2021-2022学年湖南省长沙市长郡中学高二（下）四校联考模拟物理试题含解析

湖南省长沙市长郡中学2021-2022学年高二（下）四校联考模拟物理试题

时量：75分钟，分值：100分

一、单选题：本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备，以下电器设备中，工作原理主要是电磁感应原理的是（　　）

A. 电磁炉 B. 磁电式电流表 C. 电动机 D. 指南针

【答案】A

【解析】

【详解】A．电磁炉的工作原理是电磁感应：线圈通过交变电流，产生变化的磁场，金属容器的磁通量发生变化产生感应电流，产生热量，A符合题意；

BC．磁电式电流表和电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受到安培力作用偏转，BC不符合题意；

D．指南针的工作原理是：磁极在磁场中受到磁场力偏转，D不符合题意。

故选A

2. “渤海之眼”摩天轮位于潍坊市的北端，是我市渤海之滨的标志性建筑。摩天轮悬挂透明座舱，人坐在舱内随旋转座椅一起做匀速圆周运动。以下说法正确的是（　　）

A. 转动过程中，人的动量不变

B. 转动一圈，人所受合力的冲量不为零

C. 转动一圈，人所受重力的冲量不为零

D. 转动到最高点时，人所受合力为零

【答案】C

【解析】

【详解】A．转动过程中，人的动量大小不变，方向不断变化，则动量变化，选项A错误；

B．转动一圈，人动量的变化为零，则由动量定理可知，人所受合力的冲量为零，选项B错误；

C．根据I=mgt可知，转动一圈，人所受重力的冲量不为零，选项C正确；

D．转动到最高点时，人的加速度不为零，则所受合力不为零，选项D错误。

故选C。

3. 海水中含有大量的正负离子，并在某些区域具有固定的流动方向，据此人们设计并研制“海流发电机”，可生产无污染的再生能源，对海洋航标灯持续供电，其工作原理如图所示，用绝缘防腐材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道上、下两个表面装有防腐导电板M，N，板长为a、宽为b（未标出），两板间距为d，将管道沿着海水流动方向固定于海水中，将航标灯L与两导电板M和N连接，加上垂直于管道前后面的匀强磁场（方向如图），磁感应强度大小为B，海水流动方向如图所示，海水流动速率为v，已知海水的电阻率为，航标灯电阻为R，则下列说法正确的是（　　）

A. “海流发电机”对航标灯L供电的电流方向是

B. “海流发电机”产生感应电动势的大小是

C. 通过航标灯L电流的大小是

D. “海流发电机”发电的总功率为

【答案】C

【解析】

【详解】A．由左手定则可知，海水中正、负离子受洛伦兹力作用分别向M板和N板；M板带正电，N板带负电，发电机对航标灯提供电流方向是，A错误；

B．在M、N两板间形成稳定的电场后，其中的正、负离子受电场力和洛伦兹力作用而平衡，在两板间形成稳定电压，则

解得

B错误；

C．海水的电阻

由闭合电路欧姆定律得通过航标灯的电流为

C正确；

D．“海流发电机”发电的总功率为

D错误。

故选C。

4. 如图所示，图中曲线为两段完全相同六分之一圆弧连接而成的金属线框（金属线框处于纸面内），每段圆弧的半径均为L，固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中。若给金属线框通以由A到C、大小为I的恒定电流，则金属线框所受安培力的大小和方向为（　　）

A. ，垂直于向左 B. ，垂直于向左

C. ，垂直于向左 D. ，垂直于向右

【答案】B

【解析】

【详解】根据几何知识可得导线在磁场中受安培力的有效长度为

线框所受到的安培力

由左手定则可知，导线受到的安培力方向为垂直于AC向左

故选B。

5. 矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示．设t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在0～4 s时间内，选项图中能正确反映线框ab边所受的安培力F随时间t变化的图象是(规定ab边所受的安培力向左为正)(　　)

A.  B.

C  D.

【答案】D

【解析】

【详解】0～1s内，由楞次定律可判断电流方向为b→a，根据法拉第电磁感应定律，电流的大小恒定，由左手定则可判断ab边受到的安培力向左，为正方向的力，根据F=BIL可知安培力逐渐减小．1s～2s内，磁场向外且增大，线框中电流方向为b→a，电流大小恒定，ab边受到向右的力，为反方向，根据F=BIL可知安培力逐渐增大；2s～3s内，磁场向外且减小，线框中电流方向为a→b，电流大小恒定，ab边受到向左的力，为正方向．根据F=BIL可知安培力逐渐减小．3s～4s内，磁场向里且增大，线框中电流方向a→b，电流的大小恒定，ab边受到向右的力，为反方向，根据F=BIL可知安培力逐渐增大．综合上述三项，知D正确．故选D．

6. 如图，正三角形的三条边都与圆相切，在圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，质子和氦核都从顶点A沿的角平分线方向射入磁场，质子P从C点离开磁场，氦核Q从相切点D离开磁场，不计粒子重力，则质子和氦核的入射速度大小之比为（　　）

