湖南省长沙一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（含答案）

湖南省长沙一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.下列关于光学知识的说法正确的是( )
A. 光的偏振现象说明光是横波
B. 用白光做光的衍射实验，得到的条纹是黑白相间的
C. 杨氏双缝干涉实验有力地证明了光的粒子性
D. 医生常用“彩超”检查病人心脏和大脑是否病变，这是利用了波的干涉原理
2.如图所示，平行长直金属导轨、水平放置，间距为，电阻值不计。左侧接电动势为、内阻为的电源。导体棒静止放在导轨上，与轨道间的夹角为，两点间电阻为且与轨道接触良好。导轨所在区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为。则以下说法中正确的是( )
A. 导体棒所受安培力的方向水平向右
B. 导体棒所受安培力的方向垂直于向左上方
C. 导体棒所受安培力大小为
D. 导体棒所受安培力大小为
3.如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是( )
A. 甲图可通过增加电压来增大粒子的最大动能
B. 乙图当流量一定时，可通过增加极板之间的距离来增大电源电动势
C. 丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子只能从左侧沿直线匀速通过速度选择器
D. 丁图中产生霍尔效应时，若载流子带负电，稳定时板电势低
4.一细长磁铁棒系于棉线下端形成单摆，并于此摆的正下方放置一环形导线，如图所示，箭头所示方向表示导线上电流的正方向。当时间时，单摆由图示位置静止释放而来回摆动，若此单摆的摆动可视为周期运动，其周期为，则最可能表示该导线上的电流与时间在单摆一个周期内的关系图的是( )
A.
B.
C.
D.
5.如图所示，光滑轨道固定在水平地面上，质量均为、相距很近的、两小球静置于轨道水平部分。将质量为的小球从轨道圆弧部分的某高度处由静止释放，设所有碰撞均为弹性碰撞，下列说法正确的是( )
A. 若，与仅碰撞一次 B. 若，与仅碰撞一次
C. 若，与可碰撞两次 D. 若，与可碰撞两次
6.如图装置可形成稳定的辐向磁场，磁场内有匝数为、半径为的圆形线圈，在时刻线圈由静止释放，时刻速度变为，假设此段时间内线圈所在处磁感应强度大小恒为，线圈导线单位长度的质量、电阻分别为、，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 线圈下落过程中，线圈做加速度增加的加速运动
B. 线圈下落过程中机械能守恒
C. 在时刻线圈的电流大小为
D. 时间内通过线圈的电荷量为
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.一列横波在某介质中沿轴传播，时的部分波形图如图甲所示，处的质点的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是( )
A. 该波源激起的波在传播途中遇到一个直径为的球，能够发生明显的衍射现象
B. 波沿轴正向传播
C. 时点的位移为
D. 从图甲时刻开始再经过，质点通过的路程约为
8.如图所示，一根绷紧的水平绳上挂五个摆，摆球质量均相同，其中、摆长均为，先让摆振动起来，其他各摆随后也跟着振动起来，则稳定后( )
A. 其他各摆振动周期跟摆相同
B. 摆的驱动力频率最大
C. 其他各摆振动的振幅大小不同，摆的振幅最大
D. B、、三摆振动的振幅相同
9.如图所示，在光滑的水平杆上套有一个质量为的滑环。滑环上通过一根不可伸缩的轻绳悬挂着一个质量为的物块可视为质点，绳长为。将滑环固定时，极短时间内给物块一个水平冲量，物块摆起后刚好碰到水平杆；若滑环不固定时，仍给物块以同样的水平冲量，则为重力加速度( )
A. 给物块的水平冲量为 B. 物块上升的最大高度为
C. 物块上升最高时的速度为 D. 物块在最低点时对细绳的拉力
10.如图所示，在纸面内水平向右的水平匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场中，有一水平的固定绝缘杆，小环套在杆上，的质量为，电量为，与杆间的动摩擦因数为，电场强度为，磁感应强度为，重力沿纸面向下，小环由静止起开始滑动，设电场、磁场区域足够大，杆足够长。在运动过程中小环最大加速度为，最大速度为，重力加速度为，则下列判断正确的是( )
A. 小环先做加速度减小的加速运动，后匀速直线运动
B. 小环的最大速度
C. 若已知小环加速至加速度最大过程的时间，则此过程的位移
D. 当时小环的加速度与之比一定大于
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.史上最早设计并做出“双缝干涉实验”的是英国物理学家托马斯杨，如图是这个实验的初始版本，他用蜡烛作为光源，在蜡烛后面挡上一片厚纸片，并在纸片上戳一个很小的孔，让光线透过，并用一面镜子反射透过的光线，然后用一个厚约为的纸片把这束光从中间分成两束，结果在光屏上看到明暗相间的条纹。
实验中纸片______填，处可看成是双缝。
______填“能”或“不能”通过上下移动光屏使纸片正下方的点形成暗条纹。
以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离______。
A.将的厚纸片改用
B.将蜡烛向厚纸片小孔靠近
C.将光源由黄色光改为绿色光
12.如图所示，某课外探究小组利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块和滑块的质量包括遮光条分别为：、。实验中弹射装置每次给滑块的初速度均相同，滑块初始处于静止状态。滑块的遮光条两次通过光电门的挡光时间分别为、，滑块的遮光条通过光电门的挡光时间为。
