2020年北京市普通高中学业水平物理抽样试卷Word版含解析

2020年北京市普通高中学业水平物理抽样试卷
一．共14小题，每小题3分，共42分．在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项．
1．（3分）大量处于n＝3能级的氢原子，向n＝1能级跃迁时，最多可辐射光的频率有（　　）
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
2．（3分）一束光从某种介质射向空气，折射光路如图所示，则该介质的折射率最接近（　　）
A．1.50
B．1.41
C．0.71
D．0.67
3．（3分）分别用a、b两束单色光照射某金属的表面，用a光照射能发生光电效应，而用b光照射不能发生，则下列说法正确的是（　　）
A．a光比b光的频率低
B．在真空中，a光的波长较短
C．a光比b光的光子能量小
D．在真空中，b光的速度较大
4．（3分）关于气体的压强，下列说法正确的是（　　）
A．单位体积内的分子数越多，分子的平均动能越大，气体的压强就越大
B．单位体积内的分子数越多，分子的平均动能越小，气体的压强就越大
C．一定质量的气体，体积越大，温度越高，气体的压强就越大
D．一定质量的气体，体积越大，温度越低，气体的压强就越大
5．（3分）一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的图象如图所示。质点a、b、c、d最先回到平衡位置的是（　　）
A．a
B．b
C．c
D．d
6．（3分）如图所示的装置中，子弹A沿水平方向射入木块B并留在其中，木块将弹簧压缩到最短。从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中，不计木块与水平面间摩擦，子弹、木块和弹簧组成的系统（　　）
A．动量守恒，机械能守恒
B．动量守恒，机械能不守恒
C．动量不守恒，机械能守恒
D．动量不守恒，机械能不守恒
7．（3分）2017年4月22日，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成交会对接，对接前，天舟一号和天宫二号分别在两个轨道上环绕地球做匀速圆周运动，如图所示。天舟一号经一系列控制飞行与天宫二号实现对接，对接后，天舟一号与天宫二号一起在原来天宫二号的轨道上做匀速圆周运动，与对接前相比，天舟一号做匀速圆周运动的（　　）
A．周期变小
B．线速度变大
C．角速度变小
D．加速度变大
8．（3分）如图1所示，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图象如图2所示，则（　　）
A．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大
B．线圈转动一周，电流的方向改变一次
C．线圈中电动势的有效值为311V
D．线圈中交变电流的频率为100Hz
9．（3分）如图所示，在某静电场中沿abcda移动一正电荷，电场力对其做功为Wab＝4eV，Wbc＝2eV，Wcd＝﹣3eV，则a、b、c、d四个点中电势最高的是（　　）
A．a
B．b
C．c
D．d
10．（3分）如图所示，表面光滑的半球固定在水平面上，轻绳上端固定在球心正上方的O点，下端拴一小球，小球静止于半球面上。保持悬点O不变，稍微增加绳的长度，小球仍然静止，则小球所受绳的拉力T和半球面的支持力N的大小变化情况为（　　）
A．T不变
B．T减小
C．N不变
D．N减小
11．（3分）如图所示，在竖直平面内有ac、abc、adc三个细管道，ac沿竖直方向，abcd是一个矩形，将三个小球同时从a点静止释放，忽略一切摩擦，不计拐弯时的机械能损失，当竖直下落的小球运动到c点时，关于三个小球的位置，下列示意图中可能正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
