2023-2024学年江苏省响水中学高二（上）期末考试物理试卷(含解析）

2023-2024学年江苏省响水中学高二（上）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共10小题，共40分。
1.关于图中四幅图所涉及物理知识的论述中，正确的是( )
A. 甲图中，海面上的“海市蜃楼”现象是光的衍射现象引起的
B. 乙图中，演示简谐运动的图象实验中，若匀速拉动纸条的速度较小，则由图象测得简谐运动的周期较短
C. 丙图中，可利用薄膜干涉检查样品的平整度
D. 丁图中，显示的是阻尼振动的固有频率与振幅的关系图线
2.下列关于光学现象的说法，正确的是( )
A. 单缝衍射条纹的特征是明暗相间平行等距
B. 肥皂泡呈现彩色条纹是由光的衍射现象造成的
C. 光纤传导利用光的全反射原理，光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小
D. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光
3.如图所示，让太阳光或白炽灯发出的光通过偏振片和，以光的传播方向为轴旋转偏振片或，可以看到透射光的强度会发生变化，这个实验能够说明
( )
A. 光是电磁波 B. 光是一种横波 C. 光是一种纵波 D. 光不沿直线传播
4.如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图．励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直于纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直．电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节．下列说法正确的是( )
A. 仅增大励磁线圈的电流，电子束轨迹的半径变大
B. 仅提高电子枪的加速电压，电子束轨迹的半径变大
C. 仅增大励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期将变大
D. 仅提高电子枪的加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
5.如图是某磁场部分区域的磁感线分布图线关于水平虚线对称，是其内两点．则
( )
A. 两点的磁感应强度大小不等，且
B. 同一通电导线放在处所受磁场力一定大于放在处所受磁场力
C. 点位置无磁感应线所以该点处磁感应强度为
D. 点的磁感应强度的方向即为放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向
6.如图所示，一束光由半圆形玻璃砖的右侧面沿半径射入，经界面折射后分为、两束光，则下列说法正确的是( )
A. 光的光子能量小于光的光子能量
B. 现将入射光绕点逆时针转动，则光先消失
C. 分别用、光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，光的干涉条纹间距大于光的干涉条纹间距
D. 在半圆形玻璃中，光的传播时间小于光的传播时间
7.物体受到如图所示的恒力的作用，在光滑的水平面上运动，在时间内( )
A. 重力的冲量大小一定为为 B. 拉力冲量的大小为
C. 支持力冲量的大小为 D. 合力的冲量水平向右
8.如图所示，一个不计重力的带负电粒子以沿各图的虚线射入场中．中是两条垂直纸平面的长直导线中等大反向的电流，虚线是两条导线垂线的中垂线；中是两个位置固定的等量同种点电荷的电荷量，虚线是两位置连线的中垂线；中是圆环线圈中的电流，虚线过圆心且垂直圆环平面；中是正交的匀强电场和匀强磁场，虚线垂直于电场和磁场方向，磁场方向垂直纸面向外．其中，带电粒子不可能做匀速直线运动的是( )
A. B. C. D.
9.如图所示，质量为的物体放置在质量为的物体上，与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中、之间无相对运动，设弹簧劲度系数为，当物体离开平衡位置的位移为时，受到的回复力的大小等于( )
A. B. C. D.
10.如图，在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨、，导轨上放有一金属棒现从时刻起，给棒通以图示方向的电流且电流强度与时间成正比，即，其中为常量，金属棒与导轨始终垂直且接触良好．下列关于棒的速度、加速度随时间变化的关系图象，可能正确的是( )
A. B.
C. D.
二、多选题：本大题共1小题，共4分。
11.如图所示，空间有范围足够大的匀强磁场，一个带正电的小圆环套在一根竖直固定且足够长的绝缘细杆上。现使圆环以一定的初速度向上运动，经一段时间后圆环回到起始位置，已知杆与环间的动摩擦因数保持不变，圆环所带电荷量保持不变，空气阻力不计，对于圆环从开始运动到回到起始位置的过程，下面关于圆环的速度、加速度随时间变化的图像、重力势能、机械能随圆环离开出发点的高度变化的图像，可能正确的是( )
A. B.
C. D.
三、实验题：本大题共1小题，共15分。
12.在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线和。为直线与的交点，在直线上竖直地插上两枚大头针。
下列哪些措施能够提高实验准确程度( )
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖 选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
该同学接下来要完成的必要步骤有____________
A.插上大头针，使仅挡住的像 插上大头针，使挡住和的像
C.插上大头针，使仅挡住 插上大头针，使挡住和的像
过作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角和的大小。则玻璃砖的折射率____________。
实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的比实际的折射面向外侧平移了一些如图乙所示，以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率的值将____________选填“偏大”“偏小”或“不变”。
以往，已知材料的折射率都为正值。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧此时折射角取负值。若该材料对于电磁波的折射率，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是____________。
A. ．
C.
