安徽省示范高中培优联盟2024-2025学年高二下学期春季联赛物理试卷（解析版）

这是一份安徽省示范高中培优联盟2024-2025学年高二下学期春季联赛物理试卷（解析版），共19页。
考生注意事项：
1．答题前，务必在试题卷、答题卡规定的地方填写自己的姓名、座位号，并认真核对答题卡上所粘贴的条形码中姓名、座位号与本人姓名、座位号是否一致。
2．答选择题时，每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。
3．答非选择题时，必须使用0.5毫米的黑色墨水签字笔在答题卡上书写，要求字体工整、笔迹清晰。作图题可先用铅笔在答题卡规定的位置绘出，确认后再用0.5毫米的黑色墨水签字笔描清楚。必须在题号所指示的答题区域作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效。
4．考试结束，务必将试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题（本大题共8小题，每小题4分，共32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. 一质点做匀加速直线运动，依次经过A、B、C三点，经过AB、BC段的时间相等，质点经过A、B、C三点速度大小分别为vA（大于零）、vB和vC，AB、BC段的距离分别为sAB，sBC，下列说法正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】AB．根据速度时间关系可得，，，故AB错误；
CD．根据位移时间关系可得，故C错误，D正确。故选D。
2. 如图，真空中电荷量为2q和-q（q>0）|的两个点电荷分别位于M点与N点，图中以O点为圆心的圆是电势为零的等势面（取无穷处电势为零），P为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，T为等势面上的一点，下列说法正确的是（ ）
A. T点电场强度方向一定指向O点
B. 将正试探电荷从T点沿圆移到S点，静电力做负功
C. 负电荷在P点电势能高于它在T点的电势能
D. O点和S点之间有一点电场强度大小为零
【答案】A
【解析】A．根据电场线垂直于等势线且由高电势指向低电势，可知T点电场强度方向一定指向O点，故A正确；
B．电荷沿等势面移动，电场力不做功，故B错误；
C．在直线MN上，在N点左侧的电场线由P指向N，沿电场线电势降低，可知P点电势高于等势圆与MN交点s点的电势，可知P点电势高于T点的电势，根据，可知负电荷在P点电势能低于它在T点的电势能，故C错误；
D．设MN距离为3L，电场强度为零的点距离N间距为d，根据
解得
可知除无穷远处外，直线MN电场强度为零的点在S点右侧，故D错误；
故选A。
3. 如图是某同学设计的温控报警系统：交流电源输出有效值恒定的电压，变压器可视为理想变压器，R0和R1为滑动变阻器；RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小；S为报警装置（可视为阻值恒定的电阻），其两端电压超过设定值时报警器发出警报。现欲使S在温度更低时报警，下列做法一定可行的是（ ）
A. 将滑片P1左移，同时将滑片P2下移
B. 将滑片P1右移，同时将滑片P2上移
C. 将滑片P0左移，同时将滑片P2上移
D. 将滑片P0右移，同时将滑片P2上移
【答案】D
【解析】RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，欲使S在温度更低时报警，则需要温度更低时，报警装置两端电压超过设定值而发出警报。若仅将滑片P1左移，则滑动变阻器的阻值调小，由于副线圈电压不变，因此副线圈电流增大，故可以在温度更低时，报警装置两端电压超过设定值而发出警报；若仅将滑片P2上移，副线圈电压变大，报警装置两端电压超过设定值而发出警报；若仅将滑片P0右移，原线圈电压变大、副线圈电压变大，报警装置两端电压超过设定值而发出警报；只有选项D符合报警装置两端电压一定超过设定值而发出警报，选项A、B、C只有可能超过设定值而发出警报，故D正确。
故选D。
4. 倾角为30°的斜面固定在水平面上，一物块在与斜面成30°角的拉力F作用下恰好在斜面上不上滑。已知物块的质量m=1kg，与斜面间动摩擦因数μ=，g=10m/s2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则F的大小为（ ）
A. NB. 3NC. 5ND. 7N
【答案】C
【解析】物块受力分析如图
沿斜面方向和垂直斜面方向建立平面直角坐标系，正交分解拉力F、重力mg
代入数值解得
故选C。
5. 天狼星是一个双星系统，由一颗蓝矮星（天狼星 A）和一颗白矮星（天狼星 B）组成。天狼星 A 和天狼星 B 围绕着一个共同质心相互绕转，公转周期约为 50 年，两者之间的平均距离约为 20 AU（（1AU为太阳到地球的平均距离），地球的公转周期为1年，据此可估算出该双星系统的总质量约为太阳质量的（ ）
