山东省青岛第九中学2023-2024学年高二下学期期初考试物理试卷（含解析）

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青岛九中2023—2024学年度第二学期期初检测
高二物理学科试题
2024.3
注意事项：
1．本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分。第Ⅰ卷为选择题，共46分；第Ⅱ卷为非选题，共54分，满分100分，考试时间为90分钟。
2．第Ⅰ卷共4页，其中1-7小题为单选题，8-10小题为多选题。请将选出的答案标号（A、B、C、D）涂在答题卡上。第Ⅱ卷共4页，将答案用黑色签字笔（0.5mm）写在答题卡上。
第Ⅰ卷
一、单选题（本题共7小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。每小题4分，共28分。）
1．如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，并随即沿斜面滑下。则（ ）
A．小孩推出冰块过程，小孩和冰块系统动量不守恒
B．冰块在斜面上运动过程，冰块和斜面体系统水平方向动量守恒
C．冰块从斜面体下滑过程，斜面体动量减少
D．冰块离开斜面时的速率与冲上斜面前的速率相等
2．我国超远距离输电技术世界领先，白鹤滩——江苏输电工程全长，采用千伏特高压直流输电，如图为白鹤滩——江苏输电线路中3根水平导线a、b、c，3根导线互相平行且间距相等，其中a、b导线位于同一水平面内，3根导线流过的电流大小关系为，方向如图。已知通电直导线周围磁场磁感应强度大小（r为磁场中某点到直导线的距离，k为常数），下列说法正确的是（ ）
A．a、c两根导线相互吸引
B．b、c两根导线对a的安培力方向竖直向下
C．a、b两根导线对c的安培力方向竖直向下
D．图中三角形中心处的磁场磁感应强度为零
3．如图，回旋加速器两个D形金属盒分别与高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源A位于盒的圆心，两D形盒的半径为R，两盒间的狭缝很小。粒子源释放的粒子电荷量为q，质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．所接交流电源的频率
B．粒子加速后获得的最大动能
C．若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能也增大
D．若两盒间加速电压为U，则粒子从释放到离开出口所需时间为
4．如图，条形磁铁竖直放置，磁铁固定不动，在磁铁正上方有一个金属圆环，圆环轴线与磁铁轴线重合。现让圆环由静止开始下落，圆环最终通过磁铁远离磁铁而去。图中圆环的虚线位置为圆环经过磁铁中点O时的中间位置，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．圆环通过磁铁过程中，圆环的机械能先减小后增大
B．圆环经过中间位置时，其加速度等于g，穿过圆环的磁通量变化率最小
C．圆环向中间位置运动过程中，圆环加速度小于g，圆环有沿径向扩大的趋势
D．圆环从中间位置向下运动过程中，圆环加速度小于g，圆环有沿径向收缩的趋势
5．如图甲，某实验小组用电压传感器研究电感线圈特性，图甲中三个灯泡相圆，灯泡电阻不变。闭合开关S，当电路达到稳定状态后再断开开关，与传感器相连的电脑记录的电感线圈L两端电压U随时间t变化的图像如图乙所示。不计电源内阻及电感线圈L的直流电阻，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中电压与的比值为3∶4
B．开关S闭合瞬间，、同时点亮
C．开关S断开瞬间，灯闪亮一下再逐渐熄灭
D．从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯的电流保持不变
