山东省泰安市2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题（含答案）

泰安市2023-2024学年高二上学期1月期末考试
物理试题
2024.01
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1．关于机械振动，下列说法正确的是（ ）
A．水平放置的弹簧振子做简谐运动时的能量等于在平衡位置时振子的动能
B．只有发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力的频率
C．单摆的周期随摆球质量的增大而减小
D．单摆运动到平衡位置时，速度最大，回复力为零，合力也为零
2．如图所示，有一水平方向的匀强磁场中放置一矩形线框，ab边与磁场垂直，线框平面与磁场的夹角为。已知磁感应强度大小为，，，现使线框由图示位置绕ab边沿顺时针方向转过75°，则穿过线框磁通量的变化量数值为（ ）
A．0.12wb B． C． D．
3．近年来，随着智能手机的普及，手机已经成为人们日常生活中必不可少的通讯工具，人们对手机的依赖性也越来越强，有些人甚至喜欢躺着看手机，经常出现手机滑落砸到眼睛的情况。如图所示，若一部质量的手机，从离人眼的高度无初速度掉落，砸到眼睛后手机未反弹，眼睛受到手机的冲击时间为，取重力加速度。下列说法正确的是（ ）
A．手机运动全过程重力的冲量大小为0.30N·s
B．手机运动全过程重力的冲量大小为0.42N·s
C．手机对眼睛的作用力大小为31.5N
D．手机对眼睛的作用力大小为30N
4．如图所示，在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ，在两导轨之间竖直放置通电螺线管，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别放在螺线管的左、右两侧，保持开关闭合，最初两金属棒处于静止状态。当滑动变阻器的滑片向右滑动时，两根金属棒ab、cd的运动情况及两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向（从上往下看）是（ ）
A．两棒相互靠近，感应电流为顺时针方向 B．两棒相互靠近，感应电流为逆时针方向
C．两棒相互远离，感应电流为逆时针方向 D．两棒相互远离，感应电流为顺时针方向
5．如图所示，我国明朝的万户是“世界航天第一人”，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。假设万户及其携带所有设备的总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的燃气相对地面以的速度竖直向下喷出，不计空气阻力，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为
B．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为
C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为
D．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为
6．如图所示，质量为m的物块放置在质量为M的木板上，木板与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，周期为T，振动过程中m、M之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k、物块和木板之间滑动摩擦因数为，则下列说法中正确的是（ ）
A．若两时刻的间隔，则在这两个时刻时弹簧的弹性势能一定不相同
B．当弹簧的形变量为x时，物块m与木板M间的摩擦力大小等于
C．当弹簧的形变量为x时，物块m与木板M间的摩擦力大小等于
D．当弹簧的形变量为x时，物块m与木板M间的摩擦力大小等于
7．如图所示，有一等腰直角三角形区域，其底边长为2L，高为L，在该区域内分布着磁场，左侧小三角形内磁场方向垂直纸面向外，右侧小三角形内磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B。一边长为L、总电阻为R的正方形导线框，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域。取沿导线框逆时针方向的感应电流为正，则下图中表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是（ ）
A． B．
C． D．
