2023-2024学年江苏省常州重点中学高二（上）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年江苏省常州重点中学高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.下列关于教材中四幅插图的说法正确的是( )
A. 图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
B. 图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热，从而冶炼金属
C. 图丙是速度选择器示意图，带电粒子能够从向沿直线匀速通过
D. 图丁是微安表，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理
2.如图所示，、是两个相同的白炽灯，是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关时，、灯同时亮
B. 闭合开关时，灯比灯先亮，最后一样亮
C. 断开开关时，灯闪亮一下再熄灭
D. 断开开关时，流过灯的电流方向向左
3.把一个凸透镜压在一块平面玻璃上图甲，在透镜的下表面和平面玻璃的上表面之间形成一个很薄的圆形狭缝层。让单色光从上方射入示意图如图乙，其中为凸透镜的半径，从上往下看凸透镜，可以观察到环状圆形条纹，这些条纹叫做牛顿环，则下列说法正确的是( )
A. 牛顿环是由凸透镜上下两表面的反射光叠加产生的
B. 凸透镜的半径越大，条纹越疏
C. 离中心越远，条纹间距越大
D. 如条纹不圆，则同一条亮纹正下方的狭缝层厚度不同
4.如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时形盒中的磁场的磁感应强度大小为，形盒缝隙间电场变化周期为，加速电压为。忽略相对论效应和粒子在形盒缝隙间的运动时间，下列说法正确的是( )
A. 保持、和不变，该回旋加速器可以加速质子
B. 只增大加速电压，粒子获得的最大动能增大
C. 只增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间变短
D. 回旋加速器只能加速带正电的粒子，不能加速带负电的粒子
5.如图所示，两束光线甲和乙分别射到同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示，将这两束光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心点沿方向射出，下列说法正确的是( )
A. 甲光的频率较低，乙光的频率较高
B. 光与甲光对应，光与乙光对应
C. 分别让、光通过同一单缝，在同一光屏上光的条纹宽度大于光的条纹宽度
D. 光在玻璃中传播速度大，光在玻璃中传播速度小
6.如图所示，一个半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为，为该点到地面的距离，为常数，为一定值铝框平面与磁场垂直，直径水平，空气阻力不计铝框由静止释放下落的过程中( )
A. 直径受安培力方向与框的运动方向相同为动力
B. 半圆弧受安培力方向与框的运动方向相反为阻力
C. 铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度
D. 铝框下落加速度大小可能等于
7.如图，边长为的等边三角形线框由三根相同的导体棒连接而成，框平面与磁感应强度方向垂直，通过点的电流为时，已知导体棒受到的安培力大小为，则( )
A. 边受到的安培力的大小为
B. 整个线框受到的安培力的大小为
C. 匀强磁场的磁感应强度大小为
D. 匀强磁场的磁感应强度大小为
8.如图所示，“凹”字形金属线框右侧有一宽度为的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里。线框在纸面内向右匀速通过磁场区域，时，线框开始进入磁场。设逆时针方向为感应电流的正方向，则线框中感应电流随时间变化的图象可能正确的是( )
A. B.
C. D.
9.如图所示，边长为的等边三角形内、外分布着两方向相反的匀强磁场，三角形内磁场方向垂直纸面向外，两磁场的磁感应强度大小均为，顶点处有一粒子源，粒子源能沿的角平分线发射不同速率的粒子，粒子质量均为、电荷量均为，不计粒子重力及粒子间的相互作用力，则发射速度为哪一值时粒子能通过点( )
A. B. C. D.
10.如图所示，竖直放置的形光滑导轨与一电容器串联，导轨平面有垂直于纸面的匀强磁场，金属棒与导轨接触良好，由静止释放后沿导轨下滑，电容足够大，原来不带电，不计一切电阻，导体棒的加速度、速度与时间的关系图像正确的是( )
A.
B.
C.
D.
