河南省南阳市部分校2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版）

这是一份河南省南阳市部分校2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版），共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1. 电磁场与现代高科技密切关联，并有重要应用。对以下四个科技实例，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲的速度选择器能使速度大小的粒子沿直线匀速通过
B. 图乙的磁流体发电机正常工作时电流方向为，电阻R两端的电势差等于发电机的电动势
C. 图丙为回旋加速器，若增大D形盒狭缝之间的加速电压U，则粒子射出加速器时的最大动能增大
D. 图丁为霍尔元件，若载流子带负电，稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势
【答案】D
【解析】A．电场的方向与B的方向垂直，带电粒子从左端进入复合场，受电场力和洛伦兹力，且二力是平衡力，即
解得
故A错误；
B．由左手定则知正离子向上偏转，负离子会向下偏转，所以P板是电源正极，Q板是电源负极，正常工作时电流方向为，但电路工作时等离子体也有电阻，故电阻R两端的电势差等于发电机的路端电压，小于发电机的电动势，故B错误；
C．设D型盒的半径为R，粒子离开时速度为v，磁感应强度为B，粒子质量为m，电荷量为q，根据牛顿第二定律得
粒子的动能为
可知最大动能与加速电压无关，故C错误；
D．若载流子带负电，由左手定则可知，负粒子向左端偏转，所以稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势，故D正确。
故选D。
2. 电磁炉（图甲）是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（ ）
A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生涡流来加热食物
B. 家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差
C. 简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水
D. 仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间
【答案】D
【解析】A．家用电磁炉工作时，通过锅体的磁通量发生变化，锅体中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热食物或者水，故A错误；
B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷中不能产生涡流，铁中能产生涡流，故B错误；
C．简易电磁炉工作时，金属杯中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热水，故C错误；
D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间，故D正确。
故选D。
3. 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直转轴匀速转动。如图所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如下图所示，已知线框内阻为1.0，外接一只电阻为9.0的灯泡，则（ ）
A. 电压表V的示数为20V
B. 电路中的电流方向每秒改变10次
C. 0.1s时，线圈处于中性面
D. 电动势的瞬时值表达式为
【答案】B
【解析】从乙图可知，电动势最大值
周期T=0.2s，频率5Hz，所以电路中的电流方向每秒改变10次
角速度
故电动势e的瞬时值表达式
电动势有效值
故电路电流
电压表V的示数
U=IR=18V
0.1s时，感应电动势最大，此时磁通量为零，线圈与中性面垂直，故B正确ACD错误。
故选B。
4. 如图所示，带正电小球在垂直纸面向外的匀强磁场中沿竖直光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往复运动，它向左或向右运动通过最低点时（ ）
A. 速度相同
B. 所受洛伦兹力大小不相同
C. 加速度相同
D. 轨道给它的弹力向右运动时比向左运动时小
【答案】C
【解析】A．速度是矢量，向左或向右运动通过最低点时，速度的方向不同，故速度不同， 故A错误；
B．小球沿圆弧做圆周运动，洛伦兹力不做功，机械能守恒，每次经过最低点时，速度大小相同，由可知，所受洛伦兹力大小相同， 故B错误；
