2021_2022学年河北省石家庄市高二（上）期末考试物理试卷（含答案解析）

2021~2022学年河北省石家庄市高二（上）期末考试物理试卷

1.     人们对手机的依赖性越来越强，有些人喜欢平躺着看手机，经常出现手机砸伤脸的情况。若手机质量为160g，从离人脸约20cm的高度处无初速度掉落，砸到人脸后手机未反弹，人脸受到手机的冲击时间约为，重力加速度g取，不计空气阻力。下列说法正确的是(    )

A. 手机对人脸的冲量方向竖直向上
B. 手机对人脸的平均冲力大小约为
C. 手机对人脸的冲量大小约为
D. 手机与人脸作用过程中动量变化量大小约为

2.     某景点的高空秋千可以看作单摆模型，如图所示为小明在荡秋千时的振动图像。小明可视为质点，下列说法正确的是(    )

A. 小明荡秋千时的周期为
B. 该秋千的绳子长度约为5m
C. 小明荡到图中对应的b点时，速度最大
D. 图中a点对应荡秋千时的最高点，此时回复力为零

3.     在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示。下列说法正确的是(    )

A. c处的导线所受安培力的方向与ab边垂直且指向左边
B. c处的导线所受安培力的方向与ab边平行且竖直向上
C. 若取走c处的导线，c处的磁感应强度方向垂直ab边且指向左边
D. 若取走c处的导线，c处的磁感应强度变为0

4.     如图甲所示为一小型发电机的原理图，矩形线圈的电阻为。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈两端与的电阻构成闭合回路。通过电阻R的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是(    )

A. 该发电机线圈转动的角速度为
B. 线圈转至图甲位置时，线圈中感应电流最大
C. 该发电机产生交流电的感应电动势峰值为
D. 电阻R消耗的电功率为4000W

5.     如图所示，、是两个相干波源，振动同步且振幅相同，实线和虚线分别表示在某时刻的波峰和波谷，质点b、d位于两波源连线的中垂线上，关于图中四个质点a、b、c、d的说法正确的是(    )

A. 该时刻质点b处于波峰，且始终处于波峰 B. 该时刻质点c处于波谷，且始终处于波谷
C. 质点d所在位置为振动的减弱区 D. 质点a所在位置为振动的减弱区

6.     2020年，国产“质子治疗230MeV超导回旋加速器”在原子能院完成设备安装和测试。回旋加速器的原理如图所示，和是两个半径为R的半圆型金属盒，接在电压为U、周期为T的交流电源上，位于圆心处的质子源A能不断产生质子初速度可以忽略，质子在两盒之间被电场加速，、置于与盒而垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知质子的电荷量为q、质量为m，忽略质子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中的相对论效应，不计质子重力。下列说法正确的是(    )

A. 交流电源的周期等于质子做圆周运动周期的2倍
B. 若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能将增大
C. 质子在电场中加速的次数为
D. 质子第1次和第2次经过两D型盒间狭缝后的运动轨迹半径之比为1：2

7.     如图所示为一玻璃圆柱体，其模截面半径为5cm。在圆柱体中心轴线上距左端面2cm处有一点光源A，点光源可向各个方向发射单色光，其中从圆柱体左端面中央半径为圆面内射入的光线，恰好都不能从圆柱体侧面射出。则玻璃对该单色光的折射率为(    )

A.  B.  C.  D.

8.     如图甲所示，轻质绝缘细线吊着一质量为、边长为1m，匝数为20匝的正方形闭合线圈，其总电阻为。在线圈的中间位置以下区域存在垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示，重力加速度g取。下列说法正确的是(    )

A. 线圈中的感应电流大小为 B. 内线圈产生的焦耳热为3J
C. 时细线的拉力大小为16N D. 内通过导线横截面的电荷量为3C

9.     明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是(    )

