河北省保定市唐县2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题（含答案）

保定市唐县2023-2024学年高二下学期3月月考
物理
全卷满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、班级、考场号、座位号、考生号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1.我国计划在2030年前实现登陆月球。假设宇航员登月后用细绳栓接金属球做成单摆，测量出摆长和周期，根据测量物理量可以计算（ ）
A.万有引力常量G B.月球表面重力加速度g
C.月球的质量M D.月球的密度ρ
2.电容话筒是录音棚中最常用设备。它比动圈和铝带更灵敏、高频延伸更广，细节更丰富。一种电容式话筒的采集端原理图如图所示，当声波密部靠近振膜时振膜产生向右的形变，疏部靠近振膜时振膜产生向左的形变。已知振膜和背板均为导体，不采集声音时电容器电荷量稳定。下列说法正确的是（ ）
A.不采集声音时a点电势高于b点电势
B.不采集声音时b点电势高于a点电势
C.当密部靠近时a点电势高于b点电势
D.当密部靠近时b点电势高于a点电势
3.如图所示的LC振荡电路，电感线圈竖直放置。该时刻电容器a极板带正电荷，b极板带负电荷，电流方向如图中箭头方向所示，则该时刻（ ）
A.电感线圈中磁场的方向竖直向下
B.电感线圈中磁场的磁感应强度在减弱
C.电路中的电流在变大
D.电容器两极板间的电场强度在减弱
4.如图所示，质量为3m的小球Q静止在光滑水平地面上，质量为m的小球P以速度v0向小球Q运动，两小球发生正碰后，小球P的动能用Ek1表示，小球Q的动能用Ek2表示，则下列表达式可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
5.如图边长为L=1.0m的等边三角形处于匀强电场中，电场方向与三角形所在平面平行。将电荷量的粒子从A点移动到B点，电场力做功为；若将该粒子从C点移动到B点，粒子电势能减小2J。则匀强电场的电场强度大小为（ ）
A. B. C. D.
6.如图所示为一含有理想变压器的电路，原、副线圈匝数之比为，定值电阻，R为滑动变阻器，U为正弦交流电源，输出电压有效值恒定。已知当滑动变阻器接入电路的阻值为0和7.5Ω时，变压器的输出功率相等，则电路中定值电阻R2的阻值为（ ）
A.12.5Ω B.7.50Ω C.5.0Ω D.2.5Ω
7.如图为通过磁场和电流控制导体棒运动的装置。两根光滑平行且足够长的导轨水平放置，间距为L，空间中存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m，长度为L的导体棒垂直导轨静止放置，与导轨接触良好。从t=0时刻起，给导体棒接通如图所示周期性变化的电流。图示中ba方向为电流正方向。下列说法正确的是（ ）
A. T0时刻导体棒速率最大
B. T0时刻导体棒返回到出发位置
C. 0—T0时间内导体棒向右运动的位移为
D. 0—T0时间内导体棒向左运动的位移为
8.如图所示为交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为0.02T，线圈匝数为50匝，面积为100cm2，总电阻为0.2Ω，线圈外接定值电阻的阻值为0.8Ω，电压表为理想交流电压表。线圈以50rad/s的角速度匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A.线圈在图示位置时，线圈的磁通量大小为
B.线圈在图示位置时，电压表的示数为0
C.回路中的电流最大值为0.5A
D.定值电阻R消耗的电功率为0.1W
9.如图甲所示，质量为2kg的物块静止放置在水平地面上，物块与地面之间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现对物块施加一水平方向的拉力F，拉力大小随时间变化关系如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A.在0~4s内，重力对物块的冲量大小为0
B.在0~4s内，拉力F对物块的冲量大小为40N s
C.在0~4s内，摩擦力对物块的冲量大小为30N s
D.在t=4s时刻，物块的速度大小为4m/s
10.如图，宽度为L的光滑金属框架固定于水平面内，左端与阻值为R的定值电阻连接，处在磁感应强度大小B，方向垂直纸面向下的匀强磁场中。将质量m，电阻可忽略的金属棒ab静止放置在框架上，并与框架接触良好。给金属棒施加水平向右拉力F，使金属棒做匀加速运动，t时间内位移为s，此时撤掉外力。导轨电阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A.拉力F逐渐增大
