2023-2024学年湖北省十堰市区县普通高中联合体高二（上）联考物理试卷（12月）（含解析）

2023-2024学年湖北省十堰市区县普通高中联合体高二（上）联考物理试卷（12月）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.如图所示是甲、乙两个单摆做简谐运动的图像，则下列说法中正确的是( )
A. 甲、乙两摆的振幅之比为
B. 时，甲摆的重力势能最小，乙摆的动能为零
C. 甲、乙两摆的摆长之比为
D. 甲、乙两摆摆球在最低点时摆线的拉力大小一定相等
2.一列简谐横波在均匀介质中沿轴正方向传播，已知处质点的振动方程为，则时刻的波形图正确的是
( )
A. B.
C. D.
3.如图所示，学生练习用头颠球。某一次足球静止自由下落，被重新顶起，离开头部后竖直上升的最大高度为。已知足球与头部的作用时间为，足球的质量为，重力加速度取，不计空气阻力下列说法正确的是
( )
A. 足球对头部的平均作用力为足球重力的倍
B. 足球与头部作用过程中动量变化量大小为
C. 足球下落到与头部刚接触时动量大小为
D. 足球从最高点下落至重新回到最高点的过程中重力的冲量大小为
4.如图所示，、两物体质量之比，原来静止在平板小车上，、间有一根被压缩的弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则
( )
A. 若、与平板车上表面间的动摩擦因数相同，、组成系统的动量守恒
B. 若、与平板车上表面间的动摩擦因数不同，、、组成系统的动量不守恒
C. 若、所受的摩擦力大小不相等，、、组成系统的动量不守恒
D. 若、所受的摩擦力大小相等，、组成系统的动量守恒
5.在正三角形的三个顶点、、处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线受到的安培力大小为，则导线受到的安培力
( )
A. 大小为，方向平行向左 B. 大小为，方向平行向右
C. 大小为，方向垂直向下 D. 大小为，方向垂直向上
6.下图中关于磁场中的四种仪器的说法中错误的是( )
A. 甲图中要使粒子获得的最大动能增大，可以增大形盒的半径
B. 乙图中不改变质谱仪各区域的电场、磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同
C. 丙图是载流子为负电荷的霍尔元件通过如图所示电流和加上如图磁场时侧带负电荷
D. 丁图长宽高分别为、、的电磁流量计加上如图所示磁场，若流量恒定，则前后两个金属侧面的电压与、、均无关
7.如图所示，一质量为的带电粒子从点以垂直于磁场边界方向的速度射入磁场，穿出磁场时，速度方向与入射方向夹角为。设磁感应强度为、磁场宽度为。粒子速度始终与磁场垂直，不计粒子所受重力和空气阻力。下列说法错误的是
( )
A. 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子做的功为
B. 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子的冲量为
C. 该粒子的比荷为
D. 该粒子在磁场中运动的时间为
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，图甲为一列沿轴传播的简谐横波在时的波形图，图乙为质点的振动图像，下列说法正确的是
( )
A. 该波的波速为
B. 该波沿轴正方向传播
C. 时间内，质点运动的路程为
D. 该列波频率在传播过程中遇到尺寸大小为的障碍物不会发生衍射现象
9.足够大的光滑水平面上，一质量为的物块静止在水平面上，右边放有一质量为的长木板，质量为的物块放在长木板的右端，与长木板间的滑动摩擦力的大小等于最大静摩擦力大小。现在给物块水平向左的瞬时初速度，物块立即在长木板上运动。与碰撞前，、已经达到共同速度；、碰撞后，两者粘在了一起；物块始终未从长木板上滑下。下列说法正确的是
( )
A. A、碰撞前，
B. 达到的共同速度大小为
B.、碰撞后的瞬间，、的速度大小均为
C. A、碰撞后的瞬间，、的速度大小均为
D. 最终、、三者将以大小为的共同速度一直运动下去
