湖北省部分县市区省级示范高中温德克英协作体2023-2024学年高二上学期期末综合性调研考试物理试题（含答案）

2023-2024学年湖北省部分县市区省级示范高中温德克英协作体高二第一学期期末综合性调研考试
物理试题
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.真空中，两点与点电荷的距离分别为和，则、两点的电场强度大小之比为( )
A. B. C. D.
2.质量分别为和的甲、乙两个物体沿同一直线在光滑的水平面上相向运动，甲的速度大小为，乙的速度大小为，碰后甲物体速度反向且大小仍为，碰撞时间极短，下列说法正确的是( )
A. 碰后乙物体速度大小为 B. 甲、乙碰撞过程中系统机械能不守恒
C. 甲物体在碰撞过程中动量的变化量为 D. 乙物体在碰撞过程中动能变化量为
3.如图所示，空间存在垂直纸面向里的水平磁场，磁场上边界水平，以点为坐标原点，磁场上边界为轴，竖直向下为轴，磁感应强度大小在轴方向保持不变、轴方向满足，为大于零的常数。边长为的单匝正方形导体线框通过轻质绝缘细线悬挂于天花板，线框质量为，通有顺时针方向的恒定电流，电流强度为，系统处于平衡状态，已知该地的重力加速度为，下列说法正确的是
( )
A. 边与边所受安培力相同
B. 细线中拉力大小为
C. 若仅将细线长度加长，线框始终在磁场内，则稳定后细线弹力变大
D. 若仅将磁场调整为磁感应强度为的匀强磁场，方向不变，则稳定后细线中弹力为
4.在一根软铁棒上绕有一组线圈，、是线圈的两端，为中心抽头。把端和抽头分别接到两条平行金属导轨上，导轨间有匀强磁场，方向垂直于导轨所在平面并指向纸内，如图所示。金属棒在外力作用下左右运动，运动过程中保持与导轨垂直，且两端与导轨始终接触良好。下面说法正确的是( )
A. 向左边减速运动的过程中、的电势都比点的电势高
B. 向右边减速运动的过程中、的电势都比点的电势高
C. 向左边匀速运动的过程中、的电势都比点的电势低
D. 向右边匀速运动的过程中、的电势都比点的电势低
5.如图所示，平行板电容器竖直放置，板上用绝缘线悬挂一带电小球，静止时，绝缘线与固定的板成角，平移板，下列说法正确的是( )
A. 闭合，板向上平移一小段距离，角不变
B. 闭合，板向左平移一小段距离，角变小
C. 断开，板向上平移一小段距离，角变小
D. 断开，板向左平移一小段距离，角变大
6.如图所示，电路中和是两个完全相同的小灯泡，是一个自感系数很大、直流电阻为零的电感线圈，是电容很大的电容器．当闭合与断开时，对、的发光情况判断正确的是( )
A. 闭合时，不会立即亮，然后逐渐熄灭
B. 闭合时，立即亮，然后逐渐熄灭
C. 闭合足够长时间后，发光而不发光
D. 闭合足够长时间后再断开，立即熄灭而逐渐熄灭
7.如图所示，两个速度大小不同的同种带电粒子、，沿水平方向从同一点垂直射入匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。当它们从磁场下边界飞出时相对入射方向的偏转角分别为、，则它们在磁场中运动的( )
A. 轨迹半径之比为 B. 速度之比为
C. 时间之比为 D. 周期之比为
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.均匀介质中，波源位于点的简谐横波在水平面内传播，波面为圆。时刻，波面分布如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。处质点的振动图像如图所示，轴正方向竖直向上。下列说法正确的是( )
A. 该波从点传播到点，所需时间为
B. 时，处质点位于波峰
C. 时，处质点振动速度方向竖直向上
D. 时，处质点所受回复力方向竖直向上
E. 处质点起振后，内经过的路程为
9.质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪证实了同位素的存在．如图所示，容器中有质量分别为、，电荷量相同的两种粒子不考虑粒子重力及粒子间的相互作用，它们从容器下方的小孔不断飘入电压为的加速电场粒子的初速度可视为零，沿直线为小孔与磁场垂直的方向进入磁感应强度为、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在水平放置的照相底片上．由于实际加速电压的大小在范围内微小变化，这两种粒子在底片上可能发生重叠．对此，下列判断正确的有( )
