2022-2023学年江苏省宿迁市高二上学期期末物理试题 解析版

这是一份2022-2023学年江苏省宿迁市高二上学期期末物理试题 解析版，共18页。试卷主要包含了单项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题（共10题，每题4分，共计40分，每题只有一个选项最符合题意。）
1. 随着科技的发展，夜视技术越来越成熟，一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里，“红外监控”、“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是（ ）
A. 镀膜使图像清晰的原理是利用了光的偏振
B. 镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射
C. 镀膜厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一
D. 镀膜的镜头看起来是有颜色的，是因为增透了这种光的缘故
【答案】C
【解析】
【详解】A．照相机的增透膜，利用了光的干涉，薄膜两个表面的反射光干涉减弱，从而增加透射光的强度，A错误；
B．镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图像更加清晰，B错误；
C．当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光最弱，透射光最强，根据干涉相消的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即红外线在薄膜中波长的四分之一，C正确；
D．镀膜的镜头看起来是有颜色的，是因为这种颜色的光在薄膜两个表面的反射光干涉增强，从而减弱了这种透射光的强度，D错误。
故选C。
2. 某同学用“插针法”测量平行玻璃砖的折射率。如图所示，直线MN与PQ之间的距离等于玻璃砖的厚度，a、b、c、d为大头针的位置，下列说法中正确的是（ ）
A. 该同学在插大头针c时，只要使其挡住b的像即可
B. 若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响
C. 入射角较大时，光可能会在玻璃砖下表面发生全反射
D. “插针法”实验只能用来测量平行玻璃砖的折射率
【答案】B
【解析】
【详解】A．由于实验中要确定的是通过a、b两点的光线的光路图，因此该同学在插大头针c时，要使其挡住a、b的像，A错误；
B．作出光路如图所示
若实验时玻璃砖向上平移微小距离，则作出的实验光路图沿bDCc，实际的光路沿bABC，由于MN与PQ、玻璃砖上下表面均平行，可知ABCD为平行四边形，则实际光路图与实验光路图的入射角和折射角相等，即若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响，B正确；
C．根据上述可知，下表面的入射角等于上表面的折射角，可知，下表面的入射角小于临界角，即入射角较大时，光不可能会在玻璃砖下表面发生全反射，C错误；
D．“插针法”实验是通过插针来确定光路图，从而确定入射角与折射角，也能用来测量其它玻璃砖的折射率，D错误。
故选B。
3. 如图所示，两个灯泡和的规格相同，与线圈L串联后接到电路中，与可变电阻R串联后接到电路中，先闭合开关S，调节R，使两个灯泡的亮度相同，再调节，使它们正常发光，下列说法正确的是（ ）
A. 断开开关S后，、立即熄灭
B. 断开开关S后，逐渐熄灭，立即熄灭
C. 断开开关S后，闪亮一下再熄灭
D. 断开开关S后，、都逐渐变暗，且同时熄灭
【答案】D
【解析】
【详解】一段时间电路稳定后，断开开关S，A1、A2与L、R构成回路，L相当于电源，因原来两支路电流相等，所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象，A1、A2都会逐渐变暗，且同时熄灭，故D正确。
故选D。
4. 一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是（ ）
A. 紫光在三棱镜中的速率比红光大
B. 屏上彩色光带最上面为紫色
C. 屏上最先消失的是红光，最后消失的是紫光
D. 黄光从空气进入三棱镜后，频率不变，波长变小
【答案】D
【解析】
【详解】AB．根据散射规律，屏上的彩色光带最上面为红色，最下面为紫光，根据
