湖南省衡阳市衡阳县2023-2024学年高二下学期创新实验班7月期末考试物理试题（含答案）

衡阳县2023-2024学年高二下学期创新实验班7月期末考试
物理
考生注意：
1．本卷共三大题，15小题，满分100分，考试时量75分钟。
2．试卷分为试题卷和答题卡两个部分；答题前，考生务必将自己的姓名、考号、学校填在试题卷和答题卡上。
3．将答案写在答题卡上，写在试题卷上无效。
4．考试结束后，将答题卡上交。
一、选择题（本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）
1．A、B两颗卫星在同一平面内沿同一方向绕地球做匀速圆周运动，它们之间的距离随时间变化的关系如图所示。已知地球的半径为0.8r，万有引力常量为G，卫星A的线速度大于卫星B的线速度，不考虑A、B之间的万有引力，则下列说法正确的是（ ）
A．卫星A的加速度小于卫星B的加速度 B．卫星A与B的周期之比为
C．地球的质量为 D．地球的第一宇宙速度为
2．将一根柔软弹性细绳沿水平的x轴放置，其一端固定于位置为的墙面上，另一端不断上下振动，在绳中形成绳波如图，在时刻的质点刚好开始振动。当波传至固定点时，绳波将发生反射。反射处质点在反射前后的振动速度大小不变方向反向，波的传播方向也反向。则下列各个时刻细绳的波形图（实线）正确的是（ ）
A． B．
C． D．
3．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈输入的交流电压瞬时值的表达式为，定值电阻的阻值为，电阻箱的初始阻值为，灯泡L阻值恒为。下列说法正确的是（ ）
A．当时，副线圈功率达到最大
B．逐渐增大的阻值，功率逐渐变大
C．电流表的示数为
D．若将换为一个理想二极管，则灯泡L两端电压的有效值为
4．氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光波长范围约为400nm到760nm之间，a光的光子能量为2.86eV。则（ ）
A．氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光
B．当滑片P向a端移动时，光电流I将增大
C．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有
D．a光照射得到的光电流最弱，所以a光光子动量最小
5．“嫦娥四号”上搭载的中性原子探测仪，在入口处安装了高压偏转系统，形成强电场区域，对太阳风和月球表面作用后辐射的带电粒子进行偏转，以免其射到探测器上产生干扰信号。已知高压偏转系统由两平行金属板组成，当两板加一定的电压时其间形成匀强电场，可将沿平行极板方向射入金属板间、动能不大于的氦核均偏转到极板而被极板吸收。只考虑该电场的作用，则粒子沿平行极板方向射入金属板间，能够完全被极板吸收的是（ ）
A．动能不大于的质子 B．动能不大于的质子
C．动能不大于的电子 D．动能不大于的电子
6．如图装置可形成稳定的辐向磁场，磁场内有匝数为n、半径为R的圆形线圈，在时刻线圈由静止释放，经时间t速度变为v，假设此段时间内线圈所在处磁感应强度大小恒为B，线圈导线单位长度的质量、电阻分别为m、r，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．在t时刻线圈的加速度大小为
B．时间内线圈下落高度为
C．时间内通过线圈的电荷量为
D．线圈下落过程中，通过线圈的磁通量始终为零
二、选择题（本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
7．如图所示，质量长为的木板停放在光滑水平面上，另一不计长度、质量的木块以某一速度从右端滑上木板，木板与木块间的动摩擦因数。若要使木板获得的速度不大于，木块的初速度应满足的条件为（g取）（ ）
A． B． C． D．
8．如图所示，在光滑的水平地面上有一个表面光滑的立方体Q，一长为L的轻杆下端用光滑铰链连接于O点，O点固定于地面上，轻杆的上端连接着一个可视为质点的小球P，小球靠在立方体左侧，P和Q的质量相等，整个装置处于静止状态。受到轻微扰动后P倒向右侧并推动Q，重力加速度为g。下列说法中正确的是（ ）
A．在小球和立方体分离前，当轻杆与水平面的夹角为时，小球的速度大小为