A. 打在处的粒子质量较小
B. 两粒子均带负电
C. 若一定，越大越容易发生重叠
D. 若一定，越大越容易发生重叠
10.如图所示，足够长的金属导轨和平行且间距为左右两侧导轨平面与水平面夹角分别为、，导轨左侧空间磁场平行导轨向下，右侧空间磁场垂直导轨平面向下，磁感应强度大小均为。均匀金属棒和质量均为，长度均为，电阻均为，运动过程中，两金属棒与导轨保持良好接触，始终垂直于导轨，金属棒与导轨间的动摩擦因数为，金属棒光滑。同时由静止释放两金属棒，并对金属棒施加外力，使棒保持的加速度沿斜面向下匀加速运动。导轨电阻不计，重力加速度大小为，，。则
A. 金属棒运动过程中最大加速度的大小
B. 金属棒运动过程中最大加速度的大小
C. 金属棒达到最大速度所用的时间
D. 金属棒运动过程中，外力对棒的冲量大小为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某兴趣小组欲通过测定工业污水含多种重金属离子的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准通常达标污水的电阻率。图甲为该组同学用绝缘材料制成的长度的圆筒形盛水容器。
装入污水样品前，需测量圆筒形盛水容器的内径，应使用图乙中游标卡尺的___________选填“”、“”或“”进行测量，某次测量的示数如图丙所示，读数___________；
将污水样品装满圆筒形盛水容器后，用电阻可忽略、带有接线柱的金属圆片将两端密封，并用欧姆表测出该样品的电阻为。为精确测量圆筒形盛水容器内污水样品的电阻，请从下列实验仪器中选择合适的仪器，把虚线框中的实验电路图补充完整，并标明所选仪器的符号：___________
A.电源电动势约，内阻约为
B.电流表量程，内阻
C.电流表量程，内阻约为
D.定值电阻阻值
E.定值电阻阻值
F.开关，导线若干
经正确操作，读出电流表和示数分别为和的多组数据，作出如图丁所示的关系图像。由图像和其它条件可知该污水样品的电阻率___________取，结果保留两位有效数字；
若装入的污水样品中有气泡，这将会使测得的污水样品的电阻率___________选填“偏大”、“偏小”或“不变”。
12.将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为，可是这种电池并不能点亮额定电压为，额定电流为的手电筒上的小灯泡，原因是“水果电池”的内阻太大，流过小灯泡的电流太小，经测量仅约为某实验小组要测量“水果电池”的电动势和内电阻现有下列器材：
A.待测“水果电池”
B.电流表满偏电流，电阻约
C.电压表量程，电阻约
D.定值电阻
E.电阻箱
F.滑动变阻器阻值，额定电流
G.滑动变阻器阻值，额定电流
H.电源电动势为，内阻不计
I.开关、导线等实验器材
小组成员利用甲图电路测量“水果电池”的电动势和内电阻多次改变电阻箱的阻值，读出电流表示数，根据测得的数据作出图像，如图乙所示根据图像可得，“水果电池”的电动势 ，内电阻 结果均保留三位有效数字
从测量原理来看，利用图甲所示电路所得的“水果电池”的测量值与真实值相比，电动势 ，内电阻 均选填“大于”“等于”或“小于”
为了测出电流表的内阻的阻值，小组成员选用器材作为电源设计了如图丙所示的电路，滑动变阻器选择 选填“”或“”，实验过程中，某次测量电流表示数为时，电压表示数如图丁所示，由此可求得 结合图乙可求得“水果电池”内阻 ．
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.如图所示，光滑绝缘水平轨道与半径为的光滑绝缘竖直半圆轨道在点平滑连接，在过圆心的水平界面的下方分布有水平向右的匀强电场，现有一质量为、电荷量为的小球从水平轨道上的点由静止释放，小球运动到点离开圆轨道后，经界面上的点进入电场点恰好在点的正上方，小球可视为质点，小球运动过程中电荷量保持不变。已知、间距离为，重力加速度为。在上述运动过程中，求：

电场强度的大小；
小球对圆轨道的最大压力的大小；
小球离开点后落在水平轨道上的位置与点的距离。
