2021-2022学年湖南省长沙市宁乡市高二（下）期末物理试题含解析

2021-2022学年湖南省长沙市宁乡市高二（下）期末物理试题考试时量：75分钟  满分：100分

注意事项：

1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息

2.请将答案正确填写在答题卡上

一、单选题（本大题共8小题，共32分）

1. 如图所示是游客体验“风洞”的情境。图中风洞喷出竖直向上的气流将游客向上加速“托起”，此过程中（　　）

A. 游客处于失重状态

B. 气流对游客的作用力大于游客受到的重力

C. 游客受到的重力与气流对游客的作用力是一对平衡力

D. 游客受到的重力和游客对气流的作用力是一对作用力与反作用力

【答案】B

【解析】

【详解】A．游客向上加速，具有向上的加速度，则游客处于超重状态，故A错误；

BC．对游客受力分析，设气流对游客作用力为，根据牛顿第二定律

则

故C错误B正确；

D．气流对游客的作用力和游客对气流的作用力是一对作用力与反作用力，故D错误。

故选B。

2. 如图是某电力机车雨刷器的示意图．雨刮器由刮水片和雨刮臂链接而成，M、N为刮水片的两个端点，P为刮水片与雨利臂的链接点，雨刮臂绕O轴转动的过程中，刮水片始终保持竖直，下列说法正确的是（　　）

A. P点的线速度始终不变 B. P点的向心加速度不变

C. M、N两点的线速度相同 D. M、N两点的运动周期不同

【答案】C

【解析】

【详解】AB．P点以O为圆心做圆周运动，所以线速度与向心加速度方向变化，故AB错误；

C．由于刮水片始终保持竖直，所以刮水片各点的线速度与P点的相同，所以M、N两点的线速度相同，故C正确；

D．刮水器上各点的周期相同，所以M、N两点的周期相同，故D错误。

故选C。

3. 2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课开讲。空间站轨道可简化为高度约400km的圆轨道，认为空间站绕地球做匀速圆周运动。在400km的高空也有非常稀薄的空气，为了维持空间站长期在轨道上做圆周运动，需要连续补充能量。下列说法中正确的是（　　）

A. 假设不补充能量，空间站将做离心运动

B. 假设不补充能量，系统的机械能将减小

C. 实际空间站的运行速度大于第一宇宙速度

D. 实际空间站的运行速度大于第二宇宙速度

【答案】B

【解析】

【详解】AB．在400km的高空也有非常稀薄的空气，空间站克服空气阻力做功，系统机械能减小，假设不补充能量，空间站的速度减小，则万有引力大于所需向心力，则空间站做近心运动，故A错误B正确；

CD．任何围绕地球做圆周运动的物体，运行速度都小于第一宇宙速度，故CD错误。

故选B。

4. 宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”，磁感应强度相当于地磁场的1000万亿倍，磁感线分布类似于地磁场，下列有关“磁星”的磁场说法正确的是（　　）