．
四、计算题：本大题共4小题，共41分。
13.一列向右传播的简谐横波传到点时的波形如图所示，波速为，质点的坐标分别为。
质点开始振动时，振动方向如何？
从图示时刻经多长时间，质点第一次到达波谷？
14.如图所示，是截面为扇形的透明介质的横截面图，顶角，今有一束单色光线在横截面内从的中点沿垂直的方向射入透明介质，一部分光线经面反射后恰好未从面射出，只考虑两次反射作用，求：
该光全反射时的临界角；
透明介质的折射率。计算结果保留根式
15.如图所示，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块和分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将无初速释放，与碰撞后结合为一个整体，并沿桌面滑动．已知圆弧轨道光滑，半径；和的质量均为，和整体与桌面之间的动摩擦因数。取重力加速度。求：
与碰撞前瞬间对轨道的压力的大小；
碰后瞬间速度多大？
碰撞过程中对的冲量的大小。
16.如图，磁感应强度大小为匀强磁场垂直纸面向里。点、、、处于一条水平线上，且。处有一个粒子源，竖直向上同时射出速率不同的同种带电粒子，粒子经过以为圆心、为半径的圆周上各点。已知粒子质量为，电量的绝对值为，不计粒子重力和粒子间相互作用力，问：
粒子带正电荷还是负电荷到达和到达处的粒子的速率比
求粒子到达圆周所需的最短时间，及最先到达圆周的粒子的速度大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】
“海市蜃楼”现象是光的全反射现象；简谐运动的周期与单摆的固有周期有关；检查平整度是利用光的干涉原理；
考查光的全反射、干涉的应用，及简谐运动的固有周期与策动力周期的区别。
【解答】
A.海面上的“海市蜃楼”现象，是光的全反射现象引起的，故A错误；
B.演示简谐运动的图象实验中，若匀速拉动纸条的速度较小，会导致图象的横标变小，但对应的时间仍不变，故B错误；
C.利用薄膜干涉，由薄层空气的两表面反射光，频率相同，从而进行相互叠加，达到检查样品的平整度的目的，故C正确；
D.图象反映物体做受迫振动的振幅与驱动力的频率的关系，故D错误。
故选C。
2.【答案】
【解析】解：、单色光通过某一狭缝形成的衍射条纹为间距不等的亮条纹；故A错误；
B、肥皂泡呈现彩色是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉形成的，故B错误；
C、光在光纤中的传输利用了全反射的原理，要求光线从光密介质射向光疏介质，则光纤内芯的折射率比外套的大，故C错误；
D、反射光属于偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光，故D正确。
故选：。
衍射条纹的中央亮条纹的宽度大于两侧的条纹的宽度；肥皂泡呈现彩色条纹属于薄膜干涉；根据光的全反射条件：光从光密进入光疏介质，且入射角大于临界角；光纤通信是通过激光在光纤内不断全反射向前传播，从而传递信息的；光纤通信信息量大，能量损耗少，还有衰减小、抗干扰性强等优点；反射光属于偏振光。
解决本题的关键知道衍射、干涉、偏振光的原理等，解决本题的突破口在于通过光电效应比较出两光的频率大小，知道频率、折射率、波长等大小关系。
3.【答案】
【解析】偏振现象是横波特有的，光的偏振现象说明光是一种横波。故选B。
4.【答案】
【解析】【分析】
根据动能定理表示出加速后获得的速度，然后根据洛伦兹力提供向心力推导出半径的表达式，即可判断电子束的半径的变化 ；由周期公式来判断电子做圆周运动的周期的变化。
本题考查了粒子在磁场中运动在实际生活中的应用，正确分析出仪器的原理是关键。
【解答】
电子在加速电场中加速，由动能定理有，
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有，
解得，则周期，
若仅增大励磁线圈的电流，电流产生的磁场增强，则电子做匀速圆周运动的轨迹半径减小，周期变小，故A、C错误；
