北京市顺义区牛栏山第一中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题

这是一份北京市顺义区牛栏山第一中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题，共20页。试卷主要包含了单项选择题，实验题，论述等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题（共14个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意。）
1. 下列物理量中，属于矢量的是（ ）
A. 电场强度B. 电势C. 电势能D. 电动势
【答案】A
【解析】
【详解】矢量是既有大小又有方向的物理量，标量是只有大小没有方向的物理量，标量运算遵守代数加减法则
A．电场强度是矢量，故A正确；
BCD．电势、电势能、电动势是标量，故BCD错误。
故选A。
2. 真空中静止的带正电的点电荷，其电场线分布如图所示，A、B为同一条电场线上的两点。已知A、B两点的电场强度为、，电势为、，下列判断正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】AB．根据点电荷场强公式
可得
AB错误；
CD．根据顺着电场线方向电势降低可得
C错误，D正确。
故选D。
3. 如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况可能发生的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，故A不可能；
B．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，故B不可能；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角应大于入射角，故C不可能；
D．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，故D可能；
本题选可能的故选D。
4. 如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。下列判断正确的是（ ）
A. 这列机械波为纵波
B. 质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上
C. 质点Q从平衡位置开始振动时，其运动方向向下
D. 机械波传到Q时，质点P恰好振动了1个周期
【答案】B
【解析】
【详解】A．绳上各质点的位移方向与波的传播方向垂直，即质点的振动方向与波的传播方向垂直，所以这列机械波为横波，故A错误；
BC．质点Q的起振方向与波源的起振方向一样。波向右传播，质点Q从平衡位置开始振动时，起振方向是向上的，所以质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上，故B正确，C错误；
D．由图可知，机械波传到Q时，质点P恰好振动了1.5个周期，故D错误。
故选B。
5. 将弹簧振子从平衡位置拉开4cm后放开，同时开始计时，其振动图像如图所示，则（ ）。
A. 在0~0.1s内，振子正在做加速度增大的加速运动
B. 在0~0.1s内，振子的动能不断增大
C. 在0.1-0.2s内，振子速度方向沿轴正方向
D. 在0.4s内，振子振动的路程等于8cm
【答案】B
【解析】
【详解】AB．在0~0.1s内，振子从最大位移处向平衡位置运动，振子的位移在减小，由加速度公式可知，加速度在减小，因此振子正在做加速度减小的加速运动，速度不断增大，振子的动能不断增大，A错误，B正确；
C．在0.1-0.2s内，由题图可知，振子从平衡位置向负的最大位移处运动，则有振子速度方向沿轴负方向，C错误；
D．由题图可知，振子的振动周期为0.4s，振幅为4cm，因此振子在0.4s内的振动的路程等于4A=16cm，D错误。
故选B。
6. 如图所示的电路，灵敏电流计G和一个电阻箱R并联，改装成一个大量程的电表，下列判断正确的是（ ）
A. 改装成的是电流表，R越小量程越大B. 改装成的是电流表，R越大量程越大
C. 改装成的是电压表，R越小量程越大D. 改装成的是电压表，R越大量程越大
【答案】A
【解析】
【详解】AB．改装成了电流表，R越小分流能力越强，电流表量程越大，R越大分流能力越弱，电流表量程越小，故A正确，B错误；
CD．把电流计改装成电压表应给电流计串联一个分压电阻，串联电阻越大，电压表量程越大，由图示电路图可知，电流计与电阻R并联，改装成的是电流表，故CD错误。
故选A。
