2024-2025学年北京市东城区高三（上）期末物理试卷（含答案）

2024-2025学年北京市东城区高三（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共14小题，共42分。
1.一小钢球从空中某位置开始做自由落体运动，落地时的速度为，取。则该小钢球( )
A. 下落的高度为 B. 下落的时间为
C. 在最后秒内的位移为 D. 全过程的平均速度为
2.如图所示，将一个质量为的钢球放在倾角为的固定斜面上，挡板竖直放置，钢球处于静止状态。现将挡板沿顺时针方向缓慢旋转至水平位置，整个过程中钢球均处于平衡状态。不考虑钢球与斜面、钢球与挡板间的摩擦力。则钢球对挡板的压力大小与对斜面的压力大小的变化情况( )
A. 一直减小，一直增大 B. 一直增大，一直减小
C. 先减小后增大，一直减小 D. 一直减小，先增大后减小
3.如图所示，质量分别为、的物块和物块置于光滑水平面上，中间用一轻弹簧相连。、两物块在水平拉力的作用下，一起做匀加速直线运动、相对静止，弹簧在弹性限度内的最大伸长量为，其劲度系数为。在弹性限度内，拉力的最大值为( )
A. B.
C. D.
4.如图所示，质量为的小球在水平面内做匀速圆周运动。若保持轨迹所在水平面到悬点的距离不变，增大轻绳的长度。有关小球做圆周运动的周期与轻绳的拉力大小，下列说法正确的是( )
A. 不变
B. 增大
C. 减小
D. 不变
5.某次短道速滑接力赛中，“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面向前滑行。待乙追上甲时，猛推甲一把，使甲获得更大的速度向前冲出，如图所示。在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面在水平方向上的相互作用，则( )
A. 甲对乙的冲量与乙对甲的冲量大小、方向都相同
B. 甲、乙的动量变化量一定大小相等、方向相反
C. 甲的动能增加量一定等于乙的动能减小量
D. 甲和乙组成的系统机械能守恒
6.如图，一列简谐横波沿轴正方向传播，时的波形如图中实线所示，时的波形如图中虚线所示，
是波传播路径上的一个质点，下列说法正确的是( )
A. 时，质点正沿轴负方向运动
B. 质点在一个周期内的路程为
C. 该波在内可能向右传播了
D. 波的传播速度大小可能为
7.一台手摇发电机产生正弦交流电，其电流随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是( )
A. 电流有效值为
B. 线圈每秒钟转圈
C. 时，穿过线圈的磁通量最大
D. 时，穿过线圈的磁通量变化率为零
8.在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲连接电路。电源两端电压保持不变，最初电容器不带电。单刀双掷开关接给电容器充电，充满电后，开关改接，电流传感器得到的图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 电容器放电过程中电阻两端的电压保持不变
B. 充电过程中电容器的电容随极板所带电荷量增大而增大
C. 仅减小电阻的阻值，重复上述实验，曲线与坐标轴所围成的面积将增大
D. 仅增大电容器两极板间的距离，重复上述实验，曲线与坐标轴所围成的面积将减小
9.某同学设计了可检测酒精浓度的装置，其电路原理如图所示。、为定值电阻，是一个“气敏传感器”，其阻值随所在气体环境中酒精浓度的增大而减小。检测时，对着气敏电阻吹气，电压表的示数为，电流表的示数为。吹气前后电压表的示数变化量为，电流表的示数变化量为。若吹气时酒精浓度越大，则( )
A. 越大 B. 越大 C. 与的比值越大 D. 越大
10.如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的、两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。、、在、的连线上，为的中点，位于的中垂线上，且、、到点的距离均相等。下列说法正确的是( )
A. 点处的磁感应强度大小为零 B. 点处的磁感应强度方向由指向
C. 点处的磁感应强度方向与连线垂直 D. 、两点处的磁感应强度的方向相同
11.某同学为了探究电感线圈和小灯泡对电路中电流的影响，设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，、为完全相同的电流传感器。时刻闭合开关得到如图乙所示的电流随时间变化的图像。电路稳定后，小灯泡发出微弱的光。下列说法正确的是( )
