甘肃省临夏州2023-2024学年高二下学期期末统考物理试卷[解析版]

这是一份甘肃省临夏州2023-2024学年高二下学期期末统考物理试卷[解析版]，共19页。试卷主要包含了考试结束后等内容，欢迎下载使用。
满分100分，考试用时75分钟。
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、班级、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。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10小题，共43分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题5分，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1. 某同学探究弹性势能的表达式，他进行了如下推理：弹簧的弹性势能与弹簧的弹力做功W有关。根据功的决定因素与弹力大小的决定因素，他推测弹簧的劲度系数k及弹簧的形变量x越大，则越大。于是他认为弹性势能的表达式可写成（式中a、b、c为待定系数，它们均无单位）。则根据、k、x的国际单位，可以确定（ ）
A. a、b、c的值B. a、b的值
C. a、c的值D. b、c的值
【答案】B
【解析】在国际单位制中，弹性势能的单位为，劲度系数k的单位为，形变量x的单位为，则有
可得
解得
，
故可以确定a、b的值，无法确定c的值。
2. 图甲为户外高压输电线路，在三条高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线与大地相连；图乙是穿戴若含金属丝制成的工作服的工程技术人员对高压输电线路进行带电检修作业。以下说法中正确的是（ ）
A. 图甲中三条高压输电线上方的两条导线主要起稳定输电线路的作用
B. 图甲中三条高压输电线与上方两条导线间的电场强度为零
C. 图乙中金属丝制成的工作服内电场强度为零
D. 图乙金属丝制成的工作服与图甲中高压输电线上方的两条导线作用不同
【答案】C
【解析】AB．图甲中三条高压输电线上方的两条导线与大地连接，形成一个稀疏的金属网，可以把高压线屏蔽起来，免遭雷击之类的损伤，三条高压输电线与上方两条导线间的电场强度并不为零，方向由高压线指向上方两条导线，故AB错误；
C．由于屏蔽作用，图乙中金属丝制成的工作服内电场强度为零，故C正确；
D．金属丝制成的工作服与图甲中高压输电线上方的两条导线都是起到屏蔽作用，作用相同，故D错误。
故选C。
3. 如图甲所示为一种动圈式话筒的结构原理图，在膜片后面接有一个轻小的金属线圈，线圈处于永久磁体的磁场中。当声波使膜片前后振动时，就能将声音信号转变为低频电信号。图乙为一种纸盆式扬声器结构原理图，当线圈中通有低频信号电流时，能引起振动膜（纸盆）振动发声。下列说法正确的是（ ）
A. 动圈式话筒与纸盆式扬声器的线圈均处在匀强磁场中
B. 动圈式话筒与纸盆式扬声器工作原理相同
C. 增加线圈的匝数，话筒产生的电信号频率变大
D. 纸盆式扬声器可以当话筒使用
【答案】D
【解析】A．永久磁体周围的磁场不是匀强磁场，故动圈式话筒与纸盆式扬声器的线圈处在非匀强磁场中，故A错误；
BD．对着动圈式话筒说话，声音使膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，即将声信号转化为电信号，这是电磁感应现象，对于纸盆式扬声器，变化的电流经放大器放大后，通过扬声器的线圈，由于通电导线在磁场中受力的作用，故能使线圈在磁场中受力来回振动，带动纸盆也来回振动，扬声器就能够发声了，即将电信号转化为声信号，是利用磁场对电流有力的作用的原理，故动圈式话筒与纸盆式扬声器工作原理不同，纸盆式扬声器可以当话筒使用，故B错误，D正确；
C．增加线圈匝数，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈产生的感应电动势增大，感应电流增大，话筒产生的电信号频率不变，故C错误。
故选D
4. 图甲为发光二极管，其发光帽是一个透明体。为简化问题，设它由一个半径为R的半球体与一个半径为R的圆拄体组成，过半球球心的纵截面如图乙所示，若二极管的发光部分视为点光源且位于圆柱体内轴轴线上与半球球心相距R的O点，光线恰好能从半球体的全部表面射出，不考虑光线在透明体内反射。则透明体的折射率为（ ）