12．（3分）伽利略相信，自然界的规律是简单明了的，他从这个信念出发，猜想落体的速度应该是均匀变化的，为验证自己的猜想，他做了“斜面实验”，如图所示，发现铜球在斜面上运动的位移与时间的平方成正比，改变球的质量或增大斜面倾角，上述规律依然成立，于是，他外推到倾角为90°的情况，得出落体运动的规律。结合以上信息，判断下列说法正确的是（　　）
A．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量速度
B．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量加速度
C．由“斜面实验”的结论可知，铜球运动的速度随位移均匀增大
D．由“斜面实验”的结论可知，铜球运动的速度随时间均匀增大
13．（3分）如图所示，光滑水平地面上竖直放置两根圆柱形铝管，其粗细、长短均相同，其中管Ⅰ无缝，管Ⅱ有一条平行于轴线的细缝。两枚略小于管内径的相同小磁铁a、b，同时从两管上端由静止释放，穿过铝管后落到地面。下列说法正确的是（　　）
A．a、b一定同时落地
B．a一定比b先落地
C．落地时，a、b的动能相等
D．落地时，a比b的动能小
14．（3分）如图所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝K，式中的比例系数K称为霍尔系数。设电流I（方向如图）是由电子的定向流动形成的，导体中单位体积中电子的个数为n，电子定向移动的速率为v，电量为e。下列说法正确的是（　　）
A．上表面的电势比下表面高
B．洛伦兹力对电子做正功
C．霍尔系数K的大小与n、e有关
D．霍尔系数的大小与d、h有关
二．非选择题共58分）本部分共6大题，共55分．请用黑色字迹签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，在试卷上作答无效．
15．（10分）某同学用图1所示的装置研究小车做匀变速直线运动的特点。
（1）实验中，除打点计时器（含交流电源、纸带、复写纸）、小车、平板和重物外，在下面的器材中，必须使用的是　
　（选填选项前的字母）。
A．刻度尺
B．秒表
C．天平
（2）下列实验步骤的正确顺序是　
　（用字母填写）
A．关闭电源，取下纸带
B．接通电源后，放开小车
C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连
D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
（3）实验中获得的一条纸带如图2所示，在纸带上依次取O、A、B、C、D……若干个计数点，利用实验数据计算出打点时小车的速度v。以v为纵坐标，t为横坐标，做出如图3所示的v﹣t图象。根据图象求出小车的加速度a＝　
　m/s2．（保留2位有效数字）
16．（8分）在设计“伏安法测小灯泡的电阻”实验电路时，要思考以下两个问题：
（1）电流表内接还是外接？
如图1所示，某同学采用试接的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与　
　（填写“电流表”或“电压表”）的阻值接近，应选择电流表　
　（填写“内接”或“外接”）的电路。
（2）如何选择滑动变阻器？
有三种规格的滑动变阻器，它们的最大阻值分别是R1＝20Ω，R2＝200Ω，R3＝1750Ω．将它们分别接入图2所示电路。保持M、N间电压恒定，从左向右移动滑片P，研究小灯泡两端的电压U与滑片的滑动距离L（滑片从左向右滑动的最大距离为L0）的关系，如图3中“×”为根据实验数据描出的点，请你结合图3判断该实验中选择哪一种规格的滑动变阻器最合适，并简要说明理由。
