北京市朝阳区2021届上学期高三年级期末质量检测物理试卷

（考试时间90分钟
满分100分）

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. 了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。下列选项符合史实的是

A. 焦耳发现了电流热效应的规律

B. 安培总结出了点电荷间相互作用的规律

C. 楞次发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕

D. 法拉第对带电粒子在磁场中受力作了深入研究并得到了定量的结果

2. 真空中某带正电的点电荷的等势面分布如图所示，图中相邻等势面的半径差相等。下列选项正确的是

A. 相邻等势面间的电势差相等

B. P点的场强比Q点的场强大

C. P点电势比Q点电势低

D. 检验电荷在P点比在Q点的电势能大

3. 如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号“再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是

A. 在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号

B. 无线电波、激光都是横波

C. 信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟

D. 麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展

4. 如图所示，在M、N两点处有两根垂直纸面平行放置的长直导线，通有大小相等、方向相反的电流。在纸面上有一点P，P点到M、N的距离相等。下列选项正确的是

A. M处导线受到的安培力沿MN连线指向N

B. M处导线受到的安培力垂直于MN连线向右

C. P点的磁场方向平行于MN连线向上

D. P点的磁场方向垂直于MN连线向右

5. 静电除尘原理是设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到正极A上。下列选项正确的是

A. 收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电

B. 收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电

C. 收集器A和电离器B之间形成的是匀强电场

D. 静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程

6. 如图所示，两块很大的平行金属板M、N正对放置，分别带有等量异种电荷，在两板间形成匀强电场，空间同时存在垂直纸面的匀强磁场。有一带电粒子在两板间恰能沿直线运动，速度大小为v₀。不计粒子重力。当粒子运动到P点时，迅速将M、N板间距增大少许，则此后粒子的运动情况是

A. 沿轨迹①做曲线运动

B. 沿轨迹④做曲线运动

C. 运动方向改变，沿轨迹②做直线运动

D. 运动方向不变，沿轨迹③做直线运动

7. 下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大速度行驶，则下列选项正确的是

A. 电动机的输入功率为576W

B. 电动机的线圈电阻为4

C. 该车获得的牵引力为104N

D. 该车受到的阻力为20N

8. 如图甲所示，N＝200匝的线圈（图中只画了2匝），电阻r＝2，其两端与一个R＝48的电阻相连。线圈内有垂直纸面向里的磁场，磁通量按图乙所示规律变化。下列选项正确的是

A. 电阻R两端b点比a点电势高

B. 电阻R两端的电压大小为10V

C. 0.1s时间内非静电力所做的功为0. 2J

D. 0.1s时间内通过电阻R的电荷量为0. 05C

9. 如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数比为n₁：n₂，原线圈接正弦交流电源，电压保持不变，副线圈接有电阻R和两个小灯泡，开关S保持闭合状态。电流表和电压表均可视为理想电表。开关S断开后，下列选项正确的是

A. 电流表A₂的示数增大

B. 电压表V₂的示数增大

C. 电压表V₁、V₂的示数之比为n₁：n₂

D. 电流表A₁、A₂的示数之比为n₁：n₂

10. 在研究电容器的充、放电实验中，把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器放电。电流传感器与计算机连接，记录这一过程中电流随时间变化的i-t图像如图乙所示，图线1表示电容器的充电过程，图线2表示电容器的放电过程。下列选项正确的是

A. 电容器放电过程中流过电阻R的电流方向向右

B. 电容器充电过程中电源释放的电能全部转化为电容器中的电场能

C. 图乙中图线1与横轴所围的面积，表示电容器充电后所带电荷量的大小

D. 图乙中形成图线2的过程中，电容器两极板间电压降低得越来越快

11. 如图所示，一个质量为m、带电荷量为+q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙绝缘细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。现给圆环向右的初速度v₀，在以后的运动过程中，圆环的带电量不变，不计空气阻力，关于圆环运动的v-t图像，下列选项中一定错误的是

12. 某同学把电流表、电池和一个定值电阻串联后，两端连接两支测量表笔，做成了一个测量电阻的装置，如图所示。两支表笔直接接触时，电流表的读数为5.00mA；两支表笔与300的电阻相连时，电流表的读数为2.00mA。下列选项正确的是