A. “磁星”内部不存在磁场

B. “磁星”表面可以找到磁通量为零的闭合区域

C. “磁星”表面任意位置的磁场方向都与星体表面平行

D. “磁星”附近磁感线非常密集，导致部分磁感线可能相交

【答案】B

【解析】

【详解】A．因为磁感线不中断，所以“磁星”内部也存在磁场，A错误；

B．如图所示，通过直线AB的平面将磁星的表面等分为左右两部分，左表面和右表面的磁通量均等于零，B正确；

C． “磁星”表面磁场极处，磁场方向与星体表面一定不平行，C错误；

D．如果两条磁感线相交，那么交点处的磁场就有两个方向，与实际不相符，所以“磁星”附近磁感线非常密集，磁感线也不可能相交，D错误。

故选B。

5. 如图a，理想变压器的原线圈接入如图b的正弦交变电压。副线圈接10个并联的彩色灯泡，每个灯泡的额定电压为、额定电流为。若灯泡都正常工作，则（　　）

A. 图b中电压的有效值为

B. 图b中交流电的频率为

C. 图a中副线圈上的电流为

D. 图a中原副线圈的匝数比为

【答案】CD

【解析】

【详解】A．图b中电压的有效值为

故A错误；

B．图b中交流电的周期

频率为

故B错误；

C．图a中副线圈上的电流为

故C正确；

D．图a中原副线圈的匝数比为

故D正确。

故选CD。

6. 下列说法正确的是（　　）

A. 温度越高的物体，其内能也越大

B. 理想气体在绝热膨胀过程中，其内能可以不变

C. 恒温池中，将玻璃杯倒扣着缓慢从空气中压入池底，将玻璃杯中的空气视为理想气体，则玻璃杯中的气体分子平均速率不变，并且将吸收热量

D. 两个分子从相距最近开始相互远离的过程中（在分子间作用范围内）分子间的引力在不断减小，分子间的势能也不断减小

【答案】B

【解析】

【详解】A．温度越高物体内能不一定越大，内能还与质量、体积等有关，A错误；

B．当理想气体向真空绝热膨胀时，其内能不变，B正确；

C．当杯子缓慢下降时，里面气体温度不变，内能不变，但气体被压缩，根据热力学第一定律

需要放出热量，C错误；

D．如图

两分子在远离过程中，分子引力和斥力都在减小，但先表现为斥力做正功后表现为引力做负功，分子势能先减小后增大，D错误。

故选B。

7. 如图为洛伦兹力演示仪的结构图，励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直。电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁感应强度可通过励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是（　　）

A. 仅增大电子枪的加速电压，电子束径迹的半径变小

B. 仅增大电子枪的加速电压，电子做圆周运动的周期变大

C. 仅增大励磁线圈的电流，电子束径迹的半径变小

D. 同时增大电子枪的加速电压和励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期可能不变

【答案】C

【解析】

【详解】AB．根据电子所受洛伦兹力的方向结合右手定则判断励磁线圈中电流方向是顺时针方向，电子在加速电场中加速，由动能定理有

电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有

解得

周期为

可知增大电子枪加速电压，电子束的轨道半径变大，周期不变，故AB错误；

C．同理可得增大励磁线圈中的电流，电流产生的磁场增强，则电子束的轨道半径变小，故C正确；

D．同时增大电子枪加速电压和励磁线圈的电流，电流产生的磁场增强，根据，可知电子做圆周运动的周期变小，故D错误。

故选C。

8. 大小相同、带异种电荷的小球A、B静止在光滑的水平地面上，带电荷量，质量，开始时两球相距。现将两球由静止释放，两球相向运动，一段时间后发生弹性碰撞，假设碰撞瞬间电荷量立即发生转移，下列说法正确的是（　　）

A. 碰前瞬间A球的速度是B球速度的2倍

B. 碰撞点到A球的出发点的距离为

C. 碰后瞬间，两球的速度方向可能相同

D. 碰后A球和B球能同时回到出发点

【答案】D

【解析】

【详解】A．A、B两球受到的库仑力等大反向，根据可知在任意时刻均有

且两球都是从静止开始同时运动，根据可得碰前瞬间

故A错误；

B．由可得，A、B两球位移之比等于加速度之比，为1:2，又开始时两球相距，则碰撞点到A球的出发点的距离为，故B错误；

C．根据动量守恒定律知，碰前A、B的总动量为0，碰后的总动量也为0，因此A、B的速度方向一定相反，故C错误；

D．碰撞后，A、B所带电荷量先中和，后平分，A、B间的库仑力变为斥力，二者受到的库仑力仍等大反向，因此任意时刻均有

两球能同时回到出发点，故D正确。

故选D

二、多选题（本大题共4小题，共20分）

9. 如图甲所示，轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，一质量为的小球，从离弹簧上端高处由静止释放。某同学在研究小球落到弹簧上后继续向下运动到最低点的过程，他以小球开始下落的位置为原点，沿竖直向下方向建立坐标轴，作出小球所受弹力大小随小球下落的位置坐标的变化关系如图乙所示，不计空气阻力，重力加速度为，以下判断正确的是（　　）

