江苏省宿迁市2023-2024学年高二上学期期末物理试卷(解析版)

这是一份江苏省宿迁市2023-2024学年高二上学期期末物理试卷(解析版)，共17页。
考生在答题前请认真阅读本注意事项及各题答题要求
1．本试卷共6页，满分为100分，考试时间为75分钟。
2．答题前，请务必将自己的姓名、准考证号用0.5毫米黑色墨水的签字笔填写在试卷及答题卡的规定位置。
3．作答选择题，必须用2B铅笔将答题卡上对应选项的方框涂满涂黑；作答非选择题，必须用0.5毫米黑色墨水的签字笔在答题卡上的指定位置作答，在其他位置作答一律无效。
4．如需作图，必须用2B铅笔绘、写清楚，线条、符号等须加黑、加粗。
一、单项选择题：本题共10小题，每题4分，共40分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题意。
1. “中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙．关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波是横波B. 电磁波不能在水中传播
C. 电磁波看不见，不具有能量D. 不同电磁波在真空中传播速度不同
【答案】A
【解析】A．电磁波是横波，故A正确；
B．电磁波可以在任何介质或真空中传播，故B错误；
C．电磁波看不见，但具有能量。故C错误；
D．不同电磁波在真空中传播速度相同，故D错误；
故选A。
2. 两束光线分别照射到同一双缝干涉装置，得到的干涉图样如图所示，则（ ）
A. 甲图照射光的频率较低
B. 乙图照射光的波长较长
C. 通过同一单缝，甲图照射光衍射现象更明显
D. 在同一玻璃中，甲图照射光传播速度大
【答案】B
【解析】AB．根据双缝干涉条纹间距公式
可知，用同一双缝干涉装置进行实验，条纹间距越大的波长越长，则乙光比甲光的波长长，乙光比甲光的频率低，故A错误，B正确；
C．由于乙光比甲光的波长长，通过同一单缝，乙光衍射现象更明显，故C错误；
D．由于乙光频率小，在玻璃中的折射率也小，根据
可知，折射率越小，波速越大，所以乙光传播速度大，故D错误。
故选B。
3. 如图所示，水平放置绝缘桌面上有一个金属环，圆心的正上方有一条形磁铁，若条形磁铁水平向右运动，下列说法正确的是（ ）
A. 环的磁通量变大
B. 环有收缩的趋势
C. 环对桌面压力变小
D. 环所受的摩擦力方向水平向右
【答案】C
【解析】AB．当条形磁铁沿轴线竖直向右移动时，闭合导体环内的磁通量减小，由“增缩减扩”可知，线圈做出的反应是面积有扩大的趋势，故AB错误；
CD．根据“来去拒留”可知，磁铁、金属圆环间相互吸引，则圆环对桌面的压力变小，且圆环相对桌面有向右的运动趋势，则金属圆环受到水平向左的摩擦力，故C正确，D错误。
故选C。
4. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，图甲中电流计指针向左偏转，则对下图所示的实验过程，说法正确的是（ ）
A. 甲图中感应电流产生的磁场方向向下
B. 乙图磁铁受到线圈作用力的方向向上
C. 丙图中磁铁可能静止不动
D. 丁图和甲图中电流计指针的偏转方向相反
【答案】B
【解析】A．甲图中穿过线圈的磁场方向向下，且磁通量在增加，根据 “增反减同”可知道感应电流产生的磁场方向向上，A错误；B．图乙磁铁正向线圈靠近，穿过线圈的磁通量在增大，根据 “来拒去留”可知磁铁受到线圈作用力的方向向上，B正确；C．丙图中电流计偏转方向与甲图中相反，说明磁铁在远离线圈，C错误；D．丁图中穿过线圈的磁场方向向上，且磁通量在减小，根据 “增反减同”可知道感应电流产生的磁场方向向上，与甲图中感应电流产生的磁场方向相同，所以感应电流方向也相同，电流计指针的偏转方向相同，D错误。