7. 在一条沿南北方向水平放置的导线下方，放一个可以自由转动的小磁针，如图所示。当导线接通向右的恒定电流时，观察到小磁针发生转动。下列判断正确的是（ ）
A. 小磁针N极将垂直纸面向外转动
B. 通电导线的磁场对小磁针的作用力使小磁针偏转
C. 将小磁针分别放置在导线上方和下方，小磁针静止时N极指向相同
D. 导线在水平面内沿任意方向放置，通电后都能让下方的小磁针转动
【答案】B
【解析】
【详解】AC．根据右手螺旋定则可得小磁针的位置磁场方向为垂直纸面向里，因为小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以此时N极将垂直纸面向里转动；同理当小磁针放置在导线上方时可得N极将垂直纸面向外转动，AC错误；
B．因为通电导线产生磁场对小磁针的作用力使小磁针偏转，B正确；
D．根据前面分析可得当导线垂直纸面，电流方向向外时，此时导线产生的磁场在小磁针处的方向与小磁针磁场方向相同，此时小磁针不会转动，D错误。
故选B。
8. 如图所示的U－I图像中，直线a为一个电源的路端电压与电流的关系，直线b是电阻R的电压与电流的关系。下列判断正确的是（ ）
A. 该电源电动势为3V
B. 该电源的内阻为2Ω
C. 该电阻R为2Ω
D. 若该电阻与电源连接成闭合电路，电源的输出功率为12W
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由闭合电路欧姆定律可得
a图线与纵轴交点表示电动势，图线斜率绝对值表示内阻，可得
A错误，B正确；
C．由电阻R的电压与电流的关系可得
C错误；
D．若该电阻与电源连接成闭合电路，a、b图像的交点即为电路的电流及电源输出电压，则电源的输出功率为
D错误。
故选B。
9. 研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。下列选项正确的是（ ）
A. 电容器带电前，只用带正电玻璃棒接触电容器a板，能使电容器带电
B. 电容器带电后，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小
C. 电容器带电后，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D. 电容器带电后，只将电容器b板向左平移，静电计指针的张角变小
【答案】A
【解析】
【详解】A．由于电容器带电量是某一极板的电量，再结合静电感应原理，可知，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，b板能感应出等量异种电荷，即能使电容器带电，故A正确；
B．将b板向上平移，正对面积S减小，根据
可知电容减小，根据
可知，当Q不变，电容减小则电势差增大，则静电计指针的张角变大，故B错误；
C．在极板之间插入有机玻璃板，介电常数增大，根据
电容增大，根据
可知，当Q不变，电容增大则电势差减小，则静电计指针的张角变小，故C错误；
D．将电容器b板向左平移，极板间距离d增大，根据
电容减小，根据
可知，当Q不变，电容减小则电势差增大，则静电计指针的张角变大，故D错误。
故选A。
10. 某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是( )
A. 一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器
B. 一个伏特表和多个定值电阻
C. 一个安培表和一个电阻箱
D. 两个安培表和一个滑动变阻器
【答案】D
【解析】
【详解】A中根据闭合回路欧姆定律可得，可测量多组数据列式求解，A正确；B中根据欧姆定律可得，测量多组数据可求解，B正确；C中根据欧姆定律可得，可测量多组数据列式求解，C正确；D中两个安培表和一个滑动变阻器，由于不知道滑动变阻器电阻，故无法测量，D错误；
【点睛】对于闭合回路欧姆定律的应用，一定要注意公式形式的变通，如本题中，，，结合给出的仪器所测量的值，选择或者变通相对应的公式，
11. 如图所示，单刀双掷开关S原来跟“2”相接，从t=0开始，开关改接“1”，一段时间后，把开关改接“2”，则流过电路中P点的电流I和电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】AD．从t＝0开始，开关接“1”电容器开始充电，由于电容器带电量越来越多，充电电流越来越小，最后减小到0，把开关改接“2”后，电容器通过电阻R放电，随电容器带电量越来越小，电流也会越来越小，最后电流减小到零，放电过程中电流的方向与充电过程中相反，因此AD错误；
AB．从t＝0开始，开关接“1”电容器开始充电，由于充电电流越来越小，电容器两板间的电压增加的越来越慢，最后达到稳定；把开关改接“2”后电容器通过R放电，由于放电电流越来越小，电容器两板间的电压减小的越来越慢，但整个过程中UAB始终为正值，C正确，B错误。