A. b光的频率大于a光的频率
B. 在该三棱镜中a光传播速度小于b光传播速度
C. 该复色光不能发生偏振现象
D. 若逐渐增小入射角i，a、b光均可能消失且b光先消失

10. 如图甲所示为一列简谐横波在时刻的波形图，P是平衡位置为处的质点，Q是平衡位置为处的质点，图乙为质点Q的振动图像，下列说法正确的是(    )

A. 该波沿x轴正方向传播
B. 时，质点Q的位移为
C. 时，质点P的位移为
D. 该波传播速度大小为

11. 某同学利用如图甲所示装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。

下列说法正确的是________；

A.若仅将蓝色滤光片换成红色滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽

B.若仅将单缝向双缝移动一小段距离，则相邻干涉条纹间距变宽

C.若仅增大双缝问的距离，则相邻干涉条纹间距变窄

D.若去掉滤光片，则干涉现象消失

实验中，选用红色滤光片测量红光的波长，测得双缝间的距离，双缝与屏之间的距离为，通过测量头观察第1条亮条纹的读数为，观察第6条亮条纹的位置如图乙所示，其读数为________mm。由此求得红光的波长为________计算结果保留三位有效数字。

12. 某同学用如图甲所示的装置通过A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。先将A球从斜槽轨道上某点由静止释放，在水平地面的记录纸上留下压痕，重复实验多次，记下落地点为P；再把同样大小的B球放在斜槽轨道水平段的最右端，让A球仍从同一位置由静止释放，和B球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置，重复实验多次，记下落地点为M、N，图中O点为斜槽轨道水平段的最右端悬挂的重锤线所指位置。

为完成此实验，以下所提供的器材中必需的是________；

A.直尺打点计时器天平秒表

实验中需要满足的条件是________。

A.轨道必须光滑

B.两球材质必须相同

C.A球的半径必须大于B球的半径

D.A球的质量必须大于B球的质量

经测定。A、B两球的质量分别为、，小球落地点的位置距O点的距离如图乙所示。利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量p与碰撞后的总动量的比值为________结果保留三位有效数字。

实验中，对产生误差的主要原因分析正确的是________；

A.碰撞前入射小球的速度方向与碰撞后两小球的速度方向不在同一直线上

B.轨道的倾斜部分不光滑，与入射小球存在摩擦力作用

C.没有测量小球平抛下落的高度算出具体的平抛时间

13. 如图所示，长为2m的轻绳一端系于O点，另一端系一质量为的小物块P，O点距光滑水平地面高度为2m，质量为的物块D静置在O点正下方的地面上。现拉紧轻绳使绳与竖直方向成角，将小物块P由静止释放，当达到最低点时与物块D相碰并粘在一起。若物块P、D均可看成质点，不计空气阻力，重力加速度g取，，。求：

物块P运动到最低点与D碰撞前的速度大小；

物块P与物块D碰撞过程损失的机械能。

14. 如图所示，xOy坐标系中y轴左侧存在半径为R的半圆形匀强磁场区域，圆心位于坐标原点O，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，y轴右侧存在在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B。现将质量为m、电荷量为q的带负电的粒子从半圆边界上的A点以某初速度沿x轴正向射入磁场，粒子恰能经过原点O进入y轴右侧磁场区，已知A点到x轴的距离为，不计粒子重力。求：
     

该粒子从A点射入磁场时的初速度大小；

该粒子从A点射入磁场到第二次经过y轴时运动的总时间。

15. 如图所示，平行导轨CD、EF固定在倾角为的斜面上，平行光滑导轨FM、DN水平故置，导轨在D、F处平滑连接，导轨间距均为。斜面部分存在垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为1T，水平部分存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为2T。现将金属棒b垂直放置在水平导轨上锁定使其不动，金属棒a从倾斜导轨上由静止释放，释放位置到底端DF的距离，金属棒a滑至DF前已开始匀速运动，且滑至DF时解除对金属棒b的锁定，金属棒a、b沿水平导轨向右运动。已知金属棒a、b的质量均为1kg，电阻分别为、，金属棒a与倾斜导轨间的动摩擦因数，不计空气阻力及导轨的电阻，重力加速度g取，，。求：
     

