云南省昆明市云南师范大学附属中学2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题

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本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。第Ⅰ卷第Ⅰ页互第4页，第Ⅱ卷第5页至第6页。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。满分100分，考试用时90分钟。
第Ⅰ卷（选择题，共48分）
注意事项：
1.答题前，考生务必用黑色碳素笔将自己的姓名、准考证号、考场号、座位号在答题卡上填写清楚。
2.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。在试题卷上作答无效。
一、单项选择题（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. 从1820年到1831年，许多著名的科学家纷纷投身于探索磁与电的关系中。如图所示为瑞士科学家科拉顿的实验场景，他用一个线圈与一电流计连成闭合回路，为了让磁铁不影响电流计中的小磁针，特意将电流计放在隔壁的房间里。科拉顿先用条形磁铁在线圈中插入与拔出，然后又跑到另一房间里去观察电流计，但最终没有发现电磁感应现象。关于科拉顿实验的说法正确的是（ ）
A. 实验过程没有感应电流的产生
B. 观察到电流计指针没有偏转是因为墙壁把磁场隔离了
C. 观察到电流计指针没有偏转是因为线圈电阻太大
D. 将磁铁插入线圈后跑去隔离房间观察电流计，错过了感应电流产生的时机
【答案】D
【解析】
【详解】A．实验过程有感应电流产生，只是时间较短，没有观察到。故A错误；
BCD．科拉顿用条形磁铁在线圈中插入与拔出过程中，线圈中磁通量发生了变化，闭合回路中产生了感应电流，当他跑到另一房间里去观察电流计时，条形磁铁已经在线圈中停止运动，线圈中磁通量不再变化，此时感应电流已经消失，错过了感应电流产生的时机。故BC错误；D正确。
故选D。
2. 电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架等。某车型的减震系统就由两部分组成：一部分是机械弹簧主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统。装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则（ ）

A. 对调磁体的磁极，电磁减震系统就起不到减震效果
B. 增多线圈匝数，不影响安培力的大小
C. 只要产生震动，电磁减震系统就能起到减震效果
D. 震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变
【答案】C
【解析】
【详解】AC．对调磁体的磁极，震动过程线圈仍会产生感应电流，不影响减震效果。故A错误；C正确；
B．根据法拉第电磁感应定律
线圈匝数越多，产生的感应电动势越大，线圈电流越大，电磁阻尼现象越明显，会影响安培力的大小。故B错误；
D．震动过程中，线圈中磁通量的变化情况会根据磁体的靠近或者远离而不同，由楞次定律可知，感应电流方向也会随之改变。故D错误。
故选C。
3. 乒乓球运动的高抛发球是由我国运动员刘玉成于1964年发明的，后成为风世界乒乓球坛的一项发球技术．某运动员在一次练习发球时，手掌张开且伸平，将一质量为2．7g的乒乓球由静止开始竖直向上抛出，抛出后向上运动的最大高度为2．45m，若抛球过程，手掌和球接触时间为5ms，不计空气阻力，则该过程中手掌对球的作用力大小约为
A. 0.4NB. 4NC. 40ND. 400N
【答案】B
【解析】
【详解】乒乓球抛出的速度为，对抛球的过程利用动量守恒可得，化简可得．故B正确，ACD错误．
4. 如图所示，A和B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻与R相同。由于存在自感现象，在开关S闭合和断开时，下列关于灯泡A和灯泡B说法正确的是（ ）

A. 闭合瞬间，A灯比B灯亮；断开时，A灯后熄灭
B. 闭合瞬间，B灯比A灯亮；断开时，A灯后熄灭
C. 闭合瞬间，A灯比B灯亮；断开时，B灯先熄灭
D. 闭合瞬间，B灯比A灯亮；断开时，B灯先熄灭
【答案】C
【解析】
【详解】闭合瞬间，电感电阻无穷大，流过灯泡A的电流分成两路分别流过灯泡B、电阻R，所以流过灯泡A的电流大，所以闭合瞬间，A灯比B灯亮；断开时，电感L的电流不会立马消失，而是会流向灯泡A，所以B灯先熄灭。
故选C。
