2023-2024学年福建省泉州第一中学高二（下）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年福建省泉州第一中学高二（下）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共4小题，共16分。
1.下列四种情况中，不属于光的干涉现象是( )
A. 单色光通过双缝 B. 用特制眼镜看立体电影
C. 检测平面的平滑度 D. 肥皂泡表面有彩色条纹
2.如图所示是利用位移传感器测速度的装置，发射器固定在被测的运动物体上，接收器固定在桌面上。测量时向同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲。从接收到红外线脉冲开始计时，到接收到超声波脉冲时停止计时，根据两者时间差确定与间距离。则下列说法正确的是( )
A. 接收的超声波与发出的超声波频率相等
B. 时间差不断增大时说明一定在加速远离
C. 红外线与超声波均能在真空中传播
D. 红外线能发生偏振现象，而超声波不能发生偏振现象
3.气垫鞋通过气垫的缓冲减小地面对脚的冲击力，某同学的重力为，穿着平底布鞋时双脚竖直着地过程中与地面的作用时间为，受到地面的平均冲击力大小为。若脚着地前的速度保持不变，该同学穿上某型号的气垫鞋时，双脚竖直着地过程中与地面的作用时间变为，则该同学受到地面的平均冲击力大小变为( )
A. B. C. D.
4.两个相互平行的竖直边界内存在正交的匀强磁场和电场，磁场沿水平方向，磁感应强度大小为，电场沿竖直方向，电场强度大小为，一带电微粒从左边界上某点垂直边界射入恰好沿直线运动。若保持其它条件不变，仅改变电场方向，变为与原来相反，该带电微粒仍以相同的速度入射，做匀速圆周运动，恰好不从右边界射出。已知两边界的宽度为，该微粒的比荷为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共4小题，共24分。
5.滑板运动非常有趣。如图所示，某同学踩着滑板在弧形轨道的内壁来回滑行，若人和滑板的运动可视为简谐运动，设该同学站在滑板上与蹲在滑板上滑行时，滑板到达了相同的最高点，则( )
A. 站在滑板上运动时周期比较大 B. 站在滑板上运动时周期比较小
C. 站着运动到最低点时的速度比较小 D. 站着运动到最低点时的速度比较大
6.如图，某科技小组要探究长直导线周围磁场分布情况，将长直导线沿南北方向水平放置，在导线正下方的处放置一枚可自由转动的小磁针。当导线中通以恒定电流后，小磁针极向纸外偏转，测得小磁针静止时极偏离南北方向的角度为。已知实验所在处地磁场水平分量大小恒为，则下列判断正确的是( )
A. 导线中的电流方向由北向南
B. 电流在处产生的磁场方向就是小磁针静止时极所指的方向
C. 电流在导线正下方处产生的磁场的磁感应强度大小为
D. 导线正下方处磁场的磁感应强度大小为
7.如图所示，一矩形线圈在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴以转速匀速转动，线圈的匝数为，面积为，电阻不计。线圈通过电刷与一理想变压器的原线圈相连，变压器的副线圈接有两只电阻均为的相同灯泡和，变压器原、副线圈的匝数比为：，若开关断开时正常发光，此时电流表示数为，电表为理想电表，则( )
A. 若从线圈平面平行于磁场方向开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值为
B. 若增大原、副线圈匝数比，变压器输入功率减小
C. 若开关闭合，灯泡将变暗
D. 若开关闭合，电流表示数将变大
8.如图甲所示为电磁感应加速器核心部分俯视图，圆心为、半径为的圆形光滑真空绝缘细管固定放置于圆形边界的匀强磁场中，圆心与磁场圆心重合。磁场方向竖直向下，当磁场的磁感应强度随时间变化时，会在空间中产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列以为圆心的同心圆，同一条电场线上各点场强大小相等。某时刻在细管内点静止释放一带电量为、质量为的小球，小球沿逆时针方向运动，其动能随转过圆心角的变化图像如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 磁感应强度大小均匀增大 B. 细管所在位置的电场强度大小为
C. 磁感应强度变化率大小为 D. 小球运动第一周所用时间为
三、填空题：本大题共3小题，共12分。
9.我国唐代对彩虹形成的原因已有记载，礼记月令季春之月中提到“日照雨滴则虹生”。一束太阳光射入球形雨滴形成彩虹的光路如图所示，则光线的频率______选填“大于”、“等于”或“小于”光线的频率，已知太阳光射入雨滴时入射角，光线偏折角，光线在雨滴中的折射率等于______结果保留两位有效数字，，，。
10.如图所示，两相同灯泡、，与一理想二极管连接，线圈的直流电阻与灯泡阻值相等。闭合开关后，会______填“立即亮”或“逐渐变亮”；断开开关的瞬间，会______填“闪亮一下再熄灭”或“立即熄灭”。
