届北京市清华大学附属中学高三综合能力测试四物理试题及答案.docx
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届北京市清华大学附属中学高三综合能力测试四物理试题及答案
清华附中理科综合物理能力测试（四）
第一部分（选择题共120分）
本部分共20小题，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.对于一个热力学系统，下列说法中正确的是
A．如果外界对它传递热量则系统内能一定增加
B．如果外界对它做功则系统内能一定增加
C．如果系统的温度不变则内能一定不变
D．系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和
14．如图所示氢原子能级图，如果有大量处在n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，则能辐射出几种频率不同的光及发出波长最短的光的能级跃迁是
A．3种，从n=3到n=2
B．3种，从n=3到n=1
C．2种，从n=3到n=2
D．2种，从n=3到n=1
15.如图所示，MN是介质Ⅰ和介质Ⅱ的交界面，介质Ⅰ中的光源S发出的一束光照射在交界面的O点后分成两束光OA和OB，若保持入射点O不动，将入射光SO顺时针旋转至S1O的位置，则在旋转过程中下列说法正确的是
A.光线OA逆时针旋转且逐渐减弱
B.光线OB逆时针旋转且逐渐减弱
C.光线OB逐渐减弱且可能消失
D.介质Ⅰ可能是光疏介质
16．一列简谐横波某时刻的波形图如图甲表示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图像，则下列说法正确的是
A．若波沿x轴正向传播，则图乙表示P点的振动图像
B．若图乙表示Q点的振动图像，则波沿x轴正向传播
C．若波速是20m/s，则图乙的周期是0.02s
D．若图乙的频率是20Hz，则波速是10m/s
17．木星是绕太阳公转的行星之一，而木星的周围又有卫星绕木星公转。
如果要通过观测求得木星的质量M，已知万有引力常量为G，则需要测量的量及木星质量的计算式是
A．卫星的公转周期T1和轨道半径r1，
B．卫星的公转周期T1和轨道半径r1，
C．木星的公转周期T2和轨道半径r2，
D．木星的公转周期T2和轨道半径r2，
18．一个同学在体重计上做如下实验：
由站立突然下蹲。
则在整个下蹲的过程中，下列说法正确的是
A．同学处于失重状态，体重计的读数小于同学的体重
B．同学处于失重状态，体重计的读数大于同学的体重
C．同学先失重再超重，体重计的读数先小于同学的体重再大于同学的体重
D．同学先超重再失重，体重计的读数先大于同学的体重再小于同学的体重
19．如图表示洛伦兹力演示仪，用于观察运动电子在磁场中的运动，在实验过程中下列选项错误的是
A．不加磁场时电子束的径迹是直线
B．加磁场并调整磁感应强度电子束径迹可形成一个圆周
C．保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，电子束圆周的半径减小
D．保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，电子束圆周的半径减小
20.对磁现象的研究中有一种“磁荷观点”。
人们假定，在N极上聚集着正磁荷，在S极上聚集着负磁荷。
由此可以将磁现象与电现象类比，引入相似的概念，得出一系列相似的定律。
例如磁的库仑定律、磁场强度、磁偶极矩等。
在磁荷观点中磁场强度定义为：
磁场强度的大小等于点磁荷在该处所受磁场力与点磁荷所带磁荷量的比值，其方向与正磁荷在该处所受磁场力方向相同。
若用H表示磁场强度，F表示点磁荷所受磁场力，qm表示磁荷量，则下列关系式正确的是
A．B．C．D．
第二部分（非选择题共180分）
21．（18分）
某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用小灯泡上标有“3.8V0.5A”的字样，现有电压表（0～4.5V内阻约为3kΩ）、电源、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电流表（0～0.6A内阻约为1Ω）B．电流表（0～3A内阻约为0.25Ω）
C．滑动变阻器（0～20
）D．滑动变阻器（0～500
）
（1）实验中如果即满足测量要求，又要误差较小，电流表应选用；滑动变阻器应选用。
（选填相应器材前的字母）
（2）下列给出了四个电路图，请你根据实验要求选择正确的实验电路图
（3）下图是实验所用器材实物图，图中已连接了部分导线，请你补充完成实物间的连线。
（4）某同学在实验中得到了几组数据，在下图所示的电流—电压（I—U）坐标系中，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线，根据此电流—电压图线可知，小灯泡的电阻随电压的增大而________（填“增大”、“不变”或“减小”），其原因是___________________，同时可以根据此图像确定小灯泡在电压为2V时的电阻R=Ω
（5）根据此电流—电压图线，若小灯泡的功率是P，通过小灯泡的电流是I，下列给出的四个图中可能正确的是。
22.（16分）如图所示，MN、PQ为竖直放置的两根足够长平行光滑导轨，相距为d=0.5m，M、P之间连一个R=1.5Ω的电阻，导轨间有一根质量为m=0.2kg，电阻为r=0.5Ω的导体棒EF，导体棒EF可以沿着导轨自由滑动，滑动过程中始终保持水平且跟两根导轨接触良好。
整个装置的下半部分处于水平方向且与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T。
取重力加速度g=10m/s2，导轨电阻不计。
（1）若导体棒EF从磁场上方某处沿导轨下滑，进入匀强磁场时速度为v=2m/s，
a．求此时通过电阻R的电流大小和方向
b．求此时导体棒EF的加速度大小
（2）若导体棒EF从磁场上方某处由静止沿导轨自由下滑，进入匀强磁场后恰好做匀速直线运动，求导体棒EF开始下滑时离磁场的距离。
23.（18分）如图所示，长为L的平行金属板M、N水平放置，两板之间的距离为d，两板间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度为B，一个带正电的质点，沿水平方向从两板的正中央垂直于磁场方向进入两板之间，重力加速度为g。