6．如图所示，在直线MN上及其下方的半圆形区域内、外分别存在磁场方向垂直纸面向外和向里的匀强磁场。已知半圆的圆心为O，半径为r，M，O，N三点共线，N是圆外一点且。一质量为m，电荷量为q的带正电粒子从M点在纸面内沿MO垂直于磁场射入半圆中，第一次从A点（图中未画出）沿圆的半径方向射出半圆形区域后从N点垂直MN离开磁场区域。不计粒子重力，半圆内、外磁场的磁感应强度大小之比为（ ）
A．1∶2 B．1∶3 C．1∶4 D．1∶5
7．如图，足够长柱形绝缘直杆与水平面间夹角直杆处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场磁感应强度大小为B，杆上套有一个带电量为、质量为m的小球；小球孔径略大于杆的直径，球与直杆间的动摩擦因数。现将小球由静止释放，当小球下滑距离时其加速度最大，当球再下滑距离时其速度刚好达到最大，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．小球的最大加速度为
B．小球的最大速度为
C．小球下滑距离过程中克服摩擦力做的功
D．小球下滑距离过程中克服摩擦力做的功为
二、多项选择题（本题共3小题，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。每小题6分，共18分，全部选对得6分”，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
8．风能是一种清洁无公害可再生能源，风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，截至2023年底，中国风电装机容量接近4亿千瓦，位居世界第一。如图为某风力发电场向一学校供电线路图，发电场的输出功率为，输出电压为，用户端电压为，输电线总电阻，升压变压器原、副线圈匝数比，变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．降压变压器的匝数比
B．输电线上的电流为
C．该输电系统的输电效率为
D．深夜学校的角电器减少，输电线上损失的功率将变大
9．如图所示，水平方向的匀强磁场区域宽度为L，边长为L的正方形导体框，由磁场上方某一位置自由下落，穿过磁场。从ab边进入磁场开始，到cd边即将出磁场为止。线框始终位于与磁场方向垂直的竖直平面内，不计空气阻力，v、E、I、F分别表示导体框的速度、导体框产生的电动势、通过导体框的电流、导体框所受的安培力。则下列图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
10．如图甲，MN、PQ为两根间距为L的足够长固定平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间夹角，上端M、P间接一个阻值为R的定值电阻，两导轨间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，长为点E、质量为m的金属棒ab放置在导轨上。现将棒由静止释放，同时对棒施加一个沿导轨向下的恒定拉力F，当棒下滑距离d时，棒刚好达到匀速运动状态，此过程中棒的加速度大小随其速度变化的关系图像如图乙。重力加速度为g，金属棒及导轨电阻不计，棒始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是（ ）
A．拉为的大小
B．匀强磁场的磁感应强度
C．金属棒加速过程中通过棒某一截面的电量为
D．金属棒加速过程中，电阻R上产生的焦耳热
第Ⅱ卷
三、实验题（本题共2小题，共14分。）
11．（6分）某实验小组验证动量守恒定律。主要实验器材有：两个质量不同的滑块，天平，两个柤同轻质弹簧，两个压力传感器及其配件，气垫导轨及其配件。
（1）用天平测出两个滑块的质量，。
（2）用充气泵给气垫导轨充气，调节气垫导轨水平，并将两轻质弹簧水平固定在压力传感器上，如图甲所示。
（3）水平向右推滑块，使右侧弹簧适当压缩并锁定。压力传感器开始记录数据，同时开始计时，时刻释放。与发生碰撞后，向左运动并压缩左侧弹簧，返回再次压缩右侧弹簧。该过程中，两压力传感器A、B的示数随时间变化的图像如图乙中A、B所示。
（4）若弹簧弹力大小与形变量的关系如图丙所示：则释放m过程中，弹簧对做的功__________J。
