2023-2024学年山西省大同市高二（下）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年山西省大同市高二（下）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年月日时分北京时间，中国台湾海域发生级地震。自然资源部海啸预警中心根据初步地震参数判断，地震可能会在震源周围引发局地海啸。海啸波是波长很长的浅水波，其传播速度，其中为重力加速度，为海洋的深度。一般在深而广阔的海洋，其传播速度约至，且传播过程中能量损失很少。同一海啸波在深海区和浅海区传播时，下列说法正确的是( )
A. 波速和波长均不同 B. 频率和波速均不同 C. 波长和周期均不同 D. 周期和频率均不同
2.一弹性小球从离地板不太高的地方自由释放，与地板碰撞时没有机械能损失。设小球所受的空气阻力的大小与速率成正比，则小球从释放到第一次上升到最高点的过程中，小球运动的速度时间图像可能正确的是( )
A. B. C. D.
3.每年“五一”前后，大同在古城墙附近会开启音乐喷泉，其中喷泉池水下的彩灯射出的彩光装点了古城周边夜景。如图甲所示，水下有一点光源，可以发出两种不同颜色的光和光，其中任一光均可在水面上形成一个有光射出的圆形区域，俯视图如乙图所示，已知低水位时发出的光在水面形成的圆形区域与某一高水位时光形成的区域面积等大，则下列说法正确的是( )
A. 光的频率比光的大
B. 用同一装置做双缝干涉实验，光的相邻干涉条纹间距比光的小
C. 光发生全反射的临界角比光的小
D. 光在水中的传播速度比光的大
4.如图所示，金属棒两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由向的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为。则( )
A. 仅棒中的电流变小，变大
B. 仅两悬线等长变长，变大
C. 仅金属棒质量变大，变小
D. 仅磁感应强度变大，变小
5.年月日，我国发射了“嫦娥六号”探测器，开启了人类首次对月球背面采样返回任务。本次登陆月球，“嫦娥六号”需经历如图所示的次变轨过程其中Ⅰ为圆轨道，Ⅱ、Ⅲ为椭圆轨道，之后择机进入着陆过程，然后进入月球表面。已知点为四条轨道的共切点，点为轨道Ⅱ上的远月点，引力常量为，则下列说法正确的是( )
A. “嫦娥六号”在轨道上运动时，运行的周期
B. 若轨道Ⅰ近似贴近月球表面，已知“嫦娥六号”在轨道Ⅰ上运动的周期，可以推知月球的密度
C. “嫦娥六号”在轨道Ⅱ上经过点与轨道Ⅰ上经过该点，由于轨道不同，加速度也不同
D. “嫦娥六号”在轨道Ⅱ上由点运动到点的过程中，由于引力做负功，其机械能逐渐减小
6.如图所示，有一直角三角形，为直角，在边上某点固定一点电荷为场源电荷，且满足，则下列说法正确的是( )
A. 该点电荷带负电
B. 沿着边，从点到点，电场强度大小逐渐减小
C. 将另一正电荷沿着边，从点移到点，其电势能先减小后增大
D. 、两点处电场强度大小之比为
7.在每年的节日里，国外印尼民众都会聚集在当地的火山口，向其中投掷物品祈求来年好运和丰收。如图，若有一个截面近似呈抛物线形状的小型火山谷，、为火山口处的两点，且高于，为谷底抛物线的顶点，点切线水平。现有两人从、两点分别以初速度、水平抛出两不同物品，同时击中点不考虑碰撞，不计空气阻力，则两物品( )
A. 初速度与大小一定相等
B. 在抛出过程中，相同时间内的速度变化量一定不同
C. 必须同时抛出
D. 击中点时速度大小一定相等
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图甲，现有一固定在地面上的四分之一圆弧轨道，点为圆心，水平，竖直，其半径。某学习小组将一质量为的小物块可看成质点从圆弧轨道上的点由静止释放，下滑过程中设物块和圆心连线与的夹角为，然后利用影像追踪软件绘制了物块速率与的关系图像，如图乙，重力加速度取。下列说法正确的是( )
A. 从起，物块合力为零，开始做匀速圆周运动
B. 当时，物块重力的瞬时功率为
C. 在区间内，物块受到的摩擦力大小恒定
D. 在区间内，物块减小的机械能为
9.作为大同装备制造业的龙头，“大同机车”已成为了我国电力机车走向世界的一张名片如图为某电力机车的供电流程的简化图，利用可视为理想变压器原、副线圈匝数比为的牵引变电所，将电网中高压降至，再通过接触网上的电线与车顶上的受电弓使机车获得为的额定工作电压，电力机车牵引变压器将此电压进一步降压，多路输出到动力系统中其他用电设备。下列说法正确的是( )
A. 牵引变电所中变压器原、副线圈匝数之比为
B. 若该机车运行功率增大，由于匝数比不变，故机车的工作电压仍为
C. 若该机车运行功率增大，牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大
