2021_2022学年河北省唐山市高二（上）期末考试物理试卷（含答案解析）

2021~2022学年河北省唐山市高二（上）期末考试物理试卷

1.     对下列四个有关光的实验示意图，分析正确的是(    )

A. 图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在玻璃球中发生全反射
B. 图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将减小
C. 图丙中若得到如图所示明暗相间条纹说明被检测工件表面平整
D. 若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化

2.     一条绳子左端固定在挡板上，如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形，关于这列波的说法正确的是(    )

A. 这列波遇到障碍物不可能发生衍射现象
B. 再经过一段时间，质点Q将运动到挡板处
C. 质点P刚开始振动时，振动方向向下
D.  波传播到挡板处会被反射回去，反射波与前进波会发生干涉现象

3.     如图所示，一根导体棒用两根细线悬挂在匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度，导体棒与磁场方向垂直，长度，导体棒质量，其中向右的电流，重力加速度g取。下列说法正确的是(    )

A. 该导体棒所受安培力大小为
B. 该导体棒所受安培力大小为
C. 每根悬线的张力大小为
D. 每根悬线的张力大小为

4.     如图1所示，弹簧振子以点O为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图2所示，下列说法正确的是(    )

A. 时，振子的速度方向向右
B. 时，振子在O点右侧6cm处
C. 和时，振子的加速度等大反向
D. 到的时间内，振子的速度逐渐减小

5.     如图所示，在张紧的绳上挂三个理想单摆，a、c两摆的摆长相等。使a摆振动，其余各摆在a摆的驱动下逐步振动起来。测得c摆的周期为。不计空气阻力，重力加速度为g，则(    )

A. 可以估算出a摆的摆长 B. b摆的振幅始终最大
C. c摆的周期一定最大 D. 可以估算出b摆的摆长

6.     磁流体发电是一项新兴技术，下图是它的原理示意图：平行金属板M、N之间有很强的匀强磁场，将一束等离子体即高温下电离的气体，含有大量正、负离子喷入磁场，M、N两板间便产生电压。如果把M、N连接阻值为R的电阻，M、N就是直流电源的两个电极。设M、N两板间的距离为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入M、N两板之间，则下列说法中正确的是(    )

A. N是直流电源的负极 B. 流过电阻的电流为BvR
C. 电源的电动势为Bdv D. 电源的电动势为qvB

7.     两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，，，，。当A追上B并发生碰撞后，用和分别表示A、B两球碰后的速度，两球A、B速度的可能值是(    )

A. ，
B. ，
C.  ，
D. ，

8.     下列说法正确的是(    )

A. 波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
B. 光的偏振现象说明光是横波
C. “泊松亮斑”说明光不具有波动性
D. 阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，这属于光的干涉现象

9.     沿x轴传播的简谐横波在时刻的波形如图中实线所示，时刻的波形如图中虚线所示。已知。则下列说法正确的是(    )

A. 若波沿x轴正方向传播，波速可能是
B. 若波沿x轴正方向传播，波速可能是
C. 若波沿x轴负方向传播，波速可能是
D. 若波沿x轴负方向传播，波速可能是

10. 如图甲是回旋加速器的示意图，利用该装置可以在有限的空间获得高能的粒子，其核心部分为正对的两个半圆形的盒子垂直放置在匀强磁场中。两盒子狭缝间加如图乙所示的方波型交变电压。欲加速的粒子从狭缝中心附近的A点源源不断的进入狭缝，被加速到最大动能后从粒子出口导出。忽略粒子的重力、初速度以及粒子在狭缝中运动的时间，下列说法正确的是(    )

A. 粒子被加速时电势能转化为动能
B. 粒子被加速时磁场能转化为动能
C. 增大，粒子获得的最大动能将增大
D. 若将交变电压周期减小为，回旋加速器无法正常工作

11. 某同学用如图甲所示的装置测量激光的波长。将一束激光照在双缝上，在光屏上观察到如图乙所示平行且等宽的明暗相间的条纹。该同学测得双缝间距为每个缝的宽度很窄可忽略，光屏到双缝的距离为L，经测量得出5条亮条纹中心之间的距离为a，图乙中的条纹是因为激光发生了______填“干涉”、“衍射”现象而产生的，经计算该激光的波长为______。
12. 在“验证动量守恒定律”的实验中：

