安徽省池州市2022-2023学年高二下学期期末联考物理试题（含解析）

池州市2022-2023学年高二下学期期末联考
物理
满分：100分考试时间：75分钟
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28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. 下列四幅图描述了机械波和光波在传播过程中形成的现象，下列说法正确的是
水波的衍射 水波的干涉图样 红光的衍射条纹 红光的干涉条纹
A.水波的波长越小，衍射现象越明显 B.两波源的振动步调完全一致才能形成稳定的干涉图样 C.光的衍射条纹的亮度相同 D.两相邻亮条纹的间距与光的波长成正比
2. 法拉第研究电磁感应现象时把两个线圈绕在同一铁环上，如图甲所示，线圈M与电源、滑动变阻器、电流传感器、开关相连，线圈N与定值电阻R相连。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，电流传感器记录了通过线圈M的电流随时间变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是
A. 穿过线圈M的磁场沿逆时针方向
B. 穿过线圈N的磁通量随时间减小
C. 通过定值电阻R的感应电流由b到a
D. 通过定值电阻R的感应电流逐渐增大
3. 如图所示，线圈的自感系数为1mH，电容器的电容为，电源内阻不计。闭合开关S，电路稳定后断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡。下列说法正确的是
A. LC振荡电路中产生的电磁波是纵波
B. L或C越小，振荡电路产生的电磁波的传播速度越大
C. LC振荡电路中通过线圈L的电流的变化周期为
D. LC振荡电路中电磁场能量转化的频率为
4. 2023年蹦床世界杯、世锦赛选拔积分赛第三站比赛在北京体育大学蹦床馆举行，湖南选手严浪宇夺得男子个人冠军。通过分析比赛视频发现，在某次比赛中，严浪宇以12m/s的速度竖直向下落到蹦床上，又以15m/s的速度竖直向上弹回空中，他与蹦床接触的时间为0.9s。若严浪宇的质量为60kg，不计空气阻力，重力加速度。在严浪宇和蹦床相接触的时间内，蹦床对他的平均作用力为
A. 2400N B. 1800N C. 1200N D. 600N
5. 2023年4月20日，“星舰”重型运载火箭在发射升空3分钟后，于墨西哥湾上空发生非计划内解体，在半空中爆炸，航天器未能成功进入预定轨道。尽管失败了，但人类距离登陆火星的脚步更近了。已知火星的质量为地球质量的0.1倍，火星的半径为地球半径的0.5倍，在地球上秒摆的周期为2s，则该秒摆在火星上的周期为
A. 3s B. C. D.
6. 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。一款长方体霍尔元件如图所示，单位体积内自由电子的个数为，电子的电荷量为，则为该霍尔元件的霍尔系数。将霍尔元件置于匀强磁场中，磁感应强度与上表面的夹角为，在前表面和后表面之间接入电压表用以测量霍尔电压，和为电压表的两个接线柱，在霍尔元件中通入一定大小的电流，电流方向如图所示。下列说法正确的是
A. 为电压表的负接线柱
B. 越大，霍尔电压越小
C. 霍尔电压与霍尔系数成正比
D. 霍尔电压与上下两表面之间的厚度成正比
7. 如图所示，N匝椭圆形线圈在匀强磁场中以竖直线为轴匀速旋转，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度大小为，线圈的半长轴为、半短轴为，转动的角速度为，线圈的电阻为，通过电刷和与定值电阻相连，电压表为理想交流电表，椭圆的面积为。从图示位置开始计时，下列说法正确的是
A. 通过定值电阻的电流方向在单位时间内改变次
B. 电压表的示数为
C. 在到的过程中，通过线圈的电荷量为0
D. 通过定值电阻的电流的表达式为
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 如图所示，光滑水平地面上有一辆质量的小车，质量的人站在小车左端与小车一起以速度大小为向右做匀速直线运动。某一时刻，人相对地面以速度大小为水平向左跳下，重力加速度。下列说法正确的是
