湖北省鄂东南省级示范高中联盟学校2024-2025学年高二（下）期中物理试卷（含解析）

湖北省鄂东南省级示范高中联盟学校2024-2025学年高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列关于波的说法正确的是( )
A. 机械波与电磁波的传播都需要介质
B. 肥皂膜出现彩色条纹是光的衍射现象
C. 观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率大于波源频率
D. 拍摄橱窗内的展品，调整照相机镜头外的偏振片是让更多光线进入镜头
2.如图，将一弹簧振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点，竖直向上为正方向建立轴。若将小球从弹簧原长处由静止释放，其在地球与某星球表面做简谐运动的图像如所示不考虑自转影响，则地球与该星球表面的重力加速度之比为( )
A. B. C. D.
3.如图所示，将一根表面涂有绝缘漆的相同硬质细导线绕成闭合线圈，线圈中大圆环半径为小圆环的倍，已知小圆环面积为，垂直线圈平面方向有一匀强磁场，磁感应强度随时间变化关系式为为大于零的常数，则线圈中产生的感应电动势大小为( )
A.
B.
C.
D.
4.如图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的自感线圈和电容器构成振荡电路，当车辆靠近自感线圈时线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是( )
A. 时刻电容器间的电场强度最大 B. 时间内，电容器处于放电过程
C. 时刻，线圈产生的磁场能最强 D. 从图乙波形可判断汽车正远离自感线圈
5.如图所示，在平面内，有一粒子源沿正方向发射速率相等的带正电的粒子，形成宽为且关于轴对称的粒子流。粒子流沿方向射入一个半径为、中心位于原点的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直平面向里。已知沿轴入射的粒子在磁场中经时间偏转后从点射出。则这些粒子在磁场中运动的最短时间为( )
A.
B.
C.
D.
6.华中第一高楼武汉中心大厦外形犹如轻帆远扬如图所示，设计层总高，正面受风宽度约为，若级大风以的速度垂直吹到这栋大楼后速度减为，已知空气密度为，则该楼受到的风力大约为( )
A.
B.
C.
D.
7.霍尔效应的应用非常广泛。如图所示，金属片长度为，宽度为，厚度为，水平放置于方向竖直向下，磁感应强度大小为的匀强磁场中，金属片左右两端与电动势为的直流电源及滑动变阻器构成闭合回路，金属片前后两端接理想电压表。不计电源内阻及金属片电阻，闭合电键，下列说法正确的是( )
A. 金属片的前端的电势低于后端的电势
B. 仅减小金属片的长度，电压表示数减小
C. 仅增大磁感应强度，电压表示数增大
D. 仅减小滑动变阻器的阻值，电压表示数也减小
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图甲所示，是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比：：，接线柱、接一正弦交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中为用半导体热敏材料制成的传感器，其电阻随温度升高而减小，为一定值电阻。下列说法中正确的是( )
A. 时电压表示数为
B. 副线圈中的交流电频率为
C. 当所在处出现火警时，电流表的示数变小
D. 当所在处出现火警时，电压表的示数变小
9.两列简谐横波分别沿轴正方向和负方向传播，两波源分别位于和处，两列波的波速均为，波源的振幅均为。时刻两列波的图像如图所示，此刻平衡位置在和的、两质点刚开始振动。质点的平衡位置处于处。下列说法正确的是( )
A. 两列波在时刻相遇
B. 质点刚开始振动时速度方向沿轴正方向
C. 经过质点运动的路程为
D. 后连线区间振动的振幅为的质点共有个
10.如图甲，固定的光滑水平横杆上套有质量为的小环，其右侧有一固定挡块。一根长为的轻绳，一端与相连，另一端与质量为的小球相连。初始状态轻绳水平且伸直，靠在挡块处。由静止释放，在运动过程中、水平方向速度的大小与时间的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 时刻之后，、组成的系统动量守恒
B. 时刻、速度相同，大小为
C. 图乙中阴影部分的面积为
D. 时刻，的下落高度为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。
如图，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中能使指针向左偏转的有______。
A.闭合开关