A. B. C. 2D.
【答案】A
【解析】当O点发出的光线射到半球体最右端（或最左端）恰好发生全反射时，整个半球体上均有光线射出，如图所示
由几何关系可得
光线发生全反射时有
联立解得透明体的折射率为
故选A。
5. 学校科技活动丰富了同学们的课余生活。如图所示为小华同学制作的一台手摇式交流发电机，当缓慢摇动大皮带轮的手柄时，连接在发电机上的小灯泡就会一闪一闪地发光。已知小皮带轮的半径为r，大皮带轮的半径为，摇动手柄时的角速度为，小灯泡两端电压达到一定值就发光。且摇动过程中皮带不打滑。则下列说法正确的是（ ）
A. 小灯泡闪烁的频率为
B. 发电机产生的交变电流频率为
C. 增大摇动手柄的角速度，小灯泡闪烁频率增大，但亮度不变
D. 增大摇动手柄的角速度，小灯泡闪烁频率不变，但亮度增大
【答案】B
【解析】B．根据题意有
皮带传动时，两皮带轮边缘线速度大小相等，根据
解得
可知，发电机转子的角速度为手柄角速度的4倍，发电机产生的交变电流频率为
故B正确；
A．小灯泡闪烁的频率是交流电频率的两倍
即有
故A错误；
CD．感应电动势的峰值为
结合上述可知，增大摇动手柄的角速度，小灯泡的闪烁频率增大，电动势的峰值增大，即电动势的有效值增大，即小灯泡的亮度也增大，故CD错误。
故选B。
6. 2024年4月26日3时32分，我国神舟十八号载人飞船采用自主快速交会对接模式，成功对接于中国空间站天和核心舱径向端口（如图所示），随后3名航天员从神舟十八号载人飞船进入中国空间站开展为期六个月的太空工作与生活，本次任务中航天员从地面上携带了四条斑马鱼进行太空养殖。已知飞船与空间站对接时间较短，空间站在地球赤道平面内绕地球运行的轨道半径为r，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。则以下判断中正确的是（ ）
A. 对接过程中神舟十八号与空间站的总动量大小不守恒
B. 对接后空间站的速度大小为
C. 对接过程中神舟十八号的加速度变小
D. 质量为m的一条斑马鱼在空间站的重力大小为
【答案】D
【解析】A．对接过程中神舟十八号与空间站相对静止，速度大小和方向相同，故对接过程中神舟十八号与空间站的总动量大小不变，故A错误；
B．根据万有引力与重力的关系
根据万有引力提供向心力
解得对接后空间站的速度大小为
故B错误；
C．对接过程中神舟十八号与空间站相对静止，一起做匀速圆周运动，对接过程中神舟十八号的加速度大小不变，故C错误；
D．设空间站处的重力加速度为，则
根据万有引力与重力的关系
质量为m的一条斑马鱼在空间站的重力大小为
解得
故D正确。
故选D。
7. 如图甲所示，时一质量的小球沿长直斜面向上运动，小球运动的图像如图乙所示。则下列判断正确的是（ ）
A. 在时小球的加速度为零
B. 小球上滑与下滑过程中的加速度大小之比为
C. 小球沿斜面上滑的最大距离为3m
D. 在内小球受到合力的冲量大小为
【答案】C
【解析】A．由图可知，时，小球的速度为0，之后速度反向增加，小球开始加速下滑，则在时小球的加速度不为零，故A错误；
B．根据图像中斜率表示加速度，由图可知，小球上滑时的加速度大小为
下滑时的加速度大小为
则小球上滑与下滑过程中的加速度大小之比为，故B错误；
C．根据图像中面积表位移，由图可知，小球沿斜面上滑的最大距离为
故C正确；
D．根据题意，取沿斜面向下为正方向，由动量定理有
故D错误。
故选C。
8. 如图所示，长直导线与心形金属线框放在光滑绝缘的水平面上，且长直导线与心形线框的对称轴MN垂直。当长直导线中通以图示方向的电流I，且电流增大时，下列关于心形线框的说法正确的是（ ）
A. 线框有面积缩小的趋势
B. 线框中产生顺时针方向的感应电流
C. 线框在水平面内沿逆时针方向旋转
D. 线框沿垂直于直导线方向向右平动
【答案】AD
【解析】AB．直导线中的电流增大，导线框中向里的磁通量增大，由楞次定律知，线框有面积缩小的趋势，线框中产生逆时针方向的感应电流。故A正确；B错误；
CD．由对称性知，线框对称轴MN上、下两部分受到平行于直导线方向上安培力的合力为零，导线框受到安培力沿对称轴向右，线框沿垂直于直导线方向向右平动。故C错误；D正确。
故选AD。
9. 2024年5月3日，我国“嫦娥六号”探测器成功发射前往月球。由于月球总是一面对着地球，探测器在鹊桥二号中继星帮助下着陆在月球背而预选区域，完成在月球背面的取样任务。如图所示，已知鹊桥二号中继星在随月球绕地球同步公转的同时，沿Hal轨道（与地月连线垂直）绕点转动．中继星受到地球与月球引力的合力大小为F。不计中继星与其他星球间的引力。则关于鹊桥二号中继星，下列说法正确的是（ ）
