2021-2022学年四川省绵阳市南山中学高二下学期期末热身考试物理试题含解析

  绵阳南山中学2022年春季高二学年统考热身考试

物理试题

一、必考选择题．本题共9小题，每小题4分，共36分。在每小题给出的四个选项中，第题只有一项符合题目要求，第题有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

1. 我国自主研发的氢原子钟现已运用于北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要。氢原子能级如图所示，大量处于能级的氢原子，下列正确的是（　　）

A. 氢原子向低能级跃迁时最多发出3种不同频率的光

B. 氢原子由能级跃迁到能级时发出光子的频率大于由能级跃迁至能级时发出光子的频率

C. 氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为

D. 动能为的电子射向大量处于基态的氢原子，氢原子会发生跃迁

【答案】D

【解析】

【详解】A．大量处于能级的氢原子，氢原子向低能级跃迁时最多发出种不同频率的光，A错误；

B．氢原子由能级跃迁到能级时发出光子频率   

由能级跃迁至能级时发出光子的频率

则有

即有

氢原子由能级跃迁到能级时发出光子的频率小于由能级跃迁至能级时发出光子的频率，B错误；

C．从n=4能级跃迁到n=1能级时，辐射光子的能量最大，氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为

C错误；

D．因为实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，均可使原子产生能级跃迁，因此动能为的电子射向大量处于基态的氢原子，氢原子会发生跃迁，D正确。

故选D。

2. 如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】开关闭合时，线圈由于自感对电流的阻碍作用，可看做电阻，线圈电阻逐渐减小，并联电路电阻逐渐减小，电压UAB逐渐减小；开关闭合后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相同，形成回路，灯泡的电流与原电流方向相反，并逐渐减小到0，所以正确选项B．

3. 如图，理想变压器原线圈接有效值保持不变的正弦交流电压，电压表和电流表均为理想交流电表，为负温度系数的热敏电阻，、为定值电阻，为电容器，通电后随着温度升高，下列说法正确的是（　　）。

A. 变压器的输入功率减小

B. 表的示数增大，表的示数减小

C. 表的示数和表的示数都不变

D. 通过的电流始终为零，交流电表示数有时为0

【答案】C

【解析】

【详解】AB．通电后随着温度升高，的电阻值减小，回路中总电阻减小，变压器输出电流增大，表的示数增大，输入电流随着增大，表的示数增大，输入电压不变，则有输入功率增大， AB错误；

C．由理想变压器的原理可知，输入电压不变，输出电压不变，因此表的示数和表的示数都不变，C正确；

D．因电容器C两端接的是交流电，由电容器的充放电可知，的电流一直不是零，交流电表测量的是交流电的有效值，示数一直有，D错误。

故选C。

4. 北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为，通过理想变压器向远处输电，如图，输电线的总电阻为，升压变压器原、副线圈匝数比为，下列说法正确的是（　　）

A. 若用户消耗功率减少，则升压变压器输出电压减小

B. 若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压增大

C. 若该发电系统输送功率为，则输电线损失的功率为

D. 若该发电系统输送功率为，用户获得电压，则降压变压器原、副线圈的匝数比为

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据理想变压器变压规律可知

虽然用户消耗功率减少，但因为U1始终不变，所以U2始终不变，故A错误；

B．若用户消耗功率增加，则发电系统输出功率一定增大，T1原线圈电流I1增大，根据理想变压器变流规律可知副线圈电流I2也增大，即输电电流增大，又因为

并且U2不变，所以U3减小，则U4减小，故B错误；

CD．若该发电系统输送功率为，则T1原线圈电流为

T1副线圈电流，即输电电流为

输电线损失的功率为

T2原线圈电压为

所以降压变压器原、副线圈的匝数比为

故C正确，D错误。

故选C。

5. 如图所示，半径为的金属圆环固定，圆环内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，长为、电阻为r的导体棒OA，一端固定在通过圆环中心的点，另一端与圆环接触良好。在圆环和点之间接有阻值为的电阻，不计金属圆环的电阻。当导体棒以角速度绕点逆时针匀速转动时，下列说法正确的是（　　）

