻的速度大于零，所以摆球在时刻的速度小于时刻的速度，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据阻尼振动的能量关系判断两个时刻的能量关系；结合对称性判断两时刻重力势能和动能的大小关系。
7．【答案】C
【知识点】动能定理的综合应用；能量守恒定律
【解析】【解答】A．根据动能定理可得摩擦力对小物体做的功为
A不符合题意；
B．t时间内小物体和传送带的位移大小分别为
根据动量定理可得小物体所受摩擦力的大小为
由于物体与传送带相互作用而产生的内能为
B不符合题意；
C．根据能量守恒定律可得由于物体与传送带相互作用电动机要多做的功为
C符合题意；
D．共速前小物体受向右的摩擦力，共速后小物体不受摩擦力，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】小物体运动的过程中根据动能定理得出摩擦力对小物体做的功；根据匀变速直线运动平均速度的表达式以及动量定理和动能定理得出物体与传送带相互作用产生的内能；利用能量守恒定律得出物体与传送带作用时电动机多做的功。
8．【答案】D
【知识点】电场及电场力；电场强度；电势能；电势
【解析】【解答】A．发射极接高压电源的正极，其电场线方向从正极指向负极，则所加强电场的场强向右，根据电势沿电场线方向不断降低可知
A不符合题意；
B．从图中可以得出a所处等势线比b密集，根据等差等势线的疏密反映场强的大小，可得：
B不符合题意；
C．已知a点的场强大于b点，液滴的重力不计，其电场力等于合力，根据牛顿第二定律可知，液滴的加速度为
因 ，可得
C不符合题意；
D．液滴在电场力作用下向右加速，动能增大，其电场力方向向右，所以电场力做正功，电势能减少，即
D符合题意；
故答案为：D。
【分析】利用等势面的疏密可以比较电场强度的大小；利用电场线的方向可以比较电势的高度；利用牛顿第二定律结合场强的大小可以比较加速度的大小；利用电场力做功可以比较电势能的大小。
9．【答案】D
【知识点】电功率和电功；电路动态分析
【解析】【解答】AB．根据闭合电路的欧姆定律
路端电压和干路电流的关系如图中直线，纵轴截距为电源电动势，斜率为内阻，
AB不符合题意；
C．图中交点表示电源与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图可知，此时，
电源的总功率为
C不符合题意；
D．由上述分析可知，电源输出功率
若将的阻值改为，根据闭合电路欧姆定律
此时，电源的输出功率
电源输出功率增大，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据闭合电路欧姆定律得出E-I的表达式，结合图像得出电动势和电源内阻；利用电功率的表达式得出电源的总功率，结合闭合电路欧姆定律得出电源的输出功率，从而判断电源输出功率的变化情况。
10．【答案】A
【知识点】变压器原理；法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】AD．发电机产生感应电动势的最大值为①
有效值为②
设灯泡正常发光时通过保险丝的电流为I1，根据理想变压器原、副线圈功率相等可得③
解得
A符合题意，D不符合题意；
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为
B不符合题意；
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
C不符合题意。
故答案为：A。
【分析】根据法拉第电磁感应定律得出感应电动势的最大值，结合有效值和最大值的关系得出感应电动势的有效值，结合功率的表达式得出通过保险丝的电流；结合理想变压器匝数比与电压比的关系得出变压器的匝数比；利用磁通量的表达式得出穿过线框的磁通量。
11．【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】A．闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，则自感线圈中电流为零，A不符合题意；
B．中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故中数据应为乙图中b曲线，B不符合题意；
C．断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，C不符合题意；
D．时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】闭合开关时线圈自感电动势等于电源电动势；中电流等于自感线圈中电流，从而得知中电流的图像；断开开关时根据自感现象得出灯泡逐渐熄灭。
12．【答案】B
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】设粒子经过加速后获得的速度大小为v，根据动能定理有①
设粒子在磁场中运动的半径为r，根据牛顿第二定律有②
联立①②解得③
粒子在磁场中运动的时间为④
由题意可知质子和离子在磁场中运动半径相同，根据③式可知质子和离子的质量之比为1：16。根据④式可知质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：4，ACD不符合题意，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】粒子在电场中根据动能定理得出粒子加速后的速度；利用粒子在磁场中根据牛顿第二定律合力提供向心力，从而得出粒子质量的变表达式，结合粒子运动的时间与周期的关系得出粒子在磁场中运动的时间表达式，从而进行分析判断。
