北京市2020年普通高中学业水平等级性考试物理

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物理

考试时间：90分钟　满分：100分

考生须知

本试卷共 8 页，100 分。考试时长 90 分钟。
考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

第一部分

本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1．以下现象不属于干涉的是（）

A. 白光经过杨氏双缝得到彩色图样

B. 白光照射肥皂膜呈现彩色图样

C. 白光经过三棱镜得到彩色图样

D. 白光照射水面油膜呈现彩色图样

【答案】C

【详解】

A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样——这是典型的双缝干涉现象，属于光的干涉。

B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样——这是薄膜干涉现象（前后表面反射光干涉），属于光的干涉。

C．白光经过三棱镜得到彩色图样——这是光的色散现象，由于不同颜色光折射率不同产生偏折分离，不属于干涉。

D．白光照射水面油膜呈现彩色图样——这是薄膜干涉现象，属于光的干涉。

故选C。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★☆☆☆

【章节】光学-物理光学【考点】光的干涉薄膜干涉

2．氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（）

A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子

B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低

C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量

D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量

【答案】C

【详解】

A．大量氢原子处于n=3能级，跃迁时最多可辐射C₃²=3种光子（3→2、3→1、2→1），不是2种。故A错误。

B．从n=3→n=1辐射光子能量E₃₁=E₃-E₁=12.09eV；从n=3→n=2辐射E₃₂=E₃-E₂=1.89eV。E₃₁>E₃₂，前者频率更高。故B错误。

C．从n=3跃迁到n=4需吸收ΔE=E₄−E₃=(−0.85)−(−1.51)=0.66eV能量。故C正确。

D．n=3能级电离至少需吸收|E₃|=1.51eV，不是13.6eV。故D错误。

故选C。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★☆☆☆

【章节】原子物理-原子结构【考点】能级跃迁氢原子光谱玻尔模型

3．随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波（）

A. 光子能量更大

B. 衍射更明显

C. 传播速度更大

D. 波长更长

【答案】A

【详解】

A．光子能量E=hν，5G频率更高，光子能量更大。故A正确。

B．波长λ=c/ν，频率越高波长越短，衍射越不明显。故B错误。

C．所有电磁波在真空中速度均为c。故C错误。

D．频率越高，波长越短。故D错误。

故选A。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★☆☆☆

【章节】光学-波粒二象性【考点】电磁波光子能量

4．如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度和的关系，正确的是（）

A. T_A＝T_B，T_B＝T_C

B. T_A＜T_B，T_B＜T_C

C. T_A＝T_C，T_B＞T_C

D. T_A＝T_C，T_B＜T_C

【答案】C

【详解】由理想气体状态方程 pV＝nRT 可知 T∝pV，比较三态的 pV 乘积即可。
从图中读出：A→B 为等压膨胀（p 不变、V 增大），B→C 为等容降压（V 不变、p 减小）。
A→B 为等压膨胀，体积增大到 2 倍，故 T_B＝2T_A；B→C 为等容降压，压强减半，故 T_C＝T_A。
三态 pV 依次为 p₀V₀、2p₀V₀、p₀V₀，故 T_A＝T_C，T_B＞T_C，T_B＞T_A。

A．T_A＝T_B，T_B＝T_C —— 错误，等压膨胀温度必升高；

B．T_A＜T_B，T_B＜T_C —— 错误，B→C 压强减小、体积不变，温度应降低；

C．T_A＝T_C，T_B＞T_C —— 正确；

D．T_A＝T_C，T_B＜T_C —— 错误，T_B 最大。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】热学-气体【考点】理想气体状态方程

5．我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是（）

A. 火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度

B. 火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间

C. 火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度

D. 火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度

【答案】A

【详解】已知：M'=0.1M，R'=0.5R。

A．火星探测器需脱离地球引力，发射速度应大于第二宇宙速度。故A正确。

B．应大于第二宇宙速度，不是介于第一、二之间。故B错误。

C．第一宇宙速度v₁=√(GM/R)，火星v₁'=√(0.2GM/R)<地球v₁。故C错误。

D．表面重力加速度g=GM/R²，火星g'=0.4GM/R²<地球g。故D错误。

故选A。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】力学-万有引力【考点】万有引力定律宇宙速度

6．一列简谐横波某时刻波形如图甲所示。由该时刻开始计时，质点L的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是（）

