2021-2022学年湖北省荆州中学高二上学期期末物理试题（解析版）

荆州中学2021～2022学年上学期期末考试物理试题

总分：100分     考试时间：75分钟

一、选择题（第1-7题为单选题，第8-11题为多选题，选对得4分，漏选得2分，选错得0分）

1. 下列关于光现象说法正确的是（　　）

A. 单色光从玻璃射入水中，光波长不变

B. 雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的折射形成的

C. 光的偏振现象说明光是纵波

D. 玻璃中的气泡看起来特别明亮，是因为光从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故

【答案】D

【解析】

【详解】A．单色光从玻璃射入水中，光的频率不变，波速变化，所以波长变化，故A错误；

B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是光的薄膜干涉现象，故B错误；

C．光的偏振现象说明光是横波，故C错误；

D．玻璃中的气泡看起来特别明亮，是因为光从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故，故D正确。

故选D。

2. 如图所示，光滑水平面上木块A、B用一根弹性良好的压缩了的轻质弹簧连在一起，左右手分别按住A、B木块，使它们静止。对木块A、B及弹簧组成的系统，下列说法中正确的是（　　）

A. 当双手同时放开后，系统总动量始终为零

B. 当双手同时放开后，系统总动量不一定为零

C. 若先放开右手，后放开左手，系统总动量为零

D. 若先放开左手，后放开右手，系统总动量方向向右

【答案】A

【解析】

【详解】AB．系统初动量为零，双手同时放开后，系统所受合外力为零，根据动量守恒定律可知，系统总动量始终为零，故A正确，B错误；

C．若先放开右手，后放开左手，则从放开右手到放开左手这段时间内，系统所受合外力不为零，动量不守恒，即放开左手瞬间，系统的总动量不为零，根据动量守恒定律可知，之后系统的总动量也不为零，故C错误；

D．若先放开左手，后放开右手，根据前面分析同理可知系统总动量方向向左，故D错误。

故选A。

3. 如图所示，弹簧下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成一个振动系统。初始时系统处于静止状态，现用手把钢球向上托起一段距离L，然后由静止释放，钢球便上下做简谐振动，则（　　）

A. 因振动系统机械能守恒，故弹簧处于原长时，钢球动能最大

B. 钢球在最高点的加速度可能小于g

C. 对钢球施加一周期性的外力，钢球振幅一定越来越大

D. 钢球位于最高点时弹簧对钢球的弹力方向一定向下

【答案】B

【解析】

【详解】A．当钢球经过平衡位置时动能最大，此时钢球所受弹力与重力大小相等，弹簧处于拉伸状态，故A错误；

BD．钢球在最高点时，弹簧可能处于拉伸状态，此时弹簧对钢球的弹力方向向上，钢球的加速度小于g，故B正确，D错误；

C．对小球施加一周期性的外力，周期性外力的频率与钢球振动的固有频率相差越小，钢球的振幅越大，当周期性外力的频率与钢球振动的固有频率相等时，钢球的振幅达到最大值，故C错误。

故选B。

4. 如图所示，两根等长直导线a和b平行放置，分别通有大小为 I、2I的电流，电流方向相反，此时导线a受到的磁场力大小为F。当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，导线b受到的磁场力为零，则此时a受到的磁场力大小为（　　）

A.  B. F C.  D. 3F

【答案】A

【解析】

【详解】根据牛顿第三定律可知导线b受到a中电流的磁场的磁场力大小为F，且方向垂直导线向下，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，导线b受到的磁场力为零，说明导线b受到匀强磁场的磁场力大小为F，方向垂直导线向上，根据左手定则可知匀强磁场的方向为垂直纸面向外，因为a中电流是b中电流的一半，根据安培力公式可知此时此时a受到匀强磁场的磁场力大小为，方向垂直导线向下，又因为a受到b中电流的磁场的磁场力大小为F，方向垂直导线向上，所以此时a受到的磁场力大小为