10.如图所示，等腰直角三角形区域内包含边界有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为，在的中点处有一粒子源，可沿与平行的方向发射大量速率不同的同种粒子，这些粒子带负电，质量为，电荷量为，已知这些粒子都能从边离开区域，，不考虑粒子的重力及粒子间的相互作用。关于这些粒子，下列说法正确的是( )
A. 速度的最大值为
B. 速度的最小值为
C. 在磁场中运动的最短时间为
D. 在磁场中运动的最长时间为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某实验小组在实验室用单摆做测定重力加速度的实验，实验装置如图所示。
摆球的直径用螺旋测微器测出，如图乙所示，其读数为_____。
正确操作测出单摆连续次从“”开始计数通过最低点的时间为，用毫米刻度尺测得摆线长为，螺旋测微器测得摆球直径为。用上述测得的量写出重力加速度的表达式：_____。
某同学测得的值比当地的重力加速度偏小，可能原因是_____。
A. 计算时将当成摆长 把悬点到摆球下端的长度记为摆长
C. 开始计时时，秒表按下过晚 实验中误将次全振动计为次
12.在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示，、是两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作：
Ⅰ在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹；
Ⅱ将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹；
Ⅲ把小球静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球仍从固定点处由静止释放，和小球相碰后，两球撞在木板上得到痕迹和。
若碰撞过程中没有机械能损失，为了保证在碰撞过程中球不反弹，、两球的质量、间的关系是__________。选填“”“”或“”
为完成本实验，必须测量的物理量有__________。
A.小球开始释放的高度 木板水平向右移动的距离
C.球和球的质量、 ．点到、、三点的距离、、
在实验误差允许范围内，若满足关系式__________，则动量守恒用所选的物理量表示，要求化简
在实验误差允许范围内，若满足关系式__________，则机械能守恒用所选的物理量表示，要求化简
四、计算题：本大题共2小题，共24分。
13.一列简谐横波沿轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。试求：
波的传播速度的大小；
处的质点在到时间内，运动的路程为，且。求处的质点振动方程。
14.如图所示，一轨道由斜面轨道和水平面轨道组成，斜面与水平面通过光滑小圆弧在处平滑连接。物块甲的质量，物块乙的质量。甲从斜面上的处由静止释放，与停在水平面处的乙发生正碰，碰撞后乙向前滑行停止运动。已知到水平面的高度，、间的距离，两物块与水平面间的动摩擦因数，甲与斜面间的动摩擦因数，斜面与水平面夹角为，两车均可视为质点，重力加速度取。求：
甲车到达处碰上乙车前的速度大小；
两车碰撞过程中的机械能损失。
五、综合题：本大题共1小题，共16分。
15.如图所示，在平面纸面内，空间存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，第三象限空间存在方向沿轴正方向的匀强电场。一质量为、电荷量为的带正电粒子不计重力，以大小为、方向与轴垂直的速度沿纸面从坐标为的点进入磁场中，然后从坐标为的点进入磁场区域，最后从轴上的点图中未画出射出磁场。求：
电场强度的大小；
磁场的磁感应强度大小；
粒子从点运动到点所用的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.由题图知甲、乙两摆的振幅分别为、，所以甲、乙两摆的振幅之比为 ，A错误；
B.由图像知， 时，甲摆在平衡位置处，重力势能最小，乙摆在平衡位置处，动能最大，B错误；
C.甲、乙两摆的周期之比为 ，由单摆的周期公式 ，得到甲、乙两摆的摆长之比为 ，C正确；
D.由题目中的条件无法比较甲、乙两摆摆球在最低点时摆线的拉力大小，D错误。
