北京西城区2021届高三上学期期末考试物理试题 Word版含答案

北京西城区2021届高三上学期期末考试物理试题 Word版含答案

北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 1页（共 12页） 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 2021.1 本试卷共 8 页，共 100 分。考试时长 90 分钟。考生务必将答案写在答题卡上，在试 卷上作答无效。 第一部分（选择题 共 48 分） 一、单项选择题（本题共 12 小题，每小题 3 分，共 36 分。） 1. 有关运动与相互作用的关系，下列说法正确的是 A. 一个物体速度向东，则其受合力一定向东 B. 一个物体速度越大，则其受合力一定越大 C. 一个物体受合力为 0，则其速度一定为 0 D. 一个物体受合力越大，则其速度变化一定越快 2. 如图 1 所示，用手握住长绳的一端，t = 0 时刻在手的带动下 A 点开始上下振动，其振动 图像如图 2 所示，则以下四幅图中能正确反映 t1 时刻绳上形成的波形的是 3．如图所示，用理想变压器为一个“6V、12W”的小灯泡 L 供电，变压器原副线圈的匝 数之比为 2:1。闭合开关 S，小灯泡恰好正常发光。则下列说法中正确的是 A．变压器原线圈中的输入电压为 3V B．变压器原线圈中的输入电流为 2A C．变压器原线圈中的输入功率为 24W D．变压器副线圈中的输出功率为 12W A 图 1 t x 0 t1 图 2 A B C D A A A A L S ~ 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 2页（共 12页） 4. 若已知地球质量为 M，万有引力常量为 G，将地球视为半径为 R、质量均匀分布的球体， 忽略地球自转影响，仅由这些信息不能．．计算出 A. 地面附近的重力加速度 B. 地球的第一宇宙速度 C. 同步卫星距地面的高度 D. 近地卫星绕地球做圆周运动的周期 5. 伽利略曾设计过一个斜面实验：让小球沿一个斜面从 静止开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面； 减小第二个斜面的倾角，重复实验，直至斜面最终 变为水平。右图是现代所做的伽利略斜面实验的频 闪照片（组合图）。几次实验中小球都从同一位置 释放，且频闪照相的频闪频率相同，有关小球在斜 面a、b上的运动说法正确的是 A. 小球在斜面a、b上运动越来越慢，主要是摩擦作用的影响 B. 小球在斜面a上运动的距离较短，因此小球在斜面a上运动的平均速度较小 C. 小球在斜面b上的影像个数较多，表示小球在斜面b上运动的时间较长 D. 频闪照片中相邻的两个影像间的距离越大，表示这两个影像间的运动时间越长 6．水上滑翔伞是一项很受青年人喜爱的水上活动。如图 1 所示，滑翔伞由专门的游艇牵引，游客可以在空中体验迎 风飞翔的感觉。为了研究这一情境中的受力问题，可以将 悬挂座椅的结点作为研究对象，简化为如图 2 所示的模型， 结点受到牵引绳、滑翔伞和座椅施加的三个作用力 F1、 F2 和 F3，其中 F1 斜向左下方，F2 斜向右上方。若在游艇 牵引下游客做匀速运动，则 A. F1 可能大于 F2 B. F2 一定大于 F3 C. F1 和 F2 的合力可能大于 F3 D. F2 和 F3 的合力方向可能沿水平向右 7. 如图所示，一辆装满石块的货车在平直道路上行驶。货 箱中石块 B 的质量为 m，重力加速度为 g，在货车以 加速度 a 加速运动位移 x 的过程中，下列说法正确的是 A. 周围与石块 B 接触的物体对它的作用力的合力大小为 mg B. 周围与石块 B 接触的物体对它的作用力的合力大小为 ma C. 周围与石块 B 接触的物体对它的作用力的合力做功为 max D. 周围与石块 B 接触的物体对它的作用力的合力做功为 2 2m g a x  F2 F1 F3 图 2 a b B 图 1 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 3页（共 12页） 8. 右图表示某电场等势面的分布情况。将某一试探电荷先 后放置在电场中的 A 点和 B 点，它所受电场力的大小 分别为 FA、FB，电势能分别为 EPA、EPB，下列关系式 正确的是 A. FA > FB B. FA < FB C. EPA > EPB D. EPA < EPB 9. 如图所示，在一沿南北方向水平放置的直导线正下方有一小 磁针。在导线中通有某一方向电流，小磁针静止时 N 极指向 西偏北方向，由此可推断 A. 此时导线中的电流方向为由北向南 B. 若导线中通有相反方向的电流，小磁针静止时 N 极将指 向东偏南方向 C. 若将小磁针放置到导线正上方，小磁针静止时 N 极仍指向西偏北方向 D. 