A. 若将电流表表盘刻度改为相应的电阻值，刻度仍然是均匀的

B. 用这个装置可以粗测电路中正常发光的小灯泡的阻值

C. 由题中数据可以求得这个装置的内阻为300

D. 用这个装置测量600的电阻时，电流表的示数为1.25mA

13. 一个质量为m、带电量为+q的小球，由长为l的细线吊在天花板下，空间有竖直向下的匀强磁场。现小球恰好以速率v₀在水平面内做匀速圆周运动，轨道平面与地面的距离为h，细线与竖直方向的夹角为，如图所示。已知重力加速度为g，空气阻力忽略不计。下列选项正确的是

A. 小球的向心加速度大小为a＝gtan

B. 由题中数据不能求得磁感应强度的大小

C. 某时刻剪断细线，小球将做平抛运动

D. 剪断细线后，小球落到地面时速度大小为

14. 金属导电是一个典型的导电模型，值得深入研究。一金属直导线电阻率为，若其两端加电压，自由电子将在静电力作用下定向加速，但电子加速运动很短时间就会与晶格碰撞而发生散射，紧接着又定向加速，这个周而复始的过程可简化为电子以速度v沿导线方向匀速运动。我们将导线中电流与导线横截面积的比值定义为电流密度，其大小用j表示，可以“精细“描述导线中各点电流的强弱。设该导线内电场强度为E，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e，电子在导线中定向运动时受到的平均阻力为f。则下列表达式正确的是

A. j＝nv B. ＝nev C. E＝j D. f＝nev

第二部分

本部分共6题，共58分。

15. （10分）探究感应电流方向的实验所需器材包括：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池（用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系）。

（1）实验现象：如图1所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。

图1

①线圈内磁通量增加时的情况

②线圈内磁通量减少时的情况

请填写表格中的空白项。

（2）实验结论：当穿过闭合线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向________（填写“相同“或“相反“）。

（3）总结提炼：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的________。

（4）拓展应用：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线ab中电流方向为________（填写“a到b”或“b到a”）。说明延时继电器的“延时“工作原理：_________。

图2

16. （8分）利用电流表（内阻约为0.1）和电压表（内阻约为3k）测定一节干电池的电动势和内阻（约为几欧），要求尽量减小实验误差。

（1）应该选择的实验电路是________（填写“甲“或“乙“）。

（2）处理实验中的数据得到如图丙所画图像，由此可得出干电池的内阻r＝________。（结果保留2位有效数字）

（3）本实验存在系统误差，经分析可知所测干电池的电动势比真实值_______（填写“偏大“或“偏小“）。

（4）为了较准确地测量电动势，有人设计了如图丁所示测量电路，E₀是稳压电源，AB是一根均匀的电阻丝，其电阻和长度成正比，Es是标准电池（电动势Es已知），Ex是待测电池（电动势Ex未知）。现合上开关S后，将开关S₁和S₂合到Es一侧，保持滑动接头处于D点不动，调整电阻R使电流计G中无电流。此后保持R不变，将开关S₁和S₂合向Ex一侧，这时移动滑动接头的位置，直到电流计中也没有电流为止。以X表示这时滑动接头的位置，已测得AD段距离为L_AD，AX段距离为L_AX，则可求得待测电源电动势Ex＝________。

17. （9分）利用电场或磁场都可以实现对带电粒子的控制。如图所示，电子由静止开始，从M板到N板经电场加速后获得速度v，并从A点以此速度垂直于磁场左边界射入匀强磁场，电子穿出磁场时速度方向和原来入射方向的夹角为30°。已知电子质量为m，带电量为e，磁场宽度为d。求：

（1）M、N板间的电压U；

（2）匀强磁场的磁感应强度B；

（3）电子在磁场中运动的时间t。

18. （9分）如图1所示，由均匀电阻丝做成的正方形单匝线圈的电阻为R，边长为l，线圈以恒定速度v垂直穿过匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，宽度为2l。从cd进入磁场开始计时，针对线圈穿过磁场的过程，完成下列问题：

图1 图2

（1）求线圈进入磁场的过程中感应电流的大小；

（2）取感应电流顺时针方向为正，在图2中画出线圈中的电流随时间变化的图像，标明图线关键位置的坐标值；

（3）若图2中线圈穿过磁场全程的电流变化与某交变电流一个周期的变化情况相同，求该交变电流的有效值。

19. （10分）如图1所示，绝缘细线的一端系一带正电小球，另一端固定在O点，整个装置处于光滑绝缘水平面上，整个空间存在一水平向右的匀强电场，电场强度大小为E，小球静止时处于A点，图2为俯视图。已知细线长度为L，小球质量为m，带电量大小为q，重力加速度为g，不计空气阻力，细线的长度不变。