A. 小球动能的最大值为

B. 最低点的坐标为

C. 小球受到的弹力最大值大于

D. 当，重力势能与弹性势能之和最小

【答案】CD

【解析】

【详解】A．小球开始做自由落体运动，与弹簧接触后先做加速度减小的加速运动，当重力和弹力等大时，加速度为零，速度最大，之后做加速度增大的减速运动，直到最低点。当时，弹力等于重力，动能最大，根据机械能守恒可知

A错误；

BC．和两点关于点对称，根据运动的对称性可知，小球运动到点速度不为零，该点不是最低点，因此最低点大于，最低点时小球受到的弹力大于，B错误，C正确；

D．当时，弹力等于重力，动能最大，根据机械能守恒可知，此时重力势能和弹性势能之和最小，D正确。

故选CD。

10. 下列四幅图为光的相关现象，关于它们说法正确的是（　　）

A. 图甲为、两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样，在同种均匀介质中，光的传播速度比光的大

B. 图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小

C. 图丙为薄膜干涉示意图，两玻璃板的中间一端用薄片垫起，构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果

D. 图丁中，用自然光照射透振方向（箭头所示）互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮

【答案】AC

【解析】

【详解】A．根据光的干涉条纹间距公式

a光的干涉条纹比光的宽，所以，，在同种均匀介质中，光的传播速度比光的大，A正确；

B．光导纤维的原理是利用光的全反射，根据全反射的条件是从光密介质射向光疏介质，所以内芯的折射率比外套的折射率大，B错误；

C．两玻璃板的中间一端用薄片垫起，构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，C正确；

D．图丁用自然光照射透振方向（箭头所示）互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，光屏没有光斑，没有亮线，D错误。

故选AC。

11. 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)：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一

B. 图(乙)：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的

C. 图(丙)：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子

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】AB

【解析】

【详解】A．图(甲)为黑体辐射的实验规律，为了解释这一实验规律，提出能量子概念，选项A正确；

B．图(乙)为氢原子的能级图，氢原子处于不同能级间跃迁时辐射或吸收一定频率的光子，所以原子发射光子的频率也是不连续的，选项B正确；

C．图(丙)是α粒子散射实验结果，证明了原子的核式结构，选项C错误；

D．图(丁)是电子束通过铝箔后的衍射图样，说明了电子的波动性，选项D错误。

故选AB。

12. 如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中（　　）

A. PQ中电流先减小后增大

B. PQ两端电压先减小后增大

C. PQ上拉力的功率先减小后增大

D. 线框消耗的电功率先减小后增大

【答案】AC

【解析】

【详解】A．导体棒由靠近ad边向bc边匀速滑动的过程中，产生的感应电动势E=BLv，保持不变，外电路总电阻先增大后减小，由欧姆定律分析得知PQ中的电流先减小后增大，故A正确；

B．PQ中电流先减小后增大，PQ两端电压为路端电压，由U=E-IR，可知PQ两端电压先增大后减小，故B错误；

C．导体棒匀速运动，PQ上外力的功率等于回路的电功率，而回路的总电阻R先增大后减小，由，分析得知，PQ上拉力的功率先减小后增大，故C正确。

D．线框作为外电路，总电阻最大值为

则导体棒PQ上的电阻始终大于线框的总电阻，当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小，根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知，当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大，所以可得线框消耗的电功率先增大后减小，故D错误。

故选AC。

三、实验题（本大题共2小题，共15分）

13. 用伏安法测量金属丝的电阻Rx（阻值约为5Ω），实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材：

电流表A1（量程0~0.6A，内阻约0.1Ω）；

电流表A2（量程0~3A，内阻约0.01Ω）；

电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ）；

电压表V2（量程0~15V，内阻约20kΩ）；

滑动变阻器R（0~20Ω）；

电源E（电动势为3.0V，内阻不计）。

（1）为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选___________，电压表应选___________；

（2）根据所选用的实验器材，应选用以下哪个电路图进行实验？___________

【答案】    ①. A1    ②. V1    ③. 甲

【解析】

【详解】（1）[1]由于电源电动势为3.0V，而待测电阻阻值约为5Ω，则回路中的最大电流为0.6A，而实际电流表测得的电流比0.6A要小，为了操作方便，故电流表选用0~0.6A的量程，即电流表A1；