故选C。
2.【答案】
【解析】根据题意可知， 时，在 处的质点处于
则此时该质点位于平衡位置，下一时刻，该质点向下运动，根据题意，横波沿轴正方向传播，根据同侧法判断可知图像B正确。
故选B。
3.【答案】
【解析】足球自由落体时的速度为 ，时间为 ，反弹后做竖直上抛运动，而上升的最大高度为，上升的时间 ，由
求得
，
，
对足球与人接触的过程， ，取向上为正，由动量定理有
解得
即头部对足球的平均作用力为，而足球的重力为，则头部对足球的平均作用力是重力的倍，此过程的动量变化量大小为 ，A错误，B正确；
C.足球刚接触时的动量为 ，C错误；
D. 足球运动的全过程，所受重力的冲量为
D错误。
故选B。
4.【答案】
【解析】A.若、与平板车上表面间的动摩擦因数相同，由于的质量大于的质量，物体受到的摩擦力大于物体受到的摩擦力，、系统所受合外力不为零，系统动量不守恒的，A错误；
B.无论、与平板车上表面间的动摩擦因数是否相同，、、组成系统的合外力都为零，、、组成系统的动量守恒，B错误；
C.无论、所受的摩擦力大小是否相等，、、组成系统所受合外力都为零，、、组成系统的动量守恒， C错误。
D.、所受的摩擦力大小相等，、组成系统所受合外力为零，、组成系统的动量守恒，D正确。
故选D。
5.【答案】
【解析】设两长直导线间的相互作用力大小为 ，反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，对长直导线研究，受力分析如图所示

根据力的合成可得
解得
对长直导线研究，受力分析如图所示

根据力的合成可得，受到的安培力为
解得
方向垂直向下。
故选C。
6.【答案】
【解析】【分析】
根据回旋加速器、质谱仪、霍尔元件、电磁流量计的基本原理分析即可得出结果。
本题主要考查电磁学知识的科技应用，难度一般。
【解答】
A.回旋加速器中，由牛顿第二定律可得，带电粒子射出时的动能为联立解得，回旋加速器要使粒子获得的最大动能增大，可以增大形盒的半径，故A正确；
B.带电粒子在加速电场中，由动能定理可得，粒子在复合场中，由共点力平衡条件可得带电粒子在磁场中运动，由牛顿第二定律可得联立可得，乙图中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子，半径相同，因此粒子比荷相同，故B正确；
C.丙图中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时，由左手定则可知，负电荷所受洛伦兹力向左，因此侧带负电荷，故C正确；
D.最终正负离子会受到电场力和洛伦兹力而平衡，即同时而水流量为联立可得，后两个金属侧面的电压与流量、磁感应强度以及有关，与、无关，故D错误。
7.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动；对于带电粒子在磁场中的运动情况分析，一般是确定圆心位置，根据几何关系求半径，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量。
洛伦兹力与粒子的速度方向始终垂直，则洛伦兹力不做功；在粒子穿越磁场的过程中，动量发生变化，根据动量定理分析向心力的冲量；粒子的运动轨迹长度大于，由此分析该粒子在磁场中运动的时间；根据几何关系求解半径，根据洛伦兹力提供向心力可求解比荷。
【解答】
A.在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力与粒子的速度方向始终垂直，则洛伦兹力对该粒子做的功为，故A正确；
B.在粒子穿越磁场的过程中，粒子仅受洛伦兹力作用，速度大小不变但方向改变，则动量改变，根据动量定理可知，则洛伦兹力对该粒子的冲量不为，故B错误；
C.粒子在磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，根据几何关系，联立解得，故C正确；
D.粒子在磁场中运动时间，周期，联立可得，故D正确；
故选B。
8.【答案】
【解析】A.由图甲可知，该波的波长 为 ，由图乙可知，该波的周期为 ，则波速为
故A错误；
B.由乙图知， 时刻质点向上振动，利用“上下坡”法，可以判断出波沿轴正方向传播，故B正确；