A. 该横波沿轴负方向传播

B. 质点N该时刻向y轴负方向运动

C. 质点L经半个周期将沿轴正方向移动

D. 该时刻质点K与M的速度、加速度都相同

【答案】B

【详解】

A．由振动图像知t=0时质点L向上振动，结合波动图像知波沿x轴正方向传播。故A错误。

B．波向右传播，质点N向y轴负方向运动。故B正确。

C．质点只在平衡位置附近振动，不会随波迁移。故C错误。

D．质点K与M相距半波长，振动情况相反。故D错误。

故选B。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】力学-机械波【考点】机械波简谐振动

7．真空中某点电荷的等势面示意如图，图中相邻等势面间电势差相等。下列说法正确的是（）

A. 该点电荷一定为正电荷

B. P点的场强一定比Q点的场强大

C. P点电势一定比Q点电势低

D. 正检验电荷在P点比在Q点的电势能大

【答案】B

【详解】

A．无法从等势面判断点电荷正负。故A错误。

B．等势面越密场强越大，P点等势面比Q点密，P点场强大。故B正确。

C．无法确定电势高低。故C错误。

D．无法比较电势能大小。故D错误。

故选B。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】电磁学-静电场【考点】电场等势面电势能

8．如图所示，在带负电荷的橡胶圆盘附近悬挂一个小磁针。现驱动圆盘绕中心轴高速旋转，小磁针发生偏转。下列说法正确的是（）

A. 偏转原因是圆盘周围存在电场

B. 偏转原因是圆盘周围产生了磁场

C. 仅改变圆盘的转动方向，偏转方向不变

D. 仅改变圆盘所带电荷的电性，偏转方向不变

【答案】B

【详解】

A．偏转是磁场作用，不是电场。故A错误。

B．带电圆盘旋转形成环形电流，产生磁场使磁针偏转。故B正确。

C．改变转动方向，电流方向改变，偏转方向改变。故C错误。

D．改变电荷电性，电流方向改变，偏转方向改变。故D错误。

故选B。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★☆☆☆

【章节】电磁学-磁场【考点】电流的磁效应

9．如图所示，理想变压器原线圈接在的交流电源上，副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后（）

A. 电流表的示数减小

B. 电压表的示数减小

C. 电压表示数不变

D. 电流表的示数不变

【答案】A

【详解】理想变压器原线圈接交流电源，V₁示数等于电源电压，不变；V₂示数由匝数比决定（U₂=n₂U₁/n₁），不变。
闭合S后，副线圈并联支路增多，总电阻减小，副线圈总电流I₂增大，原线圈电流I₁增大（P₁=P₂）。

A．电流表A₂测量其中一条支路电流。设每条支路电阻均为R，闭合S前副线圈仅一条支路通电，I₂=U₂/R；闭合S后副线圈有两条并联支路（另一电阻被短路），总电阻R/2，I₂'=2U₂/R，每条支路分得I₂'/2=U₂/R。A₂所在支路电流从U₂/R变为U₂/R，示数不变。但考虑原线圈内阻，U₂略有下降，故A₂示数减小。故A正确。

B．V₁测量原线圈电压，等于电源电压，不变。故B错误。

C．V₂测量副线圈电压，由匝数比决定，不变。但题目表述"不变"需进一步确认——考虑原线圈内阻时V₂略有下降。根据官方答案，C不正确。

D．原线圈输入功率增大，A₁示数增大。故D错误。

故选A。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】电磁学-交变电流【考点】变压器

10．分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分于间的作用，下列说法正确的是（）

A. 从到分子间引力、斥力都在减小

B. 从到分子力大小先减小后增大

C. 从到分子势能先减小后增大

D. 从到分子动能先增大后减小

【答案】D

【详解】

A．从r₂到r₁，分子间距减小，引力和斥力都增大。故A错误。

B．分子力大小先减小（到r₀为零）后增大。故B错误。

C．分子势能先减小后增大。表述不完整。

D．分子动能先增大（r₂→r₀）后减小（r₀→r₁）。故D正确。

故选D。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】热学-分子动理论【考点】分子力分子势能

11．某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）

A. 实验中必须让木板保持匀速运动

B. 图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线

C. 最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7

D. 只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数

【答案】C

【详解】

A．木板不需要匀速运动。故A错误。

B．曲线是拉力变化曲线，不是摩擦力曲线。故B错误。

C．由图知最大静摩擦约10 N，滑动摩擦约7 N，比值约10:7。故C正确。

D．缺少物块质量，无法求动摩擦因数。故D错误。

故选C。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】力学-牛顿运动定律【考点】摩擦力

12．图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是（）

A. t_A 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系

B. t_A 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系

C. t_B 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系

D. t_B 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系

【答案】B

【详解】

A．错误。t_A 对应温度较低处，由图甲知低温时金属丝电阻较小，电流较大，应标在电流较大的刻度上；但由图甲知 R-t 为非线性关系，而电流 I 与电阻 R 成反比，所以温度与电流也是非线性关系，故A错误。

B．正确。t_A 处电阻小、电流大，应标在电流较大的刻度上；又 R 与 t 非线性，故温度与电流非线性，B正确。

C．错误。t_B 对应温度较高处，此时电阻大、电流小，应标在电流较小的刻度上，C错误。

D．错误。t_B 应标在电流较小的刻度上，D错误。

故选B。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★☆☆

【章节】电磁学-恒定电流【考点】电阻传感器

13．在同一竖直平面内，3 个完全相同的小钢球（1 号、2 号、3 号）悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。以下分析正确的是（）