C．小球经过最低点时加速度指向圆心，小球每次经过最低点时速度大小相等，由可知，加速度大小相等，故向左或向右运动通过最低点时，加速度相同， 故C正确；
D．向左经过最低点时，对小球有，
向右经过最低点时，对小球有，
故向右经过最低点时，轨道给球的弹力大些， 故D错误。
故选C。
5. 如图所示，闭合矩形线圈abcd以速度v从无磁场区域垂直磁场匀速穿过匀强磁场区域。以顺时针方向为电流的正方向，能正确反映bc两点间的电势差、线圈中电流I随时间t变化关系的图像是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】AB．线圈进入磁场时，bc边切割磁感线相当于电源，电源电动势
感应电流方向为顺时针方向，则c点为高电势，则bc两点间的电势差
线圈离开磁场时，ad边切割磁感线相当于电源，电源电动势
感应电流方向为逆时针方向，则c点为高电势，则bc两点间的电势差
线圈完全在磁场中运动时，bc边、ad边同时切割磁感线，线路中没有感应电流产生，c点、d点为高电势，此时bc两点间的电势差，故AB错误。
CD．有AB分析可得，线圈进入磁场时，感应电流方向为顺时针方向，为正值；线圈穿出磁场时，感应电流方向为逆时针方向，为负值，线圈完全在磁场中运动时，磁通量不变，没有感应电流产生；线圈进入和穿出磁场时感应电流的大小不变，故C正确，D错误；
故选C。
6. 如图甲所示，质量分别为、的物块A和B静止在光滑的水平地面上，其中物块B左端拴接一轻弹簧，弹簧开始处于原长。给物块A一向右的相速度，物块A与弹簧作用的过程中，物块A、B的速度，的部分大小关系如图乙所示，弹簧始终在弹性限度内，已知，结合图乙中的数据，下列说法正确的是（ ）
A. 物块A的初速度
B. 物块B的质量
C. 从物块A碰到弹簧到弹簧压缩最短的过程中，弹簧给物块B的冲量大小为0.36N·s
D. 弹簧第一次恢复原长时，物块B的速度大小为2m/s
【答案】C
【解析】A．由图乙可得物块A的初速度为
故A错误；
B．根据系统动量守恒可得
由图乙可得，当时，，代入可得物块B的质量为
故B错误；
C．弹簧压缩最短时，物块A、B速度相等，根据动量守恒可得
解得
由动量定理可得弹簧给物块B的冲量大小为
故C正确；
D．从接触弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程，相当于弹性碰撞，由动量守恒和机械能守恒可得
，
解得
故D错误。
故选C。
7. 如图所示，轻弹簧上端固定，下端挂一小球。现将小球向下拉动距离x后由静止释放，并开始计时。已知小球做简谐运动的周期为T，下列说法正确的是（ ）
A. 过程中，小球的速度一直变小
B. 过程中，小球的振幅逐渐变小
C. 时刻，小球的位移大小为
D. 过程中，小球的加速度一直变大
【答案】D
【解析】AB．在过程中，小球由最低位置向平衡位置运动，位移变小，速度一直增大，振幅保持不变，故AB错误；
C．因小球是由最低位置向平衡位置运动，所以过程中的平均速度小于过程的平均速度，故过程中小球运动的位移小于，故C错误；
D．在过程中，小球由平衡位置向最高位置运动，位移变大，根据
可知加速度一直变大，故D正确。
故选D。
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8. 如图所示，光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出，下列说法正确的是（ ）
A. 内芯的折射率大于包层的折射率
B. 内芯的折射率小于包层的折射率
C. 不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端时传播速度相同
D. 当红光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射
【答案】AD
【解析】AB．光线从内芯射向包层时要发生全反射，可知内芯的折射率大于包层的折射率，选项A正确，B错误；
C．根据光从光导纤维的一端传输到另一端时的时间
不同频率的可见光的频率不同，折射率不同，则从同一根光导纤维的一端传输到另一端时传播速度不相同，选项C错误；
D．因紫光的折射率大于红光，根据
可知紫光临界角小于红光，当红光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，在端面上的折射角小于红光，射到内芯与包层界面时的入射角变大，则紫光也能在内芯和包层分界面上发生全反射，选项D正确。
故选AD。
9. 如图，O为玻璃球体的球心，AB为球体的直径。自B点发出两条光线BM、BN。已知BM的折射光线平行AB， 反射光线垂直AB， ∠OBN=45°。则（ ）
A. 玻璃的折射率是
B. 玻璃的折射率是
C. 光线BN在N点的不会发生全反射
D. BN在N点的反射光线会通过A点
【答案】BD
【解析】AB．几何关系可知OM与BM夹角，OM与AO夹角，则折射率
故A错误，B正确；