5. 一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播，图甲为时的波形图，图乙为处的质点P的振动图像，质点Q的平衡位置在处，下列说法正确的是（ ）
A. 波沿x轴负方向传播
B 时刻，质点Q位于正向最大位移处
C. 质点P的振动方程为
D. 至这段时间内，质点P通过的路程大于
【答案】D
【解析】A．由图像乙可知质点P在时的振动方向向上，根据“同侧法”可知波沿x轴正方向传播，故A错误；
B．由甲图像可知波长为4m，由乙图像可知周期为4s，则波的传播速度为
在时
则Q点在时的振动与在Q点之前1.5m处质点P在时的振动相同，图中P点刚好经过平衡位置，故时刻质点Q也经过平衡位置，故B错误；
C．由题可知，振幅
圆频率
质点P简谐运动的表达式为
故C错误；
D．在时质点P在平衡位置，在时，代入简谐运动表达式可得
则这段时间内，质点P通过的路程为
故D正确。
故选D。
6. 在“用单摆测重力加速度大小”的实验中，小王同学作出周期T2与摆线长L的图像如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 实验所用摆球半径为b
B. 实验所用摆球直径为a
C. 当地的重力加速度大小为
D. 当地的重力加速度大小为
【答案】D
【解析】设摆球半径为，根据单摆周期公式可得
可得
根据图像可得
，
解得当地的重力加速度大小为
实验所用摆球半径为
则实验所用摆球直径为
故选D。
7. 两列完全相同的机械波在某时刻的叠加情况如图所示，图中的实线和虚线分别表示波峰和波谷，此时（ ）
A. P、M连线中点振动减弱
B. P、M连线中点速度0
C. P、M、Q、N四点速度均为0
D. 再经过半个周期，Q、N两点振动加强
【答案】C
【解析】AB．此时M点波峰与波峰相遇，而P点是波谷与波谷相遇，是振动加强点，则P、M两点是振动加强点，且P、M连线上也是振动加强的， P、M两点连线中点未达到波峰或波谷，故速度不为0，故AB错误；
C．P处于波谷，速度为零；M处于波峰，速度为零；Q、N两点振动减弱，则速度为零，即四点的速度均为0，故C正确；
D．Q、N两点处于波谷与波峰相遇处，再经过半个周期，Q、N两点振动仍然减弱，故D错误。
8. 踢毽子是我国传统的民间体育运动，如图是一个小孩在踢毽子，毽子近似沿竖直方向运动，空气阻力与速率成正比，毽子在空中运动过程中（ ）
A. 动量变化量等于零
B. 动量变化率一直减小
C. 重力的冲量上升过程等于下降过程
D. 重力的冲量上升过程大于下降过程
【答案】B
【解析】A．毽子上升的初速度为v0，再次下落到原点时的速度为v，设向下为正方向，则动量变化量
选项A错误；
B．动量变化率等于毽子受到的合外力，上升过程合外力为mg+kv，则随速度减小，合外力变小；下降过程的合外力mg-kv，则随速度增加，合外力减小，则动量变化率一直减小，选项B正确；
CD．上升过程中
mg+kv=ma1
下降过程中
mg-kv=ma2
则a1>a2
根据
可知上升的时间小于下降的时间，根据
I=mgt
可知，重力的冲量上升过程小于下降过程，选项CD错误。
9. 如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板A、B与电阻R和电流表相连，现将等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，下列说法正确的是（ ）
A. A板的电势高于B板电势
B. 若只增大两板间距离，电流表示数减小
C. 若只增大磁感应强度，电流表示数减小
D. 磁流体发电机的非静电力为洛伦兹力
【答案】D
【解析】A．等离子体进入磁场，根据左手定则可知正电荷向下偏，打在下极板上；负电荷向上偏，打在上极板上；所以下极板带正电，上极板带负电，则B板的电势高于A板的电势，故A错误；
BC．根据稳定时电场力等于磁场力即
