2023-2024学年北京市高三上学期期末物理试卷
考生请注意：
1．答题前请将考场、试室号、座位号、考生号、姓名写在试卷密封线内，不得在试卷上作任何标记。
2．第一部分选择题每小题选出答案后，需将答案写在试卷指定的括号内，第二部分非选择题答案写在试卷题目指定的位置上。
3．考生必须保证答题卡的整洁。考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1、国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，如图所示，其轨道近地点高度约为440km，远地点高度约为2060km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786km的地球同步轨道上。设东方红一号在近地点的加速度为a1，线速度为v1，环绕周期为T1，东方红二号的加速度为a2，线速度为v2，环绕周期为T2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，自转线速度为v3，自转周期为T3，则a1、a2、a3，v1、v2、v3，T1、T2、T3的大小关系为（ ）
A．T1>T2=T3 B．a1>a2>a3 C．a3>a1>a2 D．v1>v3>v2
2、一质点以初速度v0沿x轴正方向运动，已知加速度方向沿x轴正方向，当加速度a的值由零逐渐增大到某一值后再逐渐减小到零的过程中，该质点( )
A．速度先增大后减小，直到加速度等于零为止
B．位移先增大，后减小，直到加速度等于零为止
C．位移一直增大，直到加速度等于零为止
D．速度一直增大，直到加速度等于零为止
3、如图所示，箱子中固定有一根轻弹簧，弹簧上端连着一个重物，重物顶在箱子顶部，且弹簧处于压缩状态。设弹簧的弹力大小为F，重物与箱子顶部的弹力大小为FN。当箱子做竖直上抛运动时（ ）
A．F=FN=0 B．F=FN≠0 C．F≠0，FN=0 D．F=0，FN≠0
4、如图甲所示，一倾角θ＝30°的斜面体固定在水平地面上，一个物块与一轻弹簧相连，静止在斜面上。现用大小为F＝kt（k为常量，F、t的单位均为国际标准单位）的拉力沿斜面向上拉轻弹簧的上端，物块受到的摩擦力Ff随时间变化的关系图像如图乙所示，物块与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g＝10m/s2，则下列判断正确的是（ ）
A．物块的质量为2.5kg
B．k的值为1.5N/s
C．物块与斜面间的动摩擦因数为
D．时，物块的动能为5.12J
5、如图所示，在天花板下用细线悬挂一个闭合金属圆环，圆环处于静止状态。上半圆环处在垂直于环面的水平匀强磁场中，规定垂直于纸面向外的方向为磁场的正方向，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。t=0时刻，悬线的拉力为F。CD为圆环的直径，CD=d，圆环的电阻为R。下列说法正确的是（ ）
A．时刻，圆环中有逆时针方向的感应电流
B．时刻，C点的电势低于D点
C．悬线拉力的大小不超过
D．0~T时间内，圆环产生的热量为
6、如图所示，放在光滑水平桌面上的、木块之间夹着一被压缩的弹簧。现释放弹簧，、木块被弹开后，各自在桌面上滑行一段距离飞离桌面。的落地点到桌左边的水平距离为，的落地点到桌右边的水平距离为，则（ ）
A．、离开弹簧时的速度大小之比为1∶2
B．、离开弹簧时的速度大小之比为2∶1
C．、质量之比为1∶2
D．、质量之比为1∶1
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7、如图所示，用粗细均匀、总电阻为的导线围成一个边长为的等边三角形闭合线框，线框以速度匀速穿过一个水平方向宽度为，竖直方向足够长的磁场区域，该磁场的磁感应强度为。线框在匀速穿过磁场区域过程中边始终与磁场边界（图中虚线所示）平行，则下列说法正确的是（ ）
A．导线框从刚进入磁场到完全进入磁场过程中产生的平均电动势为
B．导线框从刚进入磁场到导线框完全离开磁场过程中，导线框不受安培力作用的时间为
C．导线框边刚进入和刚离开磁场时两间的电势差相等
D．导线框从边进入磁场的水平距离为时刻开始到导线框完全离开磁场过程中通过线框的电荷量为
8、一定质量的理想气体的状态变化图像如图所示，它由状态a经过状态b到状态c。关于这一过程的说法，正确的是
A．理想气体的体积先增大后保持不变
B．理想气体的体积一直增加
C．理想气体的内能先增大后保持不变
D．理想气体对外做功，吸收热量
E.外界对理想气体做功，理想气体放出热量
