湖北省宜荆荆随恩2023-2024学年高二上学期12月联考物理试卷（解析版）

这是一份湖北省宜荆荆随恩2023-2024学年高二上学期12月联考物理试卷（解析版），共18页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题的作答， 将静置在地面上，质量为M等内容，欢迎下载使用。

考试时间：2023年12月19日上午10：30-11：45试卷满分：100分
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号、考场号、座位号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40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，第8~10题有多项符合题目要求。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 把一支弹簧枪水平固定在小车上，小车放在光滑水平地面上，枪射出一颗子弹的过程中，关于枪、弹、车，下列说法正确的是（ ）
A. 枪和弹组成的系统动量守恒
B. 枪和车组成的系统动量守恒
C. 枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，可以忽略不计，故二者组成的系统动量近似守恒
D. 枪、弹、车三者组成的系统动量守恒
【答案】D
【解析】
【详解】枪和子弹组成的系统，由于小车对枪有外力，枪和弹组成的系统外力之和不为零，所以动量不守恒，故AC错误；枪和小车组成的系统，由于子弹对枪有作用力，导致枪和车组成的系统外力之和不为零，所以动量不守恒，故B错误；小车、枪和子弹组成的系统，在整个过程中所受合外力为零，系统动量守恒，故D正确；
2. 如图，长方形线框放在直线电流附近，线框与通电直线共面，当直线电流突然增强时，则下列表述正确的是（ ）

A. 线框中会产生与标注的电流方向相同的感应电流
B. 线框四条边都受安培力作用，它们的合力方向向右
C. 和边所受安培力大小相等，方向相同
D. 线框四条边都受安培力作用，它们的合力为零
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据楞次定律可知，当直线电流突然增强时，穿过线圈的磁通量向里增加，则线框中会产生与标注的电流方向相反的感应电流，选项A错误；
BCD．线框处在垂直纸面向里的磁场中，线框四个边都受安培力作用，所在处的磁场相同，电流方向相反，故所受的合力为零，所受安培力向右，所受安培力向左，但离导线越远磁场越弱，所以所受的合力向右，故B正确， CD错误。
故选B。
3. 如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度大小为B0。使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流．现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】设半圆弧的半径为L，导线框的电阻为R，当从静止开始绕过圆心O以角速度ω匀速转动时，根据转动切割感应电动势公式得：线框中产生的感应电动势大小为
由欧姆定律得感应电流为
当线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化时，根据法拉第电磁感应定律得
又
根据欧姆定律得感应电流为
由题设知
于是得
解得，故选C。
4. 将静置在地面上，质量为M（含燃料）的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】在不考虑重力和空气阻力影响的情况下，火箭及燃料气体系统在点火喷气过程中动量守恒，设喷气后火箭获得的速度为v，并以v的方向为正方向，根据动量守恒定律有
解得
故D正确，ABC错误。
故选D。
5. 如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd沿纸面由位置1匀速运动到位置2。则（ ）
A. 导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B. 导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C. 导线框离开磁场时，受到安培力方向水平向右
D. 导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
【答案】D
【解析】
【详解】AD．导线框进入磁场时，cd边切割磁感线，由右手定则可知，电流方向为a→d→c→b→a，这时由左手定则可判断cd边受到的安培力方向水平向左，A错误，D正确；
BC．在导线框离开磁场时，ab边处于磁场中且在做切割磁感线运动，同样用右手定则和左手定则可以判断电流的方向为a→b→c→d→a，这时安培力的方向仍然水平向左，BC错误。
故选D。
6. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如左图所示。这台加速器由两个铜质形盒构成，其间留有空隙（窄缝），放在真空里，两个形盒之间加有如右图所示的交流电，加速正离子，从中心处A释放。下列说法正确的是（ ）
A. 离子从电场中获得能量，交流电压的周期就是粒子在磁场中运动的周期
B. 在时刻释放的离子由加速器加速后获得的动能最大
C. 若时刻释放的离子能被加速，则在时刻释放的离子就不能被加速
D. 离子从D形盒射出时动能大小只与匀强磁场的强弱有关
【答案】A
【解析】
【详解】A．离子在电场中被加速获得动能，加速电场的周期与离子在形盒中运动的周期相同，与速度无关，选项A正确；
C．因为加速器的出口已设定，粒子的旋转方向只能是逆时针，加速电压的方向不同，粒子初始运动方向不同，但在磁场中的旋转方向是一样的，所以仍可加速，即若时刻释放的离子能被加速，则在时刻释放的离子仍能被加速，选项C错误；
BD．因
所以
因此离子从形盒射出时的动能与加速电场的电压无关，只与有关，选项BD错误。
故选A。
7. 如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，经过Δt时间从C点射出磁场，OC与OB成600角．现将带电粒子的速度变为v/3，仍从A点沿原方向射入磁场，不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】试题分析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，据牛顿第二定律有，解得粒子第一次通过磁场区时的半径为，圆弧 AC所对应的圆心角∠ AO′ C＝60°，经历的时间为（ T为粒子在匀强磁场中运动周期，大小为，与粒子速度大小无关）；当粒子速度减小为 v/3后，根据知其在磁场中的轨道半径变为 r/3，粒子将从 D点射出，根据图中几何关系得圆弧 AD所对应的圆心角∠ AO″ D＝120°，经历的时间为．由此可知B项正确．
考点：带电粒子在匀强磁场中的运动
8. 如图甲所示，一质量为m1的薄木板（厚度不计）静止在光滑水平地面上，现有一质量为m2的滑块以一定的水平初速度v0，从木板的左端开始向木板的右端滑行，滑块和木板的水平速度大小随时间变化的情况如图乙所示，根据图象可知以下判断正确的是（ ）
A. 滑块始终与木板存在相对运动
B. 滑块未能滑出木板
C. 滑块的质量m2大于木板的质量m1
D. 在t1时刻，滑块从木板上滑出
【答案】ACD
【解析】
【详解】滑块以水平初速度v0滑上木板，滑块减速，木板加速，滑块和木板的加速度的大小分别为
a2＝＝μg
a1＝
由题图乙可知，滑块的速度一直大于木板的速度，即两者之间始终存在相对运动，在t1时刻，滑块滑出木板，各自做匀速直线运动。由题图乙分析可知，图像的斜率等于加速度，则
a2＜a1
即
μg＜
则
m1＜m2
故选ACD。
9. 如图所示，间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中．现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q.下列说法正确的是( )
A. 金属棒在导轨上做匀减速运动
B. 整个过程中电阻R上产生的焦耳热为mv20/4
C. 整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为qR/BL
D. 整个过程中金属棒克服安培力做功为mv20/2
【答案】BD
【解析】
【详解】金属棒在整个运动过程中，受到竖直向下的重力，竖直向上的支持力，这两个力合力为零，受到水平向左的安培力，金属棒受到的合力为安培力；
A、金属棒受到的安培力，金属棒受到安培力作用而做减速运动，速度v不断减小，安培力不断减小，加速度不断减小，故金属棒做加速度逐渐减小的减速运动，故A错误；
B、整个过程中由动能定理可得：，金属棒克服安培力做功为，克服安培力做功把金属棒的动能转化为焦耳热，由于金属棒电阻与电阻串联在电路中，且阻值相等，则电阻R上产生的焦耳热,故BD正确；
C、整个过程中感应电荷量为：，又
联立得：，故金属棒的位移，故C错误．
10. 半径为右端开小口的导体圆环和长为的导体直杆，单位长度电阻均为。圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为。杆在圆环上以速度平行于直径向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心开始，杆的位置由确定，如图所示。则（ ）