11.某同学自制一电流表，其原理如图所示。质量为的均匀细金属杆与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连，弹簧的劲度系数为，在矩形区域内有匀强磁场，，，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外。的右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻度。的长度大于，当中没有电流通过且处于静止时，与矩形区域的边重合，且指针指在标尺的零刻度；当中有电流时，指针示数可表示电流强度。始终在纸面内且保持水平，重力加速度为。则标尺上的电流刻度是______填“均匀”或“不均匀”的；为使电流表正常工作，流过金属杆的电流方向为______填“”或“”；该电流表所测电流的最大值为______。
四、实验题：本大题共2小题，共12分。
12.年，物理学家楞次在分析了许多实验事实后，总结得到电磁学中一重要的定律楞次定律，某兴趣小组为了探究该定律做了以下物理实验：
“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置中滑动变阻器采用限流接法，请用笔画线代替导线将图甲中的实物电路补充完整。___
图甲实验电路连接后，开关闭合瞬间，发现电流计指针向左偏转；开关处于闭合状态时，电流计指针_________选填“偏转”或“不偏转”；滑动变阻器滑片向右快速移动时，电流计指针_____偏转选填“向左”“向右”或“不”。
为了进一步研究，该小组又做了如图乙实验，磁体从靠近线圈上方由静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示电流随时间的图像如图丙所示，由图可得到的结论是 。
A.感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关
B.感应电流方向与磁铁下落速度的大小有关
C.感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关
13.某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中为水平段，在水平段取一点。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元硬币和一角硬币的质量分别为和。将硬币放置在斜面上某一位置，标记此位置为。由静止释放，当停在水平面上某处时，测量右侧到点的距离，如图甲所示；将硬币放置在处，左侧与点重合，再将从点由静止释放，当两枚硬币发生碰撞后，、分别停在水平面上时，测量右侧到点的距离、左侧到点的距离，如图乙所示。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到的平均值分别为。
在本实验中，选用的是_____选填“一元”或“一角”硬币。
若、碰撞前后动量守恒，则应满足的表达式为_____用、和表示；若碰撞前后动量守恒且机械能相等，则应满足的表达式为_____用和表示。
五、计算题：本大题共3小题，共36分。
14.如图所示，图为亚运会艺术体操比赛中中国队选手赵樾进行带操比赛的画面，某段过程中彩带的运动可简化为沿轴正方向传播的简谐横波，图甲为这列简谐横波在某时的波形图，点刚开始振动，图乙为某质点以该时刻作为计时起点的振动图像，求：
该波的波速大小；图乙是、中哪一质点的振动图像；
平衡位置位于处的点未画出经多长时间第一次到达波峰；
经的时间质点走过的路程。
15.如图所示，平面直角坐标系面内，轴右侧第一象限内存在竖直向上的匀强电场，第四象限内存在垂直于纸面向内匀强磁场。一带电粒子以速度从轴上的点垂直于轴射入电场，从点未画出进入第四象限，恰好不穿过轴而再回到电场。已知粒子的质量为，电荷量为，匀强电场场强大小为，不计粒子重力，求：
点的坐标；
匀强磁场的磁感应强度大小；
粒子从点开始到第三次到达轴经历的时间。
16.如图所示，间距为的两平行光滑金属导轨由倾斜部分和水平部分足够长平滑连接而成，倾斜部分导轨与水平面夹角为，导轨上端接有一个电阻。空间存在垂直斜面向上和竖直向上的两部分匀强磁场，两磁场互不干扰，大小均为。导体棒的质量为，的质量为，内阻分别为与，两根导体棒垂直导轨放置。现闭合电键，将锁定，将棒从某高度由静止释放，经过一段时间，棒在斜面上达到最大速度。已知导体棒与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为。求：
棒在斜面上达到的最大速度的大小；
棒在斜面上从静止开始下滑已达到最大速度，该过程中电阻产生的焦耳热为，求下滑距离；
棒在离开斜面的瞬间断开电键，同时解除棒的锁定，从棒离开斜面瞬间经过时间两者相距最近，该过程、未发生碰撞，求该过程中通过的电量；
求上一小题中时间内棒发生的位移大小结果可保留。
答案解析
1.
