2021-2022学年湖南省湘东九校高二（下）期末联考物理试题（解析版）

湖南省湘东九校2022年7月高二期末联考

物理试卷

总分：100分  时量：75分钟

一、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. 北京时间2022年3月23日15时44分，“天宫课堂”第二课开讲，地面主课堂设在中国科技馆，分课堂分别设在西藏拉萨和新疆乌鲁木齐，“天宫课堂”在距地面约400公里的中国空间站。中国空间站的运动可视为匀速圆周运动，每90分钟绕地球一周，航天员翟志刚、王亚平、叶光富三位“太空教师”讲了一堂精彩的太空科普课。这场充满奇思妙想的太空授课，让科学的种子在亿万青少年的心里生根发芽，如图为课堂截图，据以上信息，下列说法不正确的是（　　）

A. 信息中的北京时间2022年3月23日15时44分指的是时刻

B. 中国空间站绕地球飞行时，空间站里的“太空教师”处于平衡状态

C. 中国空间站绕地球飞行一周时，以地心为参考系，位移为零

D. “太空教师”处于完全失重状态，但仍受地球引力作用

【答案】B

【解析】

【详解】A．信息中的北京时间2022年3月23日15时44分指的是时刻，故A正确，不符合题意；

B．中国空间站绕地球飞行时，空间站里“太空教师”做匀速圆周运动，具有向心加速度，并非处于平衡状态，故B错误，符合题意；

C．中国空间站绕地球飞行一周时，以地心参考系，位移为零，故C正确，不符合题意；

D．“太空教师”处于完全失重状态，此时所受地球引力全部提供向心力，故D正确，不符合题意。

故选B。

2. 在水平面上固定了三个点电荷，分别放在等腰梯形的三个顶点上，，电量关系及电性如图所示，静电力常数为k。点的场强大小为（　　）

A. 0 B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】连接AE，如下图所示

根据几何知识可知

则A点的点电荷在E点产生的场强大小为

则B点的点电荷在E点产生的场强为

，方向水平向左

则C点的点电荷在E点产生的场强为

，方向水平向右

故B、C两处点电荷的电场强度之和为

，方向水平向右

根据平行四边形定则，则有E点的场强大小为

故选C。

3. 两位同学为了测一个内部不规则容器的容积，设计了一个实验，在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封，如图所示。玻璃管内部横截面积，管内一静止水银柱封闭着长为的空气柱，水银柱长为L＝4cm，此时外界温度为，现把容器浸入温度为的热水中，水银柱静止时，下方的空气柱长度变为，实验时大气压为76cmHg不变。根据以上数据可以估算出容器的容积约为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】设容器的容积为V，由气体的等压变化可知

有

解得

故选C。

4. 如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（　　）

A. a光的频率比b光的频率小

B. 在冰晶中，b光的传播速度较大

C. 用同一装置做双缝干涉实验时，b光条纹间距更大

D. 从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小

【答案】A

【解析】

【详解】A．由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根据棱镜色散规律可知a光的波长比b光的波长大，a光的频率比b光的频率小，故A正确；

B．易知冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据可知在冰晶中，b光的传播速度较小，故B错误；

C．根据，b光波长小，则b光条纹间距更小，故C错误；

D．同种玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，根据可知从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，故D错误。

故选A。

5. 如图甲所示是一小型交流发电机的供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和节能灯连接，节能灯上标有“，”字样且正常发光。从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化的图像如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）

A. 时，发电机内线圈平面与磁场方向垂直

B. 电路中的电流方向每秒钟改变25次

C. 变压器原、副线圈匝数之比为10∶1

D. 若把小灯泡换成一量程足够的电压表，交流发电机转速加倍，则电压表读数也加倍

【答案】D

【解析】

【详解】A．时，线圈中感应电流最大，此时发电机内线圈平面与中性面垂直，与磁场方向平行，故A错误；

B．电路中电流的周期为0.04s，每个周期电流方向改变2次，所以每秒改变50次，故B错误；

C．变压器原线圈电流有效值为

变压器副线圈电流等于节能灯的额定电流，为

所以变压器原、副线圈匝数之比为

故C错误；

D．交流发电机输出电压峰值为

交流发电机转速加倍，则em加倍，原线圈电压有效值加倍，副线圈电压有效值加倍，电压表读数也加倍，故D正确。

故选D。

6. 如图所示，在光滑的绝缘水平面上有一正方形线框abcd，线框由均匀电阻丝制成，边长为L，总电阻值为r。两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场方向竖直向下。线框abcd在外力作用下沿垂直于cd方向以速度v匀速进入磁场，速度方向与磁场边界成45°角，则当对角线ac刚进入磁场时（　　）

