北京四中2021年高三下学期开学考试理综物理试题 Word版

本试卷共16

页，共300分。考试时长150分钟

可能用到的相对原子质量：

H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Mg 24 Cl 35.5

第一部分（选择题 共120分）

本部分共20题，每小题6分，共120分。在每小题列出的四个选项中，选 出最符合题目要求的一项。

13．下列说法正确的是:

A ．液体中悬浮的微粒的无规则运动称为布朗运动

B ．液体分子的无规则运动称为布朗运动

C ．物体从外界吸收热量，其内能一定增加

D ．物体对外界做功，其内能一定减少

14．一束可见光a 由三种单色光m 、p 、n 组成。光束a 通过三棱镜后情况如图所示，检测发现单色光p 能使某金属产生光电效应，下列叙述正确的是:

A ．真空中单色光m 的波长大于n 的波长

B ．单色光m 的频率大于n 的频率

C ．单色光n 一定可以使该金属发生光电效应

D ．在三棱镜中，单色光m 的光速大于n 的光速

15．一列简谐横波沿x 轴传播，t ＝0时刻的波形如图甲所示，此时质点P 正沿y 轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是:

a

m p n

A ．沿x 轴正方向，30 m/s

B ．沿x 轴负方向，30 m/s

C ．沿x 轴正方向，60 m/s

D ．沿x 轴负方向，60 m/s

16．我国的“神舟七号”飞船于2008年9月25日晚9时10分载着3名宇航员顺利升空，并成功“出舱”和安全返回地面。当“神七”在绕地球做半径为r 的匀速圆周运动时，设飞船舱内质量为m 的航天员站在可称体重的台秤上。用R 表示地球的半径，g 表示地球表面处的重力加速度，g ′表示飞船所在处的向心加速度，N 表示航天员对台秤的压力，不考虑地球自转，则下列关系式中正确的是：

A ．g ′=0

B ．N =mg

C ．g r R g 22='

D ．mg r

R

N =

17．如图所示，在水平光滑地面上有A 、B 两个木块，A 、B 之间用一轻弹簧连接。A 靠在墙壁上，用力F 向左推B 使两木块之间弹簧压缩并处于静止状态。

若突然撤去力F ，则下列说法中正确的是:

A ．木块A 离开墙壁前，A 、

B 和弹簧组成的系统动量守恒，机械能也守恒 B ．木块A 离开墙壁前，A 、B 和弹簧组成的系统动量不守恒，但机械能守恒

C ．木块A 离开墙壁后，A 、B 和弹簧组成的系统动量守恒，机械能不守恒

D ．木块A 离开墙壁后，A 、B 和弹簧组成的系统动量不守恒，但机械能守恒

18.如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系

一小球a 和b 。a 球质量为m ，静置于地面；b 球质量为3m ，用手托往，高度为h ，此

时轻绳刚好伸直。从静止开始释放b 后，a 可能达到的最大高度到地面的距离为：

A ．h B. 1.5h C. 2h D. 2.5h

图6

E

R

电流

传感器

1 2

S

C 甲

t

0 I

1

2

乙

19．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。与电流传感器相连接的计算机所记录这一过程中电流随时间变化的I-t 曲线如图乙所示。下列关于这一过程的分析，正确的是：

A ．在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间电压逐渐减小

B ．在形成电流曲线2的过程中，电容器的电容逐渐减小

C ．曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积

D ．S 接1端，只要时间足够长，电容器两极板间的电压就能大于电源电动势

E 20．如图1所示，光滑平行金

属导轨

MN 、PQ 所在平面与水平面成θ角，

M 、P 两端

接有阻值为R 的定值电阻。阻值为r

的金属棒ab 垂直导轨放置，其它部分电阻不

计。整个装

置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。从t = 0时刻

开始棒受到

一个平行于导轨向上的外力F ，由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直，且接触良好，通过R 的感应电流随时间t 变化的图象如图2所示。下面分别给出了穿过回路abPM 的磁通量Φ、磁通量的变化率