8．如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与金属棒垂直、与水平向右方向的夹角可调。导体棒以某一初速沿导轨向右运动过程中，给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。已知导体棒加速时，加速度的最大值为；减速时，加速度的最大值为3g。其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是（ ）
A．棒与导轨间的动摩擦因数为0.25 B．棒与导轨间的动摩擦因数为0.4
C．棒与导轨间的动摩擦因数为0.5 D．棒与导轨间的动摩擦因数为0.75
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．兴趣小组的同学在实验室设计了如图所示的简易电吹风，组成器材有电动机M、定值电阻和电热丝，已知电动机M的额定电压为100V，其效率为，定值电阻，电热丝，当把该电吹风接入220V家庭电路中，电动机M恰好正常工作，则下列说法正确的是（ ）
A．电动机M的内阻75Ω
B．电动机M的内阻
C．只闭合开关，电吹风消耗的电功率为264W
D．开关、都闭合，电吹风消耗的的电功率为1120W
10．利用如图所示的装置测量光的波长时，若双缝间距为d，屏与双缝间距为l。当插上红色滤光片后，从目镜中观测到第1个亮条纹与第n个亮条纹的间距为，则（ ）
A．换用间距较小的双缝，目镜中观察到的亮条纹个数将减少
B．将屏向双缝移动，目镜中观察到的亮条纹个数将减少
C．取下红色滤光片，目镜上不会观察到干涉条纹
D．红光的波长为
11．如图所示，回旋加速器的主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒（D形盒）隔开相对放置。D形盒上加交变电压，其间隙处产生交变电场。已知D形盒的半径为R，交变电压的周期为T，电压为U，D形盒的间隙宽度为d，磁感应强度的大小为B，该回旋加速器为粒子加速器，不计粒子的初速度，已知粒子的质量为m，电荷为q。粒子在D形盒间隙运动的时间很短可忽略，下列说法正确的是（ ）
A．该回旋加速器也可以用于质子的加速
B．粒子最后从D形盒被引出的速度大小为
C．粒子在D形盒中运动的时间为
D．若考虑粒子在D形盒间隙中运动的时间，该时间为
12．如图所示，有两条不计电阻的平行光滑金属导轨、倾斜放置，倾斜角，导轨间距，，在倾斜导轨左端连接一电源及电键，电源电动势，内阻。在Q和两端引出两根无电阻的金属导线通过电键与一电容量的电容器相连，在倾斜导轨、区域内加有垂直于倾斜导轨平面向下的匀强磁场，现有一不计电阻的质量为m的金属棒a紧贴放置，断开，合上电键，金属棒恰好静止在导轨上。重力加速度g取。则（ ）
A．金属棒a的质量
B．金属棒a的质量
C．断开后立即闭合，金属棒a向下滑行，金属棒a到达倾斜导轨底端时的速度为4m/s
D．断开后立即闭合，金属棒a向下滑行，金属棒a到达倾斜导轨底端时的速度为2m/s
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13．（6分）某实验小组在用插针法“测玻璃的折射率”实验中，画出光线的径迹，如图甲所示。
（1）某同学在甲图的基础上，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，测得，，则玻璃的折射率________；（结果保留3位有效数字）
（2）若该同学在画界面时，不小心将下方界面的b端画得向下倾斜了，如图丙所示，则测得的折射率将________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（3）如图丁所示，另一个实验小组使用半圆柱玻璃砖测定玻璃的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针、确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖另一侧插针的方法是________。
A．必须插两枚大头针，使挡住、的像，挡住和、的像
B．垂直纸面插大头针，使挡住、的像，连接即可
C．插大头针时位置离玻璃砖越近测量结果越准确
14．（8分）一实验小组为测量某新型电池的电动势和内阻，设计了如图所示电路，所用器材如下：
电压表V（量程0~15V，内阻很大）
电流表A（量程0~3A，内阻未知）
电阻箱R（阻值0-999.9Ω）
定值电阻（1Ω）
干电池一节、开关一个和导线若干
（1）调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的图像如图（b）所示，则该电池的电动势为________V、内阻为________Ω（计算结果均保留3位有效数字）。