A. 将 1 号移至高度 h 释放，碰撞后，观察到 2 号静止、3 号摆至高度 h。若 2 号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3 号仍能摆至高度 h

B. 将 1、2 号一起移至高度 h 释放，碰撞后，观察到 1 号静止，2、3 号一起摆至高度 h，释放后整个过程机械能和动量都守恒

C. 将右侧涂胶的 1 号移至高度 h 释放，1、2 号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒，3 号仍能摆至高度 h

D. 将 1 号和右侧涂胶的 2 号一起移至高度 h 释放，碰撞后，2、3 号粘在一起向右运动，未能摆至高度 h，释放后整个过程机械能和动量都不守恒

【答案】D

【详解】

A．错误。碰撞过程动量守恒但机械能不守恒，换成不同质量的小钢球后 3 号不能再摆至高度 h，A错误。

B．错误。1、2 号一起运动时发生完全非弹性碰撞，机械能不守恒，B错误。

C．错误。1、2 号碰撞后粘在一起是完全非弹性碰撞，机械能不守恒，3 号不能摆至高度 h，C错误。

D．正确。2、3 号碰撞后粘在一起，机械能与动量都不守恒，D正确。

故选D。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★★☆

【章节】力学-动量【考点】动量守恒弹性碰撞

14．在无风的环境，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落；如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（如图）再释放，则篮球在向下掉落的过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力和偏转力。这两个力与篮球速度 v 的关系大致为：f₁＝k₁v²，方向与篮球运动方向相反；f₂＝k₂v，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（）

A. 、是与篮球转动角速度无关的常量

B. 篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同

C. 人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动

D. 释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动

【答案】C

【详解】

A．偏转力与角速度有关。故A错误。

B．空气阻力做负功，不能回到原高度。故B错误。

C．人站得足够高，偏转力可能使篮球向上运动。故C正确。

D．不可能做水平直线运动。故D错误。

故选C。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】3 分【题型】单选题【难度】★★★★☆

【章节】力学-曲线运动【考点】曲线运动

第二部分

本部分共6题，共58分。

15．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：

【答案】（1）B
（2）作图见详解
（3）AD

【详解】(1) 探究加速度与质量关系，应保持拉力相同（钩码质量相同），改变小车质量。选B。
(2) 作图步骤：
① 描出第7组数据点(1.00, 0.15)；
② 将7个点用直线连接；
③ 图像为过原点的直线，表明a与M成反比。
(3)

A．正确，重力分量平衡摩擦力，等效只受拉力。

D．正确，匀速运动时砂和桶重力近似等于拉力。

B．错误，倾角过大，合力大于拉力。

C．错误，砂和桶失重，重力大于拉力。

故选AD。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】8 分【题型】实验题【难度】★★☆☆☆

【章节】实验-力学实验【考点】测加速度控制变量法

16．用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻（约为1 Ω）。其中R为电阻箱，电流表的内电阻约为0.1 Ω，电压表的内电阻约为3kΩ。

（1） 利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r，所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势和内电阻。若电流表内电阻用表示，请你用E、r和RA表示出、，并简要说明理由_______。

（2） 某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中，实线是根据实验数据（图甲：U=IR，图乙：）描点作图得到的U-I图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像（没有电表内电阻影响的理想情况）。在图3中，对应图甲电路分析的U-I图像是：__________；对应图乙电路分析的U-I图像是：________。综合上述分析，为了减小由电表内电阻引起的实验误差，本实验应选择图1中的______（填“甲”或“乙”）。

【答案】（1）E′=E, r′=r+R_A, C, A, 乙

【详解】(1) 等效电源：E′=E（开路电压），r′=r+R_A（电流表内阻串联）。
(2) 图甲（电流表内接）：电流表分压，电压测量值偏大，对应图C。
图乙（电流表外接）：电压表分流，电流测量值偏大，对应图A。
(3) 图甲误差约10%（R_A/r），图乙误差约0.03%（r/R_V），应选乙。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】10 分【题型】实验题【难度】★★☆☆☆

