[物理][期末]湖南省邵阳市2023-2024学年高二下学期7月期末试题(解析版)

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一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分，每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求。
1. 下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A. 图甲：黑体辐射强度与波长的关系图像中，
B. 图乙：大量处于第5能级的氢原子，最多可以辐射9种频率的光子
C. 图丙：汤姆孙通过分析粒子散射实验结果，提出了原子结构为“枣糕模型”
D. 图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性
【答案】A
【解析】A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，温度越高，黑体辐射强度的极大值对应的光波波长越短，所以
故A正确；
B．大量处于第5能级的氢原子，最多可以辐射
种频率的光子，故B错误；
C．卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误；
D．根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性，故D错误。
故选A。
2. 如图所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于A受力的个数，下列说法中正确的是( )
A. A一定受两个力作用
B. A一定受四个力作用
C. A可能受三个力作用
D. A受两个力或者四个力作用
【答案】D
【解析】若拉力F大小等于A所受的重力，则A与斜面没有相互作用力，所以A就只受到两个力作用；若拉力F小于A所受的重力，则斜面对A产生支持力和静摩擦力，故A应受到四个力作用．
A．A一定受两个力作用，与结论不相符，选项A错误；
B．A一定受四个力作用，与结论不相符，选项B错误；
C．A可能受三个力作用，与结论不相符，选项C错误；
D．A受两个力或者四个力作用，与结论相符，选项D正确；
3. 如图所示，在条形磁体的右侧放置一个可以自由运动的矩形通电线圈abdc，线圈最初与条形磁体处于同一平面内，ac边、bd边与条形磁体的方向平行，且ac边、bd边中点的连线过条形磁体的中心。通以顺时针方向的电流后，该线圈的运动情况为（ ）
A. ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时靠近磁体
B. ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时靠近磁体
C. ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时远离磁体
D. ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时远离磁体
【答案】A
【解析】图示位置时，根据左手定则可知ab边所受磁场力方向向内，cd边所受磁场力方向向外，所以ab边转向纸内，cd边转向纸外；从图示位置转过90°时，根据左手定则判断可知ac边所受磁场力方向水平向左，bd边所受磁场力方向水平向右，且ac边所受磁场力大于bd边所受磁场力，所以靠近磁铁。
故选A。
4. 甲、乙两个物体在同一直线上做匀变速直线运动。时刻，乙在甲后方处，它们的速度图像如图所示，则（ ）
A. 甲、乙两物体运动方向相反
B. 甲、乙两物体可能相遇两次
C. 时，甲、乙两物体相距最远
D. 甲、乙两物体在2秒末到6秒末通过的位移相等
【答案】D
【解析】A．由图可知，甲、乙两物体速度都大于零，即运动方向相同，故A项错误；
BC．当两物体的速度相等时，两物体的距离最近，且图像的图像与坐标轴围成的面积代表物体的位移，设当4s时乙物体比甲物体多走的位移为
即两者最近时，乙物体并没有追上甲物体，即两者不可能相遇，故BC错误；
D．图像的图像与坐标轴围成的面积代表物体的位移，图像可知两物体从2s末到6s末图像与坐标围成的面积相等，所以甲、乙两物体在2秒末到6秒末通过的位移相等，故D项正确。
故选D。
5. 如图所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子，仅在电场力作用下（忽略a、b之间的相互作用力）的运动轨迹如图中虚线所示。则（ ）
A. a一定带正电，b一定带负电B. a、b的动能均增加
C. a、b的加速度均增加D. a粒子的电势能增加，b粒子的电势能减小
【答案】B
【解析】A．物体做曲线运动，所受力的方向指向轨道的内侧，所以所受电场力一定向左，所受电场力一定向右，由于电场线的方向不知，所以粒子带电性质不定，故A错误；
B D．物体做曲线运动，所受力的方向指向轨道的内侧，从图中轨道变化来看速度与力方向的夹角小于，所以电场力都做正功，动能都增大，电势能都减小，故B正确，D错误；
C．电场线密的地方电场的强度大，电场线疏的地方电场的强度小，所以a受力减小，加速度减小，b受力增大，加速度增大，故C错误。
