湖南省湘东教学联盟2024-2025学年高二下学期期末考试 物理试卷（含解析）

2024-2025学年湖南省湘东教学联盟高二（下）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.数码相机中的图像传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，从而记录下图像信息。当有紫光照射到采用硅基材料制作的感光元件上时，会有光电子逸出。下列说法正确的是( )
A. 紫光照射到感光元件上后，感光元件带负电
B. 绿光照射到感光元件上一定能发生光电效应
C. 增大紫光的强度，逸出的光电子的最大初动能变大
D. 光电效应揭示了光具有粒子性
2.如图，质量分别为m、M的两个光滑球装进一个静止在水平桌面上的长方体容器内，两球、容器三者之间从左至右一共有1、2、3、4、5五个接触点，重力加速度大小为g。请选出下列正确的选项( )
A. 2号接触点对左边小球的弹力一定大于mg
B. 4号接触点对右边大球的弹力一定大于Mg
C. 2号与4号接触点对两球弹力的大小之和一定等于
D. 1号接触点对左边小球的弹力可能大于5号接触点对右边大球的弹力
3.一根轻质橡皮筋挂着一个质量为2m的小灯笼甲，质量为m的小灯笼乙与小灯笼甲用一根轻绳相连，悬挂在空中，甲乙两灯笼在相同的水平风力作用下，使橡皮筋发生了倾斜，稳定时，与竖直方向夹角，如图所示，突然，甲乙之间的轻绳断裂，重力加速度为g，断裂瞬间甲的加速度大小为( )
A. g B. C. D.
4.如图，一束只含红光和紫光的复色光束，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线。则下列选项正确的是( )
A. 在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度
B. a为红光，b为紫光
C. 若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线b首先消失
D. 分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
5.如图，真空中一无限大孤立平面上有三个质量为m，带电量为q的正点电荷分别固定在边长为a的正三角形的A、B、C三个顶点上，O为正三角形的中心。已知以无穷远处为零电势，点电荷的电势公式为。以下说法正确的是( )
A. 只将C处点电荷自由释放后最终达到的速度小于将三个点电荷同时自由释放最终达到的速度
B. 若将A处点电荷换成电荷量为q的负点电荷，则中心O点的场强为，方向由O指向A
C. 若将A处点电荷换成电荷量为q的负点电荷，并从A点以初速度v沿AO方向释放，该点电荷将一定来回振动不考虑电磁感应效应
D. 若将A、B、C三处点电荷均换成电荷量为2q质量不变的正点电荷，并同时自由释放，最终获得的速度将是原来的点电荷同时自由释放最终获得速度的倍
6.光伏发电，即利用光电效应将太阳能转换成电能的过程，直接输送是最常用的光伏电站输送方式。在光伏电站内部，发电组件通过逆变器将发电组件所产生的直流电信号转换为交流电信号，并提高电压，然后输送到电网上，再经过降压最后输送到用户家中。为探究输电的规律，输送简化电路图如图所示，电路中升压变压器原线圈接电压恒定的交流电源，变压器可视为理想变压器，电表均视为理想电表，电压表示数为U，电流表示数为I，下列说法正确的是( )
A. 仅将向上调，电压表示数会增大，电流表示数会减小
B. 若用户增多，电网负荷增大，要想用电器正常工作，应将向下调
C. 若用户增多，电网负荷增大，将不变
D. 演示“夜深了，灯更亮了”，应将向下调，电流表示数减小而电压表示数不变
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7.2025年5月17日，朱雀二号改进型遥二运载火箭成功发射，将天仪29星等6颗卫星顺利送入预定的500公里太阳同步轨道。太阳同步轨道是指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角接近90度。卫星在运行过程中，会以特定的速度和轨道高度离地高度为500公里绕地球运动，使得其在经过地球不同地区时，能够在相同的地方时当地时间通过，从而保证卫星每次观测同一地区时，光照条件基本相同。由于其独特的光照条件，非常适合用于遥感、测绘、气象等卫星任务。已知地球同步卫星离地高度约为36000千米。关于太阳同步轨道，下列说法正确的是( )
