2020年北京西城区高三二模物理试卷

2020年北京西城区高三二模物理试卷
一、选择题（本大题共14小题，每小题3分，共42分）
1.在核反应方程中，表示的是（ ）
A.质子
B.中子
C.电子
D.粒子
2.如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为、、三束单色光．如果光是绿光，则以下说法正确的是（ ）
A.光可能是蓝光
B.光可能是红光
C.光的频率小于光的频率
D.光的波长大于光的波长
3.一定质量的理想气体从状态开始，经历、、三个过程回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是（ ）
A.状态的体积小于状态的体积
B.状态的体积小于状态的体积
C.状态分子的平均动能最大
D.状态分子的平均动能最小
4.如图1所示为一列简谐横波在时刻的波形图，为介质中的一个质点．图2是质点的振动图像，那么该波的传播速度 的大小和传播方向是（ ）
图图
A.，沿轴正方向
B.，沿轴负方向
C.，沿轴正方向
D.，沿轴负方向
5.如图所示，理想变压器的原线圈接在交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝
数之比为，交流电压表的示数是，电流表、电压表均可看作理想电表．图是交流电源输出电
压随时间变化的图像．则（ ）
A.电流表的读数为
B.电流表的读数为
C.电源输出电压随时间变化的规律是
D.电源输出电压随时间变化的规律是
6.如图所示，用一根轻质细绳将一幅重力为的画框对称悬挂在墙壁上，当绳上的拉力为时，两段细绳之间的夹角 为（ ）
A.
B.
C.
D.
7.如图所示，弹簧的一端固定，另一端连接一个物块，弹簧质量不计，点为弹簧处于原长时物块的位置．将物块（可视为质点）拉至点由静止释放，物块在粗糙的水平桌面上沿直线运动，经过点运动到点时速度恰好减为．在物块由点运动到点的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A.弹簧弹力做功大于物块克服摩擦力做功
B.弹簧弹力做功等于物块克服摩擦力做功
C.弹簧弹力的冲量大小等于摩擦力的冲量大小
D.弹簧弹力的冲量大小小于摩擦力的冲量大小
8.如图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在长为的虚线框内，边长为的正方形闭合线圈在外力作用下由位置匀速穿过磁场区域运动到位置．若，则在运动过程中线圈中的感应电流随时间变化
的情况可以用以下哪幅图像来描述（ ）
A.
B.
C.
D.
9.某种热敏电阻的阻值随环境温度的升高而减小，可以利用这种特性来测量环境温度．在下面的四个电路中，电源电动势一定，内阻不计，表示热敏电阻，表示定值电阻．若希望在温度升高时，电路
中的电压表或电流表示数减小，则下列电路中符合要求的是（ ）
A.
B.
C.
D.
10.如图所示为密立根油滴实验示意图．实验中要设法使带负电的油滴悬浮在电场中．若在实验中观察到某一个带负电的油滴向下加速运动．在该油滴向下运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.静电力做正功
B.重力和静电力的合力做负功
C.重力势能的减少量大于电势能的增加量
D.重力势能的减少量小于动能的增加量
11.磁单极子是物理学家设想的一种仅带有单一磁极（极或极）的粒子，它们的磁感线分布类似于
点电荷的电场线分布，目前科学家还没有证实磁单极子的存在．若自然界中存在磁单极子，以其为球心画出两个球面和，如图所示，点位于球面上，点位于球面上，则下列说法正确的是（ ）
A.点比点的磁感应强度大球面
B.点比点的磁感应强度小
C.球面比球面的磁通量大
D.球面比球面的磁通量小
12.某数码相机的锂电池电动势为，容量为，能连续拍摄约张照片．根据以上信息
估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近以下哪个数值（ ）
A.
B.
C.
D.
13.物体做平抛运动，以抛出点为坐标原点，以初速度的方向为轴的正方向、竖直向下的方向
为轴的正方向，建立平面直角坐标系．如图所示，两束光分别沿着与坐标轴平行的方向照射物体，
在坐标轴上留下两个“影子”，则两个“影子”的位移、和速度、描述了物体在、两个方向
上的运动若从物体自点抛出时开始计时，下列图像中正确的是（ ）
A.
B.
C.
D.