A. 点的电势低于A点的电势

B. 导体棒切割磁感线产生的感应电动势大小为

C. OA两点间电势差大小为

D. 增大导体棒转动的角速度，电路中的电流增大

【答案】D

【解析】

【详解】A．由右手定则可知，OA产生的感应电流由A指向O，电源内部电流由负极指向正极，故A端相当于电源负极，点的电势高于A点的电势，A错误；

B．导体棒转动切割磁感线产生的感应电动势大小为

B错误；

C．OA两点间电势差大小即路端电压为

C错误；

D．增大导体棒转动的角速度，电动势增大，电路中的电流增大，D正确。

故选D。

6. 如图甲所示，固定的长直导线、闭合金属线框ABCD位于同一竖直平面内，长直导线中的电流I随时间t的变化关系如图乙所示。甲图中电流方向为正方向，下列说法正确的是（　　）

A. 0~1s内，金属线框BC边受到的安培力垂直BC边向右

B. 0~1s内，金属线框BC边受到的安培力减小

C. 1~2s内，金属线框受安培力的合力垂直BC边先向左后向右

D. 1~2s内，金属线框受安培力的合力减小

【答案】C

【解析】

【详解】A．由图知0~1s内，导线中电流先向下减小再向上增加，由安培定则知，0~1s内，金属线框内磁场方向先垂直纸面向外后向内，磁通量先减小后增加，由楞次定律知BC边中电流方向C→B，由左手定则知，BC边受到的安培力与BC边垂直先向右后向左，故A错误；

B．由图可知t=0和t=1s时刻，电流变换率为零，则磁通量变化率为零，则线框中感应电流为零， t=0.5s时直导线中电流为0，则在线框中产生的磁场为零，则线框BC边受到的安培力先向右增大后减小，之后再向左增大后减小，故B错误；

C．由图知1~2s内，导线中电流先向上减小再向下增加，由安培定则知，1~2s内，金属线框内磁场方向先垂直纸面向内后向外，磁通量先减小后增加，由楞次定律知线框中电流方向B→C→D→A→B，由左手定则知，AD边受到的安培力与AD边垂直先向左后向右，BC边受到的安培力与BC边垂直先向右后向左，因为线框靠近导线部分磁场较强，所以合力垂直BC边先向左后向右，故C正确；

D．同理可得，t=1s、t=2s时刻线框中电流为0，t=1.5s时直导线中电流为0，故线框所受合力垂直BC边先向左增大后减小，再向右增大后减小，故D错误。

故选C。

7. 一只质量为的乌贼吸入的水，静止在水中。遇到危险时，它在百分之一秒时间内把吸入的水向后全部喷出，以2m/s的速度向前逃窜。以下说法正确的是（　　）

A. 该乌贼与喷出的水的动量变化大小相等、方向相同

B. 该乌贼喷出的水的速度大小为28m/s

C. 该乌贼在这一次逃窜过程中消耗的能量为

D. 该乌贼喷出水的过程中对水的平均作用力大小为280N

【答案】BD

【解析】

【详解】A．乌贼喷水过程时间较短,系统内力远大于外力，系统动量守恒, 则该乌贼与喷出的水的动量变化大小相等、方向相反，故A错误；

B．选取乌贼逃窜的方向为正方向，根据动量守恒定律得

解得

故B正确；

C．该乌贼在这一次逃窜过程中消耗的能量

故C错误；

D．该乌贼喷出水的过程中对水的平均作用力大小为

解得

故D项正确。

故选BD。

8. 如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕'轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R，下列判断正确的是（　　）

A. 电压表的读数为

B. 当线圈由图示位置转过60°时通过电阻R的电荷量为

C. 一个周期内电阻R所产生的焦耳热为

D. 当线圈由图示位置转过60°时的电流为

【答案】AB

【解析】

【详解】A．线圈在磁场中转动，产生的电动势的最大值为

电动势的有效值为

电压表测量为电路的外电压，所以电压表的读数为

故A正确；

B．由公式

线圈由图示位置转过60°的过程磁通量变化的绝对值为

得

故B正确；

C．电阻R产生的热量

故C错误；

D．当线圈由图示位置开始计时，产生的电动势的瞬时值表达式为

电流的瞬时值为

当线圈转过时

故D错误。

故选AB。

9. 如图甲所示，在MN、OP间存在一匀强磁场，t=0时，一正方形光滑金属线框在水平向右的外力F作用下紧贴MN从静止开始做匀加速运动，外力F随时间t变化的图线如图乙所示。已知线框质量m=1kg、电阻R=2Ω，运动过程中线框平面与磁场始终垂直，则（　　）

