山东省潍坊市2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版）

这是一份山东省潍坊市2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版），共24页。
1.答题前，考生先将自己的学校、班级、姓名、考生号、座号填写在相应位置。
2.选择题答案必须使用2B铅笔（按填涂样例）正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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. 分析下列物理现象：①“空山不见人，但闻人语响”；②彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速；③围绕发声的双股音叉走一圈，听到声音忽强忽弱；④声呐系统，用于探测海中的物体，这些物理现象分别属于波的（ ）
A. 衍射、多普勒效应、干涉、反射
B. 衍射、干涉、多普勒效应、折射
C. 折射、干涉、多普勒效应、反射
D. 衍射、折射、多普勒效应、干涉
【答案】A
【解析】“空山不见人，但闻人语响”属于波的衍射；彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速，属于多普勒效应；围绕发声的双股音叉走一圈，听到声音忽强忽弱，属于波的干涉；声呐系统，用于探测海中的物体，属于波的反射。
故选A。
2. 如图甲所示，一摆球在竖直平面内做小角度摆动（）。某次摆球从左向右通过平衡位置开始计时，其振动图像如图乙所示。不计空气阻力，g取10。下列说法正确的是（ ）
A. 摆长约为2m
B. 时摆球所受合外力为零
C. 从至的过程中，摆球所受回复力逐渐增大
D. 摆球的位移x随时间t的变化规律为
【答案】D
【解析】A．单摆周期T=2s，则根据
可得摆长约为L=1m，选项A错误；
B．时摆球到达最高点，此时摆球加速度不为零，即所受合外力不为零，选项B错误；
C．从至的过程中，摆球从左侧最高点向平衡位置摆动，此时所受回复力逐渐减小，选项C错误；
D．摆球的位移x随时间t的变化规律为
选项D正确。
故选D。
3. 如图所示，水平放置两平行正对极板，板间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，已知磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，电场大小、方向未知。现有一带正电粒子（不计重力）从两极板左侧以速度v飞入，恰能沿直线飞过此区域。下列说法正确的是（ ）
A. 电场方向向下
B. 电场强度大小
C. 若增大入射速度，该粒子也可沿直线飞过此区域
D. 若从两极板的右侧飞入，该粒子也可沿直线飞过此区域
【答案】B
【解析】AB．一带正电粒子（不计重力）从两极板左侧以速度v飞入，恰能沿直线飞过此区域，可知电场力与洛伦兹力平衡，根据左手定则可知，带正电粒子受到的洛伦兹力向下，则电场力向上，所以电场方向向上；根据平衡条件可得
解得场强大小为
故A错误，B正确；
C．若增大入射速度，则有
可知该粒子不可以沿直线飞过此区域，故C错误；
D．若从两极板的右侧飞入，根据左手定则可知，该粒子受到的洛伦兹力向上，受到的电场力也向上，则该粒子向上偏转，不可以沿直线飞过此区域，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，由软铜线制成的正方形导线框放置在水平坐标平面内，a、c两点在x轴上，b、d两点在y轴上。线框处于与坐标平面平行的匀强磁场中（未画出），在外力作用下保持静止。一恒定电流由a点流入，c点流出，此时导线框受到的安培力大小为F。现捏住a、c两点，将导线框拉成与x轴平行的两条直导线（相互绝缘），并保持通电的电流不变，则导线框受到的安培力大小为（ ）

A. B. FC. D. 2F
【答案】C
【解析】设正方形边长为L，每边通过的电流为I，磁场方向与x轴正向夹角为θ，则根据左手定则，ab和bc边受安培力方向相反，则合力为
同理ad和dc边受安培力的合力仍为F1，整个线圈受安培力
将导线框拉成与x轴平行的两条直导线，并保持通电的电流不变，则导线框受到的安培力大小为
故选C。
5. 为了从坦克内部观察外部目标，在坦克壁上开了一个小孔。已知坦克壁厚，孔的左右两边距离12，孔内镶嵌一折射率为1.6的玻璃，其厚度与坦克壁厚相同，大小、形状与小孔一致。，，下列说法正确的是（ ）