5. 某车床供电示意图如图所示，理想变压器原线圈两端连接有效值为350V的交流电源，两副线圈分别连接电机和两个相同的指示灯（连接电机的副线圈简称副线圈l，连接指示灯的副线圈简称副线圈2），电机的电压为118V，指示灯的电压为22V，S为指示灯中的一条支路的开关。下列说法正确的是（ ）
A. S闭合后，副线圈2两端的电压减小
B. S闭合后，电源的输出功率增大
C. S闭合后，副线圈1中的电流比副线圈2中的电流增加得多
D. 原线圈和副线圈1的电流之比
【答案】B
【解析】
【详解】AB．S闭合后，由于理想变压器匝数及输入电压不变，因此副线圈2两端的电压不变，但由于S闭合后，副线圈2中又接入了灯泡，则电源的输出功率由
变为
即电源的输出功率变大，故A错误，B正确；
C．S闭合后，由于输入电压及原线圈与副线圈的匝数比不变，因此副线圈1中的电压不变，则可知副线圈1中的电流不变，故C错误；
D．由题已知
，
则有
而根据
，
可得
若只有一个副线圈，则原副线圈中电流比等于匝数的反比，可得原线圈和副线圈1的电流之比
但该变压器有两个副线圈，根据原副线圈中电流与匝数的关系可知
故D错误。
故选B。
6. 纸面内有一边长如图所示的单匝“凹”字形金属线框组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置（ ）

A. 转动45°时电流瞬时值等于回路中电流的有效值
B. 转动60°时回路中的电流为逆时针方向
C. 转动180°的过程中通过导线截面的电荷量为零
D. 转动360°的过程中感应电动势的最大值为3BL2ω
【答案】D
【解析】
【详解】A．电流瞬时值的表达式
当转动45°时电流瞬时值为
由于只有半个周期内有正弦式电流，故电流的有效值
所以转动45°时电流瞬时值不等于回路中电流的有效值，故A错误；
B．转动60°时回路中的磁通量在减少，所以感应电流为顺时针方向，故B错误；
C．转动180°的过程中通过导线截面的电荷量为
故C错误；
D．转动360°的过程中感应电动势的最大值为
故D正确。
故选D。
7. “爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”出自宋代王安石《元日》，爆竹声响代表辞旧迎新之意。现有一爆竹从地面斜向上发射，上升h后到达最高点，此时速度大小为（方向水平向东，在最高点爆炸成质量不等的两块，质量比为1∶2，其中，质量大的速度大小为v、方向水平向东，重力加速度为g。则（ ）
A. 爆竹上升到最高点的过程中，整体的动量守恒
B. 爆炸完毕时，质量小一块速度大小为
C. 在爆炸的过程中，两分离块受到的水平冲量方向相反，大小相等
D. 两分离块在落地的过程中重力的冲量大小相等，方向竖直向下
【答案】C
【解析】
【详解】A． 爆竹上升到最高点的过程中，有重力做功，所以整体的动量不守恒，故A错误；
B．在最高点爆炸成质量不等的两块，根据动量守恒可得
得
故B错误；
C．在爆炸的过程中，两分离块受到的水平作用力大小相等，方向相反，所以两分离块受到的水平冲量方向相反，大小相等，故C正确；
D．两分离块在落地的过程中，时间相等，但是重力不等，所以重力的冲量大小不相等，故D错误。
故选C。
8. 绿色环保低碳出行已经成为一种时尚，新能源汽车越来越受市民的喜爱，正在加速“驶入”百姓家，某家用交流充电桩的供电电路如图所示。已知总电源的输出电压为U1=250V，输电线的总电阻r=20Ω，变压器视为理想变压器，其中升压变压器原副线圈的匝数比为n1：n2=1：8，汽车充电桩的额定电压为U4=220V，额定功率为9.5kW。当汽车以额定电压充电时，下列说法中正确的是（ ）

A. 通过输电线的电流为5A
B. 电源的输出功率为10.5kW
C. 输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%
D. 降压变压器原、副线圈的匝数之比为100：11
【答案】A
【解析】
【详解】D．总电源的输出电压为
U1=250V
又
得
当汽车以额定电压充电时，充电电流
又
得
又
得
联立得
解得
故D错误；
A． 由
得
通过输电线的电流
故A正确；
B．电源的输出功率为
故B错误；
C．输电线因发热而损失的功率为输送功率
故C错误。
故选A。
二、多项选择题（本大题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，多个选项是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选导0分）
9. 如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原副线圈的匝数比为，电压表读数为U，乙图中变压器原副线圈的匝数比为k2，电流表读数为。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为（ ）
A B. C. D.
