2012-2013学年北京市海淀区高三（上）期末物理试卷（解析版）

一、选择题

1. 难度：中等

两个放在绝缘架上的相同金属球相距r，球的半径比r小得多，带电量大小分别为q和3q，相互斥力大小为3F．现将这两个金属球相接触，然后分开，仍放回原处，则它们之间的相互作用力大小将变为（ ）
A．F
B．
C．4F
D．2F

2. 难度：中等

如图所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压，副线圈接一可变电阻R．在其他条件不变的情况下，为使变压器输入功率增大，下面的措施正确的是（ ）
A．仅增加原线圈匝数n₁
B．仅增加副线圈匝数n₂
C．仅减小电阻R的阻值
D．仅增大电阻R的阻值

3. 难度：中等

将定值电阻R₁=10Ω、R₂=20Ω串连接在正弦交流电路中，通过电阻R₂的电流i随时间t变化的情况如图所示．则（ ）
A．通过R₁的电流有效值是1.2A
B．R₁两端的电压有效值是6V
C．通过R₂的电流有效值是1.2A
D．R₂两端的电压有效值是6V

4. 难度：中等

如图所示，由两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器的极板N与静电计相接，极板M接地．用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差U．在两板相距一定距离d时，给电容器充电，静电计指针张开一定角度．在整个实验过程中，保持电容器所带电量Q不变，下面哪些操作将使静电计指针张角变小（ ）

A．将M板向下平移
B．将M板沿水平向左方向远离N板
C．在M、N之间插入云母板（介电常数ε＞1）
D．在M、N之间插入金属板，且不和M、N接触

5. 难度：中等

如图所示，一簇电场线的分布关于y轴对称，O是坐标原点，M、N、P、Q是以O为圆心的一个圆周上的四个点，其中M、N在y轴上，Q点在x轴上，则（ ）

A．M点的电势比P点的电势高
B．OM间的电势差等于NO间的电势差
C．一正电荷在O点时的电势能小于在Q点时的电势能
D．将一负电荷由M点移到P点，电场力做正功

6. 难度：中等

氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在图所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值，电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是（ ）

A．U越大，表示ρ越大，ρ与U成正比
B．U越大，表示ρ越小，ρ与U成反比
C．U越大，表示ρ越大，但ρ与U无关
D．U越大，表示ρ越小，但ρ与U无关

7. 难度：中等

如图所示，电路中A，B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大，电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大的电容器．当S闭合与断开时，A、B灯泡的发光情况是（ ）
A．S刚闭合后，A亮一下又逐渐变暗直至熄灭，B逐渐变亮
B．S刚闭合后，B亮一下又逐渐变暗直至熄灭，A逐渐变亮
C．S闭合足够长时间后，A和B都一样亮
D．S闭合足够长时间后再断开，B立即熄灭，而A逐渐熄灭

8. 难度：中等

如图甲所示，在2L≥x≥0的区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面（纸面）向里，具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合，bc边长为L．令线框从t=0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流I（取逆时针方向的电流为正）随时间t的函数图象可能是图乙中的哪一个？（ ）
A．
B．
C．
D．

9. 难度：中等

霍尔式位移传感器的测量原理是：如图所示，有一个沿z轴方向的磁场，磁感应强度B=B+kz（B，k均为常数），将传感器固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当物体沿z轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向上的上、下表面的电势差U也不同．则（ ）

A．磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大
B．k越大，传感器灵敏度（）越高
C．若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高
D．电流I取值越大，上、下表面的电势差U越小

10. 难度：中等

狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布（如图甲所示），距离它r处的磁感应强度大小为（k为常数），其磁场分布与负点电荷Q的电场（如图乙所示）分布相似．现假设磁单极子S和负点电荷Q均固定，有带电小球分别在S极和Q附近做匀速圆周运动．则关于小球做匀速圆周运动的判断正确的是（ ）

A．若小球带正电，其运动轨迹平面可在S的正上方，如图甲所示
B．若小球带正电，其运动轨迹平面可在Q的正下方，如图乙所示
C．若小球带负电，其运动轨迹平面可在S的正上方，如图甲所示
D．若小球带负电，其运动轨迹平面可在Q的正下方，如图乙所示

二、解答题

11. 难度：中等

用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻．蓄电池的电动势约为2V，内电阻很小．除蓄电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有：
A．电压表（量程3V）；
B．电流表（量程0.6A）；
C．电流表（量程3A）；
D．定值电阻R（阻值4Ω，额定功率4W）；
E．滑动变阻器R（阻值范围0-20Ω，额定电流1A）
（1）电流表应选______；（填器材前的字母代号）．
（2）根据实验数据作出U-I图象（如图乙所示），则蓄电池的电动势E=______ V，内阻r=______Ω．

