2024年高二上学期物理期末模拟卷02（人教版）

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注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试卷和答题卡上．
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用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6小题，每小题4分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求．
1．如图所示，质量为m 的小球在水平面内作匀速圆周运动，细线长L， 与竖直方向夹角为θ，线的拉力为F， 小球作圆周运动的角速度为ω， 周期为T， 在时间内质点所受合力的冲量大小为（ ）
A．0B．
C．2mωLsinθD．2mωL
【答案】 C
【解析】根据动量定理，则在时间内质点所受合力的冲量大小为
故选C。
2．向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，以下现象中物理原理与之相同的是（ ）
A．水面上的油膜在阳光下会呈现彩色花纹
B．洗衣机切断电源后会经历一个剧烈振动阶段
C．戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉
D．在站台上听驶来的火车汽笛声，感觉音调变高
【答案】 D
【解析】向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，该物理原理是多普勒效应；水面上的油膜在阳光下会呈现彩色花纹是薄膜干涉原理；洗衣机切断电源后会经历一个剧烈振动阶段，是共振现象；戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉，是光电偏振原理；在站台上听驶来的火车汽笛声，感觉音调变高，是多普勒效应。
故选D。
3．如图所示电路中，L是一电阻可忽略不计的自感线圈，a、b为L的左、右两端点，A、B、C为完全相同的三个灯泡。电源内阻忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A．闭合电键瞬间，A、B、C同时亮起，然后A灯逐渐熄灭
B．闭合电键稳定后，断开电键瞬间，自感电动势大于电源电动势
C．闭合电键稳定后，断开电键瞬间，a点电势高于b点
D．闭合电键稳定后，断开电键瞬间，A灯电流反向
【答案】 B
【解析】A．由于A灯与自感线圈L串联，因此，当闭合电键瞬间，B、C立即亮起，而由于自感线圈在闭合电键瞬间产生自感电动势，阻碍电流的通过，通过A灯的电流逐渐增大，因此A灯不会立即变亮，而是缓慢变亮，又因为自感线圈的电阻可忽略，因此当电路稳定后A灯所在支路的电流大于B、C两灯所在支路电流，即A灯比B、C两灯亮，故A错误；
BCD．闭合电键稳定后，断开电键瞬间，自感线圈会产生自感电动势，B、C所在支路的原电流瞬间消失，自感电动势大于电源电动势，线圈产生的自感电动势阻碍A灯中电流的减小，因此A灯中电流方向不变，并与B、C所在电路构成闭合回路，可知，流过自感线圈的电流从a到b，而外电路电流从b流向a，因此a点的电势低于b点的电势，故B正确，CD错误。
故选B。
4．如图所示，大气球质量为，载有质量为的人，静止在空气中距地面高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则绳长至少为（不计人的身高，可以把人看作质点）（ ）
A．B．C．D．
【答案】 D
【解析】设人的质量为m1，气球的质量为m2，系统所受重力与浮力平衡，合外力为零，根据动量守恒
人与气球运动的距离分别为
，
得
又
代入数据，绳长至少为
故选D。
5．如图所示，条形磁铁在斜面上始终保持静止状态，在其上方的水平导线L中通以如图所示的电流，当电流减小时，斜面对磁铁的弹力N和摩擦力f（ ）
A．N变小，f可能变小B．N变大，f可能变大
C．都变大D．都变小
【答案】 A
【解析】当导线通以图示电流时，根据左手定则判断可知，导线所受的安培力方向斜向左上下方，由牛顿第三定律得知，磁铁所受的反作用力斜向右下方。设安培力大小为，斜面的倾角为，磁铁的重力为G，安培力与斜面的夹角为β，在垂直斜面上有
当电流减小时，安培力减小，则可知弹力N变小。
在沿斜面方向上有：
若
即
当电流减小时，安培力减小，则可知摩擦力f变大；
若
即
当电流减小时，安培力减小，则可知摩擦力f变小；
故选A。
6．如图甲所示，O点为单摆的固定悬点，将力传感器接在摆球与O点之间，可测出细线对摆球的拉力大小F。现将摆球拉到A点，释放摆球，摆球将在竖直面内的A、C之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置，图乙表示拉力大小F随时间t变化的曲线，图中为摆球从A点开始运动的时刻，重力加速度g取10m/s。下列说法正确的是（ ）
A．单摆振动的周期为0.2πs
B．单摆的摆长为0.6m
C．摆球的质量为0.05kg
D．摆球运动过程中的最大速度为0.2m/s
【答案】 C
【解析】A．由乙图可知，单摆的周期为0.4πs，故A错误；
B．由单摆周期公式
带入数据得
故B错误；
CD．由乙图和牛顿运动定律得
在最高点