【解析】解：属于双缝干涉，属于薄膜干涉，是利用了光的偏振，不属于光的干涉，故ACD错误，B正确。
故选：。
根据光的干涉特点分析判断，用特制眼镜看立体电影，是利用了光的偏振现象。
本题考查光的干涉，解题关键掌握光的干涉在实际生活中的应用。
2.
【解析】解：、因为多普勒效应接收的超声波与发出的超声波频率不相等，故A错误；
B、时间差不断增大时说明一定在远离，但不能确定的运动性质，故B错误；
C、红外线可以在真空中传播，但超声波不能在真空中运动，故C错误；
D、红外线能发生偏振现象，而超声波是纵波，不能发生偏振现象，故D正确。
故选：。
根据多普勒效应分析；时间差增大只能说明在远离；超声波不能在真空中传播；超声波是纵波。
掌握多普勒效应，知道超声波是纵波，超声波不能在真空中传播。
3.
【解析】解：设脚着地瞬间的速度大小为，取竖直向上为正，穿着平底布鞋时，根据动量定理
其中
穿上气垫鞋时，根据动量定理有
解得
故ABD错误，C正确。
故选：。
根据动量定理求，地面对该同学的作用力和重力的合力提供冲量等于该同学动量的变化。
本题主要考查动量定理在实际生活中的应用，学生需要将物理模型和生活实际联系起来进行解答。
4.
【解析】解；改变电场强度方向后粒子做匀速圆周运动，可知重力与电场力平衡，即
此时电场力方向向上，恰好不从右边界射出，可知粒子做圆周运动的半径
即
电场方向改变之前电场力方向向下，粒子做直线运动，则
联立解得
故ABD错误，C正确。
故选C。
改变电场强度方向后粒子做匀速圆周运动，可知重力与电场力平衡，再根据粒子做圆周运动由洛伦兹力提供向心力公式列出等式，结合电场方向改变之前电场力方向向下，粒子做直线运动，列出重力和电场力以及洛伦兹力的平衡方程，联立解得比荷，得出正确选项。
带电粒子在复合场中圆周运动，一般都是电场力与重力平衡，洛伦兹力提供向心力，故常根据速度及磁感应强度求得半径，然后根据几何关系求得运动轨迹；或反过来由轨迹根据几何关系求解半径，进而求得速度、磁感应强度。
5.
【解析】解：、做简谐运动的周期，该同学站在滑板上时，其重心高度高，则其做简谐运动的摆长小，其周期比较小，故A错误，B正确；
、从最高点运动到最低点过程中，该同学站在滑板上时，其重力势能减小量小，其动能增加量也小，所以速度也比较小，故C正确，D错误；
故选：。
、根据简谐运动的周期可分析出；
、根据重力势能和动能相互转化来判断。
本题主要考查学生对于简谐运动的周期的应用能力，重力势能与动能相互转化的分析能力。
6.
【解析】A.小磁针极向纸外偏转，表明电流产生的磁场在小磁针位置的方向向东，根据安培定则可知，导线中的电流方向由北向南，A正确；
B.电流在处产生的磁场与地磁场水平分量的合磁场方向是小磁针静止时极所指的方向，B错误；
C.令通电导线在处产生的磁场的磁感应强度为，根据磁场的叠加原理有
解得
C错误；
D.根据矢量合成，导线正下方处磁场的磁感应强度大小为
D正确；
故选AD。
7.
