2023-2024学年河北省强基名校联盟高二（下）开学联考物理试卷（含解析）

2023-2024学年河北省强基名校联盟高二（下）开学联考物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.以下关于物理学知识的叙述，正确的是( )
A. 光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
B. 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉
C. 遥控器发出的红外线波长和医院中的射线波长相同
D. 电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，则空间的电磁波随即消失
2.图中为半圆柱体玻璃的横截面，为直径，一束由光和光组成的复色光沿方向从真空射入玻璃，光、光分别从、点射出。设玻璃对光的折射率为，光由到的传播时间为，玻璃对光的折射率为，光由到的传播时间为。则下列说法正确的是( )
A. 小于 B. 等于 C. 小于 D. 等于
3.图是天工开物中记载的一种舂米装置古人用脚踏一种像跷跷板一样的东西，将质量约为的碓抬高后从静止释放，碓在重力作用下向下运动，碓与谷物作用后静止，每次碓对谷物的平均作用力约为( )
A. B. C. D.
4.某种交变电流的电流随时间变化的图线如图所示，上下两部分的图像均为正弦函数的一部分，其最大值如图中所示，则此交变电流的有效值为( )
A. B. C. D.
5.如图所示，圆形区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，为磁场边界上的一点。电子以相同的速率从点射入磁场区域，速度方向沿位于纸面内的各个方向，这些电子射出边界的位置均处于边界的某一段弧上，这段圆弧的弧长是圆周长的六分之一。若仅将电子的速率变为，结果相应的弧长变为圆周长的四分之一，不计电子间的相互影响，则等于( )
A. B. C. D.
6.如图，把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动。系统静止时小球位于点。现将小球向右移动距离后由静止释放，弹簧的质量和空气阻力忽略不计，小球做周期为的简谐运动。下列说法不正确的是( )
A. 若某过程中小球的路程为，则该过程经历的时间
B. 若某过程中小球的路程为，则该过程经历的时间一定为
C. 若某过程经历的时间为，则该过程回复力的冲量可能为零
D. 若某过程经历的时间为，则该过程中弹簧弹力做的功一定为零
7.远距离输电模拟电路如图所示，交流电源是输出电压为的正弦交流电，定值电阻，小灯泡、、规格一样，均为“，”，电阻恒定。理想变压器、原、副线圈的匝数比分别为和。初始开关断开，分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时( )
A. 与一样亮
B. 比亮
C. 电路Ⅱ稳定后把闭合，则变亮
D. 电路Ⅱ稳定后把闭合，则消耗的功率变大
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.一列简谐横波沿轴方向传播，在时的波形图如图所示，、是介质中轴上的两个质点。图是质点的振动图像。下列说法中正确的是( )
A. 波沿轴正向传播 B. 波速为
C. 质点在时振动方向沿轴正向 D. 经过质点会随波迁移到坐标原点
9.如图甲所示，质量为边长为、电阻为的正三角形金属框由粗细均匀的金属棒组成，绝缘细线一端连接的中点将金属框吊在天花板上的点，金属框处于静止状态，金属框部分处于垂直金属框平面向外的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为，金属框、边的中点、在磁场的水平边界上，重力加速度为。现让磁感应强度按如图乙所示的规律变化，图甲中磁场方向为正方向，感应电流以顺时针为正方向。时刻悬线的拉力恰好为零，细线能承受的最大拉力为金属框重力的倍，则细线未断之前，金属框中的电流、流过金属棒的电荷量大小和细线上的拉力随时间变化的关系图像正确的是( )
A.
B.
C.
D.