14.如图所示，光滑的平行水平金属导轨、相距；在点与点间连接个阻值为的电阻，在两导轨间矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为的匀强磁场，磁感应强度为、一个质量为、电阻为、长度刚好为的导体棒垂直置于导轨上，与磁场左边界相距。现用一个水平向右的力拉棒，使它由静止开始运动，棒离开磁场前已做匀速直线运动，棒与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，随与初始位置的距离变化情况如图乙所示。求
棒离开磁场右边界时的速度；
棒通过磁场区域的过程中流过电阻的电荷量；
棒通过磁场区域的过程中整个回路消耗的电能。
15.如图所示是中国科学院自主研制的磁约束核聚变实验装置中的“偏转系统”原理图。偏转磁场为垂直纸面向外的矩形匀强磁场，由正离子和中性粒子组成的粒子束以相同的速度进入两极板间，其中的中性粒子沿原方向运动，被接收器接收；一部分正离子打到下极板，其余的进入磁场发生偏转被吞噬板吞噬。已知正离子电荷量为，质量为，两极板间电压可以调节，间距为，极板长度为，极板间施加一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为，吞噬板长度为，其上端紧贴下极板竖直放置。已知当极板间电压时，恰好没有正离子进入磁场。不计极板厚度、粒子的重力及粒子间的相互作用。
求粒子束进入极板间的初速度的大小；若要使所有的粒子都进入磁场，则板间电压为多少？
若所加的电压在内小幅波动，且，此时带电粒子在极板间的运动可以近似看成类平抛运动。则进入磁场的带电粒子数目占总带电粒子数目的比例至少多少？
若所加电压为，且，此时所有正离子都恰好能被吞噬板吞噬，求矩形偏转磁场的最小面积。
2023-2024学年湖北省部分县市区省级示范高中温德克英协作体高二第一学期期末综合性调研考试
物理试题答案和解析
1.
分析：本题根据点电荷场强公式运用比例法求解、两点的电场强度大小之比．
解答：根据点电荷电场公式可得，故C正确。
2.
A.甲、乙碰撞过程中动量守恒，以甲的初始运动方向为正方向，则有，解得，A错误；
B.甲、乙碰撞之前机械能，碰撞之后机械能，二者不相等，机械能不守恒，B正确；
C.以碰撞前甲的速度为正方向，甲碰撞前后动量改变量：，C错误；
D.乙碰撞前后动能改变量：，D错误。
故选B。
3.
根据和对称，分析受力，根据和所在的磁场不同以及安培力的公式计算受力；
注意如果磁场不变化，安培力合力为。
A.根据对称，边与边所受安培力大小相等，但电流方向相反，故受的安培力相反，故A错误；
B.边受力，根据左手定则知方向向上，边受力为：，方向向下，合力为：，细线中拉力大小为，故B正确；
C.若仅将细线长度加长，线框始终在磁场内，根据上述分析，稳定后细线弹力不变，故C错误；
D.若仅将磁场调整为磁感应强度为的匀强磁场，方向不变，则稳定后细线中弹力为，故D错误。
故选B。
4.
先根据右手定则判断出金属棒中产生的感应电流方向，由金属棒的运动情况分析感应电流大小的变化情况，此感应电流流过线圈，根据楞次定律判断线圈产生的感应电动势的方向，判断、的电势高低。
【解答】．向左边减速运动的过程中，根据右手定则可知电流方向为，点的电势比点的电势高，A错误；
B.向右边减速运动的过程中，根据右手定则可知电流方向为，的电势比点的电势高；在螺线管中磁场方向向下，根据楞次定律可知电流从点流出，的电势比点的电势高，故B正确；
C.向左边匀速运动的过程中，根据右手定则可知电流方向为，的电势比点的电势低；向左做匀速直线运动，产生恒定的电流，线圈不会产生感应电流，等电势，故C错误；
D.向右边匀速运动的过程中的电势都比点的电势高，故D错误。
故选B。
5.
闭合，电容器两端的电势差不变，断开，电容器所带的电量不变，根据两板间电场强度的变化判断小球的摆角大小。
【解答】A.闭合时，两板间的电势差不变，板向上平移一小段距离，不变，减小，因为电场强度，所以不改变，则小球所受的电场力不变，所以角不变，故A正确；
B.闭合，极板间电势差不变，板向左平移一小段距离，变小，则电场强度，则电场强度增大，小球所受电场力增大，所以角变大，故B错误；
C.断开，电容器所带的电量不变，板向上平移一小段距离，则减小，根据，和，知电场强度：，则增大，小球所受电场力，所以电场力增大，增大，故C错误；
D.断开，电容器所带的电量不变，板向左平移一小段距离，则减小，根据，和，知电场强度：，则与无关，则不变，小球所受电场力，所以电场力不变，不变，故D错误。
故选A。
6.
