北京市房山区2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题（Word版附解析）

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满分100分，考试时长90分钟。
一、单项选择题（共14小题，每小题3分，共42分。）
1. 如图所示，光束沿AO方向从空气射向某种介质，折射光线沿OB方向。下列说法正确的是（ ）
A. 这束光从空气进入介质后频率会增大
B. 这束光从空气进入介质后波长会增大
C. 这束光在该介质中的传播速度小于在空气中的传播速度
D. 若这束光沿BO方向从介质射向空气，可能会发生全反射现象
【答案】C
【解析】
【详解】A．这束光从空气进入介质后频率不变，故A错误；
BC．根据可知这束光在该介质中的传播速度小于在空气中的传播速度，这束光从空气进入介质后速度减小，根据可知这束光从空气进入介质后波长会减小，故C正确，B错误；
D．由光路可逆性可知，这束光沿BO方向从介质射向空气时，折射光线将沿OA射出，不会发生全反射现象，故D错误。
故选C。
2. 下列现象中，解释成因正确的是（ ）
A. 甲所示泊松亮斑是由于光的干涉而产生的一种光学现象
B. 乙所示水中的气泡看上去特别明亮是因为部分光线在气泡的表面发生了全反射
C. 丙所示在观看3D电影时，观众要戴上特制的眼镜，这是利用了光的干涉
D. 丁所示竖直放置的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，这是由于光的衍射造成的
【答案】B
【解析】
【详解】A．甲所示泊松亮斑是由于光的衍射而产生的一种光学现象，选项A错误；
B．乙所示水中的气泡看上去特别明亮是因为部分光线在气泡的表面发生了全反射，选项B正确；
C．丙所示在观看3D电影时，观众要戴上特制的眼镜，这是利用了光的偏振，选项C错误；
D．丁所示竖直放置的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，这是由于光的干涉造成的，选项D错误。
故选B。
3. 如图甲所示，水平弹簧振子在A、B两点之间做简谐运动，O点为平衡位置，规定水平向右为正方向。图乙是弹簧振子做简谐运动的图像，则下列说法正确的是（ ）
A. 弹簧振子的振动方程为
B. 弹簧振子在前5s内路程为60cm
C. 弹簧振子从A点经过O点再运动到B点为一次全振动
D. 图乙中的P点时刻，弹簧振子的速度方向与加速度方向都沿x轴正方向
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据图乙可知弹簧振子的振动方程为
故A错误；
B．由于
可知弹簧振子在前5s内的路程为
故B正确；
C．弹簧振子从A点经过O点再运动到B点再从B点经过O点回到A点一次全振动，故C错误；
D．图乙中的P点时刻，弹簧振子的速度方向沿x轴负方向，加速度方向沿x轴正方向，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，下列说法正确的是（ ）
A. 当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大
B. 当线圈转到竖直位置时磁通量为零
C. 线圈转动一周感应电流方向改变1次
D. 当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为DCBA
【答案】A
【解析】
【详解】A．当线圈转到图示位置时磁通量为零，此时磁通量的变化率最大，选项A正确；
B．当线圈转到竖直位置时磁通量最大，选项B错误；
C．线圈转动一周感应电流方向改变2次，选项C错误；
D．根据右手定则可知，当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为ABCD，选项D错误。
故选A。
5. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入一薄片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光从上方入射后，可观察到如图所示的干涉条纹，若将薄片向左移动，则（ ）
A. 条纹变密B. 条纹疏密不变C. 条纹变疏D. 条纹整体向右平移
【答案】A
【解析】
【详解】从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx=2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Δx=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，显然将薄片向左移动后空气层的倾角变大，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变小，干涉条纹条纹变密。