故选B。
6. 一个半径为、折射率为的匀质透明球，点为球心，其截面如图所示，球面内侧有一单色点光源。已知光在真空中的传播速度为，则从发出的光线经多次全反射后回到点的最短时间为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】根据对称性，光线要在圆内全反射，并回到S点时间最短，应构成一个边数最少的正多边形。全反射临界角
作出光路图，如图所示
当轨迹是正三角形时，有
无法发生全反射，当轨迹是正方形时，有
可以发生全反射，符合时间最短条件，则有
解得最短时间为
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，有多项符合题目要求，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. 2024年5月3日17时27分“嫦娥六号”探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射。在卫星绕月球做匀速圆周运动的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A. 如果一绕月球飞行的宇宙飞船，宇航员从舱中缓慢地走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，则飞船速率减小
B. 如果有两颗这样的探测卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别多大，它们绕行半径与周期都一定是相同的
C. 如果两颗探测卫星在同一轨道上一前一后沿同一方向绕行，只要后一卫星向后喷出气体，则两卫星一定会发生碰撞
D. 如果知道探测卫星的轨道半径和周期，再利用万有引力常量，就可以估算出月球的质量
【答案】BD
【解析】A．根据
解得
飞船的速率与其质量无关，宇航员从舱内慢慢走出，飞船的质量减小，但速率不变，，故A错误；
B．根据
解得
周期
可见，卫星的速率与质量、形状无关，当它们的绕行速率v相等时，半径r相等，周期T相同，故B正确；
C．原来在某一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，速率相同，后一卫星速率增大时，做离心运动，半径将增大，不可能与前一卫星碰撞，故C错误；
D．设月球的质量为M，卫星的质量m，轨道半径和周期分别为r和T
则有
解得
即根据探测卫星的轨道半径、周期和万有引力常量，可以算出月球的质量，故D正确。
故选BD。
8. 如图甲所示，在某均匀介质中建立一直角坐标系，坐标原点O处有一振源，其振动产生的简谐波在x轴上传播，A、B为x轴上的两个质点。波源振动经过一段时间后开始计时，时刻，B质点第一次到达正向最大位移处，此后A、B质点振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A. 振源点的起振方向沿轴负方向
B. 该波在轴上传播的速度为
C. A质点在内通过的路程为
D. 在时A点向轴正方向运动
【答案】BD
【解析】A．由质点A的振动图像可知，波源的起振方向沿y轴正方向，故A错误；
B．找到B关于y轴的对称点B＇，A和B＇相距2m，由图乙可知，质点B＇比质点A先振动2s，根据速度公式可知
故B正确；
C．A质点在内通过的路程为
故C错误；
D．由乙图可知，在时A点位移为正且向正向最大位移处运动，所以A点向y正方向运动，故D正确。
故选BD。
9. 如图所示，竖直平面内光滑管形圆轨道半径为（管径远小于），管内有完全相同的小球，质量均为，其直径略小于管径，能在管中无摩擦运动。两球先后以相同速度通过轨道最低点，且当小球运动到最低点时，小球正好运动到最高点。已知重力加速度为，以下说法正确的是（ ）
A. 当小球在最高点对轨道无压力时，小球比小球所需向心力大
B. 当时，小球在轨道最高点对轨道无压力
C. 速度至少为，才能使两球在管内做完整的圆周运动
D. 只要，小球对轨道最低点压力比小球对轨道最高点压力都大
【答案】AD
【解析】A．当小球b在最高点对轨道无压力时，所需要的向心力
从最高点到最低点，由机械能守恒可得
对于a球，在最低点时，所需要的向心力
则当小球在最高点对轨道无压力时，小球比小球所需向心力大，故A正确；
B．由上解得，小球在最低点时的速度
时，小球在轨道最高点对轨道无压力，故B错误；
C．小球恰好通过最高点时，速度为零，设通过最低点的速度为，由机械能守恒定律得
解得
所以速度至少为，才能使两球在管内做完整的圆周运动，故C错误；
D．当
时，轨道对小球b有向下的压力
对小球a
联立得
故D正确。
故选AD。
10. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为，定值电阻的阻值为，滑动变阻器的最大阻值为，定值电阻的阻值为，图中电表均为理想电表。原线圈输入如图乙所示的交变电流，其电流的有效值不随负载变化。当滑动变阻器接入电路的阻值由减小到0的过程中，电压表、电流表A的示数变化量的绝对值分别为，下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数为B.