B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
C.开关闭合时将线圈从线圈中拔出
D.开关闭合时将线圈倒置再重新插入线圈中
如图，乙同学将条形磁铁从线圈上方由静止释放，使其竖直落入线圈中，多次改变释放高度，发现释放高度越高，灵敏电流计指针偏转过的角度越大。该现象说明了线圈中______选填“磁通量”、“磁通量变化量”或“磁通量变化率”越大，产生的感应电流越大。
丙同学设计了如图所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时红表笔接触的是二极管的______选填“正极”或“负极”。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯______选填“”或“”短暂亮起。
12.如图甲所示，用半径相同的两个小球碰撞验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为的球从斜槽上某一固定位置由静止释放，球从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹，重复上述操作次，得到个落点痕迹的平均落点，再把质量为的球放在水平轨道末端，将球仍从位置由静止释放，球和球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作次，得到两个落点的平均位置，点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图乙所示。测量出三个落点的平均位置与点距离、、的长度分别为、、。
下列说法中正确的有______选填选项前的字母。
A.安装的轨道必须光滑，末端必须水平
B.实验前应该测出斜槽末端距地面的高度
C.实验中两个小球的质量应满足
D.除了图中器材外，完成本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺和秒表
E.用半径尽量小的圆把个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置
碰撞的恢复系数定义为，其中和分别是碰撞前两物体的速度，和分别是碰撞后物体的速度。其中弹性碰撞的恢复系数，非弹性碰撞的。请写出用测量量表示的恢复系数的表达式______。
某同学在实验时采用另一方案：使用半径不变、质量分别为、、的弹性球。先将球由某一位置静止释放测出球落点距离点的距离为，然后再将球三次从斜轨上同一位置静止释放，分别与三个质量不同的球相碰，用刻度尺测量出三次实验中球与球落点痕迹距离点的距离和，将三组数据标在图丙中。从理论上分析，若两球相碰均为弹性碰撞，则图中三点连线与纵坐标交点坐标应为______。用测量量表示
另一同学在实验中记录了小球落点的平均位置、、，发现和偏离了方向，使点、、、不在同一条直线上，如图所示，若要验证两小球碰撞前后在方向上是否动量守恒，则下列操作正确的是______。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.如图，水面下方有一固定的长为线状单色光源，光源倾斜放置，其和竖直方向夹角为，光源上端点到水面距离为，已知水对该光的折射率为。光源发出的光到达水面后有一部分可以直接透射出去，已知光在真空中的传播速度为。
求该光源发出的光到达水面的最短时间；
从水面上方看，求该水面透射区域的面积？
14.空间中存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场强度大小为，磁感应强度大小为。一质量为的带电油滴，在纸面内做半径为的匀速圆周运动，轨迹如图所示。当运动到最低点时，瞬间分成两个小油滴Ⅰ、Ⅱ，二者带电量、质量均相同。Ⅰ在点时与的速度方向相同，并做半径为的圆周运动，轨迹如图所示。Ⅱ的轨迹未画出。已知重力加速度大小为，不计空气浮力与阻力以及Ⅰ、Ⅱ分开后的相互作用。
请判断油滴的电性并求出其电量与速度大小；
求小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小和周期；
若当油滴运动到最低点时不分裂，突然撤去电场，试求撤去电场后运动过程中距离点的最大竖直高度差。
15.间距为的形光滑金属导轨，固定在绝缘水平桌面上，其靠近桌面前侧导轨右端与桌面右侧平齐，如图所示。质量分别为与的匀质导体棒和静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，两杆在导轨间的电阻均为，导体棒距离导轨最右端的距离为。整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。现给导体棒一水平向左的初速度，经过一段时间导体棒运动到导轨最右端时速度变为并离开桌面，已知这段时间导体棒一直在靠桌面后侧平直轨道上运动，感应电流产生的磁场及导轨的电阻均忽略不计。求：
