2023-2024学年山东省济南市高二（上）期末物理试卷（B卷）（含解析）

2023-2024学年山东省济南市高二（上）期末物理试卷（B卷）
一、单选题：本大题共8小题，共24分。
1.下列说法正确的是( )
A. 磁通量是矢量 B. 只能适用于匀强磁场
C. 磁通量与线圈的匝数成正比 D. 磁通量为零的位置磁感应强度一定为零
2.如图所示，灯泡、、与滑动变阻器及电源连成电路，电源内阻不能忽略。闭合开关，当的触头向右滑动时，下列说法正确的是( )
A. 变暗、变亮、变暗
B. 变亮、变亮、变暗
C. 变暗、变亮、变亮
D. 变暗、变暗、变亮
3.一根粗细均匀的木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在装有水的杯中。将木筷向上提一段距离后放手，木筷就在水中上下振动。以木筷振动的最低点为计时起点，竖直向上为正方向，木筷离开平衡位置的位移为，速度为，周期为，下列图像正确的是( )
A. B.
C. D.
4.如图所示，建筑工地上的打夯机将质量为的重锤升高到的高度后释放，重锤在地面上砸出一个深坑，重锤冲击地面的时间为。不计空气阻力，重力加速度取，则重锤对地面的平均作用力大小为( )
A. B. C. D.
5.小王同学将一肥皂膜摆放在酒精灯的火焰前，发现在肥皂膜上形成上疏下密的彩色条纹，如图所示。据此推测该肥皂膜在竖直方向的侧向截面图是( )
A.
B.
C.
D.
6.如图所示，两根相同的轻质弹簧下端挂有质量为的等腰梯形金属框，金属框的上底、腰和下底长度分别为、和，空间存在垂直于金属框平面向里的匀强磁场。、两端与电源相连，从端流入的电流大小为，金属框静止后弹簧的压缩量均为。已知弹簧的劲度系数为，重力加速度为，则磁感应强度大小为( )
A. B. C. D.
7.如图所示，光滑的水平面上放置一长度为的木箱，木箱的底部中央放一可视为质点的木块，木箱的质量为木块的倍，木块与木箱间的动摩擦因数为，重力加速度取。现给木块一水平向右的初速度，速度大小为，则最终木块距离木箱右端的距离为( )
A. B. C. D.
8.如图所示，边长为的正三角形内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为。的中心处有一粒子源，能够沿平面向任意方向发射速率为的粒子，粒子的质量为，电荷量为，不计粒子的重力。则粒子在磁场中运动的最短时间为( )
A.
B.
C.
D.
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.松果采摘机利用机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干使松果脱落。下列说法正确的是( )
A. 树干振动的频率等于采摘振动头振动的频率
B. 采摘振动头停止振动后树干的振动频率逐渐减小
C. 采摘振动头振动的频率越大落果效果一定越好
D. 不同的树木落果效果最好时采摘振动头的振动频率不同
10.下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，若该车在额定功率状态下以最大速度行驶，不计其自身机械损耗。下列说法正确的是( )
自重 额定电压
载重 额定电流
最大行驶速度 额定输出功率
A. 电动机的输入功率为 B. 电动机的内电阻为
C. 自行车获得的牵引力为 D. 自行车受到的阻力为
11.如图中实线是一列正弦波在的波形图，经过，其波形如虚线所示。则时坐标处的质点振动情况可能是( )
A. 处于波峰 B. 处于波谷
C. 处于平衡位置，沿轴正方向运动 D. 处于平衡位置，沿轴负方向运动
12.如图甲所示，物块、用轻弹簧拴接，放在光滑水平面上，左侧与竖直墙壁接触。物块以速度向左运动，与相碰后立即粘在一起并开始计时。、运动的图像如图乙所示，、分别表示到时间内、的图线与坐标轴所围面积的大小。已知三个物块质量均为，下列说法正确的是( )