则有
再由欧姆定律可知
所以，若只增大磁感应强度，R中电流变大；若只增大两板间距，R中电流增大，故BC错误；
D．由上述分析可知，磁流体发电机的非静电力为洛伦兹力，故D正确；
故选D。
10. 如图所示，足够长的光滑平行直导轨竖直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，已知金属棒MN能紧贴导轨滑动，导轨上端接一定值电阻R，金属棒与导轨电阻不计，金属棒由静止释放，感应电动势E、加速度a随时间t，以及通过电阻R的电荷量q、金属棒动能Ek随下落高度h变化关系图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】导体棒受到重力加速，切割磁感线，产生感应电动势
产生感应电流为
导体棒受到向上的安培力
根据牛顿第二定律，有
解得
随着速度增大，加速度减小，直到安培力等于重力，加速度为0，速度达到最大，后匀速运动。
A．根据
由于加速度逐渐减小，所以图像斜率逐渐减小，A正确；
B．根据
由于加速度减小，所以图像斜率逐渐减小，B错误；
C． 根据
可得
所以图像斜率不变，C错误；
D．根据动能定理有
由于导体棒的加速度逐渐减小到0，所以图像的斜率逐渐减小到0，D错误。
二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 如图甲，用“碰撞”实验验证动量守恒定律，用天平测得A、B球的质量分别为和，O点是轨道末端在白纸上的投影点，M、P、N为三个落点的平均位置．测出M、P、N与O的距离分别为s1、s2、s3，如图乙所示。
（1）关于实验器材，下列说法正确的是（ ）
A. A、B球的半径可以不同
B. 斜槽末端必须水平，斜槽必须光滑
C. 重锤的作用是标定斜槽末端在白纸上的投影点
（2）关于实验操作，下列说法正确的是（ ）
A. 实验时白纸和复写纸可以随时调整位置
B. A球每次必须从同一位置由静止释放
C. 实验前应该测出斜槽末端距地面的高度
（3）在实验误差允许范围内，若满足关系式________，则可以认为两球碰撞前后在水平方向上动量守恒；（用题中测量量表示）
（4）若实验中测得s1=15.50cm、s2=25.50cm、s3=40.00cm，假设碰撞过程中动量守恒，则m1与m2之比为_______；
（5）若该碰撞是弹性碰撞，则小球落点距离应满足的定量关系为________用（s1、s2、s3表示）。
【答案】（1）C （2）B （3） （4）4 （5）
【解析】（1）[1]A．为满足对心碰撞，则A、B球的半径必须相同，故A错误；
B．为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，斜槽无需光滑，故B错误；
C．重锤的作用是标定斜槽末端在白纸上的投影点，故C正确；
故选C。
（2）[2]A．实验时白纸和复写纸不能随时调整位置，故A错误；B．为保证A球每次碰撞前的速度相等，A球每次必须从同一位置由静止释放，故B正确；C．根据实验原理可知，斜槽末端距地面的高度相同，则运动时间相同，可用水平位移代替水平初速度，无需测量地面的高度，故C错误；
故选B。
（3）[3]根据动量守恒定律有
结合平抛运动规律
，
可知有
（4）[4]将s1=15.50cm、s2=25.50cm、s3=40.00cm代入
解得
（5）[5]若这个碰撞是弹性碰撞，由能量守恒可得
解得
12. 如图所示，金属杆ab质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为角斜向下，结果ab静止于水平导轨上，重力加速度为g，求：
（1）金属杆所受到的摩擦力；
（2）金属杆对导轨的压力。
【答案】（1），方向向左；（2），方向竖直向下
【解析】（1）（2）由左手定则可知，导体棒ab受安培力方向斜向右上方，与竖直方向夹角为θ，大小为F=BIL，则由平衡可知水平方向
