2023-2024学年湖北省黄冈市高二（上）期末调研联考物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖北省黄冈市高二（上）期末调研联考物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.在世纪初，我国已将指南针用于航海，现在“磁”已广泛应用于我们的生产、生活中下列与“磁”相关的现象中属于电磁感应现象的是( )
A. 指南针总是指向南方
B. 两根通有同向电流的平行导线会相互吸引
C. 金属探测器靠近金属时会报警
D. 电流通过电流表时，电流表的指针发生偏转
2.如图所示，水平固定的长直导线与矩形导线框在同一竖直平面，导线框的边与导线平行，导线中通有向右的恒定电流现将导线框由静止释放，导线框在竖直下落过程中没有翻转下列对导线框下落过程的分析，其中说法正确的是( )
A. 导线框中产生了顺时针方向的感应电流
B. 导线框的面积有收缩的趋势
C. 导线框下落的加速度有时可能大于重力加速度
D. 若导线中的电流方向向左，则线框所受安培力的合力方向向下
3.图甲为小型交流发电机的示意图，在磁感应强度的匀强磁场中，单匝矩形金属线框绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生正弦式电流。定值电阻两端的电压如图乙所示，电路中其它部分的电阻忽略不计，下列说法正确的是( )
A. 该交流电的频率为
B. 时，线框平面恰好与磁场方向垂直
C. 时，穿过线框的磁通量变化率为零
D. 该矩形线框的面积为
4.汽车启动的工作原理如图所示，首先由转换器将蓄电池的直流电转换为正弦式电流，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为，电压表为理想交流电压表。当变压器副线圈输出电压的瞬时值达到时，火花塞产生电火花点燃发动机汽缸内的雾化汽油，发动机开始工作。已知开关闭合时，电压表的示数为，要使发动机点火成功，变压器原、副线圈匝数比的最大值为( )
A. B. C. D.
5.小明发现摩托车启动过程中，当电动机启动时，摩托车的车灯会瞬时变暗。如图所示为摩托车蓄电池供电简化电路图。若蓄电池的电动势，内阻，车灯的电阻。启动该车时，先接通开关打开车灯，再接通开关启动电动机，此刻测得流过蓄电池的电流。在接通开关后，下列对电路的分析，正确的是( )
A. 蓄电池的路端电压，在开关接通后比接通前大
B. 流过蓄电池的电流，在开关接通后比接通前小
C. 开关接通前，车灯的功率为
D. 开关接通时，车灯的功率为
6.在如图所示的平面内，分界线将边界平行、宽度为的区域分成两部分，一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场，另一部分充满方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为，与磁场的左右边界垂直。一质量为，电量为的粒子从点射入磁场，入射方向与磁场方向垂直且与成角。若粒子恰好从右边界沿垂直于边界方向射出，不计粒子重力，则该粒子的入射速度大小可能为( )
A. B. C. D.
7.在建的建筑物为了防止墙面开裂需要定期浇水保湿如图所示，位于水平地面的水管口横截面积为，水流从管口喷出时速度大小为，方向与水平地面成角，且恰好垂直冲击墙面已知水的密度为，忽略空气阻力若水流冲击墙面后，速度立即减为零，取，，则墙面所受冲击力的大小为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.质谱仪是一种利用磁偏转来分离和检测同位素的仪器。如图所示，在直线边界、一侧有范围足够大、方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，甲、乙带电粒子均以大小为的速度从点垂直于边射入匀强磁场，实验发现：甲粒子恰好从点离开磁场，乙粒子垂直于边离开磁场。已知边与边所成角度为，点与点间距离为，甲、乙两粒子所带电荷量相同，不计粒子重力和粒子间的相互作用力。下列说法正确的是( )
