湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学2024-2025学年高二下学期集中独立作业物理试卷（Word版附解析）

这是一份湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学2024-2025学年高二下学期集中独立作业物理试卷（Word版附解析），共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．下列关于热学问题的说法正确的是（ ）
A．草叶上的露珠是由空气中的水蒸气凝结成的水珠，这一物理过程中水分子间的引力增大、斥力减小
B．某气体的摩尔质量为 M、密度为ρ，用 表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质量 ，每个气体
分子的体积
C．大量气体分子的速率有大有小，但是按“中间多，两头少”的规律分布
D．单晶体和多晶体在不同方向上的导热性、机械强度等物理性质都不一样
2．如图所示，储罐中有不导电液体，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成电容为 C 的电容器置于储罐中，
电容器可通过开关 S 与自感系数为 L 线圈或电源相连．当开关从 a 拨到 b 开始计时，L 与 C 构成的回路中产生振
荡电流，则 时间内（ ）
A．线圈中的电流增大
B．线圈中的自感电动势减小
C．电容器极板间的电场强度增大
D．电容器极板上的电荷量减小
3．如图所示，两根长直导线竖直插入粗糙绝缘水平桌面上的 A、B 两小孔中，CD 虚
线为 AB 连线的中垂线，O 为 A、B 连线的中点，连线上 a、b 两点关于 O 点对称。导
线中通有大小相等、方向相反的电流。已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度 ，式中 k 是常数、I
是导线中的电流、r 为点到导线的距离。一带正电的小滑块以初速度 从 a 点出发在桌面上沿连线 CD 运动到 b
点。关于上述过程，下列说法正确的是（ ）
A．小滑块做匀速直线运动
B．小滑块做匀减速直线运动
C．小滑块做加速度逐渐增大的减速直线运动
D．小滑块做加速度先增大后减小的减速直线运动
4．重离子回旋加速器示意图如图所示，所谓重离子，是指重于 2 号元素氦 并被电离的粒子。重离子回旋
加速器的核心部分是两个相距很近的金属 D 形盒，它们分别和高频交流电源连接，在两个 D 形盒的窄缝中产生
匀强电场使重离子加速。下列说法正确的是（ ）
A．电场和磁场的变化周期相同，交替进行，使重离子加速
B．只减小电场电压，不改变其他条件，则重离子在 D 形盒中运动的时间变短
C．只减小电场电压，不改变其他条件，则重离子离开 D 形盒时的速度不变
D．保持 D 形盒中的磁场不变，加速比荷较小的重离子所需的交流电源的周期一定较小
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5．某主题公园的湖里安装了一圆形线状光源的彩灯，半径 ，如图甲所示。该光源水平放置到湖水下方，
光源圆面与液面平行。当彩灯发出红光时，可在水面正上方观察到如图乙所示的红色亮环，亮环与中间暗圆的面
积之比为 ，已知水对红光的折射率为 。下列说法正确的是（ ）
A．此彩灯离水面的垂直距离为
B．彩灯变为蓝光时，中间暗圆面积变小
C．若将彩灯上移，则亮环面积与中间暗圆面积之比增大
D．将光源再向湖底竖直向下移动 ，会使中间暗圆消失
6．如图所示是法拉第圆盘发电机，圆盘半径为 r，圆盘处于磁感应强度为 B，方向竖直向上的匀强磁场中。圆盘
左边有两条光滑平行足够长倾斜导轨 MN，导轨间距为 L，其所在平面与水平面夹角为 ，导轨处于垂直斜面向
上磁感应强度也为 B 的匀强磁场中，用导线把两导轨分别与圆盘发电机中心和边缘的电刷连接，圆盘边缘和圆
心之间的电阻为 R。在倾斜导轨上放置一根质量为 m，长度也为 L，电阻为 2R 的 ab 导体棒，其余电阻不计，当
圆盘以某角速度ω匀速转动时，ab 棒刚好能静止在斜面上，则（ ）
A．a 端电势高于 b 端电势
B．圆盘转动的方向（从上往下看）为顺时针方向
C．ab 间电势差大小为
D．若圆盘停止转动，ab 棒将沿导轨匀加速下滑
7．风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧
区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。如图甲为风力发电的简易模型，发电机