A. 线框产生的感应电动势为

B. ac两端的电压为BLv

C. 线框所受外力大小为

D. 线框中的感应电流为

【答案】D

【解析】

【详解】A．线框切割磁感线时，有效长度为L，所以电动势为BLv，A错误；

D．电流等于

D正确；

C．外力与安培力相等，而安培力的有效长度为，所以

方向与边界垂直向上，C错误；

B．而ac两端的电压为线框abc在电路中等效电阻的电压，所以

B错误。

故选D。

二、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，有多项符合题目要求。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，天花板上用细线悬挂一个质量为M的小球，处于静止状态。一颗高速子弹射入小球中，并停留在小球中，射入时间极短，然后从最低点摆到最大摆角处。下列说法正确的是（　　）。

A. 从子弹射向小球到一起摆到最大摆角处整个过程中，子弹与小球组成的系统水平方向动量守恒

B. 从子弹射向小球到一起摆到最大摆角处整个过程中，子弹与小球组成的系统机械能守恒

C. 子弹射入小球的过程中，子弹与小球组成的系统水平方向动量守恒

D. 子弹与小球作用完成后，一起摆到最大摆角的过程中，小球、子弹及地球所构成的系统机械能守恒

【答案】CD

【解析】

【详解】A．子弹射入小球的瞬间系统的动量守恒，可在整个过程中子弹与小球组成的系统水平方向动量不守恒，故A错误；

B．子弹打入小球时有能量损失，所以子弹与小球组成系统的机械能不守恒，故B错误；

C．子弹射入小球的瞬间运动中，子弹与小球组成的系统水平方向动量守恒，C正确；

D．子弹与小球作用完成后，一起摆到最大摆角的过程中，只有重力做功，因此小球、子弹及地球所构成的系统机械能守恒，D正确。

故选CD。

8. 1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功，开创了中国航天史的新纪元。科学家钱学森做出特殊贡献，被誉为“中国航天之父”。目前我国在轨人造地球卫星有上千颗了。某颗地球同步卫星A与另一颗地球中轨道赤道卫星B，都在轨且正常运行，B卫星的周期是A卫星周期的一半。某时刻B卫星在A卫星的正下方。则（　　）

A. A的线速度比B的大

B. 至少要经过24小时，B才能再次经过A的正下方

C. A距地心的距离是B距地心的距离的倍

D. B卫星向运动的正前方喷气，可使B变轨，从而运动到A的轨道上

【答案】BC

【解析】

【详解】C．A卫星的周期大于B卫星的周期，所以A的轨道半径大于B的轨道半径，由开普勒第三定律可知

解得

C正确；

A．根据万有引力提供向心力

可得

由于B卫星的周期是A卫星周期的一半，则B卫星圆周运动的半径小于A卫星圆周运动的半径，根据

可知，A的线速度小于B的线速度，A错误；

B．A是同步卫星，相对地面静止，而B的周期为A的一半，B比A要多运动1周才能再次来到A的正下方，即

所以B在小时后恰好经过A的正下方，B正确；

D．B只能向后喷气加速才能增加轨道半径，从而可能进入A的轨道，D错误。

故选BC。

9. 如图所示，实线是一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，M是平衡位置距O点5m的质点，虚线是0.2s后的波形图，已知此波的周期大于0.2s。下列说法中正确的是（　　）

A. 该波遇到长度为3m的障碍物时将会发生明显衍射现象

B. 波速可能为20m/s

C. 该波的周期可能为0.6s

D. 若波速为15m/s，0~0.2s内，质点M运动的路程为60cm

【答案】AD

【解析】

【详解】A．该波的波长为4m，大于3m，该波遇到长度为3m的障碍物时会发生明显衍射现象，故A正确；

C．若波向右传播

解得

若波向左传播

解得

故C错误；

B．若波向右传播

(n＝0，1，2，3)

解得

v

所以

若波向左传播

(n＝0，1，2，3)

解得

所以

故B错误；

D．若波速为15m/s，波向左传播，0~0.2s时间间隔等于，质点M运动的路程为

故D正确。

故选AD。

10. 如图所示，一轻弹簧一端固定在倾角为53°光滑斜面的底端，另一端拴住质量为的物块P，Q为一质量为的重物，Q与P接触但不粘连。弹簧的劲度系数k＝100N/m，系统处于静止状态。现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，加速度为a且大小未知，已知在前0.2s时间内F为变力，0.2s以后F为恒力，已知sin53°＝0.8，，则（　　）。

