2022-2023学年湖北省荆州中学高二上学期期末考试物理试题（解析版）

湖北省荆州中学2022～2023学年度高二上学期期末考试

物理试卷

一、选择题（本题共11小题，每题4分，共计44分。其中1～7题为单选题，8～11为多选题。）

1. 物体做简谐运动，振幅为0.8cm，周期为0.5s，计时开始时具有负向最大加速度，它的位移公式是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】由题意，t=0时，振子具有负方向的最大加速度，说明此时振子的位移是正向最大，即

根据简谐振动的位移公式

所以

所以位移公式为

故选A。

2. 如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是（  ）

A. 线圈a中将产生沿顺时针方向（俯视）的感应电流

B. 穿过线圈a的磁通量减小

C. 线圈a有扩张的趋势

D. 线圈a对水平桌面的压力FN将增大

【答案】D

【解析】

【详解】B．当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，螺线管中的电流将增大，使穿过线圈a的磁通量变大，选项B错误；

ACD．由楞次定律可知，线圈a中将产生沿逆时针方向（俯视）的感应电流，并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故选项D正确，AC错误。

故选D。

3. 如图甲，一单摆做小角度摆动，从某次摆球由左向右通过平衡位置开始计时，相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示。不计空气阻力，对于这个单摆的振动过程，下列说法正确的是（　　）

A. 单摆振动的频率是2 Hz

B. 单摆的摆长约为1 m

C. 若仅将摆球质量变大，单摆周期变大

D. t=1s时摆球位于平衡位置O，加速度为零

【答案】B

【解析】

【详解】A．由题图乙可知单摆的周期T=2s，所以频率是0.5 Hz，故A错误；

B．由单摆的周期公式

代入数据可得

L=1.0m

故B正确；

C．单摆周期与摆球质量无关，故C错误；

D．t=1s时摆球位于平衡位置O，加速度为向心加速度，不是零，故D错误。

故选B。

4. 如图所示，图甲为沿x轴传播的一列简谐机械波在t=0时刻的波动图像，图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是（　　）

A. 波速大小为4m/s

B. 波沿x轴负方向传播

C. 该波可以与另一列频率为2Hz的波发生干涉

D. 波在传播过程中遇到2m尺度的障碍物不能发生明显的衍射

【答案】B

【解析】

【详解】A．根据图像可知

A错误；

B．根据图乙可知，在t=0时刻，质点P沿y轴负方向振动，根据同侧法，由图甲可知，波沿x轴负方向传播，B正确；

C．根据图乙可知，周期为2s，则频率为0.5Hz，则该波不能够与另一列频率为2Hz的波发生干涉，C错误；

D．根据图甲可知，波长为4m，大于障碍物的尺度2m，则在传播过程中遇到2m尺度的障碍物能够发生明显的衍射，D错误。

故选B。

5. A、B两小球在光滑水平面上沿同一直线向同一方向运动，并以该方向为正方向，，，，，A追上B发生碰撞后，A、B速度可能为下列的（　　）

A. ， B. ，

C ， D. ，

【答案】B

【解析】

【详解】碰撞过程需满足系统动量守恒和系统总动能不增加原则，还应满足速度合理性。碰撞前系统的动量和总动能分别为

A．由于碰撞后A的速度与B的速度依然同向，且A的速度大于B的速度，不满足速度合理性，故A错误；

B．碰撞后系统的动量和总动能分别为

碰撞过程满足系统动量守恒和系统总动能不增加原则，还满足速度合理性，故B正确；

C．由于碰撞后A的速度与B的速度依然同向，且A的速度大于B的速度，不满足速度合理性，故C错误；

D．碰撞后系统的动量和总动能分别为

由于碰撞过程不满足系统总动能不增加原则，故D错误。

故选B。

6. 在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道自由滑动。bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区，若图示位置为t=0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流i-t图像正确的是（时间单位为）（  ）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】bc边的位置坐标x在0-L的过程，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值。线框bc边有效切线长度为

L1=L-vt

感应电动势为

E =B（L-vt）•v

均匀减小，感应电流

即感应电流均匀减小。同理，x在L-2L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，感应电流均匀减小。

故选D。

7. 如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，为定值电阻，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法正确的（　　）

A. 图乙中电压的有效值为

B. 电压表的示数约为

C. 处出现火警时，电流表示数变大

D. 处出现火警时，电阻消耗的电功率减小

【答案】C

【解析】

【详解】A．设将此电流加在阻值为R的电阻上，电压的最大值为，电压的有效值为U，则

解得

故A错误；

B．理想变压器原、副线圈匝数比为，由于

则，电压表示数为

故B错误；

CD．R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数变大，根据

则电阻消耗的电功率增大，故C正确，D错误。

故选C。

8. 如图所示是回旋加速器装置示意图，，是半圆形金属盒，形盒的缝隙处接交流电源，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是（　　）

