江苏省南菁高级中学2023-2024学年高二上学期期末模拟测试物理试题

这是一份江苏省南菁高级中学2023-2024学年高二上学期期末模拟测试物理试题，共11页。试卷主要包含了单选题， 非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.“4G改变生活，5G改变社会”。现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘，关于电磁波下列说法正确的是( )
A. 赫兹首先预言了电磁波的存在
B. 5G信号比4G信号在真空中的传播速度更大
C. 划亮一根火柴，就形成了电磁波
D. 空间只要有变化的电场存在，就一定能形成电磁波
2.如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ=60∘，线圈平面面积为S，共有n匝，空间存在区域无限大的磁场，磁感线竖直向下，磁感应强度的大小为B，设此时穿过线圈的磁通量为正，下列说法正确的是( )
A. 通过线圈的磁通量为12nBS
B. 若线圈以cd为轴逆时针转过60∘，通过线圈的磁通量为BS
C. 若线圈以cd为轴顺时针转过30∘，通过线圈的磁通量为BS
D. 若线圈以cd为轴顺时针转过120∘，通过线圈磁通量的变化量为12BS
3.某同学使用不同波长的单色光a、b进行双缝干涉实验，观察到实验现象，分别如图甲、乙所示。光速c=3×108m/s，下列说法正确的是
A. 单色光a的波长小于单色光b的波长
B. 若单色光a通过双缝到达中央亮条纹左边第2条亮条纹上点P的光程差为1.2×10−6m，则a光的频率为4.5×1014Hz
C. 利用透明薄膜检查元件平整度是利用光的干涉现象
D. 用单色光a照射单缝装置有明显的衍射现象，则单色光b通过同一装置一定会观察到明显的衍射现象
4.某同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中，将直流电源、滑动变阻器、线圈A(有铁芯)、线圈B、灵敏电流计及开关按图连接成电路．在实验中，该同学发现开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向右偏．由此可以判断，在保持开关闭合的状态下，下列说法正确的是( )
A. 当线圈A拔出时，灵敏电流计的指针向右偏
B. 当线圈A中的铁芯拔出时，灵敏电流计的指针向左偏
C. 当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，灵敏电流计的指针不偏转
D. 当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，灵敏电流计的指针向左偏
5.如图甲为一波源的共振曲线，图乙表示该波源在共振状态下的振动形式沿x轴正方向传播过程中形成的机械波在t=0时刻的波形曲线，P是平衡位置在x=1.0m处的质点，Q是平衡位置在x=4.0m处的质点，则下列说法正确的是
A. 图甲中，若驱动力周期变大，共振曲线的峰将向频率f小的方向移动
B. 在t=2.5s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同
C. 质点Q的振动方程为y=10sin10πtcm
D. 从t=1s到t=2.5s，质点P通过的路程为30cm
6.下列说法正确的是( )
A. 红外线的光子能量比紫外线的大
B. 真空中红外线的传播速度比紫外线的大
C. 频率越高的振荡电路发射电磁波的本领越强
D. 变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
7.关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是( )
A. 一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关
B. 黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的
C. 随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加
D. 黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
8.如图所示，空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°，半径为R的扇形NBC。该柱体厚度为ℎ，即MN=DC=AB=ℎ。一束刚好覆盖ABNM面的单色光，以与该面成45°角的方向照射到ABNM面上。若只考虑首次入射到ABCD面上的光，则ABCD面上有光透出部分的面积为( )
A. πRℎ6B. πRℎ4C. πRℎ3D. 5πRℎ12
9.如图所示，在水平地面上，有两个用轻质弹簧相连的物块A和B，它们的质量均为m，弹簧的劲度系数为k，现将一个质量也为m的物体C从A的正上方一定高度处由静止释放，C和A相碰后立即粘在一起，之后在竖直方向做简谐运动。在简谐运动过程中，物体B对地面的最小弹力为mg3，则以下说法正确的是( )
A. 若C物体从更高的位置释放，碰后粘在一起向下运动速度最大的位置会更低
B. C和A相碰后立即减速向下运动
C. B对地面的最大弹力为17mg3
D. 简谐运动的振幅为7mg3k
10.如图，正方形abcd区域存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场，O、P分别为bc、cd边的中点。a点有一质子源，持续沿ad方向发射速率不同的质子。一段时间后，有些质子分别从b点、O点、P点射出，不计重力及质子间的相互作用，则( )
A. 从b点和O点射出的质子速率之比为2：1
B. 从P点和O点射出的质子速率之比为2：1
C. 从b点和O点射出的质子在磁场中运动的时间之比为2：1
D. 从O点和P点射出的质子在磁场中运动的时间之比为2：1
11.在水平力F的作用下质量为2 kg的物块由静止开始在水平地面上做直线运动，水平力F随时间t变化的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.1，g取10 m/s2。则( )
A. 6 s时物块的动能为零
B. 3 s时物块离初始位置的距离最远
C. 0 ∼ 6 s时间内合外力对物块所做的功为8 J
D. 0 ∼ 6 s时间内水平力F对物块所做的功为20 J
二、 非选择题:共5题,共56分.其中第12题~15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位.