Δt

ΔΦ

、棒两端的电势差ab U 和通过棒的电荷量q 随时间变化的图象，其中正确的是（ ）

第二部分（非选择题 共180

分）

本部分共11

小题，共180分

21．（18分）实验题：

（1）(6分)某同学通过实验测量一根长度为L 的电阻丝的电阻率。 ①由图甲可知电阻丝的直径D =________mm 。

A

B

C

D

图2

图1

②将如下实验操作补充完整：

按图乙连接电路，将滑动变阻器R 1的滑片P 置于B 端；将S 2拨向接点1，闭合S 1，调节R 1，使电流表示数为I 0；将电阻箱R 2的阻值调至最大，S 2拨向接点2， ，使电流表示数仍为I 0，记录此时电阻箱的示数为R 2。

③此电阻丝的电阻率的表达式=ρ 。(用已知量和所测物理量的字母表示) (2)（12分）两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的

A 、

B 两

球的碰撞来验证动量守恒定律。

①实验中必须满足的条件是 。 A ．斜槽轨道尽量光滑以减小误差 B ．斜槽轨道末端的切线必须水平

C ．入射球A 每次必须从轨道的同一位置由静止滚下

D ．两球的质量必须相等

②测量所得入射球A 的质量为m A ，被碰撞小球B 的质量为m B ，图甲中O 点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A 从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P ，测得平抛射程为OP ；再将入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B 相撞，分别找到球A 和球B

相撞后的平均落点M 、N ，测得平抛射程分别为OM 和ON 。当所测物理量满足表达式 时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式 ___________________时，则说明两球

M P N

O A

B

图甲

甲

4 5

35

40 30

45 E r B

A P R S R 2 电阻丝1

2

S 2

乙

A

的碰撞为完全弹性碰撞。

③乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，

用来记录实验中球A 、球B 与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A 从

斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B ′；然后将木条平移到

图中

所示位置，入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P ′；再将入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，与球B 相撞，确定球A 和球B 相撞后的撞击点分别为M ′和N ′。测得B ′与N ′、P ′、M ′各点的高度差分别为h 1、h 2、h 3。若所测物理量满足表达式 时，则说明球A 和球B 碰撞中动量守恒。

22．（16分）如图所示，在一足够大的空间内存在着水平向右的

匀强电场，电场强

度大小E =3.0×104 N/C 。有一个质量m =4.0×10-3 kg 的带电小球，用绝缘轻细线悬挂起来，静止时细线偏离竖直方向的夹角θ=37°。取g =10 m/s 2，

sin37

=0.60，

cos37=0.80，不计空气阻力的作用。 （1）求小球所带的电荷量及电性；

（2）如果将细线轻轻剪断，求细线剪断后，小球运动的加速度大小；

（3）从剪断细线开始经过时间t =0.20 s ，求这一段时间内小球电势能的变化量。 23．(18分) 飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析。如图所示，在

真空状态下，自脉冲阀P 喷出微量气体，经激光照

射产生不同正离子，自a 板小孔进入a 、b 间的加速

电场，从b 板小孔射出，沿中线方向进入M 、N 板间的方形区域，然后到达紧靠在其右

侧的探测器。

图乙

N ′ B ′ P ′ 木条 A

B

M ′

h 1 h 2

h 3

m

E

P

a

b

N L

L

d

激

光束

探测器

已知极板a、b间的电压为U0，间距为d，极板M、N的长度和间距均为L。不计离子重力及经过a板时的初速度。

q，q和m （1）若M、N板间无电场和磁场，请推导出离子从a板到探测器的飞行时间t与比荷k（k=

m

分别为离子的电荷量和质量）的关系式；

（2）若在M、N间只加上偏转电压U1，请论证说明不同正离子的轨迹是否重合；

（3）若在M、N间只加上垂直于纸面的匀强磁场。已知进入a、b间的正离子有一价和二价的两种，质量均为m，元电荷为e。要使所有正离子均能通过方形区域从右侧飞出，求所加磁场的磁感应强度的最大值B m。

24．（20分）一倾角为θ＝45°的斜面固定于地面，斜面顶端离地面的高度h0＝1m，斜面底端有一垂直于斜面的固定挡板。在斜面顶端自由释放一质量

m＝0.09kg的小物块（视为质点）。小物块与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.2。设小物块与挡板碰撞过程中无能量损失。重力加速度g＝10 m/s2。