三棱镜对紫光的折射率大于红光的，可知紫光在三棱镜中的速率比红光小，选项AB错误；
C．根据发生全反射临界角公式
三棱镜对紫光的折射率最大，紫光的临界角最小，故紫光首先发生全反射从屏上消失，红光的临界角最大，最后从屏上消失，选项C错误；
D．根据
可知黄光从空气进入三棱镜后，频率不变，传播速度减小，波长变小，选项D正确
故选D。
5. 如图所示，在边界PQ上方有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子同时从边界上的O点沿与PQ成角的方向以相同的速度v射入磁场中，则正、负电子（ ）
A. 在磁场中的运动时间相同B. 在磁场中运动的位移相同
C. 出边界时两者的速度相同D. 正电子出边界点到O点的距离更大
【答案】C
【解析】
【详解】A．两粒子在磁场中运动周期为
则知两个离子圆周运动的周期相等。根据左手定则分析可知，正离子逆时针偏转，负离子顺时针偏转，作出两粒子的运动轨迹，如图所示
两粒子重新回到边界时正离子的速度偏向角为2π-2θ，轨迹的圆心角也为2π-2θ，运动时间
同理，负离子运动时间
时间不相等，故A错误；
BD．根据洛伦兹力提供向心力，则有
得
由题q、v、B大小均相同，则r相同，根据几何知识可得，重新回到边界的位置与O点距离
S=2rsinθ
r、θ相同，则S相同，故两粒子在在磁场中运动的位移大小相同，方向不同，故BD错误；
C．正负离子在磁场中均做匀速圆周运动，速度沿轨迹的切线方向，根据圆的对称性可知，重新回到边界时速度大小与方向相同，故C正确。
故选C。
6. 如图是一种儿童玩具火箭，用脚猛踩气囊时，压缩的空气就会将小火箭发射出去．已知小火箭的质量为100g，空气对其作用时间为0.1s，上升的最大高度为3.2m，g取，不计空气阻力，则压缩空气对小火箭的作用力为（ ）
A. 7NB. 8NC. 9ND. 10N
【答案】C
【解析】
【详解】设火箭上升的初速度为，则有
代入数据解得
在空气对火箭作用的0.1s内，根据动量定理有
代入数据解得
故选C。
7. 应用质谱仪测定有机化合物分子结构的方法称为质谱法，先在离子化室A中将有机物气体分子碎裂成两种带正电的离子，离子从下方的小孔S飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片D上，形成a、b两条质谱线，则（ ）
A. 打到a处的离子的比荷小B. 两种离子进入磁场时的速度相同
C. 匀强磁场的方向为垂直纸面向里D. 两种离子在磁场中的运动时间相等
【答案】A
【解析】
【详解】A．粒子在磁场中偏转时有
所以
所以，比荷大的偏转半径小，打到a处的离子的比荷小，故A正确；
B．粒子在加速电场中加速时，有
获得速度
由于两种带正电的离子比荷不同，所以获得速度大小不同，故B错误；
C．离子带正电，故根据左手定则可得匀强磁场的方向为垂直纸面向外，故C错误；
D．根据周期公式
由于两种带正电的离子比荷不同，故周期不同，离子在磁场中运动半个周期，故运动时间不同，故D错误。
故选A。
8. 如图所示，倾斜放置光滑平行足够长的金属导轨MN、PQ间静置一根质量为m的导体棒，阻值为R的电阻接在M、P间，其它电阻忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向下。时对导体棒施加一个沿导轨平面向上的力F，使得导体棒能够从静止开始向上做匀加速直线运动，则在导体棒向上运动的过程中，施加的力F、力F的功率P、产生的感应电流I、电阻R上产生的热量Q随时间变化的图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．金属杆向上做匀加速运动，则
即
则选项A正确；
B．力F的功率
则P-t图像为开口向上的抛物线，选项B错误；
C．产生的感应电流
则I-t图像是过原点的直线，选项C错误；
D．电阻R上产生的热量
电流随时间t均匀增加，则Q-t图像一定不是过原点的直线，选项D错误。
故选A。
9. 如图所示，一个倾斜的弹簧振子从A点释放，O点为振动的平衡位置，振子在A、B两点之间做简谐运动。不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 整个过程中振子的机械能守恒
B. 在振子运动的过程中，由弹簧弹力充当回复力
C. 弹簧振子在B点的弹性势能一定比在A点的弹性势能大
D. 从A向B运动的过程中，振子的速度和加速度方向始终相同