若将导线中的电流增大，小磁针 N 极将略向西偏转 10. 右图所示的闭合电路中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表 的示数 U、电流表的示数 I、干电池的输出功率 P 都会发生变 化。以下四幅图中能正确反映 P- U、P- I 关系的是 11. 如图所示，U形金属框架竖直放置在绝缘地面上，框架的上端接有一电容器C，金属框 架处于水平方向的匀强磁场中。将一电阻为R的金属棒MN从一定高度处由静止释放， 下落过程中金属棒方向始终平行于地面，且与金属框架接触良好。忽略金属棒与金属 框架之间的摩擦，在金属棒由静止开始下落的过程中，以下说法正确的是 A. 金属棒做自由落体运动 B. 电容器左侧极板将带上正电荷 C. 电容器储存的电能等于金属棒减少的重力势能 D. 金属棒减少的机械能大于电容器储存的电能 b 0V A B e 15V d 10V c 5V P I P IO P O U UO P A B C D O R A V 北 C B M N 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 4页（共 12页） 12. 以煤作燃料的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪 费燃料，而且严重地污染环境，利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉。 右图为静电除尘的原理示意图，除尘器由金属管 A 和悬挂在管中的金 属丝 B 组成，A 和 B 分别接到高压电源的两极，它们之间有很强的电 场，空气中的气体分子被强电场电离成为电子和正离子。正离子被吸 引到 B 上，得到电子，又成为分子。电子在向正极运动的过程中，遇 到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极上，最后在重力作用下， 落入下面的漏斗中。有关这一物理情境下列说法正确的是 A. 空气分子在距离金属丝 B 越近的地方越容易被电离 B. 带上负电的煤粉在向 A 运动的过程中做匀变速运动 C. 带上负电的煤粉在向 A 运动的过程中其运动轨迹为抛物线 D. 带上负电的煤粉在向 A 运动的过程中其电势能增大 二、多项选择题（本题共 4 小题，每小题 3 分，共 12 分。每小题全部选对的得 3 分， 选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。） 13. 如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水 中放一个由蜡做成的小圆柱体R。R从坐标原点以速度 v0＝0.02m/s匀速上浮的同时，玻璃管沿 x轴正方向做初 速度为0的匀加速直线运动。测出 t 时刻R的 x、y 坐标值 分别为0.25m和0.10m。则此时 A. 玻璃管的速度的大小为 0.05m/s B. 玻璃管的加速度的大小为 0.02m/s2 C. 蜡块的运动轨迹方程为 225 0x y  D. 蜡块的运动轨迹方程为 28 5 0x y  14. 一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板 A、B 之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒 子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框 部分相当于电源，A、B 就是电源的两极，则下列说法 正确的是 A．用电器中的电流方向从 C 到 D B．带负电的粒子受洛伦兹力向上 C．若只增强磁场，发电机的电动势将增大 D．若将发电机与用电器断开，A 板积累的电荷会一直增多 A 用 电 器 B 等离子体 C D x/m y/m 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 5页（共 12页） 15. 下图为某种锂电池充电过程中电池电压、充电电流随时间变化的图像。根据图像，可 以做出的正确推断是 A. 该锂电池的电动势约为4.2V B. 该锂电池的充电电压可能小于4.2V C. 充电的1.0~3.0小时内，电池充入的电荷量为1000mA·h D. 若该锂电池的容量为1400mA·h，则整个充电过程中，锂电池增加的电能不超过 5.88W·h 16. 2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测 器，在中国文昌航天发射场，应用长征五号运载火箭送入 地火转移轨道。火星距离地球最远时有4亿公里，最近时 大约0.55亿公里。由于距离遥远，地球与火星之间的信号 传输会有长时间的时延。