2023-2024学年湖南省师范大学附属中学高二（下）期中考试物理试卷（含答案）

2023-2024学年湖南师范大学附属中学高二（下）期中考试物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.如图所示，甲为演示光电效应的实验装置，乙图为、、三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，丁图是铀核裂变图。以下说法正确的是( )
A. 若光为绿光，光可能是紫光
B. 用图甲所示的光电效应实验电路可以测得、
C. 若光光子能量为，照射某一个处于激发态的氢原子，可以产生种不同频率的光
D. 图丁核反应方程为，若该过程质量亏损为，则铀核的结合能为
2.室内足球运动的某次传球过程，足球在地面位置被踢出后落到位置，为空中达到的最高点，速度大小为，则
A. 足球在空中的最大水平速度为
B. 足球在位置和位置的动能相等
C. 与下落过程相比，足球在上升过程中重力势能变化快
D. 若在位置以大小为的速度水平向左抛出，足球将沿原轨迹返回位置
3.如图所示，坐标原点左右两边的介质不同，、为两列波的波源，两波源同时起振，某时刻，两列波分别沿轴传播到点、点，则下列说法正确的是
A. 两列波的起振方向相反
B. 两列波的波动频率相同
C. 两列波在处相遇
D. 两列波在轴负半轴叠加能形成稳定的干涉图样
4.如图甲所示，太阳系中有一颗“躺着”自转的蓝色“冷行星”天王星，周围存在着环状物质。为了测定环状物质是天王星的组成部分，还是环绕该行星的卫星群，假设“中国天眼”对其做了精确的观测，发现环状物质线速度的二次方即与到行星中心的距离的倒数即关系如图乙所示。已知天王星的半径为，引力常量为，以下说法正确的是( )
A. 环状物质是天王星的组成部分
B. 天王星的自转周期为
C. 关系图像的斜率等于天王星的质量
D. 天王星表面的重力加速度为
5.如图所示，一个小型交流发电机输出端连接在理想变压器的原线圈上，副线圈通过理想二极管接有电容的电容器和阻值的电阻，理想变压器匝数比。已知交流发电机内匀强磁场的磁感应强度，发电机线圈匝数，内阻不计且线圈面积是，发电机转动的角速度大小为，电压表是理想电表，下列说法正确的是( )
A. 电压表示数为 B. 电阻的电功率等于
C. 电容器上的电荷量为 D. 电容器上的电荷量为
6.如图所示，一个半径为的四分之一光滑球面放置在水平桌面上。球面上置一光滑均匀铁链，其端固定在球面的顶点，端恰与桌面不接触，单位长度质量为，重力加速度为。试求铁链端所受的拉力( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出不同颜色的光和光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由、两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色见图乙。设光的折射率为，则下列说法正确的是( )
A. 在水中，光的波长比光的大
B. 在水中，光的传播速度比光的小
C. 复色光圆形区域的面积为
D. 在同一装置的双缝干涉实验中，光的干涉条纹相邻亮条纹间距比光的窄
8.如图所示，立方体的两个顶点，分别固定电荷量为的点电荷，，两个顶点分别固定电荷量为的点电荷，是面的中点，是面的中点，则下列说法中正确的是
A. 、两点的电场强度相同
B. 、两点的电势相等
C. 一个正的点电荷在点电势能大于在点电势能
D. 一个负的点电荷在点电势能小于在点电势能
9.半径为、内壁光滑的半圆弧轨道固定在光滑的水平地面上的点，是竖直直径，是圆心的等高点，把质量相等小球甲、乙均视为质点用长为的轻质细杆连接，放置在地面上。现让甲、乙同时获得水平向右的速度，乙进入半圆弧轨道并沿着内壁向上运动，且乙能运动到点，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 乙沿着圆弧上升甲在水平面上运动，甲的机械能不守恒
B. 乙沿着圆弧上升甲在水平面上运动，甲、乙组成的整体机械能不守恒
C. 乙运动到点，甲、乙的速度大小之比为：
D. 乙运动到点，甲的速度为
10.空间存在匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于纸面。线段是屏与纸面的交线，长度为，其左侧有一粒子源，可沿纸面内各个方向不断发射质量为、电荷量为、速率相同的粒子；，为垂足，如图所示。已知，若上所有的点都能被粒子从其右侧直接打中，则粒子的速率可能为( )
A. B. C. D.
三、实验题：本大题共2小题，共20分。
11.某同学利用图所示的装置验证碰撞过程中的动量守恒定律。、两滑块均带有弹簧片和宽度相同的遮光片，测得滑块、包含弹簧片和遮光片的质量分别为和。将两滑块放在气垫导轨上，气垫导轨右侧两支点高度固定，左侧支点高度可调。
实验前，该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度，结果如图所示，则_____。
该同学在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动。此时，应调节左支点使其高度_____填“升高”或“降低”。
将气垫导轨调节水平后，给滑块一向右的初速度，使它与滑块发生正碰。碰前滑块通过光电门的遮光时间为，、碰后分别通过光电门和光电门，遮光时间分别为和，则该同学所要验证的动量守恒定律的表达式为_____用、、、和表示。
12.某同学利用如图所示的电路测量未知电阻的阻值与电源电动势和内阻，为电阻箱，电流表可视为理想电流表。操作步骤如下：
测量的阻值。先闭合开关和，调节电阻箱，当电阻箱的阻值为时，电流表示数为；接着断开，调节电阻箱，当电阻箱的阻值为时，电流表示数仍为，此时则的阻值为________；若电流表为非理想电流表，则按照该方法实际测量得到的的阻值将__________选填“偏大”“偏小”或者“不变”。
保持闭合、断开，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值及电流表的示数。为了直观地得到与的关系，该同学以电阻箱的阻值为纵轴，以为横轴作出了如图的图像，则横轴为__________，________均选用字母、、和表示。
若图中横轴所表示的物理量的单位为国际单位，由图像可求得电源的电动势__________，内阻________结果均保留位有效数字。
设想用该电源和理想电流表以及无数个电阻构成一个电路，则电流的示数为__________。结果保留位有效数字
四、简答题：本大题共1小题，共14分。
13.如图所示，倾角为的固定斜面的底端安装一个弹性挡板，质量分别为和的物块、置于斜面上，二者初始位置距离挡板足够远，物块与斜面间无摩擦，物块与斜面间的动摩擦因数为。两物块间夹有一个劲度系数很大且处于压缩状态的轻质极短弹簧，弹簧被锁定，锁定时弹簧的弹性势能为。现给两物块一大小为、方向沿斜面向下的初速度的同时，解除弹簧锁定，弹簧瞬间完全释放弹性势能，并立即拿走弹簧。物块与、与挡板之间的碰撞均为弹性碰撞，重力加速度为弹簧长度可以忽略不计。求：
弹簧解除锁定后瞬间、的速度大小；
拿走弹簧后，与第一次碰撞后上升的高度；
被第一次碰撞后到最终能沿斜面向上运动的最大距离。
五、计算题：本大题共2小题，共22分。
14.一容器内部空腔呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为，管内用一长为的水银柱封闭着长为的空气柱，如图。此时外界的温度为。现把容器浸在温度为的热水中，水银柱缓慢上升，静止时管内空气柱长度变为。已知水银密度为，重力加速度为，大气压强为。
求温度为时封闭气体的压强；
求容器的容积；
若该过程封闭气体的内能增加了，求气体从外界吸收的热量。
15.如图甲所示，、为足够长的两平行金属导轨，间距，与水平面之间的夹角，匀强磁场磁感应强度，垂直于导轨平面向上，间接有电流传感器，质量、阻值的金属杆垂直导轨放置，它与导轨的动摩擦因数。现用外力沿导轨平面向上拉金属杆，使由静止开始运动并开始计时，电流传感器显示回路中的电流Ⅰ随时间变化的图象如图乙所示，除导体棒电阻外，其他电阻不计。取，求：
内金属杆运动的位移；
内随时间变化的关系。
参考答案
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.；降低；
12. ；不变；
；；
；；
。