14.激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具．激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的、两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测器处相遇，产生干涉条纹．如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度．
某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置处检测出光强经过了强弱强弱强的变化过程．根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（ ）
A.束激光的频率大于束激光的频率
B.整个装置加速转动过程中，束激光到达光电探测器的路程逐渐变大
C.整个装置加速转动过程中，处始终没有出现干涉明条纹
D.整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了个波长
二、非选择题（本大题共6小题，共58分）
（
1）（2）（3）15.某同学练习使用多用电表．
该同学使用多用电表测量某电阻时，选择开关和指针位置如图1所示，若他的操作是正确的，则该电阻的测量值为 ．
该同学继续用相同挡位测量另一电阻，发现指针偏转角度过小．为了减小测量误差，他再次进行测量前应该进行的操作是 （从下列选项中挑出合理的步骤并按操作顺序排列）．A．将红表笔和黑表笔接触B．把选择开关旋转到“”位置C．把选择开关旋转到“
”位置
D．调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
该同学注意到多用电表电阻的刻度线是不均匀的，而直流电流、电压的刻度线是均匀的．他在课本上查阅到多用电表欧姆表的电路示意图，如图2所示．请根据欧姆表的电路示意图，结合所学知识
分析电阻的刻度线不均匀的原因．
12（1）16.
用图1所示的实验装置研究加速度与物体受力、物体质量之间的关系．
研究加速度与物体质量之间的关系的主要实验步骤如下：a．用天平测出小车的质量
b．安装好实验器材，调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力
c．在小桶内装砂，用细绳悬挂小桶并绕过滑轮系在小车上，调整细绳方向与木板平行
d．接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点；断开电源，取下纸带并在纸带上标上编号
e．保持砂和桶的总质量不变，多次在小车上加放砝码以改变小车的总质量
，并做好记录，重复步骤d
f．求出每条纸带对应的加速度并填入表中；在坐标纸上建立坐标系，描点作图，以研究加速度与质量的
关系
综合上述实验步骤，请你完成以下任务：
实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，在此过程中，下列说法正确的是（ ）A.小车后面不能拖纸带
B.系在小车的细绳上不能悬挂小桶
C.打点计时器必须接通电源
图2所示为实验中得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为，由图
中数据可计算出小车的加速度
．（结果保留位有效数字）
3（2
）若实验中砂和桶的总质量为
，则从理论分析可得砂和桶的总重力与细绳对小车的拉力
的大小关系为
（选填“略大于”“等于”或“略小于”）．
某同学在研究加速度与物体受力之间的关系时改进了实验方案，他用无线力传感器来测量小车受到的拉力．如图3所示，他将无线力传感器和小车固定在一起，将系着砂桶的细绳系在传感器的挂钩上，调整砂桶细绳方向与木板平行．
请判断在改进后的实验中以下步骤是否还有必要（选填“有必要”或“没必要”）．
步骤
是否有必要调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力 控制砂和桶的总质量远小于小车和车内砝码的总质量
17.如图所示，、是两个完全相同的小球，用较长的细线将它们悬挂起来，调整细线的长度和悬点的位置，使两个小球静止时重心在同一水平线上，且恰好没有接触．现将小球拉起至细线与竖直方向夹角为
的位置，使其由静止释放，小球运动至最低点与静止的小球相碰，碰后两球粘在一
起运动．已知细线的长度为，每个小球的质量均为，重力加速度为，忽略小球半径和空气阻力，
求：
（1）（2）（3
）球运动至最低点时的速度大小．
碰后两球能够上升的最大高度．
碰撞过程中损失的机械能
．
（1）（2）（3）18.
