安徽省阜阳市第三中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题（含答案）

阜阳三中2023-2024学年度高二年级第一学期物理学科期末考试试题
考生注意：
1．本试卷分选择题和综合题两部分。满分100分，考试时间75分钟。
2．考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；综合题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
3．本卷命题范围：人教版选择性必修第一册，选择性必修第二册第一章至第二章第2节。
一、选择题（本题共12小题，共52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，每小题4分；第9~12题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1．固定在振动片上的金属丝S周期性触动水面可以形成水波，当振动片在水面上沿直线MN移动时拍得一幅如图照片，显示出此时波的图样．下列说法正确的是（ ）
A．振动片正在向图中M一侧移动
B．图中振动片左侧的水波传播速度更快
C．图中振动片右侧接收到的水波频率更高
D．相同时间内接收到完全波的个数，M一侧比N一侧多
2．将一节五号干电池的负极放在强磁铁上，强磁铁产生磁场的磁感线如图所示．将一矩形金属框与该电池组成闭合回路，在安培力作用下，线框发生转动，这样就构成一台简易“电动机”，下列说法正确的是（ ）
A．图中强磁铁下端为N极
B．从上向下看，图中金属框将逆时针转动
C．调转磁极，再次接入后金属框将反向转动
D．电池消耗的电能全部转化为金属框的动能
3．如图所示，两物体质量之比，原来静止在平板小车上，间有一根被压缩的轻弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则（ ）
A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成系统的动量守恒
B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数不同，A、B、C组成系统的动量不守恒
C．若A、B所受的摩擦力大小不相等，A、B、C组成系统的动量不守恒
D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成系统的动量守恒
4，如图，光滑的水平桌面上平放着内壁光滑的试管，试管底部有质量为0.2kg的带电小球，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．在水平拉力F的作用下，试管向右以2m/s的速度匀速运动，最终带电小球以4m/s的速度飞出管口．则该过程中（ ）
A．小球带负电 B．小球的加速度逐渐变大
C．洛伦兹力对小球做功1.6J D．拉力F对试管做功1.2J
5．如图甲，用绳长的轻绳悬挂质量的铁球，另一个质量为的铁球从与竖直方向夹角为的光滑圆弧轨道某位置静止释放，在最低处与球发生完全非弹性碰撞，图乙是碰撞后瞬间轻绳拉力与角度余弦值的函数关系，已知圆弧半径取，下列说法错误的是（ ）
A．铁球的质量
B．从的位置静止释放，碰撞之后的两球速度为
C．从的位置静止释放，碰撞前后损失的机械能为
D．从右侧位置静止释放后，碰撞之后的两球，恰好能摆动到左侧偏离竖直方向处
6．如图所示，在直角坐标系的第一象限中，有一等腰直角区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，点在轴上，点在轴上，各点间距离．边长也为的正方形导线框的边在轴上，时刻，该导线框恰好位于图中所示位置（边与轴重合），此后导线框在外力的作用下沿轴正方向以恒定的速度通过磁场区域．若规定逆时针方向为导线框中电流的正方向，则导线框通过磁场区域的过程中，导线框中的感应电流、外力沿轴方向的分量随导线框的位移变化的图像（图中曲线均为抛物线的一部分）中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