A. 两粒子均带正电荷
B. 甲、乙两粒子的质量之比为
C. 乙粒子的比荷为
D. 甲、乙两粒子在磁场中运动的时间之比为
9.如图所示，在竖直平面内固定的光滑圆轨道，半径为，虚线、分别为水平和竖直直径。可视为质点的甲、乙两小球质量分别为、。现将甲球从点由静止释放，运动至点与静止的乙球发生弹性碰撞。重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 甲球在第一次碰撞前瞬间的速度大小为
B. 若，两球第一次碰撞后，乙球可能到达点
C. 若，两球第一次碰撞后，乙球恰好能到达点
D. 两球第一次碰撞后，乙球有可能运动至最高点点
10.如图甲所示，一质量为，边长为的正方形导线框静置于绝缘水平桌面上，虚线边界恰好将线框平分，在边界左侧有磁感应强度的匀强磁场，在边界右侧有磁感应强随时间按乙图所示规律变化的磁场，边界两侧磁场方向均竖直向上。时刻，线框恰好与桌面发生相对滑动。已知导线框的电阻为，重力加速度为，线框与水平桌面之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列对线框在时间内的分析，其中正确的是( )
A. 线框中感应电流沿方向 B. 流过线框的电流为
C. 线框所受摩擦力始终向右 D. 线框与桌面间的动摩擦因数为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.利用图示的实验装置验证动量守恒定律，实验步骤如下：
接通气源，调节导轨水平；
将宽度相同的两个滑块、静置于导轨上，使滑块紧靠导轨左侧挡板，滑块的左端恰好位于导轨的中点处。
使滑块以一定的初速度沿气垫导轨向右运动与滑块发生碰撞，碰撞时间极短，碰后滑块反弹，分别用传感器记录滑块从左挡板运动到与碰撞所用时间，滑块和从碰撞时刻开始到各自撞到左右挡板所用时间和；
回答以下问题：
在调节导轨水平时，先在导轨上只放滑块，并给一初速度，使它从导轨左端向右端运动，用传感器测得滑块通过导轨前半段的时间小于后半段的时间。为使导轨水平，可使导轨左端_____选填“升高”或“降低”一些；
要验证两滑块碰撞的瞬间系统动量守恒，实验中还必须测量的物理量有_____；
A.滑块的质量、滑块的质量 两滑块的宽度 气垫导轨的总长度
只要满足关系式_____，就能证明两滑块碰撞前后动量守恒。仅用、、和第问中测量的物理量表示
12.学校课外科技小组的同学利用铜片、锌片和苹果制作了一个水果电池，他们设计实验来测量该水果电池的电动势和内阻。实验前，同学们查阅资料发现苹果电池的电动势大约为左右，内阻大于。
小王同学为了粗测该水果电池的内阻，使用多用电表的欧姆挡，将红、黑表笔分别接到水果电池的铜、锌两极上，测量水果电池内阻。小王同学的做法__________选填“合理”或“不合理”；
为了精确测量该水果电池的电动势和内阻，实验室准备了如下实验器材：电压表量程，内阻约为
电流表量程，内阻
滑动变阻器阻值
滑动变阻器阻值
开关个、导线若干
活动小组设计了如图甲、乙所示的两种电路：
为了使测量结果更加精确，我们应选择__________选填“甲”或“乙”电路图，滑动变阻器应选择__________选填“”或“”。
按要求连接实验电路，调节滑动变阻器，测得多组数据。根据测量数值作出如图丙所示的特性曲线，则该水果电池的电动势__________，内阻__________。保留位有效数字
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.如图所示，质量为的木板静置于光滑水平地面上，质量为的小滑块可视为质点以的速度从木板左端滑上木板，小滑块最终未滑下木板，取重力加速度。
求小滑块在木板上滑动过程中，它们总的机械能损失量；
若小滑块与木板间的动摩擦因数，求小滑块相对木板滑动的时间。
