[物理]安徽省蚌埠市2023-2024学年高二下学期期末学业水平监测试题(解析版)

这是一份[物理]安徽省蚌埠市2023-2024学年高二下学期期末学业水平监测试题(解析版)，共19页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合要求。
1. 运输易碎器件时，经常在包装箱中填充泡沫塑料，这是因为在碰撞过程中，泡沫塑料能减小（ ）
A. 器件的惯性B. 器件受到的冲量
C. 器件的动量变化量D. 器件受到的作用力
【答案】D
【解析】根据
可知在碰撞过程中，泡沫塑料能延长接触时间，从而起到减小器件受到的作用力的效果。
故选D。
2. 如图，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为零。A和B是两个相同的小灯泡。由此可以判断（ ）
A. 当开关S由断开变为闭合时，A灯立即亮，B灯不亮
B. 当开关S由断开变为闭合时，A灯立即亮，后变得更亮，B灯先亮一下后逐渐熄灭
C. 当开关S由闭合变为断开时，A和B灯立即熄灭
D. 当开关S由闭合变为断开时，A灯由熄灭变亮再逐渐熄灭，B灯立即熄灭
【答案】B
【解析】AB．当开关S由断开变为闭合时，由于线圈L的自感系数很大，所以流过线圈L支路相当于断路，B、A串联，A、B灯一起亮，然后B灯和线圈L并联部分电阻逐渐减小，分压逐渐变小，最终B灯被短路，所以B灯先亮一下后逐渐熄灭，A灯所分电压变大，则A灯变得更亮，故B正确，A错误；
CD．当开关S由闭合变为断开时，B灯和线圈L组成闭合回路，由于线圈L的自感阻碍电流减小，所以B灯逐渐熄灭，电灯A立即熄灭，故CD错误。
故选B。
3. 如图，包含黄、紫两种颜色的一束复色光沿半径方向射入一块半圆形玻璃砖。在玻璃砖底面的入射角为i，经折射后，分成a光、b光从O点射出。下列说法正确的是（ ）
A. a光为黄光，b光为紫光
B. 在玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度
C. 若改变光束的入射方向使i角逐渐变大，则a光先发生全反射
D. 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
【答案】C
【解析】AD．根据光路可逆，光从空气中射入玻璃砖中，a光入射角大于b光入射角，折射角相等，根据折射定律可知光折射率大于光折射率，则光频率大于光频率，则b光为黄光，a光为紫光，故AD错误；
B．根据结合A选项分析可知在玻璃砖中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故B错误；
C．根据全反射发生的临界条件可知从玻璃砖中射出时a光发生全反射的临界角较小，若改变光束的入射方向使i角逐渐变大，则a光先发生全反射，故C正确。
故选C。
4. 海洋浮标常被锚定在指定海域，随波起伏。若浮标的上下振动可简化成竖直方向上的简谐运动，海水波可看成简谐横波。图甲是一列沿x轴正方向传播的海水波在时的波形图，图乙是图甲中平衡位置离坐标原点3m~6m范围内某质点的振动图像。则下列说法正确的是（ ）
A. 海水波的波速为12m/s
B. 两个周期内浮标通过路程为80cm
C. 海水波遇到大小为30m的障碍物时能产生明显的衍射现象
D. 图乙是平衡位置在处质点的振动图像
【答案】D
【解析】A．由图甲可知该波的波长为6m，由图乙可知该波的周期为1.0s，则该波的波速为
故A错误；
B．两个周期内浮标通过的路程
故B错误；
C．该波的波长为6m，远小于30m，所以海水波遇到大小为30m的障碍物时不能产生明显的衍射现象，故C错误；
D．由图乙可知0.25s时，图乙所示质点在平衡位置向下振动，根据同侧法可知图乙是平衡位置在处质点的振动图像，故D正确。
故选D。
5. 如图，圆柱形区域内存在竖直向上的磁场，磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为，其中a、b为正的常数。在此区域的水平面内固定一个半径为R内壁光滑的圆环形细玻璃管，将一电荷量大小为q的带负电小球在管内由静止释放，不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场，则从上往下看，下列说法正确的是（ ）
A. 小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周过程中动能增量为
B. 小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为