【解析】解：开关断开时正常发光，变压器原线圈中的电流；
根据理想变压器电流与匝数比的关系，变压器副线圈中的电流
根据欧姆定律，变压器副线圈两端电压
根据理想变压器电压与匝数比的关系，变压器原线圈两端电压
由于发电机内阻不计，因此发电机产生的感应电动势的有效值
根据有效值与最大值的关系，发电机产生的感应电动势的最大值
图中线圈平面位于与中性面垂直的位置，感应电动势瞬时值的表达式
线圈转动的角速度
联立解得瞬时值的表达式为
B.变压器输入功率
若增大原、副线圈匝数比，则变压器副线圈两端电压变小，因此变压器的输入功率变小，故B正确；
C.变压器的匝数比不变，变压器副线圈两端电压不变，若开关闭合，则灯泡的亮度不变，故C错误；
D.若开关闭合，变压器的输出功率变大，根据功率关系，变压器的输入功率变大；
根据功率公式
由于输入功率变大，变压器原线圈两端电压不变，因此电流表的示数变大，故D正确。
故选：。
A.根据理想变压器电流与匝数比的关系求解副线圈中的电流，根据欧姆定律求变压器副线圈两端电压；根据理想变压器电压与匝数比的关系求解变压器原线圈两端电压，进而求解发电机感应电动势的有效值和最大值；
根据瞬时值的表达式求解作答；
B.根据功率公式、理想变压器电压与匝数比的关系和变压器的功率关系分析作答；
C.根据功率公式、理想变压器电压与匝数比的关系分析作答；
D.若开关闭合，变压器的输出功率变大，根据功率公式和变压器的功率关系分析作答；
本题主要考查了交流电瞬时值表达式的书写；考查了理想变压器的动态变化；熟练掌握理想变压器电压与匝数比、电流与匝数比的关系、功率公式、欧姆定律以及理想变压器的功率关系是解题的关键。
8.
【解析】A.小球带负电，其沿逆时针运动，所以电流方向为顺时针，由楞次定律可知，其磁场的磁感应强度减小，故A项错误；
B.细管所处的场强为，由动能定理有
结合题图可知，其图像的斜率有
解得
故B项错误；
C.感生电动势有
由题图可知，从到有
整理有
故C项正确；
D.小球在绕一圈过程中其受到的电场力大小不变，有
结合之前的分析有
则绕行一圈对粒子有
解得
故D项正确。
故选CD。
9.大于
【解析】解：由图分析可知，第一次折射时，光的偏折较小，则光的折射率较小；
根据折射定律可知
代入数据解得
故答案为：大于；
根据光的偏折程度分析折射率，根据折射定律解得折射率。
本题关键之处是分析第一次折射时折射角的关系，要注意运用折射定律计算折射率的公式。
10.立亮即 立即熄灭
【解析】解：闭合开关后，灯泡和二极管和灯泡能够组成闭合回路，所以会立即亮。断开开关后，由于线圈的自感作用，会产生自感电动势，经过二极管的电流自右向左，但是因为二极管的单向导电性，所以电流不能经过二极管，会立即熄灭。
故答案为：立即亮，立即熄灭。
根据开始灯泡和二极管和灯泡能够组成闭合回路，所以闭合开关后电路中立即有电流经过；断开开关后，二极管的单向导电性，不能有电流经过二极管。
要注意二极管的单向导电性是解题的关键。
11.均匀
【解析】解：当电流表示数为零时，金属杆不受安培力的作用，金属杆仅在重力和弹簧弹力作用下处于平衡状态，根据平衡条件
解得
为弹簧伸长量；
当电流为时，安培力为
静止时弹簧伸长量的增加量为，由胡克定律得
解得
由此可见
所以标尺上的电流刻度是均匀的；
如果要使电流表正常工作，金属杆应向下移动，所以金属杆应受到向下的安培力，根据左手定则可知金属杆中的电流方向应该从至；
设
则有
联立解得
故答案为：均匀；；
流表的示数为零时，弹簧的弹力与重力平衡，应用平衡条件求出电流为零时弹簧的伸长量；
根据电流与弹簧伸长量的关系分析刻度是否均匀。电流表正常工作，金属杆向下移动，根据左手定则判断电流的方向。求出当金属棒到达位置时导线中的电流，然后求出电流表的量程。
本题题意新颖，考查点巧妙，借助生活中的实际器材考查了物体平衡问题，正确进行受力分析，然后根据平衡条件和胡克定律列方程是解题关键。
12.