A. 1.2倍B. 3.2倍C. 32倍D. 120倍
【答案】B
【解析】对双星系统，根据万有引力提供向心力有，
其中
联立解得
地球绕太阳运动
由牛顿第二定律
由题可知，，
联立解得
故选B。
6. 如图所示，一轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，自然伸长时弹簧上端处于A点。t=0时，将小球从A点正上方O点由静止释放，运动至最低点B。以O为原点，向下为正方向建立x坐标轴，以地面为重力势能零点，弹簧形变始终处于弹性限度内。小球在运动过程中的重力势能Ep、机械能E与位置坐标x之间的关系图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】AB．根据题意可知，下落过程中，第一阶段：O→A自由落体运动；第二阶段：A到平衡位置之前，重力大于向上的弹力；第三阶段：平衡位置向下到B处，向上的弹力大于向下的重力。小球在运动过程中的重力势能随位移均匀减小，时，重力势能大于0，故AB错误；
CD．O→A阶段小球机械能不变，A→B阶段弹性势能，设系统总能量为，根据能量守恒定律，可知，可知，是开口向下的抛物线，故C错误，D正确。
故选D。
7. 如图所示，质量分别为2kg、3kg的物块P、Q，通过绕在光滑定滑轮上的细线连接，Q在水平传送带的左端且连接物块Q的细线水平，当传送带逆时针转动时，Q恰好静止。当传送带以8m/s的速度顺时针转动时，Q运动到传送带的右端且恰好与传送带速度相同。重力加速度g＝10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A. Q与传送带间的动摩擦因数为0.6
B. Q从传送带左端滑到右端所用的时间为0.6s
C. 传送带AB间的距离为4m
D. Q从传送带左端滑到右端的过程细线受到的拉力为20N
【答案】C
【解析】A．当传送带逆时针转动时，Q恰好静止不动，对Q受力分析知
即有
解得，A错误；
BC．当传送带以v=8m/s顺时针转动，做初速度为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得
解得
当速度达到传送带速度即8m/s后，做匀速直线运动，匀加速运动到共速的时间为
解得，匀加速的位移为
则传送带AB之间的位移为4m，B错误，C正确；
D．当Q加速时，对P分析受力分析，则有
解得
D错误。
故选C。
8. 如图所示，空间分布有很多水平方向足够长的条形匀强磁场区域，磁感应强度大小为B=1T，方向垂直纸面向里，其宽度均为，相邻两磁场区域的间距为。现将一比荷为的带正电的粒子（不计重力）从第一个条形磁场区域上边界O点以大小为的速度垂直边界进入磁场，则粒子再次回到第一个条形磁场区域上边界的时间为（取π≈3）（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】粒子进入下方磁场区，圆周运动半径为R，
根据洛伦兹力提供向心力
解得，粒子做圆周运动的周期为
根据粒子在空间运动的轨迹可知，它最低能进入第二个磁场区，它在磁场区运动的总时间为半个周期，它经过第一无磁场区运动方向与水平方向的夹角θ满足
所以它在无磁场区的路程
在无磁场区运动时间
总时间
故选C。
二、多项选择题（本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
9. 如图为小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向以角速度匀速转动，从图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，线圈转过45°角时电流的瞬时值大小为。下列判断正确的是（ ）
A. 图示位置线圈磁通量的变化率最大
B. 经过图示位置，流过线圈的电流方向发生改变
C. 发电机产生的交变电流的有效值为
D. 线圈由图示位置转过90°过程中，流过线圈的电量大小为
【答案】AD
【解析】A．在图示位置，穿过线圈的磁通量为0，感应电动势最大，因此线圈磁通量的变化率最大，故A正确；
B．线圈每经过中性面1次，电流方向改变1次，图示位置与中性面垂面，故B错误；
C．由图示位置开始计时，电流的瞬时值表达式为
转过45°时的电流
电流的有效值
故C错误；
D．线圈由图示位置转过90°过程中，流过线圈的电荷量
又
联立解得
故D正确。
故选AD。
10. 如图所示，边长为L的正方体ABCD-A'B'C'D'空间区域内存在匀强电场和匀强磁场，以正方体左侧面DAA'D'中心O为坐标原点，垂直正方体的三个侧面分别建立x、y、z坐标轴。已知O处有一离子源，该离子源以同一速率v0不断沿x轴正方向发射电量为+q、质量为m的离子。匀强电场大小为、方向沿-y轴，离子恰好做直线运动，不考虑离子间的碰撞、相互作用及离子重力，也不考虑因电磁场突变对离子运动的影响。则（ ）
A. 匀强磁场沿-z方向，磁感应强度大小为
B 若仅撤去匀强电场，离子能从右侧面BCC'B'射出该正方体空间
C. 若仅撤去匀强磁场，离子通过正方体空间的时间为