A. 磁场宽度为4m

B. 匀强磁场的磁感应强度为T

C. 线框穿过磁场过程中，通过线框的电荷量为2C

D. 线框穿过磁场过程中，线框产生的热量为1J

【答案】AB

【解析】

【详解】线框的加速度为，磁场宽度，A正确；当线框全部进入磁场的瞬间有：，，解得，B正确；线框穿过磁场的过程中，通过线圈的电荷量为零，线框进入磁场过程中，线框产生的热量为，CD错误．

二、必考非选择题．本题共4小题，共44分。

10. 狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是______的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是______的。（填“相同”或“不同”）

【答案】    ①. 相同    ②. 相同

【解析】

【详解】[1]由狭义相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即狭义相对性原理。

[2]由狭义相对论的两个基本假设可知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理。

11. 如图所示为“探究两物体作用前后动量是否守恒”的实验装置示意图。已知a、b小球的质量分别为、，半径分别是、。先不放小球，让小球从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。将小球放在斜槽末端边缘处，让小球从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球和在斜面上的落点位置。用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点的距离，图中D、E、点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到点的距离分别为、、。

（1）本实验必须满足的条件是______。

A．斜槽轨道必须是光滑的

B．斜槽轨道末端的切线水平

C．入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放

D．入射球与被碰球满足，

（2）小球和发生碰撞后，的落点是图中的______点，的落点是图中的______点。

（3）用测得物理量来表示，只要满足关系式_______，则说明碰撞中动量守恒。

（4）用测得的物理量来表示，只要再满足关系式_______，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。

【答案】    ①. BC    ②. D    ③. F    ④.     ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1]AC．斜槽轨道不必光滑，只要入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放，到达斜槽末端速度都相等即可，A错误，C正确；

B．斜槽轨道末端的切线水平，才能使两球做平抛运动，B正确；

D．为了使入射球与被碰球发生对心碰撞，需满足

为了使碰撞发生后两球都向前运动，应满足

D错误。

故选BC。

（2）[2][3]小球和发生碰撞后，的速度较小，的速度较大，故落点是图中的D点，的落点是图中的F点。

（3）[4]碰撞前，小球m1落在图中的E点，水平初速度为v1，小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点在图中的D点，水平初速度为v1′，m2的落点是图中的F点，水平初速度为v2，设斜面BC与水平面的倾角为α，由平抛运动规律知

整理得

同理可解得

，

只要满足关系式

即

则说明碰撞中动量守恒。

（4）[5]若两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失，只要满足关系式

联立解得

12. 质量均为m=2 kg的三物块A、B、C，物块A、B用轻弹簧相连，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v=3 m/s的速度在光滑的水平地面上运动，物块C静止在前方，如图所示．B与C碰撞后二者会粘在一起运动．求在以后的运动中：

（1）从开始到弹簧的弹性势能第一次达到最大时，弹簧对物块A的冲量；

（2）系统中弹性势能的最大值Ep是多少？

【答案】（1）  （2）

【解析】

【详解】（1）当三者速度相同时，弹性势能最大，则根据动量守恒

整理可以得到

根据动量定理

（2）B、C碰撞时，B、C系统动量守恒，设碰后瞬间两者的速度为v1，则

解得

设弹簧的弹性势能最大为．，根据机械能守恒得：

代入解得

．

【名师点睛】该题考查动量守恒定律的一般应用，由于本题是两个碰撞的过程，含有非弹性碰撞的过程，不能全过程列出机械能守恒方程，这是学生经常犯的错误．

13. 如图甲所示，光滑的金属导轨MN和PQ平行，间距L=1.0m，与水平面之间的夹角α＝37°，匀强磁场磁感应强度B=2.0T，方向垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值R=1.6Ω的电阻，质量m=0.5kg，电阻r=0.4Ω的金属杆ab垂直导轨放置。现用和导轨平行的恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，使其由静止开始运动，当金属杆沿导轨向上的位移s=3.8m时达到稳定状态，对应过程的v－t图像如图乙所示。取g=10m/s2，导轨足够长。（，）求：