13．【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；电流的概念；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A．根据左手定则，结合自由电子定向移动的方向与电流方向相反，可知，自由电子受到的洛伦兹力方向指向，则自由电子偏向，则为负极，为正极，A不符合题意；
BC．设自由电子定向移动的速率为，则单位时间内移动的距离为，则体积为，电荷量为，则
两电极、间的电势差为时，对于自由电子，根据平衡条件
联立解得
B不符合题意C符合题意；
D．根据
变形得
则其他条件不变时，越大，电势差越小，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据左手定则得出电子所受洛伦兹力的方向，进一步得出电子运动的方向，从而判断正负极，结合电流的微观表达式以及定义式得出电流的表达式，对自由电子根据共点力平衡得出磁感应强度的表达式，从而得出U的变化情况。
14．【答案】B
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A．正、负电子在同一加速电场中所受电场力方向相反，所以该装置中正、负电子不能同时在直线加速器中加速，A不符合题意；
B．正、负电子发生对撞前，为了增大碰撞概率，可利用磁场对其偏转、聚焦，B符合题意；
C．正、负电子离开直线加速器之后偏转方向相反，各自所需偏转磁场的方向相同，C不符合题意；
D．储存环中的正、负电子所受洛伦兹力不做功，但电子沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，从而造成能量衰减，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据粒子在电场中所受电场力的方向判断能否同时加速正负离子，为了增大碰撞的概率，利用磁场对粒子片偏转；储存环中的正、负电子沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，造成能量的衰减。
15．【答案】（1）0.700
（2）9.8
（3）图丁图像未过原点，原因是未平衡摩擦力或平衡摩力擦不足；图丁图像末端弯曲，原因是不满足小车质量远大于砂和砂棚的质量
【知识点】刻度尺、游标卡尺及螺旋测微器的使用；研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）由图甲读数可知，该金属丝的直径为
（2）设物体水平方向运动2个小格的时间为T，由图乙可知，竖直方向
水平方向
联立代入数据解得
（3）由图丁与图丙比较可知，图丁图像未过原点，由图可知，小车加速度为零时，绳子有拉力，则不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩力擦不足；图丁图像末端弯曲，不满足小车质量远大于砂和砂棚的质量时，绳子对小车的拉力小于砂和砂棚的重力，小车的加速度不与砂和砂棚的重力成正比，故图像末端弯曲。
【分析】（1）根据螺旋测微器的读数规律读出金属丝的直径；
（2）根据几何关系以及匀速直线运动的规律得出小球做平抛运动的初速度；
（3）图像未过原点是平衡摩擦力不足；顶端弯曲是没有考虑小车质量和砂和砂棚的质量 关系。
16．【答案】（1）7Ω
（2）2900；串联；
（3）；5.20
【知识点】电阻的测量
【解析】【解答】（1）欧姆表指针指着7Ω刻度上，故读数为7Ω×1=7Ω
（2）由
代入可得R=2900Ω
电流表通过串联大电阻，整体可以承受更高的电压，并联不能增大整体电压，所以是串联。电路图如下
（3）图线如下
根据欧姆定律和实验原理
由于，故
根据图像斜率和已知r、R的值代入可得
【分析】（1）根据欧姆表的读数规律得出电阻丝的电阻；
（2）根据闭合电路欧姆定律得出所要串联电阻的大小，结合实验原理画出电路图；
（3）根据描点法画出图像，利用闭合电路欧姆定律得出电阻丝阻值的表达式以及大小。
17．【答案】（1）解：运动员在空中经历的时间为
（2）解：运动员的水平位移大小为
运动员水平飞出时初速度的大小为
（3）解：运动员落到B点时的竖直分速度为
运动员落到B点时瞬时速度的大小为
设v1与水平方向夹角为θ，则
即v1的方向与水平方向夹角为
【知识点】平抛运动
【解析】【分析】（1）根据平抛运动竖直方向的自由落体运动得出运动员在空中经历的时间；
（2）利用几何关系以及平抛运动在水平方向做匀速直线运动得出运动员水平飞出时初速度；
（3）结合速度的合成以及速度偏角的表达式得出运动员落到B点时瞬时速度的大小和方向。
18．【答案】（1）解：根据牛顿第二定律有
解得
（2）解：根据动量守恒定律有
解得
（3）解：设旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度为ω，由题意可得
解得
【知识点】动量守恒定律；万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）根据万有引力提供向心力得出空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；
（2）飞船喷射燃料的过程中根据动量守恒定律得出飞船和火箭增加的速度大小；
（3）旋转舱 绕轴转动的过程中根据重力等于向心力，从而得出角速度的表达式。
19．【答案】（1）解：当物体下落速度达到最大时，速度的变化率为零，则有①
解得②
（2）解：a.t=0时通过导体棒的电流为③
导体棒所受安培力大小为④
导体棒的加速度大小为⑤
联立③④⑤解得⑥
