2021-2022学年河北省唐山市高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年河北省唐山市高二（上）期末物理试卷

1.     对下列四个有关光的实验示意图，分析正确的是(    )
    

A. 图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在玻璃球中发生全反射
B. 图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将减小
C. 图丙中若得到如图所示明暗相间条纹说明被检测工件表面平整
D. 若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化

2.     一条绳子左端固定在挡板上，如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形，关于这列波的说法正确的是(    )

A. 这列波遇到障碍物不可能发生衍射现象
B. 再经过一段时间，质点Q将运动到挡板处
C. 质点P刚开始振动时，振动方向向下
D. 波传播到挡板处会被反射回去，反射波与前进波会发生干涉现象

3.     如图所示，一根导体棒用两根细线悬挂在匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度，导体棒与磁场方向垂直，长度，导体棒质量，其中向右的电流，重力加速度g取。下列说法正确的是(    )

A. 该导体棒所受安培力大小为 B. 该导体棒所受安培力大小为
C. 每根悬线的张力大小为 D. 每根悬线的张力大小为

4.     如图甲所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是(    )
    

A. 时，振子的速度方向向右
B. 时，振子在O点右侧6cm处
C. 和时，振子的加速度等大反向
D. 到的时间内，振子的速度逐渐减小

5.     如图所示，在张紧的绳上挂三个理想单摆，a、c两摆的摆长相等。使a摆振动，其余各摆在a摆的驱动下逐步振动起来。测得c摆的周期为。不计空气阻力，重力加速度为g，则(    )

A. 可以估算出a摆的摆长
B. b摆的振幅始终最大
C. c摆的周期一定最大
D. 可以估算出b摆的摆长

6.     磁流体发电是一项新兴技术，下图是它的原理示意图：平行金属板M、N之间有很强的匀强磁场，将一束等离子体即高温下电离的气体，含有大量正、负离子喷入磁场，M、N两板间便产生电压。如果把M、N连接阻值为R的电阻，M、N就是直流电源的两个电极。设M、N两板间的距离为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入M、N两板之间，则下列说法中正确的是(    )

A. N是直流电源的负极 B. 流过电阻的电流为BvR
C. 电源的电动势为Bdv D. 电源的电动势为qvB

7.     两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，，，，。当A追上B并发生碰撞后，用和分别表示A、B两球碰后的速度，两球A、B速度的可能值是(    )

A. ， B. ，
C. ， D. ，

8.     下列说法正确的是(    )

A. 波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
B. 光的偏振现象说明光是横波
C. “泊松亮斑”说明光不具有波动性
D. 阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，这属于光的干涉现象

9.     沿x轴传播的简谐横波在时刻的波形如图中实线所示，时刻的波形如图中虚线所示。已知。则下列说法正确的是(    )

A. 若波沿x轴正方向传播，波速可能是
B. 若波沿x轴正方向传播，波速可能是
C. 若波沿x轴负方向传播，波速可能是
D. 若波沿x轴负方向传播，波速可能是

10. 如图甲是回旋加速器的示意图，利用该装置可以在有限的空间获得高能的粒子，其核心部分为正对的两个半圆形的盒子垂直放置在匀强磁场中。两盒子狭缝间加如图乙所示的方波型交变电压。欲加速的粒子从狭缝中心附近的A点源源不断的进入狭缝，被加速到最大动能后从粒子出口导出。忽略粒子的重力、初速度以及粒子在狭缝中运动的时间，下列说法正确的是(    )
     

A. 粒子被加速时电势能转化为动能
B. 粒子被加速时磁场能转化为动能
C. 增大，粒子获得的最大动能将增大
D. 若将交变电压周期减小为，回旋加速器无法正常工作

11. 某同学用如图甲所示的装置测量激光的波长。将一束激光照在双缝上，在光屏上观察到如图乙所示平行且等宽的明暗相间的条纹。该同学测得双缝间距为每个缝的宽度很窄可忽略，光屏到双缝的距离为L，经测量得出5条亮条纹中心之间的距离为a，图乙中的条纹是因为激光发生了______填“干涉”、“衍射”现象而产生的，经计算该激光的波长为______。