A. 坦克内部人员可以看到外界角度的范围是
B. 坦克壁厚度不变，适当增加孔的左右宽度，可增大外界角度的观察范围
C. 孔的左右宽度不变，适当增加坦克壁的厚度，可增大外界角度的观察范围
D. 更换折射率更小的玻璃，可能看到外界角度的范围是
【答案】B
【解析】A．如图所示，从左侧位置观察时光路如图所示：
由几何关系可知
可知r=30°
根据
解得sinθ=0.8
则θ=53°
坦克内部人员可以看到外界角度的范围是，选项A错误；
B．坦克壁厚度不变，适当增加孔的左右宽度，可知r角变大，θ变大，即可增大外界角度的观察范围，选项B正确；
C．孔的左右宽度不变，适当增加坦克壁的厚度，可知r角变小，θ变小，可减小外界角度的观察范围，选项C错误；
D．更换折射率更小的玻璃，根据可知r角一定，则θ减小，即可能看到外界角度的范围减小，不可能是，选项D错误。
故选B。
6. 2024年12月27日，中国海军076两栖攻击舰“四川舰”正式下水，该舰是全球首个采用电磁弹射技术的两栖攻击舰。如图为电磁弹射装置的简化示意图，两平行金属导轨间放置一金属弹射器，弹射器可沿导轨无摩擦滑动。现将开关S拨到1，直流电源给电容器充电，待充电完毕后，再将开关S拨到2，弹射器在导轨电流所形成的磁场中受安培力作用，向右弹射出去。已知a端为直流电源正极，导轨间有一电阻，弹射器电阻不能忽略。关于该弹射过程，下列说法正确的是（ ）
A. 导轨电流在两导轨间形成垂直纸面向外的匀强磁场
B. 弹射过程中，弹射器受到的安培力大小不变
C. 电容器储存的电能全部转化为弹射器的机械能
D. 若将电源正负极对调，弹射器仍能实现向右弹射
【答案】D
【解析】A．已知a端为直流电源正极，可知充电后电容器上极板带正电，根据安培定则可知，电容器放电时导轨电流在两导轨间形成垂直纸面向里的非匀强磁场，选项A错误；
B．根据F=BIL可知，弹射过程中，随电容器电量减小，则放电电流减小，即B和I均减小，则弹射器受到的安培力大小减小，选项B错误；
C．由能量关系可知，电容器储存的电能一部分转化为弹射器的机械能，另一部分转化成弹射器和电阻R的内能，选项C错误；
D．若将电源正负极对调，磁场方向和电流方向均会反向，则安培力方向不变，即弹射器仍能实现向右弹射，选项D正确。
故选D。
7. 如图所示，两条间距为L的平行金属导轨放在水平面上，一质量为m、电流为I的导体棒垂直静止在导轨上，导轨区域内存在着方向与水平面成角斜向上且垂直的匀强磁场，磁感强度大小为B。下列说法正确的是（ ）
A. 所受的安培力大小为
B. 可能不受摩擦力作用
C. 所受的支持力大小为
D. 所受安培力和摩擦力的合力方向竖直向上
【答案】D
【解析】A．匀强磁场的磁感应强度方向与导体棒ab是垂直的，ab所受的安培力大小，故A错误；
B．安培力方向既垂直于导体棒也垂直于磁场，根据左手定则判断出其方向，作出导体棒ab的受力示意图如图所示
安培力有水平方向上的分力，若没有摩擦力，则水平方向无法平衡，所以导体棒一定会受到水平向左的摩擦力，故B错误；
C．将安培力在水平方向上和竖直方向上分解，根据平衡条件可得支持力大小
故C错误；
D．由于导体棒在重力、支持力、摩擦力和安培力的作用下处于平衡状态，重力和支持力沿竖直方向，故安培力和摩擦力的合力也一定沿竖直方向，由于支持力的大小小于重力的大小，故安培力、摩擦力、支持力的合力与重力是一对平衡力，大小相等，方向相反，故D正确。
故选D。
8. 如图所示，半径为R的圆形区域内，存在着方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B的匀强磁场。一电荷量为，质量为m的粒子沿平行于直径的方向射入匀强磁场。已知入射点与间的距离为，粒子射出磁场时速度方向与入射速度方向间的夹角为，不计粒子重力，则粒子的速率为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】作出粒子在磁场中运动轨迹，如图所示
由几何知识可得
解得
由于粒子射出磁场时速度方向与入射速度方向间的夹角为，可知
所以,
由几何知识可知，
又因为
则有
解得
洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有
解得
故选A。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 如图所示，在张紧的水平绳上挂5个摆，已知甲、乙、丙的摆长相等，丁最长，戊最短。现让乙摆在垂直纸面的方向振动起来，其余各摆也随之振动，待振动稳定后，下列说法正确的是（ ）