14.利用电场、磁场实现粒子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，平面的第一、二象限内有足够长且宽度均为、边界平行于轴的区域Ⅰ和Ⅱ，其中Ⅰ区中存在沿轴正方向的匀强电场，Ⅱ区中存在垂直于平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的下边界与轴重合。质量为、电荷量为的粒子从点，以大小为的速度、沿与轴负方向成的方向射入Ⅰ区如图所示，之后粒子恰能进入Ⅱ区，且经磁场偏转后垂直于轴离开磁场。不计粒子的重力。
求粒子在区域Ⅰ中运动的时间；
求区域Ⅱ中匀强磁场的磁感应强度的大小；
若粒子从点沿轴负方向射入Ⅰ区，粒子刚好未能进入轴下方区域，求粒子从点射出的速度大小。
15.如图所示，两条光滑平行金属导轨固定在水平面上，左侧窄导轨间距为、导轨间有方向竖直向下匀强磁场；右侧宽导轨间距为，导轨间有方向竖直向上的匀强磁场，两侧磁场磁感应强度大小均为。、两根导体棒分别静止放置在两侧导轨上，水平拉直的绝缘细线一端垂直系在棒中点，另一端固定在墙上。现对棒施加水平向右、大小为的恒力，当棒向右加速运动位移时，连接棒的细线恰好被拉断，此时立即撤去恒力，两棒在导轨上继续运动。已知细线所能承受最大拉力为，、两棒的质量分别为和，电阻分别为和，两棒始终与导轨垂直且接触良好，两侧导轨均足够长且电阻不计。求：
细线被拉断的瞬间，棒的速度大小；
在细线拉断前，棒中产生的热量；
细线拉断之后，棒中产生的热量。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】
本题考查电磁感应现象，即“磁生电”，在生活中有广泛的应用，要能用电磁感应的知识去解释。
【解答】
A、小磁针静止时极所指的方向即为磁场方向，故指南针总是指向南方，不是电磁感应，故A错误；
B、两根通有同向电流的平行导线会相互吸引，是由于直线电流都产生磁场，磁场对另一个通电导线产生安培力的作用，磁场在这儿起到了“媒介”的作用，不是电磁感应，故B错误；
C、探测器内有通电线圈，线圈通入的是交流电，当探测器靠近金属物体时，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故金属探测器的原理是电磁感应，故C正确；
D、电流通过电流表时，电流表的指针受到安培力的作用，从而发生偏转，不是电磁感应，故D错误。
2.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了楞次定律，楞次定律表述为感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即“增反减同”。
宏观上可表现为“来拒去留”、“增缩减扩”。
【解答】
A、根据安培定则可知穿过线框的磁通量垂直纸面向里，导线框在竖直下落过程中，穿过它的磁通量减小，根据楞次定律可知感应电流的方向为顺时针，故A正确；
B、根据楞次定律的“增缩减扩”可知，导线框的面积有扩张的趋势，故B错误；
C、根据楞次定律的“来拒去留”可知导线框受到向上的安培力，下落的加速度小于重力加速度，故C错误；
D、根据楞次定律的“来拒去留”可知无论导线中的电流方向向左还是向右，线框所受安培力的合力方向都是向上的，故D错误。
故选A。
3.【答案】
【解析】
【详解】该交流电的周期，则频率为
选项A错误；
B. 时，感应电动势为零，则线框平面恰好与磁场方向垂直，选项B正确；
C. 时，感应电动势最大，则穿过线框的磁通量变化率最大，选项C错误；
D.根据
解得该矩形线框的面积为
选项D错误。
故选B。
4.【答案】
【解析】
【详解】变压器副线圈输出电压的有效值为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系
变压器原、副线圈匝数比 的最大值为
故选D。
5.【答案】
【解析】
【详解】在开关接通后，总电阻变小，总电流变大，内电压变大，路端电压变小。流过电灯的电流变小，所以流过蓄电池的电流变大，故AB错误；
C.开关接通前，回路电流为
车灯的功率为
故C错误；
D.开关接通后，回路电流为
车灯两端电压为
车灯的功率为
故D正确。
故选D。
6.【答案】
【解析】
【详解】如图所示，粒子可能从 下方垂直边界方向射出，还可能从 上方垂直边界方向射出
由几何关系可得