故选A。
6. 如图所示，一静止物体在与水平方向成角的拉力F作用下，沿水平桌面做匀加速直线运动。已知物体质量为m，物体和桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度为g。在作用时间t内，下列说法正确的是（ ）
A. 支持力的冲量大小为0B. 摩擦力做功大小与F方向有关
C. 摩擦力的冲量大小为D. 合力的冲量大小为Ft
【答案】B
【解析】
【详解】A．竖直方向根据受力平衡可得
则支持力的冲量大小为
故A错误；
C．由于物体沿水平桌面做匀加速直线运动，则有
可知摩擦力的冲量大小满足
故C错误；
D．合力的冲量大小满足
故D错误；
B．摩擦力大小为
根据牛顿第二定律可得
Fcsθ−f=ma
解得加速度大小为
在作用时间t内，物体通过的位移大小为
则摩擦力做功大小为
可知摩擦力做功大小与F方向有关，故B正确。
故选B。
7. 一列简谐横波沿x轴负方向传播，周期为T，时的波形如图所示。则时（ ）
A. 质点a的加速度为零B. 质点b沿x轴负方向迁移了1m
C. 质点c速度方向沿y轴正方向D. 质点d偏离平衡位置的位移为5cm
【答案】A
【解析】
【详解】A．在时，质点a回到平衡位置，则此时的加速度为零，选项A正确；
B．机械波传播的过程中，质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项B错误；
C．时，质点c在平衡位置沿y轴负方向振动，选项C错误；
D．在时，质点d到达波谷，偏离平衡位置的位移为-5cm，选项D错误。
故选A。
8. 图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法正确的是（ ）
A. 电压表的示数减小B. 电压表的示数增大
C. 电流表的示数减小D. 电流表的示数增大
【答案】D
【解析】
【详解】AB．当用户的用电器增加时，相当于R减小。设变压器原副线圈匝数分别为，，原线圈中电压为。根据变压器规律可知因为
可知匝数不变，原线圈中电压不变，则副线圈中电压，即示数不变。电压表测两端电压，则
随着R减小，则减小，电压表的示数减小。故AB错误；
CD．根据变压器规律可知，原副线圈中电流之比
又因为
随着R减小则电流增大，即电流表的示数增大。原副线圈匝数之比不变，则电流增大，即电流表的示数增大。故C错误，D正确。
故选D。
9. 如图所示，圆盘可在水平面内绕通过点的竖直轴转动（俯视），圆盘上距轴处有一质量为的物块（可视为质点）。某时刻起，圆盘开始绕轴转动，经过一段时间，其角速度从0增大至。已知物块与圆盘之间的动摩擦因数、重力加速度，该过程中物块始终相对圆盘静止，下列说法正确的是（ ）

A. 物块所受摩擦力的方向始终指向点
B. 物块所受摩擦力的大小始终为
C. 物块所受摩擦力的冲量大小为
D. 物块所受摩擦力做的功为
【答案】D
【解析】
【详解】A．在角速度从0增大至过程中，物块有切线方向的加速度，则摩擦力有切向分力，不是指向O点，故A错误；
B．该过程中物块始终相对圆盘静止，则摩擦力始终小于最大静摩擦力，故B错误；
C．物块受到的支持力与重力的冲量大小相等方向相反，则根据动量定理
物块的动量改变量等于摩擦力的冲量，故C错误；
D．支持力和重力不做功，根据动能定理
摩擦力做功等于动能改变量为，故D正确。
故选D。
10. 如图所示，用长为l的轻绳悬挂一质量为M的沙箱，沙箱静止。一质量为m的弹丸以速度v水平射入沙箱并留在其中，随后与沙箱共同摆动一小角度。不计空气阻力。对于子弹射向沙箱到与其共同摆过一小角度的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 整个过程中，弹丸和沙箱组成的系统动量守恒
B. 子弹击中沙箱到与沙箱共速的过程机械能守恒
C. 若保持M、m、l不变，v变大，则系统损失的机械能变大
D. 若保持M、m、v不变，l变大，则弹丸与沙箱的最大摆角不变
【答案】C
【解析】
【详解】AB．弹丸击中沙箱过程系统水平方向动量守恒，而系统的机械能因摩擦生热而减少，以弹丸的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
解得
弹丸与沙箱一起摆动过程系统机械能守恒，而系统的外力之和不为零动量不守恒，故整个过程中弹丸和沙箱组成的系统动量不守恒，子弹击中沙箱到与沙箱共速的过程机械能不守恒，故AB错误；
C．由能量守恒定律可知，整个过程系统损失的机械能为
若保持M、m、l不变，v变大，则系统损失的机械能变大，故C正确；
D．弹丸与沙箱一起摆动过程，设最大摆角为，则有
联立解得
若保持M、m、v不变，l变大，则弹丸与沙箱的最大摆角变小，故D错误。
故选C。
11. 如图所示，某带电粒子（重力不计）由M点以垂直于磁场以及磁场边界的速度v射入宽度为d，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为。由此推断该带电粒子（ ）