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．由理想变压器原副线圈匝数与电压关系，可得
解得
故A错误；B正确；
CD．由理想变压器原副线圈匝数与电流关系，可得
解得
故C正确；D错误。
故选BC。
10. 如图所示，沙袋用无弹性轻绳悬挂于O点。开始时沙袋处于静止状态，现有一弹丸以水平速度v0击中沙袋后以的水平速度离开沙袋。若弹丸质量为m，沙袋质量为5m，弹丸和沙袋形状大小、弹丸击中沙袋后漏出沙子的质量忽略不计，沙袋始终在O点下方摆动，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 弹丸打入沙袋过程中，弹丸减少的动能大于沙袋增加的动能
B. 弹丸打入沙袋过程中，轻绳所受拉力大小保持不变
C. 弹丸打入沙袋过程中系统产生的热量为
D. 沙袋向右摆动所能达到的最大高度为
【答案】AD
【解析】
【详解】AC．依题意，弹丸与沙袋相互作用过程，系统水平方向动量守恒，可得
解得
该过程摩擦生热，弹丸减少的动能大于沙袋增加的动能，由能量守恒可得
解得
故A正确；C错误；
B．弹丸打入沙袋过程中，沙袋做圆周运动，由
可知轻绳对沙袋的拉力增大，根据牛顿第三定律可知，轻绳所受拉力也随之增大。故B错误；
D．沙袋向右摆动，机械能守恒，则有
解得
故D正确。
故选AD。
11. 如图甲所示的LC振荡电路中，电容器上的电荷量随时间的t变化规律如图乙所示，t=0.3s时的电流方向如图甲中标示，则（ ）
A. 0.5s至1s时间内，电容器在放电
B. t=1s时，电路的电流为0
C. t=0.5s时，线圈的自感电动势最大
D. 其他条件不变，增大电容器的电容，LC振荡电路周期减小
【答案】AC
【解析】
【详解】A．0.5s至1s时间内，q减小，电容器在放电，故A正确；
B．t=1s时，q为零，但q的变化率最大，此时电路的电流最大，故B错误；
C．t=0.5s时，q的变化率为零，电流为零，但电流的变化率最大，此时线圈的自感电动势最大，故C正确；
D．其他条件不变，增大电容器的电容，根据可知LC振荡电路周期增大，故D错误。
故选AC。
12. 如图所示，半径为R、质量为M、内外表面均光滑的两个完全相同的四分之一圆弧槽A、B并排放在光滑水平面上，a、b为A、B槽的最高点，c、d为A、B槽的最低点，且最低点的切线水平。A槽的左端紧靠着墙壁，一可视为质点，质量为m的小球P从圆弧槽A的顶端由静止释放，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 小球P滑上B槽时的速度大小为
B. 小球P在B槽内运动的最大高度为
C. 小球P第一次返回B槽最低点d时，B槽的速度为
D. 小球P运动至B槽最大高度后返回到最低点d，从最大高度到d点过程中，B槽位移一定大于
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．小球P从从圆弧槽A的顶端由静止释放后运动至c点过程中，机械能守恒，可得
解得
则小球P滑上B槽时的速度大小也为。故A正确；
B．小球P在B槽内运动过程中，二者组成的系统水平方向不受外力，动量守恒，当小球P运动至最大高度时，它们水平方向速度相同，取向右为正方向，根据动量守恒可得
对小球P和B槽组成的系统，由机械能守恒可得
联立，解得
故B正确；
C．小球P第一次返回B槽最低点d时，设小球P的速度为v1，B槽的速度为v2，根据动量守恒和机械能守恒可得
，
联立，解得
故C错误；
D．小球P运动至B槽最大高度后返回到最低点d，从最大高度到d点过程中，以B槽为参考系，由人船模型可得B槽位移为
其中L为小球P在最高点时，与d点的水平距离，由几何关系可得
联立，解得
考虑到小球P刚开始下滑时，B槽就具有一定得水平速度，则实际上该过程B槽的位移一定大于于。故D正确。
故选ABD。
第Ⅱ卷（非选择题，共52分）
注意事项：
第Ⅱ卷用黑色碳素笔在答题卡上各题的答题区域内作答，在试题卷上作答无效。