A. 增大磁场磁感应强度 B. 增大交流电源电压

C. 增大形盒的半径 D. 增大狭缝间的距离

【答案】AC

【解析】

【详解】根据题意可知，粒子在D型盒中做圆周运动，由牛顿第二定律有

当粒子从回旋加速器射出时，做圆周运动的半径为D型盒的半径，则粒子从回旋加速器射出时的速度为

则子从回旋加速器射出时的动能为

可知，要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，可以增大磁场的磁感应强度和形盒的半径，与交流电源电压和狭缝间的距离无关。

故选AC。

9. 某国产“超薄磁吸无线充电器”的充电功率为，同时支持磁力吸附，可直接吸附在手机上进行无线充电。该充电器的工作原理如图所示，当充电器上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在接收线圈中感应出电流，实现为手机电池充电。某次测试时，该充电器接入电压瞬时值的交流电源，发射线圈和接收线圈的匝数之比为22：1，不计能量损耗，下列说法正确的是（　　）

A. 接收线圈中电流产生的磁场恒定不变

B. 接收线圈中电流的频率为

C. 接收线圈两端电压的有效值为

D. 接收线圈中的电流为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．当充电器上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在接收线圈中感应出正弦交变电流，故接受线圈中电流周期性变化，产生的磁场也会周期性变化，A错误；

B．由发射线圈电压瞬时值表达式V可知，故发射线圈中交流电的频率为

接收线圈中电流的频率与发射线圈中电流的频率相同，故接收线圈中电流的频率为50Hz，B正确；

C．发射线圈中电压的有效值为

由可得接收线圈两端电压的有效值为

C错误；

D．本题中充电器不计能量损耗，则有

可得接收线圈中的电流为

D正确。

故选BD。

10. 如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长=20cm，bc边长=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以r/min的转速逆时针匀速转动，线圈的电阻r=1，外电阻R=9（其余电阻不计）。t=0时线圈平面与磁感线垂直，ab边通过内金属环与电刷相连，cd边通过外金属环与电刷相连，电流表和电压表可看成理想电表，则（　　）

A. 从t=0时刻再转过90°角，线圈中电流将改变方向

B. 电流表的读数为10A

C. 电压表的读数为45V

D. 通过线圈电流的瞬时表达式i=10sinl00t（A）

【答案】CD

【解析】

【详解】A．从t=0时刻再转过90°角，线圈处于与中性面垂直的位置，电流不改变方向。故A错误；

B．根据角速度与转速关系式，可得

线圈中产生的感应电动势的最大值为

根据闭合电路欧姆定律，有

电流表的读数为

故B错误；

C．电压表的读数为

故C正确；

D．通过线圈电流的瞬时表达式为

i=10sinl00t（A）

故D正确。

故选CD。

11. 如图所示是某横波的波形图，实线表示某时刻的波形，虚线表示后的波形图，以下说法正确的是（　　）

A. 若波向左传播，则它传播的距离可能是

B. 若波向右传播，则它的最大周期是

C. 若波向左传播，则它的波速可能是

D. 若波速为，则波的传播方向向右

【答案】BCD

【解析】

【详解】AC．由图可知，若波向左传播，传播距离可表示为

可知它传播的距离不可能是5m，则它的波速可表示为

当n=1时，波速35m/s，故A错误，C正确；
 

B．若波向右传播，则其周期可以表示为

则它的最大周期可表示为

故B正确；

D．若波向左传播时，波速为

由此可知波速不可能为45m/s，若波向右传播，传播距离可表示为

则它的波速可表示为

当n=2时，波速为45m/s，所以若波速为45m/s时，波的传播方向向右，故D正确。

故选BCD。

二、实验题（本题共两小题，每空2分，共16分）

12. 用图甲实验装置验证动量守恒定律。主要步骤为：

①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平；

②让质量为的入射球多次从斜槽上位置静止释放，记录其平均落地点位置；

③把质量为的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上位置静止释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置；

④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置、、与的距离分别为、、，如图乙，分析数据：

（1）实验中入射球和被碰球的质量应满足的关系为___________。

A.     B.     C.

（2）（单选）关于该实验，下列说法正确的有__________。

A. 斜槽轨道必须光滑

B. 铅垂线的作用是检验斜槽末端是否水平

C. 入射球和被碰球的半径必须相同

D. 实验中必须测量出小球抛出点的离地高度

（3）若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为___________；若碰撞是弹性碰撞，还应满足的关系式为__________。（均用题中所给物理量的符号表示）

【答案】    ① C    ②. C    ③.     ④.