A. 时，杆产生的电动势为
B. 时，杆产生的电动势为
C. 时，杆受的安培力大小为
D. 时，杆受的安培力大小为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．开始时刻，感应电动势
故A正确；
B．时，感应电动势
故B错误；
CD．依题意，杆的切割长度可表示为
此时回路中的电阻为
又
联立，可得时
同理，时
故C错误；D正确
故选AD。
二、非选择题：本题共5小题，共60分。
11. 某兴趣小组欲通过测定工业污水（含多种重金属离子）的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准（一般工业废水电阻率的达标值）。如图1所示为该同学所用盛水容器，其左、右两侧面为金属薄板（电阻极小），其余四面由绝缘材料制成，左右两侧带有接线柱，容器内表面长，宽，高。将水样注满容器后，进行以下操作：
（1）小组合作设计了欧姆表，原理如图，其中电流表的满偏电流为，内阻，调零电阻最大阻值，串联的固定电阻，电池电动势，用它测量电阻，能准确测量的阻值范围是____________。
A． B． C．
（2）用实验室里的多用电表欧姆挡的“”、“”两挡粗测水样的电阻值时，表盘上指针分别如图2所示，则所测水样的电阻约为____________。
为更精确地测量所取水样的电阻，该小组从实验室中找到如下实验器材：
A．电流表（量程，电阻为）
B．电压表（量程，电阻约为）
C．滑动变阻器（，额定电流）
D．电源（，内阻约为）
E．开关一只、导线若干
请在实物图3中完成电路连接____________。
（3）正确连接电路后，闭合开关，测得一组数据；再调节滑动变阻器，重复上述测量步骤，测出一系列数据如表所示，已在如图所示的坐标纸中作出了关系图像。
（4）由以上测量数据可以求出待测水样的电阻率为____________。据此可知，所得水样在电阻率这一指标上____________（选填“达标”或“不达标”）。
【答案】 ①. B ②. ③. 见解析图 ④. 137.2 ⑤. 不达标
【解析】
【详解】（1）[1]当红、黑表笔短接调零时
整理，可得
又
解得
使用欧姆表读数时在中值电阻左右读数最为准确，所以能准确测量的阻值范围是。
故选B。
（2）[2]由图2可知，选多用电表欧姆挡的“”时，指针在中央刻线附近，误差较小，则所测水样的电阻约为。
[3]因为要精确测量电阻值，需要电路中电压有较大的变化范围，而滑动变阻器阻值又远小于待测电阻，所以连线时滑动变阻器要用分压式接法；又因为电流表内阻已知，则采用电流表内接法，电路连接如图所示。
（4）[4][5]由图像斜率可知，总电阻为
又
根据电阻定律
代入数据得
小于，故不达标。
12. 宜昌是相杪之都。是某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的相橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势和内阻，并探究电极间距对和的影响，实验器材如下实物图所示。
①测量和的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压和流过电源的电流，依据公式____________，利用测量数据作出图像，得出和。
②可将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，某同学在实物图中连接电路如图1所示。
③实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的图像如图2中（a）、（b）、（c）、（d）所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势____________（填“增大”“减小”或“不变”），电源内阻____________（填“增大”“减小”或“不变”）。
曲线（c）对应的电源电动势____________，内阻____________，当外电路总电阻为时，该电源的输出功率____________。（均保留三位有效数字）
【答案】 ①. ②. 不变 ③. 增大 ④. 0.975 ⑤. 478 ⑥. 0.268
【解析】
【详解】①[1]由闭合电路欧姆定律
可得
③[2][3]由图像可以看出，减小铜片与锌片间距，纵轴截距不变，即电源电动势不变，由于图像的斜率随两电极间距离减小而增大，根据
可知电源内阻逐渐增大。
[4][5]对于曲线（c），与纵轴交点，即为电源电动势，根据
可得
[6]当时，根据
可得
13. 在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A和B，两者相距为d。现给A一初速度，使A与B发生弹性正碰，碰撞时间极短：当两木块都停止运动后，相距仍然为d。已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ，B的质量为A的2倍，重力加速度大小为g。求A的初速度的大小。
【答案】
【解析】
【详解】设物块A的初速度为，运动距离d的速度为v，A、B碰后的速度分别为v1、v2，运动的距离分别为x1、x2，由于A、B发生弹性正碰，时间极短，所以碰撞墙后动量守恒，动能守恒，有
①
②
①②联立解得
③
④
A、B与地面的动摩擦因数均为，有动能定理得
⑤
⑥
由题意知
⑦
再由
⑧
联立③至⑧式解得
⑨
另解：由牛顿第二定律得
，⑤
所以A、B的加速度均为
⑥
A、B均做匀减速直线运动
对A物体有：碰前
⑦
碰后∶A物体反向匀减速运动
⑧
对B物体有
⑨
由题意知
⑩
②③⑤⑦⑧⑨联立解得