根据左手定则可知加速度方向水平向右。
b.当导体棒速度大小为v时，其切割磁感线产生的感应电动势大小为⑦
感应电动势与电源电动势方向相反， 所以此时通过导体棒的电流为⑧
导体棒所受安培力大小为⑨
对导体棒根据牛顿第二定律有⑩
联立⑦⑧⑨⑩可得方程Ⅱ为
（3）解：类比题给表达式，可得情境2中导体棒的速度随时间变化的表达式为
【知识点】安培力；电路动态分析；法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1）当物体下滑的过程中根据重力和空气阻力的关系得出物体下落的最大速率；
（2）根据欧姆定律得出电路中的电流，结合安培力的表达式以及牛顿第二定律得出导体棒的加速度；利用法拉第电磁感应定律得出感应电动势的表达式，结合闭合电路欧姆定律以及安培力的表达式和牛顿第二定律得出 速度的变化率满足的方程 ；
（3）结合题中所给的表达式得出速度随时间变化的表达式。
20．【答案】（1）解：根据能量守恒定律可得弹簧锁定状态时的弹性势能为①
（2）解：设两棒碰撞后瞬间整体的速度大小为v1，根据动量守恒定律有②
解得③
根据能量守恒定律可得回路中产生的总焦耳热为④
根据焦耳定律可得⑤
（3）解：两棒碰后整体速度逐渐减小，产生的感应电流逐渐减小，则安培力逐渐减小，整体的加速度逐渐减小，所以速度随时间的变化不是均匀的。设碰撞后两棒整体的位移大小为x时的速度大小为v，此过程经历的时间为t，回路中的平均感应电流为，平均感应电动势为，对整体根据动量定理有⑥
根据闭合电路欧姆定律有⑦
根据法拉第电磁感应定律有⑧
联立⑥⑦⑧解得⑨
由⑨式可知碰后导体棒的速度变化规律是速度的变化对位移来说是均匀的。
【知识点】动量守恒定律；欧姆定律；能量守恒定律；法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1） 弹簧锁定状态时 根据能量守恒得出弹性势能的表达式；
（2）两棒碰撞的过程中根据动量守恒得出碰后整体的速度；结合能量守恒定律得出回路中产生的焦耳热；
（3）碰撞后根据动量守恒 以及欧姆定律和法拉第电磁感应定律得出 两棒整体的位移大小为x时的速度表达式，从而进行判断得出速度变化规律 对位移来说是均匀的。
1 / 1北京市东城区2022届高三上学期物理期末统一检测试卷
一、单选题
1．（2021高三上·东城期末）我国交通安全法规定，汽车要礼让行人。某汽车以10m/s的速度在马路上匀速行驶，驾驶员发现正前方15m处的斑马线上有行人，于是刹车，由于存在反应时间，再前进5m后汽车开始匀减速，最终恰好停在斑马线前，则汽车在减速阶段的加速度大小为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】匀变速直线运动的位移与速度的关系
【解析】【解答】根据题意可知，汽车的刹车距离为
汽车开始匀减速，最终恰好停在斑马线前，根据速度与位移关系式
代入数据解得。
故答案为：C。
【分析】根据几何关系以及匀变速直线运动的规律得出该汽车的加速度。
2．（2021高三上·东城期末）为了解决部分高层住户中的老人上下楼的“大问题”，近年来国家推行老旧小区安装电梯的惠民政策。老人某次乘电梯的速度随时间变化如图所示，若取竖直向上方向为正方向，则以下说法正确的是（ ）
A．3s末一定处于超重状态 B．6s末一定处于超重状态
C．8s末一定处于超重状态 D．7s~10s向下减速运动
【答案】A
【知识点】超重与失重
【解析】【解答】A.3s末电梯具有竖直向上的加速度，老人处于超重状态，A符合题意；
B.6s末电梯匀速运动，老人处于平衡状态，B不符合题意；
C.8s末电梯具有竖直向下的加速度，老人处于失重状态，C不符合题意；
D.7s~10s向上减速运动，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】当物体对 接触面的压力大于重力时处于超重；当匀速直线运动时物体处于平衡状态；当物体具有向下的加速度时处于失重状态，结合a与v的方向判断运动情况。
3．（2021高三上·东城期末）疫情防控期间，某同学在家中对着竖直墙壁练习抛球。某次斜向上抛球，球垂直撞在墙上后反弹落地，落地点正好在发球点正下方，如图所示。不计球的旋转及空气阻力，关于球从抛出到第一次落地的过程，下列说法正确的是（ ）
A．球撞击墙壁过程没有机械能损失
B．球在空中上升和下降过程的时间相等
C．球落地时的水平速度比抛出时的水平速度大
D．球落地时的动能和抛出时的动能可能相等
【答案】D
【知识点】平抛运动
【解析】【解答】AC．由图可知球下落到与抛出点同一高度时的水平位移小于抛出点到墙壁的水平距离，所以球撞击墙壁过程水平速度减小，存在机械能损失，且球落地时的水平速度比抛出时的水平速度小，AC不符合题意；
B．球在空中上升和下降过程的竖直位移大小不等，所以时间不等，B不符合题意；
D．根据动能定理可推知，当球从抛出点所在高度下落至地面的过程中重力对球所做的功刚好等于球撞击墙壁过程损失的机械能时，球落地时的动能和抛出时的动能相等，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】该小球的运动为平抛运动的反运动，结合平抛运动的规律以及动能定理进行分析判断。
4．（2021高三上·东城期末）图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙。若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前（ ）
A．受到魔盘的支持力缓慢增大 B．受到魔盘的摩擦力缓慢减小
C．受到的合外力大小不变 D．受到魔盘的作用力大小变大
