北京市西城区2024-2025学年高三上学期1月期末物理试题（解析版）

高级中学名校试卷PAGE2025学年北京市西城区高三（上）期末物理试卷一、单选题：本大题共10小题，共30分。1.一辆汽车启动后在10s内速度达到，一列火车启动后达到这个速度需要60s，两车均可视为做匀变速直线运动。下列说法正确的是（）A.汽车的加速度大 B.火车的加速度大C.汽车通过的位移大 D.火车的平均速度大【答案】A【解析】AB．由加速度的定义式可得汽车与火车的速度变化量相同，时间越短加速度越大，故汽车的加速度比较大，故A正确，B错误；CD．两者都做匀加速运动，由平均速度求位移公式由于两车的初末速度相同，可得两车的平均速度相同，则时间越长位移越大，故火车通过的位移大，故CD错误。故选A。2.弹簧振子沿水平方向运动，其振动图像如图所示。下列说法正确的是（）A.振子的周期为6s B.振子的振幅为2cmC.时，振子的加速度最大 D.时，振子的速度为0【答案】C【解析】AB．根据图像可知振子的周期振子的振幅故AB错误；C．由图可知，时，振子在最大位移处，回复力最大，振子的加速度最大，故C正确；D．由图可知时，振子的位移为零，在平衡位置处，速度最大，加速度为零，故D错误。故选C。3.如图所示，带正电的小球A固定不动，质量为m的带电小球B通过绝缘丝线悬挂在铁架台上，小球B静止时，丝线与竖直方向的夹角为，两球球心在同一水平线上。若小球A的电荷量为，小球B的电荷量为，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A.小球B带负电B.小球B受到的静电力大小为C.小球受到丝线的拉力大小为D.小球B所在位置的电场强度大小为【答案】B【解析】A．对B球受力分析，电场力水平向右，属于排斥力，由于A球带正电，所以B球带正电，故A错误；BC．小球B受力如图所示根据平衡条件，可得小球B受到的静电力大小为小球受到丝线的拉力大小为故B正确，C错误；D．根据电场强度的定义式，可得小球B所在位置的电场强度大小为故D错误。故选B。4.理想变压器原线圈与交流电源连接，电压不变，副线圈通过导线连接两个相同的灯泡L1和L2，开始时开关S是断开的，如图所示．在S接通后，以下说法正确的是（）A.灯泡L1两端的电压减小B.通过灯泡L1的电流增大C.原线圈中的电流减小D.变压器的输入功率增大【答案】D【解析】A．由理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系可得，理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的，由于输入电压和匝数比不变，所以副线圈的输出电压也不变，则灯泡L1两端的电压不变，A错误；B．当S接通后，小灯泡和并联，电路中的总电阻减小，副线圈的电流增大，因为小灯泡两端电压不变，所以通过灯泡的电流不变，B错误；C．由理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系可得，原线圈中的电流增大，C错误；D．由于变压器的输入的功率和输出的功率相等，由于副线圈的电阻减小，输出的功率增大，所以原线圈的输入的功率也增大，D正确。故选D。5.如图所示，质量相同的三个小物块a、b、c处在同一高度，光滑斜面固定在水平地面上。将a和b由静止释放，同时将c沿水平方向抛出。不计空气阻力，下列说法正确的是（）A.三个物块同时落地 B.三个物块动能变化量相同C.三个物块落地前瞬间的动能相同 D.重力对三个物块的冲量相同【答案】B【解析】AD．由于平抛运动的竖直分运动为自由落体，由，得故b、c下落时间相同，根据可知，重力对b、c两物体的冲量相同；但根据牛顿第二定律以及运动学公式可知可得a的下落时间与b、c的下落时间不同，故三个物体受重力的冲量不同，故AD错误；BC．由题意可知，三个物体下落的过程只有重力做功，重力对三个物体做功相同，根据动能定理可知三个物块动能的变化量相同，c的初动能不为零，故落地瞬间c的动能较大，a、b的动能相同，故B正确，C错误。故选B。6.