A. 在该轨道运行的卫星的线速度一定比同步卫星的线速度大
B. 在该轨道运行的卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度
C. 在该轨道运行的卫星的机械能不守恒
D. 若要将卫星从该轨道变轨到更高轨道，需要让卫星加速
8.一摆球在竖直平面内做单摆运动，从最低点开始计时，该单摆的振动图像如图所示，重力加速度g取，取，下列说法正确的是( )
A. 该单摆的摆长为4m
B. 时，摆球的加速度为0
C. 时，摆球的速度最大
D. 到时间内，回复力先增大后减小
9.如图，从水平地面上以一定的初速度抛出一个大小不计的小球，要能够越过半径，表面光滑的半圆柱体固定在地面上。空气阻力可以忽略，g取。以下说法正确的是( )
A. 要求小球以最小的高度越过半圆柱体且不与半圆柱体接触，抛出的最小速度应为
B. 要求小球以最小的高度越过半圆柱体且不与半圆柱体接触，抛出的最小速度应为
C. 如允许小球能飞上半圆柱体表面滑行越过半圆柱体，抛出的最小速度为
D. 如允许小球能飞上半圆柱体表面滑行越过半圆柱体，抛出的最小速度为
10.如图所示，半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上，在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面，大小为，方向竖直向下的匀强磁场。一根长也为l、电阻为R的金属棒ab一端与导轨接触良好，另一端固定在圆心处的导电转轴上，由电动机A带动转轴以角速度匀速旋转。从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线经开关S与宽度为L的水平导轨连接，水平导轨的最右侧用一绝缘点G连接，MX段与NY段平行，XG、YG长度均为L。MN右侧存在垂直于导轨平面，大小为B，方向竖直向下的匀强磁场两部分磁场不会相互影响。水平导轨的左侧连接阻值为R的电阻，MN和XY之间某处静止放置一质量为m、电阻为R的导体棒PQ，已知PQ棒到达XY处前已经做匀速运动，且所有导轨电阻不计，不计其余电阻和摩擦等阻力，则以下说法正确的是( )
A. 开关闭合瞬间，通过PQ棒的电流动
B. 开关闭合瞬间，PQ棒的加速度为
C. PQ导体棒做匀速运动时的速度为
D. 若PQ棒在到达XY处时因某种原因变成超导体，同时断开开关S，则PQ棒离开导轨的速度为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某兴趣小组验证机械能守恒定律，在水平面上放有一个压力传感器，将一个内壁光滑的圆环轨道竖直固定放在压力传感器上，此时压力传感器上的示数为0。如图所示，在圆环轨道的最高点处有一个直径等于小球直径的圆孔小球的直径远小于轨道的直径，将小球通过圆孔静止放在圆环轨道的最高点处，给小球一个微小扰动，当小球经过压力传感器时，传感器的示数为F，重力加速度为g。
下列说法正确的是 。
A.若想完成此实验还需要测量出小球的质量m
B.若想完成此实验还需要测量出圆环轨道的直径D
C.若想完成此实验还需要测量出小球的直径d
小球从最高点到压力传感器的过程，为验证小球的机械能守恒，需要满足的关系式 用以上的物理量表示。
实验过程中很难存在内壁光滑的圆环，实验结束后发现测量的F比理论的F 填“大”或者“小”时，说明圆环内壁存在摩擦力。
12.某同学打算估测一粗细均匀的金属丝的阻值。现有器材如下：
电源电动势E、内阻r均未知
电流表量程为
定值电阻阻值为
定值电阻
开关S和导线若干
他设计了如图所示的电路，实验步骤如下：
步骤闭合开关，将开关接到1，记下此时电流表的示数。
步骤将金属丝平均分成相同长度的6段，将开关接到2，移动滑片分别将n段金属丝接入电路，记下接入金属丝段数n与电流表对应示数，得到数据。请完成如下计算和判断：
定值电阻的作用是 。