（5）和组成的系统，碰撞前总动量__________，碰撞后总动量__________。实验相对误差__________，如果小于，则可认为动量守恒。（所有空均保留三位有效数字）
12．（8分）水的硬度是指水中钙、镁离子含量，水的硬度可以用水的电阻率来反映。某自来水厂的技术人员要通过测量水样的电阻率来判断水质是否达标，技术人员先将水样注入绝缘性能良好的圆柱形细直透明塑料管，再用圆形金属电极将管中水密封，如图甲所示。请回答下面问题：
（1）技术人员用游标卡尺测量塑料管的内径，读数如图乙，则塑料管的内径__________mm；
（2）技术人员用图丙所示电路来测量水样的电阻率，方法如下：
①调整电阻箱R的阻值，使灵敏电流表满偏，记录电阻箱的读R，并用刻度尺测量管中水柱长度L；
②改变管中水柱长度 重复步骤①，得到多组R、L值
③根据测得数据，以管中水柱长度L为横轴，以电阻箱读数R为纵轴，作图像，如图丁所示，图像中图线的纵、横截距分别为、，则水样的电阻率为__________（用d、、表示）；
（3）本实验中灵敏电流表的内阻对实验结果__________（选填“有”或“无”）影响，电源内阻r对实验结果__________（选填“有”或“无”）影响。
（4）本实验在操作中，如果发现在调整电阻箱R的阻值时灵敏电流表不能达到满偏，__________（选填“能”或“不能”）实现对水样电阻率的测量。
四、解答题（本题有3小题，共40分。13题10分，14题14分，15题16分。）
13．如图所示，运动员练习用头颠球。某一次足球由静止下落，被重新顶起，离开头部后竖直上升至处，已知足球与头部的作用时间为，足球的质量为，足球在空中时空气阻力为，大小不变，其他时间空气阻力不计。重力加速度g取，在此过程中，求：
（1）足球在空中时空气阻力对它的冲量；
（2）足球与头部作用过程中，合力对足球的冲量。
14．如图所示，在坐标系第一象限内有正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E，方向未知，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里；在第二象限的某个三角形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场（图中未画出）。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子以某一速度v（大小未知）沿与x轴负方向成角的方向从A点进入第一象限，在第一象限内做直线运动，而后从y轴上的C-点进入三角形磁场区域。一段时间后，粒子经过x轴上的D点且速度方向与x轴负方向成角。已知A点坐标为，D点坐标为，不计粒子所受的重力。求：
（1）匀强电场E的方向与x轴正方向的夹角的大小和粒子速度的大小；
（2）三角形区域内磁场的磁感应强度的大小；
（3）三角形区域磁场的最小面积。
15．如图所示，质量为m的物块A与质量为2m的物块B静置于光滑水平面上，B与一个水平轻质弹簧拴接。现使物块A获得水平向右的初速度，A与弹簧发生相互作用，最终与弹簧分离，全过程中弹簧始终处于弹性限度内。
（1）求两物块最终分离时各自的速度；
（2）在两物块相互作用过程中，求当物块A的速度大小为时弹簧的弹性势能；
（3）如果在物块B的右侧固定一挡板（挡板的位置未知，图中未画出），在物块A与弹簧分离之前，物块B与挡板发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后物块B以碰撞前的速率反向弹回；碰撞后的瞬间立即撤去挡板，求碰撞后的过程中弹簧最大弹性势能可能的取值范围。
高二物理学科（参考答案）
1．【答案】B【详解】A．小孩推出冰块过程，系统合外力为0，小孩和冰块系统动量守恒。故A错误；
B．冰块在斜面上运动过程，冰块和斜面体系统水平方向合外力为0，动量守恒。故B正确；
C．冰块从斜面体下滑过程，冰块对斜面体做功，速度增加，斜面体动量增加。故C错误；
D．冰块在斜面体上滑和下滑过程，斜面体对冰块做负功，速度减小，冰块离开斜面时的速率与冲上斜面前的速率不相等。故D错误。故选B。
