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2023-2024学年上海市浦东新区洋泾中学高二(下)期末物理试卷(等级考)
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这是一份2023-2024学年上海市浦东新区洋泾中学高二(下)期末物理试卷(等级考),共15页。试卷主要包含了折射率的测定,波动现象,电磁炮,无人机,离子发动机等内容,欢迎下载使用。
1.(11分)利用插针法,可以测定亚克力砖的折射率。
(1)如图1所示,光线ab从空气入射到亚克力砖表面,经过砖块后出射。
①请画出经过c点以后的光路。
②由此得到玻璃砖对该光束的折射率n= 。
(2)若空气中光速为c,该砖的折射率为n,光在该砖中的传播速度为v,则满足 。
A.v
B.v
C.c
D.c
(3)(多选)如图2,在“题1”的条件下,若光线要在亚力克砖中发生全反射,则α可以为 。
A.37°
B.45°
C.53°
D.60°
二、波动现象(共16分)
2.(16分)波动现象是物理学中一个重要且广泛的研究领域。
(1)如图1所示,在水槽中产生一列持续的水波后,将一支活动铅芯垂直水面插入水中,发现对水波的传播几乎没有影响。该现象称为波的 。
A.反射
B.折射
C.干涉
D.衍射
(2)利用弹簧振子在竖直平面内上下振动拍打水面可以激起水波。
①若振子的振动图像如图2所示,则5s内,振子速度方向始终沿+y方向的时间段为 。
A.0~2s
B.1~3s
C.2~4s
D.3~5s
②当弹簧振子振动加快时,水波传播的速度将 。
A.增大
B.减小
C.不变
(3)如图3所示,甲、乙两人正以10m/s的速度相向跑动。在两人的连线上,有一发声装置一边发出频率为f0的声音,一边以10m/s的速度向乙运动,甲、乙两人听到的声音频率分别为f甲、f乙,那么 。
A.f甲>f0>f乙
B.f甲<f0<f乙
C.f甲=f0>f乙
D.f甲=f0<f乙
(4)如图4所示,平静的湖面上漂浮着两个小球A、B,湖面上O点处有一波源,从t=0时刻起做简谐运动,形成向远处A传播的简谐横波。已知OA=18m,AB=24m,从波刚传至A球后的1s内,A比B多做了10次全振动,且在这1s末,波刚好传至B球。则简谐波的波长为 m,A球的第一次起振的时刻为t= s。
三、电磁炮(共17分)
3.(17分)电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器,用强迫储能器代替常规电源,它能在极短时间内释放所储存的电能。如图1所示,光滑水平加速导轨电阻不计,轨道宽为L=0.2m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T,电磁炮的弹体总质量m=0.2kg,其能为加速弹体提供恒定电流I=4A,不计弹体在运动中产生的感应电动势和空气阻力。
(1)在某一次试验发射过程中,弹体所受安培力大小为 N;将弹体从静止加速到10m/s,轨道至少要有 m。
(2)如图2所示,强迫储能器可以拆解成虚线框内的结构。开关S先接1,使平板电容器充电,电压充到为U0时将开关S接至2,炮弹受安培力作用开始向右加速运动。
①(多选)上述过程中, 。
A.电容器的上端为正极
B.电容器的下端为正极
C.平行导轨间距越小,飞机能获得的加速度将越大
D.平行导轨间距越小,飞机能获得的加速度将越小
②若整个充放电过程,计算机记录了流进(和流出)电容器的电流I与时间t变化的图像,如图3。阴影部分的面积分别为A1和A2,则 。
A.A1>A2
B.A1=A2
C.A1<A2
③若弹体在轨道间的电阻R=0.4Ω,强迫储能器的等效内阻r=0.6Ω,则储能器内部电压U1与弹体两端电压U2之比为 。
A.U1:U2=2:5
B.U1:U2=3:5
C.U1:U2=3:2
D.U1:U2=2:3
(3)若m=0.2kg的该弹体以v=6m/s去撞击静止在轨道上M=0.4kg的刚性物,假设为一维碰撞,且弹体和刚性物均不破裂。碰撞后弹体的速度为v′,刚性物的速度为u′,则下列数据可能的是 。
A.v′=1m/s,u′=3m/s
B.v′=3m/s,u′=1.5m/s
C.v′=﹣6m/s,u′=6m/s
D.v′=2m/s,u′=2m/s
四、无人机(共24分)
4.(24分)无人机因机动性能好,生存能力强,无人员伤亡风险等优点,被广泛应用在生产生活中。
(1)一无人机的动力装置是由四个多旋翼电机并联组成,设每个电机内阻为r、额定电流和电压分别为I和U。正常工作时无人机的输出功率为 。
A.4(UI﹣I2r)
B.4UI
C.4I2r
D.