A. 人跳离小车的过程中，人与小车组成的系统水平方向动量守恒
B. 人跳离小车的过程中，人与小车组成的系统机械能守恒
C. 人跳离小车时，小车的速度大小为
D. 人跳离小车时，人相对小车的速度大小为
9. 一列简谐横波在介质中沿轴正方向传播，、是平衡位置分别为和处的两个质点，从某时刻开始计时，质点P和Q的振动图像分别如图甲和乙所示。下列说法正确的是
A. 该简谐横波的波长可能为0.4m
B. 该简谐横波的传播波速可能为1.5m/s
C. 处质点的振动方程可能为
D. 观察者与波源相向运动，观察者接收到的频率小于2.5Hz
10. 如图所示，间距为的平行光滑金属导轨、固定在水平面上，与水平面成角，金属棒垂直放置在导轨上，整个装置处于匀强磁场中，匀强磁场的方向未知。已知金属棒的质量为叫电阻为，电源的电动势为、内阻为，闭合开关，金属棒而始终静止在导轨上。下列说法正确的是
A. 滑动变阻器的滑片在最左端时，金属棒受到的安培力最大
B. 无论滑动变阻器的滑片处在何位置，金属棒受到的安培力的最小值均为
C. 磁感应强度有最小值时，方向垂直导轨平面向上
D. 滑动变阻器的滑片在最右端时，磁感应强度
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤。
11.(6分)某学习小组同学利用可拆变压器“探究变压器的电压与匝数的关系”，实验装置如图甲所示。
(1) 该学习小组同学将电压的交流电源与原线圈相连，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压随时间变化的图像可能是下图中的____________(填选项字母)，若原线圈接入电路的匝数为200，则副线圈接入电路的匝数为____________。
(2) 如图乙所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次将铁芯装好并用螺丝进行加固，第二次未装铁芯。两次原线圈和副线圈接入电路的匝数相同，交流电源的电压也相同，则____________(填“第一次”或“第二次”)小灯泡更亮，判断的依据是____________。
12. (9分)某校物理兴趣小组的同学设计了一个验证动量守恒定律的装置，如图所示。将等大小球1、2分别用等长的、没有弹性的轻绳悬挂于水平杆上的、两点，球1、2的质量分别设为、。实验步骤如下：
① 将球1拉起一定的角度静止释放，球1在最低点与球2发生碰撞；
② 角度传感器(图中没有画出)测量球1、2碰撞后摆起的最大角度分别为、；
③ 改变两球的质量，重复步骤①②，测量多组数据。
(1) 要完成本实验，还需要的器材为____________。
(2) 若满足________________________表达式(用题目中物理量表示)，则说明两球碰撞时遵循动量守恒定律。
(3) 若实验中多次改变、且、的比值恒定。根据所测数据，作出的图线为线性关系，图线的纵截距为，斜率为，则____________。
(4) 根据第(3)问知，每次释放小球的初始摆角____________(填“变”或“不变”)。
13. (10分)一种由负折射率介质制成的棱镜的横截面如图所示，直角三角形中，，，点为的中点，，点为垂足，的边长为。负折射率介质仍然满足折射定律，只是入射光线和折射光线位于法线同一侧(此时折射角取负值)。一单色细光束从点射入棱镜，当细光束与的夹角为时，细光束恰好经过点。光在真空中传播的速度为。求：
(1) 棱镜对细光束的折射率；
(2) 细光束在棱镜中传播的时间(不考虑光在界面上的反射)。
14. (12分)如图甲所示，两平行且足够长光滑金属导轨、与水平面的夹角为，两导轨之间的距离为，导轨顶端接入阻值的电阻，导轨电阻不计。质量为、电阻的金属棒垂直放在金属导轨上，以金属棒所处位置为坐标原点，沿导轨向下建立轴，区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度随的变化规律如图乙所示。某时刻由静止释放金属棒，到达处前电压表的示数已稳定不变。重力加速度取，，。求：