【答案】D
【知识点】受力分析的应用；共点力的平衡；牛顿第二定律
【解析】【解答】AB．游客在滑动之前的受力分析如图所示
游客在竖直方向上受力平衡，有
在水平方向上由牛顿第二定律有
由于乘客的重力保持不变，魔盘的倾斜角度不变，转速缓慢增大，所需向心力增大，因此只有摩擦力f增大，支持力FN减小符合实际情况，AB不符合题意；
C．游客受到的合外力提供向心力，根据
可知，魔盘转速缓慢增大，所需向心力增大，即游客受到的合外力增大，C不符合题意；
D．游客受到魔盘的作用力在竖直方向的分力与重力相等，在水平方向的分力提供向心力，向心力缓慢增大，所以游客受到魔盘的作用力大小缓慢增大，D符合题意。
故答案为：D
【分析】游客在滑动之前进行受力分析，根据共点力平衡以及 牛顿第二定律判断得出摩擦力和支持力的变化情况；结合合力提供向心力判断游客受到合力的变化情况。
5．（2021高三上·东城期末）2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课开讲。空间站轨道可简化为高度约400km的圆轨道，认为空间站绕地球做匀速圆周运动。在400km的高空也有非常稀薄的空气，为了维持空间站长期在轨道上做圆周运动，需要连续补充能量。下列说法中正确的是（ ）
A．假设不补充能量，空间站将做离心运动
B．假设不补充能量，系统的机械能将减小
C．实际空间站的运行速度大于第一宇宙速度
D．实际空间站的运行速度大于第二宇宙速度
【答案】B
【知识点】功能关系；卫星问题
【解析】【解答】AB．在400km的高空也有非常稀薄的空气，空间站克服空气阻力做功，系统机械能减小，假设不补充能量，空间站的速度减小，则万有引力大于所需向心力，则空间站做近心运动，A不符合题意B符合题意；
CD．任何围绕地球做圆周运动的物体，运行速度都小于第一宇宙速度，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据功能关系判断机械能的变化情况 ；利用空间站所受的合力和向心力的大小关系判断空间站的运动情况；物体绕地做匀速圆周运动的速度小于第一宇宙速度。
6．（2021高三上·东城期末）如图所示为单摆做阻尼振动的位移随时间变化的图像，、时刻的位移大小均为2cm，时刻的位移大于2cm。关于摆球在、和时刻的速度、重力势能、动能、机械能的分析，下列说法正确的是（ ）
A．摆球在时刻的机械能等于时刻的机械能
B．摆球在时刻的动能等于时刻的动能
C．摆球在时刻的重力势能等于时刻的重力势能
D．摆球在时刻的速度大于时刻的速度
【答案】C
【知识点】单摆及其回复力与周期
【解析】【解答】A．摆球做阻尼振动，机械能随时间不断减小，所以摆球在时刻的机械能大于时刻的机械能，A不符合题意；
BC．根据对称性可知摆球在时刻的重力势能等于时刻的重力势能，而摆球的机械能等于动能与重力势能之和，根据A项分析可知摆球在时刻的动能大于时刻的动能，B不符合题意，C符合题意；
D．摆球在时刻的速度等于零，摆球在时刻的速度大于零，所以摆球在时刻的速度小于时刻的速度，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据阻尼振动的能量关系判断两个时刻的能量关系；结合对称性判断两时刻重力势能和动能的大小关系。
7．（2021高三上·东城期末）平传送带在电动机的带动下以恒定的速率运动。某时刻在传送带左侧A端轻轻放置一个质量为的小物体，经时间小物体恰好与传送带共速，此时小物体未到达传送带的最右端，在这段时间内（ ）
A．摩擦力对小物体做的功为
B．由于小物体与传送带相互作用而产生的内能为
C．由于小物体与传送带相互作用电动机要多做的功为
D．共速前小物体受向右的摩擦力，共速后小物体受向左的摩擦力
【答案】C
【知识点】动能定理的综合应用；能量守恒定律
【解析】【解答】A．根据动能定理可得摩擦力对小物体做的功为
A不符合题意；
B．t时间内小物体和传送带的位移大小分别为
根据动量定理可得小物体所受摩擦力的大小为
由于物体与传送带相互作用而产生的内能为
B不符合题意；
C．根据能量守恒定律可得由于物体与传送带相互作用电动机要多做的功为
C符合题意；
D．共速前小物体受向右的摩擦力，共速后小物体不受摩擦力，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】小物体运动的过程中根据动能定理得出摩擦力对小物体做的功；根据匀变速直线运动平均速度的表达式以及动量定理和动能定理得出物体与传送带相互作用产生的内能；利用能量守恒定律得出物体与传送带作用时电动机多做的功。
8．（2021·广东）图是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面，在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是（ ）
A．a点的电势比b点的低 B．a点的电场强度比b点的小
C．液滴在a点的加速度比在b点的小 D．液滴在a点的电势能比在b点的大
【答案】D
【知识点】电场及电场力；电场强度；电势能；电势
【解析】【解答】A．发射极接高压电源的正极，其电场线方向从正极指向负极，则所加强电场的场强向右，根据电势沿电场线方向不断降低可知
A不符合题意；
B．从图中可以得出a所处等势线比b密集，根据等差等势线的疏密反映场强的大小，可得：
B不符合题意；
C．已知a点的场强大于b点，液滴的重力不计，其电场力等于合力，根据牛顿第二定律可知，液滴的加速度为
因 ，可得
C不符合题意；
D．液滴在电场力作用下向右加速，动能增大，其电场力方向向右，所以电场力做正功，电势能减少，即
D符合题意；
故答案为：D。
