北京市顺义区2024-2025学年高三（上）期末物理试卷（含答案）

北京市顺义区2024-2025学年高三（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共14小题，共42分。
1.下列说法正确的是( )
A. 点电荷真实存在
B. 点电荷的电量一定很小
C. 点电荷是一种理想化模型
D. 根据可知，当两个电荷之间的距离趋近于零时库仑力无限大
2.彩带表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带像波浪般翻卷，这是振动在彩带上传播的结果。如图所示，为彩带上的一点，则下列说法正确的是( )
A. 点在向右运动 B. 点在向上运动 C. 点在向左运动 D. 点在向下运动
3.某同学在练习投篮，篮球在空中的运动轨迹如图中虚线所示，篮球所受合力的示意图可能正确的是( )
A.
B.
C.
D.
4.某静电场的电场线如图中实线所示，虚线是某个带电粒子仅在静电力作用下的运动轨迹。关于该粒子，下列说法正确的是( )
A. 一定带负电
B. 一定从点运动到点
C. 在点的动能大于在点的动能
D. 在点的加速度小于在点的加速度
5.静止卫星是地球同步卫星家族中的一员，它位于地面上方高度约处，周期与地球自转周期相同，轨道平面与赤道平面成度角，运动方向与地球自转方向相同。关于静止卫星，下列说法正确的是( )
A. 静止卫星定点在北京上空 B. 线速度大于第一宇宙速度
C. 角速度大于地球自转的角速度 D. 向心加速度小于地球表面重力加速度
6.正弦式交流电压随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A. 电压的有效值为
B. 内电流方向改变次
C. 电压瞬时值的表达式为
D. 若将该交流电压加在阻值的电阻两端，则电阻消耗的功率是
7.如图所示为速度选择器原理图。在两平行板间，电场强度和磁感应强度相互垂直，具有速度的粒子可以沿直线通过挡板上的小孔。关于带电粒子在速度选择器中的轨迹，下列说法正确的是( )
A. 带正电且速度大于的粒子向上偏 B. 带正电且速度小于的粒子向上偏
C. 带负电且速度小于的粒子向下偏 D. 带负电且速度大于的粒子向上偏
8.如图所示，绕过定滑轮的绳子将物块和物块相连，连接物块的绳子与水平桌面平行。现将两物块由图示位置无初速度释放，经过时间，物块未落地，物块未到达滑轮位置。已知物块的质量为，物块的质量为，重力加速度为，不计滑轮、绳子的质量和一切摩擦。下列说法正确的是( )
A. 绳子的拉力大小为
B. 物块的加速度大小为
C. 经过时间，物块的速度大小为
D. 经过时间，物块动量的变化量大小为
9.某物体做平抛运动，设它的瞬时速度方向与水平方向的夹角为，随时间变化的图像如图所示，重力加速度取，下列说法正确的是( )
A. 物体的初速度大小为
B. 物体的初速度大小为
C. 第末物体的速度大小为
D. 第末物体的速度大小为
10.如图所示，一个带电粒子以垂直于磁感应强度并垂直于磁场边界的速度射入宽度为的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为，不计带电粒子所受重力，由此推断该带电粒子( )
A. 运动轨迹半径为
B. 带负电且在磁场中动能一直增大
C. 穿越磁场的时间为
D. 电荷量与质量的比值为
11.利用图甲和图乙两种电路，分别测定同一节干电池的电动势和内阻，下列说法正确的是( )
A. 甲电路误差的主要原因是电流表分压
B. 乙电路误差的主要原因是电压表分流
C. 甲电路中的滑动变阻器滑片向右滑动，电流表的示数减小
D. 假设甲电路和乙电路的滑动变阻器被短路，则流过电池的电流不同
12.篮球比赛中，质量为的篮球以大小为的水平速度撞击竖直篮板之后，被篮板水平弹回，速度大小变为，已知。关于撞击过程，下列说法正确的是( )
A. 篮球受到弹力的冲量大小为 B. 篮板受到篮球的冲量为零
C. 篮球和篮板组成的系统动量守恒 D. 篮球和篮板组成的系统机械能守恒
13.如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内，左端连接电阻，匀强磁场的方向竖直向下。置于导轨上的金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，时刻金属杆的初速度方向水平向右，同时施加一水平向右的外力，杆运动的速度随时间变化的图像如图乙所示。下列关于外力随时间变化的图像正确的是( )