A. B.
C. 内墙对的冲量大小为 D. 在时刻弹簧的弹性势能为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.了解地球表面重力加速度的分布，对地球物理学、航空航天技术及大地测量等领域有十分重要的意义。某同学利用图甲所示的装置测量重力加速度。请回答下列问题：
下列操作中，有助于减小实验误差的是______；
A.摆线要选择细些的、弹性大些的，并使其适当长一些
B.拉开摆球时使摆角尽量大些
C.实验时必须保证小球在同一竖直面内摆动
D.改变摆长重复实验时，摆线长度的变化尽量小些
实验中用停表测量单摆的周期。摆球某次经过最低点开始计时并数，当摆球第次经过最低点停止计时，停表的示数如图乙所示，则单摆的周期为______结果保留三位有效数字；
改变摆长，多次测量，做出周期的平方与摆长的图像如图丙所示，则重力加速度为______取，结果保留三位有效数字。
14.某小组测量一段电阻丝的电阻率，先用欧姆表测出其阻值约为，为了较准确的测量，选用以下仪器：
电源，内阻可不计；
滑动变阻器阻值为；
电流表，内阻约；
电压表，内阻约；
开关和导线若干。
用图甲中的螺旋测微器测量直径时，将电阻丝放在测砧与测微螺杆之间，先旋动______，当测微螺杆快靠近物体时，再旋动______，直到听见“喀喀”的声音，再扳动______并读数。上述操作选择的部位依次是______；
A.、、
B.、、
C.、、
测量结果如图乙所示，直径 ______；
请将电路实物连线补充完整；
闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于______端填“”或“”；用刻度尺测量其长度，某次实验电压表的示数为，电流表的示数为，用实验测量的物理量、、、表示电阻率，则表达式为 ______；
不考虑偶然误差，通过该实验测得的电阻率______选填“大于”“等于”或“小于”真实值。
四、简答题：本大题共4小题，共46分。
15.如图所示，一列简谐横波沿轴正方向传播，其中两个质点甲、乙的振动图像分别如图中实线和虚线所示。甲、乙平衡位置的坐标分别为、。甲、乙之间只有一个波谷。
写出甲的振动方程；
求波速。
16.如图所示，直角三角形是由某种材料制成的光学元件的横截面。一束单色光从边上的点入射，长度为，入射光与边成，经面折射、面反射后垂直面射出。已知，长度为，光在真空中的传播速度为。求：
单色光在元件中临界角的正弦值；
单色光在元件里的传播时间不考虑光的多次反射。
17.如图甲所示，一个棱长为的立方体空间中存在着磁感应强度大小为，沿轴负方向的匀强磁场，质量为、电量为的带正电的粒子从左侧面的中心沿轴正方向射入立方体空间，粒子重力忽略不计。
若粒子的速度大小任意取值，求粒子在磁场中运动的最长时间；
若粒子从面射出，求粒子速度大小的取值范围；
如图乙所示，将磁场撤掉，在立方体空间中加上沿轴正方向的匀强电场，粒子射出时的速度方向偏转了。如图丙所示，保持粒子的入射速度不变，再将立体空间分成左右相等的两个区域，左侧区域保持电场不变，右侧区域加上沿轴负方向的匀强磁场，磁感应强度大小为。粒子先后穿过电场和磁场区域，垂直面射出，求电场强度。
18.如图所示，水平地面上固定倾角的斜面和足够长的桌面。桌面上放置长度的“”形木板，木板左端静置一滑块。一小球从点静止释放，与斜面在点发生碰撞碰撞前后沿斜面方向速度不变，垂直于斜面方向的速度等大反向，之后恰好水平击中滑块，的距离。已知小球质量，滑块质量，木板质量，滑块与木板间的动摩擦因数，木板与桌面间的动摩擦因数。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，小球和滑块均视为质点，所有碰撞都是弹性碰撞，不计碰撞时间和空气阻力，重力加速度。求：
小球与斜面碰撞后速度的大小与方向；
滑块与木板发生碰撞后两个物体速度的大小；
整个过程桌面对木板摩擦力的冲量。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、磁通量是标量，故A错误；
B、只能适用于匀强磁场，故B正确；
C、磁通量与线圈匝数无关，故C错误；
D、磁通量为零的位置，磁感应强度不一定为零，可能是线圈平面与磁场方向平行，故D错误。
故选：。
根据磁通量的标矢性判断选项；根据使用条件判断选项；根据磁通量的定义判断选项。
要知道穿过线圈的磁通量的大小与线圈的匝数无关，磁通量是一个有方向的标量，因为它的运算法则符合代数加减。