[2]由于电源电动势为3.0V，故电压表选择V1，方便读取数据，减小实验误差；

（2）[3]由题可知

即Rx为小电阻，选用外接法。

故选甲。

14. 实验小组的同学做“验证机械能守恒定律”的实验。量角器中心O点和细线的一个端点重合，并且固定好；细线另一端系一个小球，当小球静止不动时，量角器的零刻度线与细线重合，在小球所在位置安装一个光电门。实验装置如图所示。本实验需要测的物理量有：小球的直径d，细线长度L，小球通过光电门的时间Δt，小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角为θ。

（1）用螺旋测微器测量小球的直径为d，其中一次测量的示数如图所示，则该次金属丝直径的测量值d= ___________mm；

（2）小球通过光电门的时间为Δt，若在实验误差允许的范围内，满足___________，即可验证机械能守恒定律（用题给字母表示，当地重力加速度为g）；

（3）通过改变小球由静止释放时细线与竖直方向的夹角θ，测出对应情况下，小球通过光电门的速度v，为了直观地判断机械能是否守恒，应作___________图像。

【答案】    ①. 1.384    ②.     ③.

【解析】

【详解】（1）[1]螺旋测微器的读数为固定刻度读数与可动刻度读数之和，故图示金属丝的直径为

（2）[2]若在实验误差允许的范围内，机械能守恒，则

即

（3）[3]根据题意

所以

故应该作v2-cosθ的图像，一条倾斜直线。

四、计算题（本大题共3小题，共33分）

15. 如图所示，在xOy坐标系的第一象限内存在匀强磁场。该匀强磁场的磁感应强度为B，一带电粒子在P点以与x轴正方向成60的方向垂直磁场射入，并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为m、电荷量为q，OP=a。不计重力。求：

（1）带电粒子在磁场中运动的速率；

（2）带电粒子在磁场中运动的时间。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）粒子恰好垂直于y轴射出磁场，其运动轨迹的圆心一定在y轴上，如图所示。

由几何关系知粒子运动的半径为

   ①

设带电粒子在磁场中运动的速率为v,根据牛顿第二定律有

   ②

联立①②解得

   ③

（2）粒子在磁场中运动的周期为

   ④

粒子在磁场中转过的圆心角为120°，则粒子在磁场中运动的时间为

   ⑤

16. 竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场，其电场强度为E。在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，此时小球到右板的距离为b，如图所示。已知重力加速度为g，请问：

（1）小球所带电荷量是多少？

（2）若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）设小球所带电荷量为q，根据平衡条件有

解得

（2）若剪断丝线，小球做匀加速直线运动，在垂直于金属板方向的分加速度大小为

根据运动学公式可得小球碰到金属板所需时间为

17. 首钢滑雪大跳台（如图甲所示）又称“雪飞天”，是北京2022年冬奥会自由式滑雪和单板滑雪比赛场地，谷爱凌和苏翊鸣在此圆梦冠军。为研究滑雪运动员的运动情况，建立如图乙所示的模型。跳台滑雪运动员从滑道上的A点由静止滑下，从跳台O点沿水平方向飞出。已知O点是斜坡的起点，A点与O点在竖直方向的距离为h，斜坡的倾角为θ，运动员的质量为m。重力加速度为g。不计一切摩擦和空气阻力。求：

（1）运动员经过跳台O时的速度大小v；

（2）从离开O点到落在斜坡上，运动员在空中运动的时间t；

（3）从离开O点到落在斜坡上，运动员在空中运动的过程中动量的变化量。

【答案】（1）；（2）；（3），方向竖直向下

【解析】

【详解】（1）运动员从A点滑到O点，根据机械能守恒定律

解得

（2）运动员从O点到斜坡上，根据平抛运动规律

，，

解得

（3）运动员从O点到斜坡上，设动量变化量为，根据动量定理

可得运动员的动量变化量大小为

方向竖直向下