2023-2024学年湖南省衡阳市第八中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年湖南省衡阳市第八中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析），共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是( )
A. 机械波经过狭缝后均沿直线传播
B. 甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显
C. 乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显
D. 甲、乙两图中波的衍射现象均不明显
2.磁流体发电机的结构简图如图所示。把平行金属板A、B和电阻R连接，A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极。下列推断正确的是( )
A. A板为电源的正极
B. 若减小两极板的距离，则电源的电动势会增大
C. 磁流体发电机的非静电力为洛伦兹力
D. 在磁流体发电机工作的过程中洛伦力对电荷做正功
3.将某种透明材质的三棱镜置于水中，ΔABC为其截面，其中∠A=∠B=72°，一束由a、b单色光组成的复色光从水中以角度i射入三棱镜再从三棱镜射出，光路如图所示，则( )
A. 该材质相对水是光密介质
B. 增大入射角i，AC界面射出的a光先消失
C. 无论怎样增加入射角i，AC界面射出的a、b光都不会消失
D. a光在该材质中传播速度小于其在水中的传播速度
4.2021年7月30日，在东京奥运会蹦床女子决赛中，中国选手朱雪莹获得金牌。蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。一名体重为50kg的运动员在比赛中某次离开床面后在空中的运动时间为1.6s，之后与蹦床经1s的接触，再次获得1.6s的空中动作时间。不计空气阻力影响，g取10m/s2.下列说法正确的是( )
A. 运动员与蹦床间的平均作用力为800N
B. 运动员与蹦床间的平均作用力为1300N
C. 运动员与蹦床接触的1s时间里处于超重状态
D. 运动员与蹦床接触的1s时间里处于失重状态
5.一简谐横波沿x轴正向传播，图1是t=0时刻的波形图，图2是介质中某质点的振动图象，则该质点的x坐标值合理的是
A. 0.5mB. 1.5mC. 2.5mD. 3.5m
6.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计。不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量了。若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻R0的阻值，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重量G与电流大小I的关系为( )
A. G=2kL−EkLIR0B. G=kLC. G=EIR0+kLD. G=kIL
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，当通以图示方向电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，下列说法中正确的是( )
A. 此过程中磁感应强度B逐渐增大
B. 此过程中磁感应强度B先减小后增大
C. 此过程中磁感应强度B的最小值为mgsinαIL
D. 此过程中磁感应强度B的最大值为mgtanαIL
8.如图所示，一轻质弹簧与质量为m的物体组成弹簧振子，物体在同一条竖直线上的A、B间做简谐运动，O为平衡位置，C为AO的中点，已知OC=h，振子的周期为T。某时刻物体恰好经过C点并向上运动，则从此时刻开始的半个周期时间内，下列判断正确的是( )
A. 重力的冲量大小为mg⋅T2B. 回复力的冲量为零
C. 重力做功为mghD. 回复力做功为零
9.如图所示，等腰直角三角形abc区域内(包含边界)有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，在bc的中点O处有一粒子源，可沿与ba平行的方向发射大量速率不同的同种粒子，这些粒子带负电，质量为m，电荷量为q，已知这些粒子都能从ab边离开abc区域，ab=2l，不考虑粒子的重力及粒子间的相互作用．关于这些粒子，下列说法正确的是
( )
A. 速度的最大值为 2+1qBlmB. 速度的最小值为qBlm
C. 在磁场中运动的最短时间为πm4qBD. 在磁场中运动的最长时间为πmqB
10.如图所示，光滑水平面上放置一质量为M的木块，质量为m的子弹以v0速度射入木块，子弹未穿出木块且达到共同速度为v，该过程中子弹与木块相互作用力恒定不变，产生的热量为Q，木块获得的动能为Ek，则下列各项正确的是( )
A. 子弹对木块做功和木块对子弹做功代数和为0
B. 子弹对木块作用力的冲量大小等于木块对子弹作用力冲量的大小