17．（8分）真空中静止的点电荷，电荷量为Q，在与其相距为r的位置产生的场强为E，请用电场强度的定义和库仑定律推导E＝k。
18．（10分）如图所示，把一个质量m＝0.1kg的小钢球用细线悬挂起来，就称为一个摆。悬点O距地面的高度h＝1.45m，摆长L＝1m。将摆球拉至摆线与竖直方向成某一角度θ的位置，空气阻力可以忽略，取重力加速度g＝10m/s2。
（1）求小球运动到最低点时细线对球拉力的大小；
（2）若小球运动到最低点时细线断了，小球沿水平方向抛出，求它落地时速度的大小和方向。
19．（10分）如图1所示，将重物A通过细绳缠绕在发电机转轴上。闭合开关后，让重物下落，会发现小灯泡被点亮。发电机内部由线框和磁场构成，为了研究该问题，我们把它简化为如图2中的模型，虚线框内存在竖直向上的匀强磁场，导体棒与水平放置的平行导轨始终垂直。导轨间距为L，磁感应强度为B，重物质量为m1，导体棒质量为m2，灯泡电阻为R，不考虑灯泡电阻变化，忽略一切摩擦，不计导轨、导体棒电阻。
（1）结合该简化模型，说明小灯泡为什么会被点亮；
（2）重物加速下落过程中，当其速度为v时，求此时导体棒的加速度大小；
（3）在图3的坐标系中定性画出回路中电流随时间变化的规律，并说明图线与坐标轴围成的面积的物理意义。
20．（12分）喷射悬浮飞行器由抽水机、压缩机等组成，利用一根软管将水从河中抽入飞行器，再以较高的速度竖直向下喷出两道高压水柱，可将使用者推至距水面几米的高度，如图所示，现有一质量为M的使用者被缓慢推至距水面H高处悬停，设此状态下飞行器的质量恒为m，水喷出前的速度为零，两个喷水口的横截面积均为S，水的密度为ρ，重力加速度大小为g，空气阻力及抽水过程中软管和河水对飞行器的作用均可忽略不计。求：
（1）该使用者被缓慢推到距水面H高的过程中，飞行器对使用者做的功；
（2）使用者悬停在水面上方时，飞行器喷水的平均功率。
2020年北京市普通高中学业水平物理抽样试卷
参考答案
一．共14小题，每小题3分，共42分．在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项．
1．解：根据数学组合公式可知，大量处于n＝3能级的氢原子，向n＝1能级跃迁时，最多可辐射光3种频率的光子，故C正确，ABD错误。
故选：C。
2．解：根据折射定律有，该介质的折射率为：n＝＝≈1.41，故B正确，ACD错误。
故选：B。
3．解：AC、根据题意知，用a光照射能发生光电效应，说明a光的频率比该金属的极限频率大，b光不能发生光电效应，说明b光的频率比该金属的极限频率小，
所以a光的频率比b光的频率大，即γa＞γb，根据?＝hγ知，a光比b光的光子能量大，故AC错误；
B、根据γ＝知，知a光的波长较短，故B正确；
D、在真空中，a、b两种光的速度相等，均等于c，故D错误；
故选：B。
4．解：AB、根据气体压强的微观意义，单位体积内的分子数越多，分子的密集程度越大，分子的平均动能越大，气体的压强越大，故A正确，B错误；
C、根据理想气体状态方程＝C，知体积越小，温度越高，气体的压强越大，故C错误；
D、根据理想气体状态方程＝C，知体积越大，温度越低，压强就越小，故D错误。
故选：A。
5．解：因为简谐横波沿x轴正方向传播，根据同侧法可知，a、d两质点的振动方向沿着y轴的正方向，b点的振动方向沿着y轴的负方向，a点回到平衡位置的时间小于四分之一个周期，b、d回到平衡位置的时间大于四分之一个周期，而c点回到平衡位置的时间等于四分之一个周期，所以a点先回到平衡位置，故A正确，BCD错误。
故选：A。
6．解：在木块与子弹一起向左运动压缩弹簧的过程中，由于墙对弹簧有作用力，则木块、子弹、弹簧所组成的系统所受合外力不为零，系统的动量不守恒；
在子弹击中木块的过程中，要克服摩擦力做功，系统的部分机械能转化为内能，系统机械能不守恒，故D正确，ABC错误。
故选：D。