【答案】C
【解析】
【详解】A．整个过程中振子以及弹簧组成的系统只有重力和弹力做功，则系统的机械能守恒，选项A错误；
B．在振子运动的过程中，由弹簧弹力与重力的分力mgsinθ的合力充当回复力，选项B错误；
C．弹簧振子在振动过程中，机械能和弹性势能的总量不变，在AB两点的动能均为零，且在B点时重力势能比A点小，则在B点的弹性势能一定比在A点的弹性势能大，选项C正确；
D．从A到O做加速运动，速度和加速度方向相同；从O向B运动的过程中，振子的速度减小，则速度和加速度方向相反，选项D错误。
故选C。
10. 我国第三艘航空母舰“福建号”采用的是电磁弹射装置，其原理可简化为如图所示，直流电源电动势为E，储能电容器的电容为C，固定于水平面内的两根光滑平行金属电阻不计。飞行器可视为一根有电阻的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电；然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面的匀强磁场（图中未画出），MN开始向右加速运动，达到最大速度之后离开导轨。根据上述信息可知（ ）
A. 匀强磁场的方向应该垂直于导轨平面向上
B. 电容器的电容C越大，MN的最大速度就越大
C. 电容器的电容C越大，MN刚开始运动时的加速度就越大
D. 当电容器储存的电荷全部放出时，MN的速度达到最大
【答案】B
【解析】
【详解】A．S接至2，MN中电流方向从M指向N，MN开始向右加速运动，受到安培力向右。由左手定则可知，匀强磁场的方向应该垂直于导轨平面向下。A错误；
C．当开关接2时，电容器放电，设刚放电时流经MN的电流为I，有
MN所受安培力
F=BIL
据牛顿第二定律
F=ma
则有
MN刚开始运动时的加速度与电容器的电容C无关。C错误；
D．金属导体棒获得最大速度vm时，放电电流为零，此时电容器的电压U与导体棒的感应电动势E棒相等，即
U=E棒=BLvm
此时电容器储存的电荷并未全部放出。D错误；
B．设此过程中的平均电流为，时间为t，根据动量定理有
其中
ΔQ=Q0-Q=CE-CU=CE-CBLvm
有
电容器的电容C越大，MN的最大速度就越大。B正确。
故选B。
二、非选择题：共5题，共60分。（其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。）
11. 某同学为了验证动量守恒定律，利用图甲所示装置，设计了如下方案：
①用天平测出小车的质量M和物块的质量m：
②小车后端连一通过打点计时器的纸带，接通电源后，让小车以某速度做直线运动；
③小车开始运动后，很快再在小车上轻放物块，最后得到如图乙所示的一条纸带，相邻两计数点间的距离分别为x1、x2、x3、x4。
请回答下列问题：
（1）本实验______（选填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；如果需要，请简述操作的方法，如果不需要，请说明理由：______
（2）图乙中的数据有AB、BC、CD、DE四段，研究放上物块前小车的速度大小应选______；
A.AB段 B.BC段 C.CD段 D.DE段
（3）验证小车和物块组成的系统动量守恒的表达式为______（用题中所给的物理量表示）；
（4）该同学在某一次实验中通过计算发现，放上物块后系统的总动量增加了，你觉得可能的原因是：______（答出一条即可）。
【答案】 ①. 需要 ②. 见解析 ③. B ④. ⑤. 平衡摩擦力时，长木板垫得过高
【解析】
【详解】（1）[1]由于实验的目的是验证动量守恒，则需要使得小车与小物块构成的系统所受外力的合力为0，即该实验需要平衡摩擦力；
[2]将长木板固定有打点计时器的一端适当垫高，轻推小车，使得纸带上打出的点迹均匀分布。
（2）[3]根据上述，平衡摩擦力后，放上小物块前后，小车应该做匀速直线运动，纸带上相应部分的点迹分布均匀，小物块是轻放上小车，即小物块的初速度为0，由于小车与小物块构成的系统动量守恒，则放上后速度减小，可知研究放上物块前小车的速度大小应选BC段，研究放上物块后小车的速度大小应选DE段。
故选B。
（3）[4]根据纸带上的点迹可知，相邻计数点之间的时间间隔相等，均为
根据上述，放上物块前小车的速度大小为
放上物块前小车的速度大小为
根据动量守恒定律有
解得，验证小车和物块组成的系统动量守恒的表达式为
