湖北省荆、荆、襄、宜四地七校2022-2023学年高二上学期期中联考物理试题（Word版附解析）

2022年秋“荆、荆、襄、宜四地七校考试联盟”

高二期中联考

物理试题

一、选择题:本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～11题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。

1. 发电机的基本原理是电磁感应现象，发现电磁感应现象的科学家是（   ）

A. 奥斯特 B. 法拉第 C. 纽曼和韦伯 D. 麦克斯韦

【答案】B

【解析】

【详解】发电机的基本原理是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是法拉第。

故选B。

2. 2020年，由中科院合肥研究院等离子体所自主研制的最紧凑型超导回旋质子治疗系统加速器顺利引出200MeV质子束流，实现高能量级超导回旋加速器关键技术突破，标志着国产最紧凑型超导回旋质子加速器研制成功。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个半径为R的半圆型金属盒，接在电压为U、周期为T的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），质子在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知质子的电荷量为q、质量为m，忽略质子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中的相对论效应，不计质子重力。下列说法正确的是（  ）

A. 交流电源的周期等于

B. 若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能将增大

C. 质子在电场中加速的次数为

D. 质子第2次和第3次经过两D型盒间狭缝后的运动轨迹半径之比为2:3

【答案】C

【解析】

【详解】A．为了保证质子在电场中不断被加速，则交流电源的周期等于质子做圆周运动的周期，根据

由以上两式得

故A错误；

B．当质子被加速到速度最大时

则最大动能

则若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能不变，故B错误；

C．根据

可得质子在电场中加速的次数为

故C正确；

D．质子第2次经过D型盒时

则在磁场中运动半径

质子第3次经过D型盒时

则在磁场中运动半径

质子第2次和第3次经过两D型盒间狭缝后的运动轨迹半径之比为，故D错误。

故选C。

3. 在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道自由滑动。bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区，若图示位置为t=0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流i-t图像正确的是（时间单位为）（  ）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】bc边的位置坐标x在0-L的过程，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值。线框bc边有效切线长度为

L1=L-vt

感应电动势为

E =B（L-vt）•v

均匀减小，感应电流

即感应电流均匀减小。同理，x在L-2L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，感应电流均匀减小。

故选D

4. 如图所示，由光滑弹性绝缘壁构成的等边三角形ABC容器的边长为a，小孔O是竖直边AB的中点，其内存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为+q的粒子从小孔O以速度v垂直AB沿水平射入磁场，粒子与器壁经过8次垂直碰撞后能从O孔水平射出，不计粒子重力，碰撞时无能量和电荷量损失，则磁场的磁感应强度B及对应粒子在磁场中运行时间t分别为（  ）

A. 、 B. 、

C. 、 D. 、

【答案】A

【解析】

【详解】

粒子在磁场中做圆周运动的半径为r，则

①

因粒子从O孔水平射入后，经过8次垂直碰撞后能从O孔水平射出，则有

②

联立①②得

对应粒子的运动时间为

③

而

④

联立①②③④得

故选A。

5. 海底通信电缆通电后会产生磁场，科学家为了检测某一海域中磁感应强度的大小，利用图中一块长为a、宽为c、厚为b，单位体积内自由电子数为n的金属霍尔元件，放在海底磁场中，当有如图所示的恒定电流I（电流方向和磁场方向垂直）通过元件时，会产生霍尔电势差，通过元件参数可以求得此时海底的磁感应强度B的大小（地磁场较弱，可以忽略）。下列说法正确的是（提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为，其中e为单个电子的电荷量）（　　）

A. 元件上表面的电势高于下表面的电势

B. 仅增大霍尔元件的宽度c，上、下表面的电势差不变

C. 仅增大霍尔元件的厚度b，上、下表面的电势差不变

D. 其他条件一定时，霍尔电压越小，则该处的磁感应强度越大

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】A．金属材料中定向移动的是自由电子，自由电子定向移动的方向与电流方向相反，由左手定则判断可知，电子聚集在上表面，上表面的电势低， 故A错误；

BC．当电子受到的电场力和洛伦兹力平衡时，霍尔电压也趋于稳定，可得

解得

将电流代入，可得

仅增大霍尔元件的宽度c，上、下表面的电势差变小；仅增大霍尔元件的厚度b，上、下表面的电势差不变，故B错误，C正确；

D．根据判断可知，其他条件一定时，霍尔电压越小，该处的磁感应强度越小，故D错误。

故选C。

6. 如图所示，在一根软铁棒上绕有一组线圈，a、c是线圈的两端，b为中心抽头。把a端和b抽头分别接到两条平行金属导轨上，导轨间有匀强磁场，方向垂直于导轨所在纸面向里。金属棒PQ在外力作用下左右运动，运动过程中保持与导轨垂直，且两端与导轨始终接触良好。若PQ运动过程中，a、c的电势都比b点的电势高，则PQ可能的运动情况为（   ）

