北京师大附中2020届下学期高三年级三模考试物理试卷

（本试卷满分100分，考试时长90分钟）

第一部分

本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1. 关于花粉颗粒在液体中的布朗运动，下列说法正确的是

A. 液体温度越低，布朗运动越显著

B. 花粉颗粒越大，布朗运动越显著

C. 布朗运动是由液体分子的无规则运动引起的

D. 布朗运动是由花粉颗粒内部分子无规则运动引起的

2. 如图所示，两束可见单色光A和B射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后合为一束可见光OC。下列判断正确的是

A. 在玻璃中A光的速率小于B光的速率

B. 在玻璃中A光的折射率大于B光的折射率

C. A光的光子能量小于B光的光子能量

D. A光的频率大于B光的频率

3. 下列核反应方程中，属于β衰变的是

A.
B.

C.
D.

4. 平静湖面传播着一列水面波（横波）。在波的传播方向上有相距3m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰。这列水面波

A. 频率是30Hz B. 波长是3m

C. 波速是1m/s D. 周期是0. 1s

5. 如图所示，在水平面上有一个U形金属框架和一条跨接其上的金属杆ab，二者构成闭合回路且处于静止状态。在框架所在的空间内存在匀强磁场（图中未画出）。下面说法正确的是

A. 若磁场方向水平向右，当磁场增强时，杆ab受安培力向上

B. 若磁场方向水平向右，当磁场减弱时，杆ab受安培力向上

C. 若磁场方向竖直向上，当磁场增强时，杆ab受安培力向左

D. 若磁场方向竖直向上，当磁场减弱时，杆ab受安培力向左

6. 如图所示，在两块平行金属板间存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场（磁场未画出）。现有两种带电粒子M、N分别以同样的速度v从左端沿两板间的中线射入，都能沿直线从右端射出，不计粒子重力。以下说法正确是

A. 带电粒子M、N的电性一定相同

B. 带电粒子M、N的电量一定相同

C. 撤去电场仅保留磁场，M、N做圆运动的半径一定相等

D. 撤去磁场仅保留电场，M、N若能通过场区，则通过场区的时间相等

7. 体育课上某同学做引体向上。他两手握紧单杠，双臂竖直，身体悬垂；接着用力上拉使下颌超过单杠（身体无摆动）；然后使身体下降，最终悬垂在单杠上。下列说法正确的是

A. 在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力

B. 在下降过程中单杠对人的作用力始终小于人的重力

C. 若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力变大

D. 若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力不变

8. 航天员王亚平曾经在天宫一号实验舱内进行了中国首次太空授课，通过几个趣味实验展示了物体在完全失重状态下的一些物理现象。其中一个实验如图所示，将支架固定在桌面上，细绳一端系于支架上的O点，另一端拴着一颗钢质小球。现轻轻将绳拉直但未绷紧，小球被拉至图中a点或b点。根据所学的物理知识判断出现的现象是

A. 在a点轻轻放手，小球将竖直下落

B. 在a点沿垂直于绳子的方向轻推小球，小球将做圆周运动

C. 在b点轻轻放手，小球将沿圆弧做往复摆动

D. 在b点沿垂直于绳子的方向轻推小球，小球将沿圆弧做往复摆动

9. 如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是

A. 在过程ab中，气体向外界放出热量，气体的内能减小

B. 在过程ca中，外界对气体做功，气体的内能减小

C. 在过程bc中，气体对外界做功，气体的内能增大

D. 在过程bc中，气体从外界吸收热量，气体的内能增大

10. 小芳同学利用手边的实验器材设计了如图所示的电路，电阻R的阻值以及电源的电动势和内阻均未知，电压表另一端的接线位置待定。通过改变滑动变阻器接入电路的阻值获得多组数据，并描绘出U-I关系图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。不计电表对电路的影响，下列说法正确的是

A. 若接a，利用该图像可得到电阻R的阻值

B. 若接b，利用该图像可得到电阻R的阻值

C. 若接a，利用该图像可得到电源的电动势和内阻

D. 若接b，利用该图像可得到电源的电动势和内阻

11. 如图所示，一颗卫星绕地球做椭圆运动，运动周期为T，图中虚线为卫星的运行轨迹，A、B、C、D是轨迹上的四个位置，其中A距离地球最近，C距离地球最远。B和D点是弧线ABC和ADC的中点，下列说法正确的是

A. 卫星在C点的速度最大、加速度最小

B. 卫星在C点的引力势能最大、机械能最小

C. 卫星从A经D到C点的运动时间为T/2

D. 卫星从B经A到D点的运动时间为T/2

12. 如图所示是某区域的电场线和等势面分布情况。A、B、C是电场中的三个点。对它们有下列判断，其中正确的是

A. 场强，电势

B. 场强，电势

C. 将带正电的小球由A移动到B，电势能增加

D. 用绝缘杆将带正电的小球由B沿直线移动到C，小球的加速度逐渐减小

13. 示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况。图1为示波器的原理结构图。当不加电压时，电子恰好打在荧光屏的正中心，在那里产生一个亮斑；当极板间加高频偏转电压、极板间加高频偏转电压，偏转电压随时间变化规律分别如图2所示时，荧光屏上所得的波形是图3中的