【解析】

【详解】（1）[1]为了避免碰撞后小球被撞回，所以要求入射球的质量大于被碰球的质量，即。

故选C。

（2）[2]A．只要保证每一次小球从同一位置静止释放，使得小球获得相同的初速度即可，斜槽轨道可以不用光滑，故A错误；

B．铅垂线的作用是用来确定O点位置的，不是用来检验斜槽是否水平，故B错误；

C．为了能够让小球发生对心碰撞，入射球和被碰球的半径必须相同，故C正确；

D．小球从斜槽末端飞出后，做平抛运动，由于高度相同，所以在空中运动时间相同，即可用水平位移表示速度，所以不需要测量小球抛出点的离地高度H，故D错误。

故选C。

（3）[3]设小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有

整理得

[4]若碰撞是弹性碰撞，还应满足机械能守恒定律，即

13. 南山中学某物理课外活动小组准备测量南山公园处的重力加速度，其中一小组同学将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h（未知）且开口向下的小筒中（单摆的下半部分露于筒外），如图甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁。本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L，并通过改变L而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴、L为横轴作出函数关系图像，那么就可以通过此图像得出小筒的深度h和当地的重力加速度g。

（1）实验时用10分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图所示，该摆球的直径d=_______。

（2）如果实验中所得到的T2-L关系图线如图乙中的_______所示（选填a，b，c），筒的深度h=_______cm，当地的重力加速度g=_______m/s2。（π取3.14，结果取小数点后两位）

【答案】    ①. 12.0    ②. a    ③. 30.00    ④. 9.86

【解析】

【详解】（1）[1]摆球的直径为

（2）[2]根据单摆的周期公式得

解得

实验中所得到的T2-L关系图线如图乙中的a所示

[3][4]根据图像得

解得

三、解答题（本题共三小题，共计40分）

14. 如图所示，一水平轻弹簧右端固定在光滑水平面右侧的竖直墙壁上，质量为的物块静止在水平面上的点，质量为的小球用长的轻绳悬挂在点正上方的点。现将小球拉至轻绳与竖直方向成角位置，静止释放。小球到达最低点时恰好与物块发生弹性正碰。碰后小球被弹回，物块向右运动并压缩弹簧。设小球与物块只碰撞一次，不计空气阻力，物块和小球均可视为质点，重力加速度取。求：

（1）小球第一次摆到最低点与物块碰撞前瞬间速度的大小；

（2）弹簧的最大弹性势能。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）根据题意，小球从开始运动到最低点的过程中，设小球到达最低点与物块碰撞前瞬间速度的大小为，由机械能守恒定律有

代入数据解得

（2）根据题意可知，小球在最低点和物块发生弹性正碰，则碰撞过程中动量守恒和能量守恒，设小球碰撞后的速度为，物块的速度为，取向右为正方向，由动量守恒定律有

由能量守恒定律有

解得

，

由于地面光滑，物块向右压缩弹簧时，物块和弹簧组成的系统机械能守恒，则弹簧的最大弹性势能为

15. 如图所示，纸面内有直角坐标系。磁感应强度大小的匀强磁场垂直纸面向里，限定在圆心位于、半径圆形区域内。直线与轴平行，间距，垂直纸面向外的另一匀强磁场限定在轴与直线之间足够大的区域内。现有一比荷的带正电粒子，以速度沿轴从磁场外射入圆形区域，粒子通过两个磁场区域后，运动方向平行于轴指向轴正方向射出磁场。不计粒子重力，求：

（1）粒子经过轴时的位置坐标；

（2）粒子通过轴右侧磁场区域的时间。

【答案】（1）（0,15cm）；（2）

【解析】

【详解】（1）粒子运动轨迹如图所示

粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

解得，粒子在圆形区域内做圆周运动的轨道半径

由几何知识得

解得

由几何知识可知

，

粒子离开圆形磁场后做匀速直线运动，则

所以

粒子经过轴时的位置坐标为（0,15cm）。

（2）粒子运动轨迹如上图所示，由几何知识可知

粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

解得，磁感应强度大小

粒子通过轴右侧磁场区域的时间

16. 如图所示，与为水平放置的无限长平行金属导轨，与为倾角为的平行金属导轨，两组导轨的间距均为，导轨电阻忽略不计。质量为、电阻为的导体棒置于倾斜导轨上，质量为、电阻为的导体棒置于水平导轨上，轻质细绳跨过光滑滑轮一端与的中点相连、另一端悬挂一轻质挂钩。导体棒、与导轨间的动摩擦因数相同，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为。初始时刻，棒在倾斜导轨上恰好不下滑。（取，）

（1）求导体棒与导轨间的动摩擦因数；

（2）在轻质挂钩上挂上物体，细绳处于拉伸状态，将物体与导体棒同时由静止释放，当质量为时，始终处于静止状态（导体棒运动过程中，、一直与平行，且没有与滑轮相碰。）求匀速运动时，导体棒速度的大小；

（3）若的质量为时，由静止释放开始计时，当下降时已经处于匀速直线运动状态，求这个过程中上产生的焦耳热为多少？（始终处于静止状态）

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）对ab棒进行受力分析，受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和沿斜面向上的摩擦力，在沿斜面方向上由平衡关系可知

代入数据解得

（2）当P和cd的运动达到稳定时，P和cd一起做匀速直线运动，对cd棒，设绳中的张力为T，由平衡条件得

对P由平衡条件可得

联立解得

设此时电路中的电流为I

设P匀速运动的速度为，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得

代入数据解得

（3）对从静止释放到cd刚好匀速的过程，电路产生的总焦耳热为，根据功能关系有

解得

根据焦耳定律可推知这个过程中cd上产生的焦耳热为