A. 戊摆的固有频率最小
B. 戊摆的振动频率最大
C. 5个摆的振动频率都相等
D. 甲、丙摆的振幅比丁、戊摆的振幅大
【答案】CD
【解析】A根据题意，由单摆的周期公式
可知摆长越短，周期越小，又因为
可知单摆周期越小，固有频率越大，故戊摆的固有频率最大,A错误；
BC．振动稳定后，所有摆的振动频率都与乙摆的振动频率相等，B错误，C正确；
D．甲、丙的摆长与乙的摆长相等，即固有频率与驱动力频率相等，发生共振，振幅最大，故甲、丙摆的振幅比丁、戊摆的振幅大，D正确。
故选CD。
10. 如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，一端夹入两张纸片，从而在两玻璃之间形成一个劈形空气薄膜。当某单色光从上方入射后，从上往下看，可观察到如图乙所示的等间距干涉条纹。下列说法正确的是（ ）

A. 同一条纹所在位置下面的薄膜厚度不同
B. 相邻的明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差相同
C. 若用波长更长的单色光入射，干涉条纹会变疏
D. 若抽去一张纸，干涉条纹会变密
【答案】BC
【解析】AB．根据薄膜干涉的特点可知，任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等，任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，A错误，B正确；
CD．光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为处为两相邻明条纹，如图所示

由于下表面光线从光疏介质射向光密介质发生发射，存在半波损失，则两处光程差分别为，
即有
设条纹间距为，由几何知识可得
解得
若用波长更长的单色光入射，则增大，干涉条纹会变疏；若抽去一张纸，变小，减小，则增大，干涉条纹会变疏，C正确，D错误。
故选BC。
11. 2024年12月，我国中科离子240MeV超导质子回旋加速器研发成功并稳定运行，这一成果将在医学治疗和科学研究中得到广泛应用。其原理如图所示，和是两个半径为R的中空半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒接在电压为、周期为T的交流电源上。一电荷量为q，质量为m的质子从圆心A处飘入两盒之间的狭缝，质子在狭缝中被电场加速，当其被加速至动能最大后，从回旋加速器中射出，忽略质子在电场中的运动时间。下列说法中正确的是（ ）
A. 质子在、运动过程中，洛伦兹力对质子不做功，其冲量不为零
B. 电场变化的周期是粒子在磁场中做圆周运动周期的两倍
C. 质子所能获得的最大动能为
D. 质子加速至动能最大所用的时间为
【答案】AD
【解析】A．质子在、运动过程中，洛伦兹力与速度方向垂直，则洛伦兹力对质子不做功，根据I=Ft可知其冲量不为零，选项A正确；
B．为了使得每次质子经过电场时都能被加速，则电场变化的周期应等于粒子在磁场中做圆周运动的周期，选项B错误；
C．根据
且
可得质子所能获得的最大动能为
选项C错误；
D．由于
则质子在电场中被加速的次数
每加速一次则质子在磁场中运动半个周期，运动时间为（最后一次除外）；
质子加速至动能最大所用的时间为，选项D正确。
12. 一列简谐波沿x轴方向传播，时的波形图如图甲所示。P、Q为x轴上两个质点，质点P的平衡位置在处，其振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 该波沿x轴负方向传播
B. 该波的波速为0.6
C. 从开始，质点P与Q第一次回到平衡位置的时间差为
D. 至少再经过，质点P、Q的位移相等
【答案】BCD
【解析】A．由振动图像可知，时质点P沿y轴负向振动，结合波形图可知，该波沿x轴正方向传播，选项A错误；
B．由振动图像可知t=0.5s时质点P的位移为
由波形图可知
可得
该波的波速为
选项B正确；
C．从开始，由振动图像可知，质点P第一次回到平衡位置的时间为1.5s；质点Q第一次回到平衡位置的时间
则两者的时间差为
选项C正确；
D．在t=0.5s时刻在O点左侧最近的波峰的平衡位置距离O点
要想使得质点P、Q的位移相等则该波峰要传到PQ平衡位置的中点位置，即距离O点0.35m的位置，即至少向右传播