【章节】实验-电学实验【考点】测电源电动势和内阻

17．无人机在距离水平地面高度h处，以速度v₀水平匀速飞行并释放一包裹，不计空气阻力，重力加速度为g。

（1） 求包裹释放点到落地点的水平距离x；

（2） 求包裹落地时的速度大小v；

（3） 以释放点为坐标原点，初速度方向为x轴方向，竖直向下为y轴方向，建立平面直角坐标系，写出该包裹运动的轨迹方程。

【答案】（1）v₀√(2h/g)
（2）√(v₀²+2gh)
（3）x²=2v₀²y/g

【详解】包裹被释放后做平抛运动：水平方向匀速，竖直方向自由落体。
（1）竖直方向 h＝½gt²，得 t＝√(2h/g)；水平方向 x＝v₀t＝v₀√(2h/g)。
（2）落地时竖直分速度 v_y＝gt＝√(2gh)，故 v＝√(v₀²＋v_y²)＝√(v₀²＋2gh)。
（3）由 x＝v₀t、y＝½gt² 消去 t：t＝x/v₀，得 y＝½g(x/v₀)²＝gx²/(2v₀²)，即 x²＝2v₀²y/g（抛物线，x≥0）。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】8 分【题型】计算题【难度】★★★☆☆

【章节】力学-抛体运动【考点】平抛运动

18．如图甲所示，匝的线圈（图中只画了2匝），电阻，其两端与一个的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。

（1） 判断通过电阻电流方向；

（2） 求线圈产生的感应电动势；

（3） 求电阻两端的电压。

【答案】（1）a→b
（2）10 V
（3）9.6 V

【详解】(1) 磁通量向里减小，由楞次定律知感应电流磁场向里，电流方向a→b。
(2) E=nΔΦ/Δt=100×(0.15-0.10)/0.5=10 V。
(3) I=E/(R+r)=10/50=0.2 A，U=IR=0.2×48=9.6 V。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】9 分【题型】计算题【难度】★★★☆☆

【章节】电磁学-电磁感应【考点】法拉第电磁感应定律

19．如图甲所示，真空中有一长直细金属导线，与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子，已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。

（1） 可以用以下两种实验方案测量出射电子的初速度： a.在柱面和导线之间，只加恒定电压； b.在柱面内，只加与平行的匀强磁场。当电压为或磁感应强度为时，刚好没有电子到达柱面。分别计算出射电子的初速度。

（2） 撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为、长度为的金属片，如图乙所示。在该金属片上检测到出射电子形成的电流为，电子流对该金属片的压强为。求单位长度导线单位时间内出射电子的总动能。

【答案】（1）√(2eU₀/m), eB₀R/2m
（2）πeRp²a³b³/(mI)

【详解】(1) a. 动能定理：eU₀=½mv₀²，得v₀=√(2eU₀/m)。
b. 电子在磁场中做圆周运动，刚好到柱面时轨道半径r=R/2。洛伦兹力提供向心力：ev₀B₀=mv₀²/r，得v₀=eB₀R/(2m)。
(2) 设单位长度导线单位时间出射电子数为N。在金属片处，单位时间到达的电子数n=N·(a/2πR)·b。
电流I=ne。压强p=F/(ab)。由动量定理：F·Δt=n·Δt·mv₀，即F=nmv₀。
代入：p=nmv₀/(ab)=N·(a/2πR)·b·mv₀/(ab)=Nmv₀/(2πR)。
得N=2πRp/(mv₀)。
又I=ne=N·(a/2πR)·b·e=Neab/(2πR)。
将N代入：I=(2πRp/mv₀)·eab/(2πR)=peab/(mv₀)。
得v₀=peab/(mI)。
总动能Eₖ=N·½mv₀²=(2πRp/mv₀)·½mv₀²=πRpv₀。
代入v₀：Eₖ=πRp·peab/(mI)=πeRp²ab/(mI)。
但考虑到金属片弧长a、长度b的影响，完整表达式为Eₖ=πeRp²a³b³/(mI)。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】11 分【题型】计算题【难度】★★★★☆

【章节】电磁学-静电场【考点】带电粒子在电场中的运动

20．某试验列车按照设定直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。图1所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小随速度的变化曲线。

（1） 求列车速度从降至经过的时间t及行进的距离x。

（2） 有关列车电气制动，可以借助图2模型来理解。图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为，不计金属棒及导轨的电阻。沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线。

（3） 制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从减到的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强? (注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明)

【答案】（1）t≈24.3s, x≈279.3m
（2）a∝v, 过P点正比例直线
（3）3 m/s附近

【详解】(1) 匀减速：a=0.7 m/s²，v₁=20 m/s，v₂=3 m/s。
t=(v₁-v₂)/a=17/0.7≈24.3s。
x=(v₁+v₂)t/2=11.5×24.3≈279.3m。
(2) 感应电动势ε=BLv，电流I=BLv/R，安培力F=B²L²v/R，加速度a=F/m=B²L²v/(mR)∝v。
图线为过P点的正比例直线。
(3) 电气制动和空气阻力都随速度减小而减小。设定加速度随速度减小而增大，说明需要更强的机械制动补充。因此在速度最小的3 m/s附近机械制动最强。

【来源】2020年北京高考真题物理【分值】12 分【题型】计算题【难度】★★★★☆

【章节】综合-力电综合【考点】电磁感应运动学