把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动，如图所示。若圆周运动的半径越大，则小球（）A.对漏斗壁的压力越大 B.加速度越小C.角速度越小 D.线速度越小【答案】C【解析】小球在漏斗中做圆周运动受力情况如图A．根据平衡条件得可知无论轨道半径的大小如何，漏斗壁对小球的支持力大小都是相等，结合牛顿第三定律可知，对漏斗壁的压力大小也相同，故A错误；BCD．水平方向上，由牛顿第二定律可知加速度a大小相等，R越大的，角速度越小，线速度v越大，故C正确，BD错误。故选C。7.一种发电装置如图所示。一对水平放置的平行金属板A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场，A、B就是直流电源的两个电极。下列说法正确的是（）A.A板的电势高于B板 B.仅增大等离子体的速度，电源的电动势增大C.仅增大两极板的面积，电源的电动势增大 D.仅增大两极板的间距，电源的电动势不变【答案】B【解析】A．由左手定则，可知等离子体中的正电荷受力向B极板偏转，负电荷受力向A极板偏转，即A极板的电势低于B板，故A错误；BCD．稳定状态下，由等离子体受到的洛伦兹力与电场力平衡，即可得到电源电动势故仅增大等离子体的速度，电源电动势增大；仅增大极板间面积，电源电动势不变；仅增大极板间距，电源电动势增大，故B正确，CD错误。故选B。8.若地球是质量均匀分布的球体，测得两极附近的重力加速度为，赤道附近的重力加速度为。在赤道地面上，一个质量为m的物体随地球自转。则物体（）A.受到的万有引力大小等于B.对地面的压力大小等于C.受到的向心力大小等于D.受到的合力大小等于【答案】D【解析】ACD．在两极物体受到的万有引力大小为地球看成质量均匀分布的球体，则物体在赤道受到的向心力大小等于在两极物体受到的万有引力大小，所以物体在赤道受到的万有引力大小等于。在赤道地面上，设物体受到的向心力大小为，则有可得所以物体受到的合力大小故AC错误，D正确；B．物体对地面的压力大小故B错误。故选D。9.在水平面上，质量为m、速度大小为v的A球与质量为3m的静止的B球发生正碰。碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的。下列说法正确的是（）A.碰撞后A球的速度一定反向B.碰撞后B球的速度大小可能是C.碰撞过程A球对B球的冲量最大值为D.碰撞过程两球损失的机械能最多为【答案】C【解析】A．根据动量守恒定律可知，若两球发生完全非弹性碰撞，则碰撞后两球以相同的速度向A球原运动方向运动，故碰撞后A球的速度不一定反向，故A错误；B．当两球发生弹性碰撞时，碰撞后B球的速度最大，设为，以碰撞前A球的运动方向为正方向，根据动量守恒定律与机械能守恒定律得联立解得可知碰撞后B球的速度大小不可能是，故B错误；C．当两球发生弹性碰撞时，碰撞后B球的速度最大，碰撞过程A球对B球的冲量最大，设为。根据B选项的结果，由动量定理得故C正确；D．当两球发生完全非弹性碰撞时，碰撞过程两球损失的机械能最多，设碰撞后两球的速度为，以碰撞前A球的运动方向为正方向，根据动量守恒定律得根据能量守恒定律得碰撞过程两球损失的机械能最多为：联立解得故D错误。故选C。10.如图所示，两个带等量正电的点电荷位于M、N两点，E、F是MN连线中垂线上的两点，O为EF、MN的交点。一带负电的试探电荷在E点由静止释放后，仅在静电力作用下，恰好运动至F点。若两个点电荷的电荷量均变为原来的两倍，则（）A.E点的电场强度变为原来的4倍B.E点和O点的电势差变为原来的2倍C.试探电荷运动到O点的动能变为原来的4倍D.试探电荷运动到F点的时间变为原来的倍【答案】D【解析】ABC．根据电场公式，若两个点电荷的电荷量均变为原来的两倍，根据等量正点电荷连线中垂线上电场强度分布可知，每点电场强度都将变为原来两倍，对应相同试探电荷在每点受到电场力变为原来两倍，移动相同距离电场力做功变为原来两倍；E点和O点的电势差变为原来的2倍，试探电荷运动到O点的动能变为原来的2倍，故ABC错误；D．