导体棒刚开始运动时的加速度大小；
导体棒上产生的热量；
导体棒在导轨上运动的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】电磁波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质，故A错误；
B.肥皂膜出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误；
C.观察者靠近声波波源的过程中，根据多普勒效应，接收到的声波频率大于波源频率，故C正确；
D.调整照相机镜头外的偏振片，会减弱橱窗玻璃反射光进入镜头的强度，使橱窗内物体的影像更清晰，故D错误。
故选：。
2.【答案】
【解析】小球在地球表面处于平衡位置时，设形变量为，则，其中为弹簧劲度系数
将小球从弹簧原长处由静止释放，满足
同理，在某星球表面，则有
联立得，故A正确，BCD错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】两线圈中大圆环半径为小圆环的倍，则大圆环的面积与小圆环面积之比为：，
由法拉第电磁感应定律可得大圆线圈产生的感应电动势大小为：
个小圆线圈产生的感应电动势大小为：
由线圈的绕线方式、楞次定律可知大、小圆线圈产生的感应电动势方向相反。则线圈中总的感应电动势大小为：，解得：，故B正确，ACD错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】、时刻电路中的电流最大，是放电完毕时刻，此时电容器带电荷量为零，电容器间电场强度最小为零，故A错误；
、时刻电路中的电流为零，是充电完毕的时刻，时刻，线圈产生的磁场能最弱，时间内，电容器处于充电过程，故BC错误；
D、从图乙可以看出，振荡电流的周期变小，根据可知，线圈的自感系数变小，则汽车是正在远离线圈，故D正确。
故选：。
5.【答案】
【解析】已知沿轴入射的粒子经磁场偏转后从点射出，则粒子运动的半径为，则所有粒子都从点射出，如图
圆弧轨迹对应最小圆心角为，最大圆心角为，根据题意可知，沿轴入射的粒子在磁场中经时间偏转后从点射出，此时对应的圆心角为，则
解得
故B正确，ACD错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】由可得，代入数据得，故B正确，ACD错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】闭合开关时霍尔元件中的电子运动方向与电流的方向相反，根据左手定则可知电子向金属片的后端聚集，因此金属片的前端的电势高于后端的电势，故A错误；
C.当电路稳定后，电子所受洛伦兹力与电场力平衡，根据平衡条件，得，因此仅增大磁感应强度，电压表示数增大，故C正确；
B.仅减小金属片的长度，电路中的电流不变，电子定向移动的速率不变，根据可知，电压表示数不变，故B错误；
D.根据闭合电路的欧姆定律可知，仅减小，电路中的电流增大；根据电流的微观表达式可知，电子定向移动的速率增大，根据可知，电压表示数增大，故D错误。
故选：。
8.【答案】
【解析】结合图像可知任意时间电压表示数等于有效值，结合原、副线圈匝数之比：：，可知电压表示数等于，交流电周期等于，频率等于，故A错误，B正确；
因为原线圈两端的电压及原、副线圈匝数之比不变，则副线圈的电压不变，当出现火警时，温度升高，电阻减小，则副线圈的电流变大，由理想变压器电流与匝数比的关系可知，原线圈的电流也变大，则电流表的示数变大；因为副线圈两端的电压不变，电阻减小，则电阻所分电压减小，则电压表的示数变小，故C错误，D正确。
故选：。
9.【答案】
【解析】、波的速度相等，波长相同，、点到点的距离为，根据，则两列波在时刻相遇，故A正确；
B、两列简谐横波分别沿轴正方向和负方向传播，则质点、均沿轴负方向运动，则质点刚开始振动时速度方向沿轴负方向，故B错误；
C、由图知波长，由得，波的周期为，经过质点振动的时间为，点的振幅为
运动的路程为
故C错误；
D、根据波的叠加原理，当波程差为波长的整数倍时，该点为加强点，则后连线区间振动的振幅为的质点有，，，故D正确。
故选：。
10.【答案】
【解析】图乙可知时刻后，开始运动起来了，说明此时已经离开挡板向左运动，与挡板间没有了作用力由于杆光滑，故AB构成的系统水平方向不受外力，即组成的系统水平动量守恒，但整体在竖直方向上合力不为，则竖直方向动量不守恒，故时刻之后，、组成的系统动量不守恒，故A错误；
B.题意可知时刻的水平最大为，对，由动能定理得，时刻后，规定向右为正方向，由系统水平方向动量守恒有：联立解得、相同速度，故B正确；
图乙中阴影部分的面积为表示的水平方向位移差，即，从阶段，设共速时的下落高度为，由能量守恒有
联立以上可得，
故从阶段，图乙中阴影部分的面积为：。
联立以上解得。
整理可得：