A. 带负电且动能增大B. 粒子的运动半径为
C. 电荷量与质量的比值为D. 穿越磁场的时间为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由左手定则可知，粒子带负电，因洛伦兹力不做功，则粒子的动能不变，选项A错误；
B．粒子的运动半径为
选项B错误；
C．根据
可得电荷量与质量的比值为
选项C正确；
D．穿越磁场的时间为
选项D错误。
故选C。
12. 如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出。单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为+q，不计粒子的重力、粒子间的相互作用。下列说法正确的是（ ）
A. 粒子在磁场中运动的圆弧半径为2a
B. 粒子质量为
C. 管道内的等效电流为
D. 粒子束对管道的平均作用力大小为
【答案】B
【解析】
【详解】A．由图可知，粒子在磁场中运动的圆弧半径为
r=a
故A错误；
B．根据
可得粒子质量为
故B正确；
C．管道内的等效电流为
故C错误；
D．粒子束对管道的平均作用力大小等于等效电流受的安培力，为
F=BIl=Bnql
故D错误。
故选B。
13. 在实验室中有一种污水流量计，其工作原理图如图所示。废液内含有大量正负离子，从直径为d圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，MN为管道壁上两点，下列说法正确的是（ ）
A. M点的电势高于N点的电势
B. 保证流速不变，当污水中离子浓度降低时，MN两点电压将减小
C. 当磁感应强度B减小时，污水流速将减小
D. 只需要测量磁感应强度B及MN两点电压U，就能够推算污水的流量
【答案】D
【解析】
【详解】A．由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向下，负离子受洛伦兹力向上，则M点的电势低于N点的电势，故A错误；
B．根据
可得MN两点电压
则保证流速不变，当污水中离子浓度降低时，MN两点电压不变，故B错误；
C．磁感应强度B不影响污水流速，故C错误；
D．只需要测量磁感应强度B及MN两点电压U，可得污水流速
则推算污水的流量
故D正确。
故选D。
14. 激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，可简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测器处相遇，产生干涉条纹。如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度。某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测光强经过了强→弱→强→弱→强的变化过程。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（ ）
A. A束激光的频率小于B束激光的频率
B. 整个装置加速转动过程中，B束激光到达光电探测器的路程逐渐变小
C. 整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹
D. 整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长
【答案】D
【解析】
【详解】A．由于两束激光出现干涉现象，说明两个光束的频率相等，故A错误；
B．由于整个装置顺时针方向转动，因此整个装置加速转动过程中，B束激光到达光电探测器的路程线先减小后变大再变小再变大的周期变化，故B错误；
C．整个装置加速转动过程中，当C处出现强光时就是干涉明条纹，故C错误；
D．由于C处出现了强→弱→强→弱→强变化，因此两束激光的路程差依次为、、、、，因此变化了2个波长，故D正确。
故选D。
二、实验题（每空2分，共18分。）
15. 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图所示。
（1）在组装仪器时单缝和双缝应该相互______放置。（选填“垂直”或“平行”）。
（2）双缝间距为d，毛玻璃光屏与双缝间的距离为L。从目镜中看到的干涉图样如图所示。使分划板的中心刻线对齐A亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图所示，其读数为______mm。若A、B两条亮纹中央间距为x，则所测光的波长为______（用所给物理量的字母表示）。
（3）如图所示，一束由甲、乙两种光组成的复色光以相同入射角照射到半圆形玻璃砖上，若甲光波长大于乙光波长，甲、乙两种光均从直径面射出。逐渐增大入射角，发现______（选填“甲”或“乙”）光先消失。
【答案】（1）平行 （2） ①. 9.15 ②.
