陕西省西安市高新区2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（含答案）

西安市高新区2023-2024学年高二上学期期中考试
物理试题
一、单项选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分．）
1．物理学理论是系统化了的物理知识，它以为数不多的物理概念为基石，以物理定律为核心，建立了经典物理学与近代物理学及其各分支的严密的逻辑体系．下列对有关概念理解正确的是（ ）
A．功和冲量都是典型的状态量，而能量和动量是典型的过程量
B．冲量是表示作用在物体上的力在时间上的积累效应的物理量，是改变质点机械运动状态的原因
C．动量守恒定律在研究高速、微观领域时是不适用的
D．矢量是数学、物理学和工程科学等多个自然学科中的基本概念，动量是矢量，冲量是标量
2．地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而保护地球．下列说法中正确的是（ ）
A．地磁场的磁感线从地理南极出发终止于地理北极
B．图中A处没有磁感线，说明该处不存在磁场
C．南北极处磁场非常强，故磁感线非常密集，可以相切
D．地球周围某点的磁场方向可以用磁感线在该点的切线方向表示
3．如图所示，在水平放置的条形磁铁的N极附近，一个闭合线圈始终竖直向下加速运动，并始终保持水平．在位置时N极附近的磁感线正好与线圈平面平行，之间和之间的距离相等，且都比较小．下列说法正确的是（ ）
A．线圈在位置时感应电流的方向为顺时针（俯视）
B．线圈在位置时感应电流的方向为顺时针（俯视）
C．线圈在位置时穿过线圈的磁通量变化率为零
D．线圈在位置时的感应电流比在位置时的大
4．1932年，师从密立根的中国科学家赵忠尧，在实验中最早观察到正负电子对的产生与湮没，成为第一个发现正电子的科学家．此后，人们在气泡室中，观察到一对正负电子的运动轨迹，如图所示．已知匀强磁场的方向垂直照片平面向外，正负电子质量相等，电子重力忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A．左侧为正电子运动轨迹
B．正电子与负电子分离瞬间，正电子速度大于负电子速度
C．正、负电子所受洛伦兹力始终相同
D．正、负电子在气泡室运动时，近似认为轨迹是一系列半径越来越小的圆，则它们的动能减小、周期不变
5．工业上常用电磁流量计来测量高黏度、强腐蚀性的流体的流量（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加磁感应强度大小为的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下两点间的电势差,就可计算出管内液体的流量．为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电滋流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为和．某次测量时，管壁上下两点间的电势差为,则排污管的污水流量为（ ）
A． B． C． D．
6．如图，一端连接电源的平行光滑导轨和水平放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为,方向与水平面成夹角且垂直于导体棒指向右上方；导轨所在平面内的轻弹簧平行于导轨，一端连接,另一端连接固定挡板．已知两导轨间宽度为中电流为垂直于导轨且与导轨接触良好．则受力平衡后，下列说法正确的是（ ）
A．弹簧处于拉伸状态 B．所受安培力大小为
C．弹簧弹力大小为 D．导轨对的支持力小于的重力
7．完全相同的线圈竖直固定，其平面互成，且中心重合于点（图中未画出）．当线圈连接三相交流电源时，其中心产生旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动．若线圈中通入图乙所示的正弦式交流电，三个线圈在的电流方向如图甲所示，此时线圈中电流在点产生磁场的磁感应强度大小为．已知每个线圈在点产生磁场的磁感应强度大小与线圈中通入的电流成正比，则此时点的磁感应强度大小为（ ）
图甲 图乙
A． B． C． D．
8．如图所示，一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框,在水平拉力作用下，以恒定的速度沿轴运动，磁场方向垂直纸面向里且磁场两边界夹角为．从线圈进入磁场开始计时，直至完全进入磁场的过程中，设边两端电压为,线框受到的安培力为,线框的热功率为,通过边的电荷量为．下列关于随时间变化的关系图像正确的是（ ）
A． B． C． D．
9．很多人喜欢躺着看手机，经常出现手机砸到头部的情况．若手机质量为,从离人头部约的高度无初速度掉落，砸到头部后手机未反弹，头部受到手机的冲击时间约为,取,下列分析不正确的是（ ）
A．手机刚要接触头部之前的速度约为
B．手机与头部作用过程中手机动量变化约为
C．手机对头部的冲量方向向下
D．手机对头部的平均作用力大小约为
