湖南省衡阳市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（原卷版+解析版）

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注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试卷和答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应的答案括号涂黑，如有改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案；回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的.
1. 物理学的发展离不开物理学家的研究发现，在物理学的发展中出现了多位里程碑式的科学家，下列关于物理学史描述符合事实的是（ ）
A. 爱因斯坦提出光子的概念，成功解释光电效应现象
B. 牛顿总结得到了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量
C. 伽利略被称为“运动学之父”，他认为重的物体比轻的物体下落得快
D. 卢瑟福通过粒子散射实验研究，提出了原子具有“枣糕模型”
【答案】A
【解析】
【详解】A．爱因斯坦首先提出了光子说的观点，成功解释了光电效应现象的规律，故A正确；
B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许通过扭秤实验测出了引力常量，故B错误；
C．伽利略被称为“运动学之父”，他认为重的物体与轻的物体下落得一样快，故C错误；
D．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的“核式结构”模型，故D错误。
故选 A。
2. A、B、C、D四个物体做直线运动时的位移、速度、加速度与所受合力随时间变化的图像如图所示，则做匀加速直线运动的物体是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】A．由于图像是位移—时间图像，其斜率代表速度，斜率不变，则物体做匀速直线运动，故A错误；
B．由于图像是速度—时间图像，其斜率代表加速度，则物体做匀加速直线运动，故B正确；
C．由于图像是加速度—时间图像，由图像可知，加速度不为零且保持逐渐增大，则物体做变加速直线运动，故C错误；
D．由于图像是合外力—时间图像，由图像可知，合外力增大，再由牛顿第二定律可知，物体的加速度增大，且方向不变，故物体做加速度增大的直线运动，故D错误。
故选B。
3. 如图所示是舞蹈中的“波浪”表演，演员手挽手排成一行，从左侧第一位演员开始，周期性地举起或放下手中的扇子，呈现出类似“波浪”的效果，这个情景可以简化为一列振幅为A，波长为向右传播的简谐波，“波浪”的振动周期为T，则下列说法正确的是（ ）
A. “波浪”的传播速度
B. “波浪”是纵波
C. 在一个振动周期T内，每把扇子运动的路程为2A
D. 某时刻某演员的坐标为，则经后，该演员的坐标为
【答案】A
【解析】
【详解】A．“波浪”的传播速度
故A正确；
B．因为传播方向和振动方向垂直，所以“波浪”是横波，故B错误；
C．在一个振动周期T内，每把扇子运动的路程为4A，故C错误；
D．某时刻某演员的坐标为，根据同侧法由波的图像可知，该演员图示时刻向下运动，则经后，该演员到达波谷位置，该演员的坐标为，故D错误。
故选A。
4. 北京时间2024年4月25日20时59分，长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功，将神舟十八号载人飞船进入了距离地球的100km的太空预定轨道，而地球同步静止卫星距离地球的30000km，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，神舟十八号飞船的轨道半径为r，飞船与同步卫星的运动均可看作绕地球做匀速圆周运动，忽略地球自转对重力大小的影响，则下列说法正确的是（ ）
A. 在运载火箭发射升空的过程中，里面的宇航员处于失重状态
B. 神舟十八号飞船在预定轨道绕地球运行的速度小于地球第一宇宙速度7.9km/s
C. 神舟十八号飞船在预定轨道运行的周期比地球同步静止卫星的周期24h更大
D. 神舟十八号飞船在预定轨道运行的角速度为
【答案】B
【解析】
【详解】A．火箭发射升空的过程中，加速度向上，宇航员处于超重状态，故A错误；
B．第一宇宙速度是航天器最小发射速度，也是航天器最大运行速度。神舟十八号飞船在预定轨道绕地球运行的速度小于地球第一宇宙速度7.9km/s，故B正确；
C．根据
神舟十八号飞船轨道半径比地球同步静止卫星轨道半径小，则神舟十八号飞船在预定轨道运行的周期比地球同步静止卫星的周期24h更小，故C错误；
D．万有引力提供向心力
地球表面有
联立得
故D错误。
故选B。
5. 如图所示，已知竖直平面内的圆形轨道半径为，且远大于管的半径，管内壁光滑，不计管内空气阻力，小球质量，小球半径略小于管的半径，且可看做质点，重力加速度，小球从与圆心等高的A点进入轨道，下列说法正确的是（ ）