【分析】利用等势面的疏密可以比较电场强度的大小；利用电场线的方向可以比较电势的高度；利用牛顿第二定律结合场强的大小可以比较加速度的大小；利用电场力做功可以比较电势能的大小。
9．（2021高三上·东城期末）将某电源接入电路，测得路端电压和干路电流的关系如图中直线所示，直线为某定值电阻的图线。现用该电源与开关、定值电阻组成闭合电路，下列说法中正确的是（ ）
A．此电源的内阻为
B．此电源的电动势为2.0V
C．电源的总功率为4.0W
D．若将的阻值改为，电源输出功率增大
【答案】D
【知识点】电功率和电功；电路动态分析
【解析】【解答】AB．根据闭合电路的欧姆定律
路端电压和干路电流的关系如图中直线，纵轴截距为电源电动势，斜率为内阻，
AB不符合题意；
C．图中交点表示电源与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图可知，此时，
电源的总功率为
C不符合题意；
D．由上述分析可知，电源输出功率
若将的阻值改为，根据闭合电路欧姆定律
此时，电源的输出功率
电源输出功率增大，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据闭合电路欧姆定律得出E-I的表达式，结合图像得出电动势和电源内阻；利用电功率的表达式得出电源的总功率，结合闭合电路欧姆定律得出电源的输出功率，从而判断电源输出功率的变化情况。
10．（2021高三上·东城期末）交流发电机的简化结构如图所示，两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场。已知水平匀强磁场的磁感应强度大小，矩形线框共100匝，面积，电阻不计。线框绕垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，通过熔断电流（有效值）为10A的保险丝与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V 20W”的灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．若灯泡正常发光，通过保险丝的电流为0.2A
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为20：11
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
D．线框中产生的感应电动势的有效值为
【答案】A
【知识点】变压器原理；法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】AD．发电机产生感应电动势的最大值为①
有效值为②
设灯泡正常发光时通过保险丝的电流为I1，根据理想变压器原、副线圈功率相等可得③
解得
A符合题意，D不符合题意；
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为
B不符合题意；
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
C不符合题意。
故答案为：A。
【分析】根据法拉第电磁感应定律得出感应电动势的最大值，结合有效值和最大值的关系得出感应电动势的有效值，结合功率的表达式得出通过保险丝的电流；结合理想变压器匝数比与电压比的关系得出变压器的匝数比；利用磁通量的表达式得出穿过线框的磁通量。
11．（2021高三上·东城期末）某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（ ）
A．闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B．乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据
C．断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D．时刻小灯泡与线圈的电阻相等
【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】A．闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，则自感线圈中电流为零，A不符合题意；
B．中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故中数据应为乙图中b曲线，B不符合题意；
C．断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，C不符合题意；
D．时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】闭合开关时线圈自感电动势等于电源电动势；中电流等于自感线圈中电流，从而得知中电流的图像；断开开关时根据自感现象得出灯泡逐渐熄灭。
12．（2021高三上·东城期末）质谱仪的简化原理如图所示。质子在入口处从静止开始被加速，再经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，图中虚线表示质子在磁场中的偏转轨迹。若保持加速电压恒定，用该装置加速某种一价正离子，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的4倍。下列说法正确的是（ ）
A．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：1