7．解：天舟一号绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，＝m＝mω2r＝m＝ma，
解得周期：T＝，线速度：v＝，角速度：，加速度：a＝
对接后，轨道半径r变大，则周期变大，线速度变小，角速度变小，加速度变小，故C正确，ABD错误。
故选：C。
8．解：A、t＝0时，电动势为零，线圈平面处于中性面处，穿过线圈的磁通量最大，故A正确。
B、根据图2可知，线圈转动一周，电流的方向改变两次，故B错误。
C、线圈中电动势的最大值为311V，有效值为V＝220V，故C错误。
D、根据图2可知，T＝0.02s，线圈中交变电流的频率f＝＝50Hz，故D错误。
故选：A。
9．解：设移送的电量为q，则由W＝Uq可知：
Uab＝＝＝φa﹣φb
Ubc＝＝＝φb﹣φc
Ucd＝＝＝φc﹣φd
则可知，a点电势最高，故A正确，BCD错误。
故选：A。
10．解：对小球进行受力分析，受到重力、绳的拉力T和半球面的支持力N，作出拉力和重力的合力如图所示，
根据力所在的三角形与△AOC相似可得：＝＝
保持悬点O不变，稍微增加绳的长度，由于重力和OC不变，OA增大，则T增大；
由于AC始终等于球的半径，保持不变，则N不变，故C正确、ABD错误。
故选：C。
11．解：设ac＝d，∠acb＝α．设小球沿ab、bc、ac、ad、dc下滑的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4、a5。
根据牛顿第二定律得：a1＝a5＝＝gsinα，a2＝a4＝＝gcosα，a3＝g
则对于AB段有：dsinα＝＝gsinα，得t1＝；
对于AC段有：d＝得t3＝；
对于AD段有：dcosα＝a4＝gcosα，得t4＝，所以有t1＝t3＝t4．即当竖直下落的小球运动到c点时，沿abc的小球刚好到达b点，沿adc运动的小球刚好到达d点，故B正确，ACD错误。
故选：B。
12．解：AB、物体做自由落体运动的时间很短，不易测量，当时伽利略利用斜面做实验，主要是考虑到实验时便于测量小球运动的时间，在当时的情况下，还没有出现加速度的概念，伽利略在实验中没有测量加速度，故AB错误；
CD、铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大，倾角最大的情况就是90°时，这时铜球做自由落体运动，由此得出的结论是在斜面倾角一定时，铜球运动的速度随时间均匀增大，即自由落体运动是一种匀变速直线运动，故C错误，D正确。
故选：D。
13．解：AB．管Ⅰ无缝，管Ⅱ有一条平行于轴线的细缝，所以下落过程中a受到安培阻力，而b不受安培阻力，所以小磁铁b在管Ⅱ中下落的速度要大于a在管Ⅰ中的下落速度，故a、b一定不会同时落地，故AB错误；
CD．由于小磁铁b只受重力，小磁铁a受重力还受安培阻力，由小磁铁b的加速度较大，所以落地时，a比b的速度小，则a比b的动能小，故D正确，C错误；
故选：D。
14．解：A、根据左手定则知，电子向上表面偏转，则上表面的电势低于下表面的电势，故A错误；
B、根据左手定则可知，洛伦兹力的方向始终与电子运动方向垂直，对电子不做功，故B错误；
CD、电子在磁场中受到洛伦兹力作用，向上极板偏转，稳定后，极板间形成电场，后续电子在电场力和洛伦兹力的作用下，处于平衡状态，evB＝e，解得霍尔电势差：U＝Bvh，根据电流的微观表达式可知，I＝nevS＝nevhd，解得：v＝，解得：U＝，则霍尔系数K＝，即霍尔系数K的大小与n、e有关，故C正确，D错误。
故选：C。
二．非选择题共58分）本部分共6大题，共55分．请用黑色字迹签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，在试卷上作答无效．
15．解：（1）在下列仪器和器材中，还需要刻度尺，来测量各点的位移大小，从而算出各自速度大小，不需要秒表和天平，故A正确，BC错误；