当火星离我们最远时，从地球发 出一个指令，约22分钟才能到达火星。 为了节省燃料，我们要等火星与地球之间相对位置合 适的时候发射探测器。受天体运行规律的影响，这样的发 射机会很少。为简化计算，已知火星的公转周期约是地球 公转周期的 1.9 倍，认为地球和火星在同一平面上、沿同 一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。 根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是 A. 地球的公转向心加速度小于火星的公转向心加速度 B. 当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约 3 分钟到达火星 C. 如果火星运动到 B 点，地球恰好在 A 点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹 AC 运 动到 C 点时，恰好与火星相遇 D. 下一个发射时机需要再等约 2.1 年 0 1.0 2.0 3.0 4.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 200 400 600 1000 充 电 电 流 （ m A ） 电 池 电 压 （ V ） 时间（小时） 0 0 800 电池电压 充电电流 太阳 A C 火星 地球 B 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 6页（共 12页） 第二部分（非选择题 共 52 分） 三、计算论述题（本题共 5 小题。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。 解题过程中需要用到，但题目中没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明。只写 出最后答案的不能得分。有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。） 17. （9 分） 滑板是年轻人喜欢的运动项目。滑板爱好者及滑板总质量 m = 60kg，以 v0 = 2.0m/s 的初速度沿斜坡匀加速滑下，斜坡的倾角θ = 30°，经 t= 4.0s 的时间下滑位移 x=40m 到 达坡底。将人和滑板整体看作质点，设其在下滑过程中所受阻力的大小不变，重力加 速度 g 取 10m/s2，求下滑过程中 （1）滑板及人的加速度的大小 a； （2）滑板及人受到的阻力的大小 f； （3）滑板及人受到的重力的冲量大小 I。 18. （9 分） 某一质谱仪原理如图所示，区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为 U1；区域Ⅱ为速度 选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为 B1，板间距离为 d；区域Ⅲ为偏转分离器， 磁感应强度为 B2。一质量为 m，电荷量为+q 的粒子， 初速度为 0，经粒子加速器加速后，该粒子恰能沿直 线通过速度选择器，由 O 点沿垂直于边界 MN 的方 向进入分离器后做匀速圆周运动，打在 P 点上。忽 略粒子所受重力，求 （1）粒子进入速度选择器的速度 v； （2）速度选择器的两极板电压 U2； （3）OP 之间的距离。 19. （10 分） 如图 1 所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽 度为 L，一端连接阻值为 R 的电阻。导轨所在空间存在竖直 向下的匀强磁场，磁感应强度为 B。电阻为 r 的导体棒 MN 放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好， 导体棒沿导轨向右匀速运动，速度大小为 v。导轨的电阻可 忽略不计。 （1）求回路中的感应电流 I 和导体棒两端的电压 U； （2）通过公式推导证明：导体棒向右匀速运动时间内，拉 力做的功 W 等于电路获得的电能 W 电； （3）若要使回路中不产生感应电流，在导体棒运动的过程中， 磁感应强度 B 应随时间 t 变化。设 t = 0 时刻磁场的磁感 R M N vB 图 1  B1 B2 U1 E Ⅰ Ⅱ Ⅲ O PM N 图 2 t B 0 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 7页（共 12页） 应强度大小为 B0，请在图 2 中作出相应的 B- t 图像，并通过推导说明作图依据。 20. （12 分） 新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题。新能源汽车是指采用非常规的燃 料作为动力来源的汽车。