C．几何关系可知ON与BN夹角为
且临界角满足
即BN光线的入射角小于临界角，光线BN会在N点发生全发射，故C错误；
D．根据几何关系可知，NB的反射光线与入射光线夹角为
则BN在N点的反射光线会通过A点
故D正确。
故选BD。
10. 如图所示，质量为M的带有四分之一光滑圆弧轨道的小车静止置于光滑水平面上，圆弧的半径为未知，一质量为的小球以速度水平冲上小车，恰好达到圆弧的顶端，此时M向前走了，接着小球又返回小车的左端。若，重力加速度为，则（ ）
A. 整个过程小车和小球组成系统动量和机械能都守恒
B. 圆弧的半径为
C. 整个过程小球对小车做的功为
D. 小球在弧形槽上上升到最大高度所用的时间为
【答案】BC
【解析】A．整个过程小车和小球组成系统仅在水平方向动量守恒，系统的机械能守恒，故A错误；
B．从滑上轨道到到达顶端，规定向右为正，根据水平方向动量守恒可得
根据机械能守恒可得
联立可得，，故B正确；
C．规定向右为正，设小球返回小车左端时的速度大小为、小车的速度大小为，根据水平方向动量守恒可得
根据机械能守恒可得
其中，联立可得
对小车根据动能定理可得，故C正确；
D．小球从滑上轨道到到达顶端，设小球与弧形槽相对地面的水平位移分别为，，则有
则根据题意可得，
在水平方向任一时刻都满足
则有
联立解得，故D错误。
故选BC。
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11. “枪口比动能”的计算公式为枪口子弹动能/枪管横截面积，单位为。我国规定枪口比动能达到或大于为枪支，小强通过如图甲所示实验装置测定某型号仿真枪是否超标。在一半封闭金属盒内塞人橡皮泥，金属盒下方安装一个有墨水的轻质细毛笔，将金属盒用轻绳系于天花板上的点，金属盒下方铺设一条以悬点为圆心的圆弧轨道，并在轨道上铺设白纸，调节轨道高度使得轻质毛笔笔尖轻微接触白纸且对金属盒的运动无明显阻碍作用。以为圆心竖直安装一与金属盒运动平面平行的量角器。将仿真枪靠近金属盒并对准其中心射出弹丸，随后弹丸陷入金属盒内部，并与金属盒一起摆起一定的角度。测量枪管的内直径，弹丸的质量，金属盒与橡皮泥的质量，白纸痕迹上方端点与悬点的连线与竖直方向的夹角以及金属盒中心与悬点的距离。重力加速度大小为。
（1）用游标卡尺测量枪管内直径时需利用图乙中游标卡尺的___________（选填“①”“②”或“③”）部分。测量得到枪管内直径读数如图丙所示，其读数为___________mm。
（2）根据所测量得到的物理量得出比动能的表达式为___________。（用题中所给物理量的字母表示）
（3）下列因素能够导致比动能的测量值偏小的是___________（填标号）。
A. 弹丸与金属盒碰撞过程中损失的动能
B. 金属盒所受的空气阻力以及毛笔笔尖与白纸之间的阻力
C. 击中金属盒的位置位于金属盒中心上方
D. 仿真枪没有抵近金属盒射击
【答案】（1）① 7.0 （2） （3）BD
【解析】（1）[1] 游标卡尺测量内径使用内爪测量，故选①部分。
[2] 10分度游标卡尺的精确度为，游标卡尺读数为
（2）根据动量守恒定律有
然后两者共同摆起使得细绳与竖直方向的夹角为时，由机械能守恒定律得
联立可得，弹丸的初动能
根据比动能的定义有
（3）A．根据实验原理，碰撞中损失的动能对测量结果无影响，故A错误；
BD．若考虑金属盒所受空气阻力以及毛笔笔尖与白纸之间的阻力和仿真枪没有抵近金属盒射击都会使得初动能的测量值小于真实值，故比动能的测量值偏小，故BD正确；
C．若击中金属盒的位置位于金属盒中心上方，则的测量值偏大，比动能的测量值偏大，故C错误。
12. 我们用如图所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。
（1）将实验仪器按要求安装在光具座上，则在图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置分别是 。
A. A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间
B. A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间
C. A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内
D. A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间
（2）下列说法正确的是 。
A. 如果将光源换成激光光源，去掉单缝，该实验照样可以完成
B. 去掉滤光片，不可能观察到干涉图样
C. 毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
D. 仅将双缝与光屏之间的距离减小少许可以增加从目镜中观察到的条纹个数