10.图为检测电流的装置，通有电流的螺绕环在由金属材料制成的霍尔元件处产生的磁场，通有待测电流的直导线垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场。则下列说法中正确的是( )
A. 直导线中不通电流时，霍尔元件前表面电势高于后表面电势
B. 霍尔元件处的磁感应强度恒定不变时，增大、变大
C. 中通入待测电流，霍尔电压输出为零时，电流表的示数
D. 霍尔电压输出为零时，待测电流方向是
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某实验小组利用如图所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下：
用天平测得小球、的质量分别为、
用两条细线分别将球、悬挂于同--水平高度，且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上；
将球向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为时由静止释放，与球碰撞后，测得球向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为，球向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为。
回答下列问题：
此实验中_____选填“需要”或“不需要”测量轻绳的长度；
为保证碰撞后向左摆动，则、两球质量应满足_____填“”“”或“”；
若两球碰撞前后动量守恒，则_____用中测量的量表示。
12.如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离。接通电源使光源正常工作。
在组装仪器时单缝和双缝应该相互_____放置；选填“垂直”或“平行”
为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量个条纹的间距再求出。下列实验采用了类似方法的有_____；
A.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量
B.“用单摆测重力加速度”实验中单摆周期的测量
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中弹簧形变量的测量
用某种单色光照射双缝得到如图乙所示的干涉条纹，测量头手轮示数如图丙所示，则分划板中心刻线在图乙中位置时手轮示数为_____。
已知分划板中心刻线处于位置时，手轮示数为，则该单色光的波长_____结果保留位有效数字。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨、竖直放置，导轨间距离为，电阻不计。在导轨上端串接两个额定功率均为、电阻均为的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中图中未画出，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为、电阻可以忽略的金属棒从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为。求：
磁感应强度的大小；
灯泡正常发光时金属棒的运动速率。
14.如图所示，坐标平面第Ⅰ象限内存在水平向左的匀强电场，场强大小未知，在轴左侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为大小可调节。现有比荷为的带正电粒子从轴上的点以初速度垂直轴射入电场，经过点进入磁场，，不计粒子重力。
求场强的大小；
当取某值时，粒子第一次经过磁场后刚好可以回到点，求此的大小。
15.如图所示，小球和滑块静止于光滑水平轨道右端，水平轨道与足够长的水平传送带平滑连接，传送带沿逆时针方向匀速运转。小球与不可伸长的轻绳相连，轻绳上端固定于点，初始时轻绳刚好伸直，、刚好接触无弹力。现将球拉到与点等高的位置后自由释放，在最低点与发生正碰，碰后滑块以的速度立即滑上传送带。已知、的质量为、，与传送带间的动摩擦因数，重力加速度取，碰撞时间忽略不计，不计空气阻力。
要使滑块不从水平传送带右端滑出，求水平传送带的最小长度；
若、第一次碰撞为弹性碰撞，求此情景下碰前瞬间球的速度大小；结果保留两位有效数字
若、第一次碰撞为非弹性碰撞，且碰后小球的速度方向不变，开始做简谐运动最大摆角小于，当滑块向右第一次减速为零时，小球刚好到达最低点向左运动。取，，，求此情景下轻绳的长度值。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.光导纤维丝是利用光的全反射制成的，根据全反射的条件可知，光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故A错误；
B.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉，故B正确；
C.红外线波长比射线波长长，故C错误；
D.电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，故D错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】如图
根据折射定律可知
由于 ，所以 大于 ，AB错误；
光在玻璃中传播的时间
代入得
可知时间与光在玻璃中的折射角大小无关，所以 等于 ，C错误，D正确。
故选D。
3.【答案】
【解析】碓在重力作用下向下运动，由动能定理可得
碓与谷物作用过程，由动量定理可得
解得
根据牛顿第三定律可得每次碓对谷物的平均作用力约为。
故选C。