方向向左；
竖直方向
由牛顿第三定律可知，金属杆对导轨的压力
方向竖直向下。
13. 某兴趣小组选取边长为a的正方体透明材料，如图所示，底面顶点处有一单色点光源O，从材料上表面看到按明亮照射的区域恰好是以a为半径的四分之一圆面（图中阴影所示），已知光速为c，不考虑光的反射，求：
（1）此单色光的折射率n；
（2）光源发出的光从上表面穿出所需的最长时间t。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）根据题意可知，光入射至圆弧边缘时恰好发生全反射，入射角为临界角C，根据几何关系有
则有
根据临界角与折射率的关系有
解得
（2）根据折射率与光速的关系有
光从圆弧边缘射出时间最长，则有
解得
14. 如图所示，在光滑的水平面上有一长L=1m的木板B，木板与右侧光滑平台等高，平台上有一光滑圆弧槽C，半径R=0.05m，圆弧槽下端与平台表面相切，开始B、C都静止，现有小物块A以初速度v0=4m/s从B左端滑上，木板和平台相碰时物块恰好以速度vA=2m/s滑离木板，之后物块滑上圆弧槽，A、B、C的质量分别为1kg、2kg、0.5kg，重力加速度g=10m/s2，求：
（1）木板B刚要与平台碰撞时速度v；
（2）物块与木板间的动摩擦因数µ；
（3）物块离平台最大高度h。
【答案】（1）1m/s；（2）0.5；（3）
【解析】（1）当物块A滑上木板B，二者组成的系统动量守恒，所以
代入数据解得
（2）A从滑上B到滑离木板，根据能量守恒定律有
代入数据解得
（3）当物块A滑上圆弧槽C后，圆弧槽向右加速，二者组成的系统水平方向动量守恒，所以
，
联立解得
15. 如图所示，空间直角坐标系（垂直纸面向外为z轴正方向，未画出），在xOy平面内y轴右侧有I和Ⅱ两个区域，I区域存在磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外匀强磁场，I区域的宽度为d，II区域同时存在范围足够大的匀强电场和匀强磁场，匀强电场沿y轴负方向，场强大小为，匀强磁场沿y轴正方向，磁感应强度大小也为B，坐标原点O有一粒子源，在xOy平面内向各个方向发射质量为m、电量为的相同速率粒子，由于I和Ⅱ区域间存在特殊挡板（厚度不计），只有粒子速度与挡板垂直时才能进入Ⅱ区域，穿过挡板时速度不变，其余粒子被挡板吸收，不计粒子重力和粒子间相互作用，求：
（1）若让粒子能从原点O运动至挡板，则粒子速率至少多大；
（2）若粒子速率均为，则挡板上被粒子击中区域的y坐标取值范围；
（3）若粒子速率均为，求粒子第一次返回挡板时落点坐标。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）根据题意，设粒子在I区域内做圆周运动的半径为，由牛顿第二定律有
解得
可知，半径越小，速度越小，若让粒子能从原点O运动至挡板，由几何关系可知，当粒子沿轴正方向进入，恰好运动至挡板时，半径最小，则有
解得
（2）若粒子速率均为
则粒子在I区域内做圆周运动的半径为
根据旋转圆的方法得到粒子在I区域内运动能够击中挡板临界轨迹，如图所示
由几何关系可得，上边界的轴坐标为
下边界的轴坐标为
则板上被粒子击中区域的y坐标取值范围
（3）若粒子速率均为
则粒子在I区域内做圆周运动的半径为
由于只有粒子速度与挡板垂直时才能进入Ⅱ区域，可知，粒子沿轴正方向进入，恰好能能进入Ⅱ区域，由几何关系可得，进入Ⅱ区域的位置坐标为，粒子进入Ⅱ区域后，粒子在电场力的作用下，沿轴负方向做初速度为零的匀加速直线运动，由于Ⅱ区域磁场方向与平行，则粒子受到的洛伦兹力为
由左手定则可知，方向沿轴正方向，粒子做匀速圆周运动，当粒子第一次返回挡板时有
运动的时间为
粒子在轴方向上，有
，
解得
则粒子第一次返回挡板时有
综上所述，粒子第一次返回挡板时落点坐标为。