湖北省恩施土家族苗族自治州高级中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）

这是一份湖北省恩施土家族苗族自治州高级中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版），共21页。试卷主要包含了选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1. 将扁平的石子向水面快速抛出，石子会在水面上“一跳一跳”地飞向远方，俗称“打水漂”。某同学将一个小石子从距水面高度为处水平抛出，石子第一次接触水面时的速度方向与水面间的夹角为。不计空气阻力，重力加速度为，则石子从抛出到第一次触水的过程中，不能求出的物理量是（ ）
A. 石子抛出时的速度大小B. 石子触水时距抛出点的水平距离
C. 石子抛出时重力的功率D. 石子触水时的动能
【答案】D
【解析】
【详解】A．从距水面高度为处水平抛出石子，由平抛运动的规律知，石子落到水面时的竖直分速度为
因
解得
A不符合题意；
B．石子在此过程中的水平位移为
其中
两式联立可得
B不符合题意；
C．石子抛出时初速度与重力垂直，重力的瞬时功率为零，C不符合题意；
D．因小石子质量未知，故石子触水时的动能无法求出，D符合题意。更多免费优质滋元可 家 威杏 MXSJ663 故选D。
2. 石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，它的发现使“太空电梯”缆线的制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯”进入太空。现假设有一“太空电梯”悬在赤道上空某处，相对地球静止，如图所示，那么关于“太空电梯”，下列说法正确的是（ ）
A. “太空电梯”各点均处于完全失重状态
B. “太空电梯”各点运行周期随高度增大而增大
C. “太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离的二次方成反比
D. “太空电梯”上各点线速度与该点离地球球心距离成正比
【答案】D
【解析】
【详解】A．“太空电梯”各点随地球一起做匀速圆周运动，万有引力和电梯的支持力的合力提供向心力，只有位置达到同步卫星的高度的点才处于完全失重状态，故A错误；
B．“太空电梯”相对地球静止，各点做圆周运动的角速度相同，各点运行周期相同，故B错误；
CD．“太空电梯”相对地球静止，各点角速度ω相等，各点线速度v=rω，与该点离地球球离r成正比，故C错误，D正确。
故选D。
3. 如图，跨过光滑定滑轮的轻绳一端系着铁球（大小不可忽略，系绳延长线过球心）、一端连在水平台上的玩具小车上，车牵引着绳使球沿光滑竖直墙面从较低处竖直上升。则在球匀速竖直上升且未离开墙面的过程中（ ）
A. 绳对球的拉力大小变小B. 墙面对球的支持力变小
C. 玩具小车做加速运动D. 玩具小车做减速运动
【答案】D
【解析】
【详解】CD．设绳与竖直方向的夹角为，如图所示
将球的速度分解，可知沿绳方向的分速度（即绳子的速度）为
因球匀速上滑过程中角将增大，所以将减小，故小车做减速运动，故D正确，C错误；
AB．球受三力作用处于平衡状态，设球重为G，则绳对球的拉力大小T、墙对球的支持力大小N分别为
所以，随的增大，T、N均增大，故AB错误。
故选D。
4. 随着我国机器人产业的蓬勃发展，仿生机器人关节电动机需求量越来越大。小明同学拆下一个类似旧电动机，测得电动机的绕线电阻R0=1Ω，上面标注工作电压“8V-12V”，然后把此电动机接入如图所示电路，电路中电源电动势E=12V，内阻r=1Ω，标有“8V ，16W”字样的灯泡L恰能正常发光，则（ ）
A. 电动机的输出功率12W
B. 通过电源的电流为10A
C. 电动机把电能转化为机械能的效率为67%
D. 若电动机的转子被卡住电动机消耗的功率变为64W
【答案】A
【解析】
【详解】AB．干路电流为
电动机电流为
则电动机输出功率
A正确，B错误；
C．电动机把电能转化为机械能的效率为
C错误；
D．若电动机的转子被卡住，则视电动机为纯电阻，灯泡阻值为
灯泡与电动机并联的阻值为
此时电动机两端电压为
电动机消耗的功率为
D错误。
故选A。
5. 中空的圆筒形导体中的电流所产生的磁场，会对其载流粒子施加洛伦兹力，可用于设计能提供安全核能且燃料不虞匮乏的核融合反应器。如图所示为筒壁很薄、截面圆半径为R的铝制长直圆筒，电流I平行于圆筒轴线稳定流动，均匀通过筒壁各截面，筒壁可看作n条完全相同且平行的均匀分布的长直载流导线，每条导线中的电流均为，n比1大得多。已知通电电流为i的长直导线在距离r处激发的磁感应强度，其中k为常数。下列说法正确的是（ ）
A. 圆筒内部各处的磁感应强度均不为0
B. 圆筒外部各处的磁感应强度方向与筒壁垂直
C. 每条导线受到的安培力方向都垂直筒壁向内
D. 若电流I变为原来的2倍，每条导线受到的安培力也变为原来的2倍
【答案】C
【解析】
【详解】A．圆筒轴线处的磁场为n条通电导线激发磁场的矢量和，由安培定则和对称性可知，圆筒轴线处的磁场刚好抵消，磁感应强度为0，故A错误；
B．各条通电导线在圆筒外部P处激发的磁场如图所示
由对称性可知，合磁场方向在垂直轴线的平面内且与筒壁切线平行，故B错误；
C．某条通电导线受到安培力是受除它之外的条通电导线激发的合磁场施加的，由对称性可知通电导线处合磁场沿圆周切线方向，由左手定则判断，这条通电导线受到的安培力垂直筒壁方向指向轴线，故C正确；
D．若电流I变为原来的2倍，由磁场的叠加，某条通电导线所在处的磁感应强度变为原来的2倍，由安培力公式，可知通电导线受到的安培力变为原来的4倍，故D错误。
故选C。
6. 真空中的某装置如图所示，现有质子（）、氘核（）和粒子（）都从O点由静止释放，经过相同加速电场和偏转电场，射出后都打在同一个与垂直的荧光屏上，使荧光屏上出现亮点（三种粒子重力均不计）。下列说法正确的是（ ）
A. 三种粒子在偏转电场中运动时间相同
B. 三种粒子射出偏转电场时的速度方向相同
C. 在荧光屏上将出现3个亮点
D. 三种粒子射出偏转电场时的动能相等
【答案】B
【解析】
【详解】A．粒子在加速电场中，根据动能定理
解得，进入电场的初速度
质子和氘核比荷不同，进入电场初速度不同，进入电场后，在电场中运动时间
则在偏转电场中运动时间不同，故A错误；
B．粒子在偏转电场中的加速度
射出偏转电场时的速度偏转角
则三种粒子射出偏转电场时的速度方向相同，故B正确；
C．三种粒子射出偏转电场时的速度方向相同，且射出电场时，沿电场方向位移
也相同，射出电场后均做直线运动，则在荧光屏上将只出现1个亮点，故C错误；
D．在加速电场和偏转电场的全过程，根据动能定理
因为y与电荷量和质量均没有关系，则射出偏转电场时的动能与电荷量有关，则三种粒子射出偏转电场时的动能不相等，故D错误。
故选B。
7. 如图，质量为0.1kg的方形铝管静置在足够大的绝缘水平面上，现使质量为0.2kg的条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面小）以v=3m/s的水平初速度自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦，不计管壁厚度。则（ ）