（3）乙
【解析】
【小问1详解】
只有保证单缝和双缝互相平行，这样才能在屏上出现明暗相间的条纹；
【小问2详解】
[1]游标尺上的示数为
9mm+0.05mm×3=9.15mm
[2]若A、B两条亮纹中央间距为x，则条纹间距为
根据
可得所测光的波长为
【小问3详解】
甲光波长大于乙光波长，即甲光的频率小于乙光的频率，甲光的折射率小于乙光的折射率，根据
则甲的临界角大于乙的临界角，则逐渐增大入射角，乙光先发生全反射，则发现乙光先消失。
16. 某兴趣小组开展野外拓展活动，登上某山顶后，在帐篷内对山顶处的重力加速度进行测量。
（1）小组同学利用携带的实验器材组装成单摆，下图中所列器材和操作最合理的是______。
（2）将单摆正确悬挂后进行如下操作，其中正确的是______（选填选项前的字母）。
A. 把摆球从平衡位置拉开一个很小的角度后由静止释放
B. 在摆球到达最高点时开始计时
C. 测量摆长时，应测量水平拉直后的摆线长
D. 用秒表测量单摆完成30次全振动所用的总时间，用总时间除以全振动的次数得到单摆的周期
（3）通过改变摆长，测出多组摆长l和周期T的数据，作出图线如图所示，则由图中数据计算重力加速度g的表达式为______（用、、、表示）。用此方法计算重力加速度时，图线不过坐标原点对结果是否有影响？______（选填“有”或“没有”）。
（4）某同学想利用水滴下落测量重力加速度，他注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。他测量使用的工具有刻度尺和手机的秒表，为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。_____
【答案】（1）A （2）AD
（3） ①. ②. 没有
（4）见解析
【解析】
【小问1详解】
为了减小阻力的影响，尽量用密度大的小球；为方便计时，摆长应该长一点；为了使摆长固定不变，细线上端应该用夹着夹住。
故选A。
【小问2详解】
A．为了使小球做简谐运动，摆球应从平衡位置拉开一个很小的角度后由静止释放。故A正确；
B．为了计时准确，应在摆球到达最低点时开始计时。故B错误；
C．测量摆长时，应测量竖直拉直后的摆线长。故C错误；
D．用秒表测量单摆完成30次全振动所用的总时间，用总时间除以全振动的次数得到单摆的周期。故D正确。
故选AD。
【小问3详解】
[1][2]由单摆周期公式得
结合图得
解得
可知图线不过坐标原点对斜率不影响，可知图线不过坐标原点对结果无影响。
【小问4详解】
他需要用刻度尺测量水龙头出水口到地面的高度h，多次测量取平均值，然后调节水龙头阀门，使一滴水开始下落的同时，恰好听到前一滴水落地发出的清脆声音，用手机测量n滴水下落时间，计算出一滴水下落时间
用
计算重力加速度。
三、计算论证题（本题共4小题，共40分。）
17. 如图所示，质量的小球A用一不可伸长的轻绳悬挂在O点，在O点正下方的光滑桌面上有一个与A完全相同的静止小球B，B距O点的距离等于绳长L，绳长。现将A拉至某一高度，由静止释放，A以4m/s的速度在水平方向和B发生正碰并粘在一起。重力加速度为g。求：
（1）A释放时距桌面的高度H；
（2）碰撞前瞬间绳子的拉力大小F；
（3）碰撞过程中系统损失的机械能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）A释放到与B碰撞前，根据动能定理得
解得
（2）碰前瞬间，对A由牛顿第二定律得
解得
（3）A、B碰撞过程中，根据动量守恒定律得
解得
则碰撞过程中损失的机械能为
18. 图甲是列车进站场景，其制动装置包括电气制动和机械制动两部分。电气制动原理可简化为图乙。在车身下方固定一单匝矩形导线框，利用线框进入磁场时所受安培力，辅助列车制动。已知列车质量为m，线框总电阻为R，线框ab边长为L、bc边长近似等于车身长度，列车轨道上匀强磁场区域足够长，且磁感应强度的大小为B。车头刚进入磁场时速度大小为，列车停止前所受所有摩擦阻力恒为f。求：
（1）列车车头进入磁场瞬间，通过线框ab边的电流I大小和方向。