(1) 金属棒到达处的速度大小；
(2) 金属棒从处运动到处的过程中，电阻产生的焦耳热；
(3) 金属棒从处运动到处的过程中，通过电阻的电荷量。
15. (17分)如图所示，水平光滑桌面上建立平面坐标系，在第一象限的区域Ⅰ内有沿轴负方向、电场强度大小为的匀强电场；区域Ⅱ内有一圆心为、半径为的圆形区域与轴、轴、区域Ⅰ的边界边及边均相切，且边平行于轴、边平行于轴；在区域Ⅲ内有右边无边界，大小、方向与区域Ⅰ完全相同的匀强电场。区域Ⅱ内有垂直桌面向下的磁感应强度的匀强磁场，两个体积相同可视为质点的小球、分别位于轴和上，球、与圆心所在位置纵坐标相同，且球所在位置是与圆形磁场的切点。现将球以速度平行于轴正方向抛出，一段时间后球与球发生弹性碰撞，碰撞后两小球均分电荷，忽略两小球间的库仑力。已知球质量，电荷量；球质量，不带电；取3。求：
(1) 小球从出发到与小球发生碰撞所经历的时间；
(2) 小球刚进区域Ⅰ的位置为零势能点，则小球电势能与动能相等时的坐标是多少；
(3) 小球、碰撞后，在区域Ⅲ内相距最远的距离(结果保留根号)。
池州市2022-2023学年高二下学期期末联考
物理参考答案
1. 【答案】D
【解析】只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，故A错误；
形成稳定的干涉图样的条件是：两列波的频率相同、存在稳定的相位差，并不是两波源的振动步调完全一致才能形成稳定的干涉图样，故B错误；
光的衍射现象中，中间亮条纹的亮度最大，向两侧逐渐减弱，故C错误；
由可知两相邻亮条纹的间距与光的波长成正比，故D正确。
2. 【答案】C
【解析】由右手螺旋定则可知穿过线圈的磁场沿顺时针方向，故A错误；
由图乙可知通过线圈的电流随时间增大，所以穿过线圈的磁通量随时间增大，故B错误；
穿过线圈的磁通量沿顺时针方向且随时间增大，由楞次定律可知线圈的回路中产生逆时针的感应电流，即通过定值电阻的感应电流由到，故C正确；
由图乙可知通过线圈的电流随时间变化的越来越慢，由法拉第电磁感应定律可知线圈中产生的感应电动势越来越小，所以通过定值电阻的感应电流逐渐减小，故D错误。
3. 【答案】D
【解析】振荡电路中产生的电磁波是横波，故A错误；
振荡电路产生的电磁波的传播速度等于光速，与或的大小无关，故B错误；
在振荡电路的振荡周期，所以通过线圈的电流的变化周期为，故C错误；
振荡电路中电场与磁场交替产生，电场能增加则磁场能减小，由于能量为标量，
所以电磁场能量转化的周期，电磁场能量转化的频率为，故D正确。
4. 【答案】A
【解析】以竖直向上为正方向，严浪宇落到蹦床上的速度为，弹回的速度为，由动量定理得，解得，故A正确。
5. 【答案】B
【解析】设地球质量为、半径为，则火星质量为、半径为，根据黄金代换知：，所以，解得。单摆的周期公式，解得，故B正确。
6. 【答案】C
【解析】电流方向向左，电子向右定向移动，根据左手定则可知电子受到向前表面的洛伦兹力而偏向前表面，后表面的电势大于前表面的电势，所以为电压表的正接线柱，故A错误；
设霍尔元件左右表面之间的长度为，前后表面之间的宽度为，上下表面之间的厚度为，则，霍尔电压稳定时，电子受到的洛伦兹力与电场力平衡，则，化简得，所以越大，霍尔电压越大，霍尔电压与霍尔系数成正比，与上下两表面之间的厚度成反比，故C正确，BD错误。
7. 【答案】D
【解析】在一个周期内交变的电流方向改变两次，所以通过定值电阻的电流方向在单位时间内改变次，故A错误；
线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势的最大值，电压表的示数为，故B错误；
在时，线圈平面与磁场的夹角为45°，在时，线圈平面与磁场的夹角为135°，在此过程中，穿过线圈的磁通量改变量，由、、可得通过线圈的电荷量，故C错误；
通过定值电阻电流的表达式为，故D正确。
8. 【答案】AC
【解析】人与车组成的系统，动量守恒，但是有人消耗的内能，机械能不守恒，A正确、B不正确；对人与车组成的系统，由动量守恒定律得，解得人跳离车后，小车的速度，人相对小车的速度，故C正确、D不正确。