14. 托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法中正确的是

A. 欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体不能发生核聚变

B. 托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的

C. 极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体

D. 为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T

第二部分

本部分共6题，共58分。

15. （6分）如图1所示，某同学在”测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上两枚大头针。

图1

（1）该同学接下来要完成的必要步骤有

A. 插上大头针，使仅挡住的像

B. 插上大头针，使挡住的像和的像

C. 插上大头针，使仅挡住

D. 插上大头针，使挡住和、的像

（2）过、作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′。测量图1中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n=
。

（3）如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值
准确值（选填”大于”、”小于”或”等于”）。

16. （12分）某同学要用伏安法测量一个定值电阻的阻值，除外可用的器材有：

多用电表（仅可使用欧姆档）

电流表（量程0—10mA，内阻约为50Ω）

电压表（量程0—3V，内阻约为5KΩ）

电池组（电动势3V，内阻约为1Ω）

滑动变阻器（阻值0—15Ω，允许最大电流1A）

开关一个，导线若干

（1）为了设计电路，需用多用电表的欧姆档粗测阻值，将选择开关置于欧姆档的”×10″档，先______再进行测量，多用表的示数如图所示，测量结果为________Ω。

（2）在设计实验电路时，该同学在甲、乙两图中确定只能用乙图所示电路进行实验，原因是___________。

甲乙

（3）在下面实物图中，已正确连接了部分电路，请按照该同学的选择完成余下实物图的连接。

（4）在图乙所示电路中，有同学认为滑动变阻器的总阻值相对待测电阻的阻值越小，电压表的示数随滑片移动距离变化就越接近均匀变化。你的观点是怎样的？请加以论述。_______________________________________________________________________________

17.（9分）

如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，每边电阻为R，ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在垂直磁场边界向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：

（1）线框中电流I的大小和方向；

（2）拉力所做的功W；

（3）ab边产生的焦耳热Q。

18.（9分）

如图所示，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块A静止在圆弧轨道的最低点。小滑块B在A的右侧处以初速度向左运动，B与A碰撞后结合为一个整体，并沿圆弧轨道向上滑动。已知圆弧轨道光滑，且足够长；A和B的质量相等；B与桌面之间的动摩擦因数。取重力加速度。求：

（1）碰撞前瞬间B的速度大小；

（2）碰撞后瞬间A和B整体的速度大小；

（3）A和B整体在圆弧轨道上所能到达的最大高度h。

19.（10分）

如图所示为回旋加速器的结构示意图，匀强磁场的方向垂直于半圆型且中空的金属盒和，磁感应强度为B，金属盒的半径为R，两盒之间有一狭缝，其间距为d，且，两盒间电压为U。A处的粒子源可释放初速度不计的带电粒子，粒子在两盒之间被加速后进入盒中，经半个圆周之后再次达到两盒的狭缝。通过电源正负极的交替变化，可使带电粒子经两盒间电场多次加速后获得足够高的能量。已知带电粒子的质量为m、电荷量为。

（1）不考虑加速过程中的相对论效应和重力的影响。

a. 求粒子可获得的最大速度；

b. 若粒子第1次进入盒在其中的轨道半径为，粒子第1次进入盒在其中的轨道半径为，求与之比。

（2）根据回旋加速器的工作原理，请通过计算对以下两个问题进行分析：

a. 在上述不考虑相对论效应和重力影响的情况下，计算粒子在回旋加速器中运动的时间时，为何常常忽略粒子通过两盒间狭缝的时间，而只考虑粒子在磁场中做圆周运动的时间；

b. 实验发现：通过该回旋加速器，加速的带电粒子能量达到25~30MeV后，就很难再加速了。这是由于速度足够大时，相对论效应开始显现，粒子的质量随着速度的增加而增大。结合这一现象，分析在粒子获得较高能量后，为何加速器不能继续使粒子加速了。

20.（12分）

北京时间2019年4月10日晚9时许，全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。

（1）已知M87星系黑洞的质量为，万有引力常量为，取距黑洞无穷远处为零势能面，引力势能表达式为。

a. 某探测器质量为m，以速度v于距离黑洞中心为R处发射，此时恰能脱离黑洞引力场，求R的表达式；

b. 施瓦西半径（即视界半径）指光子在某天体引力作用下的逃逸半径，黑洞的施瓦西半径往往大于其内部天体的半径。已知光速为，请根据R的表达式直接写出M87星系黑洞的施瓦西半径的表达式，并计算出的值。

（2）根据海森堡不确定原理，真空中的任意位置均有概率发生一对正粒子与反粒子的创生，这对粒子被称为虚粒子对，虚粒子对会在极短时间内相撞湮灭而”归还”能量，宏观上该区域没有能量变化。假设在黑洞视界表面的虚粒子对均为正反光子，若光子能量为，当时，反光子会落入视界，而光子会逃逸，产生霍金辐射。已知黑洞视界半径为，在黑洞视界表面单位面积单位时间上发生光子创生的次数为n，发生创生的光子的频率为从到的任意频率，且每种频率的光子发生创生的几率均等。已知普朗克常量。