12..（每空3分，共15分）根据单摆周期公式可以通过实验测量当地的重力加速度。如图甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆。
(1)用分度值为毫米的直尺测得摆线长，用游标卡尺测得摆球直径如图乙所示，读数为__________cm。。螺旋测微器读数为__________mm
(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的是____________。
A．摆线要选择细些的、长度不可改变、并且尽量长一些的
B．摆球尽量选择质量大些、体积小些的
C．为了使摆的周期大一些以方便测量，拉开摆球使摆线相距平衡位置有较大的角度
D．在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔Δt即为单摆周期T
(3)某同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T，画出L-T2图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图丙所示。利用图中A、B两点坐标表示当地重力加速度的表达式g＝____________。处理完数据后，该同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，这样__________(选填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算。
13.（9分）如图甲所示为一列水平向右传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，图示时刻波恰好传播到x=0.24m处。图乙是这列波上O点的振动图像。质点M的平衡位置坐标为x=1.20m。从该时刻开始计时，求：
(i)波的传播速度大小；
(ⅱ)质点M第一次到达波峰所需的时间；
(iii)质点M第一次到达波峰时通过的路程。
14. (8分)如图所示为厚度为d的足够大的透明树脂平板截面,点光源置于其左边界上P点处.已知平板对该光的折射率n=2,光在真空中的传播速度为c.不考虑光在平板中的多次反射,求:
(1) 光在平板中传播的最短时间.
(2) 从右侧观察到平板右边界上透光区域的面积.
15. (12分)如图所示xOy平面内,在x≤15 cm的区域内有沿x轴负方向的匀强电场,电场强度E=125 V/m.在以O'(25 cm,0 cm)为圆心、R=10 cm为半径的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=1×10-4 T,两区域边界相切于x轴上P点.一粒子源在y轴上某处沿y轴负方向发射比荷qm=5×1011C/kg的负电粒子,粒子的初速度v0=2.5×106 m/s,恰好从电场区域经切点P进入磁场区域,不计粒子重力.求:
(1) 粒子经过点P时的速度大小.
(2) 粒子源在y轴上的位置.
(3) 粒子在磁场中运动的时间.
16. (12分)如图所示,光滑固定弧形轨道末端水平,与地面上足够长的水平木板C的上表面等高、平滑对接,但不粘连.现将质量mA=2 kg的物块A从轨道上距末端高h=0.8 m处由静止释放,物块A滑上木板C后经过一定时间与C上另一物块B发生碰撞,碰撞时间极短,且碰后A、B粘在一起.已知开始时B、C均静止,B到C左端的距离d=118 m,B、C的质量mB=mC=1 kg,A、B与C间的动摩擦因数相同,μA=μB=0.3,C与地面间动摩擦因数μC=0.05.取g=10 m/s2,物块A、B均可视为质点,求:
(1) 物块A刚滑上木板C时的速度大小.
(2) 从A滑上C直至A、B发生碰撞所需的时间.