由以上分析得加速度变为原来2倍，位移不变，由公式时间变为原来倍，故D正确。故选D。二、多选题：本大题共4小题，共12分。11.如图甲所示，在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一导体圆环。规定磁场向上为正，磁感应强度B随时间t按图乙变化，则导体圆环（）A.在内感应电流方向不变 B.在时感应电流为零C.在内感应电流大小不变 D.在内有收缩趋势【答案】AC【解析】AD．根据楞次定律判断可知内与内，感应电流方向相同，均为俯视图顺时针，在内磁通量先减小后增大，根据楞次定律“增缩减扩”推论，线圈先由扩张趋势，后有收缩趋势，故A正确，D错误；BC．在时磁通量为零，但磁通量变化率不为零，感应电动势不为零，感应电流不为零，在内磁通量变化率不变，感应电动势不变，感应电流大小不变，故B错误，C正确。故选AC。12.某型号酒精测试仪的工作原理如图所示，为气敏电阻，其阻值随气体中酒精浓度的增大而减小，为定值电阻。测试仪在使用前先进行调零，即当气体中的酒精浓度为0时，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为，调零后保持滑片的位置不变。测试时，当气体中的酒精浓度达到判定酒驾的临界浓度时，报警器启动报警。下列说法正确的是（）A.报警器报警时，电压表示数大于B.气体中酒精浓度越大，电路中的电流越小C.若电源的内阻增大，电动势不变，调零时应将滑片向左移D.若电源的内阻增大，电动势不变，使用前未重新调零，会导致启动报警时酒精浓度比临界浓度大【答案】AD【解析】AB．由题意可知，浓度变大时，气敏电阻值的阻值变小，结合闭合电路欧姆定律，可得到电压表的示数电流即在变小时，I增大，U增大，即报警器报警时电压表示数大于，故A正确，B错误；C．电源电动势不变，内阻增大时，电流故电流减小；电压表的示数表达式，为使气敏电阻达到同样阻值时，电压表示数达到报警时的电压，即报警时的电流表示数应不变，则需要减小调零时阻值，以消除内阻变化的影响，即其滑片应向右移，故C错误；D．电源电动势不变，内阻增大时，电流故电流减小；电压表的示数表达式，若未重新调零，为使电压表示数达到报警时的电压，则气敏电阻值应更小，即会导致启动报警时酒精浓度比临界浓度大，故D正确。故选AD。13.蹦极是一种极限运动，可简化为如下模型：弹性绳拉伸时可视为轻弹簧，弹性势能，其中x是弹性绳的形变量，k是劲度系数；人视为质点，从O点开始自由下落，始终在一竖直线上运动。人在运动过程中受到的空气阻力忽略不计。若人的质量越大，则（）A.人向下运动的最大速度越小 B.人向下运动的最大速度越大C.人在最低点时的加速度越小 D.人在最低点时的加速度越大【答案】BC【解析】AB．设轻弹簧原长为L，劲度系数为k，人的质量为m，最大速度为v。当人的加速度为零时，速度最大，则有从开始下落到速度最大时，由动能定理有联立以上两式可得可知，人的质量越大，人向下运动的最大速度越大，故A错误，B正确；CD．在最低点时，根据牛顿第二定律有从开始下落到最低点时，由动能定理有联立以上两式可得可知，人的质量越大，人在最低点时的加速度越小，故C正确，D错误。故选BC。14.利用声波将物体悬浮在空中的技术在多领域有应用前景。某悬浮装置的示意图如图所示，上方为超声波发射端，下方为反射端。发射端发出单一频率的超声波与经反射端反射回的同频率的超声波叠加。调节反射端与发射端的间距达到合适的距离时，各质点的振幅不随时间变化，称为驻波。驻波中振幅最小的地方称为波节，理论表明，发射端和反射端都为波节。在超声波频率一定的情况下，波节的位置是确定的。驻波形成后，一些轻小物体就可以悬浮在轴线上相邻波节的中点位置。下列说法正确的是（）A.发射端与反射端的距离应等于超声波波长的整数倍B.悬浮位置间的最小距离小于超声波的波长C.悬浮位置间的最小距离与超声波的频率成反比D.增大超声波的频率，为使悬浮位置的数目不变，必须增大发射端与反射端的距离【答案】BC【解析】A．超声波是纵波，为了研究方便，图中画成了横波形式，如果发射端和反射端的间距为倍波长，如图所示，仍然可以形成驻波，故A错误；B．