B．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：4
C．质子和离子的质量之比为1：4
D．质子和离子的质量之比为1：2
【答案】B
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】设粒子经过加速后获得的速度大小为v，根据动能定理有①
设粒子在磁场中运动的半径为r，根据牛顿第二定律有②
联立①②解得③
粒子在磁场中运动的时间为④
由题意可知质子和离子在磁场中运动半径相同，根据③式可知质子和离子的质量之比为1：16。根据④式可知质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：4，ACD不符合题意，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】粒子在电场中根据动能定理得出粒子加速后的速度；利用粒子在磁场中根据牛顿第二定律合力提供向心力，从而得出粒子质量的变表达式，结合粒子运动的时间与周期的关系得出粒子在磁场中运动的时间表达式，从而进行分析判断。
13．（2021高三上·东城期末）有一种磁强计，可用于测定磁场的磁感应强度，其原理如图所示。将一段横截面为长方形的N型半导体（主要靠自由电子导电）放在匀强磁场中，两电极、分别与半导体的前后两侧接触。已知磁场方向沿轴正方向，N型半导体横截面的长为，宽为，单位体积内的自由电子数为，电子电荷量为，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。导体中通有沿轴正方向、大小为的电流时，两电极、间的电势差为。下列说法正确的是（ ）
A．为正极，为负极
B．磁感应强度的大小为
C．磁感应强度的大小为
D．其他条件不变时，越大，电势差越大
【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；电流的概念；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A．根据左手定则，结合自由电子定向移动的方向与电流方向相反，可知，自由电子受到的洛伦兹力方向指向，则自由电子偏向，则为负极，为正极，A不符合题意；
BC．设自由电子定向移动的速率为，则单位时间内移动的距离为，则体积为，电荷量为，则
两电极、间的电势差为时，对于自由电子，根据平衡条件
联立解得
B不符合题意C符合题意；
D．根据
变形得
则其他条件不变时，越大，电势差越小，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据左手定则得出电子所受洛伦兹力的方向，进一步得出电子运动的方向，从而判断正负极，结合电流的微观表达式以及定义式得出电流的表达式，对自由电子根据共点力平衡得出磁感应强度的表达式，从而得出U的变化情况。
14．（2021高三上·东城期末）北京正负电子对撞机（BEPC）是我国第一台高能加速器，由长200m的直线加速器、周长240m的储存环等几部分组成，外型像一只硕大的羽毛球拍，如图所示。电子束被加速到150MeV时，轰击一个约1cm厚的钨靶，产生正负电子对。将正电子聚焦、收集起来加速，再经下一个直线加速器加速到约1.4GeV。需要加速电子时，则把钨靶移走，让电子束直接经过下一个直线加速器进行加速，使其获得与正电子束相同的能量。正、负电子束流分别通过不同的路径注入到储存环中，在储存环的真空盒里做回旋运动。安放在其空盒周围的各种高精密电磁铁将正、负电子束流偏转、聚焦，控制其在环形真空盒的中心附近；速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射。通过微波不断地给正、负电子束补充能量；当正、负电子束流被加速到所需要的能量时，正、负电子束流就可以开始对撞，安放在对撞点附近的北京谱仪开始工作，获取正、负电子对撞产生的信息，进一步认识粒子的性质，探索微观世界的奥秘。下列说法正确的是（ ）
A．该装置中正、负电子同时在直线加速器中加速
B．正、负电子发生对撞前，为了增大碰撞概率，可利用磁场对其偏转、聚焦
C．正、负电子离开直线加速器之后，各自所需偏转磁场的方向相反
D．储存环中的正、负电子所受洛伦兹力不做功，所以正负电子能量不会衰减
【答案】B
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A．正、负电子在同一加速电场中所受电场力方向相反，所以该装置中正、负电子不能同时在直线加速器中加速，A不符合题意；
B．正、负电子发生对撞前，为了增大碰撞概率，可利用磁场对其偏转、聚焦，B符合题意；
C．正、负电子离开直线加速器之后偏转方向相反，各自所需偏转磁场的方向相同，C不符合题意；
D．储存环中的正、负电子所受洛伦兹力不做功，但电子沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，从而造成能量衰减，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据粒子在电场中所受电场力的方向判断能否同时加速正负离子，为了增大碰撞的概率，利用磁场对粒子片偏转；储存环中的正、负电子沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，造成能量的衰减。
二、实验题
15．（2021高三上·东城期末）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、数据处理、误差分析等。例如：
（1）实验仪器。用螺旋测微器测量金属丝的直径，螺旋测微器的示数如图甲所示，该金属丝的直径为 mm。