若仅提高电子枪的加速电压，电子速度增大，则电子做匀速圆周运动的轨迹半径变大，周期不变，故B正确，D错误．
5.【答案】
【解析】A.磁感线越密，磁感应强度越大， 点处磁感线较密，则
故 两点的磁感应强度大小不等，故A正确；
B.由于安培力的大小取决于、、以及磁场和电流之间的夹角，因此无法比较同一导线在两点受到的磁场力大小，故B错误；
C. 点位置磁感应强度与磁场本身有关，与有无磁感应线无关，故C错误；
D.由左手定则可知，磁感应强度的方向与安培力的方向相互垂直，故D错误。
故选A。
6.【答案】
【解析】解：、根据折射定律公式，因为玻璃对光的偏折程度大于光，所以玻璃对光的折射率大于对光的折射率，所以光频率高，光子能量大，故A错误；
B、根据可知，光临界角小，现将入射光绕点逆时针转动，则光先消失，故B错误；
C、根据，光频率高，波长短，根据可知，分别用、光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，光的干涉条纹间距大于光的干涉条纹间距，故C正确；
D、根据，所以在半圆形玻璃中，光速度小，路程相同，则光时间长，故D错误。
故选：。
根据折射定律公式判断折射率大小，根据判断玻璃中的光速大小；根据比较真空中波长大小；根据公式条纹间距大小．
本题综合考查了光的折射、全反射和干涉，关键是记住几个公式：折射定律公式，光速公式、双缝干涉条纹间距公式。
7.【答案】
【解析】【分析】
本题考查冲量的计算，基础题。
根据冲量的定义可得，重力的冲量是，拉力的冲量为，支持力的冲量，物体所受的合力水平向右，故合力的冲量水平向右。
【解答】
A.根据冲量的定义可得，重力的冲量是，故A错误；
B.根据冲量的定义可得，拉力的冲量为，故B错误；
C.同理支持力的冲量，而重力大于支持力，所以大小不等于，故C错误；
D.物体所受的合力水平向右，故合力的冲量水平向右，故D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】解：、根据安培定则判断知虚线上合磁场的方向沿虚线方向向右，与带电粒子的速度方向平行，所以带电粒子不受洛伦兹力，因而带电粒子做匀速直线运动，故A正确．
B、根据等量同种电荷的电场线分布可知电场线与虚线重合，带电粒子所受的电场力与其速度平行，粒子做变速直线运动，故B错误．
C、由安培定则知圆环线圈产生的磁场与虚线重合，与带电粒子的速度方向平行，所以带电粒子不受洛伦兹力，带电粒子能做匀速直线运动，故C正确．
D、粒子带负电，粒子所受的电场力向下，由左手定则判断知洛伦兹力方向向上，能与电场力平衡，则带电粒子能做匀速直线运动．故D正确．
本题选不可能做匀速直线运动的，故选：．
本题要紧扣匀速直线运动的条件：合力为零，掌握电场线和磁感线的分布情况，结合安培定则和左手定进行判断．
9.【答案】
【解析】物体和为整体做简谐运动，当物体离开平衡位置的位移为 时，回复力的大小即为弹簧的弹力大小为 ，则对整体为研究对象有
则整体的加速度
则对物体为研究对象，使其产生加速度的力即为物体对物体的静摩擦力 ，因此由牛顿第二定律可知
ABD错误，C正确。
故选C。
10.【答案】
【解析】通过通电导线处于磁场中，受到安培力，由左手定则来确定安培力的方向，并得出安培力的大小，再根据牛顿第二定律来进行运动与力综合分析，从而即可求解．
【详解】当从时刻起，金属棒通以电流，则由左手定则可知，安培力方向垂直纸面向里，使其紧压导轨，则导致棒在运动过程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在减小，由于速度与加速度方向相同，则做加速度减小的加速运动．
当滑动摩擦力等于重力时，加速度为零，则速度达到最大，其动能也最大．
当安培力继续增大时，导致加速度方向竖直向上，则出现加速度与速度方向相反，因此做加速度增大的减速运动．故A错误，B正确；
速度与时间的图象的斜率表示加速度的大小，由于加速度先向下减小，后向上增大，故C错误，D正确；
故选BD
11.【答案】