设时刻下落的高度为，、水平方向位移差为，绳长为，根据勾股定理可得：
将代入：可得
故C正确；D错误。
故选：。
11.【答案】； 磁通量变化率； 正极；
【解析】根据甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，故现有的磁通量变小，灵敏电流计指针向右偏转，闭合开关以及开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，现有磁通量变大，故指针向左偏转，开关闭合时将线圈从线圈中拔出以及开关闭合时将线圈倒置再重新插入线圈中，磁通量变小以及磁通量反向增大，灵敏电流计指针向左偏转。故AB正确，CD错误。
故选：。
条形磁铁从线圈上方由静止释放，使其竖直落入线圈中，磁通量变化量相同，释放高度越高，速度越大，落入线圈中的时间越小，故磁通量变化率越大，产生的感应电流越大。
根据多用电表内部原理，测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时红表笔接触的是二极管的正极。实验操作时将磁铁插入线圈时，根据楞次定律，只有灯暂时亮起。
12.【答案】； ； ；
【解析】安装的轨道无需光滑，对实验无影响，末端必须水平，确保初速度沿水平方向，故A错误；
斜槽末端未放被碰小球时，入射小球以抛出做平抛运动，假设下落的高度为，则
解得：
实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要刻度尺，无需测量高度，不需要秒表，故BD错误；
C.为保证碰后小球不反弹，实验中两个小球的质量应满足，故C正确；
E.小球的平均位置应该用一个半径尽量小的圆把所有落点圈起来，圆心即为小球的落点，故C正确；
故选：。
不放小球，小球的水平位移
碰撞后小球的水平位移
小球碰撞后的水平位移
小球碰撞前静止，即
因而碰撞系数为
根据动量守恒与能量守恒定律有：，
解得，
球三次从同一位置释放，不变，图中三点连线与纵坐标交点坐标应为；
小球均做平抛运动，竖直方向下落的高度一定，则下落时间相等，水平方向的速度之比可等效为位移之比，点是一个小球不碰撞时下落的位置，所以需要测量及、在方向的投影长度，，故B正确，ACD错误。
故选：。
故答案为：；；；
13.【答案】该光源发出的光到达水面的最短时间为；
从水面上方看，该水面透射区域的面积为
【解析】单色光源上端点离水面最近，到达水面时间最短，所用时间为：
，
其中：
，
由题知：
，
联立可得：
；
设临界角为，由题意可得下图：
单色光源上各点透射区域均为圆形，其下端点透射区域的面积最大，
由临界角与折射率的关系可得：
，
则：
，
由几何关系可得：
，
，
从水面上方看，该水面透射区域的面积为：
，
联立可得：
；
答：该光源发出的光到达水面的最短时间为；
从水面上方看，该水面透射区域的面积为。
14.【答案】油滴的电性为负电，其电量大小为，速度大小为；
小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小为，周期为；
撤去电场后运动过程中距离点的最大竖直高度差为或
【解析】油滴做圆周运动，故重力与电场力平衡，可知带负电
有
解得
根据洛伦兹力提供向心力
解得油滴做圆周运动的速度大小为
设小油滴Ⅰ的速度大小为，根据洛伦兹力提供向心力，可得
解得
周期为
配速法：令，则
讨论：：当时，油滴从点开始沿水平方向做匀速直线运动，高度差为
：当时，油滴的速度可以分解为，即把油滴看作时水平方向的匀速直线运动和竖直面内的匀速圆周运动，可知运动到最高点时距离点的高度差等于匀速圆周运动的直径，即
解得：，故最高点时距离点的高度差
：当时，油滴的速度可以分解为，即把油滴看作时水平方向的匀速直线运动和竖直面内的匀速圆周运动，可知运动到最低点时距离点的高度差等于匀速圆周运动的直径，即解得：，故最高点时距离点的高度差
答：油滴的电性为负电，其电量大小为，速度大小为；
小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小为，周期为；
撤去电场后运动过程中距离点的最大竖直高度差为或
15.【答案】导体棒刚开始运动时的加速度大小为；
导体棒上产生的热量为；
导体棒在导轨上运动的时间为
【解析】刚开始运动时，产生的感应电动势为
由闭合电路欧姆定律得
对，由牛顿第二定律得
联立解得导体棒刚开始运动时的加速度大小为
两导体棒在磁场中运动过程中，、系统动量守恒，取向左为正方向，由动量守恒定律有
解得出磁场时的速度为
由能量守恒定律可得，此过程整个电路产生的总热量为
则上产生的热量为
对，取向右为正方向，由动量定理得
又有
联立得
又有
可得
解得
答：导体棒刚开始运动时的加速度大小为；
导体棒上产生的热量为；
导体棒在导轨上运动的时间为。
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