2.【答案】
【解析】解：电源的内阻不能忽略，符合“串反并同”的条件，因为灯泡和与滑动变阻器并联，而灯泡与滑动变阻器串联，且滑动变阻器接入电路中的电阻在减小，则变暗、变亮、变暗，故A正确，BCD错误；
故选：。
理解灯泡与滑动变阻器的连接方式，根据“串反并同”得出灯泡亮度的变化趋势。
本题主要考查了电路的动态分析问题，熟悉电路构造的分析，结合口诀“串反并同”即可完成解答。
3.【答案】
【解析】解：设木筷的横截面积为，质量为，水的密度为，静止时水下长度为，
根据平衡条件得：，
设向上提的距离为，木筷受到的浮力：
木筷受到的合力：
令，则木筷所受合力：，木筷在水中的运动为简谐运动
、以木筷振动的最低点为计时起点，竖直向上为正方向，则位移，故AB错误；
、结合简谐振动的规律可知木筷的速度，故C正确，D错误。
故选：。
对木筷受力分析，判断木筷的运动性质，然后结合开始时的位置分析答题。
本题难点在于求解木筷所受合力，根据合力的特点判断木筷的振动是否为简谐运动。
4.【答案】
【解析】解：重锤自由下落过程中经过的时间为，则有：
代入数据解得：
设重锤对地面的平均作用力大小为，取向上为正方向，全过程根据动量定理可得：
，其中：，
代入数据解得：，故B正确、ACD错误。
故选：。
根据自由落体运动的规律求出重锤自由下落过程中经过的时间，全过程根据动量定理列方程求解。
本题主要是考查动量定理，利用动量定理解答问题时，要注意分析运动过程中物体的受力情况，知道合外力的冲量才等于动量的变化。
5.【答案】
【解析】解：薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成的干涉条纹，在入射光为复色光时，出现彩色条纹，因为重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度变化越来越大。故ABC错误，D正确。
故选：。
根据薄膜干涉条纹特点进行分析。
本题主要考查薄膜干涉形成特点，解题关键理解薄膜干涉产生得原因。
6.【答案】
【解析】解：对金属框受力分析，金属框受到重力，向上的电磁力和向下的弹力，如图示
从而保持平衡。根据平衡条件有，由于金属框处连着导线，所以金属框被分为两部分，第一部分是下底，第二部分是由上底和腰组成。因为两部分并联，所以两部分分得的电流与电阻成反比，而电阻又和长度成正比，所以第一部分的电流为，第二部分的电流为。
由安培力公式得，那么磁感应强度大小为，故C正确，ABD错误。
故选：。
现根据平衡条件列方程，得到重力、安培力和弹簧弹力之间的关系，然后根据并联电路电流的特点以及安培力公式，即可得到磁感应强度大小。
本题考查了共点力平衡、并联电路电流特点、胡克定律和安培力公式，基础题。
7.【答案】
【解析】解：木块与木箱滑行中，由于没有外力作用，所以动量守恒，令木块质量为，木箱质量为，选择水平向右为正方向，有：
根据功能关系，令木块相对于木箱移动的距离为，有：
联立解得：
说明木块在木箱内先向右移动了，后反弹向左移动移动了，又向右移动了才停下，故木块距离木箱右侧的距离为，故A正确，BCD错误。
故选：。
根据动量守恒和功能关系可求出木块相对于木箱移动的距离，从而求出木块距离木箱右端的距离。
学生在解答本题时，应注意摩擦力做功要考虑的是相对位移。
8.【答案】
【解析】解：根据洛伦兹力提供向心力可得：，粒子的速率为，解得粒子的轨迹半径
由于粒子源在三角形的中心，粒子在磁场中运动的时间最短时，粒子轨迹对应的圆心角最小，即轨迹最短、轨迹所对应的弦长最短，其中一条轨迹如图所示：
根据几何关系可得：，根据图中几何关系可得是最短的弦长之一，所以最小的圆心角：
粒子在磁场中运动的最短时间为：，故C正确、ABD错误。
故选：。
根据洛伦兹力提供向心力求解粒子的轨迹半径，粒子在磁场中运动的时间最短时，粒子轨迹对应的圆心角最小，根据几何关系求解最小的圆心角，由此得到粒子在磁场中运动的最短时间。
对于带电粒子在磁场中的运动情况分析，一般是确定圆心位置，根据几何关系求半径，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量；根据周期公式结合轨迹对应的圆心角求时间。
9.【答案】
【解析】解：工作中，树干做的是受迫振动，其振动频率等于采摘振动头的振动频率。故A正确；
B.采摘振动头停止振动，则树干的振动频率不变，振幅逐渐减小，故B错误；
C.当采摘振动头振动频率等于树干的固有频率时，将发生共振现象，此时树干的振幅最大，采摘落果的效果最好，所以采摘振动头振动的频率越大落果效果不一定越好，故C错误；