12. 难度：中等

某同学用电压表和电流表测量R_x的电阻，已知电压表内阻约3kΩ，电流表内阻约1Ω．

（1）某同学用如图甲所示电路测量电阻R_x，R_x的测量值比真实值______（选填“偏大”或“偏小”）；若被测电阻R_x的阻值约为10Ω，应采用图______（选填“甲”或“乙”）所示由路误差会比较小．
（2）无论是用图甲还是图乙所示电路测量，都不可避免地会产生由电表内阻引起的系统误差．某学习小组设计了以下方案，以避免电表内阻引起的系统误差．该方案利用图丙所示的电路进行测量，主要实验步骤如下：
第一步：将单刀双掷开关S₂接2，闭合开关S₁，调节滑动变阻器R_p1和R_p2，使电表读数接近满量程，但不超过量程，记录此时电压表和电流表的示数U₁、I₁
①请你写出第二步操作步骤，并说明需要记录的数据；______
②用测得数据计算被测电阻阻值的计算式是R_x=______．
③简要说明此实验方案为什么能避免由电表内阻引起的实验误差．______．

13. 难度：中等

如图所示，在水平向右场强为E的匀强电场中，有一质量为m、电荷量为q的占由荷从A点由静止释放，仅在由场力的作用下经时间t运动到B点．求．
（1）点电荷从A点运动到B点过程中电场力对点电荷做的功；
（2）A、B两点间的电势差．

14. 难度：中等

如图所示，空间同时存在水平向右的匀强电场和方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．质量为m，电荷量为q的液滴，以某一速度沿与水平方向成θ角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域，在时间t内液滴从M点匀速运动到N点．重力加速度为g．
（1）判定液滴带的是正电还是负电，并画出液滴受力示意图；
（2）求匀强电场的场强E的大小；
（3）求液滴从M点运动到N点的过程中电势能的变化量．

15. 难度：中等

如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L=0.50m，导轨平面与水平面间夹角θ=37，N、Q间连接一个电阻R=5.0Ω，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B=1.0T．将一根质量m=0.050kg的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计．现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s=2.0m．已知g=10m/s²，sin37°=0.60，cos37°=0.80．求：
（1）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小；
（2）金属棒达到cd处的速度大小；
（3）金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量．

16. 难度：中等

下图是用直流发电机为保温室中电热器供电的电路图，直流发电机的电动势为250V，内阻为0.50Ω，输电线电阻R₁=R₂=1.0Ω．保温室中装有若干只完全相同的电热器用来调节室温，每只电热器的额定电压为200V，额定功率为1000W，其他电阻不计，也不考虑电热器电阻随温度的变化．求：
（1）为使电热器能正常工作，应接入多少个电热器；
（2）在电热器正常工作状态下，直流发电机对保温室供热的效率；
（3）保温室内的电热器可能消耗的最大电功率．

17. 难度：中等

如图所示，水平地面上方有一高度为H、上、下水平界面分别为PQ、MN的匀强磁场，磁感应强度为B．矩形导线框ab边长为l₁，bc边长为l₂，导线框的质量为m，电阻为R．磁场方向垂直于线框平面向里，磁场高度H＞l₂．线框从某高处由静止落下，当线框的cd边刚进入磁场时，线框的加速度方向向下、大小为；当线框的cd边刚离开磁场时，线框的加速度方向向上、大小为．在运动过程中，线框平面位于竖直平面内，上、下两边总平行于PQ．空气阻力不计，重力加速度为g．求：
（1）线框的cd边刚进入磁场时，通过线框导线中的电流；
（2）线框的ab边刚进入磁场时线框的速度大小；
（3）线框abcd从全部在磁场中开始到全部穿出磁场的过程中，通过线框导线横截面的电荷量．

18. 难度：中等

图甲所示，平行金属板PQ、MN水平地固定在地面上方的空间，金属板长 l=20cm，两板间距d=10cm，两板间的电压U_MP=100V．在距金属板M端左下方某位置有一粒子源A，从粒子源竖直向上连续发射速度相同的带电粒子，射出的带电粒子在空间通过一垂直于纸面向里的磁感应强度B=0.20T的圆形区域匀强磁场（图中未画出）后，恰好从金属板 PQ左端的下边缘水平进入两金属板间，带电粒子在电场力作用下恰好从金属板MN的右边缘飞出．已知带电粒子的比荷=2.0×10⁶C/kg，粒子重力不计，计算结果保留两位有效数字．

求：（1）带电粒子射人电场时的速度大小；
（2）圆形匀强磁场区域的最小半径；
（3）若两金属板间改加如图乙所示的电压，在哪些时刻进入两金属板间的带电粒子不碰到极板而能够飞出两板间．