解：、：刚闭合后，电容器要充电，并且充电电流越来越小，的自感系数很大，故A亮一下又逐渐变暗，最后被短路，所以会熄灭．而对电流变化有阻碍作用，所以通过的电流逐渐增大，故B逐渐变亮．故AB错误．
C、闭合足够长时间后，线圈没有阻碍，将短路，电容器充电结束，因此正常发光，故C正确；
D、闭合足够长时间后再断开，电容器要对放电，故B要逐渐熄灭，而线圈对放电，导致灯突然亮一下，然后熄灭，故D错误．
电感器对电流的变化有阻碍作用，当电流增大时，会阻碍电流的增大，当电流减小时，会阻碍其减小．电容器在电路中电流变化时，也会发生充电和放电现象，此时可理解为有电流通过了电容器．
解决本题的关键知道电感器对电流的变化有阻碍作用，当电流增大时，会阻碍电流的增大，当电流减小时，会阻碍其减小．
7.
A.设粒子的入射点到磁场下边界的磁场宽度为，画出粒子轨迹过程图，如图所示，
由几何关系可知：
第一个粒子的圆心为，由几何关系可知：；第二个粒子的圆心为；由几何关系可知：，解得：；故各粒子在磁场中运动的轨道半径之比为：：：，故A正确；
B.由可知与成正比，故速度之比也为：，故B错误；
粒子在磁场中运动的周期的公式为，由此可知，粒子的运动的周期与粒子的速度的大小无关，所以粒子在磁场中的周期相同；由粒子的运动的轨迹可知，两种速度的粒子的偏转角分别为、，所以偏转角为的粒子的运动的时间为，偏转角为的粒子的运动的时间为，所以有，故CD错误。
故选A。
8.
由图可得波长，由图可得周期，根据波速计算公式求解波速，由此求出从传播到需要的时间；根据点的振动情况分析时的位置；根据间距、间距分析、处质点振动情况；质点在个周期通过的路程为，由此求解内经过的路程。
A.相邻波峰和波谷间相距，由图可知，得；由图可知该波的周期为，波速，该波从点传播到点所用时间，选项A正确；
B.当时，时刻处质点的振动形式传播到处，处质点位于波峰，当时，处质点由波峰再振动，即处质点位于波谷，选项B错误；
C.设经过，时刻处质点的振动形式传播到处，处质点位于波峰，，时，处质点由波峰再振动，由图知，处质点振动方向竖直向上，选项C正确；
D.设经过，时刻处质点的振动形式传播到处，处质点位于波峰，则，时，处质点由波峰再振动，由图知，处质点所受回复力方向竖直向下，选项D错误；
E.由选项A知 ， ，一个周期质点运动的路程为，则处质点起振后，内经过的路程，选项E正确。
9.
根据左手定则知两粒子均带正电，根据动能定理和洛伦兹力充当向心力分析质量与半径的关系，不重叠，应该使半径较大的最小半径都比半径小的最大半径大。
A.粒子在电场中加速，在磁场中圆周运动有：，解得：知半径小的粒子的质量也较小，故A正确；
B.根据左手定则知两粒子均带正电，故B错误；
假设的质量大，最大半径为：，最小半径为：。
两轨迹不发生交叠，有，解得：，若一定，越大两个半径越容易相等，越容易发生重叠，故C正确，D错误。
故选AC。
10.