某同学先采用如图甲所示的装置进行实验。把两个小球用等长的细线悬挂于同一点，保持B球静止，拉起A球，由静止释放后使它们相碰，碰后粘在一起。

①实验中必须测量的物理有______填选项前的字母；

A.细线的长度L

B.A球质量和B球质量

C.释放时A球被拉起的角度

D.碰后摆起的最大角度

E.当地的重力加速度g

②利用上述测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式为______；用选项中所给字母表示

某同学又用如图乙所示的装置做验证动量守恒定律的实验，两球质量分别为和，下列说法中符合本实验要求的是______填选项前的字母；

A.斜槽轨道必须是光滑的

B.斜槽轨道末端的切线是水平的

C.入射小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放

D.入射小球与被碰小球必须满足

若该同学在用如图乙所示的装置的实验中，操作正确无误，得出的落点情况如图丙所示，其中P点为单独下落时的落点位置，则入射小球质量和被碰小球质量之比为______。

13. 某机车关闭发动机后以的速度驶向停在铁轨上的若干节车厢，与它们一一对接。机车与第一节车厢相碰后它们连在一起共同运动，紧接着又与第二节车厢相碰，就这样，直至碰上最后一节车厢共同的速度为。设机车和车厢的质量都相等，重力加速度g取，机车和车厢运行过程中一切阻力忽略不计。

求列车一共有多少节车厢；

若机车与第一节车厢相碰时相互作用的时间是，求碰撞过程中平均作用力和车厢重力的比值是多少。

14. 如图所示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图，边长等于L，在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成角由真空射入三棱镜，从BC边射出的光线与BC的夹角为。光在真空中的速度为c，求：

玻璃的折射率；

光在三棱镜中的传播时间。

15. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理的示意图。静止于A处的离子，经电压为U的加速电场加速后，沿图中半径为R的虚线通过圆弧形静电分析器静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场后，从P点沿竖直方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外。该圆形磁场区域的直径PQ与竖直方向夹角为，经磁场偏转，离子最后垂直打在竖直放置的硅片上。已知离子的质量为m、电荷量为q，不计重力。求：

离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小；

静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E；

匀强磁场的磁感应强度B的大小。

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】

【分析】
根据光路的可逆性可进行分析;根据可判断相邻亮条纹间距离变化;
根据薄膜干涉原理分析;光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射。
本题考查了光学的相关问题，考查知识点针对性强，难度较小，考查了学生掌握知识与应用知识的能力。
【解答】根据图像可知：

复色光能够入射进入玻璃珠，根据光路的可逆性，两光均不可能在水珠内发生全反射，故 A错误；
B.由于条纹间距，可知只减小屏到挡板的距离L，相邻亮条纹间距离将减小，B正确；

C.被检测件的上表面和样板件的下表面间的空气膜，形成一个空气劈，从空气劈上下表面反射的光线发生薄膜干涉，若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整，C错误；

D.自然光通过M后变成偏振光，若N的偏振方向与M的偏振方向相同，光屏上光斑最亮；若N的偏振方向与M的偏振方向垂直，光屏上几乎没有亮斑，因此当M和N发生相对转动时，光屏上的光斑亮度会发生变化，D错误。

故选B。

2.【答案】D 

【解析】

【分析】
波都可以发生衍射现象;
绳上的质点不会随波迁移只是在平衡位置上下振动
在波传播的过程中，任意点起振方向都是相同的，根据 Q的起振方向可知P的起振方向;
波遇到障碍物，会发生反射，反射波频率不变，与前进波相遇会发生干涉现象。
明确波的特点，波的行射、波的反射、波的干涉的定义，知道在波传播的过程中，质点的起振方向都相同。
【详解】
A.衍射是波特有的现象，绳波也可以衍射，故A错误；

B.绳波是横波，波上的质点并不会沿波的传播方向发生位移，只能在与传播方向垂直的方向来回振动，故B错误；

C.质点P刚开始振动时振动方向即为此刻Q的振动方向，波向左传播，右边质点带动左边质点，Q此刻右边质点位置比它高，说明Q此刻振动方向向上，所以质点P刚开始振动时振动方向也是向上的，故C错误；

D.故选。波遇到障碍物，也会发生反射，反射波频率不变，与前进波相遇会发生干涉现象，故D正确。

故选D。

3.【答案】A 

【解析】

【分析】
根据安培力的计算公式可以求得导体棒所受到的安培力的大小，对导体棒进行受力分析，在竖直方向上由力的平衡条件列式即可求得绳子的拉力 T。
【解答】
根据安培力公式，带入数据可得，故A正确，B错误；

对导体棒受力分析，由正交分解法

带入数据可得，故C、D均错误。

故选A。

4.【答案】C 

【解析】

【分析】
速度方向在位移时间图象中看斜率的正负，振子加速度根据回复力公式计算，从最大位移处到平衡位置的过程中速度增大。
【解答】
A.由图象乙知，时，图象的斜率为负，说明振子的速度为负，即振子的速度方向向左，A错误；