9、如图所示，一磁感强度为B的匀强磁场垂直纸面向里，且范围足够大。纸面上M、N两点之间的距离为d，一质量为m的带电粒子（不计重力）以水平速度v0从M点垂直进入磁场后会经过N点，已知M、N两点连线与速度v0的方向成角。以下说法正确的是（ ）
A．粒子可能带负电
B．粒子一定带正电，电荷量为
C．粒子从M点运动到N点的时间可能是
D．粒子从M点运动到N点的时间可能是
10、如图所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，磁感应强度为，质量为、边长为的正方形线框斜向穿进磁场，当刚进入磁场时，线框的速度为，方向与磁场边界成，若线框的总电阻为，则（ ）
A．线框穿进磁场过程中，框中电流的方向为
B．刚进入磁场时线框中感应电流为
C．刚进入磁场时线框所受安培力大小为
D．此进两端电压为
三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。
11．（6分）某实验小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，其主要步骤如下：
（1）物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定了一竖直宽度为d的轻质遮光条。托住P，使系统处于静止状态（如图所示），用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度h。
（2）现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间为t，则遮光条通过光电门时的速度大小v=___________。
（3）己知当地的重力加速度为g，为了验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是_________（用相应的文字及字母表示）。
（4）利用上述测量的实验数据，验证机械能守恒定律的表达式是_________。
（5）改变高度h，重复实验，描绘出v2-h图象，该图象的斜率为k。在实验误差允许范围内，若k= _________，则验证了机械能守恒定律。
12．（12分）在“验证机械能守恒定律”的实验中：
A． B． C． D．
(1)纸带将被释放瞬间的四种情景如照片所示，其中操作最规范的是________.
(2)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．为完成此实验，除了所给的器材，从下图还必须选取的实验器材是_______．(填字母代号)
(3)若实验中所用重锤的质量为m，某次实验打出的一条纸带如图所示．在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，量得相邻点间的距离分别为S1、S2、 S3、 S4，当地的重力加速度为g.本实验所用电源的频率为f.从打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔEp=_____________，重锤动能增加量ΔEk=____________________．在误差允许的范围内，通过比较就可以验证重物下落过程中机械能是否守恒．
四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。
13．（10分）如图甲所示，水平足够长的平行金属导轨MN、PQ间距L＝0.3 m。导轨电阻忽略不计，其间连接有阻值R＝0.8 Ω的固定电阻。开始时，导轨上固定着一质量m＝0.01 kg、电阻r＝0.4 Ω的金属杆cd，整个装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下。现用一平行金属导轨平面的外力F沿水平方向拉金属杆cd，使之由静止开始运动。电压采集器可将其两端的电压U即时采集并输入电脑，获得的电压U随时间t变化的关系如图乙所示。求：
（1）在t＝4 s时通过金属杆的感应电流的大小和方向；
（2）4 s内金属杆cd位移的大小；
（3）4 s末拉力F的瞬时功率。
14．（16分）如图所示，粗细均匀，两端开口的U形管竖直放置，管的内径很小，水平部分BC长14cm，一空气柱将管内水银分隔成左右两段，大气压强相当于高为76cmHg的压强。
（1）当空气柱温度为T1=273K，长为l1=8cm时，BC管内左边水银柱长2cm，AB管内水银柱长也是2cm，则右边水银柱总长是多少
（2）当空气柱温度升高到多少时，左边水银恰好全部进入竖直管AB内
（3）当空气柱温度为490K时，两竖直管内水银柱上表面高度各为多少？
