江苏省常州市第一高级中学2023-2024学年高二上学期期末质量调研物理试题（含解析）

常州市第一高级中学2023-2024学年高二上学期期末质量调研
物理试卷
（考试时间：75分钟 满分100分）
一、选择题（本大题共11小题，每小题4分，共44分，每小题只有一个选项最符合题意）
1．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其自感系数很大，直流电阻忽略不计，下列说法正确的（　　）
A．S闭合瞬间，A先亮
B．S闭合瞬间，A、B同时亮
C．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭
D．S断开瞬间，A逐渐熄灭，但不会闪亮一下
2．如图所示，条形磁铁放在桌面上，一根通电直导线由S极的上端平移到N极的上端的过程中，导线保持与磁铁垂直，导线的通电方向如图所示，则此过程中磁铁受到的摩擦力（磁铁保持静止）（　　）
A．为零
B．方向由向左变为向右
C．方向保持不变
D．方向由向右变为向左
3．如图甲所示为磁电式电流表的结构简图，线圈绕在一个与指针、转轴相连的铝框骨架上，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，同一圆周上磁感应强度大小处处相等，如图乙所示。当线圈通以如图乙所示方向电流时，下列说法正确的是（　　）
A．蹄形磁铁和铁芯间的磁场为匀强磁场
B．线圈转动过程中受到的安培力始终与线框平面垂直
C．线圈将按逆时针方向（正视）转动
D．增加线圈匝数会增大电流表的量程
4．如图甲所示，100匝总阻值为0.3kΩ的圆形线圈两端M、N与一个阻值为1.2kΩ的电压表相连，其余电阻不计，线圈内有垂直纸面指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。下列说法正确的是（　　）
A．线圈中产生的感应电流沿顺时针方向
B．电压表的正接线柱接线圈的N端
C．线圈中磁通量的变化率为0.05Wb/s
D．电表的读数为40V
5．如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，狭缝的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法不正确的是（　　）
A．图乙是光的双缝干涉图样，图丙是光的衍射图样
B．遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将增大
C．照射双缝时，仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D．照射双缝时，若到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是暗条纹
6．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．仅增大狭缝间的加速电压，则同一粒子射出加速器时的动能增大
B．仅增大磁场的磁感应强度且使电场变化周期与粒子做圆周运动周期相同，则同一粒子射出加速器时的动能增大
C．仅增大D形金属盒的半径，则同一粒子射出加速器时的速度不变
D．比荷不同的粒子也可用同一加速器进行加速
7．如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边和，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（　　）

A．大头针只须挡住的像
B．在测量数据时，仅用毫米刻度尺也能获得计算折射率所需要的全部数据
C．利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率
D．如果误将玻璃砖的边画到，折射率的测量值将偏大
8．如图甲所示是一列简谐横波在时刻的波形图，质点P的平衡位置位于处，其振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．波沿x轴正方向传播
B．再经过质点P的加速度最大且沿y轴负方向
C．质点Q的振动方程为
D．该波的波速为10m/s
9．如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上，磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、极板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态，已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．棒产生的电动势为 B．电容器所带的电荷量为
C．电阻消耗的电功率为 D．微粒的电荷量与质量之比为
10．如图，两个半径不同但共心的圆形导线环、位于同一平面内，环的半径小于环的半径，已知在到的时间间隔内，当导线环中的电流发生某种变化，而导线环中的感应电流总是沿顺时针方向，且导线环总有收缩的趋势，设环中电流的正方向与图中箭头所示的方向相同，则随时间的变化的图线可能是（　　）
A．B．C． D．
11．如图所示，在直线上及其下方的半圆形区域内、外分别存在磁场方向垂直纸面向外和向里的匀强磁场。已知半圆的圆心为，半径为，、、三点共线，是圆外一点且。一质量为，电荷量为的带正电粒子从点在纸面内沿垂直于磁场射入半圆中，第一次从A点（图中未画出）沿圆的半径方向射出半圆形区域后从点垂直离开磁场区域。不计粒子重力，半圆内、外磁场的磁感应强度大小之比为（　　）
A．1:2 B．1:3 C．1:4 D．1:5
二、实验题（每空4分，共16分）
12．我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分。