(3) 从释放A到三个物体最终均停止运动,全过程系统产生的摩擦热.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
真空中各种频率的电磁波的传播速度都相等，变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，电磁场由近及远的传播形成电磁波；根据对物理学史的掌握分析答题。
本题是一道基础知识，掌握麦克斯韦电磁场理论与物理学史即可解题，平时要注意基础知识的学习。
【解答】
A、麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
B、所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速c，所以5G信号和4G信号在真空中的传播速度相等，故B错误；
C、光是电磁波，划亮一根火柴产生了光，就形成了电磁波，故C正确；
D、均匀变化的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场不能产生电场，不能形成电磁波，空间有变化的电场存在不一定能形成电磁波，故D错误。
故选：C。
2.【答案】B
【解析】【分析】
线圈在匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量Φ=BS，B是磁感应强度，S是线圈内磁场的面积．当线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量Φ=0，若既不垂直，也不平行，则可将磁场分解成垂直与平行，根据Φ=BSsinα(α是线圈平面与磁场方向的夹角)即可求解．
注意磁通量是标量，没有方向，但是有正负，假设从正面穿过时磁通量为正，则从反面穿过时磁通量就为负。
【解答】A、通过线圈的磁通量为BScs60°=12BS，故A错误；
B、若线圈以cd为轴逆时针转过60∘，则线圈平面与磁场方向垂直，通过线圈的磁通量为BS，故B正确；
C、若线圈以cd为轴顺时针转过30∘，则线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量为0，故C错误；
D、若线圈以cd为轴顺时针转过120∘，则线圈平面与磁场方向垂直，并且磁感线从另一面穿过，通过线圈磁通量为−BS，则通过线圈磁通量的变化量为−BS−12BS=−32BS，故D错误。
故选B。
3.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了双缝干涉、薄膜干涉、单缝衍射，要掌握双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ，双缝干涉中第n级亮条纹对应的光程差为nλ。
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
【解答】A.由题图甲、乙可知a光的相邻条纹间距较大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=ldλ，可知λb<λa，A项错误；
B.若单色光a通过双缝到达中央亮条纹左边第2条亮条纹上点P的光程差为2λ，则a光波长λa=6×10−7m，a光频率为νa=cλa=5×1014Hz，B项错误；
C.利用透明薄膜检查元件平整度是利用光的干涉现象，C项正确；
D.因λb<λa，a光能发生明显的衍射现象，则b光不一定能发生明显的衍射现象，D项错误。
4.【答案】B
【解析】当线圈A拔出，或线圈A中的铁芯拔出时，均导致磁通量减小，因此电流计指针向左偏，故A错误，B正确；当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈产生感应电流，电流计指针都要发生偏转，故C错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则电路电流增大，穿过线圈的磁通量增大，因此灵敏电流计的指针向右偏，故D错误．所以B正确，ACD错误．
5.【答案】B
【解析】A.当驱动力频率等于物体的固有频率时产生共振，振幅最大，驱动力周期变大时，物体的固有频率不变，则振动曲线的峰不变，故A错误；
B.由图乙可得波长λ=8 m，由图甲可得周期T=1f=2 s，故波速v=λT=82m/s=4 m/s，根据波沿x轴正方向传播可得t=0 s时，质点P的位移为正，正沿y轴负方向运动，故经过t=2.5 s=114T，且t=2.5 s时，质点P的位移为负，远离平衡位置沿y轴负方向运动，加速度方向与y轴正方向相同，故B正确；
C.设Q质点的振动方程为y=Asin(2πTt+φ0)，t=0时，Q位于平衡位置并沿y轴正方向运动，故φ0=0，分别代入数据可得y=10sin(πt)cm，故C错误；
D.从t=1 s=12T，根据简谐运动的特点可知在t=1s时刻质点P的位置出现在与开始时关于x轴对称的位置上，此后质点P向上振动，可知从t=1s到t=2.5s，质点P不是从平衡位置或最大位移处开始振动，所以通过的路程不等于3A=30 cm ，故 D错误。