15．（12分）如图所示，两内壁光滑、长为2L的圆筒形气缸A、B放在水平面上，A气缸内接有一电阻丝，A气缸壁绝热，B气缸壁导热．两气缸正中间均有一个横截面积为S的轻活塞，分别封闭一定质量的理想气体于气缸中，两活塞用一轻杆相连．B气缸质量为m，A气缸固定在地面上，B气缸与水平面间的动摩擦因数为，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等．开始两气缸内气体与外界环境温度均为T0，两气缸内压强均等于大气压强P0，环境温度不变，重力加速度为g，不计活塞厚度．现给电阻丝通电对A气缸内气体加热，求：
(1)B气缸开始移动时，求A气缸内气体的长度；
(2)A气缸内活塞缓慢移动到气缸最右端时，A气缸内气体的温度TA．
参考答案
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1、B
【解析】
A．根据开普勒第三定律可知轨道半径越大的卫星，周期越大，由于东方红二号卫星的轨道半径比东方红一号卫星的轨道半径大，所以东方红二号卫星的周期比东方红一号卫星的周期大；东方红二号卫星为同步卫星，与赤道上的物体具有相同的周期，即有
故A错误；
BC．根据万有引力提供向心力，则有
解得
轨道半径越大的卫星，加速度越小，所以东方红二号卫星的加速度比东方红一号卫星的加速度小；东方红二号卫星为同步卫星，与赤道上的物体具有相同的周期，根据可知东方红二号卫星的加速度比固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度大，即有
故B正确，C错误；
D．根据万有引力提供向心力，则有
解得
轨道半径越大的卫星，线速度越小，所以东方红二号卫星的线速度比东方红一号卫星的线速度小；根据可知东方红二号卫星的线速度比固定在地球赤道上的物体随地球自转的线速度大，即有
故D错误；
故选B。
2、D
【解析】
AD．由题意知：加速度的方向始终与速度方向相同，加速度a的值由零逐渐增大到某一值后再逐渐减小到0的过程中，由于加速度的方向始终与速度方向相同，所以速度逐渐增大，故A错误，D正确；
B．由于质点做方向不变的直线运动，所以位移逐渐增大，故B错误；
C．由于质点做方向不变的直线运动，所以位移位移逐渐增大，加速度等于零时做匀速运动，位移仍然增大，故C错误。
3、B
【解析】
刚开始时，对重物受力分析，根据受力平衡有，，弹簧的弹力大于重力；当箱子做竖直上抛运动时，重物处于完全失重状态，弹簧仍然处于压缩状态，弹簧的弹力F与箱子顶部的弹力FN大小相等，故B正确，ACD错误。
故选B。
4、D
【解析】
A.当时，则可知：
解得：
故A错误；
B.当时，由图像可知：
说明此时刻，则：
故B错误；
C.后来滑动，则图像可知：
解得：
故C错误；
D.设时刻开始向上滑动，即当：
即：
解得：
即时刻物体开始向上滑动，时刻已经向上滑动了，则合力为：
即：
根据动量定理可得：
即：
解得：
即当时所以速度大小为，则动能为：
故D正确；
故选D。
5、C
【解析】
A． 时刻，磁场向外增强，根据楞次定律可知，感应电流磁场向里，故圆环中有顺时针方向的感应电流，故A错误；
B． 时刻，磁场垂直向外减小，根据楞次定律可知，感应电流磁场向外，故C点的电势高于D点，故B错误；
C． t=0时刻，悬线的拉力为F ，则圆环重力大小为F， 时，感应电动势
， ，
故安培力
故悬线拉力的大小不超过，故C正确；
D． 根据以上分析可知0~时间内， 产热
故0~T时间内，圆环产生的热量为
故D错误。
故选C。
6、A
【解析】
AB．由于、下落的高度相同，则下落过程中的时间相同，两者做平抛运动，水平方向的分运动为匀速直线运动，则水平初速度之比等于水平位移之比
则A正确，B错误；
CD．、被弹开的过程，对于、和弹簧构成的系统，动量守恒，则
可得
则C、D均错误。
故选A。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7、BD
【解析】
A.根据法拉第电磁感应定律，线框从刚进入磁场到完全进入磁场过程中产生的平均电动势：
，
而：
，
，
解得
，
故A错误；
B.导线框完全在磁场中运动时磁通量不变，没有感应电流，不受安培力作用的时间为：
，
故B正确；
C.线框BC边刚进入磁场时两端的电势差为：
，
线框边刚离开时，两端的电势差为：
，
故C错误；
D.导线框边进入磁场的水平距离为时线框已经完全进入磁场，由：
，
故D正确。
故选：BD。
8、BCD
【解析】
AB．由理想气体状态方程,由状态a经过状态b,压强不变，温度升高，体积增大。态b到状态c，温度不变，压强减小，体积增大。所以体积一直增大。故A错误。B正确。
C．一定量理想气体的内能由温度决定，状态a经过状态b到状态c，温度向增大，后不变。所以内能先增大后保持不变。故C正确。