A. 加速度 B. 力F的最小值

C. 力F的最大值 D. Q与P分离时的弹簧弹力F＝28N

【答案】ABC

【解析】

【详解】AD．F刚作用时，弹簧弹力等于P、Q的整体重力的分力

当P与Q分离时，弹簧的形变量为

对P分析有

解得

弹簧弹力为

A正确，D错误；

B．刚作用时F最小，P、Q整体分析有

解得

B正确；

C．分离时F最大，对Q分析有

解得

C正确。

故选ABC。

三、非选择题：共56分。

11. 某小组通过测量两辆小车在相同时间内通过的位移来比较它们的加速度，进而探究加速度与力的关系，实验装置如图所示。将轨道分上下双层排列，两小车尾部的刹车线由后面的刹车系统同时控制，能使小车同时立即停下来。通过改变槽码盘中的槽码来改变拉力的大小。（小车与轨道间摩擦很小，可忽略不计）

（1）通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小是否可行？______（选填“可行”或“不可行”）。

（2）已知两小车质量均为500g，实验数据如表中所示。

分析表中数据，你能得到的结论是：________________________________________________。

（3）如果还要利用上述装置进行“探究加速度与质量的关系”实验，实验条件应调整为：____________。

【答案】    ①. 可行；    ②. 质量一定时，加速度与拉力成正比；    ③. 槽码盘中的槽码数相等（即拉力相等），通过改变小车中的槽码的多少来改变质量的大小

【解析】

【详解】（1）[1]可行，小车运动时间相等，根据

可得

（2）[2]由表格数据可知，同组实验，误差允许范围内，拉力之比与位移之比相同，则

（3）[3]还要利用上述装置进行“探究加速度与质量的关系”实验，要保持拉力不变，改变小车质量，故应保持槽码盘中的槽码不变，改变小车质量。

12. 酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题图甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。

（1）某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器、电源（电动势为，内阻未知）、电流表（满偏电流为，内阻为9.5），闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为___________；用该仪器___________（选填“能”“不能”）检测酒驾；

（2）另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为题图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为，内阻不计，为定值电阻，为酒精气体传感器，是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，则红灯为___________（选填“”），当红灯刚亮时通过其的电流为___________A（保留两位有效数字）。

【答案】    ①. 0.5    ②. 不能    ③. L1    ④. 0.28

【解析】

【详解】（1）[1]电流表刚好满偏，则电流表两端电压为

此时周围无酒精气体，则R1取80Ω，其两端电压为

则电源内阻为

[2]当无酒精气体时，R1电阻最大，此时电流表刚好满偏，若有酒精气体时，R1电阻变小，电路中电流变大，超过电流表的最大量程，所以不能检测酒驾。

（2）[3]颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，所以亮绿灯的小灯泡需要保证两端的电压一直大于等于0.7V，如果与R1接在一起，R1在测量酒驾的时候电阻会发生改变，初始电阻大时应当不让小灯泡亮，等电阻变小让小灯泡亮，这样才可以查出酒驾，所以一直亮绿灯的小灯泡应当与定值电阻接在一起，这样无论R1如何变化，都不会影响小灯泡是否亮，且与定值电阻接在一起也会保证绿灯一直亮，所以L2是绿灯，L1是红灯。

[4]当酒精浓度达到0.2mg/mL时，L1会变亮，此时L1两端电压为0.7V，已知电源电动势为9V，则R1两端电压为8.3V，根据图乙可知R1的电阻为30Ω，则当红灯亮时，通过其电流为

13. 某兴趣小组设计了一款智能弹跳游戏，简化模型如图所示，有一长为L（已知量）的空心上下无底的圆筒，圆筒顶端固定了一个智能主控装置（未画出），可以自动检测弹性小球运动过程中的运动物理量和对小球施加的特定作用力，圆筒轴线上与筒顶端等高处有一弹性小球，现让小球和圆筒同时由静止自由落下，圆筒与小球间无相互作用力，圆筒碰地后立即竖直锁住让它停止运动，小球碰地后的反弹速率为落地时速率的倍，小球与地面的碰撞时间极短，可看作瞬间反弹，运动过程中圆筒的轴线始终位于竖直方向，若小球第一次反弹上升到最高点时刚好与圆筒上端平齐，则智能主控装置就会进行智能识别，提示游戏成功。若某次圆筒的下端距水平地面为某一高度静止释放，按上述要求完成实验，刚好提示游戏成功，已知重力加速度为g，不计空气阻力，求：

（1）在游戏成功的情况下，圆筒释放时下端距水平面的高度H；

（2）在游戏成功的情况下，小球从释放到第一次落地所经历的时间t；

（3）另一次弹跳实验，若小球和圆筒同时由静止释放的同时，智能主控装置自动对弹性小球产生一个竖直向下的恒力，将小球快速向下弹出，检测到小球向下弹出的加速度大小为5g，小球弹出过程中圆筒刚好悬停不动，求圆筒与智能主控装置的总质量M与小球质量m的比值。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）由