A. 6:1 B. 3:1 C. 2:1 D. 3:2

【答案】A

【解析】

【详解】设三角形的边长为L，根据几何关系可以得到磁场圆的半径为

质子进入磁场时的运动轨迹如图所示。由几何关系可求得

氦核进入磁场时的运动轨迹如图所示

由几何关系可得

粒子在磁场中时洛伦兹力提供的向心力即

解得

质子和氦核的入射速度大小之比为

A正确，BCD错误。

故选A。

二、多选题：本题共4小题，每小题5分，共20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。

7. 如图，三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面，，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出。其折射角为60°，则以下说法正确的是（　　）

A. 该玻璃对红光的折射率为

B. 若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角大于60°

C. 分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更窄

D. 照相机的镜头表面镀有一层增透膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射

【答案】AB

【解析】

【详解】A．红光到达AC面的入射角为，折射角为，则玻璃对红光的折射率为

A正确；

B．由于蓝光的波长小，蓝光的折射率大，所以蓝光在D点射出时的折射角大于60°，B正确；

C．分别用蓝光和红光进行双缝干涉实验，蓝光的波长比红光的小，根据，可知红光的间距更大，C错误；

D．照相机的增透膜是利用了光的干涉原理，D错误。

故选AB。

8. 一列简谐横波在时的波形图如图中的实线所示，时的波形图如图中的虚线所示。若该波传播的速度为10m/s，则（　　）

A 时质点a沿y轴正方向运动

B. 这列波沿x轴正方向传播

C. 这列波的周期为0.4s

D. 从时刻开始质点a经0.2s通过的路程为0.4m

【答案】CD

【解析】

【详解】C．由题图可知波长，则波的周期为

C正确；

AB．由题意知，波传播的时间为

波传播的距离是，所以波沿x轴负方向传播，a在时刻沿y负方向运动，AB错误；

D．从时刻开始经时，经过的时间是半个周期，a通过的路程等于2个振幅，即，D正确。

故选CD。

9. 如图所示，质量为3m的容器静止在光滑水平面上，该容器的内壁是半径为R的光滑半球面，在容器内壁的最高点由静止释放一质量为m的小滑块P，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）

A. P滑到最低点时，P的速度为

B. P滑到最低点时，容器的速度为

C. P从开始到最低点过程中，容器的位移大小为

D. P经过最低点后沿内壁继续上滑的最大高度小于R

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．设小滑块到达最低点的速度为v1，容器的速度为v2，系统水平方向动量守恒，则

此过程中系统机械能守恒，则

解得

A错误，B正确；

C．设滑块的位移为x1，容器的位移为x2，根据动量守恒定律得

解得

C正确；

D．当滑块P经过最低点后沿内壁继续上滑到最大高度时，两者有共同的速度，设此时最大高度为H，则由水平方向动量守恒与系统机械能守恒

解得

D错误。

故选BC。

10. 如图甲所示，在某均匀介质中建立一直角坐标系，坐标原点O处有一振源，其振动产生的简谐波在x轴上传播，A、B为x轴上的两个质点。波源振动经过一段时间后开始计时，时刻，B质点第一次到达正向最大位移处，此后A、B质点振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

A. 振源O点的起振方向沿y轴负方向

B. 该波在x轴上传播的速度为1m/s

C. 该波的波长为4m

D. 在时A点向y负方向运动

【答案】BC

【解析】

【详解】A．由质点A的振动图像可知，波源的起振方向沿y轴正方向，A错误。

B．找到B关于y轴的对称点B＇，A和B＇相距2m，由图乙可知，质点B＇比质点A先振动2s，根据速度公式可知

B正确。

C．分析图乙可知，周期为

根据波长、周期和波速的关系可知，该波的波长

C正确。

D．由振动图象可知，5.5s时，A点处于平衡位置上方沿y轴正方向运动，D错误。

故选BC。

三、实验题（每空2分，共16分）

11. 如图1所示，甲同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa＇和bb＇。O为直线AO与aa＇的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。

(1)甲同学接下来要完成的必要步骤有___________。

A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像

B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像

C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3

D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像

(2)过P3、P4作直线交bb＇于O＇，过O＇作垂直于bb＇的直线NN＇，连接OO＇。测量图中角α和β的大小，则玻璃砖的折射率n=___________。

(3)如图2所示，甲同学在实验中将玻璃砖界面aa＇和bb＇间距画得过宽但仍平行。若其他操作正确，则折射率的测量值___________（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。

(4)甲同学准确的画好玻璃砖界面aa＇和bb＇后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些。如图3所示，若其他操作正确，则折射率的测量值___________（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。

(5)乙同学采用的是梯形玻璃砖，在纸上画出的界面aa＇，bb＇与玻璃砖的位置如图4所示，实验过程和操作均正确，则折射率的测量值___________（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。

