湖南省长沙市雅礼中学2021-2022学年高二上学期期末考试物理试题

雅礼教育集团2021年下学期期末考试试卷

高二物理

一、单选题（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．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（　　）

A．电动机是利用电磁感应原理，将机械能转化为电能

B．电磁感应现象是奥斯特最先发现的

C．楞次最先发现了电流的磁效应

D．感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果

2．雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能手机都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能手机的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（　　）

A．电流热效应 B．电磁感应

C．静电感应 D．霍尔效应

3．2022年冬奥会将在张家口举行，其中短道速滑接力是很具观赏性的项目。比赛中“接棒”运动员在前面滑行，“交棒”运动员从后面追上，“交棒”运动员用力推前方“接棒”运动员完成接力过程。忽略运动员与冰面之间的摩擦，交接棒过程中两运动员的速度方向均在同一直线上。对两运动员交接棒的过程，下列说法正确的是（　　）

A．两运动员之间相互作用力做的总功一定等于零

B．两运动员之间相互作用力的总冲量一定等于零

C．两运动员的动量变化一定相同

D．两运动员组成的系统动量和机械能均守恒

4．下列光现象中，光学原理与其他各项不同的是（　　）

A．光照射肥皂膜得到的干涉图样   B．泊松亮斑衍射图样

C．光照射针尖得到的衍射图样   D．光通过圆孔得到的衍射图样

5．如图所示是两个理想单摆的振动图像，纵轴表示摆球偏离平衡位置的位移。下列说法中正确的是（　　）

A．同一摆球在第1s和第3s时加速度都相同

B．乙摆球在第1s和第3s时速度相同

C．甲、乙两个摆的摆长之比为1：2

D．甲摆球位移随时间变化的关系式为

6．如图所示，圆形区域的圆心为O，区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场，MN为圆的直径，从圆上的点沿AO方向，以相同的速度先后射入甲、乙两个粒子，甲粒子从M点离开磁场，乙粒子从N点离开磁场．已知，不计粒子受到的重力，下列说法正确的是（　　）

A．乙粒子带正电荷

B．乙粒子与甲粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为

C．乙粒子与甲粒子的比荷之比为

D．乙粒子与甲粒子在磁场中运动的时间之比为

二、多选题（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）

7．一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x轴正方向传播

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x轴正方向移动到N点

D．该时刻质点K与M的速度、加速度都相同

8．如图所示，质量为m的物块放在质量为M的平板车上，轻弹簧将物块与平板车右端的固定挡板相连，平板车上表面光滑，物块与车一起沿光滑水平面向右以大小为v0的速度匀速运动，车与地面上的固定挡板相碰后以原速率返回，M>m，则下列说法正确的是（　　）

A．碰撞瞬间，物块动量不变

B．碰撞后，物块、车与弹簧组成的系统动量方向与v0方向相同

C．碰撞后，物块、车与弹簧组成的系统机械能守恒

D．碰撞后，弹簧具有的最大弹性势能为

9．质谱仪是可以用来分析同位素的装置，如图所示。电容器两极板相距为d，两板间电压为，极板间匀强磁场的磁感应强度为，一束含有（氢核、（氘核、（氦核的粒子束沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后从点进入另一磁感应强度为的匀强磁场，结果分别打在感光片上的a、b两点，不计粒子重力。则以下分析正确的是（　　）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

B．粒子进入匀强磁场时的速度

C．打在a点的粒子中有粒子

D．粒子打在a、b两点间的距离等于间距离的一半

10．如图所示，AB、CD组成一个平行轨道，导轨间距为L，轨道平面的倾角=30°，轨道与导轨EF、GH由两小段光滑的圆弧BE、DG相连（小圆弧绝缘且长度可忽略），倾斜导轨部分处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B；水平导轨部分（足够长）处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为2B；质量为m、电阻为R的导体棒Q静止于水平导轨上，倾斜导轨A、C间接一个电容器，电容器的电容为，质量为m、电阻忽略不计的导体棒P与导轨垂直放置，从靠近A、C端的位置由静止释放，导体棒P的长度为L，且初始时离水平轨道的高度为h，已知重力加速度为g，不考虑导体棒P与导轨间的摩擦力，不计导轨的电阻，整个过程中Q始终静止不动且P、Q没有发生碰撞。则下列说法中正确的是（　　）