（2）列车车头进入磁场瞬间的加速度大小a。
（3）请你说明电气制动的优势和劣势。
【答案】（1），由a到b；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）列车车头进入磁场瞬间，由右手定则可知，通过线框ab边的电流方向由a到b；感应电动势
感应电流

（2）根据牛顿第二定律
可得列车车头进入磁场瞬间的加速度大小
（3）该方案的优点：利用电磁阻尼现象辅助刹车，可以使列车的加速度平稳减小；可以减小常规刹车的机械磨损等；
该方案的缺点：没有考虑列车车厢和内部线路等也是金属材质，进入磁场时会产生涡流对设备产生不良影响；线框固定在列车上增加负载且容易出现故障。
19. 类比是研究问题的常用方法，通过类比简谐运动可以研究电磁振荡。
（1）情境1：图甲是简谐运动中弹簧振子的模型。已知振子的质量m，弹簧劲度系数为k。不计空气和摩擦阻力，其位移x、速度等物理量呈现出周期性变化。其动能和势能相互转化，但总能量保持不变，弹簧振子做简谐运动周期为。在图乙中画出小球所受弹力F随位移大小x的变化图像，并利用图像求位移为x时，弹簧振子的弹性势能。
（2）情境2：图丙是产生电磁振荡的原理图。先把开关置于电源一侧，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。此后电容器极板上的电荷量q、线圈中的电流等物理量呈现出周期性变化。线圈中储存的磁场能和电容器储存的电场能相互转化，总能量保持不变。已知电容器的电容为C，线圈的自感系数为L，磁场能的表达式为。
a．类比情境1，利用电容器极板上的电压u随电荷量q的图像，求电容器极板上的电荷量为q时，电容器储存的电场能。
b．结合能量守恒，类比弹簧振子中的各物理量，写出LC振荡电路的周期公式并简要写出类比过程。
【答案】（1），；（2）a．；b．
【解析】
【详解】（1）小球所受弹力F随位移x的函数关系为
取向右为正方向，小球所受弹力F随位移x的变化图像如图所示
图线与坐标轴包围的面积表示弹力做的功，小球运动至距平衡位置位移为x过程中弹簧对振子做功为
设小球的位移为x时，弹性势能为，根据功能关系有
解得
（2）a．类比情境1，电容器极板上的电压u与电荷量q的图像为
图线与坐标轴包围的面积表示电荷量为q时电容器储存的电场能，则
b．类比简谐运动的能量变化规律
可得电容电量q随时间t变化的方程为
可知
类比公式
则LC谐振电路周期公式
20. 类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现带电粒子束的“反射”和“折射”。如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。Ⅰ区宽度为d，存在磁感应强度大小为B，方向垂直平面向里的匀强磁场，Ⅱ区的宽度足够小。Ⅰ区和Ⅲ区各自电势处处相等，分别为和，其电势差。一束由质量为m、电荷量为e的电子形成的电子束从Ⅰ区和Ⅱ区边界上的O点以入射角射向Ⅰ区，然后还是在Ⅰ区和Ⅱ区边界上某一P点以出射角射出，实现“反射”。电子束从P点以入射角射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角。已知电子仅在平面内运动，初速度为，不计电子重力，不考虑电子间相互作用以及电子对磁场和电势分布的影响。
（1）若从O点以角度射向磁场的电子能实现“反射”，求OP的距离。
（2）若，求“折射率”n（入射角正弦与折射角正弦的比值）。
（3）若，改变入射角，可以实现射向Ⅰ区的电子束从P点进入Ⅱ区发生“全反射”（即电子束全部返回Ⅰ区），恰好发生“全反射”时对应的入射角称为“临界角”，求“临界角”C的值。
【答案】（1）；（2）；（3）45°
【解析】
【详解】（1）电子在磁场中做圆周运动，则
解得
则
（2）电子由区域Ⅰ进入区域Ⅲ由动能定理
解得
该过程中电子的水平速度不变，则
则“折射率”为
（3）射向Ⅰ区的电子束从P点进入Ⅱ区发生“全反射”，即电子束全部返回Ⅰ区，即在Ⅱ区域下边界发生全反射的条件是沿竖直方向的速度为零；则
“全反射”的临界角
即
C=45°