2．【答案】B【详解】A．a、c两根导线电流反向，根据安培定则与左手定则，a、c两根导线相互排斥，A错误；
B．根据，，得，如图，则得，
则b、c两根导线对a的安培力方向竖直向下，B正确；
C．a、b两根导线对c的安培力均为排斥力，且大小相等，则a、b两根导线对c的安培力方向竖直向上，C错误；
D．如图三角形中心处的磁场磁感应强度不为零，D错误。故选B。
3．【答案】A【详解】A．根据回旋加速器的原理可知，所接交流电源的频率与粒子在磁场中做圆周运动的，频率相等，则所接交流电源的频率故A正确；
BC．根据洛伦兹力提供向心力，有得粒子加速后获得的最大速度大小为粒子加速后获得的最大动能等于可知，粒子离开出口时的动能与盒间的加速电压大小无关，若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能不变，故BC错误；
D．若两盒间加速电压为U，则有，则粒子从释放到离开出所需时间为故D错误。故选A。
4．【答案】B【详解】A．根据“来拒去留”，可知圆环在通过磁铁的过程中，所受安培力始终向上，安培力始终做负功，因此圆环的机械能始终减小，故A错误；
B．从上方接近中间位置时，穿过圆环的磁通量逐渐增加，通过中间位置再向下运动过程中，穿过圆环的磁通量又逐渐减小，因此在中间位置时，穿过圆环的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，回路中没有感应电流，不受安培力，加速度为g，故B正确；
C．圆环在靠近磁铁的过程中，穿过圆环的磁通量增加，圆环中有感应电流，受向上的安培方，加速度小于g，根据“增缩减扩”可知，圆环缩小的趋势；当圆环跨过磁铁上端磁极后，再向下运动的过程中，磁铁外的磁场和磁铁内部的磁场反向，圆环才有扩张的趋势，故C错误；
D．圆环从中间位置向下运动过程中，穿过圆环的磁通量逐渐减小，受向上的安培力，加速度小于g，当圆环离开磁铁后，再向下运动的过程中，根据“增缩减扩”，可知圆环有扩张的趋势，-故D错误。故选B。
5．【答案】A【详解】A．开关闭合瞬间，和串联，电压传感器测量两端电压，则稳定后，通过的电流为开关断开瞬间，自感电流与原电流等大，则得，A正确；
B．开关闭合瞬间，由于与线圈串联，线圈阻碍电流增大，则逐渐变亮，B错误；
C．和电流相等，则开关断开的瞬间，自感电流不会使闪亮，直接逐渐熄灭，C错误；
D．开关闭合瞬间，逐渐变亮，即电流逐渐增大，则的电流逐渐增大，D错误。故选A。
6．C【详解】根据题意，作出带电粒子在半圆内、外的运动轨迹如图设粒子在半圆内、外磁场中运动的轨道半径分别为、，由几何关系可知，与相似，则有解得，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有即，则，，解得，故选C。
7．【答案】D【详解】A．根据题意可知，当其加速度最大时，沿杆方向合力最大，摩擦力为零，此时，解得最大加速度，故A错误；
B．当速度最大时，合力为零，解得最大速度，故B错误；
C．小球下滑距离时，，解得，故C错误；
D．小球下滑距离过程中，解得，故D正确。故选D。
8．【答案】AC【详解】AB．由可得，升压变压器原线圈的电流为，
输电线上的电流为，升压变压器副线圈的电压为，
降压变压器原线圈的电压为，
降压变压器的匝数比，故A正确，B错误；
C．该输电系统的输电效率为，故C正确；
D．深夜用户的用电器减少，则降压变压器的输入功率减小，输入电流减小，输电线上损失的功率减小，故D错误。
9．ABC【详解】A．当导体框进入磁场时，导体框所受的安培力等于导体框的重力时，即，导体框将做匀速直线运动，故A符合题意；
B．导体框产生的电动势为当导体框进入磁场，导体框所受的安培力小于导体框的重力时，导体框将做加速度减小的加速运动，导体框产生的电动势逐渐增大，当导体框所受的安培力等于导体框的重力时，导体框将做匀速直线运动，导体框产生的电动势不变。导体框进入磁场时，ab边切割磁感线，导体框出磁场时，cd边切割磁感线，根据右手定则可知，导体框进入磁场时，导体框产生的电动势方向与导体框出磁场时，导体框产生的电动势方向相反，故B符合题意；