在最低点
从最高点到最低点，由动能定理得
联立解得
故C正确，D错误。
故选C。
二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
7．如图甲所示，光滑水平面上有a、b两个小球，a球向b球运动并与b球发生正碰后粘合在一起共同运动，其碰前和碰后的s-t图像如图乙所示.已知ma=5kg，若b球的质量为mb，两球因碰撞而损失的机械能为，则（ ）
A．B．C．D．
【答案】 AD
【解析】AB．由于s-t图像的斜率表示速度，所以碰撞前a球的速度为
b球的速度为0，碰撞后a、b两球的共同速度为
取碰撞前a球的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得
代入数据解得
故A正确，B错误；
CD．碰撞过程中系统损失的机械能为
故C错误，D正确。
故选AD。
8．2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（ ）
A．屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等
B．丙图样比乙图样中光的频率小
C．若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离将增大
D．若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现
【答案】 BCD
【解析】A．根据公式，屏上亮条纹处到双缝的距离与光的波长、双缝之间的距离有关，故A错误；
B．根据图乙和图丙可知，丙图的亮条纹间距更大，根据公式可知丙图样的光波长更大，则频率更短，故B正确；
C．根据上述分析可知，若只增大挡板与屏间的距离l，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将增大，故C正确；
D．在双缝干涉实验中，把其中一缝挡住，则发生单缝衍射，仍出现亮暗条纹，但亮暗条纹之间的间距不相等，故D正确；
故选BCD。
9．如图所示，劲度系数为k的轻弹簧下端悬挂一质量为M的圆盘，圆盘处于静止状态。现将质量为m的粘性小球自h高处由静止释放，小球与盘碰撞后瞬间结为整体，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．圆盘和小球碰后会以碰撞瞬间的位置作为平衡位置做简谐运动
B．圆盘做简谐运动的振幅大于
C．振动过程中圆盘的最大速度为
D．从碰后瞬时位置向下运动过程中，小球、圆盘与弹簧组成的系统势能先减小后增大
【答案】 BD
【解析】A．以小球和圆盘组成的系统为研究对象，系统做简谐运动，平衡位置处合外力应为零，而碰后瞬间，系统合外力不为零，故A错误；
B．上述分析可知，开始的位置不是最大位移处，开始时
球粘在盘子上一起静止的位置满足
所以从开始碰撞到平衡位置距离为
故振幅应大于，故B正确；
C．小球自h处静止释放，与盘发生完全非弹性碰撞，由动量守恒
由匀变速直线运动，速度位移关系
联立解得
两者碰撞瞬间由牛顿第二定律
即碰后两者做加速度减小的加速运动，当
时，速度最大，之后做减速运动到最低点，故振动过程中，圆盘的速度应大于，故C错误；
D．设小球和圆盘所具有的的总能量为E，则由能量守恒可知
因为系统速度读先增大后减小，故小球的动能先增大后减小，所以小球和圆盘的重力势能与弹簧的弹性势能总和先减小后增大。故D正确。
故选BD。
10．如图所示，水平面内固定有两根足够长的光滑平行导轨，导轨间距为，电阻忽略不计。质量为的导体棒与质量为的导体棒均垂直于导轨静止放置，两导体棒电阻均为。相距为，整个装置处于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场中，现让棒以初速度水平向左运动，直至最终达到稳定状态，导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，则在此过程中（ ）
A．两导体棒组成的系统动量守恒。
B．两导体棒在运动过程中任意时刻加速度均相同
C．整个运动过程中，棒上所产生的热量为
D．最终稳定时两导体棒间的距离为
【答案】 ACD
【解析】A．两导体棒的电流相等，方向相反，则受安培力大小相等、方向相反，将安培力等效为内力，两导体棒组成的系统动量守恒，A正确；
B．安培力提供导体棒的合力，由于两导体棒质量不同，则加速度不同，B错误；
C．根据动量守恒
根据能量守恒
两导体棒电阻相同，则整个运动过程中，棒上所产生的热量为
得
C正确；
D．整个过程中，通过的电荷量为
对，由动量定理
联立得
最终稳定时两导体棒间的距离为
D正确。
故选ACD。
三、非选择题：本题共5小题，共56分．
11. （6分）在做“用单摆测定重力加速度”的实验时：
（1）用游标卡尺测得小球的直径 mm
（2）若某同学测出多组单摆的摆长l和运动周期T，作出图像，就可以求出当地的重力加速度g。理论上图像是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图像如图所示。
①造成图像不过坐标原点的原因可能是 （填正确选项前的字母）
A．周期测量偏大B．周期测量偏小C．摆长测量偏小D．摆长测量偏大
②由图像求出的重力加速度， （取，结果保留三位有效数字）
【答案】 （1）19.85 ；（2）① C ； ② 9.87