A. 若小球能到最高点C点，则小球在C点速度至少为2m/s
B. 若小球到最高点C点时对轨道没有压力，则小球在C点速度为2m/s
C. 若小球到最高点C点时速度为4m/s，则小球对轨道的弹力大小为0.25N，方向竖直向上
D. 若从A点静止释放小球，轨道半径R越大，则小球到最低点B点对轨道的压力越大
【答案】B
【解析】
【详解】A．管道模型中，能到最高点的条件是最高点速度大于零即可，故A错误；
B．在最高点C点时对轨道没有压力，重力刚好提供向心力，则有
解得小球在C点速度为
故B正确；
C．在最高点C点速度4m/s时，根据牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知，小球对轨道的弹力大小为0.15N，方向竖直向上，故C错误；
D．从A点静止释放到B点过程，由机械能守恒可得
在B点，由牛顿第二定律得
解得
可知小球到最低点B点对轨道的压力大小为，与R无关，故D错误。
故选B。
6. 如图甲所示，质量分别为、的物块A和B静止在光滑的水平地面上，其中物块B左端拴接一轻弹簧，弹簧开始处于原长.给物块A一向右的相速度，物块A与弹簧作用的过程中，物块A、B的速度，的部分大小关系如图乙所示，弹簧始终在弹性限度内，已知，结合图乙中的数据，下列说法正确的是（ ）
A. 物块A初速度
B. 物块B的质量
C. 从物块A碰到弹簧到弹簧压缩最短的过程中，弹簧给物块B的冲量大小为0.36N·s
D. 弹簧第一次恢复原长时，物块B的速度大小为2m/s
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图乙可得物块A的初速度为
故A错误；
B．根据系统动量守恒可得
由图乙可得，当时，，代入可得物块B的质量为
故B错误；
C．弹簧压缩最短时，物块A、B速度相等，根据动量守恒可得
解得
由动量定理可得弹簧给物块B的冲量大小为
故C正确；
D．从接触弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程，相当于弹性碰撞，由动量守恒和机械能守恒可得
，
解得
故D错误。
故选C。
二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分.在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的.全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分.
7. a、b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图所示，则关于a、b两束光的说法正确的是( )
A. 玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B. 增大入射角时，a光首先发生全反射
C. a光的频率大于b光的频率
D. 在真空中a光的波长大于b光的波长
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．a光的偏折程度小于b光，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，增大入射角，b光首先发生全反射，选项A正确，B错误；
C．折射率大，频率大，所以a光的频率小于b光的频率，选项C错误；
D．根据
c＝λf
知，a光的频率小，波长大，选项D正确。
故选AD。
8. 手机微信运动步数的测量原理如图所示，M和N为电容器两极板，M固定，N两端与固定的两轻弹簧连接，只能按图中标识的“前后”方向运动，则手机（ ）
A. 静止时，电流表示数为零，电容器M极板带正电
B. 匀速运动时，电流表示数不为零且保持不变
C. 由静止突然向前加速时，电容器的电容变小
D. 保持向前匀加速运动时，M、N之间的电场强度减小
【答案】AC
【解析】
【详解】A．静止时，电容器两极板之间间距不变，极板所带电荷量不变，电容器既不充电，也不放电，电流表示数为零，M极板与电源正极连接，M极板带正电，故A正确；
B．匀速运动时，电容器两极板之间间距不变，极板所带电荷量不变，电容器既不充电，也不放电，电流表示数为零，故B错误；
C．由静止突然向前加速时，加速度方向向前，则N极板向后运动，电容器极板之间夹角增大，根据
可知，电容器的电容变小，故C正确；
D．保持向前匀加速运动时，加速度一定，电容器极板之间的间距一定，根据
可知，M、N之间的电场强度一定，故D错误。
故选AC。
9. 如图所示，由两根轻杆构成的直角支架两端分别连接质量为3m的小球A和质量为m的小球B，两根轻杆长均为L，可绕O点在竖直平面内无摩擦转动，开始连接小球A的轻杆处于水平状态，连接小球B的轻杆处于竖直状态，重力加速度为g，不计空气阻力，小球都可看做质点。从图示位置静止释放此装置，到小球A转动到最低点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球A、B和轻杆系统机械能守恒