解得

又
联立解得

当 时
故选C。
7.【答案】
【解析】【分析】
对于流体问题，时间内的流体质量为，其中是流体密度、是正对横截面积、是流体的速度，这一结论最好在理解的基础上记住，然后利用动量定理合外力的冲量等于物体的动量变化求解。
本题存在一个容易粗心的地方，就是注意水撞击墙壁时，水柱的横截面积不再是，但是水的流量是不变的。
【解答】
水流冲击墙面的速度为，撞击墙面过程，选取时间的水柱为研究对象，水的质量为，
以向左为正方向，根据动量定理有，
解得。
故选B。
8.【答案】
【解析】选B。
【详解】由左手定则可知，两粒子均带负电荷，选项A错误；
B.由粒子运动轨迹可知两粒子运动半径分别为
根据
可得甲、乙两粒子的质量之比为，选项B正确；
C.根据
可知乙粒子的比荷为
选项C错误；
D.根据
两粒子在磁场中运动的圆心角分别为和，则运动时间比
选项D正确。
故选BD。
9.【答案】
【解析】
【详解】设甲球在第一次碰撞前瞬间的速度大小为 ，由机械能守恒定律得
得
故A错误；
甲、乙两球碰撞后的瞬间速度分别为 和 ，甲、乙两球发生弹性碰撞则有，
解得
若 ，则
两球第一次碰撞后，乙球上升的高度为 ，则
解得
乙球不可能到达点。
若 ，则
两球第一次碰撞后，乙球上升的高度为 ，则
解得
故B错误，C正确；
D.设乙球恰好运动的最高的速度为 ，则
解得
从最低点到最高点，对乙球由动能定理得
解得
当两球第一次碰撞后，
得
即满足
时，两球第一次碰撞后，乙球有可能运动至最高点点。故D正确。
故选CD。
10.【答案】
【解析】
【详解】由题意可知，穿过线圈平面的磁通量竖直向上增强，由楞次定律和安培定则可知，线框中感应电流沿方向，故A正确；
B.由法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势
由闭合电路欧姆定律可知，流过线框的电流
故B错误；
C.由左手定则可知， 和 边在两部分磁场中所受安培力恰好平衡。 边和 边所受安培力方向分别向左和向右，如图所示。
当 时，则
设线框所受摩擦力为 ，则
此时，线框所受摩擦力方向向左。
当 时，则
则
此时，线框所受摩擦力方向向右，故C错误；
D.当 时，
线框恰好与桌面发生相对滑动，则
解得
故D正确。
故选AD。
11.【答案】 升高
【详解】由于滑块通过导轨前半段的时间小于后半段的时间，表明滑块在做减速运动，导轨右端过高，可知，为使导轨水平，可使导轨左端升高。
由于两滑块宽度相同，且滑块的左端恰好位于导轨的中点处，则传感器记录滑块从左挡板运动到与碰撞所用时间 与滑块和从碰撞时刻开始到各自撞到左右挡板所用时间 和 内，三段时间滑块通过的位移大小距相同，令为，则速度大小分别为
， ，
碰撞后，滑块反弹，根据动量守恒定律有
解得
可知，要验证两滑块碰撞的瞬间系统动量守恒，实验中还必须测量的物理量有滑块的质量 、滑块的质量 。
故选A。
根据上述可知，能证明两滑块碰撞前后动量守恒需要满足的关系式为

【解析】详细解答和解析过程见答案
12.【答案】 不合理 甲 均给分
【详解】欧姆档内部有电源，不能直接测量电源的内阻，则小王同学的做法不合理；
因电流表内阻已知，则应该采用甲电路测量；因电源内阻大于，则滑动变阻器选择。
由图像可知，该水果电池的电动势
内阻

【解析】详细解答和解析过程见答案
13.【答案】；
【详解】小滑块在木板上滑动过程中，滑块和木板组成的系统动量守恒
由动量守恒定律得

系统损失的机械能为

联立解得
对滑块，由动量定理得

解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
14.【答案】 ； ；
【详解】粒子在电场中做匀变速曲线运动，在轴方向上的初速为
恰好进入Ⅱ区，即到达Ⅱ区时，竖直方向速度刚好为零，所以有
解得
粒子刚进入Ⅱ区磁场时，速度大小为
粒子在Ⅱ区中恰好运动四分之一圆弧，得粒子圆周运动的半径
由带电粒子在磁场中做匀速圆周，有
解得
粒子从点沿轴负方向射入，若恰好未进入轴下方区域，则粒子在Ⅱ区中恰好运动四分之一圆弧，轨道半径为
由几何知识得
又由于
解得
粒子通过电场区域，由动能定理
解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
15.【答案】 ； ；
【详解】设细线被拉断的瞬间，棒速度大小为 ，此时，对棒

又有

由式得
细线拉断前，棒在运动位移的过程中，由动能定理得：

由功能关系得


由得
细线断时，撤去外力，此后棒向右减速运动，棒向左加速运动，当回路总磁通量不变时，、棒开始匀速运动，设、棒匀速运动的速度大小分别为、，有：

在两棒达到匀速运动前的过程中，对棒，由动量定理得：

对棒，由动量定理得：

由得
，
由系统的能量转化与守恒定律得：

棒中的焦耳热

可解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
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