D. 若仅增大匀强电场的大小，使离子能从右侧面BCC'B'射出该正方体空间，则离子在空间内运动的最大速率为
【答案】ACD
【解析】A．离子恰好做直线运动，电场力和洛伦兹力平衡，有
解得，方向沿方向，故A正确；
B．若仅撤去匀强电场，离子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径
离子从上侧面离开，故B错误；
C．若仅撤去匀强磁场，离子在匀强电场中做类平抛运动，在竖直平面内方向有
解得
x方向有
离子恰好从C'B'射出，故C正确；
D．若仅增大匀强电场的大小，粒子沿方向做匀速直线运动和在平面内做逆时针方向的匀速圆周运动，粒子做滚轮线运动
粒子做逆时针方向的匀速圆周运动，最大半径为
速率为
另一分运动为大小为的向右的匀速直线运动
经过半个圆周，粒子运动到最低点
此时速率最大
故D正确。
故选ACD。
三、实验题（本大题共2小题，第11小题6分，第12小题10分，共16分。）
11. 某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向，设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有：一个磁性很强的条形磁铁，两个发光二极管（电压在1.5V至5V都可发光且保证安全），一只多用电表，导线若干。操作步骤如下：
①由于二极管极性未知，用多用电表的欧姆挡测出二极管的正、负极；
将多用电表置于欧姆表“×100”挡，欧姆调零后，黑表笔接二极管的R端，红表笔接L端，多用电表示数如图中a所示；将二极管两极对调，多用电表示数如图中b所示，则_________（填”L”或“R”）端为二极管的正极。
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路；
③把条形磁铁插入线圈时，二极管A发光；拔出时，二极管B发光；
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向如图乙中的___________（填“A”或“B”）；实验还发现，条形磁铁运动越快，二极管发光的亮度就越大，这说明感应电动势___________。
A.随磁通量的增大而增大
B.随磁通量的变化量增大而增大
C.随磁通量的变化率增大而增大
【答案】L A C
【解析】[1]电流从多用电表的黑表笔流出，多用电表示数如图中所示，电阻较大，说明黑表笔接二极管的负极，端为二极管的负极、端为二极管的正极。
[2]由把条形磁铁插入线圈时，磁通量向下增大，则螺线管产生的感应电流的磁场向上，由二极管A发光，可知电流方向为顺时针，可得线圈缠绕方向如图乙中的A；
[3]磁铁从初始到完全插入，磁通量的变化量相同，速度越快，磁通量变化越快，二极管发光的亮度就越大，说明感应电动势随着磁通量变化率的增大而增大。
故选C。
12. 图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置图。
（1）在实验中，下列操作合理的一项是__________。
A. 安装斜槽轨道，使其末端保持水平且必须光滑
B. 小球释放的初始位置越高越好
C. 每次小球应从同一位置由静止释放
D. 为描绘出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接
（2）图乙是实验获得的数据，其中O点为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________ m/s。（结果保留2位有效数字，g＝9.8 m/s2）
（3）在另一次实验中，实验小组用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝5 cm，实验记录了小球在运动中的三个位置，如图丙所示（取g＝10 m/s2）。
①该小球做平抛运动的初速度为________m/s；（结果保留2位有效数字）
②小球运动到B点时的速度vB与水平方向夹角的正切值为_____________。
（4）另一小组同学用描迹法绘出了小球平抛运动轨迹如图丁所示，只记下了过抛出点O的竖直线y，测量数据x1、x2和h如图丁所示，用这些量和重力加速度g，求得小球平抛时初速度为______。
【答案】（1）C （2）1.2 （3）2.0 1 （4）
【解析】（1）A．为保证小球做平抛运动初速度水平，安装斜槽轨道，使其末端保持水平，斜槽轨道光滑与否对实验无影响，故A错误；
BC．为保证小球做平抛运动初速度相同，故每次小球应从同一位置由静止释放，释放的初始位置并非越高越好，故B错误，C正确；
D．实验中有个别偏离轨迹太远的点要舍弃，将轨迹上的点连成一条平滑曲线，故D错误；
故选C。
（2）由于O为抛出点，所以根据平抛运动规律有，
将x=36cm，y=44.1cm代入解得=1.2m/s
（3）①[1] 由图水平位移的关系可知，物体由A到B和由B到C所用的时间相等，则有
解得T=0.1s
根据水平方向的运动规律有
②[2]小球到达B点的竖直速度为
与水平方向夹角的正切值为