C. Q=mMv022M+m
D. 该过程产生的热量Q一定大于木块获得的动能Ek
三、填空题：本大题共1小题，共10分。
11.下图是一个多量程多用电表的简化电路图，图中E和Eˈ是电池；R1、R2、R3和R4是固定电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为120Ω。A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有6个挡位，6个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×10Ω挡和×100Ω。
(1)图中的A端与______(填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)当选择开关旋到位置______ 时，测量电流量程较大。
(3)若S置3、4分别是测电阻“×10、×100”倍率的，则图中电源的电动势E和Eˈ应满足__________。
(4)图中电阻R3的值应该为__________Ω，R4值应该为为__________Ω。
四、实验题：本大题共1小题，共6分。
12.某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_____；
A.将单缝向双缝靠近
B.选择频率更大的单色光
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ=_____；
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图甲所示为0.045mm。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是_____mm。
五、简答题：本大题共2小题，共30分。
13.质量为m的钢板B与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上。平衡时，弹簧的压缩量为x0，如图所示。一质量为2m的物块A从钢板正上方距离为3x0处自由落下，打在钢板上。
(1)若两物体发生的是弹性碰撞，则碰撞后A、B两物体的速度v1、v2为多少？
(2)若两物体发生的是完全非弹性碰撞，碰撞后一起向下运动，但不粘连。它们到达最低点后又向上运动。且物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度。求物块向上运动到达的最高点与O点的距离。(已知弹性势能Ep与形变x的关系式为Ep=12kx2)
14.如图，在xOy平面第一象限有一匀强电场，电场方向平行y轴向下。在第四象限内存在一有界匀强磁场，左边界为y轴，右边界为x=114l的直线。磁场方向垂直纸面向外。一质量为m、带电量为q的正粒子从y轴上P点以初速度v0垂直y轴射入匀强电场，在电场力作用下从x轴上Q点以与x轴正方向成45°角进入匀强磁场。已知OQ=l，不计粒子重力。求：
(1)电场强度的大小；
(2)要使粒子能再进入电场，磁感应强度B的范围；
(3)要使粒子能第二次进入磁场，磁感应强度B的范围。
六、计算题：本大题共1小题，共10分。
15.如图所示，一个半径为r=10cm的圆木板静止在水面上，在圆木板圆心O的正下方h=50cm处有一点光源S，从t=0时开始，光源正以加速度a=0.2m/s2由静止向上运动，已知水的折射率n= 2。计算结果均保留2位有效数字。已知真空中光速c=3×108m/s。求：
(1)光在该介质中传播的速度为多少？
(2)t=0时，水面上可以观察到点光源发出的光射出水面的面积；
(3)经过多长时间，水面上方观察不到点光源S发出的光。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了波的衍射现象及规律，基础题，难度不大，知道波发生明显衍射的条件即可解答。
【解答】
A.机械波在传播过程中遇到狭缝都会发生衍射现象，发生衍射时，机械波就会传播到本应是“阴影”的区域，不再沿直线传播，故A错误；
BCD.当狭缝的宽度跟机械波的波长相差不大，或更小的时候，衍射现象比较明显，故C正确，BD错误。
故选C。
2.【答案】C
【解析】A.等离子体进入磁场，根据左手定则，正电荷向下偏转，所以B板带正电为电源的正极，A板带负电为电源的负极，故A错误；
B.粒子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有
qvB=qUd
解得
U=Bdv
减小两极板的距离d，电源的电动势减小，故B错误；
C.平行金属板A、B可等效为电路电源，电源内部为非静电力做功，可知非静电力为洛伦力，故C正确；
D.根据左手定则可知洛伦力方向与速度方向始终垂直，所以任何时候都不对电荷做功，故D错误。
故选C。
3.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查几何光学知识，熟悉折射定律、折射率公式是解题的关键。
结合光路图得出水进入介质时折射角与入射角的关系从而可判断；根据图像判断偏折程度情况即可判断；根据折射定律和折射率定义式即可判断。