【解析】上升阶段，对圆环根据牛顿第二定律有
其中有
联立解得
故圆环在上升阶段做加速度逐渐减小的减速运动；在最高点时，圆环速度为零，此时加速度为
下降阶段，对圆环根据牛顿第二定律有
联立解得
可知下降阶段，圆环做加速度逐渐减小的加速运动，上升和下降时速度方向相反，加速度方向相同，AB错误；
C.以初位置为零重力势能面，可知圆环的重力势能为
可知 图像为过原点的倾斜直线，C错误；
D.圆环运动过程中克服摩擦阻力做的功等于机械能的减少量，在上升阶段有
随着速度的减小，圆环受到的摩擦力逐渐减小，故 图线的斜率在减小；下降阶段随着速度的增大，圆环受到的摩擦力逐渐增大，故 图线的斜率在增大；由于受到摩擦力做负功，故回到初始位置时机械能小于开始时的机械能，D正确。
故选D。
12.【答案】 偏小
【解析】为了减小实验误差，选用的玻璃砖的两光学表面间距应尽量大些，这样，玻璃砖内的折射光线能尽量长些，故A正确；
B.测量折射率时，只需找出入射光线和折射光线，因此玻璃砖的两光学表面可以不平行，故B错误；
C.为了减小实验误差，应选用较细的大头针完成实验，故C错误；
D.两枚大头针之间的距离尽量大些，描绘出的光线误差才会小些，贵D正确。
故选AD。
光沿直线传播，两点确定一条直线，插上大头针 ，使 挡住 和 的像，保证入射光线是唯一的，且过 、 ，同理插上大头针 ，使 挡住 和 的像，保证从玻璃板出来的光线是唯一的，且过 、 ，最后使四个点在同一条光线的传播路径上。
故选BD。
根据折射定律，玻璃砖的折射率为
画出的 比实际的折射面向外侧平移了一些，做出光路图如图所示。
这种做法使出射光线对应的入射角 偏大，折射角 不变，故折射率测量值小于真实值，即偏小。
根据题目所给负折射率的定义，可知光线入射角和折射角在法线的同一侧，折射率等于 ，说明入射角与折射角相等，故图符合要求。
故选B。
13.【答案】轴负方向；
【解析】简谐横波传到 点时，简谐横波向右传播，根据同侧法可知 点沿轴负方向起振，在波的传播方向上，各质点起振方向相同，故质点 开始振动时，沿轴负方向起振。
简谐横波传到点，所需的时间为
简谐横波的波长为 ，则周期为
点从起振到第一次到达波谷所需的时间为
质点 第一次到达波谷所需的时间为
14.【答案】解：
从点垂直射入的光路如图所示
因点为的中点，所以入射角
设临界角为，
解得全反射中的临界角
光在面恰好发生全反射，则
解得透明介质的折射率
【解析】由光路结合几何关系及发生全反射的临界条件解得临界角；
由临界角与折射率的关系得解。
本题主要考查光的传播，熟悉光发生全反射的临界条件是解题的关键，难度一般。
15.【答案】 ； ；
【解析】滑块下滑的过程，由机械能守恒可得
解得
滑块在最低点，由牛顿第二定律得
可得
由牛顿第三定律可得，与碰撞前瞬间对轨道的压力大小为
、相碰，碰撞后结合为一个整体，由动量守恒可得
解得碰后瞬间速度大小为
碰撞过程中，以为对象，根据动量定理可得
解得对的冲量 的大小为
16.【答案】解：粒子受洛伦兹力向右，由左手定则知，粒子带负电，
从出发经过的粒子半径，，
从出发经过的粒子半径，，
联立得；
最先到达圆周上的粒子对应轨迹圆的圆心角最小，轨迹圆的弦切角也最小，如图轨迹圆的弦与磁场圆相切即与磁场圆的半径垂直，经弧到点的粒子最先到达圆周，与初速度的夹角为轨迹圆的弦切角，与大小相等，设为，
，，
粒子圆周运动周期均为，得，
到点的粒子半径，，
联立得。
【解析】本题考查在有界磁场中的临界问题，根据左手定则和带电粒子在磁场中的圆周运动规律解题。
粒子受洛伦兹力向右，由左手定则知，判断粒子的电性。画出粒子的运动轨迹，根据洛伦兹力等于向心力列方程，联立求解速率比；
最先到达圆周上的粒子对应轨迹圆的圆心角最小，轨迹圆的弦切角也最小，可作出对应的轨迹图，该粒子最先到达圆周，结合数学知识和圆周运动的周期公式可求最短时间；根据洛伦兹力等于向心力列方程可求解最先到达圆周的粒子的速度大小。
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