(2)一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行,该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图1所示。无人机飞至高为2h0处时,空气对其作用力大小为 ;无人机飞至3h0处时的速度为 。(重力加速度为g)
(3)一质量为m=2.0kg的无人机对一静止的轿车进行拍摄。如图2,无人机以车中心所在的竖直线为轴线,在地面上方的水平面内做半径为R=4.0m、角速度为ω=1.5rad/s的匀速圆周运动。
①此运动过程中,空气对无人机的作用力方向为 。
A.竖直向上
B.斜向上
C.水平方向
D.斜向下
E.竖直向下
②此运动过程中,空气对无人机的作用力大小为多少?(计算题)
(4)某同学利用无人机玩投球游戏。无人机在距地高为H水平面内匀速直线运动,释放可视为质点的小球,小球飞行过程中不计空气阻力。
①小球在空中飞行过程中,小球加速度方向的是 。
②若小球到达水平地面时,速度方向与水平方向间的夹角为θ,求:
Ⅰ.无人机匀速飞行时的速度大小v0;(计算题)
Ⅱ.从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小Δp。(计算题)
五、氢(共20分)
5.(20分)氢是自然界中最常见的元素之一,它的同位素有氘和氘。氢原子由一个带正电的原子核和一个核外电子组成,电子绕氢核做近似匀速圆周运动。
(1)氢,可以作为一种能源,它属于 。
A.常规能源
B.新能源
(2)氢原子内质子和电子间距离为5.3×10﹣11m,质子与电子的相关数据、引力常数、静电力常量见表。
①若电子受到原子核对其的库仑力为Fe,行星对卫星的万有引力FG。可以发现,FG和Fe的大小都与相互作用物体间的 成反比。
A.距离
B.距离的平方
C.距离的立方
②考虑到,质子与电子之间同时存在万有引力和库仑力,则FG:Fe 。
A.≫1
B.>1
C.<1
D.≪1
(3)如图所示为物理学家丁肇中研制的“阿尔法质谱仪”结构图。若氢原子核的质量为m。
①氢原子核以速度v进入速度选择器,两极板间电压为U,两板长度为l,相距为d,匀强电场磁感应强度大小为B1。要使原子核能匀速通过速度选择器,则v等于 。
A.
B.
C.
D.
②若氢原子核进入速度选择器的速度v′<v,则氢原子核在速度选择器中会做 。
A.变加速曲线运动
B.匀加速曲线运动
C.变加速直线运动
D.匀加速直线运动
③若氢原子核以速度v垂直于磁场方向进入图示的质量分离器,分离器的磁感应强度大小为B2。则原子核做圆周运动的曲率半径r= 。(已知元电荷为e)
(4)若氕核与氚核同时以相同的速度v垂直于磁场方向从图示的速度选择器进入到质量分离器,且氕核与氚核的电荷数相同,m氕:m氚=1:3,则 。
A.轨迹1是氕核,轨迹2是氚核
B.轨迹1是氚核,轨迹2是氕核。
C.轨迹3是氕核,轨迹4是氚核
D.轨迹3是氚核,轨迹4是氕核。
六、离子发动机(共12分)
6.(12分)宇宙飞船进行长距离运行时,可采用离子发动机提供推力。在离子发动机中,进入电离室的气体被电离成正离子,而后飘入电极A、B之间的匀强电场(离子初速度忽略不计),A、B间电压为U,离子经电场加速后,从飞船尾部高速连续喷出,飞船利用反冲获得恒定推力。已知某离子发动机中单个正离子质量为m,电荷量为q。
(1)如果飞船获得的推力大小为F1,求单位时间内飘入A、B电场间的正离子数目N0。(计算题)
(2)加速正离子束所消耗的功率P不同时,飞船获得的推力F也不同。为提高能量的转换效率,需要使“”尽量大。有两位同学观点如下:
小明提出:可以增大加速电压U;
小红认为:可以选用荷质比更大的正离子。
请判断并分析两位同学的观点,并做出合理的论述。(简答题)
2023-2024学年上海市浦东新区洋泾中学高二(下)期末物理试卷(等级考)
参考答案与试题解析
一、折射率的测定(共11分)
1.(11分)利用插针法,可以测定亚克力砖的折射率。
(1)如图1所示,光线ab从空气入射到亚克力砖表面,经过砖块后出射。
①请画出经过c点以后的光路。
②由此得到玻璃砖对该光束的折射率n= 1.42 。