故选A。

5. 如图所示，一个可看做质点的物体从时刻开始由静止做直线运动，0～4s内其合外力随时间变化的关系图线为一正弦函数下列判断正确的是（　　）

A. 0～2s内合外力的冲量先增大再减少

B. 0～4s内合外力的冲量为零

C. 2s末物体的速度方向发生变化

D. 1s末物体的动量变化率为零

【答案】B

【解析】

【详解】A．由图可知，0～2s合外力的方向一直为正，根据

可知0～2s内合外力的冲量一直增大，故A错误；

B．根据

可知图像与时间轴围成的面积表示冲量的大小，可知0～4s内合外力的冲量为零，故B正确；

C．由图可知，0～2s内加速，2～4s内减速，物体做单方向变速直线运动，速度方向一直不变，故C错误；

D．根据

得

知动量变化率为合外力的大小，由图可知1s末物体的合外力不为零，则动量变化率不为零，故D错误。

故选B。

6. 一列简谐横波在t=0.2s时的波形图如图甲所示，P、Q为介质中的两个质点，它们的平衡位置分别为x=1m和x=3.5m，质点P的振动图象如图乙所示，则（　　）

A. 该简谐波的波速为7.5m/s

B. 该简谐波沿x轴正方向传播

C. t＝0.28s时，质点P、Q的速度方向相同

D. t＝0.4s到t＝1.1s内，质点P的向左平移了7m

【答案】C

【解析】

【详解】A．该简谐波的波速为

故A错误；

B．由题图乙可知t=0.2s时质点P沿y轴负方向运动，所以此时P应位于波传播方向波形的上坡，根据题图甲可知该简谐波沿x轴负方向传播，故B错误；

C．在时间内，简谐波沿x轴负方向传播的距离为

所以t=0.2s时平衡位置在x=4.3m处质点运动状态将在t=0.28s时传播到质点Q处，因此t=0.28s时质点Q沿y轴负方向运动，又因为，所以t=0.28s时质点P也沿y轴负方向运动，即t＝0.28s时，质点P、Q的速度方向相同，故C正确；

D．质点P只会在平衡位置附近振动，不会沿波的传播方向迁移，故D错误。

故选C。

7. 如图所示，扇形为透明柱状介质的横截面，圆心角，两束平行于角平分线的单色光a和b由面射入介质，经面折射的光线相交于M点，其中a光的折射光线恰好平行于，以下说法正确的是（　　）

A. 该介质对a光的折射率小于对b光的折射率

B. a光的折射光线在面不发生全反射

C. 在同一介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度

D. 用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距

【答案】B

【解析】

【详解】A．由图可知，a、b光以相同的入射角射入介质，而a光的折射角大于b光的折射角，所以该介质对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误；

B．根据几何关系可知a光在OA的入射角为60°，折射角为30°，所以该介质对a光的折射率为

a光在M点发生全反射的临界角的正弦值为

根据几何关系可知a光在M点的入射角为30°，小于全反射临界角，所以a光的折射光线在面不发生全反射，故B正确；

C．根据A项分析可知

na＞nb

再根据

可知在同一介质中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故C错误；

D．根据A项分析可知a光频率大于b光频率，则a光波长小于b光波长，再根据

可知用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距，故D错误。

故选B。

8. B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图象，t=0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107Hz，下列说法正确的是（　　）

A. 0～1.25×10-7s内质点M运动的路程为2mm

B. 质点M第一次位移为0.4mm的时刻是×10-7s

C. 超声波在血管中的传播速度为1.4×103m/s

D. t=1.5×10-7s时质点N恰好处于波峰

【答案】AC

【解析】

【详解】A．由题意可知此超声波的周期为

0～1.25×10-7s内质点M运动了个周期，所以路程为

故A正确；

B．t=0时刻M正位于波传播方向波形的上坡，所以此时M正向y轴负方向运动，则质点M第一次位移为0.4mm的时刻是

故B错误；

C．由题图可知超声波的波长为

λ=14×10－2mm

超声波在血管中的传播速度为

故C正确；

D．超声波在Δt=1.5×10-7s时间内传播的距离为

由图可知t=0时平衡位置在x=14×10-2mm的质点正位于波谷处，所以t=1.5×10-7s时，该波谷恰好传播到质点N的平衡位置处，即此时N恰好处于波谷，故D错误。

故选AC。

9. 边长为a的闭合金属正三角形框架，完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架匀速拉出磁场，如图所示，则导线框中的电流、感应电动势、外力、外力功率与位移的关系图正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】BCD