10．如图所示，足够长的光滑导轨固定在竖直平面内，电阻不计，两导轨与竖直方向夹角均为．空间存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为．一质量为、长为的导体棒在竖直向上的拉力作用下，从点开始沿轴向下以大小为的速度做匀速直线运动，且棒始终与轴垂直对称，与导轨接触良好．导体棒单位长度电阻值为,重力加速度为．则在导体棒从开始运动到离开导轨的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．导体棒中的感应电流逐渐增大
B．导体棒沿导轨下落过程中减小的机械能等于导体棒产生的焦耳热
C．通过回路中某横截面的电荷量为
D．导体棒在导轨上运动时拉力与的关系为
二．多项选择题（本题共4小题，共16分．在下列各题的四个选项中至少有两项正确，每小题4分，错选不得分，漏选得2分．）
11．如图所示，静止在光滑水平面上的两辆小车用细线相连，中间有一个压缩了的轻弹簧（与小车不栓接），烧断细线后（ ）
A．两车同时开始运动
B．在弹簧第一次恢复原长前，两车的动能减少
C．在弹簧第一次恢复原长前，两车的移动的距离之比不变
D．在弹簧第一次恢复原长的整个过程中，两车动量的变化相同
12．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图．与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力．下列说法正确的是（ ）
A．制动过程中，导体不会产生热量
B．制动力的大小与导体运动的速度有关
C．线圈中既可以通交流电，也可以通直流电
D．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力
13．如图为一种改进后的回旋加速器示意图，加速电场场强大小恒定，且被限制在板间，虚线之间无电场，带电粒子在处由静止经加速电场加速后进入形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对该回旋加速器，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子每运动一周被加速两次
B．加速粒子的最大速度与加速电场无关
C．板间的加速电场需要周期性变化
D．右侧相邻圆弧间距离与的比值为
14．用图1所示的洛伦兹力演示仪演示带电粒子在匀强磁场中的运动时发现，有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状．现将这一现象简化成如图2所示的情景来讨论：在空间存在平行于轴的匀强磁场，由坐标原点在平面内以初速度沿与轴正方向成角的方向射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线，其轴线平行于轴，直径为,螺距为,则下列说法中正确的是（ ）
图1 图2
A．匀强磁场的方向为沿轴正方向
B．若仅增大匀强磁场的磁感应强度，则直径减小，而螺距增大
C．若仅增大电子入射的初速度,则直径增大，而螺距将减小
D．若仅增大角，则直径增大，而螺距将减小
三．实验题（共2小题，共14分）
15．（8分）如图甲所示，用半径相同的两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”．实验时先让质量为的球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把质量为的球放在水平轨道未端，让球仍从位置由静止滚下，球和球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次．如图乙所示，为三个落点的平均位置，未放球时，球的落点是点，点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点．
（1）在这个实验中，除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是___________．
A．秒表、天平 B．天平、刻度尺 C．秒表、刻度尺 D．天平、打点计时器
（2）在某次实验中，测量出两个小球的质量,记录的落点平均位置几乎与在同一条直线上，测量出三个落点位置与点距离．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方向上的总动量守恒．（用测量的量表示）
（3）实验中小球斜槽之间存在摩擦力，这对实验结果___________（选填“有”或“没有”）影响．
（4）完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图丙所示．在水平槽右方竖直固定一木板，使小球1仍从斜槽上点由静止滚下，重复上述实验的操作，得到两球落在木板上的平均落点．用刻度尺测量木板上与等高的点到三点的高度差分别为,则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为___________（用所测物理量的字母表示）．
16．（6分）用图甲所示装置测量磁场的滋感应强度和某导电液体（有大量的正、负离子）的电阻率．水平管道长为、宽度为、高为,置于竖直向上的匀强磁场中．管道上下两面是绝缘板，前后两侧面是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关、电阻箱、灵敏电流表G（内阻为）连接．管道内始终充满导电液体，液体以恒定速度自左向右通过．闭合开关,调节电阻箱的取值，记下相应的电流表读数．