11.如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为的电容器和阻值为的电阻。质量为、长度为、阻值也为的导体棒静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中。磁感应强度为。开始时，电容器所带的电荷量为，合上开关后，( )
A. 流经导体棒的电流的最大值为
B. 导体棒向右先加速、后匀速运动
C. 导体棒速度最大时所受的安培力也最大
D. 电阻上产生的焦耳热等于导体棒上产生的焦耳热
二、实验题：本大题共1小题，共15分。
12.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上如图，并选用缝间距为的双缝屏。毛玻璃屏与双缝屏间的距离为。接通电源使光源正常工作，发出白光。
组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在处和处，则______；
A.看不到干涉现象
B.可观察到水平方向的干涉条纹
C.可观察到竖直方向的干涉条纹
若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中______；
A.可观察到明暗相间的白条纹
B.可观察到彩色条纹
C.观察不到干涉条纹
若实验中在像屏上得到的干涉图样如图所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图中、位置时，游标卡尺的读数分别为、，则入射的单色光波长的计算表达式为 ______。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图所示，则其读数为______。
如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图所示，则在这种情况下测量光的波长时，测量值______填“偏大”、“偏小”或“不变”。
三、简答题：本大题共4小题，共41分。
13.为测量双层玻璃中间真空层的厚度，用激光笔使单色光从空气以入射角射入玻璃，部分光线如图所示。测得玻璃表面两出射点、与入射点的距离分别为和。已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为。求：
真空层的厚度；
光从传播到的时间。
14.如图甲所示，在一个正方形金属线圈区域内存在着磁感应强度随时间变化的匀强磁场，磁场的方向与线圈平面垂直。金属线圈所围的面积，匝数，线圈总电阻。线圈与电阻构成闭合回路，电阻的阻值。匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示。磁感应强度的参考正方向如图甲中所示。求：
在时，穿过线圈的磁通量；
在时，线圈端点、的电势差；
内电阻中产生的热量。
15.如图所示，水平面内固定有两根平行的光滑长直金属导轨，导轨间距为，电阻不计。整个装置处于两个磁感应强度大小均为、方向相反的竖直方向匀强磁场中，虚线为两磁场的分界线，质量为、导轨间电阻为的导体棒和质量为、导轨间电阻为的导体棒静置于图示的导轨上两棒始终与导轨垂直且接触良好。现使棒获得一个大小为、方向水平向左的初速度，则在此后的整个运动过程中，求：
两棒最终的速度大小；
棒产生的焦耳热；
通过棒某一横截面的电荷量。
16.如图所示，竖直平面内的直角坐标系，第一象限内有竖直向上的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场；第三、四象限有磁感应强度大小为，方向垂直坐标平面向里的匀强磁场。时刻，质量为、带电量为的绝缘小球，从轴的点，沿轴正方向以速度射入第一象限，在第一象限做匀速圆周运动；小球过一段时间进入第三象限的磁场区域。不计空气阻力，重力加速度为。求：
电场强度的大小；
小球第一次回到轴时的速度大小；
在磁场内，小球离轴最远距离及对应的速度大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：根据电磁驱动原理，图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，线圈比磁铁转得慢，故A错误；
B.图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；
C.图丙中假设粒子带正电，从向运动，电场力的方向向下，洛伦兹力方向也向下，无法平衡，则不能做匀速直线运动，故C错误；
D.图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这样在电表晃动的过程中，在表内线圈中会发生电磁感应现象，线圈受到的安培力阻碍线圈的转动，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D正确。