A. 向左减速运动 B. 向右减速运动

C. 向左匀速运动 D. 向右匀速运动

【答案】B

【解析】

【详解】A．PQ向左边减速运动的过程中，根据右手定则可知产生的感应电流由P到Q减小，此时b点电势高于a点；由于穿过线圈的磁通量向上减小，根据楞次定律可知，b、c线圈产生的感应电动势，b点电势高于c点，则a、c的电势都比b点的电势低，A错误；

B．PQ向右边减速运动的过程中，根据右手定则可知产生的感应电流由Q到P减小，此时a点电势高于b点；由于穿过线圈的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，b、c线圈产生的感应电动势，c点电势高于b点，则a、c的电势都比b点的电势高，B正确；

CD．PQ做匀速直线运动，产生恒定的电流，线圈不会产生感应电流，bc等电势，CD错误。

故选B。

7. 高速磁悬浮列车在水平长直轨道上的模拟运行图如图所示，列车由质量均为m的5节车厢组成，其中1号车厢为动力车厢。列车由静止开始以额定功率P运行，经过一段时间达到最大速度，列车向右运动过程中，1号车厢会受到前方空气的阻力，假设车厢碰到空气前空气的速度为0，碰到空气后空气的速度立刻与列车速度相同，已知空气密度为ρ。1号车厢的迎风面积（垂直运动方向上的投影面积）为S，不计其他阻力，忽略2号、3号、4号、5号车厢受到的空气阻力。当列车以额定功率运行到速度为最大速度的一半时，2号车厢对3号车厢的作用力大小为（   ）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】设动车的速度为v，动车对空气的作用力为F，根据动量定律可得

解得

当牵引力等于阻力时，速度达到最大，则

解得

当速度达到最大速度一半时，此时速度为

此时受到的牵引力

解得

此时受到的阻力

对整体根据牛顿第二定律

对3、4、5号车厢，根据牛顿第二定律可得

联立解得

故选A。

8. 质量为2m的小球A以速度v0在光滑水平面上运动，与质量为3m的静止小球B发生正碰，则碰撞后小球A的速度vA大小和小球B的速度大小vB可能为（   ）

A. ， B. ，

C. ， D. ，

【答案】AD

【解析】

【详解】碰撞过程中应满足动量守恒，即

还应满足系统总动能不增加，即

A．若

，

当vA与vB方向相反时代入计算，可知满足动量守恒，碰撞后总动能为，满足总动能不增加，A可能；

B．若

，

当vA与vB方向相同时代入计算，可知满足动量守恒，但vA > vB，故不符合实际情况，B不可能；

C．若

，

当vA、vB代入计算，可知不满足动量守恒，C不可能；

D．若

，

当vA与vB方向相反时代入计算，可知满足动量守恒，碰撞后总动能为，小于系统碰撞前的动能，D可能。

故选AD。

9. 如图所示，用细线将一条形磁体挂于天花板上，磁体处于水平静止状态，条形磁体的正下方固定一直导线ab，现在直导线中通入由a指向b的电流，磁体在水平面内转动90°，在此过程中，下列说法正确的是（  ）

A. 条形磁体的S极向纸面内偏转 B. 条形磁体的S极向纸面外偏转

C. 条形磁体受到绳的拉力小于其重力 D. 条形磁体受到绳的拉力大于其重力

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．直导线通入电流时，直导线的右端受到方向垂直纸面向外的安培力，根据牛顿第三定律可知，磁铁的S极受到方向垂直纸面向里的作用力，应向纸面内偏转，故A正确，B错误；

CD．磁铁转动后，对直导线有向上的作用力，所以磁铁受到向下的作用力，故磁铁受到的拉力大于其受到的重力，故C错误，D正确。

故选AD。

10. 如图所示，质量为3m、半径为R的光滑圆弧形槽静止在光滑水平面上，质量为m的小钢球从槽的顶端A处静止释放，不计一切阻力，重力加速度为g，在此后的过程中，下列说法正确的是（   ）