打开气泵，先取走滑块，待气流稳定后将滑块从气垫导轨右侧弹出，测得光电门的时间大于光电门的时间，为使实验结果准确，后续的操作是______；
A.调高右侧底座旋钮
B.调高左侧底座旋钮
C.将光电门向左侧移动
D.将光电门向右侧移动
如图所示，用游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为______；
经测量滑块、上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为：______用、、、、表示；
小明同学改变实验设计继续验证动量守恒定律，他在滑块的右端加上橡皮泥，两滑块每次相碰后会粘在一起运动。多次改变滑块的质量，记录下滑块的遮光条每次通过光电门的挡光时间，在方格纸上作出图像______；
小华同学提出，滑块的质量应包含橡皮泥的质量，考虑到此因素影响，小华所绘制的图像中的图线与中绘制的图形相比较，应______。
A.向上平移
B.向下平移
C.向左平移
D.向右平移
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.改编如图所示是一玻璃球，其半径为，为球心，为一水平方向上的直径。点是玻璃球的最高点，一束激光自点射入、从点射出，出射光线平行于，已知，光在真空中的传播速度为，求：
此玻璃球的折射率；
光线从传播到所用时间；
若来自点的光线射向点，判断此光线能否从点射出玻璃球。
14.如图所示，相距为的两条足够长的光滑平行金属导轨、与水平面的夹角为，、两点间接有阻值为的电阻。整个装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下。将长为、质量为、阻值也为的金属杆垂直放在导轨上，杆由静止释放，下滑距离时达到最大速度。重力加速度为，导轨电阻不计，杆与导轨接触良好。求：
杆下滑的最大加速度和最大速度的表达式；
由静止释放到最大速度过程中，杆上产生的热量；
若导轨粗糙，金属杆与导轨之间的动摩擦因数为。现用沿导轨平面向上的恒定外力作用在金属杆上，使由静止开始沿导轨向上运动，求的最大加速度和最大速度的表达式。
15.如图甲所示，半径为的圆形区域内存在辐向电场，电场方向由圆心沿半径向外，电场强度大小随距圆心的距离的变化如图乙所示，图中为已知量。圆形区域外存在垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为，电荷量为的带电粒子，从圆心点由静止释放，粒子沿半径运动至虚线边界上的点进入磁场偏转再返回电场，粒子每次到达点后沿进入电场的路径返回磁场，最后刚好沿方向回到点，这个过程中粒子在磁场中运动的总时间记为未知。已知磁场的磁感应强度，不计带电粒子的重力。求：
带电粒子经过点时的速度大小；
的大小；
若改变带电粒子的释放位置，将带电粒子在之间的某点图中未标出释放，粒子经过一段时间后沿方向第一次回到释放点，该过程粒子在磁场区域运动的总时间为，求粒子释放点到点的可能距离。
1.【答案】
2.【答案】
3.【答案】
4.【答案】
5.【答案】
6.【答案】
7.【答案】
8.【答案】
9.【答案】
10.【答案】
11.【答案】 不能
12.【答案】 如解析所示
13.【答案】解：根据几何关系可知，激光由点射出时的入射角为，折射角为，所以，此玻璃球的折射率为
光线在玻璃球内的传播速度为
光线从传播到所用时间
解得
若来自点的光线射向点，根据几何关系可知，入射角为，而这种光线在玻璃球内发生全反射的临界角满足
因
所以，光线在点会发生全反射，即此光线不能否从点射出玻璃球。
答：此玻璃球的折射率为；
光线从传播到所用时间为；
若来自点的光线射向点，此光线不能从点射出玻璃球。
14.【答案】解：设杆下滑到某位置时速度为，则杆产生的感应电动势：
回路中的感应电流：
杆所受的安培力：
根据牛顿第二定律有：
故当速度时，杆的加速度最大，最大加速度为
方向沿导轨平面向下；
当杆的加速度时，杆的速度最大，最大速度为
方向沿导轨平面向下。
杆从开始运动到达到最大速度过程中，根据能量守恒定律得：
又根据焦耳定律：
所以杆上产生的热量为：
分析金属杆运动时的受力情况可知，金属杆受重力、导轨平面的支持力、拉力、摩擦力和安培力五个力的作用，沿斜面方向由牛顿第二定律有：
所以当速度时，杆的加速度最大，最大加速度为：
方向沿导轨平面向上；
当杆的加速度时，杆的速度最大，最大速度为：
方向沿导轨平面向上。
答：杆下滑的最大加速度为，最大速度为；
由静止释放到最大速度过程中，杆上产生的热量为；
的最大加速度和最大速度的表达式分别为：，方向沿导轨平面向上，方向沿导轨平面向上。
15.【答案】解：根据乙图，图中图线所围成面积代表电势差，则
由动能定理可得
解得
设带电粒子在磁场中运动的轨道半径为，根据题意作轨迹图
由向心力公式得
设，由几何关系可知
解得
所以，粒子在磁场中运动过程所转过的角度为
粒子在磁场中运动总时间
粒子在磁场中运动周期为
解得
如图
设改变释放位置后，粒子在磁场中第一次从点回到电场区域，令，粒子在磁场中运动的圆弧所对圆心角为，根据题意可知
联立以上公式得
粒子在磁场中运动总时间为，所以
将
代入
可得
其中和均为正整数，由题意可知，且
所以
当，，由几何关系可得
则
由洛伦兹力提供向心力公式得
由动能定理可得
解得
当，时，由几何关系可得
同理解得
当，时，由几何关系可得
同理解得
当，时，由几何关系可得
同理解得
答：带电粒子经过点时的速度大小为；
的大小为；
粒子释放点到点的可能距离为、、、。
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