故选C。
12. 人们对手机的依赖性越来越强，有些人喜欢躺着看手机，经常出现手机砸到头部的情况。若手机质量为120g，从离人约20cm的高度无初速度掉落，砸到头部后手机未反弹，头部受到手机的冲击时间约为0.2s，取重力加速度g＝10m/s2；下列分析正确的是（ ）
A. 手机接触头部之前的速度约为1m/s
B. 手机对头部的冲量大小约为0.48
C. 手机对头部的作用力大小约为1.2N
D. 手机与头部作用过程中手机动量变化约0.48
【答案】B
【解析】
【详解】A．手机做自由落体运动，故手机接触头部之前的速度约为
v=m/s=2m/s
选项A错误；
C．手机落到头上后速度减为0，设头部对手机的作用力为F，因为手机落在头上没反弹，速度减为0，故由动量定理得
(F-mg)t=0-(-mv)
故解得F=2.4N，选项C错误；
B．根据力的作用是相互的，则手机对头部的作用力也是2.4N，作用时间是0.2s，故手机对头部的冲量大小为2.4N×0.2s=0.48Ns，选项B正确；
D．手机的动量变化量为
△p=mv=0.12kg×2m/s=0.24kgm/s
选项D错误。
故选B。
13. 质量为1kg的小球A以速率8m/s沿光滑水平面运动，与质量为2kg的静止小球B发生正碰后，A、B两小球的速率vA和vB可能为（ ）
A. vA=5m/sB. vA=4m/sC. vB=1m/sD. vB=3m/s
【答案】D
【解析】
【详解】取碰撞前A球的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
mAv0=mAvA+mBvB ①
碰前机械能
A．若vA=5m/s，代入①得
vB=1.5m/s
由于碰撞后A、B同向运动，A的速度大于B的速度不可能；若vA=-5m/s，则vB=7.5m/s 碰后机械能
大于碰前机械能；故A错误。
B．若vA=4m/s，代入①得 vB= 2m/s，由于碰撞后A、B同向运动，A的速度大于B的速度不可能，若vA=-4m/s，则vB=6m/s 碰后机械能
大于碰前机械能；故B错误。
C．若vB=1m/s，代入①得 vA=6m/s，由于碰撞后A、B同向运动，A的速度大于B的速度不可能，故C错误。
D．若vB=3m/s，代入①得 vA=2m/s碰撞后系统的总动能为
符合能量守恒定律，故D正确。
故选D。
14. 水切割又称水刀，即高压水射流切割技术，是一种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。因为其成本低，易操作，良品率又高，水切割逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。如图所示，若水柱的截面为S，水流以速度v垂直射到被切割的钢板上，之后速度减为零，已知水的密度为。则下列说法正确的是（ ）
A. 高压水枪的喷水功率为
B. 水柱对钢板的平均冲击力大小为ρSv
C. 减小水柱的截面S可以增大水对钢板冲力产生的压强
D. 若水流速度v增大到原来的2倍，可以使水对钢板冲力产生的压强增大到原来的4倍
【答案】D
【解析】
【详解】A．水枪单位时间内做功转化为水柱的动能为
Ek=mv2
m=ρSvt
故水枪的功率为
故A错误；
B．t时间内喷到钢板上的水的体积为
质量为
设水的初速度方向为正方向，由动量定理得
得
由牛顿第三定律可知水对钢板冲力为

故B错误；
CD．水对钢板冲力产生的压强为
减小水柱的截面S水对钢板冲力产生的压强不变；若水流速度v增大到原来的2倍，可以使水对钢板冲力产生的压强增大到原来的4倍，选项C错误，D正确；
故选D。
第二部分（实验、论述和计算题 共58分）
二、实验题（本题共2小题，共18分）
15. 在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验必须要求的条件是（ ）
A. 斜槽轨道必须是光滑的
B. 斜槽轨道末端的切线是水平的
C. 入射球每次都要从同一高度由静止滚下
D. 碰撞瞬间，入射球质量应小于被碰小球质量
【答案】BC
【解析】
【详解】ABC．在“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的运动规律求解碰撞前后的速度，实验需保证入射球每次碰撞前的速度相等，碰撞后做平抛运动，故斜槽轨道不需要光滑，斜槽轨道末端的切线是水平，入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故A错误，BC正确；
D．为防止入射球反弹，入射球质量应大于被碰小球质量，故D错误。
故选BC。