7．波源和振动方向相同，频率均为，分别置于均匀介质中轴上的两点处，两点距离为，如图所示．两波源产生的简谐横波沿轴相向传播，波速为．已知两波源振动的初始相位相同．则间合振动振幅最小的点的位置个数为（ ）
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
8．由于大气层的存在，太阳光线在大气中折射，使得太阳“落山”后我们仍然能看见它，某同学为研究这一现象，建立了一个简化模型．将折射率很小的不均匀大气等效成折射率为的均匀大气，并将大气层的厚度等效为地球半径R．根据此模型，一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间是（地球自转时间为24小时，地球上看到的太阳光可以看成平行光）（ ）
A．3小时 B．2小时 C．1.5小时 D．1小时
9．如图所示，导体棒在匀强磁场中沿金属导轨向右加速运动，为铜制圆线圈，线圈平面与螺线管中轴线垂直，圆心在螺线管中轴线上，则（ ）
A．导体棒中的电流由流向 B．螺线管内部的磁场方向向右
C．铜制圆线圈有收缩的趋势 D．铜制圆线圈被螺线管吸引
10．如图所示，由金属丝制作而成的轻弹簧上端焊接在天花板上，下端悬挂质量为的绝缘小物块，系统处于静止状态，此时弹簧伸长了；给轻弹簧通电后，系统再次平衡，弹簧依然处于拉伸状态，其形变量为．弹簧的形变始终在弹性限度内，已知重力加速度为，弹簧可视为螺线管，下列说法正确的是（ ）
A．轻弹簧的劲度系数为
B．两次形变量关系是
C．通电后磁场力大小为
D．若弹簧中电流继续变大，平衡时弹簧的形变量一定变小
11．一匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向里，其边界如图中虚线所示，为半径为的半圆，与直径共线，间的距离等于半圆的半径．一束质量均为、电量均为的带负电的粒子，在纸面内从点垂直于以不同速度射入磁场，不计粒子重力及粒子间的相互作用．下列说法正确的是（ ）
A．可以经过半圆形边界的粒子的速率最小值为
B．可以经过半圆形边界的粒子的速率最大值为
C．在磁场中运动时间最短的粒子速率为
D．在磁场中运动时间最短的粒子运动时间为
12．现代科学的发展揭示了无序性也是世界构成的一个本质要素．意大利物理学家乔治帕里西发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落间的相互影响，深刻揭示了无序体系中的隐藏对称性，荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是力学中的一个无序系统模型，质量均为的小球用两根长度均为的轻质细杆连接，细杆的一端可绕固定点自由转动，细杆可绕小球自由转动．开始时两球与点在同一高度，静止释放两球，并开始计时，两球在竖直面内做无序运动；假设时，细杆与竖直方向的夹角为，小球恰好到达与点等高处且速度方向水平向右．重力加速度，不计一切摩擦和空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．时，两小球速度大小相等
B．时，球的速度大小为
C．此运动过程中，两杆对球做功之和为
D．此运动过程中，细杆对球的冲量大小为
二、非选择题（本大题共5小题，共48分。）
13．（8分）某学习小组利用单摆测量当地的重力加速度．实验装置如图甲所示，将小磁铁吸附在钢质小球的正下方，当小球静止时，将传感器固定于小球正下方的水平桌面上；传感器与电脑连接，可以将实时测量到的磁感应强度数据传输进电脑进行分析．
（1）学习小组利用刻度尺测量了悬挂点与小球上端的距离；用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，小球直径_______；不吸附小磁铁时，摆长．
（2）小球摆动稳定后，使传感器开始工作，利用电脑得出磁感应强度大小随时间变化的图像如图丙．此单摆的周期_______s．
（3）学习小组利用多组实验数据绘制了与关系图像如图丁，由图像可计算得到当地的重力加速度_______（结果保留两位有效数字）．