需要的时间至少
选项D正确。
故选BCD。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某同学用“插针法”测定一等腰三角形玻璃砖（侧面分别记为A和B、顶角大小为）的折射率。步骤如下：
①在白纸上画一条直线，并画出其垂线，交于O点；
②将玻璃砖侧面A沿放置，并确定侧面B在白纸上的位置，与相交于点；
③调节激光器发射角度，使激光沿方向从O点射入玻璃砖；
④通过观察光路上插入的大头针来确定出射光路。
（1）关于本实验操作，下列说法正确的是________；
A. 确定位置时，可直接用铅笔沿侧面B画出一条直线
B. 插好的大头针应与纸面垂直
C. 确定出射光路时，只需在侧面B外插入一个大头针
（2）撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线的夹角为（锐角），则玻璃砖折射率________；（用、表示）
（3）在另一次实验操作中，该同学换了另一块同种材料、顶角更大的等腰三角形玻璃砖，重复上述操作，发现在边一侧始终找不到出射光线，其可能的原因是________。（写出一条即可）
【答案】（1）B （2） （3）在ef边发生全反射
【解析】（1）A．直接用铅笔沿侧面画线可能会损坏光学面，故A错误；
B．大头针应与纸面垂直，才能准确标记光路方向，故B正确；
C．确定出射光路需要至少两个大头针，才能准确反映光路方向，故C错误。
（2）根据几何关系可知入射角为，折射角为，如图所示
根据折射率公式，有
（3）换了另一块同种材料、顶角更大的等腰三角形玻璃，因为顶角越大，在ef边界的入射角越大，当入射角达到或超过临界角时发生全反射，所以在边一侧始终找不到出射光线。
14. 某同学用图甲所示单摆装置测量当地的重力加速度，实验的部分操作如下：
①用游标卡尺测量小钢球的直径；
②实验时，将一不可伸长的细线一端悬挂在铁架台上，另一端连接摆球，然后将摆球拉离平衡位置，使细线与竖直方向成角（），释放摆球，让其开始摆动，并测量出周期。
（1）如图乙所示，小钢球的直径为________；
（2）测出单摆完成n次全振动时间为t，摆线长为L，摆球直径用d表示，用上述物理量表示出重力加速度________；
（3）若采用上述（2）的方式测得的g值偏大，可能的原因是________；
A. 单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了
B. 把n次全振动的时间误记为n-1次
C. 用摆线长作为摆长来计算
D. 用摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算
（4）为了提高测量精度，需多次改变摆线长L的值并测得相应的单摆周期T。现测得六组数据，标示在以L为横轴，为纵轴的坐标纸上。画出与L的图像，如图丙所示，结合图像可得________。（结果保留两位小数，取）
【答案】（1）12.0 （2） （3）D （4）9.86
【解析】（1）10分度游标卡尺的精确值为，由图乙可知小钢球的直径为
（2）单摆周期为
根据单摆周期公式可得
联立解得重力加速度为
（3）若采用上述（2）的方式测得的g值偏大，根据单摆周期公式可得
可得
A．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了，则摆长测量值偏小，使测得的g值偏小，故A错误；
B．把n次全振动的时间误记为n-1次，则周期测量值偏大，使测得的g值偏小，故B错误；
C．用摆线长作为摆长来计算，则摆长测量值偏小，使测得的g值偏小，故C错误；
D．用摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算，则摆长测量值偏大，使测得的g值偏大，故D正确。
故选D
（4）设小球半径为，根据单摆周期公式可得
可得
可知图像的斜率为
可得
15. 沿x轴方向传播的一列简谐波，在时和时的波形图分别如图中实线和虚线所示。
（1）若波沿x轴正方向传播，求这列波的波速；
（2）若波沿x轴负方向传播，且周期大于0.4s，求这列波的波速。
【答案】（1）（，，） （2）
【解析】（1）由题图可知波长为
若波沿x轴正方向传播，根据波形平移法可知，在内波向右传播的距离为（，，）
则这列波的波速为（，，）
（2）若波沿x轴负方向传播，且周期大于0.4s，根据波形平移法可知，在内波向左传播的距离为
则这列波的波速为