4.【答案】
【解析】根据交变电流有效值的定义，可得
解得
故选A。
5.【答案】
【解析】设圆形磁场的半径为，当速率为 时，从点射入的电子与磁场边界的最远交点为，如图
最远的点是轨迹上直径与磁场边界圆的交点，则电子做圆周运动的半径为
当速率为 时，从点射入的电子与磁场边界的最远交点为，如图
最远的点是轨迹上直径与磁场边界圆的交点，则电子做圆周运动的半径为
由电子做圆周运动的半径为
则

故选B。
6.【答案】
【解析】A.根据简谐运动的对称性可知，不论小球从何位置开始运动，只要经过 ，小球运动的路程一定为，故A正确；
B.只有小球的起始位置在最大位移处或平衡位置时，若某过程中小球的路程为，则该过程经历的时间才为 ，否则该过程经历的时间都不等于 ，故B错误；
根据简谐运动的对称性可知，若某过程经历的时间为 ，则小球初、末速度大小相等，方向相反，根据动量定理，回复力冲量为初动量的两倍，若出发点为最大位移处，则冲量为，根据动能定理可知该过程中弹簧弹力做的功一定为零，故CD正确。
故选B。
7.【答案】
【解析】小灯泡电阻
若开关接端，则灯泡 得到的功率
若开关接端，升压变压器输出电压设为 ，由
得
降压变压器原线圈等效电阻
降压变压器原线圈电压
降压变压器副线圈电压
小灯泡 的功率
比 亮，AB错误；
电路Ⅱ稳定后闭合 ，负载电阻变小，通过 原线圈的电流变大，所以 功率变大。由于由于损失电压变大，则 变小， 变小，小灯泡 功率变小，亮度变暗。C错误，D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】由振动图像可知 时点沿轴正方向振动，根据同侧法可知波沿轴负向传播，所以质点在 时振动方向沿轴正向，故A错误，C正确；
B.从题中波形图上可知 ，从振动图像上可知 ，根据
得
故B正确；
D.质点只在自己的平衡位置上下振动，并不随波传播方向迁移，故D错误。
故选BC。
9.【答案】
【解析】根据楞次定律可知，细线未断时，磁场向外减小后向里增大，金属框中的感应电流一直沿逆时针方向且保持不变，故AB错误；
C.金属框中的感应电动势大小为
线框中电流大小
电流大小恒定
与时间成正比增加，故C正确；
D.安培力
电流恒定，安培力与成正比， 时刻，磁通量变化率不为零，感应电流不为零，但磁场磁感应强度为零，安培力为零，因此细线上拉力大小等于金属框重力，根据题意 时刻
方向向上， 时刻，安培力与 时刻等大，方向向下，由平衡得拉力等于 ，故D正确。
故选CD。
10.【答案】
【解析】A.根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向上，由左手定则可知霍尔元件中电子受力聚集在前表面，前表面电势低，故A错误；
B.设为元件内单位体积自由电子个数，为上下表面高度， 为前后表面间的距离，根据洛伦兹力充当向心力有
而
联立可得霍尔元件前后表面的电势差
则可知， 增大， 变大，故B正确；
C.元件输出霍尔电压 为零，则霍尔元件处合磁感应强度为，所以有
解得
故C正确；
D.要使元件输出霍尔电压 为零，直导线在霍尔元件处产生的磁场方向应向下，根据安培定则可知待测电流 的方向应该是 ，故D错误。
故选BC。
11.【答案】不需要
【解析】小球碰撞后由动能定理得
解得
由动量守恒定律式子可知悬线的长度可以约掉，所以不需要测量；
为使球碰撞后能反弹，则、两球质量应满足 ；
小球下摆过程中只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得
碰撞后，、两小球摆动过程中只有重力作用，机械能守恒，由机械能守恒定律，对
对
若两球碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得
解得
则
12.【答案】 平行
【解析】只有保证单缝和双缝互相平行，才能在屏上出现明暗相间的条纹。
先测量个条纹的间距再求出 ，采用的是放大测量取平均值。“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量，属于等效替代法，故A错误；
B.“用单摆测重力加速度”实验中单摆周期的测量，属于放大测量取平均值，故B正确；
C.“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中弹簧形变量的测量，属于多次测量取平均值，故C错误。
故选B。
分划板中心刻线在题图乙中位置时手轮示数为
；
由题意可知
因为
由题图可知，相邻的两个亮条纹或暗条纹的中心间距为
联立可得，该单色光的波长为
13.【答案】 ；
【解析】灯泡正常发光
解得
由电路的连接特点可知，导体棒中的电流为
两灯泡保持正常发光说明导体棒在匀速运动，根据平衡条件
解得
灯泡正常发光
得
由电路特点及法拉第电磁感应定律可得
联立解得
14.【答案】 ；
【解析】粒子在电场中只受水平向左的电场力作用，故粒子做类平抛运动，在竖直方向做匀速运动，故有
解得
粒子离开磁场运动到点的过程做匀速直线运动，故粒子运动轨迹如图所示
设粒子进入磁场时与轴正方向的夹角为
得
由题意，根据对称性可知粒子出磁场时速度与轴正方向的夹角为；
设出磁场处为点，则由几何关系有
则
解得
根据洛伦兹力提供向心力可得
解得
15.【答案】 ； ；
【解析】物块向右做减速运动，由动能定理得
解得
设水平向右为正方向，和发生弹性碰撞，由动量守恒定律和机械能守恒定律得
解得
滑块向右第一次减速为零的时间为，由动量定理可得
此过程、运动的时间满足
、、
单摆的周期为
解得
、、
A、碰撞动量守恒，由动量守恒定律可得
碰后做简谐运动，则的摆角最大为，根据能量守恒关系
则满足
同时碰后的速度方向不变
联立解得
故当 时，轻绳的长度为
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