B.拉力F做功为
C.撤掉F后至导体棒停止运动，导体棒运动位移为
D.撤掉F后至导体棒停止运动，导体棒运动位移为
二、非选择题：本题共5题，共54分。
11.（8分）某同学用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。将小球A从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复多次实验，做出能圈出所有压痕的最小的圆，圆心即为P点；再把另一与A等直径的小球B静止放置在斜槽轨道末端，让小球A仍从原固定点由静止开始滚下与小球B相碰后，按照确定P点方法，确定落点M和N。O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点。实验中空气阻力的影响很小，可以忽略不计。
（1）除了图中实验器材和刻度尺外，为完成本实验还必须使用的测量仪器有 ；
（2）为减少实验误差，实验装置中斜槽 （填“需要”或“不需要”）光滑；
（3）为减少实验误差，小球A的质量应 （填“大于”或“小于”）小球B的质量；
（4）在某次实验中，测量出A、B两个小球的质量m1、m2。记录落点位置与O点距离OM、OP、ON的长度。在实验误差允许范围内，若满足关系式 （用测量的量表示），则可以认为A、B两球碰撞前后总动量守恒。
12.（8分）如图甲为简易多用电表原理图，表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆挡。
（1）如果多用电表当做量程5V直流电压表，选择旋钮应接通 （填“1”“2”或“5”下同）；如果多用电表当做量程1mA直流电流表，选择旋钮应接通 ；
（2）为制作多倍率的欧姆表，采用如图乙结构，R0为调零电阻，Rm13.（8分）如图所示，质量为m的小球P用轻质弹簧悬挂在天花板上，弹簧的劲度系数为k。另一质量为2m的小球Q用细线拴接在小球P上，初始时两小球保持静止状态。t=0时刻，剪断两小球之间的细线，在t0时刻小球P第一次运动到最高点，重力加速度为g，取竖直向上为正方向，求：
（1）小球P的周期、振幅和振动方程；
（2）弹簧第一次恢复到原长时的时刻。
14.（14分）动量守恒定律是实验规律，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子。运用动量守恒定律解决二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究。
（1）如果质量分别为m1、m2的球1和球2构成的系统，不考虑系统的外力作用。如图甲球1以速度v0与静止的球2碰撞，发生弹性正碰，求碰后球1和球2的速率；
（2）在（1）问中如果，求在碰撞中球2能获得的最大速率；
（3）如果质量分别为m1、m2的球1和球2构成的系统，不考虑系统的外力作用。球1以速度v0与静止的球2发生非对心碰撞，碰后瞬间两球速度方向如图乙所示，且夹角恰好为90°，不计能量损失。求m1与m2的比值。
15.（16分）如图是离子控制器工作原理示意图。装置由加速电场、电磁分析器、偏转电场和偏转磁场组成。各组件中心截面均分布在坐标平面xOy。加速电场在第三象限，带正电离子自O点由静止释放，自A点垂直x轴进入电磁分析器。电磁分析器截面是内外半径分别为和的四分之一圆环，圆心均处在坐标原点，电磁分析器所处区域可以周期性的加入垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B（已知），或者指向坐标原点的辐向电场，离子进入分析器位置和射出位置到圆心等距，且无论是电场还是磁场，离子均在该区域做半径为R的圆周运动。第一象限存在沿y轴负向的匀强电场，离子第一次穿越x正半轴时速度方向与x轴正方向夹角为45°。第四象限存在垂直纸面的匀强磁场。整个系统置于真空中，已知离子离开第二象限时速度为v，不计离子重力。
（1）求电磁分析器中的离子轨迹所处区域的电场强度E与磁感应强度B之比和离子的比荷；
（2）求第一项象限匀强电场的电场强度；假设第四象限磁场方向垂直纸面向外，为使离子不再次穿过y轴，第四象限磁场磁感应强度的最小值；
（3）如果第四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，在区域磁感应强度为；在，磁感应强度为，区域磁感应强度为B，……，区域磁感应强度为，水离子第二次穿越x正半轴之前，在运动过程中离x轴的最大距离。