9. 【答案】AC
【解析】由振动图像可知质点、的振动情况完全相反，所以，化简得，当时，，故A正确；
由振动图像可知该简谐横波的传播周期，该简谐横波的传播波速为，所以该简谐横波的传播波速不可能为1.5m/s，故B错误；
由A项分析可知当时，，在时处的质点恰好处于波峰位置，该质点的振动方程为，故C正确；
波源发出简谐横波的频率是2.5Hz，观察者与波源相向运动，观察者接收到的频率大于2.5Hz，故D错误。
10. 【答案】BC
【解析】金属棒始终处于静止状态，滑动变阻器的滑片在最左端时，回路中电流最大，由于磁场方向不确定，所以此时安培力不是最大，根据矢量三角形可得安培力的最大值无法求出，故A错误；金属棒始终处于平衡状态，对其受力分析，做出力的矢量三角形，如图所示，可知安培力的最小值为，由于磁感应强度方向不确定，所以磁感应强度的大小无法确定，当磁感应强度的方向与斜面垂直时，滑动变阻器的滑片在最右端时，磁感应强度最小，则，，联立解得，故BC正确，D错误。
11. (6分)
【答案】(1)C(2分) 100(1分)
(2)第一次(1分) 第二次存在漏磁现象(2分，其他答案合理即可)
【解析】(1)变压器不改变交变电流的频率，所以副线圈电压随时间变化的图像可能是图中的C，由可知，副线圈接入电路的匝数为100。
(2)由于第二次未装铁芯，变压器存在漏磁现象，第二次副线圈两端的电压小于第一次副线圈两端的电压，所以第一次小灯泡更亮。
12. (9分)
【答案】(1)天平(2分) (2)(3分)
(3)(2分) (4)不变(2分)
【解析】测量小球的质量需要天平。球1与球2碰前的速度为，则，
解得，同理可知碰后球1的速度。
球2的速度，
由动量守恒定律得，即，
所以，得；
，所以每次释放小球的摆角不变。
13. (10分)
【解析】(1)由几何关系可得细光束的入射角 (1分)
折射角 (1分)
由折射定律得
(1分)
解得 (1分)
说明：未写负号扣一分
(2)细光束在介质中传播的速度大小为
(1分)
设细光束在介质中发生全反射的临界角为，则
(1分)
细光束经过点时，在界面的入射角为，所以细光束在BC界面发生全反射 (1分)
细光束在棱镜中传播的光路如图所示
细光束在棱镜中传播的距离为
(1分)
细光束在棱镜中传播的时间为 (1分)
解得 (1分)
14. (12分)
【解析】(1)由题意可知金属棒到达处前已匀速，设速度大小为，
由法拉第电磁感应定律得
(1分)
由闭合电路欧姆定律得
(1分)
由平衡条件得
(1分)
解得 (1分)
(2)金属棒从处运动到处的过程，由能量守恒定律得
(2分)
电阻产生的焦耳热为
(1分)
解得 (1分)
(3)金属棒从处运动到处的过程，由法拉第电磁感应定律得
(1分)
由闭合电路欧姆定律得
(1分)
通过电阻的电荷量为
(1分)
解得 (1分)
15. (17分)
【解析】(1)球进入磁场先做逆时针的匀速圆周运动，要使球与球能发生碰撞，其轨迹如下图中虚线所示，先在磁场中偏转了，在正上方离开磁场后进入匀强电场做匀减速直线运动，然后再次进入磁场，根据对称性能与球发生碰撞
球在磁场的运动半径等于圆心磁场区域的半径
(1分)
根据洛伦兹力提供向心力得
(1分)
解得球的释放速度大小为
球经历两段时间撞上球，设在区域Ⅰ运动的时间为，在磁场中运动的总时间为，由动量定理得
(1分)
由洛伦兹力提供向心力得
(1分)
(1分)
解得，
则总时间为
解得 (1分)
(2)当小球的位移的时候，小球的电势能与动能相等，即
(1分)
由动能定理得 (1分)
解得 (1分)
所以此时小球的坐标为(0.4m，1.2m) (1分)
(3)球与球发生弹性碰撞，碰撞前瞬间球的速度，方向水平向右，以此方向为正方向，根据动量守恒和机械能守恒得
(1分)
解得， (1分)
碰撞后两球的电荷量均为
碰撞后两球做类平抛运动，设球平行轴方向的加速度为，球竖直方向的加速度为，
根据牛顿第二定律
可得， (1分)
(1分)
以球为参考系，小球平行轴方向相对球做匀速运动，轴方向的位移，方向球相对球做匀加速直线运动
(1分)
球与球的距离
(1分)
可见两球之间的距离是时间的增函数，所以当时两球相距最远，解得
(1分)