金属棒释放瞬间加速度最大，根据牛顿第二定律列方程求解；
根据平衡条件求解金属棒释放之后达到最大速度时的电流强度，再对根据结合闭合电路的欧姆定律求解的速度大小，再根据速度时间关系求解时间；
求出金属棒释放之后任意时刻的加速度与时间的关系，画出加速度图象，根据图象面积表示的物理意义求解静止时经过的时间，再对棒由动量定理求解力的冲量大小和方向。
本题主要是考查电磁感应现象中的双导体棒问题，弄清楚两根导体棒的受力情况和运动情况，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；
另外对于安培力作用下导体棒的运动问题，如果涉及电荷量、求位移、求时间等问题，常根据动量定理结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律列方程进行解答。
、棒保持的加速度沿斜面向下匀加速运动，根据右手定则可知电流方向为，根据左手定则可知棒受到的安培力垂直于斜面向下，则金属棒释放瞬间加速度最大，根据牛顿第二定律可得：，解得金属棒运动过程中最大加速度的大小为；故A正确，B错误；
C、金属棒释放之后，合外力为零时速度最大，根据平衡条件可得：，根据闭合电路的欧姆定律可得：，金属棒切割磁感应线产生的感应电动势，对棒根据速度时间关系可得：，联立解得：；故C正确；
D、金属棒释放之后，任意时刻的加速度为，根据牛顿第二定律可得：，解得：，
所以棒的加速度随时间变化的图象如图所示，
图象面积代表速度增量，由运动的对称性可知，从金属棒释放起，经过时间速度减为零，此后保持静止，在此过程中，金属棒一直做匀加速直线运动，则有：的速度：，的位移：
对金属棒，规定沿斜面向下为正方向，由动量定理可得：
，
其中：，
联立解得：，负号代表冲量沿斜面向上。故D正确。
11. 偏大
【详解】测量圆筒形盛水容器的内径，应使用图乙中游标卡尺的内测量爪即图中进行测量。
图丙中游标卡尺为分度，精确度为，主尺读数是，游标尺第个刻度与主尺某刻度线对齐，则游标卡尺的读数为
由于未知电阻 约为，则流过 最大电流约为
则测量电路中电流表应选用，同时应将电流表内阻为改装成电压表，由于电源电动势约为，则改装成量程为的电压表，需要串联的电阻为
则串联电阻应选 ；改装电压表后的内阻为
由于电压表内阻已知，所以采用电流表外接法，则实验电路图为：
根据部分电路欧姆定律得
化简得
由 关系图像可得
解得
根据电阻定律可得
解得

若装入的污水样品中有气泡，导致污水未完全充满绝缘材料制成的圆柱形容器，相当于圆柱形污水的横截面积减小，此时测得的电阻将增大，从而导致测定的电阻率偏大。
12.；
等于 ；大于
；；
若不考虑电流表的内阻，则：，则，
可知图像斜率为电动势的倒数，所以：，解得
图线的截距为，有 。
若考虑电流表的内阻：，则，斜率为，故测量的电动势值等于理论值，图线的截距为，可知测量值比真实值大。
根据原理图可知，滑动变阻器与并联，为分压式连接方法，若滑动变阻器选择，则开始时通过滑动变阻器的电流，超过了该滑动变阻器的额定电流，故应该选用滑动变阻器，即，
电压表示数；
由欧姆定律可知：
解得：；
结合中表达式可知：
，解得
13.解：设小球过点时的速度为，小球从到的过程中由动能定理得

由平抛运动可得和
联立可得
小球运动到圆轨道点时的速度最大，设为，与竖直方向的夹角为，由动能定理得

由数学知识可得，当时动能最大
且最大值为
由于小球在点时的速度最大，且此时电场力与重力的合力恰好沿半径方向，此时受到轨道的支持力最大
所以
代人数据得
由牛顿第三定律得，小球对轨道的最大压力
小球由点到做平抛运动，当小球落在点时竖直方向的速度为，
所以，
由第问可得，因此小球由点落到水平轨道上的过程中，水平方向做初速度为，加速度为的匀减速直线运动：
竖直方向做初速度为加速度为的匀加速直线运动：，
联立以上各式得。
答：电场强度；
小球对圆轨道的最大压力；
小球离开点后落在水平轨道上的位置与点的距离。
14.解：棒离开磁场前已做匀速直线运动，根据平衡条件得， ，
解得
根据公式 ， ，
且
解得
根据动能定理得
功能关系可得
解得
15.带电粒子在磁场中做圆周运动，如图

由数学知识得
解得
由牛顿第二定律得
解得
带电粒子在组合场中做直线运动
又 ，解得
带电粒子在场中做类平抛运动，沿板方向上
垂直于板方向上
又 ， ，解得
则进入磁场的带电粒子数目占总带电粒子数目的比例至少
解得
带电粒子在磁场中做圆周运动，从下极板边缘射入的粒子在磁场中做一段圆周，出磁场又做一段直线正好打到吞噬板的下边缘。设圆心到磁场的下边界距离为。由牛顿第二定律得
解得
由几何知识得
解得
矩形偏转磁场的最小面积
解得