A. 磁铁穿过铝管过程中，铝管受到的安培力可能先水平向左后水平向右
B. 磁铁穿过铝管后，铝管速度可能为4m/s
C. 磁铁穿过铝管正中央时，铝管加速度零
D. 磁铁穿过铝管过程所产生的热量可能达到0.2J
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据楞次定律的“来拒去留”可知，磁铁对铝管的安培力一直水平向右，A错误；
B．磁铁与铝管组成的系统动量守恒，如果铝管足够长，则磁铁穿过铝管时二者共速，由动量守恒定律得
解得
所以铝管的速度不可能大于1m/s，B错误；
C．磁铁穿过铝管正中央时，由楞次定律可知，磁铁始终受到铝管的磁场力方向向左，根据牛顿第三定律，磁铁对铝管的反作用力水平向右，根据牛顿第二定律得，铝管加速度不为零，C错误；
D．磁铁的初动能为
假设铝管足够长，则二者共速，根据对B项分析可知磁铁穿过铝管过程所产生的热量最多为
所以磁铁穿过铝管过程所产生的热量可能达到0.2J，D正确。
故选D。
8. 图示为某电容传声器结构示意图，人对着传声器讲话，膜片就会振动．若某次膜片振动时，膜片与极板间的距离增大，则在此过程中（ ）
A. 膜片与极板组成的电容器电容增大B. 极板所带电荷量减小
C. 膜片与极板间的电场强度增大D. 电阻中有向上的电流
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．由图可知，膜片与极板间的电势差保持不变，根据
，
可知膜片与极板间的距离增大时，膜片与极板组成的电容器电容减小，极板所带电荷量减小，故A错误，B正确；
C．膜片与极板间的电势差保持不变，根据电场强度公式
可知膜片与极板间的电场强度减小，故C错误；
D．极板所带电荷量减小，电容器放电，放电电流通过电阻向上，D正确。
故选BD。
9. 如图所示，E为电池，L是直流电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个完全相同的灯泡，S是控制电路的开关。对于这个电路，下列说法正确的是（ ）