（1）如图甲所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转。电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，此过程中电流表指针向 偏转，若将线圈A抽出，此过程中电流表指针向 偏转。（均选填“左”或“右”)
（2）某同学按图乙所示电路完成探究实验，在完成实验后未断开开关，也未把A、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除 （选填“A”或“B” ）线圈所在电路时发生的，分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应 （选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置” ）。
三、计算题（本大题共4小题，第13题6分，14题9分，15题12分，16题13分，共40分）
13．如图所示为半径为R的透明玻璃球切去底面半径的球冠后剩余的球冠。一束半径的圆形光束垂直球冠的切面照射到球冠上，进入球冠的光线有部分从球面射出而使球面发光，已知玻璃的折射率，光在真空中的传速速度为c，球冠（不含底面）的表面积公式为，R为球的半径，h为球冠的高度。不考虑光在球冠内的反射。求：
（1）光束正中间的光线通过球冠的时间；
（2）能发光的球面的面积。
14．如图甲所示，物块A、B的质量分别是2kg和6kg，用轻弹簧固定连接放在光滑的水平面上，物块B左侧与竖直墙接触。现有一物块C从t=0时刻以一定的速度向左运动，在t=1s时刻与物块A相碰，碰后立即与A粘在一起。物块C的速度可通过右侧的传感器测量，并得到如图乙所示的v-t图像。求：
（1）物块C的质量和A与C碰撞时损失的机械能；
（2）物块B离开墙后弹簧的最大弹性势能。
15．如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为=37°的绝缘斜面上，两导轨间距为L=0.5m，M、P两点间接有阻值为R=0.5的电阻，一根质量为m=0.5kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，金属杆的电阻为r=0.5，整套装置处于磁感应强度为B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.（重力加速度g=10m/s2）
（1）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值vm；
（2）若金属杆ab沿斜面下滑d=2m时已经达到最大速度，求此过程通过电阻R的电量q和电阻R上产生的热量QR。
16．霍尔推进器某局部区域可抽象成如图所示的模型。Oxy平面内存在竖直向下的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m、电荷量为e的电子从O点沿x轴正方向水平入射。入射速度为v0时，电子沿x轴做直线运动；入射速度小于v0时，电子的运动轨迹如图中的虚线所示，且在最高点与在最低点所受的合力大小相等。不计重力及电子间相互作用。
（1）求电场强度的大小E；
（2）若电子入射速度为，求运动到速度为时位置的纵坐标y1；
（3）若电子入射速度在0 < v < v0范围内均匀分布，求能到达纵坐标位置的电子数N占总电子数N0的百分比。

常州市第一高级中学2023-2024学年高二上学期期末质量调研
物理试卷
参考答案与解析
1．C
【详解】AB．开关S闭合时，灯泡A所在支路由于二极管的单向导电性而处于断路状态，所以灯泡A不会亮。由于线圈的自感作用，灯泡B逐渐亮起来，故AB错误；
CD．开光S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈、二极管、灯泡A构成了一个闭合回路，自感电流的方向符合二极管的导通方向，所以灯泡A开始发光，随着自感电流减小，灯泡A熄灭，即灯泡A闪亮一下，然后逐渐熄灭。灯泡B则立即熄灭，故C正确，D错误。
2．B
【详解】由图可知通电导线所在位置的磁场的方向，根据左手定则可以判定通电导线所受安培力的方向如图所示。
显然安培力有一个水平方向的分量，根据牛顿第三定律可知条形磁铁受到通电导线的安培力也有一个水平方向的分量，而由于条形磁铁保持静止，故条形磁铁所受地面的静摩擦力与安培力在水平方向的分量相互平衡。所以当导线在条形磁铁的左侧上方时条形磁铁所受的静摩擦力方向向左，而当导线运动到条形磁铁的右半部分上方时条形磁铁所受地面的静摩擦力水平向右。故条形磁铁所受摩擦力的方向由向左变为向右，故B正确，ACD错误。
3．B
【详解】A．蹄形磁铁和铁芯间的不同点的磁场方向并不是相同，不是匀强磁场，故A错误；
B．根据左手定则可知，线圈转动过程中受到的安培力始终与线框平面垂直，故B正确；
C．由左手定则可知，两导线受到的安培力大小相等、方向相反，左侧导线受到的安培力向上，右侧导线受到的安培力向下，则线圈按顺时针方向（正视）转动，故C错误；
D．增加线圈匝数，会使得在相同电流情况下线圈所受安培力增大，则电流表的量程减小，故D错误。
4．D
【详解】AB．根据楞次定律判断，线圈中产生的感应电流沿逆时针方向，所以电压表的正接线柱接线圈的M端，故AB错误；
C．由图乙知，线圈中磁通量的变化率为故C错误；
D．感应电动势为
电表的读数为故D正确。
5．C
【详解】A．双缝干涉图样的相邻亮或暗条纹的间距不变，故乙为双缝干涉图样，而衍射图样为中间宽两侧窄的特点，故图丙为光的衍射图样，故A正确；
B．狭缝越小，衍射的范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度减小，其他条件不变，则衍射现象增强，图丙中亮条纹宽度将增大，故B正确；
C．根据双缝干涉公式
可知当仅增加L时，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，故C错误；