A. B. C. D.
14.若将地球视为质量分布均匀的标准球体，点和点位于地球两端，假设两点间存在一条通过地心的直隧道。若从隧道口点由静止释放一小球，小球直径略小于隧道直径且小球与隧道无接触。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零，忽略地球自转和空气阻力的影响，下列说法正确的是( )
A. 小球从到的过程中机械能先增大再减小
B. 小球所受万有引力与小球距地心的距离成反比
C. 小球从到的过程中先做匀加速运动再做匀减速运动
D. 小球运动至地心时的速度大小等于地球的第一宇宙速度大小
二、实验题：本大题共2小题，共18分。
15.物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
用游标卡尺测量某元件的宽度，示数如图所示，则该元件的宽度为______。
某实验小组利用如图所示的实验装置进行“探究物体加速度与力、质量的关系”实验。
实验过程中得到一条纸带，其中一部分如图所示，、、、、为纸带上标出的连续个计数点，相邻计数点之间还有个计时点没有标出。打点计时器接在频率为的交流电源上。打点时，纸带运动的速度 ______。
在探究加速度与力的关系时，某同学根据实验数据做出图像，如图所示，发现该图线未通过坐标原点，可能的原因是______。图线段明显偏离直线，请分析原因______。
16.电导率电阻率的倒数是监测水体污染程度的重要指标，一中学物理课题小组测量某排污口附近污水的电导率。
为了方便测量污水样品的电阻，将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，如图所示，容器内径为，污水液面高为，污水样品两端用金属圆片电极密封。该同学先用多用电表粗略测量容器内水样的电阻。当选择欧姆表“”挡时，示数如图所示，对应的读数是______。
为了准确测量水样的电导率，该同学选取的电压表和电流表，内阻分别约为和，滑动变阻器的最大阻值为。则图电路图中最符合实验要求的是______。
由于没有考虑电表内阻的影响，而使得电阻的测量值与真实值相比______填“偏大”“相等”或“偏小”。
按照电路图连接电路后，接通电源，调节滑动变阻器，发现电压表有示数，电流表示数始终为“”。经检查导线无断路，写出利用多用电表欧姆挡查找电路故障的思路或方法及电路可能存在的故障______。
若电压表的读数为，电流表的读数为，则该水样电导率的表达式为 ______用测得的物理量、、、表示。
三、计算题：本大题共4小题，共40分。
17.“蛙泳”可简化为有动力的“蹬腿加速”和无动力的“惯性前进”两个过程，如图甲所示。运动员完成某次“蛙泳”动作，其运动可视为水平方向的直线运动，其图像如图乙所示。已知运动员质量为，水的阻力恒定，求：
“蹬腿加速”过程中运动员的加速度大小；
“蹬腿加速”过程中运动员前进的位移大小；
“惯性前进”过程中水的阻力做的功。
18.如图所示为密立根油滴实验的原理图，从喷雾器喷嘴喷出的油滴因摩擦而带电，落入两块相互平行的极板、之间板带正电、板带负电，调节两极板间的电压，使某个油滴恰好悬浮在点。保持两极板间的电压为不变，已知油滴质量为，两板间距为，重力加速度为，不计空气浮力及带电油滴间的相互作用。
求两极板间电场强度的大小；
判断该油滴的电性，并求油滴的带电量；
若两极板间电压突然变为零，原来静止在点的油滴经过加速过程后达到最大速率，然后将匀速到达板。设油滴在上述过程中的总位移为，质量和电荷量均保持不变，匀速下降阶段历时为，受到空气阻力的大小为速率的倍。求油滴从静止到刚达到最大速率过程中重力势能的变化量。
19.如图所示，粒子源产生初速度不计的带电粒子。带电粒子经加速电场加速后，垂直射入由单碳原子层组成的石墨晶体，在每两个碳层之间有垂直纸面向里的匀强磁场，第一与第二碳层间的磁感应强度为，第二与第三碳层间的磁感应强度为，磁感应强度逐层递增。粒子从点垂直射入第一碳层，并与该层一个静止的碳原子碰撞而结合形成一个新粒子。此后，新粒子每经过一层碳层都会再与一个碳原子碰撞而结合形成一个更新的粒子。上述所有碰撞过程动量守恒。
已知带电粒子质量为，带电量为，碳原子的质量也为，加速电场电压为。不计粒子和碳原子的重力及粒子间的相互作用，碳层厚度忽略不计。
求粒子从加速电场射出时的速度大小；
求粒子在第一和第二碳层之间做圆周运动的半径大小；
由于粒子在磁场中做曲线运动，恰好无法穿过第层碳层，求从粒子进入第一至到达第碳层所用的时间。
20.在处理较复杂的变化量问题时，常常先把整个区间化为若干个小区间，认为每一小区间内研究的量不变，再求和。这是物理学中常用的一种方法。