B. 小球A减少的重力势能等于小球B增加的机械能
C. 小球A转动到最低点的速度大小为
D. 此过程轻杆对小球B做功为mgL
【答案】AC
【解析】
【详解】A．小球A、B和轻杆系统只有重力做功，故系统机械能守恒，故A正确；
B．小球A减少的重力势能应等于小球B增加的机械能与小球A增加的动能之和，故B错误；
C．小球A从静止释放转动到最低点过程，根据机械能守恒可得
解得小球A转动到最低点的速度大小为
故C正确；
D．对B，由动能定理可得
解得轻杆对小球B做功为
故D错误。
故选AC。
10. 如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ倾斜固定，间距，导轨平面与水平面间的夹角，上端MP间接有阻值的电阻，所有导轨电阻不计，整个装置处于方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中。一质量、阻值，长度也为L的金属棒从导轨上静止释放，棒运动过程中始终垂直于导轨，释放后1.0s时达到稳定速度，g取，下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒在运动过程中感应电流的方向为由a到b
B. 匀强磁场的磁感应强度为1T
C. 金属棒稳定运动时ab间的电压为
D. 若0~1.0s内通过电阻R的电荷量是0.4C，则此过程电阻R产生的热量为0.45J
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．由右手定则判断可知，金属棒在运动过程中感应电流的方向为由b到a，故A错误；
B．金属棒达到稳定时，根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
根据平衡条件有
联立解得，匀强磁场的磁感应强度为
故B正确；
C．金属棒稳定运动时，金属棒的感应电动势为
则感应电流为
则金属棒稳定运动时ab间的电压为
故C正确；
D．通过电阻R的电荷量为
解得，金属棒在0~1.0s内通过的位移为
则根据能量守恒有
又，电阻R产生的热量为
联立解得
故D正确。
故选BCD。
三、非选择题：共56分.第11~12题为实验题：第13~15为计算题，要求写出必要的解答过程.
11. 某实验小组用图甲所示的装置探究加速度与力和质量的关系。
（1）除了图甲中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的器材是___________（选填正确选项的字母）。
A. 秒表B. 天平（含砝码）C. 到度尺
（2）某次实验得到的纸带如图乙所示， A、B、C是3个连续的计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，测得，，已知打点计时器所用交交电源的频率为50Hz，根据上述信息可得小车的加速度大小为___________（保留3位有效数字）。
（3）根据实验数据作出的图像如图丙所示，图线不通过坐标原点的主要原因是___________（填字母序号）
A. 忘记平衡摩擦力
B 平衡摩擦力时木板倾角过大
C. 没有满足砂桶和砂的总质量远小于小车的质量
【答案】（1）BC （2）1.20
（3）B
【解析】
【小问1详解】
需要天平测小车质量，需要刻度尺测纸带中打点的间距，通过打点计时器可以得到纸带上计数点之间的时间间隔，所以不需要秒表。
故选BC。
小问2详解】
相邻两计数点间有四个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为
根据
可得小车的加速度大小为
【小问3详解】
由图丙图像可知，当时，小车已经有了一定的加速度，所以图线不通过坐标原点的主要原因是平衡摩擦力时木板倾角过大。
故选B。
12. 某同学用伏安法测电阻的阻值（约为），除了待测电阻，开关S、导线外，还有下列器材。
电流表A（量程0~3mA，内阻约为）。
电压表V（量程0~3V，内阻约为）；
滑动变阻器R（，允许通过的最大电流2A）。
蓄电池E（电动势为3V，内阻约为）。
（1）要求能多测几组数据，且测量值尽可能准确，你在图A、B、C、D中选择的电路图是______（填字母序号）。
A. B.
C. D.
（2）按所选电路进行实验，在闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到______端（填“A”或“B”），测量时测量值比真实值______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（3）实验中该同学发现电压表坏了，于是找来一个电流表G（量程0~1mA，内阻）和电阻箱串联改装成量程为0~3V的电压表，则电阻箱的电阻值应调节为______。该同学将改装成功后的电压表正确连入选择的电路，又想办法测出了电流表A的准确内阻，实验时电流表A的读数为，电流表G的读数为，则待测电阻______（用符号表示）。
【答案】（1）B （2） ①. A ②. 偏大
（3） ①. 2990 ②.