得

反弹后速度

解得

（2）设小球从释放到第一次落地的时间为t则有

（3）设智能主控装置对小球施加的力的大小为F，则圆筒受到的反作用力也为F，对圆筒

F＝Mg

对小球

解得

14. 2021年5月28日凌晨，中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置（如图）创造新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出了重要的一步。现有一个控制粒子运动的简化模型，如图所示，同一平面内存在两同心圆形边界，圆心在O点，半径分别为、，中间圆形区域内没有磁场，只有环形区域内分布着方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B＝0.4T的匀强磁场。在圆心O点有一可看成质点的粒子源，只在与磁场垂直的平面内朝各个方向源源不断地放出相同种类的带正电的粒子，各粒子的速度大小不一定相同，不计粒子重力、粒子间的相互作用和粒子间碰撞，不考虑相对论效应，粒子比荷。

（1）沿垂直纸面向里方向看，粒子进入磁场后是顺时针方向运动还是逆时针方向运动；若某个粒子的速度大小，则该粒子进入环形磁场区域后，在磁场中运动的轨道半径多大；

（2）若刚好没有粒子穿出环形磁场的外圆形边界，求粒子在磁场中运动的最大速度；

（3）若有大量这样相同的粒子源分布在以O为圆心，以为半径的圆形区域内（图中未画出），所有粒子源射出粒子的速度方向都只分布在与磁场垂直的平面内，要使粒子源放出的所有粒子都不能穿出外部圆形磁场边界，若磁感应强度B＝0.4T不变，则粒子源放射的粒子最大速度不能超过多少？

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）由左手定则，粒子进入磁场后沿逆时针方向运动；

设该粒子在磁场中做圆周运动的半径为，对该粒子

得

解得该粒子的轨道半径

（2）由对称性可知，只要第一次在磁场中运动不会穿出磁场外边界，以后就不会穿出。若粒子刚好不能穿出外圆形边界，设其轨道半径为，则有几何关系（如左下图）：

解得

有

得

解得

（3）同理，由对称性可知，只要第一次在磁场中运动不会穿出磁场外边界，以后就不会穿出。分析可知，若沿粒子源区域边界切线方向射出、且速度最大的粒子刚好不能射出外边界，则所有粒子无法穿出外圆形边界。

设满足该条件的粒子在磁场中的轨道半径为，由几何关系得（如右下图）：

解得

有

得

代入数据得

所以粒子源射出的粒子最大速度不能超过。

15. 我国运动员闫文港在2022年北京冬奥会获得男子钢架雪车比赛铜牌，实现该项目的历史性突破，小明同学看到该新闻后，设计了如下情景探究物块与轨道及滑板间的相互作用规律。如图所示，水平面上竖直固定一个粗糙圆弧轨道BC，圆弧轨道C端切线水平，长木板静止在光滑的水平面上，木板左端紧靠轨道右端且与轨道点等高但不粘连，接触处上表面平滑。从B的左上方A点以某一初速度水平抛出一质量m＝2kg的物块（可视为质点），物块恰好能从B点沿切线方向无碰撞进入圆弧轨道BC，物块滑到圆弧轨道C点时对轨道的压力大小为，经圆弧轨道后滑上长木板，已知长木板的质量M＝6kg，A、B两点距C点的高度分别为H＝4.3m、h＝2.5m、R＝12.5m，空气阻力不计，g取。求：

（1）物块从A运动到B的时间和物块到达B点时的速度大小；

（2）物块从B滑到C的过程中克服摩擦阻力做的功；

（3）若长木板与地面间的摩擦不计，物块与长木板之间的动摩擦因数，要使物块不滑出长木板，长木板至少为多长；若长木板固定不动，且物块和木板是某种特殊材料，物块在木板上运动受到的水平阻力（与摩擦力类似）大小与物块速度大小v成正比，即，k＝3kg/s，要使物块不滑出长木板，长木板至少为多长。

【答案】（1）t＝0.6s，；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）物块从A点做平抛运动到B点，则有

代入数据解得A到B的时间

t＝0.6s

由几何关系得到B点速度方向与水平方向夹角等于∠BOC，而

B点的速度大小

（2）根据牛顿第三定律，物块在C点所受支持力大小等于物块对轨道的压力大小，在C点有

得

v2=12m/s

从A点抛出的初速度为

从A至C点，由动能定理得

代入数据解得从B滑到C物块克服阻力做功为

（3）物块滑上长木板后，木块和长木板系统动量守恒，则有

解得

假设物块刚好不滑离长木板。，由功能关系可得

解得

若，对木块m由动量定理得

解得

所以，若长木板滑动时，要使物块不滑出长木板， 当，长木板至少长L＝9m；若长木板固定时，当，k＝3kg/s，长木板至少长。