13.解：取沿斜面向下为正方向，设弹簧解除锁定后瞬间、获得的速度分别为、，由动量守恒定律和机械能守恒定律分别得
解得：，
则弹簧解除锁定后、的速度大小分别为、。
由于与斜面的动摩擦因数，对，有，所以与斜面间的最大摩擦力等于的重力沿斜面向下的分力，又因为弹簧解除锁定后的速度为零，则保持静止，第一次碰撞发生在原位置处，与斜面无摩擦，则与碰撞前的速度大小为，方向沿斜面向上，设第一次碰撞后瞬间、的速度分别为、，由动量守恒定律和机械能守恒定律得
解得
，
沿斜面向上运动的过程中，由牛顿第二定律得
解得
第一次碰后沿斜面向上运动的最大距离为
故上升的高度为
由题意，、距离挡板足够远，则每次碰撞挡板返回后已经静止在斜面上，第二次碰撞后，设、的速度分别为、，取沿斜面向下为正方向，由动量守恒定律和机械能守恒定律有
解得：，
由于每次都是运动的碰撞静止的，则由动量守恒定律和能量守恒定律有
解得：，
总有的速度大于的速度，故会一直碰撞下去，直到、最终接触瞬间的速度为零，设最终沿斜面向上运动的最大距离为，此时、速度均为零，其运动图示如图所示。
由能量守恒定律得
解得：
答：弹簧解除锁定后、的速度大小分别为、；
拿走弹簧后，与第一次碰撞后上升的高度为；
被第一次碰撞后到最终能沿斜面向上运动的最大距离为。
14.解：对水银柱进行受力分析，有
解得；
由题意可知，封闭气体的初状态：温度为，体积
末状态：温度为，体积为
水银柱缓慢上升过程封闭气体压强不变，由盖吕萨克定律有
解得；
气体对外做功为
由热力学第一定律，有
所以。

15.由图乙知图线与横轴的面积为这段时间通过金属杆的电量
又金属杆切割磁感线产生的感应电动势
产生的感应电流
又
得

根据题意
，
得
由图乙知
由闭合回路的欧姆定律得
所以
由 可得，则金属杆沿着导轨做初速度为加速度为的匀加速直线运动，由牛顿运动定律得
解得

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