湖南省益阳博雅高级中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题（含答案）

博雅高级中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（6*4=24分）
1．下列有关光现象的说法中正确的是（　　）
A．在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越短，衍射现象越明显
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波
2．某研究小组通过实验测得两滑块碰撞前后运动的实验数据，得到如图所示的位移—时间图像。图中的线段a、b、c分别表示沿光滑水平面上同一条直线运动的滑块Ⅰ、Ⅱ和它们发生正碰后结合体的位移随时间的变化关系。已知相互作用时间极短。由图像给出的信息可知，下列说法错误的是（　　）
A．碰前滑块Ⅰ与滑块Ⅱ的速度大小之比为7：2 B．碰前滑块Ⅰ的动量比滑块Ⅱ的动量小
C．碰前滑块Ⅰ的动能比滑块Ⅱ的动能大 D．滑块Ⅰ的质量是滑块Ⅱ的质量的
3．如图所示为同一地点的两个单摆甲、乙的振动图像，下列说法正确的是（　　）
A．甲单摆的周期大于乙单摆的周期 B．在时有正向最大加速度的是甲摆
C．甲单摆的摆长约为2米 D．甲单摆的机械能大于乙单摆的机械能
4．如图，①②③④各图中匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，电荷量均为q。以、、、依次表示四图中带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的大小，则（　　）
A． B． C． D．
5．如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线);S1的振幅A1=4 cm,S2的振幅A2=3 cm,则下列说法正确的是( )
A．质点D是振动减弱点 B．质点A、D在该时刻的高度差为14 cm
C．再过半个周期,质点B、C是振动加强点 D．质点C的振幅为7 cm
6．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．要增大带电粒子射出时的动能，需增大电场的加速电压
B．粒子是从电场中获得能量的 C．粒子在磁场中的转速越来越大
D．只要磁感应强度及D形金属盒半径趋于无限大，粒子获得的能量就可以无限大
二、多选题（4*5=20分，选对不全的得3分，选错或不选的得0分）
7．如图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x=1m处的质点，Q是平衡位置为x=4m处的质点，图乙为质点Q的振动图像，则（　　）
A．t=0.15s时，质点Q的加速度达到正向最大
B．t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向
C．从t=0.10s到t=0.25s，该波沿x轴正方向传播了6m
D．从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30cm
8．如图所示，质量为1kg的滑块静止在光滑的水平面上，滑块的弧面光滑，底部与水平轨道相切，一个质量为2kg的小球以3m/s的初速度滑上滑块，已知小球不能越过滑块，g取10m/s2。则（　　）
A．小球滑到滑块最高点时，小球的速度大小为零
B．小球滑到滑块最高点时，滑块的速度大小为2m/s
C．小球滑到滑块最高点时上升的高度为0.15m
D．滑块所能获得的最大速度为4m/s
9．如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的A点，入射角为i，则（　　）
A．当i足够大时，在A点将发生全反射
B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射
C．无论i多大，在A点都不会发生全反射
D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
10．磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用．图甲是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成．模型原理简化如图乙所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.2m、c=0.10m，工作时，在通道内沿z轴正方向加B=6.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U=200V，海水沿y轴方向流过通道，已知海水的电阻率，则（　　）
A．船静止时，接通电源瞬间通道内电阻R=20
B．船静止时，接通电源瞬间通道内电流大小I=1000A
C．船静止时，接通电源瞬间推进器对海水推力大小F=120N