金属棒a滑至DF时的速度大小；

金属棒b被释放时的加速度大小；

从释放金属棒a到金属棒a、b速度相等的整个过程中，金属棒a产生的焦耳热。

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】A.冲量方向与力的方向相同，可知手机对人脸的冲量方向竖直向下，选项A错误；

B.手机做自由落体运动，根据运动学公式，，

手机没有反弹，速度减为零，以竖直向下为正方向，对手机根据动量定理，

带入数值得，

负号表示方向竖直向上，根据牛顿第三定律可知，手机对人脸的冲量约为，

根据冲量定义，，故B正确，C错误；

D.手机与人脸作用后速度变为零，取向下为正方向，手机动量变化为，动量变化量大小为，故D错误。

故选B。

2.【答案】C 

【解析】A.由图可知，小明荡秋千时的周期为，选项A错误；

B.由单摆的周期公式，则，故B错误。

C.小明荡到图中对应的b点时，回到最低点，此时速度最大，选项C正确；

D.图中a点对应荡秋千时的最高点，此时回复力最大，选项D错误。

故选C。

3.【答案】A 

【解析】根据同向电流相互吸引，a、b对c的引力大小相等，所以c处的导线所受安培力的方向与ab边垂直且指向左边，A正确，B错误；
若取走c处的导线，根据安培定则和叠加原理，c处的磁感应强度方向竖直向下，CD错误；
故选A。
 

4.【答案】D 

【解析】A.由图乙可知，该发电机线圈转动周期为，角速度为，故A错误；
B.线圈转至图甲位置时，磁场与线圈平面垂直，线圈中感应电流最小，故B错误；
C.由图乙可知最大感应电流，
根据闭合电路欧姆定律得交流电的感应电动势峰值为，故C错误；
D.由图乙可知感应电流的有效值，电阻R消耗的电功率为，故D正确。
故选D。
 

5.【答案】D 

【解析】A.该时刻质点b处于峰峰相遇位置，处于波峰，振动加强，但不是始终处于波峰，选项A错误；

B.该时刻质点c处于谷谷相遇位置，处于波谷，振动加强，当不是始终处于波谷，选项B错误；

C.质点d所在位置与加强点在同一直线上的位置，则为振动的加强区，选项C错误；

D.质点a所在位置此时为峰谷相遇点，振动减弱，则该质点为振动的减弱区，选项D正确。

故选D。

6.【答案】C 

【解析】A.为了保证质子在电场中不断被加速，则交流电源的周期等于质子做圆周运动的周期，选项A错误；
B.当质子被加速到速度最大时，则最大动能，则若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能不变，选项B错误；
C.根据，可得质子在电场中加速的次数为，选项C正确；
D.质子第一次经过D型盒时，
则在磁场中运动半径，
质子第二次经过D型盒时，
则在磁场中运动半径，
质子第1次和第2次经过两D型盒间狭缝后的运动轨迹半径之比为1：，选项D错误。
故选C。
 

7.【答案】B 

【解析】如图所示

光线AB从圆柱体左端面射入，在圆柱体侧面发生全反射，由几何关系得，
由折射定律得，
全反射的临界条件，
联立解得，故B正确，ACD错误。
故选B。
 

8.【答案】ABD 

【解析】A.由图乙可知，由法拉第电磁感应定律得产生的感应电动势为，

则线圈中的感应电流为，故A正确；

B.内线圈产生的焦耳热为，故B正确；

C.由图乙可知时，磁感应强度大小为，则线框所受安培力的大小为，由楞次定律、左手定则知，安培力方向向上，则由平衡条件得，解得，故C错误；

D.根据，得内通过导线横截面的电荷量为，故D正确。

故选ABD。

9.【答案】AD 

【解析】A.b光的偏折大，折射率大，频率大，所以b光的频率大于a光的频率，A正确；

B.根据 ，a光的折射率小，在该三棱镜中a光传播速度大于b光传播速度，b错误；

C.光是横波，都能发生偏振现象，C错误；

D.若当减小入射角i时，两单色光在左侧界面的折射角减小，但在右侧界面的入射角均增大，所以a、b光均可能发生全反射，根据可知，b光的临界角小于a光的临界角，所以b光先消失，D正确。