与一理想变压器的原线圈相连，变压器原、副线圈匝数分别为 500 匝和 1000 匝，在风力的作用下，风叶带动与
其固定在一起的永磁体转动，转速与风速成正比，某一风速时，变压器原线圈两端电压随时间变化的关系图像如
图乙所示，则（ ）
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
B．电压表 V1 的示数是 100V
C．断开开关 K，电压表 V2 的示数是 0
D．风速加倍时，变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
二、多选题
8．将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态 A 开始经状态 B、C 又回到状态 A，整个过程中气体的
压强 p 随气体体积 V 的变化规律如图所示，其中 AB 与横轴平行，AC 与纵轴平行，BC 为等温线。已知 B 状态的
压强、体积、温度分别为 、 、 ，状态 C 的压强为 ，气体由状态 A
到状态 B，气体内能改变量的绝对值为 。下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态 C 的体积为 18L
B．气体在状态 A 的温度为 600K
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C．气体由状态 A 到状态 B，内能增加
D．气体由状态 A 到状态 B，气体向外界放出的热量为
9．如图所示，某同学利用电压传感器来研究电感线圈工作时的特点。图甲中三个灯泡完全相同，不考虑温度对
灯泡电阻的影响。在闭合开关 S 的同时开始采集数据，当电路达到稳定状态后断开开关。图乙是由传感器得到的
电压 u 随时间 t 变化的图像。不计电源内阻及电感线圈 L 的直流电阻。下列说法正确的是（ ）
A．开关 S 闭合瞬间，流经灯 和 的电流相等
B．开关 S 闭合瞬间至断开前，流经灯 的电流保持不变
C．开关 S 断开瞬间，灯 闪亮一下再熄灭
D．根据题中信息，可以推算出图乙中
10．如图所示，间距 L=1m、足够长的平行金属导轨倾斜放置，与水平面夹角为 30°，其左端接一阻值 R=1Ω的定
值电阻。直线 MN 垂直于导轨，在其左侧面积 S=1m2 的圆形区域内存在垂直于导轨所在平面向上的磁场，磁感
应强度 B 随时间的变化关系为 B=8t（T），在其右侧（含边界 MN）存在磁感应强度大小 B0=2.5T、方向垂直导轨
所在平面向下的匀强磁场。t=0 时，某金属棒从 MN 处以 v0=4m/s 的初速度开始沿斜面向上运动，已知金属棒质
量 m=1kg，与导轨之间的动摩擦因数 ，导轨、金属棒电阻不计且金属棒与导轨始终垂直且接触良好，重
力加速度 g=10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．t=0 时，闭合回路中有大小为 2A 的逆时针方向的电流
B．金属棒在运动过程中受到的安培力方向一直沿斜面向下
C．金属棒最终将以 1.2m/s 的速度匀速运动
D．金属棒最终将以 1.0m/s 的速度匀速运动
三、实验题
11．如图甲所示，利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝的间距 双缝到光屏的距离 ，实
验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图乙所示，则分划板在图乙中 A 位置时游标卡尺的读数（如图丙所示），
mm，在 B 位置时游标卡尺的读数 ，相邻两亮条纹的间距 = mm；该单色光
的波长 （结果保留三位有效数字）。
(2)若装置各数据不变，改用波长为 的光照射双缝，则屏上观察到的条纹个数 （填“增加”“减
少”或“不变”）。
(3)若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间
距 时，测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）实际值。
12．某同学想通过实验探究一个热敏电阻的特性。
（1）为探究热敏电阻的特性，设计了如图甲所示的电路，R0 为电阻箱，R 为热敏电阻，开关 S、S1、S2 先断开，
滑动变阻器的滑片移到最 （选填“左”或“右”）端。
（2）实验时，温控室的温度为 t0，闭合 S、S1，调节滑动变阻器的滑片，使电流表有合适的示数 I0，现断开 S1
闭合 S2，滑动变阻器的滑片不动，调节电阻箱 R0 的阻值 R0=90Ω时，电流表的示数也为 I0，则此室温的热敏电阻