【解析】

【详解】B．设线框的速度为v，根据几何关系可知，线框匀速出磁场的过程中，切割磁感线的有效长度为x，所以

即E与x成正比，故B正确；

A．根据闭合电路欧姆定律有

即I与x成正比，故A错误；

C．外力大小等于线框所受安培力大小，即

即F与x2成正比，故C正确；

D．外力的功率为

即P外与x2成正比，故D正确。

故选BCD。

10. 如图所示，S为一离子源，MN为荧光屏，其长度为MN＝，S到MN的距离为 SP＝L，P为MN 的中点，MN的左侧区域有足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。某时刻离子源S沿平行纸面的各个方向均匀地发射大量的正离子，离子速率均相等、质量均为m、电荷量均为q。不计离子重力，不考虑离子之间的相互作用，下列说法正确的是（　　）

A. 若离子在磁场中做匀速圆周运动的半径为2L，则离子速率为

B. 若离子速率为，则一定有离子能打到荧光屏上

C. 若离子速率为，能打中荧光屏的离子占总离子数的

D. 若离子速率为，能打到荧光屏 MN上的范围为

【答案】BC

【解析】

【详解】A．若离子在磁场中做匀速圆周运动的半径为2L，根据牛顿第二定律有

解得离子速率为

故A错误；

B．若离子沿平行于MN向下的方向射出时打不到荧光屏上，则所有离子均打不到荧光屏上，此时离子的运动半径满足

解得

所以若离子速率为，则一定有离子能打到荧光屏上，故B正确；

D．若离子速率为，则离子运动的半径为

根据旋转圆法作出离子打在MN上最高点与最低点的位置如图所示，所以离子能打到荧光屏 MN上的范围为

故D错误；

C．根据对称性可知，从垂直于MN射出的离子方向开始，沿顺时针方向旋转180°，在这个范围内射出的离子都能打中荧光屏，即能打中荧光屏的离子占总离子数的，故C正确。

故选BC。

11. 如图所示，半径为r，匝数为n的金属线圈下半部分置于匀强磁场中，总电阻为R，线圈固定不动，磁场以圆的直径AC为界。当时匀强磁场的磁感应强度的方向如图甲所示，磁感应强度B随时间t变化的关系图像如图乙所示，则（　　）

A. 线圈中的感应电流方向始终为顺时针方向

B. 时刻，线圈受到的安培力大小为

C. 通过导线某横截面的电荷量为

D. 回路中感应电动势恒为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．由题意可知线圈中磁通量先垂直纸面向外减小，再垂直纸面向里增大，根据楞次定律可知线圈中的感应电流方向始终为逆时针方向，故A错误；

B．根据法拉第电磁感应定律可得线圈中感应电动势的大小为

根据闭合电路欧姆定律可得线圈中的电流大小为

时刻，线圈受到的安培力大小为

故B正确；

C．时间内通过导线某横截面的电荷量为

故C错误；

D．B随t的变化率不变，所以回路中感应电动势恒为，故D正确。

故选BD。

二、实验题

12. 在做双缝干涉测单色光波长的实验中：

（1）下面说法正确的是______；

A．在光源和遮光筒中间依次放置的光学元件是：透镜、单缝、滤光片、双缝

B．为了减小测量误差，可测量n条亮条纹间的距离a，再求出相邻两条亮条纹间的距离

C．若发现干涉条纹太密，难以测量，只需更换双缝间距更大的双缝片

D．若发现干涉条纹太密，难以测量，可以改用波长较长的单色光做入射光

（2）将测量头的分划板中心刻度线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上示数如图b所示，同方向转动手轮，使分划板中心刻度线与第6条亮条纹中心线对齐，记下此时图c中手轮示数为______mm；求得相邻亮条纹的间距为______mm；（结果保留三位小数）

（3）已知双缝间距，测的双缝到屏的距离为，则所测光的波长为______nm。（结果保留一位小数）

【答案】    ①. D    ②. 11.870    ③. 1.910    ④. 477.5

【解析】

【详解】（1）[1] A．在光源和遮光筒中间依次放置的光学元件是滤光片、单缝、双缝，A错误；

B．为了减小测量误差，可测量n条亮条纹间的距离a，由于n条亮条纹之间有个间距，故相邻两条亮条纹间的距离为

B错误；

CD．根据公式

可知，若发现干涉条纹太密，难以测量，只需更换双缝间距更小的双缝片或者改用波长较长的单色光做入射光，C错误，D正确。

故选D。

（2）[2]由图c手轮可知，其示数为

[3] 相邻亮条纹的间距为

（3）[4]根据公式

可知，波长为

代入数据，解得

13. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：

A．被测干电池一节

B．电流表：量程0~0.6 A，内阻rA＝0.2 Ω

C．电流表：量程0~0.6 A，内阻约为0.1 Ω

D．电压表：量程0~3 V，内阻未知

E．电压表：量程0~15 V，内阻未知

F．滑动变阻器：0~10 Ω，2 A

G．滑动变阻器：0~100 Ω，1 A

H．开关、导线若干

伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差。在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。

