安徽省阜阳市临泉田家炳实验中学2024-2025学年高二上学期1月期末 物理试题

这是一份安徽省阜阳市临泉田家炳实验中学2024-2025学年高二上学期1月期末 物理试题，共14页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验探究题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题:本大题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.现代静电植绒技术是20世纪20年代在德国开始的。静电植绒的流程简化示意图如图所示,将绒毛放在带负电荷的容器中,使绒毛带负电,容器与带电极板之间加恒定的电压,绒毛呈垂直状加速飞到需要植绒的物体表面。不计重力和空气阻力,下列判断正确的是
A.带电极板带负电
B.绒毛飞向需要植绒的物体表面的过程中,电场力做正功
C.绒毛飞向需要植绒的物体表面的过程中,电势逐渐降低,其电势能逐渐增大
D.带电荷量多的绒毛到达需要植绒的物体表面的速度一定更大
2.由某种新型导电材料制成的圆柱体的体积为32π cm3,圆柱体的底面半径为0.04 m。当在圆柱体两底面之间加上100 V的电压时,通过该圆柱体的电流为π μA,则该新型导电材料的电阻率为
A.2×106 Ω·m
B.4×106 Ω·m
C.6×106 Ω·m
D.8×106 Ω·m
3.2023年1月22日,“探索一号”科考船搭载“奋斗者”号全海深载人潜水器,在位于东南印度洋蒂阿曼蒂那海沟最深点完成深潜作业后,成功回收。若“奋斗者”号载人潜水器在深海中下沉时的a-t图像如图(以竖直向下为正方向),图像与横轴在0~t3时间内所围的面积和在t4~t5时间内所围的面积相等,则下列说法正确的是
A.t3时刻“奋斗者”号载人潜水器的速度为0
B.t1~t2时间内“奋斗者”号载人潜水器处于超重状态
C.0~t3时间内“奋斗者”号载人潜水器的速度增加了12[(t2-t1)+t3]a1
D.t5时刻“奋斗者”号载人潜水器回到海面
4.某同学在利用直径为d的钢球做用单摆测当地重力加速度实验时,通过改变摆线长度,测得几组摆线长度l和对应周期T的数据,以T2为横轴,l为纵轴,作出的l-T2图像的斜率为k,则当地重力加速度g为
A.4π2kB.4πkC.2π2kD.2πk
5.两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两列波的波速均为0.4 m/s,t=0时刻两列波的图像如图所示,此时平衡位置在x=0.2 m和x=0.8 m的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置在x=0.3 m处。则0~1.75 s时间内质点M运动的路程为
A.16 cmB.20 cmC.24 cmD.40 cm
6.光纤通信是一种利用光与光纤传递信息的方式,光纤在现代通信中有着巨大作用。如图甲所示,由某种透明材料制成的光纤内芯的折射率n2大于包层的折射率n1,当光由内芯射向包层时,发生全反射的临界角C满足sin C=n1n2。若光纤内芯的直径为d,光垂直于光纤端面且沿其中心轴线(图中虚线)的切线入射,为保证光信号一定能发生全反射,则在铺设光纤时,光纤中心轴线的转弯半径R不能超过
甲
A.n1dn2-n1B.n1d2(n2-n1)
C.n1d2n2-n1D.2n1dn2-n1
7.如图所示,半径为R的金属圆环均匀带电,带电荷量为+Q。圆心O在过O点且垂直于圆环面的x轴的坐标原点处。圆环所带的电荷量Q被无限分割,假设每一份的电荷量为Δq(可视为点电荷),其在x轴上某一点处产生的电势大小Δφ=kΔql,k为静电力常量,l为某一点到该点电荷Δq的距离,取无穷远处电势为0。则x轴上到圆心O的距离为3R的P点处的电势为
A.3kQ2R2
B.kQ2R
C.-3kQ2R
D.-kQ2R2
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8.下列属于薄膜干涉的是
A.白光照射水面油膜呈现彩色图样
B.用标准平面样板检查光学平面的平整程度
C.在眼镜镜片表面涂上增透膜
D.通过两支夹紧的笔杆间的缝隙看发白光的灯丝,能观察到彩色条纹
9.如图所示,已知电路中各元件数值R、R0、C、E、r,电流表为理想电表,闭合开关S,则电路稳定后
A.电流表示数为ER+R0