B.在0一内，振子做变减速运动，不是匀速运动，所以时，振子不在O点右侧6cm处，B错误；

C.和时，振子的位移完全相反，由，振子的加速度等大反向，C正确；

D.到的时间内，振子的位移减小，正向平衡位置靠近，速度逐渐增大，D错误。

故选C。

5.【答案】A 

【解析】

【分析】
受迫振动的频率等于驱动率的频率，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振幅最大，即共振;再利用单摆的周期公式求摆长。
本题考查了受迫振动和共振现象，解决该题需要掌握固有周期的求解公式，知道 c摆是作为驱动力，而 a和b摆做的是受迫振动，其频率和周期与 c摆的频率、周期相同。
【详解】
A.a摆振动起来后，b、c在a摆的驱动下做受迫振动，振动频率等于a摆的固有频率，与自身的固有频率无关，振动周期等于a的振动周期；已知c摆的周期为，所以a的振动周期也是，根据单摆周期公式，即可估算出a摆的摆长，故A正确；

B.b、c的振动幅度与自身固有频率以及驱动力的频率摆的固有频率有关，即两者越接近振幅越大，由于 c的摆长与a相等，所以c的振动频率等于自身固有频率，所以c发生共振，振幅最大，故B错误；

C.b、c做受迫振动，振动周期都等于驱动力的周期摆的固有周期，故C错误；

D.无法得到b摆的固有周期，所以无法算出其摆长，D错误。

故选A。

6.【答案】C 

【解析】

【分析】
根据左手定则判断板的极性，离子在运动过程中同时受电场力和洛伦兹力，二力平衡时两板间的电压稳定.
本题考查了磁流体发电机的工作原理，要会分析电源的极性和两板间电压大小的影响因素。
【详解】
A.等离子体进入磁场后，根据左手定则，知正离子向下偏，负离子向上偏，所以N板带正电，成为直流电源的正极，故A错误；

最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有，所以电动势

流过电阻的电流，故B、D错误，C正确。

故选C。

7.【答案】C 

【解析】

【分析】
本题碰撞过程中动量守恒，同时要遵循机械能不增加，不忘联系实际情况，即碰后两球同向运动时，后面的球不会比前面的球运动的快。
【解答】
依题意，根据动量守恒定律可得

根据碰撞过程系统机械能不会增多，可得

且碰后满足

代入数据可求得，碰前系统总动量为

碰前总动能为

A.如果，，则碰后总动量为

动量不守恒，不可能，A错误；

B.碰撞后，、两球同向运动，球在球的后面，球的速度大于球的速度，不可能，B错误；

C.如果，，则碰后总动量为

系统动量守恒，碰后总动能为

系统动能减小，满足碰撞的条件，C正确；

D.如果，，则碰后总动量为

系统动量不守恒，D错误。

故选C。

8.【答案】BD 

【解析】

【分析】
根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，光的偏振现象说明光是横波，阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，属于干涉现象。
本题考查光的干涉，偏振与多普勒效应，解题关键掌握实际生活中的光现象如何解释。
【详解】
A.根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，A错误；

B.光的偏振现象说明光是横波，B正确；

C.“泊松亮斑”说明光具有波动性，C错误；

D.阳光下的肥皂泡上有彩色条纹，这属于光的干涉现象，D正确。

故选BD。

9.【答案】AD 

【解析】

【分析】
本题是两个时刻的波形问题，关键要理解波的周期，即重复性，根据题设条件得到波速的通项，注意多解性。
【详解】
由波形图可知波长。若波沿x轴正方向传播，实线波形向左移动， ，1，2，3…

就形成虚线波形，所以这段时间，，1，2，3…    

由 ，带入得，，1，2，3…

当时，故A正确，B错误；

若波沿x轴负方向传播，实线波形向左移动， ，1，2，3…

就形成虚线波形，所以这段时间，，1，2，3…    

由 ，带入得，，1，2，3…

当时，故C错误，D正确。

故选AD。

10.【答案】AD 

【解析】

【分析】
粒子被加速时电势能转化为动能，粒子在磁场中做匀速圆周运动，动能不变;当粒子从D形盒边缘射出时，速度最大，此时粒子运动的轨迹半径等于 D形盒的半径，根据牛顿第二定律列式，分析粒子获得的最大动能与什么因素有关。回旋加速器正常工作时，交变电压周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。
解决本题的关键要理解回旋加速器的工作原理，知道当粒子从 D形盒中出来时，速度最大，以及知道回旋加速器正常工作的条件是：粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等。
【详解】
A.粒子通过电场区域时，电场力做功使其动能增大，电势能转化为动能，故A正确；