三、填空、实验题（本大题共2小题，共15分）
13. 某实验小组用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽顶端固定挡板处由静止释放，落到位于水平地面的记录纸上，多次重复上述操作，用尽可能小的圆将落点包围，则该圆的圆心即为小球的平均落点。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从斜槽顶端固定挡板处由静止释放，A球和B球碰撞后、A、B球分别在记录纸上留下落点痕迹，重复操作。得到了如图乙所示的三个小球的平均落点P、Q和R，O点为斜槽末端在记录纸上的竖直投影点。

（1）为了减小实验误差，应使A球的质量_________B球的质量（填“大于”或“小于”）。
（2）由图乙可以判断出Q是_________球的落点（填“A”或“B”）。
（3）若A球质量为，B球质量为，且两球碰撞过程动量守恒，根据图乙信息可知_________（结果保留两位有效数字）。
【答案】 ①. 大于 ②. A ③. 1.5
【解析】
【详解】（1）[1]为了减小实验误差，保证碰撞过程中小球A不被反弹，因此入射小球A的质量应大于被碰小球B的质量。
（2）[2]为了减小实验误差，A球质量大于B球质量，小球A、B发生碰撞后，碰撞过程中动量守恒，则可知B球做平抛运动的初速度大于A球做平抛运动的初速度，因此可知Q是A球落点。
（3）[3]两球碰撞后均做平抛运动，而下落高度相同，则可知两球做平抛运动的时间相同，设为，碰撞前A球的速度为，碰撞后A、B两球的速度分别为、，则根据动量守恒定律有
等式两边同乘以时间可得
即
根据图乙可读得
，，
代入数据解得
14. 有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线框部分所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器R（一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（其实质是电流表），其中已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5V，则：
（1）利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式为_________。
（2）该电子秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘_________mA处。
（3）如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为37.5mA，这个人的体重是_________kg（取）。
（4）该秤刻度（体重刻度）是否均匀_________。
【答案】 ①. ②. 15 ③. 60 ④. 不是
【解析】
【详解】（1）[1]根据表中所给数据可得电阻R随压力F变化的函数关系式为
（2）[2]根据题意，电子秤空载时压力传感器感受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻
由闭合电路的欧姆定律可得电路中的电流为
所以该电子秤零刻度线应标在电流表刻度盘的处。
（3）[3]当电流表刻度盘的示数为
时，压力传感器的电阻
而由
可得
再由
由于
则
解得
根据
可得
（4）[4]根据压力与重力之间的关系，即
可得
则根据欧姆定律可得
根据上式可知，该秤的刻度（体重刻度）不是均匀的。
四、计算题（本大题共3小题，共37分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案不能得分。有数据计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