A. 绕地球运动的向心力大小为F
B. 绕点转动的向心力大小为F
C. 绕地球运动的周期和月球的自转周期相等
D. 绕地球运动的向心加速度大于月球绕地球运动的向心加速度
【答案】CD
【解析】AB．根据题意可知，鹊桥二号中继星绕地球运动的向心力由地球与月球引力的合力沿地月连线方向的分力提供，绕点转动的向心力由地球和月球引力的合力在过点与地月连线垂直的平面内的分量提供，都小于F，故AB错误；
C．由于月球总是一面对着地球，其自转周期和绕地球的公转周期相同，又有鹊桥二号中继星在随月球绕地球同步公转，则鹊桥二号中继星绕地球运动的周期和月球的自转周期相等，故C正确；
D．根据公式可知，由于绕地球运动周期等于月球绕地球运动的周期，则绕地球运动的角速度等于月球绕地球运动的角速度，绕地球运动的半径大于月球绕地球运动的半径，则绕地球运动的向心加速度大于月球绕地球运动的向心加速度，故D正确。
故选CD。
10. 如图所示，在水平线OP的正上方存在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。从磁场边界上O点同时向纸面内不同方向发射速率均为v、质量均为m、电荷量均为的两个带电粒子，两粒子均从边界上P点离开磁场，且OP的长度为，不计粒子的重力及相互作用力。以下说法正确的是（ ）
A. 两粒子在磁场中运动的加速度大小不同
B. 两粒子射入磁场时速度方向与边界所成锐角均为60°
C. 两粒子在磁场运动过程中动量改变量大小均为
D. 两粒子在磁场中运动的时间相差
【答案】BC
【解析】A．两粒子在磁场中运动只受洛伦兹力的作用，根据牛顿第二定律
故两粒子在磁场中运动的加速度大小相等，故A错误；
B．根据洛伦兹力提供向心力
解得
则两粒子在磁场中运动半径相等，两个粒子先后经过P点，作出两个粒子的运动轨迹如图甲所示，短弧和长弧均以OP为弦，已知OP的长度为，根据几何关系可得
解得两个粒子射入磁场时与边界的夹角均为
故B正确；
C．根据粒子的运动对称性和几何知识作出两粒子动量变化如图乙所示，可以得出两个粒子的动量变化量大小、方向均相同，为
故C正确；
D．两粒子在磁场中运动的周期为
两粒子在磁场中运动的时间相差
故D错误。
二、非选择题：本题共5小题，共57分。
11. 某物理兴趣小组的同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。在滑块上安装一宽度为d的遮光条，测出滑块（含遮光条）的质量M，将滑块放在轨道上并调节轨道倾斜角度，使滑块能在轨道上做匀速运动；再将细绳跨过固定在轨道右端的定滑轮，绳一端连接质量为m的钩码，另一端与滑块相连；光电门固定安装在轨道上，已知重力加速度为g。
（1）某同学用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则______cm；某次实验中，测出遮光条通过光电门的挡光时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度大小为______ m/s（结果保留三位有效数字）。
（2）本实验中______（选填“需要”或“不需要”）满足钩码的质量m远小于滑块的质量M。
（3）改变滑块在轨道上静止释放时的位置，重复多次实验，测出每次滑块静止释放时遮光条距光电门的距离s与遮光条通过光电门的挡光时间t，得出多组s与t的实验数据。以s为纵轴作线性图像分析处理实验数据，若所作出的线性图像直线斜率______（用g、M、m、d表示）．可认为验证了机械能守恒定律。
【答案】（1）2.010 1.34 （2）不需要 （3）
【解析】（1）[1]游标卡尺的精确度为0.05mm，游标第2条刻度线与主尺某一刻度线对齐，所以遮光条的宽度为
[2]滑块通过光电门时的速度大小为
（2）本实验中不需要满足钩码的质量m远小于滑块的质量M。
（3）物体通过光电门的速度
根据
得
则
则图线得斜率为
12. 某同学测一段粗细均匀的直金属丝ab的电阻率，选用的器材有：
电源（电动势，内阻很小）
电压表（量程0~3V，内阻很大）
两个定值电阻（，）
开关S、导线、金属夹、多用电表、螺旋测微器
（1）用螺旋测微器测出金属丝的直径为d；用多用电表“×10”挡测金属丝ab两端的电阻，指针如图甲中虚线所示。则应改用______（选填“×1”或“×100”）挡，重新欧姆凋零后测量金属丝ab两端的电阻，指针如图甲中实线所示。则测得金属丝的电阻______Ω。