由图可知相邻波结的间距为波长的一半，由题意，可知悬浮位置间的最小距离也为波长的一半，故B正确；C．波长与频率f成反比，悬浮位置间的最小距离为波长的一半，则这个距离也与频率成反比，故C正确；D．若增大频率，由C的分析，悬浮位置间的最小距离减小，若不改变发射端与反射端的距离可知悬浮位置数量会增加。要想悬浮位置的数目不变，需减小发射端与反射端的距离，故D错误。故选BC。三、实验题：本大题共2小题，共18分。15.把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充、放电过程。（1）先将开关S接1，观察到电流表示数（）A.逐渐增大到某一值后保持不变B.逐渐增大到某一值后迅速减小C.迅速增大到某一值后保持不变D.迅速增大到某一值后逐渐减小（2）待电压表示数稳定后，将开关S接2，测得电流随时间变化的图线如图2所示。则放电过程中通过R的电荷量________C（结果保留2位有效数字）。（3）该同学在分析数据时，用电容器的电容与充电后电压表稳定示数的乘积求出电荷量，他发现与有明显差异。多次重复实验发现这种差异总是存在。请判断________（选填“>”或“<”），产生这一差异是由于________的影响（选填“电流表”、“电压表”或“电阻”）。【答案】（1）D（2）（3）<电压表【解析】（1）先将开关S接1，电源给电容器充电，电路中存在充电电流，且随着电荷量的增多，充电电流逐渐减小为零，所以观察到电流表示数是迅速增大到某一值后逐渐减小。故选D。（2）图像与坐标轴所围面积表示电荷量，所以通过电阻R的电荷量为（3）[1][2]因为有电压表的存在，所以在放电时总有一部分电荷经过电压表放电，电容器所带电荷量不能全部经过电阻R，所以产生这一差异是由于电压表的影响。16.某同学利用如图1所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。（1）除小车、砂和桶、打点计时器（含纸带、复写纸）、导线、开关等器材外，在下面的器材中，必须使用的有______（填选项前的字母）。A.电压可调的直流电源B.电压合适的50Hz交流电源C.刻度尺D.秒表E.天平（2）在设计“探究加速度与力的关系”的实验时，需要思考如何测“力”。为简化“力”的测量，在______后，小车受到的合力等于绳的拉力，在______后，可以认为绳的拉力近似等于砂和桶的总重力。（填选项前的字母）A.调整木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动B.调节滑轮的高度，使细绳与木板平行C.使砂和桶的总质量远小于小车的质量（3）将打点计时器接在电源上，某次实验得到的纸带及部分实验数据如图2所示，相邻计数点间有四个点未画出。则小车的加速度______（结果保留2位有效数字）。（4）最早出现的验证牛顿第二定律的设备是“阿特伍德机”，某同学改造后的装置如图3所示，质量均为M的重物A、B通过细绳连接，挂在滑轮上。将质量为m的物块C套挂在A的上方，三个物体从图示位置由静止释放。AC一起下降到挡板D处后，C被挡板挡住，AB继续运动。已知重力加速度为g。为验证牛顿第二定律，该同学借助刻度尺和秒表进行了测量，请写出需要测量的物理量，并推导测量量与M、m、g之间应满足的关系式_________。【答案】（1）BCE（2）AB##BAC（3）051（4）【解析】【小问1详析】AB．打点计时器需要电压合适的50Hz交流电源，不能用直流电，故A错误，B正确；C．本实验需要用刻度尺测量纸带上点迹之间的距离，故C正确；D．打点计时器测量时间仪器，不需要秒表，故D错误；E．根据实验原理，需要用天平测量小车质量、砂和桶的总质量，故E正确。故选BCE。【小问2详析】根据实验原理，本实验需要平衡摩擦力，需要用绳子的拉力表示合力，需要用砂和桶的重力代替绳子的拉力，因此要调整木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动，在小车运动过程中要保证小车所受拉力不变，所以需要调节滑轮的高度，使细绳与木板平行，使砂和桶的总质量远小于小车的质量，这样可以认为砂和桶的总重力等于细绳的拉力；所以为简化“力”的测量，在AB后，小车受到的合力等于绳的拉力，在C后，可以认为绳的拉力近似等于砂和桶的总重力。