年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求
出了这种粒子的比荷，他的研究装置如图所示．真空管内的阴极发出的电子经加速后，穿过、中心的小孔沿直线进入到两块水平正对放置的平行
金属板
、
的区域．金属板
、
之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上
点．按图示方式施
加电场强度为的电场之后，射线发生偏转并射到屏上
点．为了抵消阴极射线的偏转，使它从
点
回到
，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的匀强磁场．
判断匀强磁场的方向．
若施加的匀强磁场磁感应强度为，求出阴极射线的速度的表达式．去掉
、
间的电场，只保留（2）中的匀强磁场 ．由于磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在
、
之间有磁场的区域内会形成一个半径为的圆弧，使得阴极射线落在屏上
点．根
据题目所有信息推导电子比荷的表达式．
（1）（2）19.类比是逻辑推理中极富创造性的一种方法，科学史上很多重大发现、发明往往发端于类比，例如科学家受行星绕太阳做匀速圆周运动的启发，在构建原子模型时猜想电子绕原子核也做匀速圆周运动．一质量为
的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为．将地球视为质量均匀分布
的球体，已知地球质量为
，万有引力常量为
，求卫星的速度大小和动能
．
在玻尔的氢原子理论中，电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道半径是量子化的．电子的轨道半径和动量必须满足量子化条件
，式中是普朗克常量，是轨道半径，是电子在该轨道上的
速度大小，是轨道量子数，可以取、、
等正整数．
已知电子的质量为，电荷量为，静电力常量为，试根据上述量子化条件，证明电子在任意轨道运
动的动能表达式可以写为
，其中是与
无关的常量．
（1）
（2）
1
2
（3）
20.电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用．实际中的电容器在外形结构上有多种不同的形式，但均可以用电容描述它的特性．
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器．图1为一平行板电容器的充电电路，在充电过程中两极板间电势差
随电荷量的变化图像如图2所示．类比直线运动中由图像求位移的方法，在图中画网格线表示当电荷量由
增加到的过程中电容器增加的电势能．
同平行板电容器一样，一个金属球和一个与它同心的金属球壳也可以组成一个电容器，叫做球
形电容器．如图3所示，两极间为真空的球形电容器，其内球半径为，外球内半径为
，电容为
，其中为静电力常量．请结合（1）中的方法推导该球形电容器充电后电荷量达到时所具有的电势能
的表达式．
孤立导体也能储存电荷，也具有电容．
将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器，根据球形电容器电容的表达式推导半径为
的孤立导体球的电容的表达式．
将带电金属小球用导线与大地相连，我们就会认为小球的电荷量减小为．请结合题目信息及所学知识解释这一现象．
【答案】解析:
设的电荷数为，质量数为，
则对于核反应方程
而言，其满足质量数守恒和电荷数守恒，则
，
∴为，即为中子，故B正确；ACD错误．
故选B．解析:
由图知光的偏转程度最小，光的偏转程度最大，∴
，
，
．
A选项：光不可能是蓝光，故A错误；B选项：光不可能是红光，故B错误；C选项：光的频率小于光的频率，故C正确；D选项：光的波长小于光的波长，故D错误．故选C．解析:
理想气体状态方程为，对于一定量的气体而言，为定值．
A选项：从
时，
，由于过的直线经过原点，所以是个定值，即从
的过程中气
体发生的是等容变化，，故A错误；
B选项：从
时，不变，减小，所以增大，即
，故B正确；
CD选项：分子的平均动能大小只与温度有关，温度越高分子的平均动能越大．∵，∴在此过
程中状态的分子平均动能最小，状态和的分子平均动能最大，故CD错误；故选B．解析:由图知：波长
，周期
，
B 1.
C 2.B 3.A 4.
∴波速，
从
时刻起，点的振动方向向上，所以该波的传播方向为沿轴正方向，故A正确，BCD错误；
故选A．解析:
如图所示，
，
∴ ，∴
，
故D正确，ABC错误．故选D．解析:AB选项：从由动能定理知：
，
∴
，即弹簧弹力做功大于物体克服摩擦力做功，故A正确，B错误；
CD选项：从由动量定理知：
，
∴
，即弹簧弹力冲量的大小大于摩擦力冲量的大小，故CD错误；
故选A．解析:
C 5.
D 6.A 7.弹克
弹
克
弹
弹
D 8.
设线框匀速运动时的速度为，则进出磁场时的电流大小为：，所以的大小相同．由楞次定律
知，进磁场时的电流方向为逆时针，出磁场时的电流方向为顺时针，所以
图像可能为：
因为题中未规定电流的正方向，此图相当于是电流逆时针为正方向的情景，故D正确，ABC错误．故选D．解析:
AB选项：磁感线的疏密表示磁场强弱，如图所示：
点附近的磁感线相对于点附近较密集一些，所以点比点的磁感应强度大，故A正确，故B错误；CD选项：磁通量可以表示为穿过某一区域面的磁感线条数，由于球面、将单磁极围在其内，所以穿过球面和的磁感线条数相同，即其磁通量大小相等，故CD错误；故选A．解析:
为电荷量
的单位，根据公式
，该锂电池所含有的总电能，
，
所以每拍一张相片所消耗的电能，故C项最接近，故C正确；故ABD错误；
故选C．
C 9.C 10.A 11.C 12.