（1）恒力F的大小；

（2）从金属杆ab开始运动到刚达到稳定状态的过程，金属杆上产生的焦耳热Qr；

（3）0~1s内金属杆ab运动的位移x。

【答案】（1）5N；（2）1.47J；（3）0.85m

【解析】

【详解】（1）当金属棒匀速运动时，由平衡条件得

其中由乙图可知v=1.0m/s，且

联立解得

F=5N

（2）从金属棒开始运动到达稳定，由动能定理得

又克服安培力所做的功等于整个电路产生的焦耳热，代入数据解得

两电阻产生的焦耳热与阻值成正比，故金属杆上产生的焦耳热为

（3）进入匀强磁场导体棒做加速度减小的加速运动，由动量定理有

又

It=q

由图可知，代入数据解得

q=0.85C

由

得

x=0.85m

三、选考题（3－4）。本题共4小题，共30分。第14、15、16题每小题4分，给出的四个选项中只有一项符合题目要求。用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。

14. 关于电磁场理论和电磁波，下列说法正确的是（   ）

A. 电磁波是纵波

B. 电磁波的传播不需要介质

C. 均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

D. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在

【答案】B

【解析】

【详解】A．由电磁波产生的原理可知，电磁波是横波，A错误；

B．电磁波的传播不需要介质，B正确；

C．均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误；

D．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，D错误。

故选B。

15. 小红利用图1所示装置，观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了图2所示甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是（　　）

A. 甲对应的P是双缝，双缝间距较大 B. 乙对应的P是双缝，双缝间距较大

C. 丙对应P是单缝，缝的宽度较宽 D. 丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄

【答案】A

【解析】

【详解】AB．条纹甲和乙都是平行等距的，都是干涉条纹，则甲和乙对应的P是双缝，根据

可知，甲条纹间距较小，则甲双缝间距较大，选项A正确，B错误；

CD．丙和丁对应的条纹是平行不等距的，则为衍射条纹，则P是单缝，因丙图的衍射现象较丁更明显，可知丙的缝的宽度较窄，选项CD错误。

故选A。

16. 如图所示为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图。下列说法正确的是（　　）

A. 如图所示的时刻电容器正在放电 B. 如图所示的时刻电流正在减小

C. 电路中的电场能在向磁场能转化 D. 电路中电流沿顺时针方向

【答案】B

【解析】

【详解】AB．根据电容器极板间的场强方向可知，上极板带正电，下极板带负电，根据图中磁场的方向可知，线圈中的电流为俯视逆时针方向，故电容器正在充电，如图所示的时刻电流正在减小，A错误，B正确；

C．电路中的磁场能在向电场能转化，C错误；

D．电路中电流沿逆时针方向，D错误。

故选B。

17. 某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。

（1）为了取得较好的实验效果，其中正确的是_______

A．必须选用上下表面平行的玻璃砖

B．选择的入射角应尽量小些

C．大头针应垂直地揷在纸面上

D．大头针和及和之间的距离适当大些

（2）若测出图中角度和，则可以求出玻璃的折射率______（用测量出的物理量表示）

（3）某同学在插这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值______。（填“偏大”、“不变”或“偏小”）

【答案】    ①. CD    ②.     ③. 偏小

【解析】

【详解】（1）[1]A．只要能确定入射光线和出射光线，即可测量玻璃的折射率，玻璃砖的上下表面不平行也可以，A错误；

B．选择的入射角应适当大些，折射角大些，以减小误差，B错误；

CD．大头针和及和之间的距离适当大些，且大头针应垂直地揷在纸面上，才能准确的确定光线位置，CD正确。

故选CD。

（2）[2]若测出图中角度和，据折射定律可得，玻璃的折射率为

（3）[3]某同学在插这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致偏大，折射率的测量值偏小。

18. 在天宫课堂第二课“光学水球”实验中，王亚平老师在水球中注入少量气体，在水球内会形成一个气泡。在另一侧，我们可以观察到王老师一正一反两个像，如图（甲）所示。这是因为有一部分光线会进入水球中的气泡，形成了正立的人像，而另一部分无法进入气泡的光线，形成了倒立的人像。为了方便研究，我们简化为如图（乙）所示。已知：水球半径为，气泡半径为，两球为同心球。有两束平行光射入水球，其中光沿半径方向射入，光恰好在气泡表面发生全反射，水的折射率为。求：两束平行光之间的距离为多少？

【答案】

【解析】

【详解】画出光部分光路，如图所示。在点，根据折射定律有

因b光在点发生全反射，有

在三角形中，根据正弦定理有

平行光之间的距离

联立以上四式解得