D.由于不同的树木树干的固有频率不同，所以落果效果最好时采摘振动头的振动频率也应不同，故D正确。
故选AD。
受迫振动的频率等于驱动力的频率；振动头停止振动，树干的频率不变，树干振动的振幅逐渐减小；发生共振时效果最好；不同的树木固有频率不同。
知道做受迫振动的物体振动频率等于驱动力的频率是解题的关键，知道发生共振的条件。
10.【答案】
【解析】解：、电动机的输入功率
，故A正确；
B、电动机正常工作时为非纯电阻电路，不能用欧姆定律求内电阻，即电动机内电阻，故B错误；
C、电动车速度最大时，牵引力与阻力大小相等，，故C正确，D错误。
故选：。
根据计算电动机的输入功率；电动机是非纯电阻电路，不能用欧姆定律计算；根据计算电动车所受阻力和牵引力的大小。
本题考查电机的输入功率和输出功率的计算，还要知道电动机正常共作时是非纯电阻电路，不符合欧姆定律。
11.【答案】
【解析】解：如果波向右传播，则有：
解得：
处质点的振动方程为：
故当时，坐标处的质点可以位于波峰位置或波谷位置，但不能处于平衡位置；
同理如果波向左传播，则有处质点的振动方程为：
故当时，坐标处的质点可以位于波峰位置或波谷位置，但不能处于平衡位置，故AB正确、CD错误。
故选：。
求出波向右传播或波向左传播，写出处质点的振动方程，由此分析当时，坐标处的质点所处的位置，由此分析。
本题主要是考查了波的图像；解答本题关键是要掌握振动的一般方程，知道方程中各字母表示的物理意义，能够根据图像直接读出振幅、波长和各个位置处的质点振动方向，知道波速、波长和频率之间的关系。
12.【答案】
【解析】解：二者碰撞过程中动量守恒，选择水平向左为正方向，可得，解得，在内对研究，设水平向左为正方向，由动量定理可得，而处于静止状态，墙壁对的冲量大小等于弹簧弹力对的冲量大小，故内墙对的冲量大小为，故C正确；
B.图线与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，物体初速度为，根据对称性可知，时刻的速度为，的加速度为，此时弹恢复原长，开始离开墙壁，到时刻加速度均达到最大，此时弹簧的伸长量达到最大，速度相同，选择水平向右为正方向，即，，，故，故B正确；
A.的加速度为时弹压缩量最大，即，解得，根据牛顿第二定律可得，在时，三者共速，则根据能量守恒定律可知，解得，根据牛顿第二定律可得，故，故A错误；
D.离开墙壁后整体动量守恒，选择水平向右为正方向，则，故在时刻，根据能量守恒定律可知，解得，故D错误。
故选：。
根据碰撞过程动量守恒，以及对而言利用冲量定理可求出冲量的大小；图线与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，结合动量定理可得出面积的关系；根据能量的表达式，结合能量守恒定律以及牛顿第二定律可求出加速度的关系；根据机械能守恒和动量守恒，可求出弹性势能大小。
学生在解答本题时，应注意对于碰撞过程，要熟练运用动量守恒和能量守恒来分析作答，同时要能够通过图像挖掘物理意义。
13.【答案】
【解析】解：、实验中摆线应选择细些的，弹性小一些的，避免长度发生较大的变化，同时摆线的长度要适当长一些，故A错误；
B、白球的周期与摆角无关，且要求摆球的摆角要小于，否则摆球的运动就不能视为简谐运动了，故B错误；
C、实验时，应使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，从而减小实验误差，故C正确；
D、改变摆长重复实验时，摆线长度的变化尽量大一些，适当长一些，故D错误；
故选：。
摆球某次经过最低点开始计时并数，当摆球第次经过最低点停止计时，则摆球经过次全振动，由图乙可知单摆在次全振动所用的时间为：
则单摆的周期为：
根据单摆的周期公式可得：
结合图像的斜率可知：
解得：。
故答案为：；；
根据实验原理掌握正确的实验操作；
熟悉秒表的读数规则，并由此得出单摆的周期；
根据单摆的周期公式，结合图像的物理意义得出重力加速度的大小。
本题主要考查了单摆测量重力加速度的实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合单摆的周期公式即可完成分析。
14.【答案】 小于
【解析】解：用图甲中的螺旋测微器测量直径时，将电阻丝放在测砧与测微螺杆之间，先旋动旋钮，当测微螺杆快靠近物体时，再旋动微调旋钮，直到听见“喀喀”的声音，再扳动锁紧装置并读数，故AC错误，B正确。