【解析】
【小问1详解】
实验要求能多测几组数据，且测量值尽可能准确，可知，控制电路采用滑动变阻器的分压式接法，由于
可知，电压表的分流影响大，实验中需要排除电压表的分流影响，即测量电路采用电流表的内接法，可知，第二个选择项符合要求。
故选B。
【小问2详解】
[1]按所选电路进行实验，为了确保安全，在闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到A端；
[2]结合上述可知，测量电路采用电流表内接法，由于电流表的分压影响，使得电压的测量值偏大，则测量时测量值比真实值偏大。
【小问3详解】
[1]根据电压表的改装原理，串联的电阻箱的电阻值应调节为
[2]根据欧姆定律，待测电阻为
13. 图甲的竹筒给是当年孩子们利用气压原理自制的一种玩具，采用朴树籽或压紧的湿纸团作为“子弹”塞在竹管内的前端，后端的推杆裹上湿布，起到良好的密封作用，当推杆被强行压入时，管腔内的空气被压缩，气压上升，当气压上升到临界值时，竹管前端的“子弹”就会在高气压的作用下飞射出去，该玩具原理简化模型如图乙，已知初状态管内气体压强与大气压强相同，都为，气体长度，管内横截面积，且粗细均匀，“子弹”与管内壁间的最大摩擦力为，竹筒枪水平放置，竹筒内气体看做理想气体且不考虑气体温度的变化。
（1）为使“子弹”飞射出去，竹筒内气体压强的临界值为多大？
（2）从初状态到气压达到临界值，推杆需要向前推动多长的距离？
【答案】（1）；（2）12cm
【解析】
【详解】（1）当“子弹”与管内壁间达到最大摩擦力时，竹筒内气体压强达临界值，由平衡条件得
得
（2）根据气体等温变化规律
代入数据解得
推杆推动的距离
14. 如图甲所示，“打弹珠”是一种常见的民间游戏，该游戏的规则为，将手中一弹珠以一定的初速度瞬间弹出，并与另一静止的弹珠发生碰撞，被碰弹珠若能进入小坑中即为胜出，现将此游戏进行简化，如图乙所示，粗糙程度相同的水平地面上，弹珠A和弹珠B与坑在同一直线上，两弹珠间距，弹珠B与坑的间距。某同学将弹珠A以的初速度水平向右瞬间弹出，与弹珠B正碰（碰撞时间极短），碰后瞬间弹珠A的速度大小为1m/s，方向向右，且不再与弹珠发生碰撞，已知两弹珠的质量m均为25g，取重力加速度，若弹珠A、B与地面间的动摩擦因数均为0.5，并将弹珠的运动视为滑动，求：
（1）碰撞前瞬间弹珠A的速度大小；
（2）两弹珠碰撞过程损失机械能，并判断该同学能否胜出。
【答案】（1）4m/s；（2）0.075J，该同学恰好能够胜出
【解析】
【详解】（1）碰撞前弹珠A做匀减速直线运动，根据动能定理有
解得
（2）令碰撞后A、B的速度分别为、，在两弹珠碰撞过程，根据动量守恒定律有
解得
则碰撞过程损耗的机械能
解得
碰撞后B做匀减速直线运动，速度减为0过程，根据动能定理有
解得
可知，该同学恰好能够胜出。
15. 如图所示，平面直角坐标系xOy的第一、二象限被虚线分割成I、II两个区域，虚线与x轴交于Q点，Q点坐标为（，0），与y轴交于P点，P点坐标为（，），区域I中有沿x轴正方向的匀强电场，场强，区域II中有沿y轴负方向的匀强电场，场强大小未知。在第三、四象限内存在垂直于坐标平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。点A为OP的中点，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（可视为点电荷）从A点静止释放，经过一段时间进入II区的匀强电场中，又恰好从Q点进入第四象限的匀强磁场中，不计粒子重力和粒子间的相互作用力，不考虑带电粒子对电场和磁场的影响。求：
（1）带电粒子刚进入II区时的速度大小；
（2）II区的电场强度的大小；
（3）带电粒子第一次在匀强磁场中运动的时间；
（4）另有一相同的带电粒子从点（，）静止释放，计算这两个粒子第二次经过x轴的位置之间的距离.
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）带电粒子在I区匀强电场中做匀加速直线运动，由动能定理可得
解得
（2）带电粒子在II区匀强电场中做类平抛运动，轴方向有
轴方向有
，
联立解得
（3）带电粒子在Q点时的竖直分速度为
Q点速度与轴夹角正切为
可得
根据几何关系可知，粒子第一次在磁场中运动轨迹对应的圆心角为，粒子在磁场中的周期为
粒子在磁场中运动的时间为
（4）带电粒子在匀强磁场中，由洛伦兹力提供向心力得
解得
设从A点释放的粒子进入磁场的速度大小为，半径为，第二次到轴的位置坐标为，有
设从C点释放的粒子进入II区的速度为，进入磁场的速度大小为，半径为，第二次到轴的位置坐标为，有
解得
其中
所以两个粒子第二次经过轴的位置之间的距离为