（3）已知双缝间距离，双缝到毛玻璃屏间的距离为，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准图丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图丁所示，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹，如图丙所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则戊图游标卡尺上的读数=_______mm。由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是_______m。
【答案】（1）D （2）AD （3）
【解析】（1）为获取两个单色线光源，处应为单缝、处应为双缝，滤光片在凸透镜和之间。
故选D。
（2）A．将光源换成激光光源，激光是相干光源，单色性好，所以可以去掉单缝，故A正确；
B．若测量去掉滤光片，能观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，故B错误；
C．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝是平行的，故C错误；
D．根据公式
仅将双缝与光屏之间的距离l减小少许，减小，可以增加从目镜中观察到的条纹个数，故D正确。
故选AD。
（3）[1][2]根据图丁可知读数为
根据图戊可知读数为
根据公式
可得
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
13. 如图，一半径为、圆心为O的圆形黑色薄纸片漂浮静止在某种液体的表面上，O点正下方液体中A点处有一单色点光源。光源发出的一条与水平方向夹角为的光线AB经过纸片的边缘B点射入空气中，其折射光线与水平方向的夹角为。已知光在真空中的传播速度大小为。
（1）求该液体的折射率；
（2）光在液体中传播时间；
（3）若此光源发出的光都不能射出液面，求该光源向上移动的最小距离。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）由图可知光折射时，在空气中的折射角为
在液体中的入射角为
结合折射率定义，可知该液体的折射率为
（2）光在液体中的传播速度为
光在液体中的传播距离为
则光在液体中的传播时间为，解得
（3）若使此光源发出的光都不能射出液面，使光在点恰好发生全反射，根据全反射临界角公式可得
解得发生全反射的临界角为
由几何关系，可知光源应向上移动的最小距离满足
解得
14. 如图甲所示，质量为的环套在光滑足够长的水平杆上，通过长为的轻绳与质量为的球相连，与光滑地面间恰好无作用力，与相同的小球以速度向左运动，和球发生弹性碰撞，球从碰撞后开始的部分轨迹如图乙所示，、、为轨迹最低点，、为轨迹最高点，球从运动到的时间为，重力加速度为，求：
（1）球、碰后瞬间球速度的大小；
（2）球运动到点时绳子拉力的大小；
（3）、P两点间的水平距离。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）与发生弹性碰撞，则，
解得
（2）碰后，组成系统在水平方向动量守恒且机械能守恒，当小球运动到点时，设与的速度大小分别为、，有，
解得，
此时对分析，根据牛顿第二定律
解得
（3）两者第一次共速时，上升的高度最大，此时处于点，则有，
根据水平方向守恒，任何时刻都满足
则
其中
联立解得
15. 如图所示，固定在水平面上的光滑平行导轨间距为L，导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。导轨左端接有电源和不带电的电容器，电源电动势为E、内阻为r，横跨在导轨上的金属棒质量为m，接入导轨中的电阻为3r。单刀双掷开关先掷向1，金属棒由静止开始运动，经过一段时间金属棒匀速运动。然后单刀双掷开关掷向2，最终金属棒匀速运动，导轨电阻不计，电容器的电容为，求：
（1）单刀双掷开关掷向1瞬间金属棒的加速度大小；
（2）单刀双掷开关掷向2前，通过金属棒横截面的总电荷量q；
（3）金属棒最终运动的速度大小。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）开关接1的瞬间，金属棒的速度为零，由闭合电路欧姆定律可知：E=I（R+r）
对金属棒由牛顿第二定律有：BIL=ma0
解得：
（2）分析可知开关接1后，金属棒速度最大时，有：E=BLvm
设经过很短的一段时间Δt，金属棒的速度改变量为Δv，取向右为正方向，由动量定理有：
而
金属棒从开始运动到速度达到稳定过程中通过金属棒横截面的总电荷量
（3）开关接2后，金属棒产生的电动势等于电容器电压时达到稳定速度v'，则有：
U=BLv'
此时电容器的电荷量：Q=CU
其中
根据（2）的推导，则从开关S开始接2到金属棒速度达到稳定，取向右为正方向，由动量定理有：-BQL=mv'-mvm
联立解得：