12. 在“验证动量守恒定律”的实验中：
    某同学先采用如图甲所示的装置进行实验。把两个小球用等长的细线悬挂于同一点，保持B球静止，拉起A球，由静止释放后使它们相碰，碰后粘在一起。
    
    ①实验中必须测量的物理有______填选项前的字母；
    A.细线的长度L
    B.A球质量和B球质量
    C.释放时A球被拉起的角度
    D.碰后摆起的最大角度
    E.当地的重力加速度g
    ②利用上述测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式为______；用选项中所给字母表示
    某同学又用如图乙所示的装置做验证动量守恒定律的实验，两球质量分别为和，下列说法中符合本实验要求的是______填选项前的字母；
    A.斜槽轨道必须是光滑的
    B.斜槽轨道末端的切线是水平的
    C.入射小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放
    D.入射小球与被碰小球必须满足
    若该同学在用如图乙所示的装置的实验中，操作正确无误，得出的落点情况如图丙所示，其中P点为单独下落时的落点位置，则入射小球质量和被碰小球质量之比为______。
13. 某机车关闭发动机后以的速度驶向停在铁轨上的若干节车厢，与它们一一对接。机车与第一节车厢相碰后它们连在一起共同运动，紧接着又与第二节车厢相碰，就这样，直至碰上最后一节车厢共同的速度为。设机车和车厢的质量都相等，重力加速度g取，机车和车厢运行过程中一切阻力忽略不计。
    求列车一共有多少节车厢；
    若机车与第一节车厢相碰时相互作用的时间是，求碰撞过程中平均作用力和车厢重力的比值是多少。
14. 如图所示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图，边长等于L，在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成角由真空射入三棱镜，从BC边射出的光线与BC的夹角为。光在真空中的速度为c，求：
    玻璃的折射率；
    光在三棱镜中的传播时间。
15. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理的示意图。静止于A处的离子，经电压为U的加速电场加速后，沿图中半径为R的虚线通过圆弧形静电分析器静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场后，从P点沿竖直方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外。该圆形磁场区域的直径PQ与竖直方向夹角为，经磁场偏转，离子最后垂直打在竖直放置的硅片上。已知离子的质量为m、电荷量为q，不计重力。求：
    离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小；
    静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E；
    匀强磁场的磁感应强度B的大小。
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】解：图像可知，复色光能够入射进入水珠，根据光路的可逆性，两光均不可能在水珠内发生全反射，故A错误；
B.根据可知，图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将减小，故B正确；
C.图丙中得到条纹间距不相等，说明待测工件表面不平整，故C正确；
D.由于自然光为偏振光，所以若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度将发生变化，故D错误；
故选：B。
根据光路的可逆性可进行分析；根据可判断相邻亮条纹间距离变化；根据薄膜干涉原理分析；自然光通过偏振片M后成为偏振光，随两偏振片透振方向的夹角变化，偏振光亮度将发生变化。
本题考查了光学的相关问题，考查知识点针对性强，难度较小，考查了学生掌握知识与应用知识的能力。
 

2.【答案】D 

【解析】解：A、衍射是波特有的现象，绳波也可以衍射，故A错误；
B、绳波是横波，波上的质点并不会沿波的方向发生迁移，只能在平衡位置上下振动，故B错误；
C、质点P刚开始振动时振动方向即为此刻Q的振动方向，波向左传播，右边质点带动左边质点，Q此刻右边质点位置比它高，说明Q此刻振动方向向上，故质点P刚开始振动时振动方向也是向上的，故C错误；
D、波遇到障碍物，会发生反射，反射波频率不变，与前进波相遇会发生干涉现象，故D正确；
故选：D。
波都可以发生衍射现象；
绳上的质点不会随波迁移只是在平衡位置上下振动
在波传播的过程中，任意点起振方向都是相同的，根据Q的起振方向可知P的起振方向；
波遇到障碍物，会发生反射，反射波频率不变，与前进波相遇会发生干涉现象。
明确波的特点，波的衍射、波的反射、波的干涉的定义，知道在波传播的过程中，质点的起振方向都相同。
 