（1）求小物块第一次与挡板碰撞前的速度；

（2）求小物块运动的总路程；

（3）求停止运动前，小物块对挡板的总冲量。

参考答案（物理部分）

1314151617181920

A B

D

C

B

B

C

A

21（1）①0.377～0.379 （2分） ②(保持R 1不变)调节R 2 （2分）

③ L

D R 4π2

2=ρ （2分）

（2）（12分）（1）BC （3分）

（2）m A ·OP = m A ·OM + m B ·ON （3分）；OP +OM =ON （3分） （3）

2

h m A

=

3h m A + 1

h m

B （3分）

22.（1）小球受到重力mg 、电场力F 和绳的拉力T 的作用，由共点力平衡条件

F =qE =mg tan ………………………………（2分）

解得 q = mg tan /E =1.010-6 C …………………………（2分）

电场力的方向与电场强度的方向相同，故小球所带电荷为正电荷…………（2分） （2）剪断细线后，小球做匀加速直线运动，设其加速度为a ，由牛顿第二定律

θ

cos mg

=ma ………………………………（3分） 解得 a = θ

cos g

=12.5 m/s 2 …………………………（2分）

（3）在t =0.20 s 的时间内，小球的位移为l =22

1

at =0.25 m ……………（2分）

小球运动过程中，电场力做的功W = qEl sin = mg l sin tan =4.510-3 J ………（2分） 所以小球电势能的变化量（减少量）ΔE p =4.510-3 J …………………（1分）

23．（18分）

（1）带电离子在平行板a 、b 间运动时，根据动能定理 0212

0-=mv qU

① 解得：m

qU v 0

2=

，即02kU v =

带电离子在平行板a 、b 间的加速度dm q

U a 01=

，即d

kU a 01= 所以，带电离子在平行板a 、b 间的运动时间0

0112kU kU d a v t ==

带电离子在平行板M 、N 间的运动时间0

22kU L v

L t ==

所以，带电离子的全部飞行时间0

2122kU L d t t t +=

+=

（2）正离子在平行板M 、N 间水平方向运动位移为x 时，在竖直方向运动的位移为y 。 水平方向满足 vt

x = ②

竖直方向满足 2

221t

a y =

③ 加速度 L k

U a 12=

④

由上述②、③、④式得：02

14LU x U y =

⑤

⑤式是正离子的轨迹方程，与正离子的质量和电荷量均无关。所以，不同正离子的轨迹是

重合的。

（3）当M 、N 间磁感应强度大小为B 时，离子做圆周运动，满足

R mv Bvq 2

=

⑥ 由上述①、⑥两式，解得：带电离子的轨道半径q

B m

U R 2

02=

⑦ 上式表明：在离子质量一定的情况下，离子的电荷量越大，在磁场中做圆周运动的半径越小，也就越不容易穿过方形区从右侧飞出。所以，要使所有的一价和二价正离子均能通过方形区从右侧飞出，只要二价正离子能从方形区飞出即可。当二价正离子刚好能从方形区域飞出时的磁感应强度为满足题目条件的磁感应强度的最大值。

设当离子刚好通过方形区从右侧飞出时的轨道半径为R ，由几何关系得

222)2

(L

R L R -+=

解得：

45L

R = ⑧

将二价正离子的电量2e 代入⑦式得：e

B m

U R 20=

⑨ 由⑧、⑨式得：e

m

U L B 054=

，此值即为所求的磁感应强度的最大值B m 。

评分说明：本题共18分。第（1）问6分；第（2）问5分；第（3）问7分。 24．(1)设小物块从高为h 处由静止开始沿斜面向下运动，到达斜面底端时速度为v 。 由功能关系得

θ

θμsin cos 21020h

mg mv mgh += v =4m/s

（2）全程由动能定理：000mgh fs -=- s=25m ＝7.07m

（3）以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量

)(v m mv I --=

设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h ’，则

θ

θμsin cos 212h mg h mg mv '+'= 同理，有 θ

θμsin cos 212h mg v m h mg '

+'=

'

)(v m v m I '--'='

式中，v ’为小物块再次到达斜面底端时的速度，I ’为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量。得

kI I =' 式中

3

2

tan tan =+-=

μθμθk

第n 次碰撞后，给挡板的冲量为：I n =k n I 1 则停止运动前，小物块对挡板的总冲量为I =

k

I -11

代入数据得)63(72.0+=I N ·s=3.92 N ·s