B.电源的路端电压为ERr+R+R0
C.电源输出的电功率为E2(R+R0)(r+R+R0)2
D.电容器所带电荷量为CER0r+R+R0
10.2022年10月31日,梦天实验舱在长征五号B遥四运载火箭托举下成功进入预定轨道,此后与在轨的空间站对接,组成新的组合体。组合体在距离地面高度为H的圆轨道匀速运行,宇航员进入梦天实验舱并开展一系列科学实验。若取无穷远处为引力势能零点,质量为m的物体在地球引力场中具有的引力势能Ep=-GMmr0,式中G为引力常量,M为地球的质量,r0为物体到地心的距离。已知地球的半径为R,梦天实验舱与空间站形成的组合体的质量为m0,则
A.运载火箭发射梦天实验舱的速度可以小于7.9 km/s
B.组合体在圆轨道运行时,梦天实验舱中的宇航员处于失重状态
C.梦天实验舱和空间站在同一圆轨道上对接时,梦天实验舱需要做加速运动
D.在该圆轨道上梦天实验舱与空间站形成的组合体的机械能为-GMm02(R+H)
三、实验探究题:本题共2小题,共14分。将符合题意的内容填写在题目中的横线上,或按题目要求作答。
11.(6分)某实验小组用多用电表、电阻箱、定值电阻R0等测量电源的电动势和内阻。连接实物图如图甲所示。
(1)图甲中电阻箱P接线柱接的是多用电表的 (选填“红表笔”或“黑表笔”)。
(2)改变电阻箱阻值R,测得并记录多组U、R数据后,作出对应的1U-1R图像如图乙所示,则电源电动势E= V,内阻r= Ω。(用题中所给字母表示)
12.(8分)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验,电路图如图所示。实验器材如下:
电池组E(电动势为9 V,内阻未知);
电压表○V1(量程为6 V,内阻为3000 Ω);
电压表○V2(量程为10 V,内阻为5000 Ω);
定值电阻R0 (阻值为5000 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为3000 Ω);
待测电阻Rx;
单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。
(1)断开开关S1、S2,将滑动变阻器R的滑片调到接入电路阻值最大的一端,按照电路图连接实物电路。闭合开关S1,S2接1位置,调节滑动变阻器滑片位置,使电压表指针指在满刻度的12处,该同学选择的电压表为 (选填“○V1”或“○V2”);若不考虑电池组内阻,此时滑动变阻器接入电路的阻值应为 Ω。
(2)保持滑动变阻器接入电路的阻值不变,S2接2位置,电压表指针指在满刻度的35处,则Rx的测量值为 Ω。
(3)若本实验未考虑电池组内阻,则电池组内阻对Rx的测量值 (选填“有”或“无”)影响。

四、计算题:本题共3小题,共40分。解答时应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。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
13.(10分)空间站中用于测量人体质量的装置(BMMD)简化示意图如图所示,P为上表面光滑的固定底座,A是质量为m的座椅,座椅两侧连接着相同的轻质弹簧,座椅可在P上左右滑动,BMMD利用空座椅做简谐运动的周期与坐上宇航员后座椅做简谐运动的周期来计算宇航员的质量,假定初始状态下两弹簧均处于原长,宇航员坐上座椅后与座椅始终保持相对静止。已知做简谐运动的物体其加速度大小与位移大小的关系满足-a+ω2x=0,其中x为物体相对于平衡位置的位移大小,ω为圆频率,圆频率由系统自身性质决定,圆频率与简谐运动周期的关系满足ω=2πT,两弹簧的劲度系数均为k。
(1)若空座椅偏离平衡位置向右运动的最大位移为x0,求空座椅在该位置的加速度大小和空座椅做简谐运动时ω的表达式。
(2)宇航员坐在座椅上后,宇航员与座椅一起做简谐运动的周期为TQ,求宇航员的质量。

14.(13分)为了节约用水,某同学在院子里的水平草坪的中心O处安装了一可以绕竖直转轴OO'转动的水平喷头,如图。已知喷头距离水平草坪的高度为h,距离转轴OO'的距离为h。已知沿喷头方向水平喷出的水的最小速度为2gh,最大速度为22gh。空气阻力不计,重力加速度为g,喷头的直径不计。
(1)求喷出的水落到水平草坪时,竖直方向的动量大小。
(2)若喷头绕竖直转轴OO'缓缓转动(不考虑角速度大小),求喷出的水落到水平草坪形成的面积。