故选：。
根据电磁驱动的原理分析；根据涡流的产生原理分析；根据在速度选择器中带正电粒子的受力分析；根据电磁阻尼的原理分析。
要熟练掌握真空冶炼炉、速度选择器和微安表、电动机的工作原理。
2.【答案】
【解析】解：、开关闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，灯立即发光。由于线圈的自感阻碍电流的增大，所以灯后发光；由于线圈的电阻可以忽略，灯逐渐变亮，最后一样亮，故AB错误；
断开开关时，中产生自感电动势，灯、灯和线圈中形成自感回路，电流从原来的大小开始减小；由于电流稳定时两个支路的电流是相等的，所以灯与灯同时慢慢熄灭，不会闪亮，流过灯的电流方向向左，故C错误，D正确。
故选：。
开关闭合的瞬间，根据电感线圈的作用对电流变化的阻碍可判知的正误；
断开开关的瞬间，线圈与两灯一起构成一个自感回路，根据线圈差生的自感电动势，可判知的正误。
对于自感线圈，当电流变化时产生自感电动势，相当于电源，当电路稳定时，相当于导线。
3.【答案】
【解析】解：当单色光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光投射进入空，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，他们在凸透镜的下表面相遇，当这两列光的光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹，故A错误；
B.凸透镜的半径越大，相同位置处的空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大，条纹越疏，故B正确；
C.圆环状条纹的间距不相等，从中心向外条纹越来越密集，条纹间距越小，故C错误；
D.如条纹不圆，不一定是同一条亮纹正下方的狭缝层厚度不同，也可能是凸透镜不规则导致光程差不等，故D错误。
故选：。
从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹。使凸透镜的半径越大，相同位置处的空气层的厚度变小，根据干涉原理分析判断。
理解了牛顿环的产生机理就可顺利解决此类题目，故对物理现象要知其然更要知其所以然．
4.【答案】
【解析】解：、粒子在磁场中运动的周期：，由于质子与粒子的比荷不同，所以不能加速质子。故A错误；
B、根据解得：，带电粒子射出时的动能为：，知最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关，与加速电场无关；磁场越强，粒子离开加速器时的动能就越大，故B错误；
C、由可知，粒子射出时的最大动能为，设粒子在加速电场中加速次，则：，所以加速的次数：，可知加速电压越大，则加速的次数越少，故C正确；
D、根据粒子在磁场中周期公式有：，当调整磁感应强度大小，同时结合其他的一些调整后，也可以加速负电荷，故D错误；
故选：。
粒子在电场中被加速，所以粒子运动的方向必须与电场的方向相同；回旋加速器的半径一定，根据洛伦兹力提供向心力，求出最大速度，可知最大速度与什么因素有关。
解决本题的关键知道回旋加速器是利用电场加速、磁场偏转来加速粒子，但是最终粒子的动能与电场的大小无关。
5.【答案】
【解析】解：双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距为，甲图间距较小，对应甲光的波长较短，频率较高，故A错误；
B.由图丙可知，光的折射率较大，频率较大，则光对应甲光，故B正确；
C.分别让、光通过同一单缝，波长越大衍射越明显，因光波长较小，故在同一光屏上光的条纹宽度小于光的条纹宽度，故C错误；
D.根据
光的折射率较大，在玻璃中传播速度小，故D错误。
故选：。
根据公式，可分析得出选项；折射率大的光，说明频率比较大，从而判断选项；通过同一单缝，波长越大衍射现象越明显，从而判断波长大小，得出选项；根据公式，可得出选项。
学生在解答光学问题时，应注意分清衍射和干涉规律，通过对与折射率相关的物理量进行分析总结。
6.【答案】
【解析】解：、铝框下落过程中，可以看作有两段导体直径和半圆弧分别做切割磁感线运动，半圆弧的有效切割长度与相同，但由于下方的磁场强，由可知，直径产生的电动势大于半圆弧产生的电动势，根据右手定则直径感应电动势方向向左，半圆弧感应电动势方向沿逆时针方向，所以总感应电动势不为零，方向沿顺时针方向，根据左手定则可得，直径受安培力向上，为阻力，半圆弧受安培力向下，为动力，故AB错误；
、根据楞次定律的第二描述“感应电流产生的效果总是阻碍导体间的相对运动”可知，铝环下落过程中除受重力外还受到向上的安培力，故铝环下落的加速度小于重力加速度，故C正确，D错误。