C. 小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为
D. 小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为
【答案】A
【解析】根据磁感应强度可判断磁场均匀增大，从上往下看，产生顺时针方向的感应电场，带负电的小球受力方向与电场方向相反，所以电荷逆时针方向运动，根据楞次定律产生的感应电动势
电荷转动一周电场力做功等于动能增量即
故选A。
6. 利用霍尔元件可以测定地球赤道上方的地磁场强弱，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，该电势差大小叫霍尔电压。下列说法中正确的是（ ）
A. 通电时间越长，霍尔电压越大
B. 霍尔电压的大小仅与磁感应强度有关
C. 若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势
D. 在霍尔元件测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
【答案】C
【解析】AB．根据CD间存在电势差，CD之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有
又
可得
U与时间无关，与材料有关还与厚度c成反比，同时还与磁场B与电流I有关，AB错误；
C．根据左手定则，电子向D侧面偏转，D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，则
即有
C正确。
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。
故选C。
7. 如图，理想变压器的输入电压不变，为定值电阻，电流表和电压表均为理想电表。若滑动变阻器R触头向上滑动，下列对各表示数变化的描述正确的是（ ）
A. 电流表的示数变大
B. 电压表的示数变小
C. 电流表的示数变大
D. 电压表的示数变大
【答案】D
【解析】B．理想变压器的输入电压不变，则电压表、示数不变，故B错误；
CD．将理想变压器副线圈看作恒压电源，滑动变阻器R触头向上滑动，滑动变阻器R接入电路中的电阻变大，根据欧姆定律可知可知电流表A2的示数变小，根据串联电路分压原理可知电压表的示数变大，故D正确，C错误；
A．理想变压器副线圈的电流变小，根据变压器原副线圈的电流关系可知电流表的示数变小，故A错误。
故选D。
8. 如图，在宽度均为a的区域Ⅰ、Ⅱ中分别存在垂直纸面且方向相反的匀强磁场，磁感应强度大小相等。正三角形金属线框efg（高也为a）从图示位置沿x轴正方向匀速穿过Ⅰ、Ⅱ区域，规定逆时针方向为电流正方向，则线框efg中感应电流I与线框移动距离x的关系图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】正三角形线框efg刚进入向里的磁场Ⅰ时，I的大小为零，之后随线框进入磁场距离的增大，利用楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，为正方向，在进入过程中，ef和fg两边的有效切割长度变大，其有效长度为
感应电动势为
感应电流为
当线框efg前进a距离时，达到最大，即
在线圈刚进入向外的磁场区域Ⅱ瞬间，感应电流为零，之后随线框进入磁场距离的增大，利用楞次定律可知，efg线框中感应电流方向沿顺时针方向，即为负。进入过程红，有效切割长度变大，在该过程中，结合之前的分析其电流的瞬时值为
当前进距离为2a时，其感应电流达到最大，结合之前的分析，其最大值为
在刚出向外的磁场区域Ⅱ瞬间，感应电流大小为零，之后随线框出磁场距离的增加，利用楞次定律可知，efg中感应电流方向沿逆时针方向，为正，有效切割长度变大，在该过程中，结合之前的分析其电流的瞬时值为
当前进距离为3a时，达到最大，其最大值为
二、选择题：本题共2小题，每小题5分，共10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。
9. 如图，假设从地球的北极沿直径凿通一条隧道，一小球从S点由静止释放，小球在隧道内的运动可视为简谐运动。已知地球半径为R，小球由球心O向S运动经过O时开始计时，经时间第1次经过P点（P点在OS之间，图中未标出），再经过时间第2次经过P点。则（ ）
A. 小球振动的周期为
B. O到P的距离为
C. 由S到O的运动过程中小球受力逐渐减小