如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与质量为的物块可视为质点相连，放置在水平面上。当物块在位置时弹簧处于原长，在外力作用下物块移动到位置没有超出弹簧弹性限度。已知弹簧劲度系数为，间长度为，弹簧对物块的拉力用表示。物块从运动到过程中，以位置为初始位置，水平向右为正方向。画出与位移的关系图线，并借助图像求弹簧对物块拉力做的功。
如图所示，在足够长的粗糙竖直墙壁上有一物块保持静止，时刻无初速度释放物块并同时施加水平向左的外力，使物块紧贴墙壁运动。已知物块质量为，外力随时间变化的关系式为为比例系数，物块与墙壁间的动摩擦因数为，物块最终相对墙壁静止，重力加速度为。求物块由静止释放后相对墙壁运动的时间。
如图所示，利用直流电源给导线框供电，接通电源后矩形导线框在磁极间的辐向磁场中，从静止开始绕中心轴线转动。、两边的线速度方向始终与磁场方向垂直，所在位置的磁感应强度大小为，其原理如图所示。与边由完全相同的导线制成，其中边的长为，质量为，电阻为，受到的机械阻力为为比例系数，为边绕转动的线速度，已知导线框的和边的质量、电阻和所受阻力不计，电源的电动势为，内阻不计。
求导线框转动稳定后边的线速度大小；
若导线框从静止发生转动至转动稳定所用时间为，求该过程中导线框边通过的路程。
1.【答案】
2.【答案】
3.【答案】
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12.【答案】
13.【答案】
14.【答案】
15.【答案】 没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足 随着沙桶和沙的总质量的增加时，不能满足远小于小车总质量的条件
16.【答案】 偏大 断路，方法见解析
17.【答案】解：由图乙，根据加速度的定义可知，
“蹬腿加速”过程中运动员的加速度大小为：；
由图乙，根据匀变速直线运动中位移与平均速度的关系可知，
“蹬腿加速”过程中运动员前进的位移大小为：；
由图乙，根据动能定理可知，
“惯性前进”过程中水的阻力做的功为：；
答：“蹬腿加速”过程中运动员的加速度大小为；
“蹬腿加速”过程中运动员前进的位移大小为；
“惯性前进”过程中水的阻力做的功为。
18.【答案】解：根据电势差与电场强度的公式可知
板带正电、板带负电，则电场向下，油滴恰好悬浮在点，则电场力向上，油滴带负电，且
解得
油滴到达最大速度时有
匀速下落的高度
油滴从静止到刚到达最大速度下降的高度
重力势能的变化量
解得的变化量
答：两极板间电场强度的大小为；
油滴带负电，油滴的带电量为；
重力势能的变化量为。
19.【答案】解：粒子在加速电场中，有
解得
由动量守恒可知，以方向为正方向
粒子在第一和第二碳层间做圆周运动
解得
设穿过第层时速度为半径，以方向为正方向，粒子穿过石墨层时动量守恒
由牛顿第二定律
由圆周运动
即粒子在各层间运动时周期不变，所以若恰好未射出，则粒子运动时间
答：粒子从加速电场射出时的速度大小为；
粒子在第一和第二碳层之间做圆周运动的半径大小为；
从粒子进入第一至到达第碳层所用的时间为。
20.【答案】解：物块从运动到过程中，当位移为时，，画出与位移的关系图像如图所示：
将位移分割成若干段相等的极短的位置间隔，当，可认为每段对应的弹簧弹力恒为，则每段的弹簧对物块拉力做的功为：
可见做功的数值等于图中矩形的阴影面积，将所有若干段的弹簧对物块拉力做的功累积求和，所得做功的数值等于图像与轴围成三角形面积；
由图可得弹簧对物块拉力做的功为：。
外力与时间的关系为为比例系数，物块受到的摩擦力为：
摩擦力大小随时间的变化关系如图所示：
取向上为正方向，全过程由动量定理可得：
解得：；
、导线框转动稳定后，边所受的安培力均与阻力平衡，则：
根据法拉第电磁感应定律可得此时的感应电动势为：
则此时的电流为：
则边所受的安培力为：
联立解得：；
、导线框边，从静止发生转动至转动稳定过程，设安培力的冲量为，阻力的冲量，根据动量定理可得：
将导线框从静止发生转动至转动稳定所用时间均分成段极短时间，设每一段时间为，导线框边通过的圆弧就可以看成直线。
设导线框边的速度为，则有：
所以有：
所以：
解得：
由于阻力：，同理可得：
联立解得：。
答：图像见解析，弹簧对物块拉力做的功为；
物块由静止释放后相对墙壁运动的时间为；
、导线框转动稳定后边的线速度大小为；
、若导线框从静止发生转动至转动稳定所用时间为，该过程中导线框边通过的路程为。
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