D．船匀速前进时，若以船为参考系，通道内海水速率v=5.0m/s，则由于海水相对船体运动而产生的感应电动势
三、实验题（每空2分，共22分）
11．某实验小组利用图装置测量重力加速度。摆线上端固定在点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。
（1）关于本实验，下列说法正确的是 。（多选）
A．小钢球摆动平面应与光电门形平面垂直 B．应在小钢球自然下垂时测量摆线长度
C．小钢球可以换成较轻的橡胶球 D．应无初速度、小摆角释放小钢球
（2）组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度，用螺旋测微器测量小钢球直径。螺旋测微器示数如图，小钢球直径 ，记摆长。

（3）多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长对应的小钢球摆动周期，并作出图像，如图。
根据图线斜率可计算重力加速度 （保留3位有效数字，取9.87）。
（4）若将摆线长度误认为摆长，仍用上述图像法处理数据，得到的重力加速度值将 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
12．（一）在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，下列说法中正确的是 。
A．干涉条纹与双缝垂直
B．单缝和双缝应相互平行放置
C．若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样
D．想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以将单缝向双缝靠近
（2）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为 mm。

（3）已知双缝间距d为2.0×10﹣4m，测得双缝到屏的距离L为0.600m，求所测量光的波长为 m（结果保留三位有效数字）。
（二）．某同学用“插针法”测一玻璃砖的折射率。
（1）在木板上平铺一张白纸，并把玻璃砖放在白纸上，在纸上描出玻璃砖的两条边界。然后在玻璃砖的一侧竖直插上两根大头针P1、P2，透过玻璃砖观察，在玻璃砖另一侧竖直插大头针P3时，应使P3挡住 ，用同样的方法插上大头针P4。
（2）在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作一半径为5.00cm的圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示。测得AC=4.00cm，BD=2.80cm，则玻璃的折射率n= （结果保留两位小数）。
（3）如图乙所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）如上图丙所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射：当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行，则玻璃砖的折射率为 。
四、解答题（10+12+12=34分）
13．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ倾斜放置，导轨平面与水平面的夹角θ=30°，两导轨间距L=1.0m，底端NQ两点连接R=1.0Ω的电阻，匀强磁场方向垂直于导轨所在平面向上，磁感应强度大小为B=0.6T，质量m=0.2kg、阻值r=0.5Ω的导体棒垂直于导轨放置，在平行于平面向上的拉力F作用下沿导轨向上做匀速直线运动，速度v=10m/s。撤去拉力F后，导体棒沿导轨继续运动x=2.0m后速度减为零。运动过程中导体棒与导轨始终垂直并接触良好，g=10m/s2，导轨电阻不计。求：
（1）拉力F的大小；
（2）撤去拉力F后导体棒继续沿导轨上滑的过程中电阻R产生的焦耳QR和通过电阻R的电荷量q。
14．一列简谐横波沿x方向传播，如图所示，其中实线和虚线分别为t=0和t=0.5 s两时刻的波形图，坐标为x=8 m处的质点在t=0时刻运动方向沿y轴负方向．
(1)判断这列波的传播方向；
(2)如果T>0.5 s，求波速；
(3)如果T<0.5 s，求波速的所有可能值．
15．如图所示，一轻质弹簧两端连着物体A和B，放在光滑的水平面上，物体A被水平速度为v0的子弹击中，子弹嵌在其中，已知物体A的质量是B的质量的，子弹的质量是B的质量的。求：
（1）A物体获得的最大速度；
（2）弹簧压缩量最大时B物体的速度；
（3）运动过程中B的最大速度。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】A．法拉第创造性的在电场中引入了电场线，选项A错误；
B．奥斯特发现了电流的磁效应，选项B正确；
C．英国物理学家阿斯顿发明质谱仪，选项C错误；
D．1930年欧内斯特 奥兰多 劳伦斯提出回旋加速器的理论，1932年首次研制成功。故D错误 故选B.