（1）（2）（3）解析:
做平抛运动的物体，水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动．
A选项：∵，不变，∴图如图所示：，故A错误；
B选项：∵水平方向匀速直线运动，保持不变，∴图像如图所示：，故B错
误；
C选项：竖直方向为自由落体，∴
，
图像为一开口向上的二次函数的一部分，
图像如图
所示：，故C错误；
D选项：由速度位移公式知：，∴，∴图像如图所示：，故D
正确；故选D．解析:
欧姆挡所选挡位为：
，∴读数为：
．
指针偏转过小时，是从左往右看偏转角度过小，由于欧姆挡读数是从右往左读，所以要让指针向右
偏，需换大挡位，即选
挡．每换一次挡位都需要重新欧姆调零，即先换挡位，再红黑表笔短
接，再调欧姆调零旋钮，故排列顺序为：BAD．
根据闭合电路欧姆定律可知通过表头的电流
，可见通过表头的电流与待测
电阻
之间的关系为非线性关系，因此电阻的刻度线是不均匀的．
D 13.D 14.（1）（2）BAD （3）答案见解析15.
1
2
3
（1）（2）（1）（2）（3）解析:平衡摩擦力和其它阻力时，需在打点计时器接通的情况下连同纸带一起平衡，且系在小车上的细绳上不能悬挂小桶，故A错误，BC正确．故选BC．，其中
，
，
，代入数据解得
．
设小车总质量为
，平衡摩擦力后，
，
由于，所以略小于．
由于拉力传感器可以直接读出细绳对小车的拉力，所以本实验无需再控制砂和桶的总质量远小车小
车和车内砝码的总质量，若需认为细绳对小车的拉力充当小车的合外力，则仍需调整木板倾角来平衡摩擦力和其它阻力．
解析:
根据机械能守恒定律
，
解得球运动至最低点时的速度大小
．
两球碰撞过程满足动量守恒定律
，
碰后两球一起运动，根据机械能守恒定律，
解得碰后两球能够上升的最大高度
．
碰撞过程中损失的机械能
，
解得
．
1
23
（1）BC
略大于
（2）有必要 ; 没必要16.（1）（2）（3）17.（1）垂直纸面向里
18.
（1）（2）（3）（1）（2）解析:
电子受力分析如图所示
由左手定则可知磁场方向是垂直纸面向里．
根据平衡条件
解得阴极射线的速度
．
根据牛顿第二定律
解得电子的比荷将
代入得
．解析:
根据牛顿第二定律
，解得卫星的速度大小，卫星的动能
．
根据牛顿第二定律
，
结合题中给出的量子化条件，联立推得，
可得电子的动能由此可知
，其中
，是与无关的常量．
（2）（3）（1）
，
（2）证明见解析19.（1）
20.
（1）（2）12（3）解析:
如图所示．
由电容的定义式可知球形电容器充电过程中两极板间电势差随电荷量的变化图像如答图3所示，
图中三角形面积表示电荷量达到时电容器所具有的电势能
的大小，
由图可得，
根据
可得
，
，
将球形电容器电容的表达式
代入推得
．
将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器，即，代入球形电容器电容的
表达式
推得
．
根据中推得的球形电容器的电容表达式可知，球体的半径越大，其电容越大．由于金
属小球的半径远小于地球半径，所以地球的电容远大于小球的电容．二者用导线连接，电势相同，根据
可知，地球的带电量远大于小球的带电量，电荷总量保持不变，所以可以认为
小球的电荷量减小为．
（2）1
2
（3）根据中推得的球形电容器的电容表达式
可知，球体的半径越大，其电容越大．由于
金属小球的半径远小于地球半径，所以地球的电容远大于小球的电容．二者用导线连接，电
势相同，根据可知，地球的带电量远大于小球的带电量，电荷总量保持不变，所以
可以认为小球的电荷量减小为．。