【小问3详析】相邻两计数点之间的时间间隔为根据逐差法，小车的加速度解得【小问4详析】需要测量的物理量是：物体A、C下落到挡板D的位移h和下落时间t；设物体A、C的加速度为a，则有设绳的拉力为F，如果牛顿第二定律成立，在该过程中有对A和C：对B：可知测量量h、t与M、m应满足的关系式为四、计算题：本大题共4小题，共40分。17.秋千由踏板和绳构成，小孩随秋千的摆动过程可简化为单摆的摆动。等效“摆球”的质量为m，摆长为l，绳与竖直方向的最大夹角为。不计一切摩擦和空气阻力，重力加速度大小为g。（1）求“摆球”通过最低点时速度的大小v；（2）求“摆球”通过最低点时受到拉力的大小F；（3）若“摆球”在最低点静止时被大人推动，推若干次后，绳与竖直方向的最大夹角达到，求此过程中大人对“摆球”做的功W。【答案】（1）（2）（3）【解析】【小问1详析】“摆球”从最高点到最低点的过程中，根据动能定理可得解得【小问2详析】“摆球”通过最低点时，根据牛顿第二定律可得联立，解得【小问3详析】“摆球”从静止在最低点开始至达到最大摆角的过程中，根据动能定理可得解得18.如图所示，矩形区域abcd内存在垂直于纸面的匀强磁场。ab边长为，ad边长为2L。位于ad边中点S处的粒子源，不断地沿着垂直ad边的方向发射质量为m、电荷量为q、初速度为v的带电粒子，带电粒子恰好从b点射出。在此区域加上沿ad方向的匀强电场后，带电粒子恰好做匀速直线运动。不计带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力。（1）求匀强磁场的磁感应强度大小B；（2）求匀强电场的电场强度大小E；（3）仅撤去磁场，请通过推导判断带电粒子将从矩形区域的哪一边界射出？【答案】（1）（2）（3）从矩形区域的bc边射出【解析】【小问1详析】带电粒子在匀强磁场中运动轨迹如图设带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为R，由几何关系解得根据牛顿第二定律解得【小问2详析】加上匀强电场后，带电粒子做匀速直线运动，根据平衡条件有解得【小问3详析】撤去磁场后，带电粒子做匀变速曲线运动，假设带电粒子从bc边射出，根据牛顿第二定律可知带电粒子沿初速度方向做匀速直线运动，则垂直于初速度方向做匀变速直线运动，偏移量即由可知，带电粒子从bc边射出。19.某星系中有大量的恒星和星际物质，主要分布在半径为2R的球体内，球体外仅有极少的恒星。球体内物质总质量为M，可认为均匀分布。如图1所示，以星系中心为坐标原点O，沿某一半径方向为x轴正方向，在x=R处有一质量为m的探测器，向着星系边缘运动。已知万有引力常量为G。（1）已知质量均匀分布球壳对壳内物体的引力为零，推导探测器在星系内受到的引力大小F随x变化的规律。（2）求探测器从x=R处沿x轴运动到球体边缘的过程中引力做的功W。（3）若探测器在x=R处的速度方向与x轴的夹角为45°，如图2所示。探测器仅在引力作用下运动到距离星系中心最远时，恰好到达球体的边缘。已知探测器在运动过程中，它与星系中心的连线在相等时间内扫过的面积相等，且引力做功与路径无关。忽略探测器与恒星及星际物质的碰撞，求探测器在x=R处速度的大小v0。【答案】（1）（2）（3）【解析】【小问1详析】星系内以x为半径的球体质量质量为m的探测器在x处受到万有引力的大小解得【小问2详析】由上问可知F∝x，则探测器运动至球体边缘的过程中平均力解得万有引力做功【小问3详析】探测器离星系中心最远时，远离中心方向的速度为0，则探测器的速度方向垂直于它与中心的连线，设此时探测器速度大小为v1，探测器运动至球体边缘的过程中，探测器与星系中心的连线在相等时间扫过相等面积有根据动能定理有解得20.在高压变压器中，线圈绕阻散发的热量通常用流动的绝缘油通过循环带走，离子泵是一种驱动绝缘油循环流动的装置。如图1所示，离子泵的核心为横截面积