C. 电压表示数最大值为D. 和的总电功率先增大后减小
【答案】ACD
【解析】A．由图乙所示的交变电流，根据有效值定义可得
可得输入电流有效值为
即电流表的示数为，故A正确；
B．根据理想变压器原副线圈电流比等于匝数比的反比可得，副线圈输出电流为
设电流表A的示数为，则通过的电流为，电压表的电压为
可得
故B错误；
C．电压表示数等于副线圈输出电流与副线圈负载总电阻的乘积，当滑动变阻器电阻最大时，副线圈负载总电阻最大，电压表的示数最大，则有
故C正确；
D．和的总功率为
根据数学知识可知总功率先增大后减小，故D正确。
故选ACD。
三、非选择题：本题共5小题，共56分。
11. 某实验小组用如图甲所示实验装置探究加速度与力、质量的关系。
（1）实验前先平衡摩擦力，平衡摩擦力时，_____（填“需要”或“不需要”）悬挂重物。
（2）平衡摩擦力后，调整好整个实验装置再进行实验。某次实验得到的一条纸带如图乙所示，图中已标出其他计数点到计数点“1”的距离，相邻两计数点的时间间隔为0.1s，则此次实验中小车的加速度为_____。
（3）平衡摩擦力后，保持小车质量不变，改变重物的质量，根据纸带求得每次实验小车运动的加速度，作图像，是一个斜率为，纵截距为的一次函数，则重力加速度等于_____，小车的质量等于_____（用与表示）。
【答案】（1）不需要 （2）2 （3）
【解析】（1）平衡摩擦力时，不需要悬挂重物，当打点计时器在纸带上打出的点迹均匀，则表面平衡了摩擦。
（2）由于做匀变速直线运动，所以根据推论有
带入数据解得
（3）[1][2]由牛顿第二定律有
整理有
结合该函数斜率和截距，有
，
解得
，
12. 某物理兴趣小组描绘一个标有“”的小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，且尽量减小实验误差。可供选用的器材除导线、开关外，还有以下器材：
A．直流电源（内阻不计）
B．直流电流表A：0~600mA（内阻约为）
C．直流电压表V：（内阻等于）
D．滑动变阻器，额定电流
E．三个定值电阻
（1）小组同学研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行了改装，在给定的定值电阻中选用_____（选填“”、“”或“）与电压表串联，完成改装。
（2）用选定的实验器材在上方框中画出本实验原理图_____。
（3）实验测得小灯泡伏安特性曲线如图甲所示，可确定小灯泡电阻随电流的增加而_____（选填“增加”、“不变”或“减少”）。
（4）若将三个完全相同规格的小灯泡按如图乙所示电路连接，电源电动势，内阻r=2Ω，欲使滑动变阻器的功率是一个小灯泡功率的2倍，此时滑动变阻器消耗的电功率为_____W（结果保留1位小数）。
【答案】（1） （2） （3）增加 （4）1.8
【解析】（1）器材中提供的直流电压表量程只有，而小灯泡的额定电压为，所以需要给电压表串联一个电阻从而扩大量程，设定值电阻的阻值为，则根据串联分压规律有
解得
则定值电阻选择；
（2）本实验滑动变阻器采用分压法，电流表外接法，本实验原理图如图所示
（3）随着电流的增大小灯泡伏安特性曲线割线的斜率减小，而其斜率的倒数为小灯泡的电阻，所以小灯泡的电阻增加。
（4）假设通过灯泡的电流为，灯泡两端的电压为，由闭合电路欧姆定律定律得
化简得
如图中曲线所示，与小灯泡伏安特性曲线的交点即为电路工作点，该点纵横坐标值的乘积等于小灯泡的功率，功率为
故变阻器消耗的功率