将上式带入⑥解得
14. 如图所示，质量为的导体棒，垂直放在相距为的平行光滑金属导轨上，导轨平面与水平面的夹角为，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。左侧是水平放置、间距为d的平行金属板，和分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻，重力加速度为，忽略平行金属板的充电电流。
（1）调节，释放导体棒，当导体棒沿导轨匀速下滑时，求通过导体棒的电流及导体棒的速率。
（2）改变，待导体棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为、带电荷量为的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的。

【答案】（1）；；（2）
【解析】
【详解】（1）对匀速下滑的导体棒进行受力分析如图所示。

导体棒所受安培力
导体棒匀速下滑，所以
联立，解得
导体棒切割磁感线产生感应电动势
由闭合电路欧姆定律得
且
所以
联立，解得
（2）由题可知，其等效电路图如图所示。

由图知，平行金属板两板间的电压等于两端的电压。设两金属板间的电压为，因为导体棒匀速下滑时的电流仍为，所以由欧姆定律知
要使带电的微粒匀速通过，则
联立，解得
15. 如图甲所示，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B．让质量为m，电荷量为q（q＞0）的粒子从坐标原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到磁场中．不计重力和粒子间的影响．
（1）若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好能经过x轴上的A（a，0）点，求v1的大小；
（2）已知一粒子的初速度大小为v（v＞v1），为使该粒子能经过A（a，0）点，其入射角θ（粒子初速度与x轴正向的夹角）有几个？并求出对应的sinθ值；
（3）如图乙，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射．研究表明：粒子在xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的 y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关．求该粒子运动过程中的最大速度值vm．
【答案】⑴；⑵两个 sinθ=；⑶＋．
【解析】
【详解】试题分析：(1)当粒子沿y轴正向入射，转过半个圆周至A点，半径R1＝a/2
由运动定律有
解得
(2)如右图所示，O、A两点处于同一圆周上，且圆心在
x＝的直线上，半径为R，当给定一个初速率v时，
有2个入射角，分别在第1、2象限．
即 sinθ′＝sinθ＝
另有
解得 sinθ′＝sinθ＝
(3)粒子在运动过程中仅电场力做功，因而在轨道的最高点处速率最大，用ym表示其y坐标，由动能定理有 qEym＝mv－mv
由题知 vm＝kym
若E＝0时，粒子以初速度v0沿y轴正向入射，有 qv0B＝m
在最高处有 v0＝kR0
联立解得
考点：带电粒子在符合场中的运动；动能定理．2.0
3.8
6.8
8.0
10.2
11.6
0.73
1.36
2.20
2.89
3.66
4.15