北京市第43中2021-2022学年高三下学期期中考试物理试题（Word版含答案）

北京市第43中学2021-2022学年度第二学期期中考试
高三年级物理 试卷 （时间：90分钟)
考生须知 1. 本试卷共4页，三道大题，20道小题。满分100分。考试时间90分钟。 2. 在试卷和答题卡上准确填写班级、姓名和学号。 3. 试题答案一律填写在答题卡上，在试卷上作答无效。 4. 在答题卡上，选择题须用2B铅笔将选中项涂黑涂满，其他试题用黑色字迹签字笔作答。 5. 考试结束时，将答题卡按考场座位顺序上交。
一、单项选择题（下列每小题的四个选项中只有一个选项符合题意。共42分，每小题3分）
1、太阳内部有多种热核反应，其中一个反应方程是，以下说法正确的是
A．X是电子 B．X是质子 C．该核反应属于核聚变 D．该核反应属于α衰变
2、如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。如果b光是蓝光，则以下说法正确的是
A．a光可能是紫光
B．c光可能是红光
C．a光的波长小于b光的波长
D．b光的频率小于c光的频率
3、一定质量的理想气体的压强随热力学温度变化的图像如图所示，该气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，下列判断正确的是
A．状态a气体的压强最大
B．状态c气体的温度最低
C．bc过程中，气体对外界做功
D．状态a气体的体积小于状态c气体的体积
4、一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看做一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传向右端。质点1的振动周期为T。t=0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是（ ）
A．质点1与质点20间相距一个波长
B．质点20开始振动时运动方向向下
C．t=时质点5的加速度方向向上
D．t=时质点12的运动方向向上
5、根据开普勒定律可知，火星绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，如图所示，下列说法正确的是
A．火星运动到近日点时的速度最小
B．火星运动到远日点时的加速度最小
C．火星从远日点向近日点运动的过程中，机械能逐渐增加
D．太阳对火星的万有引力大于火星对太阳的万有引力
6、如图是游乐园的游戏项目——旋转飞椅。飞椅从静止开始缓慢转动，经过一小段时间，坐在飞椅上的游客的运动可以看做匀速圆周运动。整个装置可以简化为如图所示的模型，飞椅和人看做一个小球。忽略转动中的空气阻力，设细绳与竖直方向的夹角为θ，则
A．飞椅受到重力、绳子拉力和向心力作用
B．θ角越大，小球的向心加速度就越大
C．只要线速度足够大，θ角可以达到90°
D．飞椅运动的周期随着θ角的增大而增大
7、如图所示，一个质量为m的箱子（可看作质点）在水平推力F的作用下恰好静止在倾角为θ的斜面顶端，斜面底边长度为L。重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．若斜面光滑，则m、F、θ之间的关系式为F=
B．若斜面光滑，撤去F后，箱子滑到底端时重力的功率PG=mg
C．若斜面光滑，保持斜面的底边长度L不变，改变斜面的倾角θ，
当θ=45°时，箱子从斜面顶端自由下滑到底端所用的时间最短
D．若箱子与斜面之间的摩擦因数为μ，撤去F后，箱子沿斜面下滑
的加速度a与箱子的质量m有关
8、不带电的金属导体MNPQ的内部电荷包括自由电子和金属离子（即金属原子失去自由电子后的剩余部分），如右图所示为导体内部电荷的简化示意图，其中“”表示自由电子，“”表示金属离子。把导体放到电场强度为E0的匀强电场中，由于库仑力的作用，导体内部的电荷将重新分布。同学们画出了下列四幅图，其中A、B两图描述了导体刚放入电场未达到静电平衡状态时，自由电子和金属离子的定向运动情况（图中箭头代表它们定向运动的方向）；C、D两图描述了导体达到静电平衡后，自由电子和金属离子的分布情况。则其中正确的是（ ）
9、如图所示，R1和R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体，但R1的尺寸比R2的尺寸大。将两导体同时放置在同一匀强磁场B中，磁场方向垂直于两导体正方形表面，在两导体上加相同的电压，形成如图所示方向的电流；电子由于定向移动，会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用，从而产生霍尔电压，当电流和霍尔电压达到稳定时，下列说法中正确的是（ ）
A．R1中的电流大于R2中的电流
B．R1中的电流小于R2中的电流