值为 Ω。多次改变温控室的温度，重复上述实验过程，测得多组热敏电阻在不同温度 t 下对应的电阻
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值 R，作出 R-t 图像，如图乙所示，室温 t0 为 ℃。
（3）把这个热敏电阻接入如下丙图所示的电路中，可以制作温控报警器。已知电源电压为 9V，内阻 r=2Ω，R2=50Ω；
当图中的电流表 A 达到或超过 0.5A 时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为 80℃，
图中 R1 阻值为 Ω（保留 2 位有效数字）。
四、解答题
13．有一个两端开口、粗细均匀的 U 形玻璃细管，放置在竖直平面内，处在压强为 的大气中，两个竖直支管
的高度均为 h，水平管的长度为 ，玻璃细管的半径为 r， 。今将水平管内灌满密度为 的水银，如图所
示。
（1）如将 U 型管两个竖直支管的开口分别密封，管内空气压强均等于大气压强。当 U 型管向右做匀加速运动时，
加速度应为多大才能使水平管内水银柱长度稳定为 ？
（2）如将其中一个竖直支管的开口密封起来。使其管内气体压强为 1 个大气压。当 U 型管以另一个竖直支管（开
口的）为轴做匀速转动时，转速 n 应为多大才能使水平管内水银柱长度稳定为 ？（设气体温度保持不变）
14．如图所示，固定的半圆弧形光滑轨道置于水平方向的匀强电场和匀强磁场中，轨道圆弧半径为 R，磁感应强
度为 B，方向垂直于纸面向外，电场强度为 E，方向水平向左。一个质量为 m 的小球（可视为质点）放在轨道上
的 C 点恰好处于静止，圆弧半径 OC 与水平直径 AD 的夹角为 ，（ ）
（1）求小球带何种电荷，电荷量是多少？并说明理由。
（2）如果将小球从 A 点由静止释放，小球在圆弧轨道上运动时，对轨道的最大压力的大小是多少？
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15．如图所示，水平面内足够长的两光滑平行金属直导轨，左侧有电动势 的直流电源、 的电容
器和 的定值电阻组成的图示电路。右端和两半径 的竖直面内 光滑圆弧轨道在 处平滑连接，
与直导轨垂直， 左侧空间存在竖直向上，大小为 的匀强磁场。将质量为 电阻为
的金属棒 静置在水平直导轨上，图中棒长和导轨间距均为 ， 距 足够远，金属导轨电阻不计。开始
时，单刀双掷开关 断开，闭合开关 ，使电容器完全充电；然后断开 ，同时 接“1”， 从静止开始加速
运动直至速度稳定；当 匀速运动到与 距离为 时（速度已经稳定），立即将 接“2”，并择机释放
另一静置于圆弧轨道最高点、质量为 的绝缘棒 ， 、 恰好在 处发生第 1 次弹性碰撞。已知之
后 与 每次碰撞前 均已静止，所有碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短， 、 始终与导轨垂直且接触
良好，重力加速度 ，求：
(1)电容器完成充电时的电荷量 ；
(2) 稳定时的速度；
(3)自发生第 1 次碰撞后到最终两棒都静止，金属棒 的总位移。
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参考答案
1．C【详解】A．草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，分子间的距离减小，分子的引力和斥力都会增
大，故 A 错误；
B．每个气体分子的质量 每个气体分子的平均空间体积
它不是气体分子的体积，故 B 错误；
C．尽管分子做无规则运动，速率有大有小，但大量气体分子整体的速率分布遵从一定的统计规律，分子数百分率
呈现“中间多，两头少”的分布规律，故 C 正确；
D．单晶体具有各异性，不同方向上的导热性、机械强度等物理性质可能不一样。而多晶体具有各向同性，在不
同方向上的导热性、机械强度等物理性质一样，故 D 错误。故选 C。
2．C【详解】D．L 与 C 构成的回路，振荡的周期
电容器电量随时间变化如图所示
在 时间内，即是 时间内，电容器极板上的电荷量增加，D 错误；
AB．电容器电量随时间变化如图所示
则线圈中的电流关系如图所示
在 时间内，即是 时间内，电流在减小，自感电动势
图像的斜率在增大，故自感电动势在增大，AB 错误；
C．根据 ； 解得 电容器极板上的电荷量增加，则场强增大，C 正确。故选 C。
3．B【详解】根据右手螺旋定则，结合磁场的合成可知 C、D 之间的磁场方向沿 CD 向里，磁场感应强度大小先
增大后减小，根据左手定则可知，带正电的小滑块以初速度 从 a 点出发在桌面上沿连线 CD 运动到 b 点过程中，