步骤2中，某次电流表示数如图，此时电流表的读数是 A。
若设，根据第二步得到的数据作出图像，如图所示，可得金属丝阻值为 保留2位有效数字，同时可得 保留2位有效数字。
本实验中若考虑电流表内阻的影响，则测得的金属丝阻值会 选填“偏大”“不变”或“偏小”。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.已知一种气压避震装置主要由活塞、汽缸和轻质弹簧组成。某研究小组将其放在光滑斜面上进行研究，简化结构如图所示，在倾角为的斜面上放置一个带有活塞的导热汽缸，一平行于斜面的轻弹簧一端固定在活塞上，另一端被固定在与斜面底端相连的挡板上，初始状态活塞到汽缸底部内侧的距离为，汽缸底部外侧到斜面上端挡板的距离为，汽缸内气体的初始温度为。已知汽缸质量为M，活塞的质量为m，汽缸内部的横截面积为S，活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，活塞始终未脱离汽缸，大气压强为，该封闭气体的内能U与温度T之间存在关系，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。
现对汽缸进行缓慢加热，求汽缸底部恰好接触到斜面上端的挡板时气体的温度；
求从最初到汽缸底部恰好接触到斜面上端的挡板时，气体吸收的热量Q。
14.一质量为m，带电量为的小球，以一定初速度从A点沿光滑绝缘水平面开始运动，光滑绝缘圆形轨道最低点D与水平面相切圆轨道最低点略微错开，不影响小球进出轨道时的速度，其半径为R，小球能从D点进入圆形轨道，并能运动一周后再从D处沿切线离开圆形轨道。在圆形轨道右侧有垂直纸面向里的匀强磁场磁感应强度为和竖直向上的匀强电场电场强度大小未知，小球在此区间做匀速圆周运动，距离圆形轨道圆心等高处C点右侧有一块薄金属板，距离为d，如图所示，以水平面为x轴，C点所在竖直面为y轴建立坐标系，重力加速度为g。
若小球运动过程中恰没有与右侧金属板相撞，求小球的初速度大小;
当小球运动到D点时，在第二象限内也加与第一象限相同大小的匀强电场，方向水平向右图中未画出，求让小球不脱离圆轨道的初速度的取值范围;
满足第问的条件，当小球再次经过D点时撤去第二象限的电场并让小球进入第一象限时能与金属板相撞，求d的取值范围
15.如图，两相同且足够长的粗糙绝缘斜面垂直相交构成一个直角滑槽，斜面相交处有一个很小的光滑圆弧，并处在水平向左的匀强电场中。现有两个大小可不计的滑块质量均为m，滑块A和滑块B与滑槽间的动摩擦因数分别为、。其中滑块B带正电、电荷量为q，滑块A不带电且滑块A、B彼此绝缘，相互接触后滑块B所带电荷没有变化。如图1，当滑槽的两侧斜面都与水平方向成角时，滑块B恰好能够静止在左侧斜面上且与左侧斜面之间没有摩擦力。重力加速度为g，计算结果用m、g、h、d、q来表示。，
求电场强度E的大小;
如图2，将直角滑槽顺时针方向转过角，将滑块B从左侧斜面距离滑槽底部d处由静止释放，求滑块到达滑槽底部时的速度大小;
如图3，当滑槽的两侧斜面仍与水平方向成角，滑块B静止在滑槽左侧斜面离底部高度h处，滑块A以碰前瞬间速度沿左侧斜面向下与B发生碰撞、B之间的碰撞均为弹性碰撞。求A、B两个滑块从第一次碰撞到两个滑块均静止在滑槽斜面上，A、B两个滑块通过的路程之和s，以及损失的机械能。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】紫光照射到感光元件上后，感光元件失去电子，带正电。A错误;
绿光的频率小于紫光，绿光照射到感光元件上不一定能发生光电效应。B错误;
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，即增大紫光的强度，逸出的光电子的最大初动能不变。C错误;
光电效应揭示了光具有粒子性。D正确。
2.【答案】C
【解析】对两球构成的整体进行受力分析。竖直方向：所受重力与支持力为一对平衡力，可知C选项正确;
水平方向容器左侧与右侧对整体的水平弹力为一对平衡力，可知D错误。
隔离大球或小球进行受力分析，且大、小球之间可能没有弹力，此时容器底部分别给两球的支持力等于各自重力。可知A、B选项错误。
故选C。
3.【答案】D
【解析】轻绳断裂前甲乙整体受力分析