(2)若空气中光速为c,该砖的折射率为n,光在该砖中的传播速度为v,则满足 A 。
A.v
B.v
C.c
D.c
(3)(多选)如图2,在“题1”的条件下,若光线要在亚力克砖中发生全反射,则α可以为 BCD 。
A.37°
B.45°
C.53°
D.60°
【答案】(1)①作出的光路图如上所示;②1.42;(2)A;(3)BCD。
二、波动现象(共16分)
2.(16分)波动现象是物理学中一个重要且广泛的研究领域。
(1)如图1所示,在水槽中产生一列持续的水波后,将一支活动铅芯垂直水面插入水中,发现对水波的传播几乎没有影响。该现象称为波的 D 。
A.反射
B.折射
C.干涉
D.衍射
(2)利用弹簧振子在竖直平面内上下振动拍打水面可以激起水波。
①若振子的振动图像如图2所示,则5s内,振子速度方向始终沿+y方向的时间段为 C 。
A.0~2s
B.1~3s
C.2~4s
D.3~5s
②当弹簧振子振动加快时,水波传播的速度将 C 。
A.增大
B.减小
C.不变
(3)如图3所示,甲、乙两人正以10m/s的速度相向跑动。在两人的连线上,有一发声装置一边发出频率为f0的声音,一边以10m/s的速度向乙运动,甲、乙两人听到的声音频率分别为f甲、f乙,那么 D 。
A.f甲>f0>f乙
B.f甲<f0<f乙
C.f甲=f0>f乙
D.f甲=f0<f乙
(4)如图4所示,平静的湖面上漂浮着两个小球A、B,湖面上O点处有一波源,从t=0时刻起做简谐运动,形成向远处A传播的简谐横波。已知OA=18m,AB=24m,从波刚传至A球后的1s内,A比B多做了10次全振动,且在这1s末,波刚好传至B球。则简谐波的波长为 2.4 m,A球的第一次起振的时刻为t= 0.75 s。
【答案】(1)D;(2)①C;②C;(3)D;(4)2.4;0.75
三、电磁炮(共17分)
3.(17分)电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器,用强迫储能器代替常规电源,它能在极短时间内释放所储存的电能。如图1所示,光滑水平加速导轨电阻不计,轨道宽为L=0.2m。在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T,电磁炮的弹体总质量m=0.2kg,其能为加速弹体提供恒定电流I=4A,不计弹体在运动中产生的感应电动势和空气阻力。
(1)在某一次试验发射过程中,弹体所受安培力大小为 0.8 N;将弹体从静止加速到10m/s,轨道至少要有 12.5 m。
(2)如图2所示,强迫储能器可以拆解成虚线框内的结构。开关S先接1,使平板电容器充电,电压充到为U0时将开关S接至2,炮弹受安培力作用开始向右加速运动。
①(多选)上述过程中, BD 。
A.电容器的上端为正极
B.电容器的下端为正极
C.平行导轨间距越小,飞机能获得的加速度将越大
D.平行导轨间距越小,飞机能获得的加速度将越小
②若整个充放电过程,计算机记录了流进(和流出)电容器的电流I与时间t变化的图像,如图3。阴影部分的面积分别为A1和A2,则 B 。
A.A1>A2
B.A1=A2
C.A1<A2
③若弹体在轨道间的电阻R=0.4Ω,强迫储能器的等效内阻r=0.6Ω,则储能器内部电压U1与弹体两端电压U2之比为 C 。
A.U1:U2=2:5
B.U1:U2=3:5
C.U1:U2=3:2
D.U1:U2=2:3
(3)若m=0.2kg的该弹体以v=6m/s去撞击静止在轨道上M=0.4kg的刚性物,假设为一维碰撞,且弹体和刚性物均不破裂。碰撞后弹体的速度为v′,刚性物的速度为u′,则下列数据可能的是 D 。
A.v′=1m/s,u′=3m/s
B.v′=3m/s,u′=1.5m/s
C.v′=﹣6m/s,u′=6m/s
D.v′=2m/s,u′=2m/s
【答案】(1)0.8;12.5
(2)①BD ②B ③C;
(3)D。
四、无人机(共24分)
4.(24分)无人机因机动性能好,生存能力强,无人员伤亡风险等优点,被广泛应用在生产生活中。
(1)一无人机的动力装置是由四个多旋翼电机并联组成,设每个电机内阻为r、额定电流和电压分别为I和U。正常工作时无人机的输出功率为 A 。
A.4(UI﹣I2r)
B.4UI
C.4I2r
D.