解决本题的关键知道受迫振动的频率等于驱动力的频率，当驱动力的频率等于固有频率时，发生共振，由此求出周期。另外对于D选项的判断，也可以使用波动方程，或使用波的图像来分析。
6.【答案】C
【解析】A.红外线的光子频率比紫外线的小，则能量比紫外线的小，故A错误；
B.电磁波在真空中的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度和紫外线相等，故B错误；
C.发射电磁波的本领就是单位时间内辐射出去的能量，频率越高，振荡电路向外发射电磁波的本领越大，故C正确；
D.均匀变化的电场会产生恒定的磁场，均匀变化的磁场会产生恒定的电场，故D错误；
故选：C。
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了黑体辐射；黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
【解答】
A.一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，故A错误；
B.黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，但并不是看起来是黑色的，故B错误；
CD.根据量子化的理论，黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确，D错误。
8.【答案】B
【解析】【分析】
作出两条特殊光线，一是从N或M点射入玻璃柱体的光线，二是在BC圆弧面上发生全反射的光线，有光透出的部分在这两条光线之间，然后根据几何关系求解．
根据光的折射、全反射原理在BC弧面上找到有光线透出的范围，然后依据几何关系求解．
【解答】
根据折射定律有：n=sinisinr，得sinr=sinin=sin45° 2=0.5，
折射角r=30°，即光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°。
过N的光线垂直入射到BC界面上点G射出，C到G之间没有光线射出；
越接近B的光线入射到BC界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大，
根据临界角公式：sinC=1n=1 2，可得临界角C=45°，
设BC界面上的临界点为E，此光线在NB界面上点F入射，
在三角形NEB中可求得NE与水平方向的夹角为： 180°−(120°+45°)=15°，
所以E到B之间没有光线射出，由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90°−(30°+15°)=45°=π4，
所以有光透出的部分的弧长为14πR，则ABCD面上有光透出部分的面积为S=14πRℎ，故ACD错误，B正确。
9.【答案】C
【解析】【分析】
根据平衡位置的特点得出物体速度最大所在的位置可判断；结合牛顿第二定律判断碰后的运动情况；先分析B求出B对地面的压力最小时弹簧的弹力，再以A、C组成的整体为研究对象，结合简谐振动的对称性求出此时弹簧的形变量；由振幅的定义求出振幅。
【解答】
A. AC碰后粘在一起向下运动速度最大的位置，即为AC处于平衡状态的位置，此时弹力等于AC的重力，即kx0=2mg，因此若C物体从更高的位置释放，碰后粘在一起向下运动速度最大的位置不变，故A错误；
B. C和A相碰前，对A有F弹=mg，C和A相碰后F弹<2mg，则AC先向下加速运动，当弹力等于重力之和时，加速度减为零，此时速度最大，以后两物体做减速运动，故B错误；
D.当弹力等于AC的重力时AC处于平衡状态，有kx0=2mg，解得平衡位置时弹簧的形变量为x0=2mgk处于压缩状态；当B对地面弹力最小时，对B分析，则有mg=mg3+kx故弹簧此时形变量x=2mg3k，此时弹簧处于伸长状态；故简谐运动的振幅为A=x0+x=2mgk+2mg3k=8mg3k，故D错误；
C.当AC运动到最低点时，B对地面的弹力最大；由对称性可知，此时弹簧的形变量为Δx=2x0+x=2×2mgk+2mg3k=14mg3k
此时弹力为F=kΔx=14mg3，B对地面的弹力为FN=F+mg=17mg3，故C正确；
故选C。
10.【答案】B
【解析】解：AB.设正方形边长为L，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有qvB=mv2R
解得v=qBRm
由几何关系可得Rb=L2
RO2=(L2)2+(L−RO)2
RP2=L2+(RP−L2)2
解得RO=58L
RP=54L
从b点和O点射出的质子速率之比为vbvO=RbRO=45
从P点和O点射出的质子速率之比为vPvO=RPRO=21
A错误，B正确；
CD.由几何关系结合数学知识可得θb=180°，θO=127°，θP=53°
根据t=θ2π⋅T可知从b点、O点和P点射出的质子在磁场中运动的时间之比为tb：tO：tP=180：127：53
CD错误；
故选：B。
根据几何知识解得不同速率的半径，结合洛伦兹力提供向心力可知速率之比；根据几何关系解得圆心角，可知运动时间之比。