C.质点在一个周期内的路程为
所以内的路程为
故C正确；
D.一切波均会发生衍射现象，故D错误。
故选BC。
9.【答案】
【解析】A.、碰撞前，、已经达到共同速度，设、达到的共同速度大小为 ，根据动量守恒定律可得
解得
故A正确；
、碰撞后的瞬间，、具有相同的速度 ，、组成的系统满足动量守恒，则有
解得
故B错误，C正确；
D.、、组成的系统满足动量守恒，、、三者最终有共同的速度 ，则有
解得
故D正确。
故选ACD。
10.【答案】
【解析】【分析】
粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，作出粒子运动轨迹，求出粒子轨道半径与粒子转过的圆心角，然后应用牛顿第二定律求出粒子的速度，根据粒子做圆周运动的周期公式求出粒子的运动时间。
【解答】
粒子从边离开磁场时的临界运动轨迹如图所示：
由几何知识可知：，解得
、粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：解得，则粒子的最大速度为，粒子的最小速度为，故A正确，B错误；
、粒子做圆周运动的周期，粒子从边离开磁场区域的临界运动轨迹如图所示，由几何知识可知，粒子转过的最大圆心角：，最长运动时间：，
最小圆心角：与边相切时，转过的圆心角为，但是粒子显然还继续在磁场中运动了一段距离，故，粒子在磁场中运动的最短时间：，故C错误，D正确；
故选：。
11.【答案】
【解析】】螺旋测微器的读数为
单摆时间内完成全振动的次数为 ，则单摆的周期为
单摆的摆长为
根据单摆的周期公式
可得重力加速度为
计算时将当成摆长，此时得到重力加速度的表达式为
可知，此时测得的重力加速度将偏小，故A正确；
B.把悬点到摆球下端的长度记为摆长，则导致摆长偏大，会使测得的重力加速度将偏大，故B错误；
C.开始计时时，秒表按下过晚，会导致测得的时间偏小，从而导致测得的重力加速度偏大，故C错误；
D.实验中误将次全振动计为次，会使得记录的次数偏小，从而导致测得的重力加速度偏小，故D正确。
故选AD。
12.【答案】；
；
；

【解析】【分析】
本题考查验证动量守恒定律实验，掌握了实验原理才能顺利解决此类题目。
若碰撞反弹，则影响速度的测定，所以为防止反弹，根据弹性碰撞的公式，必须使入射球的质量大于被碰球的质量。
由平抛运动的规律求出小球抛出的水平初速度，由动量守恒定律写出需要验证的表达式，然后判断需要测量的物理量。
当， 时，动量守恒， 机械能守恒，代入速度表达式即可求解。
【解答】
在小球碰撞过程中水平方向动量守恒，故有，碰撞前后动能相等，故有，解得，若要使球的速度方向不变，则；
小球平抛运动的时间，则初速度，显然平抛运动的初速度与下降高度二次方根的倒数成正比，当，即成立时系统的动量守恒；由以上可知，需测量的物理量有球和球的质量、和点到、、三点的距离、、，、D正确。
小球平抛运动的时间，则初速度，当时，整理解得时，机械能守恒。
13.【答案】若机械波沿轴正方向传播， ，若机械波沿轴负方向传播， ；
【解析】由题图可知，波长 ，振幅 。波的传播时间
波速
若机械波沿轴正方向传播，传播的距离
联立得
若机械波沿轴负方向传播，播的距离
联立得
在 到 时间内， ，可知
故
若机械波沿轴负方向传播，则
不符题意。
若机械波沿轴正方向传播，满足
当 时，有
可得
则有
由图知当 时， 处的质点正从平衡位置向 轴负方向运动，所以当 时， 处的质点正从平衡位置向 轴正方向运动，故 处质点的振动方程为
14.【答案】；
【解析】对甲从处到处的过程，根据动能定理有
解得
碰后乙在阻力作用下减速到静止的过程，根据动能定理有
其中
解得
甲、乙碰撞过程中动量守恒，有
碰撞过程中损失的机械能
解得
15.【答案】 ； ；
【解析】带电粒子在电场中运动时间为，由运动的合成与分解有
由牛顿第二定律有
联立可得
带电粒子进入磁场时的速度与轴夹角 ，则
得
进入磁场时速度
带电粒子在磁场中运动轨迹如图所示，其圆心为 ，对应轨道半径为，由几何关系可得
由牛顿第二定律有
联立可得
带电粒子在磁场中运动时间为 ，则
其中
联立可得
带电粒子在电场中运动时间
带电粒子运动的总时间

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