故选：。
螺旋测微器的精度为，读数为：。
由于滑动变阻器的阻值比所测电阻的阻值小的多，所以滑动变阻器用分压式接法，待测电阻的阻值较小，所以电流表采用外接法，故补充完整的实物电路如图所示
滑动变阻器的滑片置于端，短路了工作电路，同时可以使电路的总电阻达到最大，可以起到保护电路的目的。
根据电阻定律，结合、，可得：
本实验采用的是外接法，通过该实验测得的电阻值小于真实值，故所测电阻率也小于真实值。
故答案为：、、；；；见解析；；；小于
根据螺旋测微器的使用方法及精度读数；
根据滑动变阻器及待测电阻阻值大小连接实物图；
根据电阻定律解得电阻率，同时分析误差。
本题考查了金属丝电阻率的测量，解决本题的关键是理解实验原理，掌握滑动变阻器和电流表的接法。
15.【答案】解：根据甲的振动图像，，故甲的角速度，代入数据，故甲的振动方程；
甲、乙平衡位置的坐标分别为、。甲、乙之间只有一个波谷，故甲、乙之间距离，代入数据，故，所以波速，代入数据；
答：甲的振动方程；
波速。
【解析】根据振动图像找周期，再根据周期求角速度，确定振动方程；
根据题意，分析出，求波长，再求波速。
本题解题关键是分析出甲、乙之间的距离为，是一道中等题。
16.【答案】解：由光路图得
面的入射角为，面的折射角为，
，
根据，
解得
设光在该元件中的速度为，
由图可得射到的光程，由射到的光程为，
光在元件中的传播时间为，
代入数据得
答：单色光在元件中临界角的正弦值为
单色光在元件里的传播时间为
【解析】根据全反射临界角求得折射率；
根据题意做光的折射图，结合几何关系可求得传播时间。
本题考查折射定律，解题关键学会根据题意做出光路图，再根据全反射公式进行求解。
17.【答案】解：由分析可知，粒子从左侧面飞出时时间最长。根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力
粒子在磁场中运动的周期为
由几何知识可知，粒子在磁场中运动的圆心角为，根据时间与周期的关系
联立解得
；
根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力
解得
若从棱射出时，如图所示
由几何知识得
若从棱射出时，如图所示
由几何知识得
联立解得
；
设粒子离开电场时沿轴的速度为，粒子射出时的速度偏转了，故有
根据类平抛运动的规律有
，
可得
可知粒子恰好从棱射出。根据牛顿第二定律和运动学公式有
，
当右侧区域换成磁场时，由于水平位移变为原来的一半，所以电场中的运动时间也变为原来的一半，偏转位移
速度关系为
故有
粒子进入磁场时速度与轴的夹角为，有
设粒子在磁场中的运动半径为，则有
根据牛顿第二定律，洛伦兹力提供向心力有
联立解得
。
答：粒子在磁场中运动的最长时间为；
粒子速度大小的取值范围为；
电场强度为。
【解析】根据牛顿第二定律、几何知识和周期公式联立求解粒子在磁场中运动的最长时间；
根据牛顿第二定律求解速度的表达式，根据几何知识求解粒子在磁场中运动的轨道半径，代入速度的表达式即可求解粒子速度大小的取值范围；
电场中根据类平抛运动的规律求解粒子进入磁场的速度和方向，磁场中根据几何知识求解轨道半径，联立据牛顿第二定律求解电场强度。
本题考查带电粒子在电场和磁场的组合场中的运动，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。
18.【答案】解：设小球落到点时速度为，则
碰后速度
即
方向指向右上方，与水平方向成角。
小球与滑块碰撞前的速度
设碰后小球速度为，滑块速度为，则由动量守恒和机械能守恒
碰后滑块与木板间的滑动摩擦力
木板受平台的最大静摩擦力
故木板静止不动。设滑块与木板相碰前速度为，由动能定理
设滑块与木板碰后两者速度分别为和，则
解得
，
滑块与木板碰前运动的时间，故
从碰后到二者共速，对滑块和木板分别由动量定理
共速后两者一起匀减速运动直至停止，设用时，则
桌面对木板冲量的大小为
解得
方向水平向左。
答：小球与斜面碰撞后速度为，方向指向右上方，与水平方向成角。；
滑块与木板发生碰撞后两个物体速度的大小分别为，；
整个过程桌面对木板摩擦力的冲量为，方向水平向左。
【解析】根据自由落体运动规律解得碰撞前的速度，根据题意可知碰撞后的速度；
根据动量守恒定律结合功能关系分析解答；
从碰后到二者共速，对滑块和木板分别由动量定理分析解答。
本题考查动量与能量的综合应用，解题关键掌握滑块的运动情况分析，注意动量的矢量性。
第1页，共1页