（4）[5]总动量增加了，表明放上小物块后，小车做的是加速运动，可能的原因是平衡摩擦力时，长木板垫得过高。
12. 一列简谐横波图像如图所示，时的波形如图中实线所示，时的波形如图中虚线所示，在这段时间内波传播的距离为。求：
（1）波的传播方向和周期；
（2）处的质点第五次出现波谷的时刻。
【答案】（1）向左，；（2）
【解析】
【详解】（1）由波形图可知，波长
若波向右传播
()
若波向左传播
()
在这段时间内波传播的距离为。经分析可知，波向左传播。且传播距离
传播时间
得
（2）波向左传播，时处的质点向波谷方向运动，第五次出现波谷的时刻
13. 如图甲，线圈A（图中实线，共100匝）的横截面积为，总电阻，A右侧所接电路中，电阻，，，其中与一个理想二极管串联，开关闭合。A中有横截面积为的区域D（图中虚线），D内有按图乙所示规律变化的磁场；时刻，闭合开关，此时磁场方向垂直于线圈平面向外，求：
（1）时a、b两点的电势差；
（2）前6s内通过的电量。
【答案】（1）-8V；（2）1.6C
【解析】
【详解】（1）根据楞次定律可知，时b点的电势高于a点，即；此时二极管处于导通状态；
感应电动势
此时外电路电阻
电路电流
a、b两点的电势差
（2）前3s内通过的电量
后3s内b点的电势低于a点，即；此时二极管处于截止状态；
感应电动势仍为，此时外电路电阻
电路电流
后3s内通过的电量
因前3s和后3s通过电阻R2的电流方向相反，可知前6s内通过的电量
q=q2-q1=1.6C
14. 如图所示，一个质量为2m的凹槽静置于光滑水平面上，它的左右两侧为对称的半径为R的光滑四分之一圆弧轨道ab、cd，圆弧轨道圆心、在同一水平面上，中间是长度也为R、动摩擦因数的粗糙水平直道bc。现将质量为m的滑块（可视为质点）从凹槽左侧最高点a处无初速释放，不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）滑块第一次经过b点时的速度大小；
（2）滑块最终相对凹槽静止时的位置；
（3）凹槽最终相对地面的位移大小。
【答案】（1）；（2）c点；（3）
【解析】
【详解】（1）滑块第一次经过b点时，由凹槽与滑块组成的系统机械能守恒可得
由凹槽与滑块组成的系统动量守恒定律可得
解得
（2）最终滑块停在bc上，设最终滑块和凹槽的共同速度为v，取水平向右为正方向，根据系统水平方向动量守恒得
解得
设滑块在bc上滑行的总路程为s，根据能量守恒定律得
解得
所以滑块最终相对凹槽静止时的位置在c点。
（3）设整个过程滑块和凹槽对地的位移大小分别为、，则有
又
解得
15. 如图所示，在x轴的上方存在一个垂直xy平面向里、半径为R的有界匀强圆磁场，磁场的直径在y轴上，磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一粒子源，可沿与x轴正方向成范围内垂直磁场方向均匀发射速度大小相等、质量为m、带电量为e的电子，这些电子都能够打到右侧与y轴平行放置的屏MN上，被屏反弹后以原速率沿原方向返回，其中沿y轴正向射入的电子能够垂直打到屏上，屏的横坐标为。不计电子的重力和电子间的相互作用，求：
（1）电子射入磁场时的速度大小；
（2）电子打到屏MN上的长度；
（3）电子从O点出发到返回磁场右边界的最短时间。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）当沿y轴正向射入的电子能够垂直打到屏上，可得电子在磁场中的运动轨迹如图
由几何知识可得电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为
又由牛顿第二定律
可得
（2）电子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹的圆心分布在以O点为圆心，R为半径的圆上。电子以任意速度方向射入磁场时，其在磁场中的运动轨迹如图
为棱长为R的棱形，故AB始终竖直，所以所有电子离开磁场时的速度方向都为水平向右。当一电子以与x轴成θ方向射入磁场，如图
其水平射出磁场后打在MN屏的纵坐标为
故当θ=30°时，电子打在MN屏的最低点，代入得
当θ=150°时，电子打在MN屏的最高点，代入得
故电子打到屏MN上的长度
（3）当电子从O点到返回磁场右边界的路程最短时，电子从O点出发到返回磁场右边界的时间最短。当一电子以与x轴成θ方向射入磁场到返回到磁场右边界的路程为
对上式求导得
令，可得当时，s最小，代入得
故电子从O点出发到返回磁场右边界的最短时间