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带正电的小球不受洛伦兹力，沿 CD 方向只受到滑动摩擦力作用，方向沿 DC 向外，滑动摩擦力不变，根据牛顿
第二定律可知小滑块的加速度不变，所以小滑块做匀减速直线运动。故选 B。
4．C【详解】A．在回旋加速器中，只有电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同时，粒子才能在电场中
不断被加速，但磁场不能对粒子加速，粒子在磁场中做匀速圆周运动，故 A 错误；
BC．粒子的半径最大等于 D 形盒的半径 R 时粒子的速度最大，根据洛伦兹力提供向心力可得：
则
若只减小加速电场的电压，其余条件不变，则粒子被引出时速度不变，动能也不变，根据动能定理：nqU=Ek
n 为粒子被电场加速的次数，Ek 不变，U 变小，n 变大，则带电粒子在 D 形盒中运行的圈数将变大，则运动的时
间 而 周期 T 不变，所以运动时间变长，故 B 错误，C 正确；
D．在偏转磁场中，带电粒子的偏转运动的周期为 ，比荷越大，周期越小，加速电场的交流电源周期等
于粒子做圆周运动的周期，故保持 D 形盒中磁场不变，要加速比荷较小的重离子所需的交流电源的周期一定较
大，故 D 错误；故选 C。
5．D【详解】A．设亮环外边缘与内边缘的半径分别为 和 ，由题意得 求得
设水对红光的临界角为 C，则 可得
设光源离水面的垂直距离为 h，若光源上的一点射出的光线恰好在水面发生全发射，如图所示
根据几何关系有 ， 联立得 故 A 错误；
B．水对蓝光的折射率大于水对红光的折射率，即水对蓝光的临界角小于水对红光的临界角，根据
可知，彩灯变为蓝光时， 增大，即中间暗圆面积增大，故 B 错误；
C．亮环面积与中间暗圆面积之比为
若将彩灯上移，即 h 减小，则 减小， 增大，所以亮环面积与中间暗圆面积之比减小，故 C 错误；
D．若将光源再向湖底竖直向下移动 ，中间暗圆恰好消失，则
解得 故 D 正确。故选 D。
6．C【详解】A．ab 棒刚好能静止在斜面上，由受力可知，电流方向由 b 向 a，故 a 端电势低于 b 端电势，A 错
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误；
B. 由右手定则可知，圆盘转动的方向（从上往下看）为逆时针方向，B 错误；
C. 由题可知，圆盘产生的感应电动势为
由闭合电路欧姆定律可知，ab 间电势差大小为 C 正确；
D. 若圆盘停止转动，ab 棒沿导轨向下做切割磁感线运动，由 ab 棒受力可知，棒先做加速运动后做匀速运动，D
错误。故选 C。
7．D【详解】A．通过图乙可知变压器原线圈两端电压的最大值为 ，周期 ，永磁体转动的角
速度 所以电压的瞬时值表达式为 选项 A 错误；
B．电压表 V1 测量的是变压器原线圈两端电压的有效值 选项 B 错误；
C．电压表 V2 测量的是理想变压器副线圈的输出电压，与有无负载无关，根据理想变压器原理
得电压表 V2 的示数 选项 C 错误；
D．风速加倍时，角速度 加倍，根据
可知产生的感应电动势加倍，变压器原线圈两端电压加倍，因此风速加倍时，变压器原线圈两端电压的瞬时值表
达式为 选项 D 正确。故选 D。
8．ABD【详解】A．从 B 到 C 温度不变，则由玻意耳定律
可得气体在状态 C 的体积为 VC=18L 选项 A 正确；
B．因 VA=VC=18L，从 A 到 B 为等压过程，则由盖-吕萨克定律
解得气体在状态 A 的温度为 TA=600K 选项 B 正确；
C．气体由状态 A 到状态 B，温度降低，则内能减小，选项 C 错误；
D．气体由状态 A 到状态 B，外界对气体做功
根据 可知
即气体向外界放出的热量为 ，选项 D 正确。故选 ABD。
9．AD【详解】AB．开关 S 闭合瞬间，由于电感线圈的强烈阻碍作用，灯 D3 没有电流通过，灯 和 串联，
流经灯 和 的电流相等，通过电感的电流逐渐增大，稳定后灯 和 并联再与 串联，流过灯 的电流
改变，故 A 正确，B 错误；
C．开关 S 断开瞬间，由于电感线圈阻碍电流减小的作用，由电感线圈继续为灯 和 提供电流，又因为电路
稳定的时候，流经灯 和 的电流相等，所以灯逐渐熄灭，并不会闪亮，故 C 错误；
D．开关 S 闭合瞬间，灯 和 串联，电压传感器所测电压为 D2 两端电压，有
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电路稳定后，流过 D3 的电流为
开关 S 断开瞬间，电感线圈能够提供与之前等大电流，故其两端电压为