C．R1中产生的霍尔电压小于R2中产生的霍尔电压
D．R1中产生的霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压
10、如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器R的滑片P向上移动时，下列说法中正确的是（ ）
A．电流表示数变大
B．电压表示数变小
C．电阻R0的电功率变大
D．电源的输出功率变小
11、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2。若保持n1、n2和U1不变，且闭合开关S后两灯泡均能发光，则下列说法中正确的是（ ）
A．I2=I1
B．U2=U1
C．开关S由闭合变为断开，U2将变大
D．不论开关S闭合或断开，始终有U1I1=U2I2的关系
12、如图所示的交流电路中，灯L1、L2和L3均发光，如果保持交变电源两端电压的有效值不变，但频率减小，各灯的亮、暗变化情况为
A．灯L1、L2均变亮，灯L3变暗
B．灯L1、L2、L3均变暗
C．灯L1不变，灯L2变暗，灯L3变亮
D．灯L1不变，灯L2变亮，灯L3变暗
13、电容器在生产生活中有广泛的应用。用如图甲所示的电路给电容器充电，其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电源的电动势（电源内阻可忽略）。改变电路中元件的参数对同一电容器进行三次充电，三次充电对应的电容器电荷量q随时间t变化的图像分别如图乙中①②③所示。第一次充电时电容器两端的电压u随电荷量q变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是（ ）
A．第一次充电时所用电阻阻值大于第二次充电时所用电阻阻值
B．第二次充电时所用电源电动势大于第三次充电时所用电源电动势
C．第二次充电时电容器两端的电压u随电荷量q变化的图线斜率比丙图中图线斜率大
D．第二次充电时t1时刻的电流小于t2时刻的电流
14、如图所示，李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻，以判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈裸露的两端让李辉测量。测量时表针摆过了一定角度，李辉由此确认线圈没有断路。正当李辉把多用表的表笔与被测线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，觉得有电击感。下列说法正确的是（ ）
A．刘伟被电击时变压器线圈中的电流瞬间变大
B．刘伟有电击感是因为两手之间瞬间有高电压
C．刘伟受到电击的同时多用电表也可能被烧坏
D．实验过程中若李辉两手分别握住红黑表笔的金属杆，他也会受到电击
二、实验题（2道小题，共18分）
15、为了探究电磁感应现象的产生条件，图中给出了必备的实验仪器。
（1）请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
（2）正确连接实验电路后，在闭合开关时灵敏电流计的指针发生了偏转。开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，灵敏电流计的指针 偏转；断开开关时灵敏电流计的指针 偏转。（选填“发生”或“不发生”）
（3）如图，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁某个磁极朝下。下列说法正确的是 。
A．当磁铁的N磁极朝下，且磁铁向下运动时（但未插入线圈内部），
磁铁与线圈相互吸引
B．当磁铁的S磁极朝下，且磁铁向下运动时（但未插入线圈内部），
磁铁与线圈相互吸引
C．当磁铁的N磁极朝下，且磁铁向下运动时（但未插入线圈内部），
a点电势高于b点电势
D．当磁铁的S磁极朝下，且磁铁向下运动时（但未插入线圈内部），
a点电势高于b点电势
16、某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。
（1）下列说法正确的是_______。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
（2）如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
（3）理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即。
三、计算题（4道小题，9分+9分+10分+12分=40分）