A．导体棒P在倾斜导轨上做匀加速运动，加速度大小为

B．导体棒P滑上水平导轨时的速度为

C．导体棒Q在此过程中受到的最大摩擦力为

D．导体棒Q在此过程中受到的最大摩擦力为

三、实验题（共两题，第11题7分，第12题8分）

11．（7分）如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个大小相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：

步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上，重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；

步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；

步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度L1、L2、L3。

（1）入射小球1的质量应______（选填“大于”“等于”或“小于”）被碰小球2的质量；入射小球1的半径应______（选填“大于”“等于”或“小于”）被碰小球2的半径；

（2）除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是______；

A．秒表    B．天平    C．刻度尺    D．打点计时器

（3）当所测物理量满足表达式________________________（用所测物理量的m1、m2、L1、L2、L3表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。如果还满足表达式______________________（用所测物理量m1、m2、L1、L2、L3表示）时，即说明两球是弹性碰撞。

12．（8分）某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。 

（1）若想减小从目镜中观察到的条纹间距，该同学可___________。（单选）

A．将单缝向双缝靠近 

B．将屏向靠近双缝的方向移动 

C．将屏向远离双缝的方向移动 

D．使用间距更小的双缝 

（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条亮条纹中心到第n条亮条纹中心之间的距离为∆x，则单色光的波长的表达式λ=______________。

（3）在测量某单色光的波长时，所得图样如图乙所示，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心，测量头游标卡尺的示数如图丙所示，读数为_______mm。移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心，测量头游标卡尺的示数为16.2mm。已知双缝挡板与光屏间距为0.4m，双缝相距0.2mm，则所测单色光的波长为_______nm。

四、解答题（共3题，第13题12分，第14题13分，第15题16分）

13．(12分)如图所示，某透明介质的横截面由四分之一圆和一直角三角形构成，半径，，P点在半径OA上且。一细束激光从Р点垂直OA射入透明介质，激光射到圆弧AB上时恰好发生全反射。

（1）求透明介质对激光的折射率n；

（2）请通过计算判断激光经圆弧AB反射后是否会直接从BD边射出介质。

14．(13分)如图所示，直角坐标系中y轴右侧存在一垂直纸面向外、宽为a的有界匀强磁场，磁感应强度为B，右边界PQ平行于y轴，一带正电荷的粒子（重力不计）以速率v垂直射入磁场，当粒子从原点O以与x轴正方向成角度斜向上射入时，粒子恰好垂直PQ射出磁场，当粒子从原点O以与x轴正方向成角度斜向下射入时，粒子恰好不从右边界射出。求：

（1）粒子的比荷；

（2）粒子恰好不从右边界射出时在磁场中运动的总时间。

15．(16分)如图所示，平行金属导轨MN、M′N′和平行金属导轨PQR、P′Q′R′固定在高度差为h(数值未知)的两水平台面上。导轨MN、M′N′左端接有电源，MN与M′N′的间距为L＝0.10m，线框空间存在竖直向上的匀强磁场、磁感应强度B1＝0.20T；平行导轨PQR与P′Q′R′的间距也为L＝0.10m，其中PQ与P′Q′是圆心角为60°、半径为r＝0.50m的圆弧形导轨，QR与Q′R′是水平长直导轨，QQ′右侧有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B2＝0.40T。导体棒a质量m1＝0.02kg，接在电路中的电阻R1＝2.0Ω，放置在导轨MN、M′N′右侧N′N边缘处；导体棒b质量m2＝0.04kg，接在电路中的电阻R2＝4.0Ω，放置在水平导轨某处。闭合开关K后，导体棒a从NN′水平抛出，恰能无碰撞地从PP′处以速度v1＝2m/s滑入平行导轨，且始终没有与棒b相碰。重力加速度g＝10m/s2，不计一切摩擦及空气阻力。求：