13. 某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在外的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，该手表出厂时给出的参数为：27℃时表内气体压强为（常温下的大气压强值），当内外压强差达到时表盘玻璃将爆裂。当时登山运动员携带的温度计的读数是，表内气体体积的变化可忽略不计。
（1）求爆裂前瞬间表盘内的气体压强；
（2）通过计算判断手表的表盘是向外爆裂还是向内爆裂；
（3）求当时外界的大气压强。
【答案】（1）；（2）向外爆裂；（3）
【解析】（1）以表内气体为研究对象，初状态的压强为，温度为
设末状态的压强为，温度为
根据查理定律，有
解得
（2）如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的，则外界的大气压强至少为
大于山脚下的大气压强（即常温下大气压强），这显然是不可能的，所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂的。
（3）当时外界的大气压强为
14. 如图所示，一轻质弹簧两端连着物体A和B，放在光滑的水平面上，子弹以速度沿水平方向击中物体A，并嵌在其中。随后物体A（含子弹）与物体B通过弹簧相互作用。已知子弹和物体A的质量均为m，物体B的质量为2m。求：
（1）A物体获得的最大速度；
（2）弹簧压缩量最大时B物体的速度大小；
（3）弹簧压缩量最大时的弹性势能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）根据题意可知，子弹与物体作用后，的速度最大，根据动量守恒定律有
解得
（2）弹簧压缩量最大时，A、B速度相等，根据动量守恒定律有
解得
（3）弹簧压缩量最大时，根据能量守恒定律有
解得
15. 如图所示，在的区域存在方向沿轴正方向的匀强电场，场强大小为，在的区域存在方向垂直于平面向里的匀强磁场。一个氘核和一个氚核先后从轴上处以相同的动能射出，速度方向沿轴正方向。已知进入磁场时，速度方向与轴正方向的夹角为，并从坐标原点处第一次射出磁场的质量为，电荷量为，不计重力。求：

（1）第一次进入磁场的位置到原点的距离；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）第一次离开磁场的位置到原点的距离。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）在电场中做类平抛运动，在磁场中做圆周运动，运动轨迹如图所示

设在电场中的加速度大小为，初速度大小为，它在电场中的运动时间为，第一次进入磁场的位置到原点的距离为。由运动学公式有
，
由题给条件，进入磁场时速度的方向与轴正方向夹角。进入磁场时速度分量的大小为
联立以上各式得
（2）在电场中运动时，由牛顿第二定律有
设进入磁场时速度的大小为，由速度合成法则有
设磁感应强度大小为，在磁场中运动的圆轨道半径为，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有
由几何关系得
联立以上各式得
（3）设在电场中沿轴正方向射出的速度大小为，在电场中的加速度大小为，由题给条件得
由牛顿第二定律有
设第一次射入磁场时的速度大小为，速度的方向与轴正方向夹角为，入射点到原点的距离为，在电场中运动的时间为。由运动学公式有
，，，
联立以上各式得
，，
设在磁场中做圆周运动的半径为，由粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式得
所以出射点在原点左侧。设进入磁场的入射点到第一次离开磁场的出射点的距离为，由几何关系有
联立解得，第一次离开磁场时的位置到原点的距离为