D. 小球从计时开始到第3次过P点所需时间为
【答案】BCD
【解析】A．由简谐运动时间的对称性可知小球从P点运动到S点的时间为
则小球振动的周期为
故A错误；
B．小球做简谐运动的振动方程为
小球从O运动到P的时间为，则有
故B正确；
C．依题意，小球做简谐运动，合外力提供回复力，有
可知由S到O的运动过程中小球的位移逐渐减小，其受力也逐渐减小。故C正确；
D．小球从计时开始到第1次过P点用时为，从第一次过P点到第3次过P点，所需时间为一个周期，即12，可知共计所需时间为。故D周期。
故选BCD。
10. 如图，半径为R的圆形区域内有一垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场边界上的P点有一同种粒子源，粒子的比荷为k，粒子以相等速率沿不同方向进入磁场，其中沿直径方向飞入的粒子在有界磁场中偏转射出，粒子的重力以及粒子之间的相互作用力均可忽略，由此可以判断（ ）
A. 所有粒子离开磁场时的速度方向相互平行
B. 粒子从P点进入磁场时的速率为kBR
C. 粒子从P点进入磁场时的速率为
D. 若粒子从射出点沿射出速度反方向以相等速率射入，一定会从P点射出
【答案】AB
【解析】A．沿直径方向飞入的粒子在有界磁场中偏转射出，根据几何关系可知，粒子圆周运动的轨道半径为R，则任意方向进入磁场的粒子其入射点、出射点、轨迹圆心与磁场圆心四点构成棱形，则出射点速度方向始终垂直于入射点位置磁场圆的半径，即所有粒子离开磁场时的速度方向相互平行，故A正确；
BC．结合上述可知
解得
故B正确，C错误；
D．若粒子从射出点沿射出速度反方向以相等速率射入，根据左手定则可知，粒子所受洛伦兹力方向与射出前洛伦兹力方向相反，粒子偏转方向与射出前相反，此后轨迹入射点、出射点、轨迹圆心与磁场圆心四点构成棱形，根据磁汇聚可知，粒子将从磁场圆上与P点对称的点射出，故D错误。
故选AB。
三、非选择题：本题共5小题，共58分。
11. 在“用双缝干涉测量光波长”实验中：
（1）用图1所示装置测量，双缝竖直放置，观察到竖直条纹不清晰，可进行的操作是________。
A. 调节凸透镜使光聚焦到单缝B. 调节双缝与屏的距离
C. 调节单缝与双缝的距离D. 调节单缝与双缝平行
（2）实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮条纹，此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第11条亮纹中心对齐，此时手轮上示数如图3所示，则示数为___________mm，求出相邻两个亮条纹的距离___________mm。若双缝间距为d，双缝到屏的距离为L，则所测单色光波长的表达式为___________（结果用字母表示）。
【答案】（1）AD （2）13.451 1.1450
【解析】（1）A．凸透镜的作用是将平行的单色光聚焦于一点，以产生相干光源，观察到竖直条纹不清晰，可调节凸透镜使光聚焦到单缝，故A正确；
B．调节双缝与屏的距离，可以改变条纹间距，对条纹是否清晰无影响，故B错误；
C．调节单缝与双缝的距离对条纹是否清晰无影响，故C错误；
D．在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时，观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，使之更容易发生清晰的双缝干涉现象，从而使条纹变得清晰，故D正确；
（2）[1]图3所示螺旋测微器读数为
[2]图2所示螺旋测微器读数为
相邻两个亮条纹的距离
[3]根据条纹间距公式可得
12. 如图甲所示为“验证碰撞中动量守恒”实验的装置示意图，a是入射小球，b是被碰小球，a和b的质量分别为m1和m2，直径分别为d1和d2，轨道末端在水平地面上的投影为O点。实验中，先将小球a从斜槽上某一固定位置由静止释放，a从斜槽末端飞出后落到水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，描出a的平均落点位置P，再把小球b放在斜槽末端，让小球a仍从斜槽上同一位置由静止释放，与小球b碰撞后，两球分别在记录纸上留下落点痕迹，重复10次，描出碰后小球a、b的平均落点位置M、N如图乙所示。
（1）实验中需要注意的事项，下列说法正确的是___________（填字母）。
A．需要测出小球抛出点距地面的高度H
B．需要测出小球做平抛运动的水平射程
C．为完成此实验，天平和刻度尺是必需的测量工具
D．斜槽轨道末端应该保持水平