（4）小组中有同学提出，小球与小磁铁整体重心的位置不在小球的球心，这可能会影响到对重力加速度的测量．若仅考虑这一因素，第（3）问得到的g值与实际值相比将_______（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）．
（10分）某学习小组利用砷化镓霍尔元件（载流子为电子）测量磁感应强度，实验原理如图1所示，匀强磁场垂直于元件的工作面，工作电源为霍尔元件提供霍尔电流通过1、3测脚时，元件中的载流子受洛伦兹力而偏转，2、4测脚间将产生霍尔电压．
（1）2、4测脚中电势高的是_______（选填“2”或“4”）测脚．
（2）①某次实验中，利用螺旋测微器测量元件厚度d（如图2），其读数为_______mm，调节工作电压，改变霍尔电流，测出霍尔电压，实验数据如下表所示：
实验次数 1 2 3 4 5
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
41.5 83.1 124.8 166.4 208.1
②根据实验数据在如图3所示的坐标纸上作出与的关系图像；
（3）设该元件单位体积中自由电子的个数为，元件厚度为，磁感应强度为，电子电荷量为，则与的关系式为_______．
（4）为提高测量灵敏度，请提出制作霍尔元件的建议_______．
15．（7分）如图，水平放置的两块带电金属极板平行正对，极板长度和板间距都为，板间存在着竖直向下、大小为的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场、磁场只存在于两板间．一质量为、电荷量为的粒子，以水平速度从两极板的左端中央沿水平方向射入极板间，恰好做匀速直线运动．不计粒子的重力及空气阻力．
（1）求匀强磁场磁感应强度的大小；
（2）若撤去电场，该粒子仍以速度从两极板的左端中央沿水平方向射入极板间，为使粒子能从磁场中射出，求磁场的磁感应强度大小范围．
16．（10分）如图所示，不计电阻的光滑金属轨道分水平段和弯曲段两部分，弯曲段轨道为竖直平面内的半径的圆弧形，点为圆弧的圆心，为圆弧上与圆心等高的点．两金属轨道之间的宽度．整个装置均处于磁感应强度、方向竖直向上的匀强磁场中．水平轨道左侧与一个内阻、电压连续可调的电源（图中未画出）相连，通过自动调节电压可维持电路中电流保持不变（方向如图所示）．现将一质量、长为的匀质金属细杆置于轨道上点静止释放，金属细杆沿金属轨道向右开始运动，运动中金属细杆与金属轨道始终垂直．已知间距，求：
（1）金属细杆开始运动时的加速度大小；
（2）金属细杆运动到点时对每一条轨道的作用力大小；
（3）金属杆从点运动开始计时，电源电动势按照变化，求金属杆从到过程中产生的焦耳热。
17．（13分）如图所示，在电动机的带动下以的速度顺时针匀速转动的水平传送带左端与粗糙的弧形轨道平滑对接．质量的物体（可视为质点）从轨道上高的点由静止开始下滑，滑到传送带上的点时速度大小．物体和传送带之间的动摩擦因数，传送带两端之间的距离．传送带右端与光滑水平面平滑对接，物体与质量的静止小球发生弹性正碰．重力加速度．求：
（1）物体从点下滑到点的过程中，摩擦力做的功；
（2）物体第一次向右通过传送带的过程中，摩擦力对物体的冲量大小；
（3）物体与小球碰后到向右再次经过点的过程中，因为物体在传送带上滑动电机多消耗的电能．
阜阳三中2023—2024学年度高二年级第一学期物理学科期末考试试题
参考答案、解析及评分细则
1．C A．由图可知，波源右侧的波纹较密集，则说明振动片正在向图中N一侧移动，故A错误；B．波的传播速度取决于介质，所以图中振动片两侧的水波传播速度一样快，故B错误；C．图中振动片右侧单位时间内接收到的完全波的个数较多，则振动片右侧接收到的水波频率更高，故C正确；D．波源向右移动，则波传播到右边的时间小于左边，所以在相同时间内接收到完全波的个数，M一侧比N一侧少，故D错误．
2．C A．根据磁场的磁感线分布可知强磁铁下端为S极，A错误；B．根据左手定则可知从上向下看，图中金属框将顺时针转动，B错误；C．调转磁极，安培力方向将反向，故再次接入后金属框转动方向将改变，C正确；D．电池消耗的电能一部分转化为金属框的动能，一部分转化为内能，D错误．