D. 若在额定电压下，该机车的输入功率为，则牵引变电所到机车间的等效电阻为
10.如图所示，光滑绝缘的水平面上边界的右侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为，现给正方形刚性导线框一水平向右的初速度，线框恰能完全进入磁场区域。已知线框边长为，质量为，每个边长的电阻均为，则( )
A. 线框的初速度大小为
B. 在进入磁场的全过程中，通过线框横截面的电荷量为
C. 在进入磁场的全过程中，线框产生的总焦耳热为
D. 线框刚进入磁场时，两点间的电势差为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.在“探究平抛运动的特点”实验中，某学习小组用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道滑下后从点飞出，落在水平挡板上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
下列实验条件必须满足的有__________。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.每次从斜槽上相同位置无初速度释放钢球
D.图中档条每次必须等间距下移
在某次实验中，甲同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛，将水平板依次放在如图中、、的位置，且与的间距等于与的间距。若三次实验中，小球从抛出点到落点的水平位移依次为、、，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是__________。
A. ．
C. 无法判断
乙同学利用图所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图所示图中未包括小球刚离开轨道的影像。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图中标出。则小球运动到图中位置时，其速度的水平分量大小为______；根据图中数据可得，当地重力加速度的大小为______。结果均保留两位有效数字
12.实验室有一只电流表，满偏电流为，内电阻约。某同学欲用半偏法测量该电流表的内电阻，然后把这只电流表改装成量程为的电压表。
实验室还能提供实验器材规格如下：
A.滑动变阻器
B.滑动变阻器
C.电阻箱
D.电源电动势为，内阻不计
E.开关两个、导线若干
滑动变阻器应选用_____填选项序号。
将测电流表内电阻的实物连线图补充完整。
实验时进行的主要步骤有：
把滑动变阻器阻值调到最大，在开关断开的前提下，闭合开关；
调节滑动变阻器的触头，使电流表指针偏转到满刻度；
闭合开关，在滑动变阻器阻值保持不变的前提下，调节电阻箱使得电流表指针指向表盘中央刻度；
记下电流表指针指向表盘中央刻度时电阻箱的读数；
根据以上实验得到的数据，电流表内阻的测量值_____，的测量值与真实值相比_____填“偏大”或“偏小”。
把这只电流表改装成量程为的电压表需要_____填“串联”或“并联”一只阻值为_____的定值电阻。
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.如图所示，一种巨型娱乐器械可以让游客体验超重和失重状态。该器械可乘坐多人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上的高处，然后座舱从静止开始以的加速度匀加速下落，启动制动系统，座舱又匀减速下落，到地面时刚好停下。已知重力加速度。求：
座舱的最大速度大小及匀减速下落过程的加速度的大小？
若座舱中某乘客为，在匀减速下落过程中，座椅对该位游客的支持力是多少？
14.如图所示，在的区域内有沿轴正方向的匀强电场，在的区域内有垂直于坐标平面向里的匀强磁场。一质量为、电荷量为的电子从轴上点以沿轴正方向的初速度开始运动。当电子第一次穿越轴时，恰好到达点；当电子第二次穿越轴时，恰好到达点关于坐标原点的对称点点。、两点均未在图中标出。已知、两点到坐标原点的距离分别为、，不计电子的重力，求：
电场强度的大小；
磁感应强度的大小；
电子从运动到经过、两点再回到经历的时间。
15.如图所示，一根劲度系数为的轻质弹簧左端固定，右端与静置在光滑水平面上点的小球相连，小球的右侧静置着一滑块，其上表面是半径为的光滑圆弧轨道。现将一质量为的小球从圆弧最高点由静止释放，小球沿轨道滑下后，在水平面上与小球发生弹性碰撞，碰撞时间忽略不计。已知小球、滑块的质量均为，小球、均可视为质点，重力加速度为，求：
小球下滑到圆弧轨道最低点时，滑块的速度大小；
判断小球与小球作用后能否追上滑块？
弹簧弹性势能的最大值；
答案解析
1..