16. 某同学用游标卡尺测量一个圆柱形导体的长度，游标尺上有10等分刻度，测量示数如图甲所示；用螺旋测微器测量该导体的直径，测量示数如图乙所示。下列选项中正确表示读数结果的是（ ）
A. 甲 乙B. 甲 乙
C. 甲 乙D. 甲 乙
【答案】D
【解析】
【详解】游标卡尺为10等分度，则由主尺和游标尺读数可知
螺旋测微器测量导体的直径为
由于读数造成的偶然误差的存在，3.275mm~3.279mm皆可。
故选D。
17. 用多用电表粗测金属棒的阻值，当用“×10 Ω”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用___________挡（填“×1 Ω”或“×100 Ω”），换挡并进行一系列正确操作后，指针静止时如图所示，则金属棒的阻值约为___________Ω。
【答案】 ①. ×1Ω ②. 10.0
【解析】
【详解】[1]当用“×10Ω”挡时发现指针偏转角度过大，说明电阻值较小，所选倍率过大，应该减小倍率，故应换成“×1Ω”挡；
[2]欧姆表的读数为指针刻度与倍率的乘积，故图中所测金属棒的阻值为10.0Ω。
18. 在“用单摆测定重力加速度”的实验中：甲同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值，画出如图T2﹣L图象中的实线OM；乙同学也进行了与甲同学同样的实验，但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径，则该同学作出的T2-L图像为（ ）
A. 虚线①，不平行实线OMB. 虚线②，平行实线OM
C. 虚线③，平行实线OMD. 虚线④，不平行实线OM
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】根据单摆的周期公式得，，测量摆长时忘了加上摆球的半径，单摆的摆长L偏小，两图象的斜率相等，两图象应平行，且相同的T值时L偏小，则图象在T轴上有截距，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
19. 酒精检测仪是交警执法时通过呼气来检测司机饮酒多少的检测工具。现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”，即气敏电阻，气敏电阻的阻值随酒精气体浓度的变化而变化，下表显示了某气敏电阻的阻值随酒精气体浓度变化的情况。
为了较准确测量酒精气体浓度为0.35mg/ml时气敏电阻的阻值，实验室提供了如下器材：
A.电流表（量程，内阻约）
B.电流表（量程，内阻约）
C.电压表（量程，内阻约）
D.电压表（量程，内阻约）
E.滑动变阻器R（阻值范围，允许的最大电流）
F.待测气敏电阻
G.电源E（电动势，内阻r约）
H.开关和导线若干
（1）为了获得更多的数据使测量结果更准确，采用下列实验电路进行实验，较合理的是______。实验时电压表应选______，电流表应选______。（填器材前面的序号）
A. B.
C. D.
（2）甲图是测量的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据（1）问中所选的电路图，补充完成甲图中实物间的连线______。
（3）小明同学设计了一个测定气体酒精浓度的电路用来检测是否酒驾，如图所示，该电路只使用一个电压表，且正常工作时，被测气体酒精浓度若为0，则电压表指针满偏。使用一段时间后，电源电动势稍微变小，内阻稍微变大，则对于酒精气体浓度的测量值将______（选填“偏大”或“偏小”）。
【答案】 ①. A ②. C ③. A ④. ⑤. 偏大
【解析】
【详解】（1）[1]为了获得更多的数据使测量结果更准确，控制电路采用滑动变阻器分压接法，根据题中给出的数据的近似值有
即电流表的分压影响大，实验时应该排除电流表的分压影响，采用电流表外接法。
故选A。
[2]由于电源E的电动势，为了确保电压表的精度，选用量程，即电压表选择C。
[3]当电压表示数达到满偏时，通过气敏电阻电流的最大值近似为
为了确保电流表读数的精度，电流表选择量程，即电流表选择A。
（2）[4]根据（1）问中A电路图，补充实物间的连线如图所示
（3）[5]两端电压为
当电源电动势稍微变小，内阻稍微变大，则两端电压将变小。由于正常工作时，被测气体酒精浓度若为0，则电压表指针满偏。可知若使用一段时间后，电源电动势稍微变小，内阻稍微变大，则对于酒精气体浓度的测量值将偏大。
三、论述、计算题（本题共4小题，共40分，解答要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
20. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向肿瘤，杀死癌细胞。如图所示，真空中两平行金属板A、B之间的距离为d，两板间电压为U。来自质子源的质子，不计初速度，质量为m，电荷量为q，沿水平方向从A板上的小孔进入加速电场，经加速后从B板上的小孔穿出。质子的重力和质子间的相互作用力均可忽略。求：
（1）A、B两板间匀强电场的电场强度大小E；
（2）质子从A板运动至B板的过程中，静电力做的功W；
（3）质子从B板小孔射出时的速度，并据此提出增大质子速度的可行方案。
【答案】（1）；（2）；（3）方向水平向右，增大两平行金属板A、B之间的电压U
【解析】
【详解】（1）根据公式可得A、B两板间匀强电场的电场强度大小为
（2）静电力做的功为
（3）质子从A板运动至B板的过程中根据动能定理可得
解得
方向水平向右，因为质子的带电量和质量不变，所以要增大质子速度可增大两平行金属板A、B之间的电压U。
21. 光滑水平面上，质量为的小球A以的速度向右运动，与同向运动的速度为、质量为的半径相同的小球B发生正碰，碰撞后小球B以的速度运动。求：
（1）碰后A球的速度；
（2）碰撞过程中A球对B球的冲量大小；
（3）碰撞过程中A、B系统损失的机械能。
【答案】（1）2m/s；（2）4；（3）4J
【解析】
【分析】
【详解】（1）设碰前A球的速度为，B球的速度为，碰后的速度分别为，，以水平右为正方向，A、B小球组成的系统碰撞前后动量守恒，有
代入数据解得
即碰后A的速度为2m/s。
（2）碰撞前B球的动量
碰撞后B球的动量
由动量定理可知，碰撞中A求对B球的冲量大小等于B球的动量变化量，即
故碰撞过程中A球对B球的冲量大小为（或写成 也可以）
（3）碰撞过程中A、B系统损失的机械能为
代入数据解得
22. 为解释低温超导现象，1934年高特和卡西米尔提出了二流体模型。该模型认为，当温度降低至临界温度以下时，正常电子将有一部分“凝聚”为超导电子。正常电子在金属内定向移动时会与晶格发生碰撞，形成宏观上的电阻；而超导电子则与之不同，可以在晶格中自由穿行而不受阻力作用，表现为理想的导电性。
设一段横截面积为S的超导体中，超导电子的数密度为，质量为，所带电荷量为，定向移动速度为。
（1）根据电流的定义求超导电子所形成的超导电流；
（2）假设超导体内存在电场强度为E的电场。
①求超导电流随时间的变化率与E之间的关系；
②对于正常电子形成的电流I，根据欧姆定律证明，其中ρ为对应于正常电流的电阻率；
③请根据以上结论判断，在超导电流稳定的情况下超导体内是否会存在正常电流，并说明理由。
【答案】（1）；（2）①，②见解析，③不存在，见解析
【解析】
【详解】（1）时间内通过截面S的超导电子数目为
根据电流的定义
解得
（2）①由及可得
②根据欧姆定律，设导体长度为L，根据电阻定律
并结合
可得
③不存在，超导电流稳定即
由①可知
E＝0
进而由②可得
即不存在正常电流。
23. 能量在转化的过程中往往与做功密切相关，电容器充电过程中的功能关系同样如此。电容器不仅可以储存电荷，也是重要的储能器件。对电容为C的电容器（原来不带电）充电，如图1所示，已知电源的电动势为E。
（1）图2中画出了电容器两极间的电势差u随电荷量q的变化图像，在图中取一电荷量的微小变化量，请类比直线运动中由v－t图像求位移的方法，说明图中小阴影矩形的“面积”所表示的物理含义；并计算电容器电压为U时电容器储存的电能。
（2）请结合电动势的定义，求电容器充电过程中电源内部非静电力所做的功W；并与充电过程中电容器增加的电能相比较，说明两者“相等”或“不相等”的原因。
（3）电容器的电能是储存在电场中的，也称电场能。若定义单位体积内的电场能量为电场能量密度。某同学猜想应当与该处的场强的平方成正比，即。已知平行板电容器的电容，s为两极板的正对面积，d为极板间距，k为常数，两极板间为真空，板间电场可视为匀强电场。不计电容器电场的边缘效应。请以电容器内储存的电场能为例论证该同学的猜想是否正确。

【答案】（1）见解析，；（2），见解析；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）图中小阴影矩形的“面积”为
表示电源把的电荷从电容器的一个极板搬运到另一个极板的过程中克服电场力所做的功，也表示有的电源能量转化成了电能储存在电容器中。电容器电压为时，对应的图线和横轴所围成的面积表示电容器所储存的电能，即
（2）充电完成后，电压为，电容器上电荷量为
电源非静电力所做的功为
电容器增加的电能
可知
W与不相等。
（3）设平行板电容器的电荷量为，两极板间的电压为，板间电场的场强为，则有
，
，
得
所以该同学的猜想正确。酒精气体浓度（mg/ml）
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
阻值（Ω）
100
70
55
45
39
35
33
31
30