3．D A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，由于A的质量大于B的质量，A物体受到的摩擦力大于B物体受到的摩擦力，A、B系统所受合外力不为零，系统动量不守恒的，A错误；BC．无论A、B与平板车上表面间的动摩擦因数是否相同，无论A、B所受的摩擦力大小是否相等，A、B、C组成系统所受合外力都为零，A、B、C组成系统的动量守恒，BC错误．D．A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成系统所受合外力为零，A、B组成系统的动量守恒，D正确．
4．D A．小球能从管口处飞出，说明小球受到指向管口的洛伦兹力，根据左手定则判断，小球带正电，故A错误；B．小球垂直于管子向右的分运动是匀速直线运动，则小球在垂直于管子方向上合力为零．小球沿管子方向受到洛伦兹力的分力是由小球垂直于管子向右的速度产生，根据可知，水平向右速度不变，则指向管口的洛伦兹力不变，所以小球的加速度不变，故B错误；C．洛伦兹力总是与速度垂直，洛伦兹力对小球不做功，故C错误；D．根据动能定理可得，试管对小球做的功为，则小球对试管做的负功为，由于试管做匀速直线运动，动能不变，则外力做功之和为零，所以拉力对试管做的正功，故D正确．
5．D A．根据机械能守恒定律可知，碰撞过程动量守恒，有，在最低处，由牛顿第二定律得，联立可得，结合图像可知，所以，故A正确，不符合题意；BC．结合图线，时，，代入上式可得，所以碰撞前后损失的机械能为，故BC正确，不符合题意；D．碰撞之后，能量损失，因此不可能摆动到左侧偏离竖直方向处，故D错误，符合题意．
6．A AB．导线框匀速穿过图示的等腰直角三角形磁场区域，进入的过程中，由楞次定律可知感应电流沿逆时针方向，为正值，由几何关系知导线框边切割磁感线的有效长度等于进入磁场的距离，则感应电流的大小为，导线框离开磁场的过程，由楞次定律可知感应电流沿顺时针方向，为负值，由几何关系知导线框边切割的有效长度等于离开磁场的距离，同理可得感应电流大小为，故A正确，B错误；CD．导线框做匀速运动，外力沿轴方向的分量与导线框边所受安培力等大反向，由左手定则可知安培力方向始终向左，则外力沿轴方向的分量方向始终向右，则，故CD错误．
7．D 根据题意，由公式可得，波长为，两列波的频率相同，初始相位相同，则到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时，振动振幅最小，设为间任意一点，位置坐标为，则两波源到点的波程差为，又有（为整数），则有（为整数），则为，即间合振动振幅最小的点的位置个数为6．
8．D 太阳光是平行光，临界光路图如图所示
由几何关系可得临界光线的折射角为，可知临界光线的折射角为；根据折射定律，可得，由几何关系可知，地球多转角度便看不见太阳了，有，一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间为，故选D．
9．BC A．匀强磁场方向向外，导体棒向右加速运动，由右手定则可知，导体棒中的电流由流向b，A错误；B．导体棒中的电流由流向，由安培定则可知，螺线管内部的磁场方向向右，B正确；C．导体棒向右加速运动，可知闭合电路中的电流逐渐增大，螺线管内部的磁场逐渐增强，穿过圆线圈的磁通量逐渐增大，由楞次定律可知，铜制圆线圈有收缩的趋势，C正确；D．穿过圆线圈的磁通量向右逐渐增大，由楞次定律可知，圆线圈中产生从左向右看逆时针方向的感应电流，由安培定则可知，圆线圈中产生的磁场方向向左，与螺线管的磁场方向相反，因此铜制圆线圈与螺线管相互排斥，D错误．
10．BC A．未通电时，根据受力平衡可得，弹簧的劲度系数为，故A错误；B．通电后，弹簧每圈金属环电流方向相同，相邻金属环之间相互吸引而收缩，所以形变量减小，即，故B正确；C．通电后，设磁场力大小为，根据平衡原理可得，而，联合解得，故C正确；D．由题意可知，给弹簧通电后系统再平衡，此时弹簧依然处于拉伸状态，电流变大后，磁场力变大，若再次平衡时弹簧仍处于拉伸状态或原长，则弹簧的形变量变小，若再平衡时弹簧处于压缩状态，则弹簧的形变量可能变小、可能变大也可能大小不变，故D错误．