【解答】
A、根据图线可知，光从该介质进入水中时折射角小于入射角，所以该材质相对水是光疏介质，故A错误；
BC、复色光从水中进入该介质中，a光的偏转角大，说明a光的折射率大，增大入射角，a光先在AB面发生全反射，a光无法射到AC面上，所以AC界面a光先消失，故B正确，C错误；
D、对a单色光，该材质相对水是光疏介质，即a光在水中的折射率大于在该介质中的折射率，根据v=cn可知a单色光在该材质中传播速度大于在水中传播速度，故D错误。
4.【答案】B
【解析】【分析】
本题主要考查动量定理及超失重的理解与应用，熟悉运动员的运动情况及受力是解题的关键，难度一般。解得运动员落到蹦床上的速度与反弹的速度，由该过程的动量定理解得运动员与蹦床间的平均作用力；由该过程运动员的受力判断其加速度方向从而判断其超失重情况。
【解答】
AB.由竖直上抛运动的对称性可知，运动员下落的时间为0.8s，由自由落体运动规律可得运动员落到蹦床上时的速度：v=gt=10×0.8m/s=8m/s，反弹速度仍为8m/s，则接触蹦床的过程由动量定理，规定向上为正方向，则有：F−mgΔt=mv−−mv，解得：F=1300N，故A错误，B正确；
CD.由运动员的受力可知，运动员与蹦床接触的1s时间里，运动员先向下加速，再向下减速，当速度减为零后，再反向加速，达到最大速度后再继续减速，可知先失重后超重，再超重，再失重，选项CD错误。
5.【答案】C
【解析】【分析】
本题关键是明确波动图象和振动图象的区别，振动图象反映了某个质点在不同时间的位移情况，波动图象反映的是不同质点在同一时刻的位移情况，不难．
【解答】
由题图2可知，该质点在t=0时刻竖直方向的坐标为−0.1m>y>−０.2m，并且向y轴负方向运动，由题可知波向x轴正方向运动，综上可知，该质点的坐标值可能为2.67m>x>2m之间，故选C．
6.【答案】A
【解析】由胡克定律可知：
kx=G ，
得：
x=Gk ；
此时滑动变阻器接入电阻为：
R′=L−xLR0=L−GkLR0 ；
由闭合电路欧姆定律可知：
I=ER0+R′ ，
解得：
G=2kL−EkLIR0 ，
A正确BCD错误。
故选A。
7.【答案】AC
【解析】对导体棒受力分析，受重力G、支持力 FN 和安培力 FA ，三力平衡，合力为零，将支持力 FN 和安培力 FA 合成，合力与重力相平衡，如图所示
从图中可以看出，安培力 FA 一直变大，由于 FA=BIL ，其中电流I和导体棒的长度L均不变，故磁感应强度渐渐变大；由图可以看出当 FA 平行于斜面时有最小值
BminIL=mgsinα
解得
Bmin=mgsinαIL
此过程中安培力竖直向上时最大为mg，故B的最大值为
Bmax=mgIL
故选AC。
8.【答案】AD
【解析】A.从此时刻开始的半个周期时间内，重力的冲量大小为
IG=mg⋅T2
故A正确；
C.由简谐运动的对称性可知，从C点开始经过半个周期的时间内，物体运动到C点关于平衡位置对称的位置，即到达O点下方h处，则重力做功为
WG=2mgh
故C错误；
B.经过半个周期后，振子的速度大小为 v ，方向向下，取向上为正方向，则由动量定理可知回复力的冲量为
I=−mv−mv=−2mv
故B错误；
D.物体的回复力是重力和弹簧弹力的合力，由于初、末速度大小相等，由动能定理可知，半个周期内回复力做功为零，故D正确。
故选AD。
9.【答案】AD
【解析】粒子从ab边离开磁场时的临界运动轨迹如图所示：

由几何知识可知：
r1=l2
2r2cs45∘=O2c=r2+l
解得
r2=(1+ 2)l
AB.粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
qvB=mv2r
解得
v=qBrm
故粒子的最大速度为
vmax=qBr2m=(1+ 2)qBlm
最小速度
vmin=qBr1m=qBl2m
故A正确，B错误。
CD.由粒子从ab边离开磁场区域的临界运动轨迹可知，粒子转过的最大圆心角θmax=180°，最小圆心角θmin>45°，粒子做圆周运动的周期：
T=2πmqB
则粒子在磁场中运动的最短时间
tmin=θmin360∘T>πm4qB
最长时间
tmax=θmax360∘T=πmqB
故C错误，D正确。
故选AD。
10.【答案】BCD
【解析】A.设子弹射入木块的深度为 d ，木块的位移为 x ，子弹与木块之间的力大小为 f ，则子弹对木块做的功
W1=fx
木块对子弹做的功
W2=−f(d+x)
所以两个功的代数和不为零，故A错误；
B.根据冲量的定义式 I=Ft 及牛顿第三定律可知，子弹对木块作用力的冲量大小等于木块对子弹作用力冲量的大小，故B正确；
C.根据动量守恒定律可得
mv0=(m+M)v
根据能量守恒定律可得
12mv 02=12(m+M)v2+Q
联立解得
Q=mMv 022(m+M)
故C正确；
D.木块获得的动能为
Ek=12Mv2=Mm2v 022(m+M)2
该过程产生的热量与木块获得的动能之比为
QEk=m+Mm>1
可知该过程产生的热量 Q 一定大于木块获得的动能 Ek ，故D正确。
故选BCD。
11.【答案】 红 1 Eˈ=10E 970 4000