17、电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小。测量前天平已调至平衡，测量时，在左边托盘中放入质量m1=15.0g的砝码，右边托盘中不放砝码，将一个质量m0=10.0g，匝数n=10，下边长l=10.0cm的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中，如图甲所示，线圈的两头连在如图乙所示的电路中，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势E=1.5V，内阻r=1.0Ω。开关S闭合后，调节可变电阻使理想电压表示数U=1.4V时，R1=10Ω，此时天平正好平衡。g=10m/s2，求：
（1）线圈下边所受安培力的大小F，以及线圈中电流的方向；
（2）矩形线圈的电阻R；
（3）该匀强磁场的磁感应强度B的大小。
18、如图甲所示，在倾角为θ的斜面顶端O点，以初速度v0水平抛出一小球，小球落到斜面上的P点，不计空气阻力。
（1）求小球从O点抛出至落到P点过程中所用的时间t；
（2）求小球落到P点时重力的瞬时功率；
（3）如图乙所示，某楼梯台阶的竖直高度均为0.15m，水平宽度均为0.30m。若某小球自楼梯的平台上以v=2m/s的速度水平飞出，求小球第一次到达台阶的位置。（g=10m/s2）
19、如图1，一杂技演员利用动滑轮让自己悬挂在细绳的最低点以完成各种杂技表演。绳子两端分别固定在两根竖直杆上的a、b两点，绳子的质量可忽略不计，绳子不可伸长。已知杂技演员的质量为m，重力加速度为g。当杂技演员静止不动时，绳与水平方向夹角为α。不计动滑轮重力和动滑轮与绳间的摩擦。
（1）若保持绳子a端、b端在杆上位置不变，将右侧杆向左缓慢平移到虚线位置，使两杆之间的距离减小。请分析判断此过程中：①夹角α大小的变化情况，并画出杆在虚线位置时，绳子和杂技演员的位置分布图景；②两绳上张力F的合力的变化情况；③每根绳子上张力F大小的变化情况。
（2）若保持杆不动，将绳的右端缓慢上移到b′位置，请分析判断此过程中：①夹角α大小的变化情况，并画出绳的右端在b′位置时，绳子和杂技演员的位置分布图景；②两绳上张力F的合力的变化情况；③每根绳子上张力F大小的变化情况。
20、物体中的原子总是在不停地做热运动，原子热运动越激烈，物体温度越高；反之，温度就越低。所以，只要降低原子运动速度，就能降低物体温度。“激光致冷”的原理就是利用大量光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体温度。
使原子减速的物理过程可以简化为如下情况：如图，某原子的动量大小为p0。将一束激光（即大量具有相同动量的光子流）沿与原子运动的相反方向照射原子，原子每吸收一个动量大小为p1的光子后自身不稳定，又立即发射一个动量大小为p2的光子，原子通过不断吸收和发射光子而减速。（已知p1、p2均远小于p0，普朗克常量为h，忽略原子受重力的影响）
（1）若动量大小为p0的原子在吸收一个光子后，又向自身运动方向发射一个光子，求原子发射光子后动量p的大小；
（2）从长时间来看，该原子不断吸收和发射光子，且向各个方向发射光子的概率相同，原子吸收光子的平均时间间隔为t0。求动量大小为p0的原子在减速到零的过程中，原子与光子发生“吸收-发射”这一相互作用所需要的次数n和原子受到的平均作用力f的大小；
（3）根据量子理论，原子只能在吸收或发射特定频率的光子时，发生能级跃迁并同时伴随动量的变化。此外，运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响，即光源与观察者相对靠近时，观察者接收到的光频率会增大，而相对远离时则减小，这一频率的“偏移量”会随着两者相对速度的变化而变化。
a．为使该原子能够吸收相向运动的激光光子，请定性判断激光光子的频率ν和原子发生跃迁时的能量变化ΔE与h的比值之间应有怎样的大小关系；
b．若某种气态物质中含有大量做热运动的原子，为使该物质能够持续降温，可同时使用6个频率可调的激光光源，从相互垂直的3个维度、6个方向上向该种物质照射激光。请你运用所知所学，简要论述这样做的合理性与可行性。
北京市第43中学2021—2022学年度第二学期期中试卷
高三年级物理 答案及评分参考 2022.4
一、单项选择题（每题3分，共42分）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
答案 C D C D B B C A D C D D B B
二、实验题（共2道小题，共18分）
15、（1）见答图 2分
（2）发生 发生 4分
（3）C 2分
16．（1）CDF 3分
（2）AC 2分
（3）理想变压器模型应忽略的次要因素如下：
①不计漏磁，即通过原副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；