15.(17分)如图甲所示,两平行金属板M、N竖直固定在真空中,间距为d,N板接地,P点在金属板M、N之间且靠近N板,金属板M的电势φM随时间t变化的图像如图乙所示。t=0时刻,在P点由静止释放一质量为m、电荷量为e的电子,已知φ2=2φ1,不计电子重力,电子始终没有撞到两金属板。求:
(1)在0~T时间内,电子所受的电场力。
(2)在0~2T时间内,电子电势能的变化量。
(3)在0~2.5T时间内,电子的位移。

答案与解析
1.【解析】因为带电极板吸引带负电的绒毛,故极板带正电,A项错误;绒毛飞往需要植绒的物体表面的过程中,绒毛做加速运动,电场力做正功,绒毛的电势能减小、动能增大,B项正确、C项错误;绒毛在电场中加速时,由动能定理可知,qU=12mv2,绒毛到达需要植绒的物体表面的速度跟绒毛的带电荷量和质量均有关,若绒毛带电荷量多,并且质量大,则绒毛到达物体表面的速度不一定更大,D项错误。
【答案】B
2.【解析】由欧姆定律可得,该圆柱体的电阻R=UI,设该圆柱体底面半径为r,长为l,则V体=Sl=πr2l,又由R=ρlS,联立解得电阻率ρ=8×106 Ω·m,D项正确。
【答案】D
3【解析】t1~t2时间内“奋斗者”号载人潜水器竖直向下做加速运动,处于失重状态,B项错误;根据a-t图像与横轴所围的面积表示速度的变化量,可知0~t3时间内“奋斗者”号载人潜水器的速度增加了12[(t2-t1)+t3]a1,0~t5时间内“奋斗者”号潜水器速度的增量为0,即t5时刻潜水器的速度为0,潜水器下降到了最大深度,C项正确,A、D项错误。
【答案】C
4【解析】根据单摆的周期公式T=2πl+d2g,解得l=g4π2T2-d2,则斜率k=g4π2,解得g=4π2k,A项正确。
【答案】A
5 【解析】由题意,有T=λv=1 s。左侧波传播到M点所用的时间t1=Δx1v=0.25 s,右侧波传播到M点所用的时间t2=Δx2v=1.25 s,在0~0.25 s时间内,M点静止;在0.25 s~1.25 s时间内,左侧波传播到M点,M点通过的路程s1=4A=20 cm;在1.25 s~1.75 s时间内,左右两侧波均传播到M点,M点振动加强,通过的路程s2=2×2A=20 cm,M点通过的总路程s=s1+s2=40 cm,D项正确。
【答案】D
6.【解析】光在内芯和包层的界面上发生全反射,则内芯的折射率n2大于包层的折射率n1,由于入射角要大于或等于临界角,所以光纤中心轴线的转弯半径R应小于某一值。当入射角恰好等于临界值时,其光路如图乙,由几何关系可得sin C=RR+r,其中r=d2,由于光恰好发生全反射,有sin C=n1n2,可得n2R=n1(R+r),解得R=n1d2(n2-n1),即光纤中心轴线的转弯半径不能超过n1d2(n2-n1),故B项正确。
乙
【答案】B
7. 【解析】P点与圆环任一点连线的长度l=R2+(3R)2=2R,由题意可知,Q被无限划分后每一小段圆环的带电荷量为Δq,则点电荷Δq在P点的电势Δφ=kΔql=kΔq2R,由于电势是标量,由累积法可知总的电荷+Q在P点的电势φ=∑Δφ=kQ2R,B项正确。
【答案】B
8. 【解析】白光照射水面油膜呈现彩色图样,属于薄膜干涉,A项正确;用标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象,B项正确;在眼镜镜片表面涂上增透膜,利用光的薄膜干涉减小反射光的影响,C项正确;通过两支夹紧的笔杆间的缝隙看发白光的灯丝,能观察到彩色条纹,这是光的衍射现象,D项错误。
【答案】ABC
9. 【解析】由闭合电路欧姆定律,有E=I(r+R+R0),故电流表示数I=Er+R+R0,A项错误;电源的路端电压U=I(R+R0)=E(R+R0)r+R+R0,B项错误;电源输出的电功率P=UI=E2(R+R0)(r+R+R0)2,C项正确;电容器两端的电压UC=ER0r+R+R0,由C=QUC,解得电容器所带电荷量Q=CER0r+R+R0,D项正确。
【答案】CD
10. 【解析】运载火箭发射梦天实验舱的速度必须大于7.9 km/s,A项错误;梦天实验舱在轨运行时,万有引力提供向心力,梦天实验舱中的宇航员处于失重状态,B项正确;若对接时梦天实验舱做加速运动,则其会因做离心运动从而离开该圆轨道导致对接失败,故C项错误;由题意可知,该圆轨道上组合体的引力势能Ep=-GMm0R+H,又根据万有引力提供向心力,有GMm0(R+H)2=m0v2R+H,可得组合体在该圆轨道上运行时的动能Ek=12m0v2=GMm02(R+H),则在该圆轨道上组合体的机械能为Ek+Ep=-GMm02(R+H),故D项正确。