（1）导体棒a刚滑到水平导轨上QQ′处的速度大小；

（2）导体棒b的最大加速度的大小；

（3）导体棒a在QQ′右侧磁场中产生的焦耳热；

（4）闭合开关K后，通过电源的电荷量q。

参考答案

1．D

2．B

3．B

4．A

5．D

6．C

7．AB

8．ACD

9．AC

10．AD

11．    大于    等于    BC   

【详解】

(1)[1]由图示螺旋测微器可知，其示数为：4mm+22.3×0.01mm=4.223mm；

(2)[2][3]根据动量守恒定律可知若碰撞小球1的质量小于被碰小球2的质量，则小球1可能被碰回，所以小球1的质量应大于被碰小球2的质量，为了保证是对心碰撞，所以小球1的半径应等于被碰小球2的半径；

(3)[4]小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证

m1v0=m1v1+m2v2

因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移

x=vt

因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有

m1OP=m1OM+m2ON

实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材有BC；

(4)[5]两球相碰前后的动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得

m1v0=m1v1+m2v2

小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，则有

L2=v0t

L1=v1t

L3=v2t

代入可得

m1 L2=m1 L1+m2 L3

[6]若碰撞是弹性碰撞，满足动能守恒，则有

代入解得

12．B          11.4      600   

【详解】

（1）[1]根据双缝干涉条纹间距公式

A．将单缝向双缝靠近对条纹间距无影响，选项A错误； 

BC．将屏向靠近双缝的方向移动，即减小L，可减小条纹间距，选项B正确，C错误； 

D．使用间距更小的双缝,可增加条纹间距，选项D错误。

故选B。 

 （2）[2]若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为∆x，则相邻条纹间距

根据双缝干涉条纹间距公式

可得单色光的波长

（3）[4]分划板在A位置时，游标卡尺的主尺读数为11mm，游标读数为4×0.1mm=0.4mm，所以最终读数为

则相邻条纹的间距为

双缝的间距为；屏与双缝间的距离为；根据双缝干涉条纹间距公式

可得

13．（1） ；（2） 不会

【详解】

（1）作出光路图如图所示，设激光发生全反射的临界角为C，根据几何关系有

解得

透明介质对激光的折射率为

（2）根据几何关系可得激光在BD边上F点的入射角为

所以激光在F点将发生全反射，不会直接从BD边射出介质。‍

14．（1）；（2）

【详解】

（1）粒子在磁场中的运动轨迹如图所示

则由图知斜向上射入时有

rsinθ=a

斜向下射入时有

rsinθ＋a=r

联立解得

θ=30°，r=2a

由洛伦兹力提供向心力得

得粒子的比荷为

（2）粒子恰好不从右边界射出时在磁场中运动的圆心角为

α=2×（90°-30°）=120°

周期为

则粒子在磁场中运动的时间为

15．（1）3m/s（2）0.02m/s2；（2）0.02J；（3）1C

【详解】

(1)设a棒滑到水平导轨上时的速度大小为v2，则从PP′到QQ′，由动能定理得

m1g(r-rcos60°)＝m1v-m1v

解得

v2＝3m/s

（2）因为a棒刚进磁场时，a、b棒中的电流最大，b棒受力最大，加速度最大，所以

E＝B2Lv2＝0.12V

I＝＝0.02A

由牛顿第二定律有

B2IL＝m2amax

则导体棒b的最大加速度

amax＝0.02m/s2

(3)两个导体棒在运动过程中，动量守恒且能量守恒，当两棒的速度相等时回路中的电流为零，此后两棒做匀速运动，两棒不再产生焦耳热。

所以由动量守恒定律有

m1v2＝(m1＋m2)v3

设a棒在此过程中产生的焦耳热为Qa，b棒产生的焦耳热为Qb。由能量守恒定律有

m1v＝(m1＋m2)v+Qa+Qb

由于a、b棒串联在一起，所以有

联立解得

Qa=0.02J

(4)设闭合开关后，a棒以速度v0水平抛出，则有

v0＝v1cos60°＝1m/s

对a棒冲出过程由动量定理得

∑B1ILΔt＝m1v0

即

B1Lq＝m1v0

解得

q＝1C