B．小球和立方体分离时小球的加速度可能不为g
C．从小球开始运动到落地的过程中立方体的机械能先增大后不变
D．如果P落地时的速度为v，那么M最后做匀速运动的速度为
9．如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，双面反光，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是（ ）
A．在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为
B．光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
C．液面上P、Q两位置间距离为
D．光斑由Q点运动到P点所用的时间为
10．如图所示，一长为L的轻质绝缘细线一端固定于O点，另一端拴一质量为m、带电量为的小球，小球在竖直平面内绕O点做完整的圆周运动，是水平直径，空间存在与小球运动平面平行的匀强电场。已知小球在A、B两点所受细线的拉力大小分别为，（g为重力加速度），不计空气阻力。则以下说法正确的是（ ）
A．小球运动中机械能最小的位置可能是A点
B．若A点是小球运动中速度最小的位置，则电场强度
C．若小球运动中机械能最小的位置是A点，则小球运动过程中的最小速度是
D．A、B两点的电势差一定等于
三、非选择题（本题共5小题，共56分）
11．（7分）某物理兴趣小组利用如图所示的装置“探究动量守恒定律”，是倾角大小可以调节的长木板，是气垫导轨（气垫导轨可看成光滑轨道），忽略小球通过B点时的速度变化，光电门1与光电门2固定在气垫导轨上。
（1）将质量为m、直径为的小球a从长木板上的位置由静止释放，小球a通过光电门1、2的挡光时间分别为与，当______时，表明气垫导轨已调至水平位置。
（2）将质量为3m、直径为的小球b静置于气垫导轨上的位置，使小球a从长木板上的位置由静止释放，小球a先后通过光电门的挡光时间分别为与，小球b通过光电门的挡光时间为。
①若小球a、b碰撞过程动量守恒，则必须满足的关系式为______。
②若小球a、b发生的是弹性碰撞，则______。
（3）若小球a、b发生的是弹性碰撞，该小组成员设想，如果保持小球a的直径不变，逐渐增大小球a的质量，则碰撞之前小球a的挡光时间与碰撞之后小球b的挡光时间的比值逐渐趋近于______；
（4）关于本实验的误差，该小组成员有不同的观点，其中正确的是______。
A．保持长木板倾角一定，将小球a的释放点适当上移，可减小误差
B．保持小球a的释放点不变，将长木板的倾角适当增大，可减小误差
C．同等实验条件下，将倾斜长木板换为更光滑的玻璃板，可减小误差
D．以上说法都不正确
12．（9分）某实验小组同学想描绘某品牌电动摩托车上LED灯的伏安特性曲线，他们拆卸下LED灯，发现其上注明有额定电压12V，额定功率6W，他们又找来如下实验器材：
蓄电池（电动势为12.0V、内阻忽略不计）
滑动变阻器（阻值0~20Ω，额定电流2A）
滑动变阻器（阻值0~200Ω，额定电流1A）
电流表（量程0~3A，内阻约为0.1Ω）
电流表（量程0~0.6A，内阻约为0.5Ω）
电压表（量程0~3V，内阻约为3kΩ）
电压表（量程0~15V，内阻约为15kΩ）
开关一个、导线若干
（1）为了完成实验并使实验误差尽量小，该同学应选择电流表______、电压表______和滑动变阻器______（填写器材符号）；
（2）为了能够描绘出该灯泡从零到额定电压范围内的伏安特性曲线，帮他们在答题卡的虚框内画出实验电路原理图；
（3）该小组同学用正确的方法测得灯泡的伏安特性曲线如图所示，由图可知，所加电压为10V时，该灯泡的电阻为______Ω（结果保留两位有效数字）；
（4）他们又找来一块旧的蓄电池（电动势为12.0V、内阻为20Ω），将灯泡正向接在该电池上，则该灯泡消耗的实际功率为______W（结果保留两位有效数字）。
13．（10分）如图所示，一根一端封闭的玻璃管，内有一段长的水银柱，当温度为，开口端竖直向上时，封闭空气柱，则（外界大气压相当于高的水银柱产生的压强）
（1）（4分）若玻璃管足够长，缓慢地将管转过180°，求此时封闭气柱的长度；
（2）（6分）若玻璃管长为，温度至少升到多高时，水银柱全部从管中溢出？