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. 曲线描述的是电流传感器中电流随时间变化的规律
C. 若断开开关，小灯泡闪亮后熄灭
D. 闭合开关到电路稳定的过程中，小灯泡灯丝电阻保持不变
12.如图甲所示，电子仅在静电力作用下沿轴正方向运动，经过、、三点，已知。该电子的电势能随坐标变化的关系如图乙所示，则下列说法中正确的是( )
A. 点的电势高于点的电势
B. 电子在点的速度大于在点的速度
C. 点的电场强度小于点的电场强度
D. 电子从到的过程中静电力做的功大于从到的过程中静电力做的功
13.如图甲所示，倾角为、宽度为、电阻不计的光滑平行金属轨道足够长，整个装置处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中。轨道上端的定值电阻阻值为，金属杆的电阻为，质量为。将金属杆由静止释放，杆始终与轨道垂直且接触良好。通过数据采集器得到电流随时间的变化关系如图乙所示。当金属杆下滑的位移为时，可认为电流达到最大值。已知时刻的电流为，重力加速度为，下列说法中不正确的是( )
A. 磁感应强度的大小
B. 时刻金属杆的加速度大小
C. 金属杆的最大速度大小
D. 杆下滑位移为的过程中，电阻产生的焦耳热
14.星下点监控可实时显示卫星的运行状态。卫星和地心的连线与地球表面的交点称为星下点，即卫星在地面上的投影点。某卫星绕地球的运动可视为匀速圆周运动，其轨道如图甲中虚线所示。该卫星的监控画面如图乙所示，下方数值表示经度，曲线是星下点的轨迹展开图，图中给出了卫星第Ⅰ圈、第Ⅱ圈和第Ⅲ圈的星下点轨迹展开图，其中点是第Ⅰ、Ⅱ圈的星下点轨迹展开图的一个交点。已知地球自转周期为，卫星绕行方向如图甲所示。下列说法正确的是( )
A. 该卫星第Ⅰ、Ⅱ圈星下点经过点的时间间隔等于该卫星的运行周期
B. 根据赤道与星下点轨迹展开图的交点，可知该卫星的运行周期约
C. 若地球没有自转，则该卫星的星下点轨迹为一个点
D. 地球静止轨道卫星的星下点轨迹可能经过点
二、实验题：本大题共2小题，共20分。
15.如图是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图。
在“探究加速度与力的关系”的实验中，应保持______选填“小车质量”或“槽码质量”不变。
该实验过程中操作正确的是______。
A.平衡小车受到的阻力时小车未连接纸带
B.纸带打点时，先接通打点计时器电源，后释放小车
C.调节滑轮高度使细绳与长木板平行
某同学通过正确实验操作获得一条纸带，测得各计数点到计数点的距离如图所示。已知打点计时器所用交变电流的频率为，相邻两计数点间还有四个点未画出，则小车加速度大小 ______结果保留小数点后两位。
在探究小车的加速度与小车质量的关系时，采用图像法处理数据，以小车质量的倒数为横坐标，小车的加速度大小为纵坐标。甲、乙两组同学分别得到的图像如图所示。
两图线的左下部分均可视为直线，请分析甲组同学所得直线斜率较大的原因；
两图线的右上部分的斜率随的增大逐渐减小，请通过计算解释原因。
16.某学习小组对水果电池进行如下探究。
将铜片和锌片插入一个苹果中，用电压表磁电式电表，内阻约几千欧测得铜片与锌片间电压为。则该苹果电池的电动势应______选填“大于”“等于”或“小于”。但将四个这样的苹果电池串联起来给规格为“”的小灯泡供电时，灯泡并不发光。经检查，电源连接没有问题，灯泡、导线、开关均无故障，猜想可能的原因是______。
为验证上述猜想，该学习小组拟测量其中一个“苹果电池”的电动势和内阻，他们进入实验室，找到以下器材：
A.电流表量程为，内阻为
B.电流表量程为，内阻为
C.定值电阻阻值为
D.电阻箱
E.导线和开关
经分析，该苹果电池的最大电流在之间，据此该小组设计了如图所示的实验电路图，并用定值电阻对电流表______选填“”或“”进行改装，改装后的量程为______；
改变电阻箱的阻值，用上述电路测得几组流经苹果电池的电流、电阻箱的读数。以为横坐标，以为纵坐标作出的图线为一条直线，如图所示。根据图线求得其斜率，纵轴截距。可知该苹果电池的电动势 ______，内阻 ______。
三、计算题：本大题共4小题，共38分。
17.如图所示，长为的轻质绝缘细线上端固定在点，下端拴一带电小球，小球质量为，所带电荷量为。系统处于水平向右的匀强电场中，小球静止在点时，细线与竖直方向的夹角为。现将小球拉至与点等高的点，由静止释放。重力加速度为，求：
电场强度大小；
、两点间的电势差；
小球运动到点时的动能。
18.如图所示为扇形磁场质量分析器的原理简化图，整个装置处于高真空环境。