（1）与N板相连接的是电流表G的___________极（填“正”或“负”）．
图甲 图乙
（2）将实验中每次电阻箱接入电路的阻值与相应的电流表读数绘制出图象为图乙所示的倾斜直线，其延长线与两轴的交点坐标分别为和，则磁场的磁感应强度为___________，导电液体的电阻率为___________．
四、计算题（本题共3小题，共30分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案的不给分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值的单位．）
17．（7分）轻质细线吊着一质量为、边长为、匝数的正方形线圈，其总电阻为．在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图甲所示．磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示．
（1）求线圈的电功率；
（2）求在时轻质细线的拉力大小．
18．（9分）如图所示，在直角边长为的等腰直角三角形内有垂直于三角形平面向里的匀强磁场，．在顶点有一粒子源，可以在垂直磁场的平面内，在和之间向各个方向均匀射入质量为、电荷量为、速度大小均为的带正电的粒子，结果有的粒子从边射出，不计粒子的重力，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）粒子在磁场中运动的最长时间及边有粒子射出的区域长度．
19．（14分）
如图所示，倾角为的斜面固定在水平地面上，物块的质量为,静止在斜面上，距斜面底端为,物块的质量为,在斜面上距物块上方的位置由静止释放．两物块均可看作质点，物块碰撞时无机械能损失．两物块由不同材料制成，与斜面之间的动摩擦因数与斜面间的摩擦忽略不计．重力加速度大小,求：
（1）发生第一次碰撞后物块的速度和物块的速度；
（2）两物块第一次碰撞与第二次碰撞之间的时间；
（3）物块到达斜面底端的过程中，两物块发生碰撞的总次数．
西安市高新区2023-2024学年高二上学期期中考试
物理试题参考答案
一、单项选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分．）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D D D C B A A D C
二、多项选择题（本题共4小题，共16分．在下列各题的四个选项中至少有两项正确，每小题4分，错选不得分，漏选得2分．）
题号 11 12 13 14
答案 AC BC BD AD
三、实验题（本题共2小题，共14分）
15．（1）B; （2）; （3）没有； （4）．
16．（1）负极； （2）．
四、计算题（本题共3小题，共30分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案的不给分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值的单位．）
17．（7分）解：（1）由法拉第电磁感应定律得,（2分）
则．（1分）
（2）由闭合电路欧姆定律得：（1分）
由题图乙知，时，,
（2分）
线圈受力平衡，则,解得．（1分）
18．（9分）解：（（1）由题意可知，由于，由于有号的粒子从边射出，因此沿与边成角射入磁场的粒子恰好从点射出磁场．
设粒子在磁场中做圆周运动的半径为，粒子轨迹如图所示：
由几何关系可知，从点射出的粒子运动轨迹所对的圆心角
根据几何关系（2分）
根据牛顿第二定律得：（1分）
解得：（1分）
（2）由于粒子在磁场做圆周运动的半径相同，速度相同，因此粒子在磁场中做圆周运动的轨迹越长，轨迹所对的弦越长，运动的时间越长，因此从点射出的粒子在磁场中运动时间最长．
此粒子运动的时间（2分）
设沿方向射入磁场的粒子从边射出的位置为点，长为,
根据几何关系有（1分）
解得（1分）
因此，边有粒子射出的区域长度（1分）
20．（14分）解：（1）设下滑刚要与碰撞的速度为,
由动能定理可得（1分）
解得发生弹性碰撞，由动量守恒及机械能守恒可得
联立可解得
（1分） （1分）
即速度沿斜面向下，B速度沿斜面向上．
（2）沿斜面减速下滑，合外力沿斜面向上，设加速度大小为沿斜面减速上滑，设加速度大小为,分别由牛顿第二定律可得（1分），（1分）
代入数据可解得后，速度减小为0，上升至最高点时间,由对称性可知，时恰返回出发点，且速度为,加速度为，方向均沿斜面向下，上滑的最大位移为
此过程的位移为（1分）
设运动位移的时间为，由运动学公式可得（1分）
解得，故两物块第次碰碰巧第次碰撞之间的时间（1分）
（3）由于每次都为弹性碰撞，故碰后与碰前的速度总满足
（1分） （1分）
故第二次碰撞前瞬间，的速度为
则碰后的速度分别为
同理可得，第三次碰撞前，即减速为零时的位移为
以此类推，第四次碰前，下滑的位移为
物块到达斜面底端的过程中，两物块发生碰撞的总次数满足
（2分）
可解得,故最多能碰撞6次．（2分）