【解析】（1）用游标卡尺测得小球的直径
（2）①将图像向右平移1cm就会通过原点，所以相同周期下摆长偏小1cm，造成图像不过坐标原点的原因可能是忽略了球的半径，导致摆长偏小。
故选C。
②根据单摆的周期公式
可得
结合图像，有
解得
12. （10分）如图所示是验证动量守恒定、动定理的实验装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，两滑块上均固定一相同的竖直遮光条。
（1）安装好气垫导轨和光电门，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块一初速度，使它从轨道左端向右运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。为使导轨水平， 可调节P使轨道左端 （填“升高”或“降低”）一些。
（2）用螺旋测微器测量遮光条宽度d，如图所示，并将两块宽度均为d的遮光条安装到两滑块上，可知遮光条的宽度d= mm。
（3）测出滑块A和遮光条的总质量为mA，滑块B和遮光条的总质量为mB，遮光条的宽度用d表示。将滑块A静置于两光电门之间，将滑块B静置于光电门2右侧，推动B，使其获得水平向左的速度，经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回，再次经过光电门2.光电门2先后记录的挡光时间为、，光电门1记录的挡光时间为，则实验中两滑块的质量应满足mA mB（选填“>”、“<”或“=”）。若两滑块碰撞过程动量守恒，则必须满足的关系式为 。
（4）若滑块A、B之间的碰撞为弹性碰撞，则关系式成立 。
A． B．
C． D．
【答案】（1）升高； （2）6.790 ；（3） > ； （或） ；（4） A
【解析】（1）滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间，说明光电门1到光电门2为减速运动，则右端较高，因此可节P使轨道左端升高一些。
（2）遮光条的宽度d=6.5mm+。
（3）滑块B与A碰撞后被弹回，根据碰撞规律可知滑块B的质量较小，则有
若碰撞过程中动量守恒，取水平向左为正方向，根据公式有
故
上式整理得
验证式中跟遮光条得宽度无关，实验中遮光条宽度的测量值有误差，对验证碰撞过程动量守恒无影响；
（4）若为弹性碰撞，即机械能守恒，结合动量守恒有
解得
可得
可得
化简
由上可知，、、应满足的关系式是
故选A。
13. （10分）如图所示，O点是半径为R的半圆形玻璃砖的圆心，P为底面上距O点R的一点，光线从P点以角射入玻璃砖。已知真空中的光速为c，不考虑光在玻璃内表面的反射。
（1）若玻璃砖的折射率，求光线射入玻璃砖时折射角的正弦值；
（2）若光线从圆形表面射出后恰与入射光平行，求光线在玻璃砖内传播的时间。
【答案】 （1）；（2）
【解析】（1）根据，可得
（2）作出光路图，如图所示
根据
其中根据几何关系可知
则
则
可得
光在玻璃砖内的传播路程为
则光在玻璃砖内的传播时间为
14. （14分）在x轴上沿正方向传播的简谐波，在t=0时刻的部分波形如图所示，此时该波刚好传播到x轴上坐标为（5，0）的点，质点振动的振幅为12cm。P、Q两质点的平衡位置坐标分别为（7，0）和（17，0），已知t=1.8s时，P质点第二次出现在波峰。
（1）这列波的传播速度是多少；
（2）从t=0时刻起，经过多长时间Q质点第一次出现在波峰；
（3）到Q质点第一次出现在波峰时，P质点通过的路程为多少。
【答案】 （1）5m/s；（2）3s；（3）156cm
【解析】（1）由题图可知这列波的波长为
从t=0到t=1.8s时间内，P点第二次出现波峰，所以
解得
所以这列波的传播速度大小为
（2）从t=0时刻起，第一个波峰传到到Q点的距离为
所以Q点第一次出现波峰所经过的时间为
（3）波传播到P点的时间为
当Q点第一次出现波峰时，P点振动的时间为
所以P点通过的路程为
15. （16分）如图所示，P点是位于纸面内的质子源，它可以向各个方向均匀发射速率相同的质子，在P点下方放置有长度为以O为中点的探测板，P点离探测板的垂直距离OP为a，在探测板的上方存在方向垂直直面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。不考虑粒子间的相互作用，质子的电荷量。若质子的质量，质子的动量。
（1）当，时，求计数率（即打到探测板上的质子数与总质于数的比值）。
（2）当，时，求质子从质子源出发到探测板上运动的最长时间；
（3）若a取不同的值，可通过调节B的大小获得与（1）问中同样的计数率，求B与a的关系并给出B的取值范围。
【答案】 （1）；（2）；（3）；
【解析】（1）根据洛伦兹力提供向心力
可得
质子运动半径运动轨迹如下图
由几何关系可知，当P点的质子出射速度方向由竖直向上逆时针旋转为竖直向下的过程中，质子将打到探测板上，故能够打在探测板上的角度为可得
计数率为
（2）由图可知，竖直向上的粒子运动时间最长，为
（3）由（1）中分析可知，在确保计数率相同的情况下，只要满足
结合（1）中半径公式可得
若刚好打到探测板最左端时为粒子运动所允许的最大半径，如下图
由几何关系可得
解得
由于
可得
结合B与a的关系可得
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
D
B
D
A
C
AD
BCD
BD
ACD