（2）该小组根据记录数据进一步探究，作出图像如图（c）所示。利用图（c）中图像的纵轴截距，结合（1）问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为________Ω（计算结果保留3位有效数字）。
（3）由于电压表内阻不是无穷大，本实验电池内阻的测量值________（填“偏大”或“偏小”）。
15．（7分）如图所示，某种均匀介质制成的圆柱形透明物体，其上表面为水平圆，圆心为，半径为；下底面为倾斜椭圆，椭圆的中心，MN为长轴，长，短轴方向平行于上表面。圆柱体左侧侧线PM的长度最长。在正下方处放置一点光源。从上表面射出的光形成一半径为的圆形亮斑，A为直径PQ与亮斑边缘的交点。已知光在真空中的传播速度为c。
（1）求该介质的折射率；
（2）光线SA经圆柱体侧面反射后到达椭圆中心，求其从S发出至到达的时间。
16．（9分）一列简谐横波沿x轴正方向传播，其传播方向上有M、N两点，M点比N点更加靠近波源，振动图象分别如图甲、乙所示。已知该波的波长。
（1）波的传播速度是多少？
（2）若M、N两点平衡位置的距离满足，求。
17．（14分）两个摆长均为L的单摆A、B悬挂在O点，如图所示，对应摆球a、b质量分别为5m、m，现保持摆线绷紧，将摆球a、b分别拉至离摆动最低点竖直高度h与4h处，同时由静止释放。a、b两球摆动在同一竖直平面内，碰撞后粘在一起，形成组合体D。所有摆动均为简谐运动。
（1）试求组合体D上升的最大高度；
（2）若a、b两球发生弹性碰撞，求第一次碰后b球上升的最大高度？
（3）若a、b两球的摆动不在同一竖直平面内，a球的释放点记为P。增加与单摆A完全相同的单摆C，其摆球为c。在a球释放后间隔时间，将c球自P点由静止释放。c球与组合体D碰后粘在一起形成组合体E，求组合体E上升的最大高度。
18．（16分）在平面的第一象限内某区域有一连续分布的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，一带正电的粒子从y轴上的M点处沿x轴正方向射入第一象限，经磁场偏转后从x轴上的N点射出第一象限，速度方向与x轴正方向成，带电粒子的质量为m，电量为q，从M点进第一象限时速度大小为。不计带电粒子重力。
（1）若第一象限某区域磁场的方向垂直于平面向外，求：
①粒子在第一象限内的运动时间；
②如果有界磁场的边界是圆形，圆形磁场区域的最小面积。
（2）若第一象限某区域磁场的方向垂直于平面向里，求：
①粒子在第一象限内的运动时间；
②如果有界磁场的边界是等腰梯形，等腰梯形磁场区域的最小面积。
泰安市2023-2024学年高二上学期1月期末考试
物理试题参考答案及评分标准
2024.01
一、选择题：本题共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 A C C A D D C D BC AD BD AC
三、非选择题：共60分。
13．（1）1.68 （2）偏小 （3）B（每空2分，共6分）
14．（1）14.9 0.633 （2）1.35 （3）偏小（每空2分，共8分）
15．解：（7分）
（1）设该介质的临界角为
①
②
解得 ③
（2） ④
⑤
⑥
解得 ⑦
评分参考：①~⑦每式1分共7分。
16．解：（9分）
（1） ①
由图像知， ②
解得 ③
（2）M点的振动方程 ④
N点的振动方程 ⑤
时，，
解得 ⑥
N点相位比M点落后，对应时间落后，两点间的最短距离为 ⑦
考虑其周期性 、1、2… ⑧
因所以
解得 ⑨
评分参考：①~⑨每式1分，共9分。
17．解：（14分）
（1）对a球，由动能定理得
同理对b球， ①
a球和b球碰撞时，由动量守恒定律得
②
两球碰后由机械能守恒得 ③
解得 ④
（2） ⑤
⑥
解得
⑦
解得 ⑧
（3）组合体D摆回最低点时，其对应的两个动量变为反方向，此时与c球相撞，a球动量抵消，仅剩余b球动量，总质量变为11m ⑨
⑩

解得
评分参考：①~④、⑦~ 每式1分，⑤⑥两式每式2分，共14分。
18．解：（16分）
（1）若第一象限某区域的磁场方向垂直于平面向外，进磁场前匀速运动的位移
①圆运动得 ①
几何得
∴ ②
③
在磁场内的运动时间为 ④
所以粒子在第一象限内的运动时间 ⑤
②有界圆形磁场的最小直径为 ⑥
圆形磁场区域的最小面积为 ⑦
解得 ⑧
（2）若第一象限某区域的磁场方向垂直于平面向里，进磁场前匀速运动的位移
① ⑨
⑩
出磁场后匀速运动的位移


在磁场内的运动时间为
所以粒子在第一象限内的运动时间
②有界梯形磁场的高为
有界梯形磁场的最小中位线为x，
则
有界梯形磁场区域的最小面积为
评分参考：⑨⑩共1分， 共1分， 式2分，其余每式1分，共16分。