（2）数据处理。某同学在“探究平抛运动特点”的实验中，得到了物体做平抛运动的部分轨迹，如图乙所示。若图中正方形方格的边长，则小球做平抛运动的初速度 m/s。（取）
（3）误差分析。在“探究加速度与物体受力关系”的实验中，认为使小车做匀加速直线运动的合力等于桶和砂所受的重力。某同学通过改变砂和砂棚的质量，测量小车的加速度随变化的图像，实验前他猜想小车的加速度与的图像如图丙所示，而实际得到的图像如图丁所示。请指出图丁与图丙的不同之处，并分析说明导致不同的原因 。
【答案】（1）0.700
（2）9.8
（3）图丁图像未过原点，原因是未平衡摩擦力或平衡摩力擦不足；图丁图像末端弯曲，原因是不满足小车质量远大于砂和砂棚的质量
【知识点】刻度尺、游标卡尺及螺旋测微器的使用；研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）由图甲读数可知，该金属丝的直径为
（2）设物体水平方向运动2个小格的时间为T，由图乙可知，竖直方向
水平方向
联立代入数据解得
（3）由图丁与图丙比较可知，图丁图像未过原点，由图可知，小车加速度为零时，绳子有拉力，则不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩力擦不足；图丁图像末端弯曲，不满足小车质量远大于砂和砂棚的质量时，绳子对小车的拉力小于砂和砂棚的重力，小车的加速度不与砂和砂棚的重力成正比，故图像末端弯曲。
【分析】（1）根据螺旋测微器的读数规律读出金属丝的直径；
（2）根据几何关系以及匀速直线运动的规律得出小球做平抛运动的初速度；
（3）图像未过原点是平衡摩擦力不足；顶端弯曲是没有考虑小车质量和砂和砂棚的质量 关系。
16．（2021高三上·东城期末）某同学为更准确测量某合金丝的阻值，做了以下实验。
（1）该同学先用多用电表的欧姆挡粗测该合金丝的电阻，示数如图甲所示，对应的读数是 。
（2）除电源（电动势3.0V，内阻不计）、开关、导线若干外，还提供如下实验器材：
A．电流表A1（量程0~0.6A，内阻约）
B．电流表A2（量程0~1.0mA，内阻）
C．滑动变阻器（最大阻值，额定电流2A）
D．滑动变阻器（最大阻值，额定电流0.5A）
E.电阻箱
a.由于没有电压表，某同学想把电流表A2改装成量程为（0~3V）的电压表，应将电阻箱R调成 ，与电流表A2 （填“串联”“并联”）
b.请画出该同学所用的实验电路图。（ ）
0.06 0.12 0.22 0.30 0.36 0.50
0.10 0.20 0.40 0.50 0.60 0.80
（3）该同学利用电路图测量获得的数据，数据点已描在坐标纸上，请连接数据点作出图线（ ），根据图线得出该金属丝电阻 （结果保留小数点后两位）。
【答案】（1）7Ω
（2）2900；串联；
（3）；5.20
【知识点】电阻的测量
【解析】【解答】（1）欧姆表指针指着7Ω刻度上，故读数为7Ω×1=7Ω
（2）由
代入可得R=2900Ω
电流表通过串联大电阻，整体可以承受更高的电压，并联不能增大整体电压，所以是串联。电路图如下
（3）图线如下
根据欧姆定律和实验原理
由于，故
根据图像斜率和已知r、R的值代入可得
【分析】（1）根据欧姆表的读数规律得出电阻丝的电阻；
（2）根据闭合电路欧姆定律得出所要串联电阻的大小，结合实验原理画出电路图；
（3）根据描点法画出图像，利用闭合电路欧姆定律得出电阻丝阻值的表达式以及大小。
三、解答题
17．（2021高三上·东城期末）跳台滑雪是冬季奥运会的一项比赛项目，可简化为如图所示的模型，跳台滑雪运动员经过一段加速滑行后从A点水平飞出，在空中的姿势保持不变，落到斜坡上的B点。A、B两点间的竖直高度差，斜坡与水平面的夹角，不计空气阻力。（取，，）求：
（1）运动员在空中经历的时间；
（2）运动员水平飞出时初速度的大小；
（3）运动员落到B点时瞬时速度的大小和方向。
【答案】（1）解：运动员在空中经历的时间为
（2）解：运动员的水平位移大小为
运动员水平飞出时初速度的大小为
（3）解：运动员落到B点时的竖直分速度为
运动员落到B点时瞬时速度的大小为
设v1与水平方向夹角为θ，则
即v1的方向与水平方向夹角为
【知识点】平抛运动
【解析】【分析】（1）根据平抛运动竖直方向的自由落体运动得出运动员在空中经历的时间；
（2）利用几何关系以及平抛运动在水平方向做匀速直线运动得出运动员水平飞出时初速度；
（3）结合速度的合成以及速度偏角的表达式得出运动员落到B点时瞬时速度的大小和方向。
18．（2021高三上·东城期末）2021年10月3日神舟十三号飞船发射成功，神舟十三号与中国空间站的天和核心舱对接后，与空间站一起绕地球做匀速圆周运动，三位宇航员将在空间站驻留六个月从事各项科学研究工作。已知我国空间站距离地球表面的高度为，空间站（包括神舟十三号飞船与核心舱对接后）总质量为，地球质量为，地球半径为，引力常数为。
（1）求空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；
（2）神舟十三号飞船采用长征二号火箭发射，在发射过程中靠喷射燃料获得反冲速度，发射初期火箭的速度远小于燃料的喷射速度，可忽略；已知燃料的喷射速度为，在极短的时间内火箭喷射的燃料质量为，喷气后神舟飞船与火箭（包括燃料）的总质量为，求这过程中飞船和火箭增加的速度大小；
（3）在空间站中，宇航员长期处于失重状态。为缓解这种状态带来的不适，科学家设想建造一种环形空间站，如图所示。圆环绕中心匀速旋转，宇航员站在旋转舱内的侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。已知地球表面的重力加速度为，圆环的半径为，宇航员可视为质点，为达到目的，旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度应为多大？