2．C
【详解】A．根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A错误；
B．根据 可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B错误；
C．光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确；
D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。
故选C。
3．A
【详解】A.由x-t图像的斜率可得，碰前滑块Ⅰ与滑块Ⅱ速度分别为
速度大小之比为 A错误；
BD.碰后的速度为
由动量守恒定律知，碰前滑块Ⅰ的动量比滑块Ⅱ的动量小，由
解得 BD正确；
C.因为m1>m2 C正确；
本题选择错误的选项，故选A。
4．B
【详解】A．由图像可知，甲单摆的周期等于乙单摆的周期，选项A错误；
B．在时乙摆的位移为零，加速度为零；甲摆的位移负向最大，则甲摆有正向最大加速度，选项B正确；
C．甲单摆的周期为2s，根据 可得，摆长约为1米，选项C错误；
D．两摆球的质量关系不确定，则不能比较两摆的机械能关系，选项D错误。 故选B。
5．B
【详解】由图可知洛伦兹力的大小分别为
，
，
故 故选B。
6．B
【详解】图是两列频率相同的相干水波于某时刻的叠加情况，实线和虚线分别表示波峰和波谷，则D点是波谷与波谷相遇点，A是波峰与波峰相遇点，B、C两点是波峰与波谷相遇点．则A、D两点是振动加强的，且B、C两点是振动减弱的
A项：质点D是振动加强点，故A错误；
B项：s1的振幅A1=4cm，S2的振幅A2=3cm，质点A是处于波峰叠加位置，相对平衡位置高度为7cm，而质点D处于波谷叠加位置，相对平衡位置为-7cm，因此质点A、D在该时刻的高度差为14cm，故B正确；
C项：B、C两点是振动减弱点，再过半个周期，质点B、C是振动仍是减弱点，故C错误；
D项：质点C是波峰与波谷的叠加点，则其合振幅为1cm，故D错误．
点晴：两列频率相同，振幅不同的相干波，当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，则振动情况相同时振动加强；振动情况相反时振动减弱，从而即可求解．
7．B
【详解】A．由洛伦兹力提供向心力，则有 解得
则动能
则知带电粒子的最大动能与加速的电压无关，狭缝间的距离无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关，增大磁感应强度和D形盒的半径，可以增加粒子的动能，A错误；
B．带电粒子受到的洛伦兹力对粒子不做功，粒子是在电场中加速，获得能量的，B正确；
C．由洛伦兹力提供向心力，则有 解得
可得粒子的周期或者转速和速度无关，即转速不变，C错误；
D．根据相对论可知，粒子获得的能量不能无限大，D错误； 故选B。
8．AB
【详解】A．t=0.15s时，由图乙知质点Q的位移达到负向最大，则可知其加速度达到正向最大，故A正确；
B．由图乙知，在t=0.10s时，Q点在平衡位置沿y轴负方向运动，则由“波形平移法”可以推断波沿x负方向传播。t=0.10s时，质点P沿y轴正方向运动，由图乙知波的周期为
则t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向，故B正确；
C．从t=0.10s到t=0.25s时间内，所经历的时间
由图甲知波长
则波沿x轴负方向传播了 故C错误；
D．从t=0.10s到t=0.25s时间内，所经历的时间
由于质点P先向上接近波峰与向下接近波谷时速度较小，且在这段时间内质点P通过的路程小于质点P从平衡位置起在0.15s内通过的路程
所以，质点P从t=0.10s到t=0.25s时间内，经过的路程
故D错误。故选AB。
9．BCD
【详解】ABC．小球与滑块组成的系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，小球到达最高点时小球与滑块的水平速度相等，设为v，设小球上升的最大高度为h，小球的初速度v0=3m/s，小球质量m=2kg，滑块质量M=1kg，以向右为正方向，在水平方向，由动量守恒定律得
整个过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得
代入数据解得v=2m/s，h=0.15m 故A错误，BC正确；
D．小球与滑块分离时滑块的速度最大，设此时小球的速度为v1，滑块的速度为v2，系统水平方向动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
代入数据解得 故D正确。故选BCD。
10．CD