16. 光纤通信有传输容量大、传输衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。现有一可用于光纤通信的圆柱体长玻璃丝，其外界为真空，左端面打磨为半球形。如图为该玻璃丝的截面示意图，其左端半圆的圆心为O，半径为R，直线部分。单色光线从与O等高的B点入射，当入射角为时，折射光线恰好在D点发生全反射。已知，光在真空中传播速度为c。
（1）求该单色光线入射角；
（2）若光线从半球面上沿半径入射，入射方向与平行，求光线从入射点传播到界面所用的时间。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）作出光的折射光路图如下
由题可知，
由几何知识可得
故有，
由全反射条件可得半球面的折射率
所以
解得
即
（2）由题意作出相关光路图如下
由几何知识可得，光在半球面内通过的路程
光在半球内传播的速度
所以光线从入射点传播到界面所用的时间
17. 如图甲所示，倾角为的光滑固定斜面顶端连接一劲度系数为k、原长为的轻质弹簧，弹簧另一端连接一质量为m的小球，小球处于静止状态。现将小球托起使弹簧恢复原长，然后由静止释放小球，小球在斜面上往复运动，弹簧始终在弹性限度内。已知重力加速度为g，忽略空气阻力。
（1）求小球处于平衡位置时弹簧的长度；
（2）用x表示小球相对于平衡位置的位移，请分析小球所受合力F与位移x的函数关系，从而证明小球做简谐运动；
（3）规定沿斜面向下为正方向，选取小球的平衡位置为坐标原点，在图乙中画出小球由最高点运动到最低点过程中，其加速度a随x变化的图像（标出关键位置坐标），并求出小球的最大速度。
【答案】（1） （2）见解析 （3）
【解析】（1）小球平衡时，根据平衡条件可得
解得弹簧的伸长量
故此时弹簧的长度为
（2）小球运动到平衡位置右下方x处时弹簧弹力大小为
小球所受合力为
联立解得
即小球所受合力与其偏离平衡位置的位移大小成正比，方向相反，说明小球的运动是简谐运动。
（3）由最高点运动到最低点过程中，小球做简谐运动，则有
小球的加速度a随x变化的图像如图所示
当时，小球的速度最大，设合外力做功为，根据图中图线（或）与横轴所围面积得
由动能定理有
解得
18. 如图所示，空间存在两处匀强磁场和一处匀强电场，两处磁场磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外，I区磁场存在于以为圆心，d为半径的圆内，Ⅱ区磁场存在于的区域内；Ⅲ区电场存在于的区域内，电场强度大小为E，方向沿y轴负向。一束质量为m、电荷量为、宽度为2d的带电粒子流（分布均匀）以相同的速度沿y轴正向射入I区磁场，所有粒子均能从坐标原点O进入Ⅱ区磁场，其中从圆形磁场最下端M点沿半径方向射入I区磁场的粒子，在O点出射时速度方向沿x轴正向。这些粒子经偏转后部分可以被安装在y轴负半轴上足够长的收集板收集起来，另一部分进入Ⅲ区电场。不计粒子重力及相互间的作用。求：

（1）粒子射入Ⅰ区磁场的速度大小v；
（2）大量粒子从边界线（图中虚线）射出，求射出点到x轴的最远距离及可被收集板收集的粒子占入射粒子总数的比值；
（3）从边界射出，且速度方向沿x轴正向的粒子进入Ⅲ区电场后再次经过x轴时的位置坐标；
（4）保持题干条件不变，再把空间分为左右两部分，分别填充磁感应强度大小相等的匀强磁场，左侧磁场沿y轴正向，右侧磁场沿y轴负向，从边界射出，且速度方向沿x轴正向的粒子进入Ⅲ区后垂直通过x轴另一坐标，求左侧磁场沿x轴方向的宽度和右侧磁场沿x轴方向的宽度的最小值。
【答案】（1） （2）， （3）（，0） （4），
【解析】（1）由题意知，进入I区磁场粒子半径，
解得
（2）根据题意可知，从边界线（图中虚线）射出的粒子的上边界点和下边界点分别为下图中的A、B点

由几何知识可知，A、B点到x轴的距离相等，，故
故射出点到x轴的最远距离为
由几何关系知，当粒子在Ⅱ区磁场的运动轨迹与边界边界相切于B点时，该粒子从坐标原点O进入时速度方向与y轴负向夹角为，由几何关系知，该粒子在Ⅰ区磁场边界的入射位置距离y轴的距离为，则
（3）从边界射出，且速度方向沿x轴正向的粒子从F点进入Ⅲ区电场，如图所示

则F点到x轴的距离为
粒子进入Ⅲ区电场后做类平抛运动，其加速度为
设该粒子再次经过x轴时的横坐标为x，则，
联立得
故该粒子再次经过x轴的坐标为（，0）
（4）由题意知，填充磁场后，粒子进入Ⅲ区的运动轨迹为螺旋线，再次经过x轴所需时间与（3）问相同，设填充磁场的磁感应强度大小为，则
由几何关系知
又
则
由几何关系知
则