【解析】由于海啸波传播速度
同一海啸波在深海区和浅海区传播时，由于深度不同，可知波速不同，波的频率由波源决定，则频率相同，即周期相同，根据
结合上述波速不同，则波长也不同。综合上述可知，同一海啸波在深海区和浅海区传播时，周期与频率相同，波速与波长不同。
故选A。
2..
【解析】小球所受的空气阻力的大小与速率成正比，即
根据牛顿第二定律，下降过程
可知，加速的下降过程中，加速度从开始逐渐减小。
小球碰后上升过程中
可知，小球减速上升过程中加速度从大于的值逐渐减小到。速度时间图像的斜率表示加速度，则加速下降阶段，斜率逐渐减小，减速上升阶段，斜率逐渐减小，到自高点时的图像斜率等于刚释放时的斜率。
故选B。
3..
【解析】做出光路图，如图
可知，光的临界角大，根据 可知，光的折射率小，即光的频率比光的小，故AC错误；
B.因为光的频率比光的小，由 可知，光的波长比光的大，用同一装置做双缝干涉实验，根据 ，光的相邻干涉条纹间距比光的大，故B错误；
D.根据 可知，光的折射率小，所以光在水中的传播速度比光的大，故D正确。
故选D。
4..
【解析】A.设金属棒的长度为，电流为，磁感应强度大小为，金属棒受到的安培力大小为。根据左手定则可知，通电金属棒在磁场中受到的安培力方向水平向右，对金属棒受力分析如图所示
根据平衡条件可知
仅棒中的电流变小，由 ，可知 变小，则 变小，故A错误；
B.由 知 与两悬线的长度无关，所以仅两悬线等长变长， 不变，故B错误；
C.仅金属棒质量变大，由 知 变小，故C正确；
D.仅磁感应强度变大，由 知 变大，故D错误。
故选C。
5..
【解析】A.根据开普勒第三定律可知，“嫦娥六号”在轨道上运动时，运行的周期，故A错误；
B.根据万有引力提供向心力，贴近月球表面运动时
根据密度和质量的关系
联立解得
故B正确；
C.根据
可知，嫦娥六号在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ运行至点时加速度大小相等，故C错误；
D.“嫦娥六号”在轨道Ⅱ上由点运动到点的过程中，只有引力做功，其机械能不变，故D错误。
6..
【解析】A.由于 可知，场源电荷为正电荷，A错误；
B.根据题意可知，场源电荷应位于下图的点，且
根据场源电荷的电场强度公式
可知，从点到点，电场强度大小逐渐减小，B正确；
C.根据正电荷周围的电势分布可知，从点移动到过程中，电势先升高，后降低，正电荷在电势高的地方电势能大，在电势低的地方电势能小，故将正电荷从点移到点，其电势能先增大后减小，C错误；
D.由几何关系可知
故有
D错误。
故选B。
7..
【解析】设抛物线的轨迹方程为
则两平抛运动在竖直方向为自由落体运动，有
联立解得
所以在点的物品要先抛出才能使两物品同时击中点。又由平抛在水平方向为匀速直线运动，有
联立可得
整理得
故A正确，C错误；
B.在抛出过程中，相同时间内的速度变化量为
在抛出过程中，加速度均为重力加速度，所以相同时间内的速度变化量一定相同，故B错误；
D.因 ，但竖直方向有
故两分速度合成后可知击中点的速度不同，故D错误。
故选A。
8..
【解析】A.由乙图可知，从 起，物块速率保持不变，合力提供向心力，开始做匀速圆周运动。故A错误；
B.当 时，重力方向与速度方向夹角为，物块重力的瞬时功率为
故B正确；
C.由选项分析可知，在 区间内，物块受到的合力沿半径方向，则
可知摩擦力大小随 的增大而减小。故C错误；
D.依题意，在 区间内，物块减小的机械能为
故D正确。
故选BD。
9..