故选：A。
（2）安排实验步骤要本着先安装器材，然后进行实验的思路进行，一般每完成一次实验，都要进行重复实验，实验步骤要符合逻辑，不能颠三倒四的。
故顺序为：DCBA；
（3）由图象斜率可求得小车的加速度为：
a＝＝
m/s2≈1.4m/s2。
故答案为：（1）A；（2）DCBA；（3）1.4。
16．解：（1）如图1所示，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点，观察两次电表的示数变化，
电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与电流表的阻值接近，为减小实验误差，应选择电流表外接的电路。
（2）由U﹣L图可知，将R1接入电路时，从左向右移动滑片，小灯泡两端电压U与滑片移动的距离L更接近线性关系，这样更便于实验操作和采集多组数据。
故答案为：（1）电流表；外接；（2）R1；将R1接入电路时，从左向右移动滑片，小灯泡两端电压U与滑片移动的距离L更接近线性关系，这样更便于实验操作和采集多组数据。
17．解：有两点电荷A与B，各自电量为Q与q，两者相距为r，如下图所示：
根据电场强度定义E＝及库仑定律F＝，则AB间的库仑力F＝，
那么A在B处的电场强度为E＝＝＝，Q是A的电量，r是两者间距；
答：如上所述。
18．解：（1）小球摆向最低点的过程中，由动能定理有：
mg（L﹣Lcosθ）＝mv2﹣0，
解得小球运动到最低点时速度的大小为：v＝；
小球运动到最低点时细线对球由牛顿第二定律：F﹣mg＝m，解得细线对球拉力F＝3mg﹣2mgcosθ。
（2）细线断了以后，小球做平抛运动，由平抛规律可得：
竖直方向上：h﹣L＝gt2，
落地时的竖直速度
vy＝gt＝g?＝，
所以，小球落地前瞬间的速度大小为：v′＝，
代入数据解得
v′＝，
设落地速度方向与水平方向所成的角度为α，则有：
sinα＝＝。
答：（1）求小球运动到最低点时细线对球拉力的大小为3mg﹣2mgcosθ；
（2）若小球运动到最低点时细线断了，小球落地时速度的大小为，方向与水平方向所成的角度为α，sinα＝。
19．解：（1）导体棒切割磁感线产生感应电动势，导体棒相当于电源，导体棒对灯泡供电，使灯泡发光。
（2）感应电动势：E＝BLv，
感应电流：I＝，
导体棒所受安培力：F＝BIL＝，
以导体棒与重物为研究对象，由牛顿第二定律得：m1g﹣F＝（m1+m2）a，
解得：a＝﹣；
（3）感应电流：I＝，
导体棒的加速度：a＝﹣，
导体棒做加速运动，随速度v的增加，导体棒的加速度a减小，
当导体棒所受合力为零时，导体棒做匀速直线运动，
由此可知，导体棒先做加速度减小的加速运动，然后做匀速运动，
因此电流：I＝先逐渐增大且增加的越来越慢，然后保持不变，i﹣t图象如图所示：
由于q＝It，则i﹣t图线与坐标轴围成的面积的物理意义是：通过灯泡的电荷量。
答：（1）重物下落时带动电动机内的线框转动，线框切割磁感线产生感应电动势对灯泡供电，从而灯泡被点亮；
（2）重物加速下落过程中，当其速度为v时，此时导体棒的加速度大小为﹣；
（3）回路中电流随时间变化的规律如图所示，图线与坐标轴围成的面积的物理意义是：通过灯泡的电荷量。
20．解：（1）飞行器对使用者做的功转化为使用者的重力势能，则：W＝MgH…①
（2）设飞行器对水的平均作用力为F，根据牛顿第三定律可知，水对飞行器的作用力的大小也等于F，对飞行器，则：F＝（M+m）g…②
设水喷出时的速度为v，在时间t内喷出的水的质量：△m＝ρ?V＝2ρSvt…③
t时间内质量为△m的水获得的冲量：I＝Ft＝△mv…④
联立②③④可得：v＝…⑤
飞行器喷水的平均功率：P＝Fv…⑥
联立可得：P＝
答：（1）该使用者被缓慢推到距水面H高的过程中，飞行器对使用者做的功为MgH；
（2）使用者悬停在水面上方时，飞行器喷水的平均功率为。