（1）在上述器材中，电压表应选择______，电流表应选择_______，滑动变阻器应选择_____。（填写仪器前的代号）

（2）实验电路图应选择________（填“甲”或“乙”）；

（3）根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像，干电池的内电阻r＝________Ω（保留两位有效数字）。

【答案】    ①. D    ②. B    ③. F    ④. 甲    ⑤. 0.80

【解析】

【详解】（1）[1]干电池电动势约1.5V，所以电压表应选择D。

[2]电流表B内阻已知，可以通过电流表外接法来最大程度减小系统误差。

[3]滑动变阻器G最大阻值过大，不利于调节电压表和电流表示数发生明显变化，所以滑动变阻器应选F。

（2）[4]根据前面分析可知电路图应选甲。

（3）[5]当电流表外接时，U-I图像斜率的绝对值表示电流表内阻与干电池内阻之和，即

解得

三、解答题（写出必要解答步骤，只有答案不给分）

14. 如图所示，在光滑的水平面上有一长为L的木板B，上表面粗糙，在其左端有一光滑的圆弧槽C，与长木板接触但不相连，圆弧槽的下端与木板上表面相平，B、C静止在水平面上；现有滑块A以初速度v0从B的右端滑上，并以滑离B，恰好能到达C的最高点。A、B、C的质量为m、m和2m，重力加速度为g，求：

（1）A滑离B的瞬间B的速度；

（2）圆弧槽C的半径R；

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）设A滑离B的瞬间B的速度为v，由系统动量守恒可得

解得

（2）A滑上C后，A、C构成的系统水平方向动量守恒，设A到达C的最高点时，A、C整体的速度为v1，则

由机械能守恒可得

解得

15. 如图甲所示，一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内，MN、PQ两导轨间的宽为L＝0.50m；一根质量为m＝0.50kg、R＝0.10Ω的金属导体棒ab静止在导轨上且接触良好，abMP恰好围成一个正方形，该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中，其他各部分电阻均不计。开始时，磁感应强度，导体棒ab与导轨间的摩擦因数为μ=0.2，最大静摩擦力和滑动摩擦力相等，重力加速度g=10m/s2。

（1）若从t＝0开始，使磁感应强度的大小从B0开始使其以的变化率均匀增加，求经过多长时间ab棒开始滑动。

（2）若保持磁感应强度的大小不变，从t＝0时刻开始，给ab棒施加一个水平向右的拉力，使它做加速度为4m/s2的匀加速直线运动，求此拉力F的大小随时间t变化关系。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）回路产生的感应电动势为

   ①

回路中的电流为

   ②

设经过t1时间ab棒开始滑动，此时ab棒所受安培力大小等于最大静摩擦力，即

   ③

解得

   ④

（2）设经过时间t，ab棒的速度大小为v，则此时回路中的感应电流为

   ⑤

ab棒受到的安培力大小为

   ⑥

由牛顿第二定律可得

   ⑦

根据运动学规律有

   ⑧

联立⑤⑥⑦⑧可得

   ⑨

16. 如图，直角坐标系xOy中，在第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场；在第三、第四象限内分别有方向垂直于坐标平面向里和向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子从y轴上P点（0、h）以初速度v0垂直于y轴射入电场，再经x轴上的Q（2h，0）点进入磁场，粒子重力不计。

（1）求匀强电场的场强大小E；

（2）要使粒子能够进入第三象限，求第四象限内磁感应强度B的大小范围；

（3）若第四象限内磁感应强度大小为，第三象限内磁感应强度大小为，且第三、第四象限的磁场在处存在一条与x轴平行的下边界MN（图中未画出），则要使粒子能够垂直边界MN飞出磁场，求L的值。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，有

，

解得

故匀强电场场强大小为。

（2）设粒子进入磁场时速度为v，由

，

可得

方向与x轴成45°角，由洛伦兹力提供向心力可得

粒子能进入第三象限，极限路径如图所示

则有

解得

故第四象限内磁感应强度B的大小范围满足。

（3）由

可知，粒子在第四、三象限的半径分别为

，

则粒子轨迹如图所示

要让粒子垂直边界飞出磁场，则满足的条件为

结合题意

解得

故L的值为。