【答案】    ①. BD    ②.     ③. 小于    ④. 等于    ⑤. 等于

【解析】

【详解】(1)[1]该同学接下来要完成的必要步骤有：确定皮P3大头针的位置，方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置，方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有BD。

(2)[2]玻璃砖的折射率为

(3)[3]将玻璃砖界面aa＇和bb＇的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于，故折射率的测量值将偏小。

(4)[4]如图所示，实线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而虚线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律知，折射率的测量值等于准确值。

(5)[5]只要操作正确，测量的结果与玻璃砖的形状无关，所以乙同学测得的折射率等于准确值。

12. 如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过仅测量_______（填选项前的符号）间接地解决这个问题。

A．小球开始释放高度h

B．小球抛出点距地面的高度H

C．小球做平抛运动的射程

(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影点。实验时，先将入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。（小球质量关系满足）接下来要完成的必要步骤是___________。（填选项前的符号）

A．用天平测量两个小球的质量m1、m2

B．测量小球m1开始释放时的高度h

C．测量抛出点距地面的高度H

D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N

E．测量平抛射程OM、ON

(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________[用(2)中测量的量表示]。

【答案】    ①. C    ②. ADE    ③.

【解析】

【详解】(1)[1]验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以由落地高度不变情况下的水平射程来体现速度。故选C。

(2)[2]实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上S位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。测量平均落地点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中D、E是必需的，而且D要在E之前。至于用天平测量质量，先后均可以。故选ADE。

(3)[3]根据动量守恒定律得

又

代入得

四、计算题（共3小题，共40分）

13. 有两个半径均为R的不同透明材料制成的半圆形砖甲和乙，CD是半圆的直径，O为圆心。某单色光分别垂直射到半圆形砖甲和乙的CD表面的A点和B点，如图所示（乙图未画出）。半圆形砖甲和乙对该单色光的折射率分别为和，已知。求：该单色光分别在甲、乙中传播的时间t1和t2之比。

【答案】

【解析】

【详解】根据全反射原理

所以光线在甲砖内发生全反射的临界角

在乙砖内发生全反射的临界角

由题意可知，光线射到半圆面的入射角

所以光线在甲砖内恰好发生全反射，其光路图如图所示，根据几何关系可得，单色光在甲砖中传播的距离

速度

所以该单色光在甲砖内传播的时间

由题意可知，光射到半圆面乙的入射角

光线在乙砖内也发生全反射，光路图如图所示，根据几何关系可得，光在乙砖内传播的距离

速度

所以光在乙砖内传播的时间

所以

14. 如图所示，位于第一象限内半径为R的圆形磁场与两坐标轴分别相切于P、Q两点，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，第四象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E，Q点有一粒子源，可在平面内向各个方向发射速率均为v的带正电粒子，其中沿x轴正方向射入磁场的粒子恰好从P点射出磁场，不计重力及粒子之间的相互作用：

（1）求带电粒子的比荷；

（2）若AQ弧长等于六分之一圆弧，求从磁场边界上A点射出的粒子，由Q点至第2次穿出磁场所经历的时间。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）由几何关系得：从点射出的粒子做圆周运动的半径

根据洛伦兹力提供向心力可得

解得

（2）由于粒子轨迹半径和圆半径相等，则无论粒子沿哪个方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向均沿y轴负方向；若AQ弧长等于六分之一圆弧，粒子的运动轨迹如图所示

粒子在磁场中运动周期

粒子在QA段运动时间

无场区AB段距离

粒子在AB段运动时间

粒子在电场中运动时由牛顿第二定律

在电场中运动时间

粒子在AC段运动时间

总时间

代入数据得

15. 如图所示，相距的两条水平虚线之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为，正方形线圈ABCD边长为，质量为，电阻为，共有匝，将线圈在磁场上方某高处静止释放，AB边进入磁场前一刻线圈的加速度为零，AB边离开磁场前一刻线圈的加速度也为零。在整个运动过程中线圈一直在竖直平面内，而且AB边始终保持水平，重力加速度，求：（结果可用分数表示）

（1）线圈进入磁场的过程中，通过线圈横截面的电荷量；

（2）线圈穿过磁场的过程中产生的焦耳热；

（3）线圈从开始运动到AB边刚离开磁场的时间t。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）线圈进入磁场的过程中，由法拉第电磁感应定律得

由闭合电路的欧姆定律得

线圈进入磁场过程中通过线圈截面的电荷量为

联立解得

（2）由于AB边进出磁场时加速度均为零，即速度相等，根据能量守恒定律，线圈穿过磁场过程产生的热量为

解得

（3）AB边刚离开磁场时线圈的加速度为零，此时安培力等于重力

又

解得

对线圈从开始下落到AB边刚离开磁场的全过程列动量定理得

（其中 、 、t1、t2分别为线圈进磁场和出磁场过程的平均电流和时间）

解得