故选AD。

10.【答案】CD 

【解析】A. 根据图乙，质点Q在时向下运动，所以该波沿x轴负方向传播，A错误；

B. 根据图乙，时，质点Q的位移为，B错误；

C. 根据图乙，质点P的振动方程为，时，质点P的位移为，C正确；

D. 该波传播速度大小为；

故选CD。

11.【答案】；；   

【解析】相邻两亮条纹间距，蓝光波长小于红光波长，将蓝色滤光片换成红色滤光片，则相邻干涉条纹间距变宽， A正确;

B.条纹间距与单缝和双缝间的距离无关， B错误;

C.相邻两亮条纹间距，双缝间距变大，条纹间距变小， C正确;

D.光源发出的光如果不是单色光，去掉滤光片，仍能发生干涉现象，是复色光的干涉， D错误;

故选AC。

由题图可知，读数为，
条纹间距，双缝与屏之间的距离为，双缝间的距离，由，得，代入数据得。

12.【答案】；；；。 

【解析】由碰撞过程动量守恒可得，

根据平抛运动，，，

整理可得，，

可知需要测量小球的质量，测量平抛运动水平位移，所以需要天平和直尺，故AC正确，BD错误。

只需要保证每一次到轨道末端速度相等即可，不需轨道光滑，故A错误；

为了发生对心碰撞，需要两球直径相等，为了保证小球A碰后不反弹，需要A球的质量必须大于B球的质量，不必要求材质一样，故D正确，BC错误；

由可知，假设小球在空中运动时间为t，
可得碰撞前，

碰撞后，则；

碰撞前入射小球的速度方向与碰撞后两小球的速度方向不在同一直线上，导致前后动量不同，故A正确；

B.轨道的倾斜部分不光滑，仅影响碰撞前速度，不影响碰撞过程，故B错误；

C.做平抛运动的时间都相等，不必测量，故C错误。

13.【答案】解：物块P由静止释放到到达最低点过程，由机械能守恒得，

解得；

设物块P与D粘在一起时的共同速度为，由动量守恒定律得，

解得，

物块P与物块D碰撞过程，由能量关系得，

解得。

【解析】略
 

14.【答案】解：粒子从A点射入，在半圆形磁场中运动轨迹如图所示

由几何关系可知：粒子在该磁场中运动半径，
洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：，
解得；
由几何关系知：粒子在半圆磁场中运动的圆心角为，所以粒子在半圆磁场中运动时间为，
而周期为，解得，
粒子进入y轴右侧磁场，运动轨迹如图，半径为，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：，周期为，
由几何关系可得粒子在y轴右侧磁场运动的圆心角为，粒子在y轴右侧磁场运动的时间为，
粒子从A点射入磁场到第二次经过y轴时运动的总时间。 

【解析】略
 

15.【答案】解：设金属棒a滑至DF时速度大小为，由平衡得，

解得，

此时金属棒a产生的感应电动势为，

根据，

解得，故金属棒a滑至DF时的速度大小为；

金属棒a刚滑至斜面底端DF时，金属棒b被释放，此时根据牛顿第二定律得，

代入数据解得，

故金属棒b被释放时的加速度大小为；

金属棒a进入水平磁场后，系统水平方向不受外力作用，系统动量守恒，取向右为正，设金属棒a、b共同速度为，根据动量守恒定律得，

设整个运动过程中产生的焦耳热为Q，根据能量守恒定律得，

因两金属棒串联，产生的焦耳热比等于电阻比，则金属棒a产生的焦耳热为，

联立解得，故金属棒a产生的焦耳热为。

【解析】略