3.【答案】A 

【解析】解：AB、导体棒所受安培力大小为：，故A正确，B错误。
CD、对导体棒进行受力分析，受竖直向下的重力mg，竖直向上的安培力F，和两个倾斜向上的拉力T，如图所示，在竖直方向上由力的平衡有：
代入数据解得：
故CD错误
故选：A。
根据安培力的计算公式可以求的导体棒所受到的安培力的大小，对导体棒进行受力分析，在竖直方向上由力的平衡条件列式即可求的绳子的拉力T。
该题考查了安培力的计算以及应用力的平衡进行力的计算，对于共点力的平衡，可分为以下三种情况：
二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小相等、方向相反，为一对反力。
三力平衡：如果物体在三个力的作用下处在平衡状态，那么这三个力不是平行的话就必共点，而且其中两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反。根据这个特点，我们求解三力平衡问题时，常用的方法是力的合成法，当然也可以用分解法包括正交分解、力的矢量三角形法和相似三角形法等。
多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与其余力的合力大小相等、方向相反。
 

4.【答案】C 

【解析】解：A、由图象乙知，时刻振子运动的方向沿负方向，故A错误；
B、由图象乙知，时，振子的位移最大，结合正弦曲线的特点可知时，振子的位移一定大于6cm，故B错误；
C、由图象乙知和时，振子分别位于正的最大位移处与负的最大位移处，所以加速度大小相同，方向相反，故C正确；
D、由图乙可知，时，振子的位移最大，速度为0，而时刻振子在平衡位置处速度最大，故D错误；
故选：C。
由图象可知振动的周期和振幅，振子向平衡位置运动的过程中，速度增大，加速度减小，回复力，再结合牛顿第二定律判断加速度的方向．
该题考查了弹簧振子的振动图象，会判断振子的速度和加速度的变化，注意振动图象与波动图象的区别，难度不大，属于基础题．
 

5.【答案】A 

【解析】解：A、根据单摆的周期公式，由于a摆提供的驱动力的周期和c摆的固有周期相同，可以估算出a摆的摆长，故A正确；
B、a摆摆动起来后，通过水平绳子对b、c两个摆施加周期性的驱动力，使b、c两个摆做受迫振动，由于a摆提供的驱动力的周期和c摆的固有周期相同，所以c摆发生了共振，c摆的振幅是最大的，故B错误；
C、b、c两摆做受迫振动的频率等于驱动力的频率，都等于a摆的频率，则两摆的周期相同，都等于a摆的周期，因为，所以b摆和a摆的周期也都为，故C错误；
D、由于b摆做受迫振动，所以其固有频率未知，即固有周期未知，所以无法求得b摆的摆长，故D错误。
故选：A。
受迫振动的频率等于驱动率的频率，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振幅最大，即共振；再利用单摆的周期公式求摆长。
本题考查了受迫振动和共振现象，解决该题需要掌握故有周期的求解公式，知道a摆是作为驱动力，而b和c摆做的是受迫振动，其频率和周期与a摆的频率、周期相同。
 

6.【答案】C 

【解析】解：A、由左手定则知正电荷运动的方向向里，掌心向左，所以正离子向下偏转，故N板是正极，故A错误；
CD、两板间电压稳定时满足：，所以，则发电机的电动势，故C正确，D错误；
B、若忽略MN之间的电阻，则电路中的电流，故B错误。
故选：C。
根据左手定则判断板的极性，离子在运动过程中同时受电场力和洛伦兹力，二力平衡时两板间的电压稳定．
本题考查了磁流体发电机的工作原理，要会分析电源的极性和两板间电压大小的影响因素。
 