（2）定值电阻选用______（选填“”或“”），按图乙接入电路。闭合开关S后，将金属夹从金属丝的左端a逐渐向右滑动，依次记下滑动的距离x与电压表的示数U。用测出的多组数据作出图像，测得图像直线的斜率为k，不考虑温度的变化，则金属丝的电阻率______（用k、d、E、、或及相关常数表示）。
（3）若考虑电压表内阻的影响，则以上方法测得的金属丝电阻率的测量值比实际值______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】（1）×1 10 （2） （3）偏小
【解析】（1）[1][2]用多用表“×10”挡测量金属丝的电阻，指针如图甲中虚线所示，可知待测电阻阻值较小，则应改用“×1”挡，重新欧姆调零后，测量金属丝ab两端的电阻，指针如图乙中实线所示，则金属丝的电阻
（2）[1]金属丝的电阻约为，为使电压表示数变化明显，金属丝的电阻应略大于定值电阻的阻值。故定值电阻选用。
[2]金属丝长度x对应的电阻为
根据欧姆定律可得
电压表的示数
整理得
可知图像直线的斜率为
可得金属丝的电阻率为
（3）若考虑电压表内阻，则在相同x时实际总电流偏大，电压表两端实际电压大于电压表的测量值U，图像中直线的斜率k偏小，金属丝电阻率的测量值比实际值偏小。
13. 小明同学将一枚小石子投入平静的水池中，水面上激起一系列圆形波纹（可看作简谐波）向外传播。沿某一方向传播的水面波波形图如图所示，M、N是波传播方向上的两点，时刻波恰好传到处，此时M点的纵坐标为，已知N点平衡位置坐标为，波传播的速度。求：
（1）从图示位置开始，M点运动到波谷的最短时间；
（2）N点的振动方程。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）由波动图像知波长
由图知
波沿x轴正方向传播，从图示位置起，离M点最近的波谷的振动传到M点所需时间为
解得
（2）由图知波的振幅
从时刻开始，波传到N点，经过时间为
周期
且N点的起振方向沿y轴正方向，故质点N的振动方程为
14. 如图所示，真空中xOy平面内存在半径为R的圆形区域，该圆形区域与y轴相切，x轴与其一条直径重合，P点为圆形区域边界上的一点，P点与圆心的连线与x轴正方向成角。已知圆形区域内只存在垂直于xOy平面的匀强磁场或只存在平行于y轴向上的匀强电场，一质量为m、电荷量为+q的带电粒子从坐标原点O以初速度沿x轴正方向射入该圆形区域，粒子恰好从P点射出，不计粒子的重力。
（1）若圆形区域内只存在垂直于xOy平面匀强磁场，求匀强磁场磁感应强度B的大小与方向；
（2）若圆形区域内只存在平行于-轴向上的匀强电场，求粒子在圆形区域内运动过程中受到电场力的冲量I的大小。
【答案】（1），方向重直于xOy平面向里 （2）
【解析】（1）（1 ）若圆形区域内只存在匀强磁场，粒子在磁场中做匀速圆周运动，恰好从P点射出，则由左手定则知磁感应强度方向垂直于xOy平面向里。
设粒子轨迹圆半径为r，轨迹如图甲所示
由几何知识有
由洛伦兹力提供向心力有
解得
（2）若圆形区域内只存在匀强电场，粒子在平行于y轴向上的匀强电场区域内做类平抛运动，如图乙所示：
设粒子从O点运动到P点的时间为t，由平抛运动规律有
，
粒子受到电场力的冲量
解得
15. 如图，向连接在O点的两段足够长的金属杆OA与OC组成的导轨固定在倾角为且足够长的绝缘斜面内，，OA沿斜面向下，整个斜面处于垂直于斜面向上的磁感应强度的匀强磁场中。一质量的足够长的金属体MN与OA垂直放在导轨上，金属棒与两根导轨之间的动摩擦因数均为，金属棒MN与导轨OC单位长度的电阻均为，导轨OA的电阻不计。现从O点开始，给金属棒MN沿斜面向下的速度，且给金属棒施加沿斜面向下的外力F，保持金属棒MN与两导轨始终接触（并与OA垂直）且沿斜面向下做匀速运动。已知，，重力加速度g取。当金属棒MN沿斜面向下运动距离时，求：
（1）通过金属棒MN的电荷量q；
（2）此时外力F的功率P；
（3）金属棒MN产生的焦耳热。（结果可用分数表示）
【答案】（1）1C （2）3.4W （3）
【解析】（1）金属棒从O点开始运动距离x时，金属棒在两导轨间的长度
金属棒与两导轨组成回路中的感应电动势大小
此时回路中总电阻
回路中的电流
联立，得
与x无关，代入数值解得
向下运动距离
所用时间
通过金属棒MN的电荷量
（2）此时金属棒MN受到沿斜面向上的安培力大小为
金属棒做匀速运动，合力为零，有
外力的功率
联立解得
（3）金属棒MN运动距离x时所受安培力大小
随x线性变化，当时金属棒克服安培力做的功
此过程中，金属棒克服安培力做功等于回路产生的总焦耳热，即
金属棒MN产生的焦耳热与OC杆产生的焦耳热满足
又
解得