故选：。
本题的关键是把铝框回路看作是由直径与半圆弧两部分组成，并且半圆弧部分的有效切割长度与直径相等，只是由于下方的磁场强而导致产生的感应电流．
在遇到讨论导体运动的定性分析问题时，要灵活运用楞次定律的第二描述解题，即感应电流产生的效果总是阻碍导体间的相对运动．
7.【答案】
【解析】解：由已知条件可知边的有效长度与相同，等效后的电流方向也与相同，边的电阻等于边的电阻的两倍，两者为并联关系，
通过点的电流为，则中的电流大小为，则中的电流为，
设的长为，
由题意知：边所受安培力为：，
解得，
同理可得所受安培力也是，
边所受的安培力为，
边的有效长度与相同，
边所受的安培力为，
整个线框受到的安培力的大小为。
故ABC错误，D正确。
故选：。
先由已知条件可知边的有效长度与相同，等效后的电流方向也与相同，先根据并联电路的电阻关系得出电流关系，再由即可分析、边所受安培力，进而可求得线框所受安培力的大小
本题的关键是要明白安培力求解公式中的是指通电导线的有效长度。
8.【答案】
【解析】解：设线框向左运动的速度为，线框的总电阻为，
当时，只有最右侧两个短边切割磁感线，由右手定则可知，感应电流沿逆时针方向，电流是正的，电流大小；
当时，从右侧中间短边进入磁场至左侧长边进入磁场，由右手定则可知，感应电流沿逆时针方向，是正的，电流大小；
当时，从左侧长边进入磁场至右侧中间短边离开磁场，由右手定则可知，感应电流沿顺时针方向，是负的，电流大小；
当时，从右侧中间短边离开磁场至左侧长边离开磁场，由右手定则可知，感应电流沿顺时针方向，是正的，电流大小；故A正确，BCD错误。
故选：。
应用右手定则判断出感应电流方向，应用求出感应电动势，应用欧姆定律求出感应电流，然后分析图示图象答题。
分析清楚线框的运动过程是解题的前提，应用右手定则、与欧姆定律即可解题。
9.【答案】
【解析】解：粒子带正电，且经过点，其可能的轨迹如图所示：
所有圆弧所对圆心角均为，所以粒子运行半径：
粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得
由此可知，的粒子能通过点，故ABC错误、D正确。
故选：。
粒子能通过点，求出粒子轨迹半径的可能值，再根据洛伦兹力提供向心力可得速度的可能值，由此分析。
本题考查带电粒子在有界匀强磁场中的运动，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由此根据运动特征作出粒子在磁场中运动的轨迹，求出粒子轨迹半径的可能值以及掌握半径的公式是解决本题的关键。
10.【答案】
【解析】解：释放导体棒后，导体棒切割磁感线产生感应电动势，给电容器充电；设导轨间距为，释放后电路中充电电流；
根据右手定则，充电电流方向沿方向；
根据左手定则，导体棒受到向上的安培力；
设瞬时加速度为，根据牛顿第二定律得
又根据电流的定义、电容器的定义式、感应电动势以及加速度的定义式
可得充电电流
联立解得
根据上式可知，加速度恒定，因此图像是一条平行于轴的直线，故AB错误；
根据匀变速运动规律，导体棒的速度为
由于加速度恒定，则图象是一条过原点的直线，故C错误，D正确。
故选：。
释放导体棒后，导体棒切割磁感线产生感应电动势，给电容器充电；根据右手定则确定充电电流方向，根据左手定则判断导体棒所受安培力方向，根据安培力公式和牛顿第二定律列式求加速度；再根据电流的定义、电容器的定义式、感应电动势以及加速度的定义式求解充电电流，最后联立得出加速度的表达式，然后作出判断；
根据匀变速运动公式，求解导体棒的速度，然后作出判断。
本题考查了电磁感应中的能量和力学问题，根据牛顿第二定律、电流的定义、电容器的定义式、感应电动势以及加速度的定义式求解加速度的表达式是解题的关键，本题属于力电综合题。
11.【答案】
【解析】解：刚闭合开关时，电容为的电容器电压最大，此时流经导体棒的电流也最大，则此时电容器电压为
流经导体棒的电流的最大值为
故A正确；
B.随着放电，减小，减小，并且导体棒随着切割磁感线，也会产生感应电动势来减小电流，根据，则棒受到的安培力也减小，而摩擦力为，所以棒会向右加速，当时，棒会继续向右运动，产生反向的感应电流，产生反向的安培力，棒开始减速运动，当棒减速为时，安培力为，物体静止，所以物体向右先加速后减速，最后静止，故B错误；
C.当导体棒速度最大时流过导体棒的电流为，所受的安培力为，故C错误；
D.由于导体棒切割磁感线，产生感应电动势，所以通过导体棒的电流始终小于通过电阻的电流，由焦耳定律可知，电阻上产生的焦耳热大于导体棒上产生的焦耳热。故D错误。
故选：。