A. 小钢球和圆弧形槽组成的系统动量不守恒

B. 小钢球运动到圆弧槽B处时速度为

C. 小钢球运动到圆弧槽B处时，此圆弧槽的对地位移大小可能为R

D. 小钢球运动到圆弧槽B处时，此小钢球的对地位移大小可能为R

【答案】ACD

【解析】

【详解】A．小钢球在竖直方向受重力作用，合力不为零，小钢球和槽组成的系统动量不守恒，A正确；

B．小钢球和槽组成的系统水平方向上不受外力，所以系统在水平方向上动量守恒，由题意知水平方向上初动量为零，则有

mv1= 3mv2

又因为整个过程系统机械能守恒又有

解得

，

B错误；

CD．设小钢球小钢球下滑到底端B的过程中所用时间为t，圆弧向左移动的距离为x，则小钢球向右移动的距离为R－x，根据水平方向动量守恒得

解得

，

由于小钢球在竖直方向运动了R，则小钢球运动到圆弧槽B处时，此小钢球的对地位移大小可能为

CD正确。

故选ACD。

11. 如图，水平面上有足够长的两平行导轨，导轨间距L=1m，导轨上垂直放置一个质量m=0.1kg、电阻R=1Ω、长度为L的导体棒，导体棒与导轨始终良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，垂直于导轨平面有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小B1=1T。在导轨左端通过导线连接一水平放置的面积S=0.5m2、总电阻r=1.5Ω、匝数N=100的圆形线圈，线圈内有一面积S0=0.25m2的圆形磁场区域，磁场沿线圈轴线方向向上且大小随时间变化规律为B2=0.2t，g=10m/s2，不计导轨电阻，两磁场互不影响，则下列说法正确的是（  ）

A. 线圈内的感应电动势E=10V

B. 闭合开关S瞬间导体棒受到的安培力为2N

C. 闭合开关S后，导体棒运动的最大速度vm=5m/s

D. 若导体棒从静止开始滑过距离x=1.5m获得最大速度vm，在此过程中，流过导体棒的电荷量q为0.65C

【答案】BD

【解析】

【详解】A．根据法拉第电磁感应定律得

故A错误；

B．闭合开关S瞬间回路中电流

导体棒受到的安培力为

故B正确；

C．导体棒受力平衡时，速度最大，则有

解得

故C错误；

D．对导体棒有

变形得

累加得

解得

对导体棒有

即

累加得

解得

故D正确。

故选BD。

二、非选择题:本题共5小题。共56分。

12. （1）在利用如图所示装置验证动量守恒的实验中，下列仪器不需要的有______。

A.交流电源        B.天平        C.刻度尺        D.圆规

（2）下列关于实验的要求不正确的是______。

A.必须保证轨道末端水平        B.必须保证两球直径相等

C.必须保证两球质量相等        D.必须借助重锤线找到O点位置

（3）本实验除需测量线段OM、OP、ON长度LOM、LOP、LON外，还需要测量的物理量有______。

A.A、B两点间的高度差h1

B.B点离地面的高度h2

C.小球A和小球B的质量mA、mB

D.小球A和小球B的半径r

（4）要验证小球A和小球B碰撞过程中动量守恒，可根据表达式_________________验证。（用题中所测物理量的字母表示）。

（5）实验中，若小球A和小球B发生弹性碰撞，则LOM、LOP、LON的大小满足的关系式为__________。（仅用含LOM、LOP、LON的式子表示）

【答案】    ①. A    ②. C    ③. C    ④.     ⑤. LOP+ LOM=LON

【解析】

【详解】（1）[1]A．验证动量守恒实验中，不需要电源，故A符合题意；

B．验证动量守恒的实验中，需要用天平测量小球的质量，故B不符合题意；

C．验证动量守恒的实验中，需要用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度，故C不符合题意；

D．验证动量守恒的实验中，需要用圆规找物体的平均落点，故D不符合题意。

故选A。

（2）[2] A．实验中，要保证小球具有水平的速度，必须保证轨道末端水平，故A正确，不符合题意；

B．实验中，要保证小球发生一维碰撞，必须保证两球直径相等，故B正确，不符合题意；

C．A球的质量应大于B球的质量，防止碰撞时A球被弹回，故C错误，符合题意；

D．必须借助重锤线找到O点位置，故D正确，不符合题意。

故选C。

（3）[3] 本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度LOM、LOP、LON外，还需要测量小球A和小球B的质量mA、mB。

故选C。

（4）[4]实验中，每次释放小球A，从同一位置静止释放，则小球到达轨道末端的速度相等，设A球与B球碰撞前的速度为，碰撞后A球的速度为，B球的速度为，验证碰撞过程动量守恒，则需验证