②不计原副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失；
③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。
综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。 3分
根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为
1分
因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，即
联立以上各式可得
1分
三、计算题（共4道小题，9分+9分+10分+12分=40分）
17．解：（1）天平两侧平衡，因此有 m1g= m0g+F 1分
可得：F= m1g-m0g=0.05N 1分
F的方向竖直向下，根据左手定则可判断出线框电流方向为顺时针 1分
（2）线圈中电流的大小为：I=(E-U)/r=0.1A 1分
根据电路规律：U=I(R1+R) 1分
联立两式可得：R=4Ω 1分
（3）矩形线圈下边所受安培力为：F=nBIl 2分
将数值代入可得： B=F/nIl=0.5T 1分
18、解：（1）由，，， 2分
1分
（2）由， 2分
解得 1分
（3）如答图所示，以O点为坐标原点建立直角坐标系，竖直向下为y轴正方向，水平向右为x轴正方向，则所有台阶末端连线的直线方程为，小球一定落在平抛轨迹与该直线交点的下方台阶上。 1分
由，，；解得交点坐标（0.4m，0.2m） 1分
故小球首先落在第二级台阶上，y=0.3m，x=2t，求得小球第一次到达台阶的位置为坐标（，）处 1分
19、解：（1）①夹角α变大。如图所示。 1分
理由：由于滑轮与绳子间没有摩擦力，所以两边绳子与水平方向的夹角应该相等。
设改变前两边绳子的长度分别为L1、L2，绳子与水平方向的夹角为α，两杆之间的水平距离为x；改变后两边绳子的长度分别为L1′、L2′，绳子与水平方向的夹角为α′，两杆之间的水平距离为x′。则有：
x＞x′
L1+L2=L1′+L2′
x=L1cosα+L2cosα=(L1+L2)cosα
x′=L1′cosα′+L2′cosα′=(L1′+L2′)cosα′
2分
∴ 夹角α变大。
②两绳上张力F的合力保持不变。
理由：由力的平衡可知，两绳上张力F的合力等于杂技演员的重力，保持不变。 1分
③每根绳子上张力F变小。
理由：由力的平衡可知，每根绳子上的张力F大小相等。
设改变前每根绳子上的张力为F，改变后每根绳子上的张力为F′。则有：
2Fsinα=mg
2F′sinα′=mg
1分
∴ 每根绳子上张力F变小。
（2）①夹角α不变。如图所示。 1分
理由：由于滑轮与绳子间没有摩擦力，所以两边绳子与水平方向的夹角应该相等。
设改变前两边绳子的长度分别为L1、L2，绳子与水平方向的夹角为α，两杆之间的水平距离为x；改变后两边绳子的长度分别为L1′、L2′，绳子与水平方向的夹角为α′，两杆之间的水平距离为x′。则有：
x=x′
L1+L2=L1′+L2′
x=L1cosα+L2cosα=(L1+L2)cosα
x′=L1′cosα′+L2′cosα′=(L1′+L2′)cosα′
2分
∴ 夹角α变大。
②两绳上张力F的合力保持不变。
理由：由力的平衡可知，两绳上张力F的合力等于杂技演员的重力，保持不变。 1分
③每根绳子上张力F不变。
理由：由力的平衡可知，每根绳子上的张力F大小相等。
设改变前每根绳子上的张力为F，改变后每根绳子上的张力为F′。则有：
2Fsinα=mg
2F′sinα′=mg
1分
∴ 每根绳子上张力F不变。
20、解：（1）原子吸收和放出一个光子，由动量守恒定律有： 1分
原子放出光子后的动量为： 1分
（2）由于原子向各个方向均匀地发射光子，所以放出的所有光子总动量为零。设原子经n次相互作用后速度变为零： 2分
所以：
由动量定理：fnt0=p0 2分
可得： 1分
说明：若由f(n-1)t0=p0解得不扣分。
（3）a．静止的原子吸收光子发生跃迁，跃迁频率应为，考虑多普勒效应，由于光子与原子相向运动，原子接收到的光子频率会增大。所以为使原子能够发生跃迁，照射原子的激光光子频率 2分
b．①对于大量沿任意方向运动的原子，速度矢量均可在同一个三维坐标系中完全分解到相互垂直的3个纬度上； 1分
②考虑多普勒效应，选用频率的激光，原子只能吸收反向运动的光子使动量减小。通过适当调整激光频率，可保证减速的原子能够不断吸收、发射光子而持续减小动量； 1分
③大量原子的热运动速率具有一定的分布规律，总有部分原子的速率能够符合光子吸收条件而被减速。被减速的原子通过与其他原子的频繁碰撞，能够使大量原子的平均动能减小，温度降低。 1分
所以，从彼此垂直、两两相对的6个方向照射激光，能使该物质持续降温，这样做是可行的，合理的。