电容器放电是一个动态过程，在该过程下两板间电荷量逐渐减小，但电容器的电容不变，所以电势差逐渐减小，但此时导体棒在加速，产生反向电动势，直到棒电流为零，安培力为零时，开始减速，直到速度为，整个过程电能全部转化为电阻和导体棒的热能。
本题考查电容器的动态分析，利用动态分析获得的条件来判断选项是否正确，知识点较广，难度较大。
12.【答案】 偏大
【解析】解：缝和双缝均沿竖直方向，因此得到的干涉条纹为竖直方向的干涉条纹，故AD错误，C正确。
故选：。
取下滤光片，白光的干涉条纹为彩色的，故B正确，AC错误；
故选：。
相邻亮条纹之间的距离
根据双缝干涉条纹间距公式
联立解得波长
分度游标卡尺的精确度为，读数
若条纹倾斜，测得的间距比实际的大，根据双缝干涉条纹间距公式可知，波长，条纹间距变大，测得的波长比真实的波长偏大。
故答案为：；；；；偏大。
单缝是竖直放置，双缝也是竖直放置，产生的干涉条纹是竖直方向；
根据实验原理理解正确的实验现象；
根据双缝干涉条纹间距公式分析作答；
分度游标卡尺的精确度为，测量值主尺上对应示数游标上对齐格数不估读精确度；
根据实验原理分析出间距测量值与实际值的大小关系。
解决本题的关键知道双缝干涉实验的原理及干涉条纹的特点，掌握双缝干涉条纹间距的表达式，并能灵活运用，同时掌握游标卡尺的读数。
13.【答案】解：光路图如图所示
设真空层的厚度为，由光路图可知，比多了光线在真空层平移的部分，由几何关系知：
解得；
光在玻璃中的速度为
由折射定律可知
则
从到的光程为
所用时间为
答：真空层的厚度为；
光从传播到的时间为。
【解析】根据几何关系可知真空层的厚度；
根据几何关系解得光程，结合可解得时间。
画出光路图，由几何知识求出折射角的正弦是解题的关键，还要掌握折射定律及折射率与光速的公式．
14.【答案】解：在时的磁感应强度由图像可得
则穿过线圈的磁通量为
在时间内，产生恒定的感生电动势为
解得
则时的恒定电流为
则在时刻，线圈端点、的电势差即为电阻的电压
在内电阻中产生的热量为
答：在时，穿过线圈的磁通量；
在时，线圈端点、的电势差；
内电阻中产生的热量。
【解析】由图读出磁场强度，由磁通量公式求出在时，穿过线圈的磁通量；
由图读出磁通量的变化率，根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势，由欧姆定律求解感应电流的大小；由求出电阻两端的电压，即为端点、间的电压；
根据焦耳定律求出时间内的热量。
本题是电磁感应与电路知识简单的综合，当穿过回路的磁通量均匀变化时，回路中产生恒定电流，可以用焦耳定律求解热量。
15.【答案】解：根据右手定则可知，从上往下看，感应电流方向为逆时针，根据左手定则可知，两棒受到的安培力方向均为水平向右，故棒向左做减速运动，棒向右做加速运动，当速度大小相等时，根据右手定则可知，回路从电动势为，感应电流为，此后两棒做匀速直线运动，规定向左为正方向，根据动量定理可知，对棒有
对棒有
解得
由题意可知，回路产生的总热量为
则棒产生的焦耳热为
解得
由上分析可知，根据动量定理可知
通过棒某一横截面的电荷量为
解得
答：两棒最终的速度大小为；
棒产生的焦耳热为；
通过棒某一横截面的电荷量为。
【解析】根据左手定则分析两棒受到的安培力大小和方向关系，来分析安培力冲量大小和方向关系，分别运用动量定理列式，可求出两棒最终的速度；
根据能量守恒定律求棒产生的焦耳热；
对棒，利用动量定理可求出通过其某一横截面的电荷量。
本题是双杆问题，关键要通过分析两棒的受力情况，判断其运动情况，明确最终稳定的条件：两棒产生的感应电动势大小相等，相互抵消，回路中感应电流为零。要知道在电磁感应问题中，动量定理是求电荷量常用的思路。
16.【答案】解：在第一象限内做匀速圆周运动，根据平衡条件
得
；
第一象限，根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力
得
匀速圆周运动半周，其时间为
小球在第二象限做做平抛运动，则
得
则
则
与轴负方向夹角的正切值为
；
在磁场内小球离轴最远距离，此时对应的速度为，由动能定理
水平方向取向右为正方向，根据动量定理
即
则
可得小球离轴最远距离及对应的速度大小分别为
，。
答：电场强度的大小为；
小球第一次回到轴时的速度大小为；
在磁场内，小球离轴最远距离为，对应的速度大小为。
【解析】根据平衡条件求解电场强度的大小；
根据牛顿第二定律求解粒子在第一象限运动的轨道半径，根据平抛运动的规律求解小球第一次回到轴时的速度大小和方向；
根据动能定理和动量定理联立求解球离轴最远距离及对应的速度大小。此问基础较好的同学也可以根据配速法求解
本题考查带电粒子在重力场、电场和磁场的混合场中的运动，要求学生能正确分析带电粒子的运动过程和运动性质，熟练应用对应的规律解题。
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