DE．状态a经过状态b到状态c，体积一直增大，所以理想气体对外做功。又内能先增大后保持不变，总体相对于初始增大。由热力学第一定律,内能增大且对外做功，必须吸收热量。所以D正确,E错误。
9、BCD
【解析】
A．由左手定则可知，粒子带正电，选项A错误；
B．由几何关系可知，r=d，由
可知电荷量为
选项B正确；
CD．粒子运动的周期
第一次到达N点的时间为
粒子第三次经过N点的时间为
选项CD正确。
故选BCD。
10、CD
【解析】
线框进入磁场的过程中穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向外，则感应电流的方向为ABCD方向，故A错误；AC刚进入磁场时CD边切割磁感线，AD边不切割磁感线，所以产生的感应电动势，则线框中感应电流为，此时CD两端电压，即路端电压为，故B错误，D正确；AC刚进入磁场时线框的CD边产生的安培力与v的方向相反，AD边受到的安培力的方向垂直于AD向下，它们的大小都是，由几何关系可以看出，AD边与CD边受到的安培力的方向相互垂直，所以AC刚进入磁场时线框所受安培力为AD边与CD边受到的安培力的矢量合，即，故C正确。
故选CD。
三、实验题：本题共2小题，共18分。把答案写在答题卡中指定的答题处，不要求写出演算过程。
11、 P的质量M，Q的质量m （M-m）gh=
【解析】
（1）[1]光电门的遮光条挡住光的时间极短，则平均速度可作为瞬时速度，有：
；
（2）[2]两物块和轻绳构成的系统，只有重力做功，机械能守恒：
故要验证机械能守恒还需要测量P的质量M、Q的质量m；
（3）[3]将光电门所测速度带入表达式：
则验证机械能守恒的表达式为：
；
（4）[4]将验证表达式变形为：
若在误差允许的范围内，系统满足机械能守恒定律，图像将是一条过原点的倾斜直线，其斜率为：
。
12、D AEF
【解析】
（1）在验证机械能守恒定律的实验中，实验时，应让重物紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放．故D正确，ABC错误．
（2）试验中除了铁架台、夹子、导线、纸带等器材．还必须选取的实验器材是电火花打点计时器、刻度尺和重锤，故选AEF；
（3）打下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔEp= mg(s2+s3)；
B点的瞬时速度 ，D点的瞬时速度；则动能的增加量△Ek＝．
四、计算题：本题共2小题，共26分。把答案写在答题卡中指定的答题处，要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。
13、（1）0.75 A 由d指向c （2）12 m （3）0.765 W
【解析】
（1）由题图乙可知，当t＝4 s时，U＝0.6 V
此时电路中的电流（通过金属杆的电流）
I＝＝0.75 A
用右手定则判断出，此时电流的方向由d指向c。
（2）由题图乙知
U＝kt＝0.15t
金属杆做切割磁感线运动产生的感应电动势E＝BLv
由电路分析：
U＝E
联立以上两式得
v＝×0.15t
由于R、r、B及L均为常数，所以v与t成正比，即金属杆在导轨上做初速度为零的匀加速直线运动，匀加速运动的加速度
a＝×0.15＝1.5 m/s2
金属杆在0～4 s内的位移
x＝at2＝12 m。
（3）在第4 s末金属杆的速度
v＝at＝6 m/s
金属杆受安培力
F安＝BIL＝0.112 5 N
由牛顿第二定律，对金属杆有
F－F安＝ma
解得拉力
F＝0.127 5 N
故4 s末拉力F的瞬时功率
P＝Fv＝0.765 W。
14、（1）6cm（2）420K（3）6cm，4cm
【解析】
(1)由于左边AB管内水银柱长是2cm，所以右边CD管内水银柱长也是2cm。
右边水银柱总长度为：
14-2-8+2=6cm。
(2)由于：
当左边的水银恰好全部进入竖直管AB内时，
，
设管截面积为S，则：
，；
由理想气体状态方程：，代入数据有
，
得：
K
(3)由于：
cmHg，
由理想气体状态方程：，代入数据有
，
得：
cm，
左边竖直管AB内水银柱上表面高度为6cm，
右边竖直管CD内水银柱上表面高度为4cm。
15、（i）LA=（2-）L（ii）TA=2（1+）T0
【解析】
（i）B气缸将要移动时，对B气缸:PBS=P0S+μmg
对B气缸内气体由波意耳得:PBLS=PBLBS
A气缸内气体的长度LA=2L-LB
解得：LA=（2-）L
（ii）B气缸运动后，A 、B气缸内的压强不再变化PA=PB
对A气缸内气体由理想气体状态方程:
解得:TA=2（1+）T0