14．（14分）如图所示，工厂利用倾角的皮带传输机，将每个质量的木箱（可视为质点）从A点运送到B点，段为直线且长度，每隔就有一个木箱以的速度沿方向滑上传送带，传送带以的速度逆时针匀速转动。已知各木箱与传送带间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取求：
（1）（2分）木箱从冲上传送带到与传送带达到共同速度所用的时间。
（2）（4分）传送带上最多有几个木箱同时在向下输送。
（3）（4分）第1个木箱从A点运动到B点的过程，求传送带对所有木箱做的功。
（4）（4分）传送带正常工作比空载时，电动机多消耗的电功率。
15．（16分）如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面内建立坐标系，在第Ⅱ象限内有平行于桌面的匀强电场，场强方向与x轴负方向的夹角。在第Ⅲ象限垂直于桌面放置两块相互平行的平板、，两板间距为，板间有竖直向上的匀强磁场，两板右端在y轴上，板与x轴重合，在其左端紧贴桌面有一小孔M，小孔M离坐标原点O的距离为。在第Ⅳ象限垂直于x轴放置一块平行y轴且沿y轴负向足够长的竖直平板，平板在x轴上垂足为Q，垂足Q与原点O相距内。现将一带负电的小球从桌面上的P点以初速度垂直于电场方向射出，刚好垂直于x轴穿过板上的M孔，进入磁场区域。已知小球可视为质点，小球的比荷，P点与小孔M在垂直于电场方向上的距离，不考虑空气阻力。求：
（1）（4分）匀强电场的场强大小；
（2）（5分）要使带电小球无碰撞地穿出磁场并打到平板上，求磁感应强度的取值范围。
（3）（7分）以小球从M点进入磁场开始计时，磁场的磁感应强度随时间呈周期性变化，规定磁场方向垂直于桌面向上为正方向，如图乙所示，则小球能否打在平板上？若能，求出所打位置到Q点距离；若不能，求出其轨迹与平板间的最短距离。（，计算结果保留两位小数）
2024年上学期高二创新实验班期末质量检测答案
物理
一、选择题
1 2 3 4 5 6
C C A C B B
二、选择题
7 8 9 10
BD AC AB ACD
三、非选择题
11 D
12 40 1.3
13（1）0.90m；（2）378K
【详解】（1）设玻璃管内部横截面积为S，对水银柱分析可知，气体初状态的压强
初状态的体积
转过180°后，气体的压强
体积为
气体做等温变化，由玻意耳定律可得
代入数据解得
（2）由理想气体状态方程
可知，乘积越大，对应的温度T越高，假设管中还有长为x的水银柱尚未溢出，值最大，即的值最大，因为
由数学知识可知当时，取得最大值，代入数据解得
即管中水银柱由溢出到还剩下的过程中，的乘积越来越大，这一过程必须是升温的，此后温度不必再升高（但是要继续给气体加热），水银柱也将继续外溢，直至全部溢出，由理想气体状态方程 得
代入数据得
14（1）2s；（2）8；（3）；（4）210W
【详解】（1）木箱从冲上传送带到与传送带达到共同速度，由牛顿第二定律可知
代入数据解得
故木箱从冲上传送带到与传送带达到共同速度所用的时间
（2）木箱减速过程中发生的位移
木箱与传送带相对静止时，两木箱的间距为
设相对静止的木箱个数为n，则有
故木箱的总的个数为
（3）木箱冲上传送带第1s内的位移
滑动摩擦力对未达到共速木箱做的功为
滑动摩擦力对所有达到共速木箱做功为
静摩擦力对所有达到共速木箱做的功为
故第1个木箱从A点运动到B点的过程，求传送带对所有木箱做的功为
（4）传送带正常工作时，传送带所受摩擦力
电动机多消耗的功率
15．（1）；（2）；（3）能，0.38m
【详解】（1）粒子在电场中的运动可以看成类平抛运动，电场力相当于重力，则
解得
（2）根据，B越大，R越小。所以粒子轨迹处于轨迹1和轨迹2之间，可打到平板上。如图所示，轨迹1与下板相切，其圆心是，轨迹2的圆心是。
对于轨迹1，其半径，其对应的磁感应强度大小为
对于轨迹2，其半径设为。则三角形与三角形相似，所以有
解得
其对应的磁感应强度大小为
所以磁感应强度的取值范围为
（3）由图可知，磁感应强度大小为，在两个相邻的相等时间间隔，磁场方向相反，但是粒子的轨迹半径不变，为
轨迹的整个圆的周期为
而每一个时间间隔为，对应轨迹的圆心角为
对于一个时间间隔的水平位移为
对于一个时间间隔的竖直位移为
因为，所以球能打在平板上。其轨迹如图所示。
因为，所以轨迹6对应的圆心角为，所以最终球垂直于y轴射出磁场，则所打位置到Q点距离为