新能源汽车的使用将把人类带入清洁能源时代。 下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字： “将近 6 米的超长车身设计，使得整车车顶集成的 太阳能芯片面积达到了 6 平方米左右。极富流线型的整 车造型，隐藏式的轮毂设计，纤细的摄像头式后视镜， 使整车风阻大幅下降。全车采用铝合金框架并结合碳纤 维车身，整车质量仅 700 千克，这一轻量化设计使整车 能耗极低。” （1）设上述新能源汽车采用混合动力设计，发动机最大输出功率为 30kW，在厂区内 的实验路段上行驶时所受总阻力约为车和驾驶员总重的 0.1 倍。试估算 50kg 的 工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的 最高车速。 （2）为进一步测试这种汽车的性能，该工程师 在上述实验路段上以某种方式行驶，通过 计算机采集实验数据，绘出了汽车牵引力 F 与车速倒数 v-1 间的关系图线 ABC，如图 2 所示，线段 AB 平行于横轴，线段 BC 延 长线过坐标原点。请根据图线 ABC 判断汽 车做什么运动，并求 B 点时发动机的输出 功率。 （3）已知太阳辐射的总功率 P0 = 4×1026W，太阳到地球的距离 r=1.5×1011m，太阳 光传播到达地面的过程中大约有 34%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最 好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率可达到 31.6%。试通过计算分析， 这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率 30kW 不变的可行性。 图 1 F/N 750 0 v-1/(s·m-1) AB C 0.025 图 2 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 8页（共 12页） 21. （12 分） 碰撞是生活中常见的现象，某同学想对碰撞问题进行研究。 （1）该同学在调平的气垫导轨上研究两个滑块的碰撞。 让滑块 A 以某一速度与原来静止的滑块 B 发生 正碰，已知 A 的质量为 2m，B 的质量为 m。 a. 若如图 1 所示，滑块 A 的右端、滑块 B 的左 端均装有粘扣，碰后 A、B 将粘在一起运动。 已知滑块 A 的初速度为 v0，求此过程中 A、 B 组成的系统损失的机械能是多少？ b. 若如图 2 所示，滑块 A 的右端、滑块 B 的左 端均装有弹簧圈，碰后 A、B 将分开且沿着 相同方向运动。通过传感器分别测得两个滑 块碰撞前后的速度如下： 碰撞前 碰撞后 实验序号 v10（m/s） v20（m/s） v1（m/s） v2（m/s） 1 0.90 0 0.30 1.20 2 0.73 0 0.24 0.97 3 0.81 0 0.27 1.08 该同学通过处理数据发现碰撞前后有 mAv10 = mAv1 +mBv2，说明滑块的碰 撞过程满足动量守恒定律；同时他还发现 2 1 10 v v v 也成立，他认为这是 一个运动的滑块与一个静止的滑块发生弹性碰撞的必然结果。请你分析说明 该同学的观点是否正确。 （2）为了对碰撞进行深入研究，该同学查阅资料了解到以下信息： 不同材料制成的两个小球甲、乙，若碰撞前的速度分别为 v10 和 v20，碰撞 后的速度分别为 v1 和 v2，把 v10-v20 称为接近速度，把 v2-v1 称为分离速度。研 究发现碰撞后的分离速度与碰撞前的接近速度成正比，这个比值称为恢复系数， 用 e 表示，即： 2 1 10 20 e   v v v v 。 请你根据以上信息结合碰撞的规律完成以下问题： 小球甲在光滑水平面上以一定的速度与原来静止的小球乙发生正碰，恢复 系数为 2 3 。若碰后甲、乙两球速度的大小之比始终为 2:1，则甲、乙两球的质量 应该满足什么关系？ 图 2 A B 图 1 A B 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 9页（共 12页） 北京市西城区 2020 — 2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理参考答案 2021.1 第一部分（选择题 共 48 分） 一、单项选择题（每小题 3 分） 1．D 2．B 3．D 4．C 5．C 6．B 7．C 8．A 9．D 10．D 11. D 12．A 二、多项选择题（每小题全部选对的得 3 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。） 13．BC 14．AC 15．AD 16．BD 第二部分（非选择题 共 52 分） 三、计算论述题 17．