由于小球做平抛运动下落高度相同，则运动时间相等，设运动时间为，则有

即

（5）[5]实验中，若小球A和小球B发生弹性碰撞，除了满足动量守恒外，还满足机械能守恒，即

解得

LOP+ LOM=LON

13. 某物理实验小组看到比亚迪发布一款新能源汽车宋plusdmi，其中汽车电池采用的是比亚迪的刀片电池技术，整块电池铭牌如图甲所示。已知该车内的整块电池是由15块刀片电池串联而成，其中一块刀片电池由8块电芯串联而成。现将一块刀片电池拆解出来，测量其中一块电芯的电动势E和内阻r，现有如下器材：一个电阻箱、一个电压表、开关和若干导线、一块电芯、坐标纸和刻度尺，电路图如图乙所示。

（1）根据汽车电池铭牌，一块电芯所带电量为____________C；

（2）了更加精确地测量，图乙中电压表量程应该接____________（“5”或“15”）V；

（3）某物理实验小组按图乙连接电路，闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U，利用测量数据，作图线如图丙所示，图线的纵轴截距为a，斜率为k，则一块电芯的电动势E=____________，r=____________；

（4）利用图乙所示电路测得的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，E测________E真，r测________r真（填“大于”“等于”或“小于”）。

【答案】    ①. 1431    ②. 5    ③.     ④.     ⑤. 小于    ⑥. 小于

【解析】

【详解】（1）[1]一块电芯所带电量为

（2）[2]一块电芯的额定电压约为

为了更加精确地测量，图乙中电压表量程应该接5V；

（3）[3][4]根据

得

图线的纵轴截距为a，即

则

斜率为

所以

（4）[5][6]如果考虑电压表的内阻

此时图线纵截距表示，所以E测小于E真，而斜率不变截距偏大，因此r测小于r真。

14. 如图所示，一轻质弹簧的一端固定在滑块C上，另一端与滑块B接触但未连接，该整体静止放在足够长的光滑水平地面上。现有一滑块A从光滑曲面上离地面高度h = 0.2m处静止开始滑下，与滑块B发生弹性正碰后，滑块A立即被锁定，碰撞时间极短。已知mA = 0.5kg，mB = 1.5kg，mC = 1kg，取g = 10m/s2，不计空气阻力。求：

（1）滑块A和滑块B碰后滑块B的速度大小；

（2）弹簧的最大弹性势能；

（3）滑块B运动后的最小速度的大小。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）滑块A开始运动到碰前，由功能关系得

滑块A和滑块B发生碰撞，由动量守恒定律得

弹性碰撞能量守恒，有：

联立解得

（2）当滑块B和滑块C共速时，弹簧弹性势能最大，由动量守恒定律得：

由功能关系得

联立解得

（3）当滑块B离开弹簧时，滑块B速度最小，由动量守恒定律得

由功能关系得

联立解得

15. 如图所示，MN、PQ为电阻不计光滑平行金属导轨，其间距为L，一电阻为R的定值电阻与导轨左端相连，空间存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场和导轨平面夹角为θ，一根垂直平行导轨放置的导体棒ab在外力的作用下由静止开始做加速度为a的匀加速直线运动，导体棒质量为m、长度为L，电阻为R，求：

（1）t时刻，通过电阻R的电流的大小；

（2）t时刻，导体棒所受外力F的大小；

（3）0 ~ t时间段内，通过电阻R的电荷量。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）时刻，导体棒的速度为

导体棒切割产生的电动势为

通过电阻R的电流为

联立解得

（2）时刻，导体棒所受安培力

对导体棒由牛顿第二定律得

F－F安sinθ = ma

解得

（3）时间段内

Φ = Blxsinθ

导体棒运动的位移为

则有

解得

16. “国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，其原理主要是将发生热核反应的高能粒子束缚在磁场中，其中一种设计方案原理如图所示，空间中存在两个以O为圆心的圆形保护磁场，磁场方向均垂直于纸面，磁场I、Ⅱ的半径分别为、，粒子在O点发生热核反应。其中，，半径为的圆内磁感应强度大小为B1。有一电荷量为q，质量为m的粒子由O点以速度射出，不计粒子的重力，不计任何阻力。（题中已知量为R0、q、B1、m）

（1）若粒子不能射出半径为的圆形区域，求粒子速度的最大值；

（2）若粒子由O点射出的速度为，求粒子第一次在磁场I区域运动的时间；

（3）若要使束缚效果最好，则半径和之间的圆环内磁感应强度B2要与B1方向相同。若为使粒子不能射出半径的圆形区域，求粒子速度的最大值。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）若粒子不能射出半径为的圆形区域，则粒子的最大半径为

粒子做圆周运动有

解得

（2）粒子由O点射出的速度为，粒子做圆周运动有

粒子运动轨迹如图所示，有几何关系

解得

（3）粒子在圆区域内运动时，圆心为，在圆环区域内运动时，圆心为，粒子在两区域内运动时的半径分别为、。因为，所以

在等腰三角形中

，，，

可得

解得

所以