本题考查带电粒子在磁场中的运动，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合几何关系可解得。
11.【答案】D
【解析】A. 物块与地面的滑动摩擦力为f=μmg=0.1×2×10N=2N
0∼3s ，根据动量定理有(F−f)t3=mv3
代入数据解得v3=3m/s
3s后水平力F反向，物块加速度为a=F+fm=4+22m/s2=3m/s2
物块做匀减速运动，运动时间为Δt=v3a=33s=1s
所以4s末速度为零，之后反向加速，物块加速度为a′=F−fm=4−22m/s2=1m/s2
6s末的速度为v6=a′(t6−t4)=1×(6−4)m/s=2m/s
6s末物块的动能为Ek6=12mv62=12×2×22J=4J，故A错误；
B.4s末速度为零，之后反向运动，所以4 s时物块离初始位置的距离最远，故 B错误；
C.0 ∼ 6 s时间内根据动能定理有W合=Ek6=4J，故C错误；
D. 0∼3s 内位移大小为x1=v32t3=32×3m=4.5m
3s∼4s 内位移大小为x2=v32(t4−t3)=32×(4−3)m=1.5m
4s∼6s 内位移大小为x3=v62(t6−t4)=22×(6−4)m=2m
0∼3s 、 4s∼6s 内水平力F做正功， 3s∼4s 内水平力F做负功， 0∼6s 内水平力F做的功为W=F(x1+x3−x2)=4×(4.5+2−1.5)J=20J，故D正确。
故选D。
12【答案】解析：(1)游标卡尺测得摆球直径读数为2 cm＋0.05 mm×10＝2.050 cm。
(2)摆线要选择细些的、长度不可改变、并且尽量长一些的，A正确；摆球尽量选择质量大些、体积小些的，以减小阻力的影响，B正确；为了使摆球做简谐运动，则摆角不应该大于5°，C错误；当摆球在最低点时开始计时，让摆球振动多次全振动，用振动的总时间t除以振动次数即为单摆周期T，D错误。
(3)根据T＝2πeq \r(\f(L,g))，解得L＝eq \f(g,4π2)T2，由图像可知eq \f(g,4π2)＝eq \f(LB－LA,TB2－TA2)，解得g＝eq \f(4π2LB－LA,TB2－TA2)，若在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，则图线的斜率不变，这样不影响重力加速度的计算。
答案：(1)2.050 0.380mm (2)AB (3)eq \f(4π2LB－LA,TB2－TA2) 不影响
13.(i) 0.6m/s ； (ii) 1.9s ； (iii)0. 15m。
【解析】(i)由图甲知波的波长为 λ=0.24m ，由图乙知波的周期为T=0. 4s，则波速大小为
v=λT=0.6m/s ；
(ii)质点M第一次到达波峰所需的时间就是初始时刻x=0. 06m处的质点的振动状态传到M点所需的时间，由波的图象可得，
Δx=1.20m−0.06m=1.14m ，
所需的时间为
t=Δxv=1.9s ；
(iii)由波的图象知，振幅A=0. 05m，从质点M起振到第一次到达波峰历时为
Δt=34T
所以质点M通过的路程为
s=3A=3×0. 05m=0. 15m。
14. (1) 光在平板中的传播速度v=cn(1分)
光垂直于界面传播时用时最短t=dv(1分)
解得t=dc(1分)
(2) 光在平板右侧边界处刚好发生全发射时,光路如图所示.
sinC=1n=22,
解得C=45°(2分)
透光区域为圆形,
半径为r=dtanC(1分)
透光面积为S=πr2=πd2(2分)
15. (1) 粒子经过电场时qExP=12mv2-12mv02(2分)
解得v=5×106 m/s(2分)
(2) 粒子在x方向上xP=12qEmt2
解得t=43×10-8 s(2分)
y方向上y=v0t=103 cm(2分)
(3) 粒子经P点时,速度与+x方向夹角满足
sinα=v0v=0.5,解得α=π6(1分)
在磁场中qvB=mv2r
解得r=mvqB=10 cm(2分)
因为r=R,所以PO'P1C为菱形,P1C与x轴平行,粒子经过P1时速度垂直于x轴.
粒子转过的角度为θ=π3
在磁场中运动的时间为t=θrv
解得t=2π3×10-8 s≈2.1×10-8 s(2分)
16. 解:(1) 物块A下滑时mAgh=12mAv02(2分)
解得v0=2gℎ=4 m/s(1分)
(2) A滑上C表面后加速度为aA=μAg=3 m/s2(1分)
设B、C相对静止,则a=μAmAg-μC(mA+mB+mC)gmB+mC
代入数据解得a=2 m/s2,a<μBg,故假设成立(2分)
A追上B,满足v0t-12aAt2-12at2=d
代入数据解得t=0.5 s(2分)
(3) A、B碰撞前vA=v0-aAt=2.5 m/s,vB=at=1 m/s
A、B碰撞过程mAvA+mBvB=(mA+mB)v(2分)
解得v=2 m/s(2分)
全过程系统产生的摩擦热为
Q=mAgh-12mAvA2+12mBvB2-12(mA+mB)v2(2分)
代入数据解得Q=15.25 J(2分)