11．BD 粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得，解得粒子的轨道半径，粒子速度越大，半径越大．A．粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，在能达到半圆形边界的粒子中，经过点的粒子半径最小，速度小，其轨迹如图中1所示，由，得，故A错误；B．经过点的粒子半径最大，速度最大，其轨迹如图中2所示，由，解得，故B正确；C．轨迹圆弧所对应的弦与半圆形边界相切时，圆心角最小，运动时间最短，其轨迹如图中3所示，圆心恰好位于点，由，解得，故C错误；D．粒子在磁场中转过的最小圆心角为120°，粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期，粒子在磁场中的最短运动时间为，故D正确．
12．BC A．细杆的一端可绕固定点自由转动，则的速度方向始终与杆垂直，设时小球的速度大小分别为，如图所示
的速度方向始终与杆垂直，当速度方向水平向右时，二者沿杆方向的分速度相等，有，可得，故A错误；B．由系统机械能守恒，有，解得球的速度，方向向右下方，与水平方向的夹角为30°，N球的速度，方向水平向右，故B正确；C．此运动过程中，对球根据动能定理有，解得，故C正确；D．此运动过程中，根据动量定理可知，细杆对球的冲量，故D错误．
13．（1）2.00 （2）2.2 （3）9.7 （4）相等（每空2分）
解析：（1）小球直径为
（2）小球处于平衡位置时，传感器测量到磁感应强度最大，单摆一周期经过两次平衡位置，单摆的周期为
（3）根据单摆周期公式，整理得，图像斜率为，当地的重力加速度为
（4）设小球与小磁铁整体重心的位置在小球的球心下方处，根据单摆周期公式可得，整理得，可知小球与小磁铁整体重心的位置不在小球的球心不影响所作图线的斜率，由斜率计算出的重力加速度值相比实际值将相等．
14．（1）2 （2）1.900 见解析 （3） （4）①减小厚度，②选用单位体积中自由电子的个数更多的材料制作霍尔元件（每空2分）
解析：（1）根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向4测脚方向，电子带负电，故2测脚中电势高；
（2）螺旋测微器的读数
将表格中的数据在图中描点连线，其图像如图所示
（3）霍尔元件中电子受到的洛伦兹力等于电场力，有，电流微观表达式，设霍尔元件的宽度为，霍尔元件的电压，霍尔元件的截面面积，解得
（4）由可知，减小厚度或选用单位体积中自由电子的个数更多的材料制作霍尔元件可以提高测量灵敏度．
15．解：（1）粒子在板间做匀速直线运动，则有
解得
（2）①第一种情况：粒子从左端射出，如图所示，由几何关系得
由牛顿第二定律得
解得
②第二种情况：粒子从右端射出，由几何关系得
由牛顿第二定律得
解得
所以，磁感应强度的大小范围或
16．解：（1）金属细杆开始运动时所受的安培力大小
根据牛顿第二定律可得，加速度大小
（2）金属细杆从点到点的运动过程，只有安培力、重力做功，安培力所做的功
重力所做的功
由动能定理得
解得金属细杆运动到点时的速度大小为
可得
解得
由牛顿第三定律可知此时金属细杆对每一条轨道的作用力大小为；
（3）设金属细杆从到的时间为，可得
在点的速度
电源瞬时功率为
可作如图
电源在时间内对整个回路提供的能量为，可根据梯形面积计算得
设为金属棒从到产生的焦耳热，则
解得
17．解：（1）从到根据动能定理，有
代入数据解得
（2）由于物体冲上传送带的初速度大于传送带的速度，开始物体相对传送带向右运动，则有
解得
物体向右先做匀减速直线运动，减速至与传送带同速时通过的位移
代入数据解得
可知物体在传送带上先向右做匀减速直线运动，后向右做匀速直线运动；
传送带对物体的摩擦力的冲量为
解得
负号表示方向向左；
（3）物体第一次与小球发生弹性碰撞，令物体反弹回来的速度大小为，左侧小球碰后速度大小为，根据动量守恒，有
根据机械能守恒，有
解得
物体被反弹回来后，在传送带上向左运动过程中，根据
解得
经历的时间为
可知物体第一次返回还没有到达传送带左端速度已经减为零，随后将再次向右做匀加速直线运动，根据对称性可知，速度将再次增加到，因为小于小球速度，物块与小球不会再次碰撞，则电动机多消耗的电能为
解得