(2)一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行,该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图1所示。无人机飞至高为2h0处时,空气对其作用力大小为 2mg ;无人机飞至3h0处时的速度为 。(重力加速度为g)
(3)一质量为m=2.0kg的无人机对一静止的轿车进行拍摄。如图2,无人机以车中心所在的竖直线为轴线,在地面上方的水平面内做半径为R=4.0m、角速度为ω=1.5rad/s的匀速圆周运动。
①此运动过程中,空气对无人机的作用力方向为 B 。
A.竖直向上
B.斜向上
C.水平方向
D.斜向下
E.竖直向下
②此运动过程中,空气对无人机的作用力大小为多少?(计算题)
(4)某同学利用无人机玩投球游戏。无人机在距地高为H水平面内匀速直线运动,释放可视为质点的小球,小球飞行过程中不计空气阻力。
①小球在空中飞行过程中,小球加速度方向的是 C 。
②若小球到达水平地面时,速度方向与水平方向间的夹角为θ,求:
Ⅰ.无人机匀速飞行时的速度大小v0;(计算题)
Ⅱ.从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小Δp。(计算题)
【答案】(1)A;(2)2mg;;(3)①B;②27N;(4)①C;②Ⅰ.无人机匀速飞行时的速度大小v0为;Ⅱ.从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小Δp为m。
五、氢(共20分)
5.(20分)氢是自然界中最常见的元素之一,它的同位素有氘和氘。氢原子由一个带正电的原子核和一个核外电子组成,电子绕氢核做近似匀速圆周运动。
(1)氢,可以作为一种能源,它属于 B 。
A.常规能源
B.新能源
(2)氢原子内质子和电子间距离为5.3×10﹣11m,质子与电子的相关数据、引力常数、静电力常量见表。
①若电子受到原子核对其的库仑力为Fe,行星对卫星的万有引力FG。可以发现,FG和Fe的大小都与相互作用物体间的 B 成反比。
A.距离
B.距离的平方
C.距离的立方
②考虑到,质子与电子之间同时存在万有引力和库仑力,则FG:Fe D 。
A.≫1
B.>1
C.<1
D.≪1
(3)如图所示为物理学家丁肇中研制的“阿尔法质谱仪”结构图。若氢原子核的质量为m。
①氢原子核以速度v进入速度选择器,两极板间电压为U,两板长度为l,相距为d,匀强电场磁感应强度大小为B1。要使原子核能匀速通过速度选择器,则v等于 A 。
A.
B.
C.
D.
②若氢原子核进入速度选择器的速度v′<v,则氢原子核在速度选择器中会做 A 。
A.变加速曲线运动
B.匀加速曲线运动
C.变加速直线运动
D.匀加速直线运动
③若氢原子核以速度v垂直于磁场方向进入图示的质量分离器,分离器的磁感应强度大小为B2。则原子核做圆周运动的曲率半径r= 。(已知元电荷为e)
(4)若氕核与氚核同时以相同的速度v垂直于磁场方向从图示的速度选择器进入到质量分离器,且氕核与氚核的电荷数相同,m氕:m氚=1:3,则 C 。
A.轨迹1是氕核,轨迹2是氚核
B.轨迹1是氚核,轨迹2是氕核。
C.轨迹3是氕核,轨迹4是氚核
D.轨迹3是氚核,轨迹4是氕核。
【答案】(1)B;(2)①B;②D;(3)①A;②A;③;(4)C。
六、离子发动机(共12分)
6.(12分)宇宙飞船进行长距离运行时,可采用离子发动机提供推力。在离子发动机中,进入电离室的气体被电离成正离子,而后飘入电极A、B之间的匀强电场(离子初速度忽略不计),A、B间电压为U,离子经电场加速后,从飞船尾部高速连续喷出,飞船利用反冲获得恒定推力。已知某离子发动机中单个正离子质量为m,电荷量为q。
(1)如果飞船获得的推力大小为F1,求单位时间内飘入A、B电场间的正离子数目N0。(计算题)
(2)加速正离子束所消耗的功率P不同时,飞船获得的推力F也不同。为提高能量的转换效率,需要使“”尽量大。有两位同学观点如下:
小明提出:可以增大加速电压U;
小红认为:可以选用荷质比更大的正离子。
请判断并分析两位同学的观点,并做出合理的论述。(简答题)
【答案】(1)单位时间内飘入A、B电场间的正离子数目N0为;
(2)两位同学的观点均不合理,合理的论述见解答。
声明:试题解析著作权属菁优网所有,未经书面同意,不得复制发布日期:2025/1/8 9:53:17;用户:秦子政;邮箱:13669037329;学号:41037197半径(m)
质量(kg)
电量(C)
质子
10﹣15
1.67×10﹣27
1.6×10﹣19
电子
10﹣18
9.1×10﹣31
1.6×10﹣19
G=6.67×10﹣11N•m2/kg2
k=9×109N•m2/C2
半径(m)
质量(kg)
电量(C)
质子
10﹣15
1.67×10﹣27
1.6×10﹣19
电子
10﹣18
9.1×10﹣31
1.6×10﹣19
G=6.67×10﹣11N•m2/kg2
k=9×109N•m2/C2
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