不偏转 向右

【解析】实物电路如图
开关处于闭合状态时，线圈中电流大小不变，磁场强度不变，不产生感应电流，电流计指针不偏转。
滑动变阻器滑片向右快速移动时，电路中总阻变大，线圈中电流减小，故电流计指针向右偏转。
由图可知，磁体从上方进入时电流为正，从下方出时电流为负，所以感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关，故A正确；
B.由图可知，感应电流方向与磁铁下落速度的大小无关，故B错误；
C.由图可知，在下落过程中速度变大，出线圈时速度大于进入时的速度，磁通量的变化率变快，感应电流也变大，所以感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关，故C正确。
故选AC。
13.一角
；

【解析】根据图乙可知，碰撞后，的速度方向仍然向右，没有发生反弹，可知的质量大一些，即在本实验中，选用的是一元硬币，选用的是一角硬币。
设硬币与纸板间的动摩擦因数为，重力加速度为，从点到点，根据动能定理
解得碰撞前，到点时速度的大小
同理可得，碰撞后的速度和的速度分别为 ，
若动量守恒，则满足
整理可得
若碰撞前后动量守恒且机械能相等，则由机械能守恒定律得
联立解得
14.根据图甲可知波长 ，根据图乙可知周期为，则波速
由图乙可知，该质点在零时刻从平衡位置开始向负向最大位移处运动，根据图甲可判断该质点为。
时刻处质点处于波峰位置，此状态传播到点的时间为
经的时间即 ，则经的时间质点走过的路程

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.解：粒子在电场中做类平抛运动
解得
，
粒子进入磁场时，速度方向与方向的夹角满足
解得
速度大小
在磁场中轨迹如图
根据几何关系
根据洛伦兹力提供向心力
联立解得
粒子在磁场中转过的圆心角
用时
解得
由磁场射入电场到再进入磁场过程
则粒子从点开始到第三次到达轴经历的时间
解得
答：点的坐标；
匀强磁场的磁感应强度大小；
粒子从点开始到第三次到达轴经历的时间。
【解析】粒子在电场中做类平抛运动，应用类平抛运动规律求出点的坐标；
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据题意作出粒子运动轨迹，求出粒子做圆周运动的轨道半径，然后应用牛顿第二定律求出磁感应强度大小；
根据电场中类平抛运动以及有界磁场中圆周运动结合几何知识求出粒子在电场与磁场中的运动时间，然后求出粒子从点开始到第三次到达轴经历的时间。
根据题意分析清楚粒子运动过程，作出粒子运动轨迹是解题的前提，应用运动学公式、牛顿第二定律与几何知识即可解题；要掌握处理带电粒子在磁场中运动问题的一般思路：分析清楚粒子运动过程，作出粒子运动轨迹，确定圆心，求出粒子轨道半径与转过的圆心角，然后应用牛顿第二定律解题。
16.解：当棒在斜面上匀速运动时，速度达到最大，则有
又
联立解得棒在斜面上达到的最大速度为
棒在斜面上从静止下滑到刚刚达到最大速度的过程中，电阻产生的焦耳热为，设此过程棒下滑的距离为，取向右为正方向，根据能量守恒可得
又根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
棒在离开斜面的瞬间闭合电键，断开电键，棒与棒受到的安培力大小相等，方向相反，则两棒组成的系统满足动量守恒，当两棒共速时，达到稳定状态，取向右为正方向，则有
解得
从棒离开斜面瞬间到刚刚达到实现稳定状态的过程中，根据能量守恒可知电路中产生的焦耳热为
以棒为对象，取向右为正方向，根据动量定理可得
又
联立解得流过棒的电荷量为
此过程中棒产生的焦耳热为
且
解得
答：棒在斜面上达到的最大速度的大小；
下滑距离；
该过程中通过的电量；
上一小题中时间内棒发生的位移大小。
【解析】当棒在斜面上匀速运动时，速度达到最大，根据平衡条件以及法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力公式相结合求解棒在斜面上达到的最大速度；
棒在斜面上从静止下滑到刚刚达到最大速度的过程中，根据能量守恒定律可以求出此过程棒下滑的距离；
从棒离开斜面瞬间到刚刚达到实现稳定状态的过程中，棒与棒受到的安培力大小相等，方向相反，两棒组成的系统合外力为零，系统满足动量守恒，根据动量守恒定律求出共同速度，以棒为研究对象，利用动量定理求流过棒的电荷量；
由问再结合能量守恒定律计算电路中产生的焦耳热，结合电路可以得出棒的焦耳热，再根据安培力的功表达式可以求解出时间内棒发生的位移大小。
本题考查电磁感应中力学综合问题，分析金属棒的运动过程，把握每个过程遵循的力学规律是关键。对于双棒在水平导轨上运动过程，类型于非弹性碰撞，利用动量守恒定律、能量守恒定律和动量定理处理。
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