解得 故 D 正确。故选 AD。
10．AC【详解】A．t=0 时，金属棒产生的动生电动势大小
方向由 N 到 M。圆形区域内磁感应强度 B 随时间均匀变化，在闭合回路中产生感生电动势大小为
方向沿顺时针方向。因 ，所以金属棒中的电流方向由 N→M，闭合回路中有逆时针方向的电流，电流大
小为 故 A 正确；
B．金属棒开始运动时，金属棒受到沿斜面向下的安培力、重力的分力和摩擦力作用，沿斜面向上减速运动，当
时，感应电流为零，但金属棒仍受到沿斜面向下的重力的分力和摩擦力作用，继续减速，此后
这时闭合回路中有顺时针方向的电流，金属棒受到沿斜面向上的安培力和沿斜面向下重力的分力、摩擦力的作用，
故金属棒在运动过程中受到的安培力方向不是一直沿斜面向下，故 B 错误；
CD．沿斜面向上的安培力大小等于沿斜面向下重力的分力与摩擦力的合力时，金属棒开始匀速运动，即
解得金属棒匀速运动的速度大小
故 C 正确，D 错误。故选 AC。
11．(1) 10.7 0.7 467(2)减少(3)大于
【详解】（1）[1]由图丙可得
[2]根据图乙，可得相邻两亮条纹间距
[3]根据 ，可得该单色光的波长
（2）根据 可知，改用波长为 的光照射时，波长变长，则条纹间距 变大，条纹个数将减少。
（3）若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，则在这种情况下测量干涉条纹的间距 时，条
纹是倾斜的，则测量值大于实际值。
12． 左 90 30 20
【详解】(1)[1]为保护用电器的使用安全，滑动变阻器的滑片移到最左边，确保闭合开关瞬间，流过电表的电流
为零。
(2)[2]试验中，用电阻箱代替热敏电阻，二者阻值相等。
[3]在乙图中找到纵轴坐标为 90Ω的图线上对应的横轴坐标为 30℃。
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(3)[4]在乙图中读出环境温度为 80℃时热敏电阻的阻值为 30Ω，根据闭合电路欧姆定律有
带入数据，得
13．（1） ；（2） 【详解】（1）设管的截面积为 S，当“U”型管向右加速运动时，水平
管内的水银柱将向左边的竖直支管中移动，其所受水平方向的合力提供加速度 a，如图
竖直支管内空气温度不变，根据玻意耳定律，对右管气体有
对左管气体有
A、B 两处的压强分别为 ，
留在水平管内的水银柱质量
由牛顿运动定律有 解得
（2）当“U”型管以开口的竖直支管为轴转动时，水平管内的水银柱将向封闭的竖直支管中移动，如图
对于封闭气体有
A、B 两处的压强分别为 ，
留在水平管内的水银柱的质量
有
而 解得
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14．（1）正电荷， ；理由见解析；（2）
【详解】（1）小球在 C 点受重力、电场力和轨道的支持力处于平衡，电场力的方向一定是向左的，与电场方向
相同，如图所示，因此小球带正电荷
由平衡条件可得 ； 则有
所以小球的电荷量
（2）小球从 A 点释放后，沿圆弧轨道滑下，将受方向指向轨道的洛伦兹力 f，力 f 随速度增大而增大，小球通过
C 点时速度（设为 v）最大，力 f 最大，且 qE 和 mg 的合力方向沿半径 OC，因此小球对轨道的压力最大，有
通过 C 点的速度
小球在重力、电场力、洛伦兹力和轨道对它的支持力 作用下沿轨道做圆周运动，有
最大压力 的大小等于支持力,联立求得
15．(1)3.6C(2)9m/s(3)0.18m
【详解】（1）根据电容的定义式有 求得
（2）金属棒 M 最终匀速直线时
对金属棒 M 应用动量定理可得 即
其中 联立求解得
（3）在开关 接 2 时，对金属棒 M 应用动量定理
即
又由 联立求得
绝缘棒 N 滑到圆周最低点时，由动能定理可得 求得
金属棒 M，绝缘棒 N 弹性碰撞 ，
求得 ，
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发生第一次碰撞后，金属棒 M 向左位移为 ，根据动量定理可得
即 又由
则
由题可知，绝缘棒 第二次与金属棒 碰前速度为 ，方向水平向左，碰后速度为 ，金属棒的速度为 ，
由弹性碰撞可得 ， 求得 ，
金属棒 向左的位移 ，则 求得
同理可知，金属棒 与绝缘棒 第三次碰撞后的瞬时速度 ，则
金属棒 M 向左的位移 ，有 求得
以此类推，金属棒 与绝缘棒 第 次碰撞后的瞬时速度 ，可知
金属棒 M 向左的位移 ，有
发生第 1 次碰撞后到最终两棒都静止，金属棒 的总位移
当 趋于无穷大时
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