（9 分） （1）根据匀变速直线运动规律 2 0 1 2 x t at v （2 分） 解得 24m/ sa  （1 分） （2）根据牛顿第二定律，有 sinmg f ma   （2 分） 解得 60 Nf  （1 分） （3）重力的冲量大小 2400 N sI mgt   （3 分） 18．（9 分） （1）粒子加速过程根据动能定理，有 2 1 1 2 U q m v （2 分） 解得 12U q m v= （1 分） （2）粒子经过速度选择器过程受力平衡，有 2 1 U q q B d  v （2 分） 解得 1 2 1 2U qU B d m  （1 分） 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 10页（共 12页） （3）粒子在分离器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有 2 2q B m r  vv （2 分） 1 2 222 U mOP r B q   （1 分） 19．（10 分） （1）MN 运动产生电动势 E = BLv（1 分） 根据闭合电路欧姆定律 EI R r   得 BLI R r   v （1 分） 路端电压 U = IR 得 RBLU R r   v （1 分） （2）MN 做匀速运动，受力平衡，有 F BIL （1 分） t 内 MN 运动的距离x = vt 拉力做功 2 2 2B LW F x BIL t t R r         vv （1 分） 电路获得的电能 2 2 2BL B LW EI t BL t t R r R r         电 v vv （1 分） 可知，t 时间内，拉力做的功 W 等于电路获得的电能 W 电。 （3）若要使回路中不产生感应电流，应保持回路中的磁通量 不变，磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图所示。（图 2 分） 设 t=0 时导体棒 MN 距导轨左端的距离为 d，回路中的磁 通量B0Ld t 时刻磁场的磁感应强度为 B，导体棒 MN 距导轨左端的 距离为 d + vt，回路中的磁通量BL(d + vt) 回路中的磁通量不变，则 代入整理得 0B dB d t   v （2 分） B t0 B0 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 11页（共 12页） 20．（12 分） （1）当汽车的牵引力与阻力相等时，汽车的行驶速度最大 0.1( ) 750 NF f m m g    （1 分） m 40m/ sP F  v （2 分） （2）图中 AB 段 F 不变，可知汽车受合力不变，汽车做匀加速运动；（1 分） 图中 BC 段 F 与 v-1 成正比例关系，即 Fv 为定值，根据 P=Fv 可知汽车在恒定功率下 做加速运动，也就是做加速度逐渐减小的加速运动。（2 分） 因此 4750 3 10 W 0.025B C C CP P F    v （2 分） （3）设能够使汽车保持输出功率 30kW 的太阳能芯片面积为 S，则 0 2 0.66 0.316 4 P SP r    （2 分） 解得 2102mS  （1 分） S 的值远大于车顶太阳能芯片的面积，不符合实际情况，可见这种汽车采用纯太阳能 驱动保持输出功率 30kW 是不可行的。 （1 分） （说明：从其他角度进行计算分析，只要合理均可得分） 21. （12 分） （1）a. 根据动量守恒定律，有 02 (2 )m m mv + v （1 分） A、B 组成的系统损失的机械能 2 2 0 1 12 (2 ) 2 2 E m m m   损= v v （1 分） 解得 2 0 1 3 E m 损= v （1 分） b. 若 A、B 发生弹性碰撞，则碰撞过程满足动量守恒定律和机械能守恒定律，有 A 10 A 1 B 2m m m v v v 2 2 2 A 10 A 1 B 2 1 1 1 2 2 2 m m m v v v （1 分） 整理以上两式得 A 10 1 B 2)m m (v v v ① 2 A 10 1 10 1 B 2) )m m  (v v (v v v ② 北京市西城区 2020—2021 学年度第一学期期末试卷 高三物理 第 12页（共 12页） ② ① 得 10 1 2 v v v 即 2 1 10 v v v ，所以该同学的观点是正确的。（2 分） （说明：要有推导过程） （2）设甲、乙两球的质量分别为 m1 和 m2 根据动量守恒定律，有 1 10 1 1 2 2m m m v v v （1 分） 根据题意有 2 1 10 2 3 e  v v v （1 分） 1 2 2 v v （2 分） 解得 1 2 2 13 m m  （2 分）