E．斜槽应尽量光滑
（2）实验中重复多次让入射小球从斜槽上的同一位置释放，其中“同一位置释放”的目的是___________。
（3）实验中对小球的要求是：质量m1_________（填“>”“=”或“<”）m2，直径d1___________（填“>”“=”或“<”）d2。
（4）在图乙中，用毫米刻度尺测得O点与M、P、N三点的水平方向的距离分别为，，，若关系式___________成立，则说明该实验碰撞前后动量守恒。
【答案】（1）BCD##BDC##CBD##CDB##DBC##DCB （2）保证小球每次平抛的初速度相同，以找出对应的平均落点位置 （3） （4）
【解析】（1）[1]ABC．本实验用代入验证，时间可以消去，故需要测量小球的水平射程和两小球的质量，不需要测量时间，即不需要测量抛出点距地面的高度，A错误，BC正确；
D．为保证小球从斜槽末端段飞出时做平抛运动，应保证斜槽末端水平，D正确；
E．斜槽光滑与否对实验结果不影响，只要保证入射小球均从同一高度释放，保证碰撞前入射小球的速度相同即可，E错误。
故选BCD。
（2）[2]保持入射小球从同一位置释放是为了保证小球每次平抛的初速度相同，以找出对应的平均落点位置；
（3）[3][4]为了保证小球碰撞为对心碰撞，且碰后不反弹，要求，；
（4）[5]碰撞时满足动量守恒有
两边同时乘以下落时间有
13. 如图，b、c通过轻质弹簧连接，弹簧的劲度系数为k，静置在水平地面上，a物块从距离b高为H处由静止释放，a与b碰撞后粘在一起，碰撞时间极短，整个运动都在竖直方向，运动过程中c未脱离地面。已知a、b的质量均为M，重力加速度为g。求：
（1）a、b刚粘在一起时的速度和加速度大小；
（2）若a物块从距离b高为处由静止释放，此后运动过程中弹簧恰好能恢复原长，求初始时弹簧的弹性势能。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）做自由落体运动，根据机械能守恒定律
解得
碰撞过程动量守恒，则
解得
碰撞后瞬间，对整体，根据牛顿第二定律有
又
解得加速度大小为
（2）若物块从距离高为处由静止释放，则
碰撞过程动量守恒，则
弹簧恰好能恢复原长，根据能量守恒可得
联立可得
14. 某煤场引进了电磁弹射矿车，可简化如图，宽度为L的水平轨道中，BE、CH两段为绝缘材料制成，其余部分均为导体。区域ABCD和EFGH都足够长，且均存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。在导轨左端接入电容为C的电容器和开关S，在导轨右端接入阻值为2R的定值电阻。矿车可简化为一根质量m、电阻为R的导体棒（与轨道始终保持垂直且接触良好），开始时导体棒静止于AD处（如图），电容器两端电压为，闭合开关S，导体棒开始向右加速弹射。不计一切摩擦，已知重力加速度为g，求：
（1）导体棒通过BC时的速度大小；
（2）求整个过程中定值电阻2R上产生的热量。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）导体棒在轨道上运动，最终为匀速，设稳定后速度为，两端电压为，根据动量定理
又
联立解得
（2）导体棒在轨道运动直至静止，由能量守恒得
又
解得
15. 如图所示，在平面直角坐标系xOy中，有沿x轴正向的匀强电场和垂直坐标平面向外的匀强磁场，电场强度大小为，磁感应强度大小为B。从O点发射一比荷为的带正电微粒，该微粒恰能在xOy坐标平面内做直线运动。已知y轴正方向竖直向上，重力加速度为g。
（1）求微粒发射时的速度大小和方向；
（2）若仅撤去磁场，微粒以（1）中的速度从O点射出后，求微粒通过y轴时到O点的距离；
（3）若仅撤去电场，微粒改为从O点由静止释放，求微粒运动的轨迹离x轴的最大距离。
【答案】（1），轴负方向夹角为；（2）；（3）
【解析】（1）由题意知，粒子做匀速直线运动，受力分析如图
则
解得
粒子出射的速度方向与轴负方向夹角为
解得
即微粒发射的速度大小为
与轴负方向夹角为；
（2）撤去磁场后，粒子做类平抛运动，如图
将速度分解可得
轴方向的加速度大小
经过轴时的时间
。
距点的距离
（3）解法1：
微粒运动的轨迹离轴的距离最大时，速度与轴平行，设最大距离为，在方向上，由动量定理得
即
由动能定理得
解得
解法2：
将静止释放的微粒看成同时有大小相等、方向水平向左和向右的初速度，向左的速度产生的洛伦兹力与重力大小相等（如图）
则
解得
向左的分速度使微粒水平向左匀速直线运动，向右的分速度使微粒在洛伦兹力下做匀速圆周运动，即
解得
微粒运动的轨迹离轴的最大距离