A. 刚闭合S的瞬间，灯泡D1、D2的亮度相同
B. 刚闭合S的瞬间，灯泡D2比灯泡D1亮
C. 闭合S，待电路达到稳定后，D1熄灭，D2比S刚闭合时亮
D. 闭合S，待电路达到稳定后，再将S断开，D2立即熄灭，D1先闪亮后逐渐熄灭
【答案】ACD
【解析】
【详解】AB．刚闭合S的瞬间，线圈阻碍电流增大，相当于断路，灯泡D1、D2串联，所以亮度相同，A正确，B错误；
C．电路稳定之后，L就是一根导线，灯泡D1被短路，D1熄灭；电路中只有灯泡D2，电路中电流比刚闭合时大，D2比S刚闭合时亮，C正确；
D．断开开关S的瞬间，线圈中产生感应电动势，与灯泡D1组成闭合回路，所以D1会重新亮起，先闪亮后逐渐熄灭；而D2则立即熄灭，D正确。
故选ACD。
10. 列车进站时如图所示，其刹车原理可简化如下：在车身下方固定一矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B。车头进入磁场瞬间的速度为v0，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止。下列正确的是( )

A. 列车进站过程中电流方向为abcd
B. 列车ab边进入磁场瞬间，线框的电流大小为
C. 列车从进站到停下来的过程中，减少的动能等于线框产生的热量
D. 列车ab边进入磁场瞬间，加速度大小
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．列车进站过程中穿过线框的磁通量变大，由楞次定律可知列车进站过程中电流方向为abcd，A正确；
BD．列车ab边进入磁场瞬间产生的感应电动势为
由闭合电路的欧姆定律得
对列车由牛顿第二定律得
联立解得
BD正确；
C．列车从进站到停下来的过程中，减少的动能等于线框产生的热量与克服空气阻力产生的摩擦生热，C错误。
故选ABD。
11. 如图所示，截面半径为的圆柱形空腔位于三维坐标系中，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域。的Ⅰ区域内有沿轴正方向的匀强磁场；的Ⅱ区域内有沿轴正方向的匀强电场；Ⅲ区域内同时存在沿轴正方向的匀强电场和匀强磁场，电场强度与Ⅱ区域相等。现有一带电粒子从点，以大小为的速度垂直磁场进入Ⅰ区域，经点沿着轴进入Ⅱ区域，然后经过点进入Ⅲ区城，粒子恰好未从圆柱腔的侧面射出，最终从右边界上点离开区域Ⅲ。已知粒子的质量为，电荷量为，不计粒子重力，则（ ）

A. Ⅰ区域磁感应强度的大小
B. Ⅱ区域电场强度的大小
C. 进入Ⅲ区域后粒子在平面内分运动是圆周运动，其周期
D. 进入Ⅲ区域后做螺旋线运动，螺距（相邻两螺旋线上对应点的距离）不相等
【答案】CD
【解析】
【详解】A．粒子在Ⅰ区域平面内做圆周运动，轨迹如图所示

根据几何关系可知
根据洛伦兹力提供向心力
可得Ⅰ区域磁感应强度的大小
故A错误；
B．粒子在Ⅱ区域平面做类平抛运动，轴方向有
轴方向有
加速度为
解得Ⅱ区域电场强度的大小
故B错误；
C．粒子在点沿轴方向的分速度为
粒子进入Ⅲ区域后在平面做圆周运动，轨迹如图所示