15. 如图甲所示，物块A、B的质量分别是2kg和6kg，用轻弹簧固定连接放在光滑的水平面上，物块B左侧与竖直墙接触。现有一物块C从t=0时刻以一定的速度向左运动，在t=1s时刻与物块A相碰，碰后立即与A粘在一起。物块C的速度可通过右侧的传感器测量，并得到如图乙所示的v-t图像。求：
（1）物块C的质量和A与C碰撞时损失的机械能；
（2）物块B离开墙后弹簧的最大弹性势能。
【答案】（1）；；（2）
【解析】
【详解】（1）由乙图可知，物块C与A碰撞前后的速度分别为
依题意，二者碰撞过程中动量守恒，可得
解得
碰撞过程中，能量守恒，可得
（2）由乙图可知，t=3s时，弹簧恢复原长，物块C与A速度为
此后，物块B做加速运动，与物块C与A的距离越来越大，弹簧的弹性势能越来越大，当三物块共速时，弹簧具有最大的弹性势能，该过程系统动量守恒，可得
能量也守恒，则有
联立，解得
16. 如图甲所示，两平行金属导轨ab、cd与水平面的夹角为，间距L=0.5m，ac间接阻值R=2Ω的定值电阻，在轨道间加一宽为l=0.4m的有界匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度大小B=2T，边界与斜面底边平行。现将质量m=0.1kg的金属棒MN垂直放置于导轨上，并由静止释放，从金属棒开始运动到离开磁场的过程中，金属棒的机械能E和位移x之间的关系如图乙所示，0~0.2m、0.4~0.6m内的图线为直线。取斜面底边重力势能为零，不计轨道和棒的电阻，重力加速度取10m/s2。求：
（1）金属棒与斜面间的动摩擦因数；
（2）金属棒穿越磁场的过程中，棒的最大速率及回路中产生的焦耳热。
【答案】（1）0.5；（2）；
【解析】
【详解】（1）由乙图可知，0~0.2m内金属棒在磁场区域上方运动，摩擦力做功导致其机械能减小，可得
解得
（2）金属棒进入磁场后，做加速度减小的加速运动，加速度为零时，金属棒的速度达到最大，此后安培力恒定，则金属棒的机械能均匀减小，结合图乙可知，x=0.4m时，恰好是金属棒加速度为零的时候，则有
解得
金属棒在磁场中运动的过程对应乙图0.2~0.6m内图线，由能量守恒可得
解得
17. 如图所示，平行倾斜光滑导轨与足够长平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计。质量分别为2m和m的金属棒b和c静止放在水平导轨上，b、c两棒均与导轨垂直。图中de虚线的右侧有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。质量为2m的绝缘棒a垂直于倾斜导轨由静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为h。已知绝缘棒a滑到水平导轨上与金属棒b发生弹性正碰，金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞，重力加速度为g。求：
（1）a棒与b棒碰后b棒的速度大小；
（2）两金属棒b、c上最终产生的总焦耳热；
（3）金属棒b进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时b棒速度的大小。

【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）设a棒滑到水平导轨时速度为v0，根据动能定理可得
解得
a棒与b棒发生弹性正碰，取向右正方向，由动量守恒定律可得
由机械能守恒定律，可得
联立解得
（2）最终b、c以相同的速度匀速运动，取向右为正方向，由动量守恒定律可得
由能量守恒定律可得
联立解得
（3）b棒刚进磁场时的加速度最大，设b棒进入磁场后某时刻，b棒的速度为，c棒的速度为，则b、c组成的回路中的感应电动势为
设回路中的总电阻为R，由闭合电路欧姆定律得
由安培力公式得
F=BIL=2ma
联立得
故当b棒加速度为最大值的一半时有
b、c两棒组成的系统合外力为零，系统动量守恒，取向右为正方向，由动量守恒定律可得
联立解得
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120