（1）若M板接直流电源正极，N板接负极，电源电压恒为U，带电质点以恒定的速度v匀速通过两板之间的复合场（电场、磁场和重力场），求带电质点的电量与质量的比值。
（2）若M、N接如图所示的交变电流（M板电势高时U为正），L=0.5m，d=0.4m，B=0.1T，质量为m=1×10-4kg带电量为q=2×10-2C的带正电质点以水平速度v=1m/s，从t=0时刻开始进入复合场（g=10m/s2）
a.定性画出质点的运动轨迹
b.求质点在复合场中的运动时间
24．（20分）如图所示，线圈焊接车间的传送带不停地传送边长为L，质量为4kg，电阻为5Ω的正方形单匝金属线圈，线圈与传送带之间的滑动摩擦系数μ=
。
传送带总长8L，与水平面的夹角为θ=30°，始终以恒定速度2m/s匀速运动。
在传送带的左端虚线位置将线圈无初速地放到传送带上，经过一段时间，线圈达到与传送带相同的速度，线圈运动到传送带右端掉入材料筐中（图中材料筐未画出）。
已知当一个线圈刚好开始匀速运动时，下一个线圈恰好放到传送带上。
线圈匀速运动时，相邻两个线圈的间隔为L。
线圈运动到传送带中点开始以速度2m/s通过一固定的匀强磁场，磁感应强度为5T、磁场方向垂直传送带向上，匀强磁场区域宽度与传送带相同，沿传送带运动方向的长度为3L。
重力加速度g=10m/s2。
求：
（1）正方形线圈的边长L；
（2）每个线圈通过磁场区域产生的热量Q；
（3）在一个线圈通过磁场的过程，电动机对传送带做功的功率P。
物理参考答案
一、选择题（每题6分）
题号
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
D
B
C
B
A
C
C
B
二、实验题
（1）A（2分）；C（2分）
（2）C（2分）（3）见图（2分）（4）增大（2分）；电压升高使电流增大于是功率增大导致温度升高，灯丝电阻随温度升高而增大（2分）；
5（2分）（5）D（4分）
三.计算题
22.（16分）
（1）a.（大小2分，方向2分，共4分）电动势：
E=Bdv-----------------------（1分）
由闭合电路欧姆定律：
I=E/（R+r）I=Bdv/（R+r）I=1A-----（1分）
方向：
由P指向M----------------------------------------------------------------（2分）
b.（4分）导体棒所受安培力：
F=BId-----------------------------（1分）
由牛顿第二定律：
mg-F=ma---------------------------------------（2分）
a=（mg-BId）/ma=5m/s2-----------------（1分）
（2）（8分）由于匀速：
mg=BId--------------------------------------------------（2分）
I=E/（R+r）-------------------------------------------------------（1分）
E=Bdv-----------------------------------------------------------（1分）
v=mg（R+r）/B2d2v=4m/s--------------------------------（1分）
由自由落体公式：
v2=2gh-----------------------------------------------------------（2分）
h=v2/2g=0.8m--------------------------------------------------（1分）
23.（18分）
（1）（8分）E=U/d-----------------------------------------------------（1分）
F电=qE------------------------------------------------------------（2分）
F磁=Bqv------------------------------------------------------------（2分）
由匀速：
Bqv=qE+mg----------------------------------------------（2分）
得：
q/m=g/（Bv-E）-----------------------------------------------（1分）
（2）（共10分）
a.（4分）b.（6分）运动时间：
t=L/v+2πm/Bq------（4分）
t=0.814s--------------（2分）
24．
（1）每个线圈从投放到相对传送带静止，运动的距离是一样的。
设投放时间间隔为T，则v-t图如图所示。
在T时间内，传送带位移为x传＝v·T，线圈加速过程位移为x线＝
·T
可得2L＝v·Tv＝a·T
线圈加速过程：
由
，
可得：
；
；
……………..（6分）
线圈匀速运动时，相邻两个线圈的间隔为L与线圈的边长相等，由图可以看出线圈的边长与线圈加速过程走过的距离相同，所以线圈的边长为0.8m。
（2）每个线圈穿过磁场过程中有电流的运动距离为2L，
t穿＝
;E＝BLv;P＝
产生热量Q＝P·t穿＝
·
＝
解得Q＝
=10.24J……………..（7分）
（3）在一个线圈通过磁场的过程:
传送带运动距离4L，所用时间t穿＝
=1.6s
一个线圈加速过程摩擦产生的热为Q摩擦＝f滑·x相对＝μmgcosθ·
·T=24J
一个线圈加速过程获得动能ΔEk=
mv2=8J
一个线圈通过磁场的过程中焦耳热Q焦耳＝10.24J
一个线圈运动一个L距离重力势能增加ΔEp=Lmgsinθ=16J
在一个线圈通过磁场的过程中，电动机对传送带做功的功率P
有W＝2Q摩擦＋2×ΔEk＋2Q焦耳＋15×ΔEp＝P·t穿
代入以上各式，得P＝202.8W……………..（7分）
第3问解法二：
分析某一导线框穿过磁场过程知：
t穿＝
=1.6s,其中有
的时间传送带上有5个导线框，其中1个相对滑动，4个相对静止，则该段时间内电动机做功为：
其中有
的时间传送带上有4个导线框，其中1个相对滑动，3个相对静止，则在该段时间内电动机做功为：
由Pt穿=W1+W2，得：
P=202.8w………..……………….………..（7分）
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