物理答案
1.B 解析：根据单摆周期公式，测量摆长L和周期T，可以计算月球表面的重力加速度g。B正确。故选B。
2.C 解析：不采集声音时，电容器完成充电，电路无电流，a和b点等势，当密部靠近时电容器充电，a点电势高于b点电势。C正确。故选C。
3.B 解析：由电流方向可知，正电荷正在流向a极板，a极板的电荷变多，所以该状态电容器在充电，两极板间的电场强度在增强，电路中电场的能量在增强，磁场的能量在减弱，电路中的电流在减小，电感线圈中磁场的磁感应强度在减弱，B正确，C错误，D错误；根据安培定则，可知线圈中的磁场方向竖直向上，A错误。故选B。
4.A解析：两小球若发生弹性碰撞，动量守恒有，机械能守恒，解得，，若两小球发生完全非弹性碰撞，动量守恒有，解得，所以碰后小球P的速度满足，小球Q的速度满足，所以 ，A正确。故选A。
5.A 解析：，正电荷自C到B电势能减少，电场力做正功，所以，因此A和BC中点等势，电场线沿CB方向，电场强度。A正确。故选A。
6.D 解析：将原线圈等效为定值电阻r，则有，副线圈回路的阻值，理想变压器有，，解得，理想变压器的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率，即等效电阻r上消耗的电功率，当R=0时，有，当时，有，解得，D正确。故选D。
7.D 解析：，导体棒受到向左的安培力。加速度为，末速度为，该过程位移，时间内导体棒向左减速，加速度为，减速时间为，导体棒末速度为零，A、B错误；该过程导体棒位移，导体棒时间内导体棒向左运动的位移为，D正确。故选D。
8.ACD 解析：线圈在图示位置时，磁场方向与线圈平面垂直，磁通量大小为，A正确；交流电压表显示的路端电压的有效值，不为0，B错误；回路中产生的电动势最大值为，回路中的电流最大值为，C正确；定值电阻R消耗的电功率为，D正确。故选A、C、D。
9.BC 解析：在0~4s内，重力对物块的冲量大小为，A错误；拉力F对物块的冲量大小为，B正确；摩擦力对物块的冲量大小为，C正确；水平方向由动量定理可知，解得v=5m/s，D错误。故选B、C。
10.AC 解析：对金属棒受力分析，根据牛顿第二定律，速度增大，拉力F逐渐增大，A正确；设克服安培力做功为W克，根据动能定理，B错误；根据动量定理，解得，C正确，D错误。故选A、C。
11.答案：（1）天平（2分）
（2）不需要（2分）
（3）大于（2分）
（4）（2分）
解析：（1）根据动量守恒定律需要测量小球质量，因此需要天平；
（2）碰撞过程与轨道光滑与否无关；
（3）碰撞过程小球A的质量大于B的质量，小球A不反弹，轨道摩擦不影响实验；
（4）若两球相碰前后的动量守恒，则，球在空中的运动时间t相等，则：，，代入得：。
12.答案：（1）5（2分） 2（2分）
（2）×10（2分） 300（2分）
解析：（1）选择开关接通1为较大量程电流表，2为较小量程电流表，3为欧姆表，4为较小量程电压表，5为较大量程电压表；
（2）内阻大，倍率大，因为Rm13.答案：（1）振幅 周期为
振动方程为
（2）
解析：（1）剪断细线后，小球P做简谐运动，小球Q做自由落体运动。小球P做简谐运动到平衡位置时，弹簧的伸长量为
初始静止时，弹簧的的伸长量为
所以小球P的振幅为
根据简谐运动的规律可知，小球P从最低点运动到最高点的时间为
所以小球P的周期为。
取向上为正方向，小球P初始位置在最低点，所以小球的初始相位为
小球P的振动方程为
（2）由简谐振动的规律可知，弹簧原长时，小球P离平衡位置的位移为
由振动方程可知
14.答案：（1）
（2）2v0
（3）1∶l
解析：（l）根据动量守恒定律
根据能守恒
解得
（2）根据（1）问结果
当时
（3）沿m1入射方向和垂直入射方向建立坐标系，设v1与x轴夹角为θ，v2与x轴夹角为β
沿y轴方向动量守恒，则有
沿x轴方向动量守恒，则有
根据机械能守恒定律
因为
又因为
所以
15.答案：（1）
（2）
（3）
解析：（1）根据题意离子在电磁分析器中做圆周运动，半径为
当电场存在时，电场力提供向心力
当磁场存在时，洛伦兹力提供向心力
，
所以
（2）离子穿过x轴速度方向与x轴成45°，
所以沿y方向速度也为v
该过程水平方向位移
竖直方向位移
所以水平方向位移
电场强度
为使离子不自y轴离开，根据几何关系可得
其中
综上解得
（3）离子第一次穿过x轴水平速度为v，竖直方向速度也为v，当距离x轴最远时，离子速度与x轴平行，速度为
选取刚进人磁场的很短时间，离子竖直方向分速度产生水平方向洛伦兹力，该力产生的冲量等于水平方向的动量变化，根据动量定理
进行求和
带入数据
所以
设粒子在区域沿y轴方向位移为，则有
带入数据
所以距离x轴最大距离