【答案】（1）解：根据牛顿第二定律有
解得
（2）解：根据动量守恒定律有
解得
（3）解：设旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度为ω，由题意可得
解得
【知识点】动量守恒定律；万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）根据万有引力提供向心力得出空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；
（2）飞船喷射燃料的过程中根据动量守恒定律得出飞船和火箭增加的速度大小；
（3）旋转舱 绕轴转动的过程中根据重力等于向心力，从而得出角速度的表达式。
19．（2021高三上·东城期末）类比是研究问题的常用方法。
（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（为常量）的作用。其速度和速度的变化率满足方程Ⅰ：，其中为物体质量，为其重力。求物体下落的最大速率。
（2）情境2：如图所示，电源电动势为，导体棒的质量为，定值电阻的阻值为，忽略电源内阻及导体棒、轨道的电阻，整个装置处于垂直于导轨向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，间距为的水平导轨光滑且足够长。闭合开关，导体棒开始加速运动，闭合开关瞬间开始计时。
a.求时导体棒的加速度；
b.推导导体棒的速度和速度的变化率满足的方程Ⅱ。
（3）比较方程Ⅰ和方程Ⅱ，发现情境2中导体棒的速度变化规律与情境1中物体的速度变化规律完全一致。已知情境1中物体速度随时间变化的表达式为，通过类比写出情境2中导体棒的速度随时间变化的表达式。
【答案】（1）解：当物体下落速度达到最大时，速度的变化率为零，则有①
解得②
（2）解：a.t=0时通过导体棒的电流为③
导体棒所受安培力大小为④
导体棒的加速度大小为⑤
联立③④⑤解得⑥
根据左手定则可知加速度方向水平向右。
b.当导体棒速度大小为v时，其切割磁感线产生的感应电动势大小为⑦
感应电动势与电源电动势方向相反， 所以此时通过导体棒的电流为⑧
导体棒所受安培力大小为⑨
对导体棒根据牛顿第二定律有⑩
联立⑦⑧⑨⑩可得方程Ⅱ为
（3）解：类比题给表达式，可得情境2中导体棒的速度随时间变化的表达式为
【知识点】安培力；电路动态分析；法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1）当物体下滑的过程中根据重力和空气阻力的关系得出物体下落的最大速率；
（2）根据欧姆定律得出电路中的电流，结合安培力的表达式以及牛顿第二定律得出导体棒的加速度；利用法拉第电磁感应定律得出感应电动势的表达式，结合闭合电路欧姆定律以及安培力的表达式和牛顿第二定律得出 速度的变化率满足的方程 ；
（3）结合题中所给的表达式得出速度随时间变化的表达式。
20．（2021高三上·东城期末）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨、平行放置于同一水平面内，与导体棒、定值电阻构成闭合回路。在棒左侧空间存在竖直向下的匀强磁场，在棒右侧有一绝缘棒，棒与一端固定在墙上的轻弹簧接触但不相连，弹簧处于压缩状态且被锁定。
现解除锁定，棒脱离弹簧后以速度与棒碰撞并粘在一起，两棒最终静止在导轨上。整个过程中两棒始终垂直于导轨，棒与导轨始终接触良好。
已知磁感应强度的大小为B，棒、的质量均为、长度均为，导体棒与定值电阻的阻值分别为和。不计导轨的电阻以及电路中感应电流的磁场。求：
（1）弹簧锁定状态时的弹性势能；
（2）整个过程中，棒中产生的焦耳热；
（3）伽利略相信，自然界的规律是简洁明了的。他从这个信念出发，猜想落体一定是一种最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算“均匀”呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的。请判断碰后导体棒的速度变化规律可能是上述两种情况中的哪一种，并分析论证。
【答案】（1）解：根据能量守恒定律可得弹簧锁定状态时的弹性势能为①
（2）解：设两棒碰撞后瞬间整体的速度大小为v1，根据动量守恒定律有②
解得③
根据能量守恒定律可得回路中产生的总焦耳热为④
根据焦耳定律可得⑤
（3）解：两棒碰后整体速度逐渐减小，产生的感应电流逐渐减小，则安培力逐渐减小，整体的加速度逐渐减小，所以速度随时间的变化不是均匀的。设碰撞后两棒整体的位移大小为x时的速度大小为v，此过程经历的时间为t，回路中的平均感应电流为，平均感应电动势为，对整体根据动量定理有⑥
根据闭合电路欧姆定律有⑦
根据法拉第电磁感应定律有⑧
联立⑥⑦⑧解得⑨
由⑨式可知碰后导体棒的速度变化规律是速度的变化对位移来说是均匀的。
【知识点】动量守恒定律；欧姆定律；能量守恒定律；法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1） 弹簧锁定状态时 根据能量守恒得出弹性势能的表达式；
（2）两棒碰撞的过程中根据动量守恒得出碰后整体的速度；结合能量守恒定律得出回路中产生的焦耳热；
（3）碰撞后根据动量守恒 以及欧姆定律和法拉第电磁感应定律得出 两棒整体的位移大小为x时的速度表达式，从而进行判断得出速度变化规律 对位移来说是均匀的。
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