D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波发生相互削弱，即为暗条纹，故D正确。
6．B
【详解】ABC．设粒子环绕半径为，由
可知若D形盒半径为，则射出加速器时粒子速度
则最大动能
可知射出加速器时的动能与加速电压无关，仅增大磁场的磁感应强度或仅增大D形金属盒的半径则可使增大，射出加速器时的动能增大，故B正确，AC错误；
D．根据解得磁场或电场的周期
比荷不同的粒子不能保证粒子一直加速，因此比荷不同的粒子不能用同一加速器加速，故D错误。
7．B
【详解】A．确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，故A错误；
B．在测量数据时，仅用毫米刻度尺，根据几何关系，也能获得计算折射率所需要的全部数据，故B正确；
C．利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率
故C错误；
D．如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，则折射角i2，将偏大，折射率的测量值将偏小，故D错误。
故选B。
8．C
【详解】A．由图乙可知时刻，质点P向下振动，根据上下坡法，波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．由图乙可知，再经过质点P的位于波谷，加速度最大且沿y轴正方向，故B错误；
C．质点P、Q的相位差
由图乙可知质点P的振动方程为
质点Q的振动方程为故C正确；
D．该波的波长为，周期为，波速为故D错误。
9．B
【详解】A．金属棒在磁场中垂直于磁场转动切割磁感线，由于磁场局限于金属圆环内，则金属棒产生的电动势为 A错误；
B．由于金属棒电阻不计，则电容器所带的电荷量
结合上述解得 B正确；
C．由于金属棒电阻不计，则电阻消耗的电功率
结合上述解得 C错误；
D．带电微粒在电容器极板间处于静止状态，则有
结合上述解得 D错误。
10．A
【详解】ABCD．导线环中的感应电流总是沿顺时针方向，且导线环总有收缩的趋势，由左手定则可以判定导线环周围的磁场方向是垂直纸面向外的，这个磁场是导线环中的电流所产生的的磁场，其特点是在导线环以外的区域中磁场方向垂直纸面向外，在导线环以内的区域是垂直纸面向里的；由此可以判定导线环中的电流方向沿着顺时针方向，即与图示方向相同。导线环中的感应电流沿顺时针方向，所产生的的磁场在导线环以内的区域中是垂直纸面向里的，这个磁场是要阻碍导线环内的磁通量的变化的；由于导线环在导线环内产生的磁通量是垂直纸面向里的，而导线环中的感应电流在导线环内所产生的的磁场也是垂直纸面向里的，说明原磁通量是减弱的，即导线环的电流是减小的，故BCD错误，A正确。
故选A。
11．C
【详解】根据题意，作出带电粒子在半圆内、外的运动轨迹如图
设粒子在半圆内、外磁场中运动的轨道半径分别为、，由几何关系可知
与相似，则
有
解得，
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有
即
则，
解得
故选C。
12． 左 左 A 断开开关
【详解】（1）[1][2]如图甲所示，实验中发现闭合开关时，穿过线圈B的磁通量增加，电流表指针向右偏转；电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，通过线圈A的电流减小，则穿过线圈B的磁通量减少，此过程中电流表指针向左偏转；若将线圈A抽出，则穿过线圈B的磁通量减少，此过程中电流表指针向左偏转。
（2）[3][4]在完成实验后未断开开关，也未把A、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时，线圈A中的电流突然减少，从而出现断电自感现象，线圈中会产生自感电动势，进而会突然被电击一下，为了避免此现象，则在拆除电路前应断开开关。
13．（1）；（2）
【详解】（1）由几何知识可得，剩余球冠的高度为
光线在球冠中的速度为
则光束正中间的光线通过球冠的时间为
（2）根据全反射公式
可得光线在球冠中发生全反射的临界角的为
光线在球冠中发生全反射的临界情况对应的光路如下图所示
则根据几何知识可得，能发光的球冠部分的高度为
则能发光的球面的面积为
14．（1）；；（2）
【详解】（1）由乙图可知，物块C与A碰撞前后的速度分别为
依题意，二者碰撞过程中动量守恒，可得
解得
碰撞过程中，能量守恒，可得
（2）由乙图可知，t=3s时，弹簧恢复原长，物块C与A速度为
此后，物块B做加速运动，与物块C与A的距离越来越大，弹簧的弹性势能越来越大，当三物块共速时，弹簧具有最大的弹性势能，该过程系统动量守恒，可得
能量也守恒，则有
联立，解得
15．（1）；（2）2C；
【详解】（1）当a=0时，速度达到最大，有
而最大电流为
联立可得
（2）根据电量的定义式
而平均电动势为
联立可得
由能量守恒可得
解得
Q=3.75J
电阻R和内阻串联，热量之比等于电阻之比，有
16．（1）v0B；（2）；（3）90%
【详解】（1）由题知，入射速度为v0时，电子沿x轴做直线运动则有
Ee = ev0B
解得
E = v0B
（2）电子在竖直向下的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场的复合场中，由于洛伦兹力不做功，且由于电子入射速度为，则电子受到的电场力大于洛伦兹力，则电子向上偏转，根据动能定理有
解得
（3）若电子以v入射时，设电子能达到的最高点位置的纵坐标为y，则根据动能定理有
由于电子在最高点与在最低点所受的合力大小相等，则在最高点有F合 = evmB－eE
在最低点有F合 = eE－evB
联立有
要让电子达纵坐标位置，即y ≥ y2
解得
则若电子入射速度在0 < v < v0范围内均匀分布，能到达纵坐标位置的电子数N占总电子数N0的90%。