【解析】A.牵引变电所中变压器为理想变压器，则
解得
故A错误；
B.若高铁机车运行功率增大，根据知电流将会增大，则牵引变电所至机车间损失的电压 增大，所以机车的工作电压
低于，故B错误；
C.若高铁机车运行功率增大，根据知电流将会增大，牵引变电所至机车间的热损耗功率 也会随之增大，故C正确；
D.若在额定电压下，该机车的输入功率为，则该机车的输入电流为
由
所以
故D正确。
故选CD。
10..
【解析】设导线框的初速度为 ，取向右为正方向，对其运动的全过程，由动量定理得
又
得
故A错误，B正确；
C.根据能量守恒，线框进入磁场过程中，线框产生的总焦耳热等于动能的减小量，即
故C正确；
D.则边切割磁感线产生的感应电动势为
由右手定则，边感应电流方向从流向，边相当于电源，故
故D错误。
故选BC。
11..
【详解】为了获得相同的初速度，需要每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，斜槽轨道不需要光滑，故A错误，C正确；
B.为保证小球飞出时速度水平，所以斜槽轨道末段需要水平，故B正确；
D.挡板只要能记录下小球在不同高度时的不同位置，不需要等间距变化，故D错误。
故选BC。
因为平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，下落的速度越来越快，则下落相等位移的时间越来越短，水平方向上做匀速直线运动，所以
故选A。
由题意，根据图中数据可得，小球运动到图中位置时，水平方向上有
可得其速度的水平分量大小为
根据图中数据在竖直方向上，根据逐差法可得

【解析】详细解答和解析过程见答案
12..
； 偏小
串联；

【解析】在滑动变阻器阻值远大于电阻箱阻值的前提下，闭合 ，此时电阻箱阻值对电路中总电阻的影响很小，可认为干路中的电流没有发生变化，且滑动变阻器阻值较小，采用限流式接法会烧坏电流表。
故选B。
根据实验步骤，开关 断开，闭合开关 ；电流表工作，则可知电流表串联在电路中，闭合开关 ，在滑动变阻器阻值保持不变的前提下，调节电阻箱使得电流表半偏；说明电阻箱和开关 与电流表并联，其实物连线图如图所示。
若接入电阻箱后干路中电流近似不变，调节电阻箱使得电流表半偏，则流经电阻箱的电流和流经电流表的电流相等，且电阻箱和电流表并联，因此 。
在并入电阻箱后，电路总电阻减小，干路电流将会增大。流过电流表的电流为 ，所以流过电阻箱的电流要大于 ，所以 ，测量值小于真实值。
电流表改装成电压表串联一个大电阻。
由公式知
代入得。
13..由题可知，座舱匀加速下落至最后一刻时，速度达到最大，此时速度为，假设整个匀加速下落过程的时间为，根据匀加速直线运动的规律则
解得
已知匀减速过程中，初速度为，末速度为，下落高度为
由 ，解得匀减速下落过程的加速度的大小
座椅对乘客的支持力为支，则由牛顿第二定律得
解得座椅对该位游客的支持力大小为
方向竖直向上

【解析】详细解答和解析过程见.
14..电子在电场中做类平抛运动，在沿轴方向做匀速直线运动，则
沿轴方向做匀加速直线运动，则
其中，根据牛顿第二定律
解得
电子的运动轨迹如图
电子出电场时，轴方向的分速度为
则电子在磁场中的运动速度大小为
且与轴的夹角为
由几何关系可知，电子在磁场中的运动半径
解得
根据洛伦兹力提供向心力
解得
由上图可知，电子在磁场中运动的圆心角为
电子在磁场中做圆周运动的周期为
所以电子在磁场中运动时间为
根据运动的对称性，可知，电子在电场中运动时间为
所以，电子从运动到经过、两点再回到经历的时间为

【解析】详细解答和解析过程见.
15..小球下滑过程中，组成的系统在水平方向上动量守恒，则
根据动能定理
解得
小球与小球发生弹性碰撞，根据动量守恒
根据动能守恒
解得
负号说明与碰撞后，的速度方向与原来方向相反，即向右运动，又因为
所以，小球与小球作用后不能追上滑块；
当小球的动能全部转化为弹簧的弹性势能时，弹簧的弹性势能最大

【解析】详细解答和解析过程见.
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