图1 图2

（1）在水平面上将小球拉至位置O’，OO’垂直于电场线，使细线刚好伸直，然后将小球由静止释放。求小球到达A点时速度的大小；

（2）保持细线伸直，将小球在水平面上拉离A点一个很小的距离，由静止释放，小球将做简谐运动，类比单摆的周期公式求出小球做简谐运动的周期；

（3）在小球处于A点静止的情况下，突然撤掉水平面，O点位置不变，小球将在竖直面内运动。若E＝，不计空气阻力，求小球在之后的运动过程中细线拉力的最大值。

20. （12分）工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。

如图1是电磁流量计的示意图。圆形管道由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管道中的导电液体流过磁场区域时，用仪表测量出放置在管道壁上的M、N两个电极间的电势差，就可以知道管道中液体的流量Q。已知电极M、N间的距离等于管道的直径d，磁感应强度为B。假定管道中各处液体的流速相同，且液体始终充满整个管道。

图1 图2

（1）液体流动方向和磁场方向如图1所示，判断M、N哪个电极电势高；

（2）推导证明电极M、N间的电势差U与流量Q有正比关系，即UQ；并说明：用某一种导电液体标定仪表刻度盘，也适用于其他导电液体；

（3）理想情况下，在磁场恒定不变时电压的测量是稳定的，但导电液体在稳恒磁场长时间的作用下，液体中离子与电极接触的表面处会形成极化电场，干扰电压的测量。某一电磁流量计实际使用的磁场，其磁感应强度B与时间t的关系如图2中虚线所示，仪表只在每一个周期的特定时间段内测量M、N间的电势差，用于显示液体流量，请在图2中用实线在图线上标出这些时间段，并简要说明选定时间段的依据。

参考答案

第一部分

每题3分

第二部分

15. （10分）

（1）①竖直向下②竖直向上
（2分）

（2）相反
（2分）

（3）（磁场）磁通量的变化
（2分）

（4）a到b （2分）

S断开瞬间，线圈B中产生感应电流，保持铁芯中的磁性，所以衔铁不会马上被弹簧拉起，达到延时的作用

16. （8分）

（1）甲
（2分）

（2）2.4—2.6（2分）

（3）偏小（2分）

（4）（2分）

17. （9分）

解：（1）由
得
（3分）

（2）由几何关系可得r=2d，

洛伦兹力提供向心力

得
（3分）

（3）根据周期得定义有
所以（3分）

18. （9分）

解：（1）

（3分）

（2）如图所示

（3分）

（3）取一个周期，生热相同，列式如下

可得
（3分）

19. （10分）

解：（1）由动能定理有

得

（3分）

（2）此模型是在电场力作用下的简谐运动，类比单摆的周期公式

只要求出对应的加速度即可，qE=ma 得

代入上式得

（3分）

（3）根据重力电场力大小关系可知，动能最大的位置在与竖直方向成45°角斜向右下的位置，根据动能定理

结合

得

（用qE表示结果亦可）

20. （12分）

解：（1）N板电势高

（2）带电粒子在洛伦兹力作用下堆积于M、N处，当电荷不再堆积时，电势差达到稳定，此时，洛伦兹力和电场力平衡，设某电荷电量为q，M、N间为匀强电场，有

①
（2分）

②
（2分）

③

解得

④
（1分）

即 U∝Q （1分）

④式中比例系数与液体性质无关，因此只需用某一种导电液体标定刻度盘，即可用来测定其他导电液体的流量
（1分）

（3）标记如图所示

选择这些时间段用来测量并显示流量，使导电液体中的正、负电荷一段时间内向一侧堆积，接下来的另一段时间内向另一侧堆积，不会使导电液体与电极间的电场总恒定，从而消除了极化电场的影响。另外，每一个时间段内磁场都是恒定的，仪表显示流量是确定的，能够进行准确测量，但又不是恒定段都选，而是取中间段，避免边缘的变化影响。
（4分）

全卷评分说明：用其他方法解答正确，给相应分数。