C．通过导体框的电流，当导体框进入磁场时，导体框所受的安培力大于导体框的重力时，导体框将做加速度减小的减速运动，通过导体框的电流逐渐减小，当导体框所受的安培力等于导体框的重力时，导体框将做匀速直线运动，通过导体框的电流不变。导体框进入磁场时，ab边切割磁感线，导体框出磁场时，cd边切割磁感线，根据右手定则可知，导体框进入磁场时，通过导体框的电流方向与导体框出磁场时，通过导体框的电流方向相反，故C符合题意；
D．导体框所受的安培力为，当导体框进入磁场时，导体框所受的安培力小于导体框的重力时，导体框将做加速度减小的加速运动，导体框所受的安培力逐渐增大，增加的越来越慢，故D不符合题意。故选ABC。
10．【答案】CD【详解】AB．根据题意，由图乙可知，当棒的速度为0是地，加速度为g，则有，
当棒的速度为时，加速度为0，则有感应电动势为，感应电流为，金属棒受到的安培力为，又有，解得，，故AB错误；
C．根据题意，由公式、和可得，金属棒加速过程中通过棒某一截面的电量为，故C正确；
D．根据题意，金属棒加速过程中，由能量守恒定律有，解得，故D正确。故选CD。
11．（6分）【答案】8 0.160 0.158
【解析】（4）[1]根据图丙中图像与横轴围成的面积表示弹簧对做的功，则有
（5）[2]设与碰撞前的速度大小为，根据动能定理可得，解得，
则和组成的系统，碰撞前总动量为
[3]由图丙可知弹簧的劲度系数为，
设与碰撞后的速度大小分别为、，右侧弹簧的最大压缩量为，左侧弹簧的最大压缩量为，
有图乙可知，，解得，，
根据动能定理可得；，
解得，，
则和组成的系统，碰撞后总动量为
[4]实验相对误差为
12．【答案】（1）5.80 （2） （3）无 无 （4）能
【详解】（1）由图乙可知，塑料管的内径为
（2）根据题意可知，每次调整电阻箱，均使电流表满偏，即电路的总电阻不变，
由图丁可知，当时，电阻箱的读数为，此时电路的总电阻为，
则有，整理可得，
结合图丁图像可得解得
（3）由（2）分析可知，本实验中灵敏电流表的内阻与电源内阻r对实验结果均无影响。
（4）由（2）分析可知，本实验在操作中，如果发现在调整电阻箱R的阻值时灵敏电流表不能达到满偏，只需每次调整电阻箱和水柱长度L时，让电流表达到相同数值即可，即保证每次调整电路的总电阻不变，实现对水样电阻率的测量。
13．答案（1）0； （2），方向竖直向上
【详解】（1）足球下落过程中有，解得，
根据动力学公式，解得，球上升过程中有，解得，
根据动力学公式，解得，足球在空中时，阻力对它的冲量为
（2）取竖直向上为正方向，足球与头部接触前的速度，
足球与头部接触后的速度，根据动量定理足球与头部作用过程中，
合力对足球的冲量为，
合力对足球的冲量方向竖直向上。
14．【答案】（1）；； （2）； （3）
【详解】（1）粒子在第一象限内做直线运动，速度的变化会引起洛伦兹力的变化，所以粒子必做匀速直线运动。这样，电场力和洛伦兹力大小相等，方向相反，电场E的方向与微粒运动的方向垂直，
由平衡条件有得
（2）粒子从C点进入第二象限的磁场中，粒子的运动轨迹如图所示，设粒子在第二象限做圆周运动的半径为R，由几何关系可得，由牛顿第二定律得，解得
（3）由图可知，C、F点应分别是粒子进入磁场和离开磁场的点，三角形磁场的最小区域应该是以切线AC、DF为邻边的等腰三角形CFG，CF为底边，由几何关系得，底边，高，所求磁场的最小面积为
15．【答案】（1）物块A的速度为，物块B的速度为；
（2）或； （3）
【详解】（1）物块A与物块B发生的是弹性碰撞，设物块A与弹簧分离时A、B速度分别为、，
则满足；；；
（2）在两物块相互作用过程中，当物块A的速度为水平向右时，B的速度为，
则；，
解得当物块A的速度大小为时，弹簧的弹性势能为，
当物块A的速度为水平向左时，B的速度为，
则；，
解得此时弹簧的弹性势能为
（3）设物块A与弹簧分离之前的某时刻，物块A的速度为，物块B的速度为，
则物块B与挡板发生碰撞前满足，物块B与挡板发生碰撞后，
当A、B两物块共速时弹簧弹性势能最大，
设为，则；，
解得弹簧弹性势能最大为，
由（1）知，所以当时，弹簧弹性势能最大值取得最大，即为，
当时，弹簧弹性势能最大值取得最小，即为，
所以弹簧最大弹性势能可能的取值范围为