某粒子源图中未画出发出两种带电粒子，所带电荷量均为，质量分别为、。两粒子由静止开始经加速电压加速后沿直线进入三角形匀强磁场区，磁场方向垂直于轨迹所在平面纸面，磁感应强度大小为。质量为的粒子离开磁场区域，经过出口狭缝，到达检测器，如图中实线所示，带电粒子的轨迹如图中虚线所示。不计粒子重力及粒子间的相互作用力。
求粒子进入磁场区时的速度大小；
求粒子轨迹所在圆的半径；
为了使粒子能够通过出口狭缝打到检测器上，分析应如何调节实验参数？写出两种方法
19.地球质量为，半径为，地球自转角速度为，万有引力常量为。不计地球大气对卫星的作用。
现发射一颗质量为，绕地球做匀速圆周运动的近地卫星不计卫星距地面的高度，求卫星的运行速度的大小。
设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，始终与地球自转同步，如图所示。这种太空电梯可用于低成本发射卫星，其发射方法是将卫星通过太空电梯匀速提升到某高度，然后启动推进装置将卫星从太空电梯发射出去。
设在某次发射时，质量为的卫星在太空电梯中缓慢上升，该卫星在上升到距地心的位置处意外地和太空电梯脱离而进入太空。卫星脱离时的速度可认为等于太空电梯上该位置处的线速度。已知质量为和的两个质点，距离为时的引力势能表达式为。
求该卫星脱离时的速度大小；
结合开普勒定律，请说明如何判断卫星脱离后是否会撞击地球表面。不必求解具体结果，但要写出判断所需的方程，并指出需要求解哪个物理量，说明如何判断
20.类比是研究问题的常用方法。
情境：已知一段导体两端的电势分别为和，且。导体的电阻率为，横截面积为，长度为。请根据欧姆定律与电阻定律，推导通过导体的电流的表达式。
情境：热传导是由于温度差引起的热量传递现象，其本质是由物质中大量做热运动的分子互相撞击，从而使能量从物体的高温部分传至低温部分。如图甲所示，某传热介质的横截面积为，两端的温度分别为和，且。类比电流的定义式，定义“热流”热传导速率为单位时间内通过传热介质某一横截面积的热量。已知其他条件一定时，正比于温差。定义“热阻”为物体两端温度差与热流的比值，对于热流经过的截面积不变的传热介质，热阻。其中为沿热流方向的介质长度，为垂直于热流方向传热介质的截面积，为传热材料的热阻率。
类比电流与电势差的关系，试推导热流的表达式；
两根金属棒、尺寸相同，其中。现将、两金属棒先后串联、并联在温度恒定的低温热源和高温热源之间，如图乙所示。低温热源、高温热源的温度分别为、，且。当、串联使用时，热源之间各处热流均相等；、并联使用时，总热流等于流过金属棒、的热流之和，求将、串联使用时与并联使用时两热源之间的总热流之比。不计金属棒侧面与外界进行的热量交换。
参考答案
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15.小车质量
16.大于 苹果电池的内阻太大，接灯泡时电流太上，功率小无法发光
17.解：对带电小球受力分析，如图所示：
由平衡条件可得：
，
，
联立可得：
；
由匀强电场中电势差与电场强度的关系可得：
，
由可知：
，
联立可得：
；
根据动能定理可得：
，
解得：；
答：电场强度大小为；
、两点间的电势差为；
小球运动到点时的动能为。
18.解：根据动能定理
解得
根据洛伦兹力提供向心力

解得
为了使粒子能够通过出口狭缝打到检测器上，需要减小粒子的运动半径，根据的结果可知，可以减小加速电压，增大磁感应强度。
答：粒子进入磁场区时的速度大小为；
粒子轨迹所在圆的半径为；
为了使粒子能够通过出口狭缝打到检测器上，可以减小加速电压，增大磁感应强度。
19.解：近地卫星不计卫星距地面的高度，则卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径等于地球的半径，
万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得：
、该卫星脱离时的速度大小
、该卫星在点脱离后绕地球做椭圆运动，地球是椭圆的一个焦点，点到地心的距离为，
设该椭圆轨道长轴的另一端点到地心的距离为，卫星在该点的线速度为，
根据机械能守恒定律得：
根据开普勒第二定律得：
当时，卫星不会撞击地球，当时，卫星不会撞击地球
答：卫星的运行速度的大小是。
、该卫星脱离时的速度大小是；
、如上所述。
20.解：由欧姆定律和电阻定律，
得；
、根据题意有，。
、因为，
故，
串联时
故串联时热流为
故并联时热流为
故
答：通过导体的电流的表达式为得；
、推导热流的表达式据题意有，。
、将、串联使用时与并联使用时两热源之间的总热流之比为：。
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