B.磁场的洛伦兹力始终与粒子速度垂直，无法做功，所以B错误；

C.由于粒子圆周半径r增大到D型盒的半径R时就会射出，由，得

粒子最大动能，说明粒子最大动能与大小无关；

根据动能定理，可知增大会使加速的次数n较少，而不影响最大动能，故C错误；

D.回旋加速器正常工作，要求粒子回旋一周的时间要正好等于交变电压的周期，由于粒子在磁场中的周期T不变，所以电场的周期也不能变，故D正确。

故选AD。

11.【答案】干涉；  

【解析】

【分析】
根据题意由条纹的等距特点判断是激光的干涉现象，根据双缝干涉条纹间距公式变形后计算激光的波长。
此题考查了用双缝干涉测光的波长的实验，解题的关键是双缝干涉条纹间距公式的灵活运用。
【详解】
 一束激光通过两条狭缝的挡板上，狭缝相距很近，光波会同时传到狭缝，它们就成了两个振动情况总是相同的波源，在后面的空间相互叠加，就发生了干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹；

干涉条纹中相邻两条亮条纹间距，由题意知 ，带入可得。

12.【答案】①BCD；②；    
；   
：2 

【解析】

【分析】
应用动能定理求出碰撞前后瞬间小球的速度大小，应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后分析答题；
根据实验注意事项分析答题；
应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后根据实验数据求出小球的质量之比。
理解实验原理、知道实验注意事项想解题的前提，应用动能定理、平抛运动规律与动量守恒定律即可解题。
【详解】
①需测量的物理量为A球的质量和B球的质量以及释放时A球被拉起的角度，和碰后摆起的最大角度。

故选BCD；

②A球静止释放到两球碰撞前，根据机械能守恒定律有

两球碰撞后到一起运动到最高点，根据机械能守恒定律有  

碰撞中的不变量满足  

验证动量守恒定律的表达式为；

“验证动量守恒定律”的实验中是通过平拋运动的基本规律求解碰撞前后的速度，只要小球离开轨道后做平抛运动对斜槽是否光滑没有要求，A错误；

B.要保证每次小球都做平抛运动则轨道的末端必须水平，B正确；

C.要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，C正确；

D.为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求 ，，D错误。

故选BC；

设落地时间为t，则有，，

而动量守恒的表达式为 ，即

代入数据可得：。

13.【答案】解：设一共有n节车厢，每节车厢的质量为m，机车速度为，最后共同速度为，碰撞过程中动量守恒，根据动量守恒定律有：

解得：；

以机车和第一节车厢为研究对象，碰后速度为，由动量守恒定律得：

以第一节车厢为研究对象，设作用力大小为F，根据动量定理：

可得。

【解析】对整个系统运用动量守恒定律，求出列车一共有多少节车厢;
机车与第一节车厢相碰时，根据动量守恒定律求出碰后第一节车厢的速度，对车厢根据动量定理求解。
本题考查了动量守恒定律和动量定理在实际问题中的应用的运用，应用动量观点解题时，一定要规定正方向。
 

14.【答案】解：光射入三棱镜的光路图如图所示：

则有

光在BC边折射时，有

由光路可逆可知

由几何关系可得

由折射定律得，则；

由几何知识知：从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程为

光在三棱镜中的传播速度为

故光在三棱镜中的传播时间为。

【解析】本题考查了光的折射定律，画出光路图是解题的关键，根据几何关系求出入射角和折射角即可求出折射率，进而求出传播时间。
 

15.【答案】解：粒子通过加速电场，根据动能定理得，解得

离子通过静电分析器做匀速圆周运动，速度大小不变，所以离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小仍为；   

离子经过静电分析器，根据牛顿第二定律和运动学公式得：，解得；

离子在磁场运动的轨迹如图所示：

、分别为磁场圆和轨迹圆的圆心，M为射出点，PM为公共弦，连接，则：，为等腰直角三角形，则，，

设带电粒子在磁场中轨迹圆的半径为，则

根据牛顿第二定律和运动学公式得，解得。

【解析】在加速电场中由动能定理可求速度;
由牛顿第二定律静电力向心力可求辅向电场的电场强度;
根据题意作出粒子运动轨迹，利用几何关系可求得符合条件的粒子的半径，由洛伦兹力提供向心力求磁感应强度。
熟练掌握电场的特点、在磁场中运动的轨迹，会利用几何关系求解物理问题。