【解析】(1)[1]由欧姆表工作原理，A端通过电阻和电源负极相连，表示电流由A端进入，故应与红表笔相连接。
(2)[2]设表头G的满偏电流为Ig，内阻为rg。S旋到1位置，A、B间允许通过的最大电流是
I1=Ig(1+rg+R2R1)
S旋到2位置，A、B间允许通过的最大电流是
I2=Ig(1+rgR1+R2)
显然 I1>I2 ，所以1位置是直流电流2.5mA挡，2位置是直流电流1mA挡。
(3)[3]欧姆表的中值电阻等于欧姆表的内阻，由题意可得，两个倍率的中值电阻
10R3中=R4中
当两个倍率所测电阻分别等于中值电阻时，流经表头的电流相同，则
ER3中=E′R4中
解得
E′=10E
(4)[4]S旋到5位置，当表头G满偏时，A、B间电压达到最大值1V，此时通过R3的电流为1mA，则有
U1=Igrg+I2R3
解得
R3=970Ω
[5]S旋到6位置，当表头G满偏时，A、B间电压达到最大值5V，此时通过R4的电流为1mA，则有
U2=U1+I2R4
解得
R4=4000Ω
12.【答案】 B Δxdn−1l 1.610##1.61
【解析】(1)[1]根据
Δx=Ldλ
若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可减小相邻条纹间距 Δx ，选择频率更大的单色光，减小单色光的波长；将屏向靠近双缝的方向移动；使用间距更大的双缝。
故选B。
(2)[2]测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为 Δx ，则相邻暗条纹间距为
Δx′=Δxn−1
又
Δx′=Ldλ
可得单色光的波长为
λ=Δxdn−1l
(3)[3]分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数为
14.5mm+3.5×0.01mm=14.535mm
则相邻两亮条纹的间距为
Δx=14.535−0.04510−1mm=1.610mm
13.【答案】(1) v1=13 6gx0 ， v2=43 6gx0 ；(2) l=12x0
【解析】(1)物块与钢板碰撞时的速度为
v1= 6gx0
两物体发生弹性碰撞，则有
2m×v0=2m×v1+m×v2
12×2m×v 02=12×2m×v 12+12×m×v 22
解得
v1=13 6gx0
v2=43 6gx0
(2)根据胡克定律可得
kx0=mg
弹性势能为
Ep=12kx 02
设物块与钢板碰撞后的共同速度为 v3 ，则有
2m×v0=3m×v3
设回到弹簧原长位置时两物体的速度为 v4 ，取平衡位置处的重力势能为0，则有
Ep+12×3m×v 32=3mgx0+12×3m×v 42
当物块与钢板一起回到O点时，弹簧的弹力为零，物块与钢板只受到重力作用，加速度为g；过O点后，钢板受到弹簧向下的拉力作用，加速度大于g。由于物块与钢板不粘连，物块不可能受到钢板的拉力，其加速度仍为g。故在O点物块与钢板分离，分离后，物块以速度 v4 竖直上升，则有
v 42=2gl
联立解得
l=12x0
14.【答案】(1) E=mv02ql ；(2) B≥ 2+1mv0ql ；(3) ( 2+1)mv0ql≤B≤8mv0ql
【解析】(1)设粒子进入磁场时y方向的速度为 vy ，则有
vy=v0tan45∘
设粒子在电场中运动时间为 t ，则有
OQ=l=v0t ， vy=at ， qE=ma
联立解得电场强度的大小为
E=mv02ql
(2)粒子刚好能再进入电场的轨迹如图所示
设此时的轨迹半径为 r1 ，由几何关系为
r1+r1sin45∘=l
解得
r1=(2− 2)l
粒子在磁场中的速度为
v=v0cs45∘= 2v0
根据牛顿第二定律有
qvB1=mv2r1
解得
B1=( 2+1)mv0ql
则要使粒子能再进入电场，磁感应强度B的范围为
B≥( 2+1)mv0ql
(3)要使粒子刚好能第二次进入磁场的轨迹如图所示
粒子从P到Q的时间为 t ，则粒子从C到D的时间为 2t ，所以
CD=2l
CQ=CD−QD=2l−(114l−l)=14l
设此时粒子在磁场中的轨道半径为 r2 ，由几何关系有
2r2sin45∘=CQ
可得
r2= 28l
根据牛顿第二定律有
qvB2=mv2r2
则
B2=8mv0ql
要使粒子能第二次进磁场，磁感应强度B的范围为
B1≤B≤B2
即
( 2+1)mv0ql≤B≤8mv0ql
15.【答案】(1) 2.1×108m/s ；(2) 0.75m2 ；(3)2.0s
【解析】(1)由 n=cv ，解得光在该介质中传播的速度为
v=cn=3×108 2m/s≈2.1×108m/s
(2)根据光的全反射条件可得临界角为 sinC=1n ，解得
C=45∘
设射出水面的光线的外圆半径为R，则由几何知识可得
R=h
水面上方可观察到点光源发出的光射出水面的面积为
S=πR2−πr2
解得t=0时，水面上可以观察到点光源发出的光射出水面的面积
S≈0.75m2
(3)设当光源离O点下方距离d时，水面上方观察不到点光源发出的光，根据光的全反射条件可得
d=rtanC
设运动所需要的时间为t，根据运动学知识可得
h−d=12at2
解得
t=2.0s