【详解】光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A点由空气进入介质球，肯定不能发生全反射。在图中，对于球上任意一点，球面法线一定过圆心，设r为光从A点射入时的折射角，为光从B点射出时的入射角，它们为等腰三角形的两底角，因此有
根据折射定律得
即随着i的增大，r增大，但r不能等于或大于临界角C，故也不可能等于或大于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射，在B点的反射光射向D点，从D点射出时也不会发生全反射。
故选CD。
11．CD
【详解】A．船静止时，接通电源瞬间通道内电阻，根据电阻定律有：
故A错误；
B．接通瞬间的电流大小根据欧姆定律可知：
故B错误；
C．根据安培力的公式有：
故C正确；
D．由题意知感应电动势为;
故D正确．
12． ABD 20.035 9.87 不变
【详解】（1）[1]A．使用光电门测量时，光电门形平面与被测物体的运动方向垂直是光电门使用的基本要求，故A正确；
B．测量摆线长度时，要保证绳子处于伸直状态，故B正确；
C．单摆是一个理想化模型，若采用质量较轻的橡胶球，空气阻力对摆球运动的影响较大，故C错误；
D．无初速度、小摆角释放的目的是保持摆球在竖直平面内运动，不形成圆锥摆，且单摆只有在摆角很小的情况下才可视为简谐运动，使用计算单摆的周期，故D正确。
故选ABD。
（2）[2]小钢球直径为
（3）[3]单摆周期公式
整理得
由图像知图线的斜率
解得
（4）[4]若将摆线长度误认为摆长，有
则得到的图线为
仍用上述图像法处理数据，图线斜率不变，仍为，故得到的重力加速度值不变。
13． BC/CB 13.865 7.70×10﹣7
【详解】（1）[1]A．干涉条纹与双缝平行，故A错误；
B．单缝和双缝应相互平行放置，故B正确；
C．若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样，故C正确；
D．想增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹间距减小；根据条纹间距公式Δxλ
可知，可以将双缝的距离d增大，或将双缝到屏的距离L减小，或换用波长更小的光做该实验；单缝向双缝靠近，不会改变条纹间距，不会改变目镜中观察到的条纹个数，故D错误。
故选BC。
(2)[2]螺旋测微器的最小分度值为0.01mm，图乙中手轮上的示数为
x2=13.5mm+36.5×0.01mm=13.865mm
(3)[3]图甲所示螺旋测微器示数为x1=2mm+32.0×0.01mm=2.320mm
条相邻纹间距为
由Δxλ
得，所测光的波长为
14． P2、P1的像 1.43 偏大
【详解】（1）[1]在木板上平铺一张白纸，并把玻璃砖放在白纸上，在纸上描出玻璃砖的两条边界，然后在玻璃砖的一侧竖直插上两根大头针P1、P2，透过玻璃砖观察，在玻璃砖另一侧竖直插大头针P3时，应使P3挡住P1、P2的像，用同样的方法插上大头针P4。
（2）[2]根据折射定律有
（3）[3]在实验过程中，画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中的O′Q所示，而作图光线如图中OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。
（4）[4]作出光路图如图所示
设OP=x，在A处发生全反射有
由于出射光与入射光平行，所以在B处有
联立解得
15．（1）3.4N；（2），0.8C
【详解】（1）由受力平衡条件可得
解得
（2）撤去拉力后由能量守恒可得
解得
所以
通过电阻R的电荷量q为
16．(1)沿x轴正方向；(2)4 m/s；(3)4(4n+1) m/s(n=1,2,3…)
【详解】(1)根据x=8 m处的质点在t=0时刻的运动方向可判定，该简谐横波的传播方向沿x轴正方向．
(2)由图知，该波的波长
设该简谐横波中质点的振动周期为T(T>0.5s)，根据题目所给信息可得：
实线波形到形成虚线波形波传播距离为，经过时间．则
所以
根据公式
可得
(3)若，则 (n=1，2，3…)
解得 (n=1，2，3…)
根据公式
可得波速的所有可能值为 (n=1，2，3…)．
17．(1)；(2)；(3)
【详解】(1)当子弹射入并留在A中时，A获得的速度最大，设B的质量为m，A的质量为，子弹质量为，据动量守恒定律可得
解得
(2)当A（含子弹）与B速度相等时，弹簧压缩量最大，据动量守恒定律可得
解得
即弹簧压缩量最大时B物体的速度为。
(3)当弹簧再次恢复原长时B的速度最大，设此时A（含子弹）与B的速度分别为v3、v4，从子弹射入A后到弹簧恢复原长过程，据动量守恒定律、机械能守恒定律可得
联立解得 ，
即运动过程中B的最大速度为