（4）由平抛运动的规律可知，从O点到A点有、
从O点到B点、
联立解得
四、计算题（本大题共3小题，其中第13、14题为选考题，10分，考生任选其中一题作答。第15、16为必考题，第15小题14分；第16小题18分，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
【选考题】以下13、14题请考生任选一题作答，若两题都答，则以所做的第一题计分。
13. 如图所示，一个盛有理想气体的气缸内壁光滑，在气缸的底部有一阀门，一绝热活塞把气缸分成I、II两部分，活塞质量，活塞到气缸底的距离为L，到气缸顶的距离为2L，横截面积为S，II中气体的压强为大气压p0，温度均为环境温度T0。
（1）保持I中气体温度不变，缓慢加热Ⅱ中气体使活塞缓慢到达气缸正中央，求此时I中气体的压强；
（2）若在（1）问中活塞缓慢到达气缸正中央后，打开阀门缓慢释放部分气体，活塞恰好回到初始位置，若放气过程中I、II气体温度均保持不变，求放掉气体的分子数目占II中原气体总数目的比值。
【答案】（1）p0 （2）
【解析】（1）保持I中气体温度不变，I中气体初始压强为
由理想气体状态方程得
得
（2）对II中气体，加热后压强为
释放部分气体，活塞恰好回到初始位置，II中气体压强又变为p0
剩余气体分子数目n'与II中气体总数目n的比值
放掉气体的分子数目占II中气体总数目的比例
14. 如图所示，ACB为半圆形玻璃砖的横截面，O为圆心，一束单色光平行于直径AB入射到圆弧上的C点，折射光线刚好可以射到B点。已知圆的半径为R，，光在真空中的传播速度为c。
（1）求光在此玻璃砖内发生全反射临界角的正弦值sinC；
（2）保持光的入射点位置不变，在纸面内减小入射角，使光线折射到OB的中点。不考虑光在AB面的反射，求光线从C点传播到AB所用的时间。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）如图所示，根据几何关系可知，光在点发生折射的入射角，折射角
折射率
临界角的正弦值
（2）如图所示，改变入射光的入射角，使折射光线CD与AB的夹角为，根据余弦定理
光在玻璃砖中传播速度，
联立解得
15. 如图所示，水平固定一光滑长杆，杆上O点正下方h=0.3m处O'点固定一光滑定滑轮，一质量的小球a套在细杆上。一长L=1m的轻质细绳绕过定滑轮，一端系在小球a上，另一端悬挂一质量的小球b。用外力将小球a拉至O点左侧与O'点距离d=0.6m处，整个系统保持静止状态。某时刻，撤去外力，小球a向右运动，重力加速度g取。
（1）求小球a滑至O点时的速度大小；
（2）小球a滑至O点右侧后，求b球离杆的最小距离；
（3）小球a滑至O点右侧后，当小球a的速度最小时，求细线的拉力大小。
【答案】（1）2m/s （2）0.88m （3）28N
【解析】（1）小球a滑至O点时，其竖直方向速度为零，所以小球b速度为零。二者组成的系统机械能守恒，有，解得
（2）小球a滑至O点右侧后，当二者水平方向速度相等时，b球离杆的距离最小，设其为h'，对于两球组成的系统，根据系统水平方向动量守恒有
根据机械能守恒有，联立求得
（3）绳子再次恢复竖直时，小球a的速度最小，设其为，此时小球b的速度沿水平方向，设其为，根据系统水平方向动量守恒和初末状态动能相等有
，
联立解得，
对小球b，根据牛顿第二定律有，解得
16. 如图所示，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。水平导轨OM、OP长度相等，与x轴夹角均为，电阻与长度成正比，且每根导轨的总阻值均为R。水平导轨MN、PQ均与x轴平行，间距为L，电阻不计。一导体棒垂直x轴放置，质量为m，电阻不计，长度略大于L，和导轨构成闭合回路。导体棒在沿x轴正方向的拉力作用下，以速度从O处开始匀速运动到导轨MN、PQ上。不计导体棒与导轨之间的摩擦。
（1）求导体棒运动到导轨MN、PQ上时拉力的大小。
（2）求导体棒在导轨OM、OP上运动的过程，拉力随时间t变化的关系式及回路产生的焦耳热。
（3）若不对导体棒施加外力，而是在O处给导体棒一个沿x轴正方向的初速度，导体棒若能运动到导轨MN、PQ上，求初速度需满足的条件。
【答案】（1） （2）， （3）
【解析】（1）导体棒在导轨MN、PQ上运动时，回路中感应电动势
感应电流
导体棒所受安培力
导体棒匀速运动，拉力
（2）导体棒在导轨OM、OP上运动的总位移
导体棒运动到x处，有
此时回路中的感应电动势，回路总电阻
感应电流，可知回路电流与导体棒位置无关。
导体棒所受安培力
导体棒匀速运动，拉力
可得
由能量守恒定律可知，回路产生的焦耳热等于拉力所做的功，拉力所做的功等于图像与x轴所围的面积，如图所示，有
（3）设导体棒的最小初速度为，运动到MP处速度恰好减小到0。设导体棒运动的位移为x时，速度为v，此时导体棒接入电路的长度为l。
回路中感应电流
安培力
再经一小段时间，速度变化量为，由动量定理，有
即
其中时间导体棒扫过回路的面积
整个过程求和，可得
三角区域的总面积
可得
导体棒若能运动到导轨MN、PQ上，需要