由几何关系可知
解得
其周期为
故C正确；
D．粒子进入Ⅲ区域后在平面做圆周运动，沿轴做匀加速直线运动，故粒子做螺旋线运动，螺距为

可得

故D正确。
故选CD。
二、实验题（本题共2小题，共16分）
12. 利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为的滑块A与质量为的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小和，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：
（1）调节导轨水平；
（2）测得两滑块的质量分别为和。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为______kg的滑块作为A；
（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离与B的右端到右边挡板的距离相等；
（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和；
（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如下表所示；
（6）表中的______（保留2位有效数字）；
（7）的平均值为______；（保留2位有效数字）
（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为______（用和表示），本实验中其值为______（保留2位有效数字），若该值与（7）中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
【答案】 ①. 0.304 ②. 0.31 ③. 0.32 ④. ⑤. 0.34
【解析】
【详解】（2）[1]应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选0.304kg的滑块作为A。
（6）[2]由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得
（7）[3]平均值为
（8）[4][5]弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得
联立解得
代入数据可得
13. 图a为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池，R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100 Ω挡。
(1)图a中的A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接。
(2)关于R6的使用，下列说法正确的是_______（填正确答案标号）。
A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1＋R2=_______Ω，R4=________Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图b所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为_______；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为___________。（结果均保留3位有效数字）
【答案】 ① 黑 ②. B ③. 160 ④. 880 ⑤. 1.45 mA ⑥. 1.10×103 Ω ⑦. 2.90 V
【解析】
【详解】(1)[1]与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔。
(2)[2]R6是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零，也就是使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置。
(3)[3]换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以
[4]换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻
新表头的量程是1 mA，所以
(4)[5]某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端与“1”相连，则多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.45 mA；
[6]若此时B端与“3”相连接，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为11.0×100 Ω，即1.10×103 Ω；
[7]若此时B端与“5”相连接，多用电表是量程为5 V电压表，则读数为2.90V。
三、解答题（本题共3小题，共40分）
14. 如图所示，电阻为的正方形单匝线圈的边长为，边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为。在水平拉力作用下，线圈以的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：
(1)感应电动势的大小E；
(2)所受拉力的大小F；
(3)感应电流产生的热量Q。
【答案】(1)0.8V；(2)0.8N；(3)0.32J
【解析】
【详解】(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为
(2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有
根据闭合电路欧姆定律有
结合(1)联立各式代入数据可得F=0.8N；
(3)线框穿过磁场所用的时间为
故线框穿越过程产生的热量为
15. 算盘是我国古老的计算工具，中心带孔的相同算珠可在算盘的固定导杆上滑动，使用前算珠需要归零，如图所示，水平放置的算盘中有甲、乙两颗算珠未在归零位置，甲靠边框b，甲、乙相隔，乙与边框a相隔，算珠与导杆间的动摩擦因数。现用手指将甲以的初速度拨出，甲、乙碰撞后甲的速度大小为，方向不变，碰撞时间极短且不计，重力加速度g取。
（1）通过计算，判断乙算珠能否滑动到边框a；
（2）求甲算珠从拨出到停下所需的时间。
【答案】（1）能；（2）0.2s
【解析】
【分析】
【详解】（1）由牛顿第二定律可得，甲乙滑动时均有
则甲乙滑动时的加速度大小均为
甲与乙碰前的速度v1，则
解得
v1=0.3m/s
甲乙碰撞时由动量守恒定律

解得碰后乙的速度
v3=0.2m/s
然后乙做减速运动，当速度减为零时则
可知乙恰好能滑到边框a；
（2）甲与乙碰前运动的时间
碰后甲运动的时间
则甲运动的总时间为
16. 如图所示，在，的区域中，存在沿y轴正方向、场强大小为E的匀强电场，电场的周围分布着垂直纸面向外的恒定匀强磁场。一个质量为m，电量为q的带正电粒子从OP中点A进入电场（不计粒子重力）。
（1）若粒子初速度为零，粒子从上边界垂直QN第二次离开电场后，垂直NP再次进入电场，求磁场的磁感应强度B的大小；
（2）若改变电场强度大小，粒子以一定的初速度从A点沿y轴正方向第一次进入电场、离开电场后从P点第二次进入电场，在电场的作用下从Q点离开。
（i）求改变后电场强度的大小和粒子的初速度；
（ii）通过计算判断粒子能否从P点第三次进入电场。

【答案】（1）；（2）（i），；（ii）不会
【解析】
【详解】（1）由题意粒子在电场中做匀加速直线运动，根据动能定理有
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有
粒子从上边界垂直QN第二次离开电场后，垂直NP再次进入电场，轨迹如图

根据几何关系可知
联立可得
（2）（i）由题意可知，做出粒子在电场和磁场中运动轨迹如图

在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系可知
解得
所以有
，
洛伦兹力提供向心力
带电粒子从A点开始做匀加速直线运动，根据动能定理有
再一次进入电场后做类似斜抛运动，沿x方向有
沿y方向上有
其中根据牛顿第二定律有
联立以上各式解得
（ii）粒子从P到Q根据动能定理有
可得从Q射出时的速度为
此时粒子在磁场中半径
根据其几何关系可知对应的圆心坐标为
，
而圆心与P的距离为
故不会再从P点进入电场。1
2
3
4
5
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33