7.【答案】C 

【解析】解：A、碰撞前总动量为：，碰撞后总动量为：，不符合动量守恒定律，故A错误；
B、碰撞要考虑实际运动情况，碰撞后两球同向运动，A球速度应不大于B球的速度，即，故B错误；
C、两球碰撞过程，系统不受外力，故碰撞过程系统总动量应守恒。
碰撞前，总动量为：
总动能：
碰撞后，总动量为：
总动能：
则，符合动量守恒定律，，符合能量守恒定律，而且，符合实际的运动情况，故C正确；
D、碰撞后，总动量为：，则知，符合动量守恒定律，
总动能：，则知，不符合能量守恒定律，故D错误。
故选：C。
两球碰撞过程，系统不受外力，碰撞过程系统总动量守恒；碰撞过程中系统机械能可能有一部分转化为内能，根据能量守恒定律，碰撞后的系统总动能应该小于或等于碰撞前的系统总动能；同时考虑实际情况，碰撞后A球速度不大于B球的速度。
本题碰撞过程中动量守恒，同时要遵循能量守恒定律，不忘联系实际情况，即碰后两球同向运动时，后面的球不会比前面的球运动的快。
 

8.【答案】BD 

【解析】

【分析】
根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，光的偏振现象说明光是横波，阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，属于干涉现象。
本题考查光的干涉，偏振与多普勒效应，解题关键掌握实际生活中的光现象如何解释。
【解答】
A.根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，故A错误；
B.光的偏振现象说明光是横波，故B正确；
C.“泊松亮斑”是光衍射的结果，说明光具有波动性，故C错误；
D.阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，是薄膜干涉，这属于光的干涉现象，故D正确。
故选：BD。  

9.【答案】AD 

【解析】解：AB、由图可知该波的波长：
若波沿x轴正方向传播，到时间内波传播的距离为，…
波速为：，…
当时，。因n是整数，所以不可能为，故A正确，B错误；
CD、若波沿x轴负方向传播，到时间内波传播的距离为，…
波速为：，…
当时，。因n是整数，所以不可能为，故C错误，D正确。
故选：AD。
根据波形图读出波长，结合波的周期性，写出波传播的距离通项，从而求出波速通项，再求波速特殊值。
本题考查对波动图象的理解能力，要考虑波的周期性和双向性，利用波形平移法得到波传播的距离通项是解决本题的关键。
 

10.【答案】AD 

【解析】解：A、粒子被加速时电场力做正功，电势能转化为动能，故A正确；
B、粒子在磁场中运动，洛伦兹力不做功，动能不变，磁场能没有转化为动能，故B错误；
C、设粒子获得的最大速度为，D形盒的半径为R，根据牛顿第二定律有：，解得，粒子获得的最大动能为，与无关，所以增大，粒子获得的最大动能不变，故C错误；
D、若将交变电压周期减小为，根据知粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期不变，则交变电压周期不等于粒子做匀速圆周运动的周期，破坏了回旋加速器正常工作的条件，所以回旋加速器无法正常工作，故D正确。
故选：AD。
粒子被加速时电势能转化为动能，粒子在磁场中做匀速圆周运动，动能不变；当粒子从D形盒边缘射出时，速度最大，此时粒子运动的轨迹半径等于D形盒的半径，根据牛顿第二定律列式，分析粒子获得的最大动能与什么因素有关。回旋加速器正常工作时，交变电压周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。
解决本题的关键要理解回旋加速器的工作原理，知道当粒子从D形盒中出来时，速度最大，以及知道回旋加速器正常工作的条件是：粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等。
 

11.【答案】干涉  

【解析】解：由于条纹间距平行且等宽、明暗相间，这正是干涉条纹的特点，所以这是激光的干涉现象；
根据双缝干涉条纹间距公式：，变形为：，其中：，解得激光的波长：。
故答案为：干涉、
根据题意由条纹的等距特点判断是激光的干涉现象，根据双缝干涉条纹间距公式可知变形后计算激光的波长。
此题考查了用双缝干涉测光的波长的实验，解题的关键是双缝干涉条纹间距公式的灵活运用。
 