【答案】BD
11.(6分
【解析】(1)根据“红进黑出”原则,图甲中电阻箱P接线柱接的是电源负极,即黑表笔。
(2)多用电表与电阻箱并联成电压表,对题图甲,由闭合电路欧姆定律,有E=UR(R+R0+r),变换得1U=R0+rE·1R+1E,由题图乙可知,R0+rE=b-ac,1E=a,解得E=1a,r=b-aac-R0。
【答案】(1)黑表笔 (2分)
(2)1a (2分) b-aac-R0 (2分)
12.(8分)
【解析】(1)S2接1位置,电压表指针指在满刻度的12处,若选择的电压表为,则其示数为3 V,电压表与R0并联形成的等效电阻R1=R0RV1R0+RV1=150008 Ω。由串联电路规律,有U1R1=E-U1R'+r,解得R'+r=150004 Ω,因为电池组的内阻r较小,故R'大于滑动变阻器R的最大阻值3000 Ω。若选择的电压表为,则其示数为5 V,电压表与R0并联形成的等效电阻R2=R0RV2R0+RV2=2500 Ω。由串联电路规律,有U2R2=E-U2R″+r,解得R″+r=2000 Ω,R″小于滑动变阻器R的最大阻值3000 Ω,所以该同学选择的电压表为。
(2)S2接2位置,电压表指针指在满刻度的35处,电压U3=6 V,由串联电路规律,有U3R3=E-U3R″+r,解得R3=4000 Ω。由R3=RxRV2Rx+RV2,解得Rx=20000 Ω。
(3)根据上述运算可知,可以把电池组内阻与滑动变阻器电阻合在一起考虑,因此本实验未考虑电池组内阻,电池组内阻对Rx的测量值无影响。
【答案】(1) (2分) 2000 (2分)
(2)20000 (2分)
(3)无 (2分)
13.(10分)
解:(1)对空座椅进行受力分析,由胡克定律可知,2kx0=ma (2分)
解得a=2kx0m (1分)
由题意,有-2kxm+ω2x=0 (2分)
解得ω=2km。 (1分)
(2)设宇航员的质量为M,由题意可知
-2kx(m+M)+(2πTQ)2x=0 (2分)
可得宇航员的质量M=kTQ22π2-m。 (2分)
14.(13分)
解:(1)根据平抛运动规律,水在竖直方向做自由落体运动,有
vy2=2gh (2分)
解得水落到草坪时,竖直方向的动量大小py=mvy=m2gh。 (2分)
(2)根据平抛运动规律,有h=12gt2 (1分)
解得t=2hg (1分)
以最小速度v1=2gh水平喷出的水,其水平位移最小,有
x1=v1t=2h (1分)
对应圆的最小半径r1=h+x1=3h (2分)
以最大速度v2=22gh水平喷出的水,其水平位移最大,有
x2=v2t=4h (1分)
对应圆的最大半径r2=h+x2=5h (1分)
喷出的水落到水平草坪形成的面积S=π[(5h)2-(3h)2]=16πh2。 (2分)
15.(17分)
解:(1)以水平向左为正方向,0~T时间内,M、N板间的电场强度大小
E1=φ1d (1分)
电子所受的电场力的大小F1=eE1=eφ1d,方向水平向左。 (2分)
(2)0~T时间内,由牛顿第二定律,有F1=ma1
解得电子向M板做匀加速直线运动的加速度a1=eφ1md (2分)
t=T时刻电子的位移x1=12a1T2=eφ1T22md (2分)
电子的速度v1=a1T=eφ1Tmd (1分)
电场力对电子做的功W=F1x1=eφ1d×eφ1T22md=e2φ12T22md2 (2分)
由功能关系可知,电子电势能的变化量ΔEp=-W=-e2φ12T22md2,负号表示电势能减少。 (2分)
(3)T~2T时间内,M、N板间无电场,电子水平向左做匀速直线运动,T~2T时间内电子的位移
x2=v1T=eφ1T2md (2分)
在2T~2.5T时间内,电子向M板做匀减速直线运动,加速度大小a2=eφ2md=2eφ1md,故在2.5T 时刻电子的速度变为0
电子的位移x3=v122a2=eφ1T24md (1分)
在0~2.5T时间内,电子位移大小x=x1+x2+x3=7eφ1T24md,方向水平向左。 (2分)
题序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
D
C
A
D
B
B
ABC
CD
BD