12.【答案】  BC 3：2 

【解析】解：①设碰撞前瞬间A的速度大小为v，碰撞后瞬间速度大小为，由动能定理得：
，
解得：，
碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律的：
，整理得：
实验需要测量：A球质量和B球质量、放时A球被拉起的角度、碰后摆起的最大角度，故选BCD
②由①可知，验证动量守恒定律的表达式是。
、入射球每次从斜槽上同一位置由静止释放即可保证到达斜槽末端时速度相等，斜槽轨道不必光滑，故A错误；
B、小球离开斜槽后做平抛运动，斜槽轨道末端的切线是水平的，故B正确；
C、为保证小球到达斜槽末端速度相等，入射小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放，故C正确；
D、为防止两球碰撞后入射球反弹，入射小球与被碰小球必须满足，故D错误。
故选：BC。
设碰撞前入射球速度大小为，碰撞后瞬间入射球速度大小为，被碰球速度大小为，
碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得：，
两球碰撞后做平抛运动，抛出点的高度相等，运动时间t相等，则，
则，由图丙所示数据可知：，
解得：：：2
故答案为：①BCD；②；；：2。
应用动能定理求出碰撞前后瞬间小球的速度大小，应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后分析答题。
根据实验注意事项分析答题。
应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后根据实验数据求出小球的质量之比。
理解实验原理、知道实验注意事项想解题的前提，应用动能定理、平抛运动规律与动量守恒定律即可解题。
 

13.【答案】解：规定机车的运动方向为正方向，设列车一共有n节车厢，对系统由动量守恒定律得：

代入数据解得：
机车与第一节车厢相碰时，根据动量守恒定律得：
代入数据解得碰后一起的速度为：
机车与第一节车厢相碰时相互作用的时间是，设碰撞过程中平均作用力为F，对机车与第一节车厢相碰时，对车厢根据动量定理得：

代入数据解得碰撞过程中平均作用力为：
碰撞过程中平均作用力和车厢重力的比值为：
答：列车一共有7节车厢；
若机车与第一节车厢相碰时相互作用的时间是，碰撞过程中平均作用力和车厢重力的比值是1。 

【解析】对整个系统运用动量守恒定律，求出列车一共有多少节车厢；
机车与第一节车厢相碰时，根据动量守恒定律求出碰后第一节车厢的速度，对车厢根据动量定理求解。
本题考查了动量守恒定律和动量定理在实际问题中的应用的运用，应用动量观点解题时，一定要规定正方向。
 

14.【答案】解：光射入三棱镜的光路图如图所示：

由几何关系可得：，
由折射定律可得：
光在BC边折射时，由折射定律有：
由题意知，
则，可得：，联立解得：
根据全反射的临界角公式：，则，
由几何知识知：从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程为，光在三棱镜中的传播速度为：
光在三棱镜中的传播时间为：
联立解得：。
答：玻璃的折射率为；
光在三棱镜中的传播时间为。 

【解析】由几何关系找到入射角和折射角，根据光的折射定律求解折射率；根据入射角和临界角的关系判断能否发生全反射；
由几何知识知从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程，根据求解速度，根据求解时间。
解决该题的关键是能正确做出光路图，根据几何知识求解相应的角度和长度，熟记折射定律和光在介质中的传播速度的求解公式。
 

15.【答案】解：离子通过加速电场，由动能定理可知：
变形得到：
在静电分析器中离子做匀速圆周运动，速率不变，所以进入圆形磁场的速率为
离子经过静电分析器，由牛顿第二定律有：联立得到：
根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹如图所示，为其圆心，由几何关系知道：离子的轨迹半径：
为等腰直角三解形，
而
所以
所以：
联立得到：
由牛顿第二定律有从而解得：
答：离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小v为；
静电分析器通道内虚线处电场强度的大小为；
若磁场方向垂直纸面向外，离子从磁场边缘上某点出磁场时，可以垂直打到硅片上，则圆形区域内匀强磁场的磁感应强度的大小为。 

【解析】在加速电场中由动能定理可求速度；
由牛顿第二定律静电力向心力可求辅向电场的电场强度；
根据题意作出粒子运动轨迹，利用几何关系可求得符合条件的粒子的半径，由洛伦兹力提供向心力求磁感应强度。
熟练掌握电场的特点、在磁场中运动的轨迹，会利用几何关系求解物理问题。