，，
每个小灯笼受到的风力，
断裂瞬间甲受，
利用正交分解求出合力，根据可得加速度为。
故选D。
4.【答案】A
【解析】光线a的偏折程度大，根据折射定律公式，光线a的折射率大。再根据公式，光线a在玻璃中的传播速度小，故A正确;
光线a的折射率大，说明光线a的频率高，红光波长更大，频率更小，所以a不是红光，故B错误;
若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a的折射角先达到，故先发生全反射，先消失，故C错误;
光线a在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式，分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故D错误。
5.【答案】B
【解析】先考虑只有A处点电荷时，B处电势为，再放入B处电荷，系统所具有的电势能为，此时C处电势为，再放入C处电荷，系统新增加电势能为，此时系统总电势能为。如只释放C处点电荷，则有电势能转化为C的动能。而同时释放3个电荷则有电势能转化为三个点电荷的动能，每个点电荷动能为。故只释放C电荷时C电荷获得的动能更大，是同时释放三处电荷时C电荷获得动能的两倍。A错误。
也可以用做功来定性分析。当只释放C电荷，在 C电荷远离中心O相同位置时，由于A、B两个电荷没有动，与同时释放三个电荷比较，到A、B两个电荷的距离更近，且A、B两个电荷对C电荷作用力方向的夹角更小，与同时释放三个电荷比较，C电荷在相同位置上受到的库仑力的合力更大，在点电荷远离中心O的过程中库仑力对它做的功更多，因此获得的动能更大。
同理，当三个顶点的点电荷电荷量均为2q时，系统的总电势能为，自由释放后转化为三个点电荷的动能，最终每个点电荷获得动能为。速度应为原来的2倍，D错误。
对D选项也可以定性分析。电势能等于电势与电荷量的乘积。由题目中所给点电荷电势公式可知，系统所具有的电势能应为的倍数。故三个点电荷的电荷量均为原来两倍时，系统电势能增加至4倍，释放后点电荷所获得的速度为原来的两倍。
A处电荷可以看作与电荷的叠加。三个顶点处为q的点电荷在中心的叠加场强为0。所以在中心产生的场强就等同于A处单个点电荷在中心处产生的场强。也可以直接在中心叠加三个点电荷的场强。可知B正确。
若A处点电荷释放时的初速度足够大就可以飞离B、C点电荷，飞向无限远，C错误。
故选B。
6.【答案】C
【解析】上调意味着变大，减小，、不变，电流表示数减小，用户总电流就减小，电压表示数也减小。A错误；
、不变，也不变，所以也不变，降压变压器和用户等效成电阻，现减小，电流表示数就增大，用户电压就减小，要使用电器正常工作，就要向上调。B错误；
，，，即不变。C正确；
电压表测量副线圈电压，若电压表示数不变，则灯的亮度不变，与“夜深了，灯更亮了”矛盾，故D错误。
故选C。
7.【答案】AD
【解析】根据万有引力提供向心力，则有，解得，r越大v越小，A正确。
根据万有引力提供向心力，结合牛顿第二定律，则有，解得，r越大a越小，B错误。
卫星在运行过程中，只受万有引力，故机械能守恒，则C错误。
如果卫星变轨到更高轨道，需要做离心运动，则应该加速，故D正确。
8.【答案】AD
【解析】根据，，得，故A正确;
由图像可知，时，摆球在最低点，摆球做圆周运动，加速度不为0，故B错误;
时，摆球在最大位移处，速度最小，故C选项错误;
到的过程中，摆球远离最低点，受到的回复力变大，到过程中，摆球靠近最低点，受到的回复力减小，故D正确。
9.【答案】AC
【解析】采用逆向思维：A、B选项可让小球从半圆柱体顶部以临界速度水平飞出，根据计算落地速度，为选项所求速度，故A正确，B错误。
同理考虑C、D选项，让小球从半圆柱体顶部由静止滑下，根据计算小球落地时速度，即为所求最小速度，故C正确，D错误。
故选AC。
10.【答案】AD
【解析】由法拉第电磁感应定律可得，
闭合开关后根据闭合电路欧姆定律，
而，
联立解得，
所以流过金属棒PQ的电流，
代入得到，所以A正确。
对PQ棒，
由牛顿第二定律，
联立解得，所以B错误。
当时，PQ导体棒中电流为0，做匀速运动。解得，所以C错误。
若PQ棒在到达XY处时因某种原因变成超导体，同时断开开关S，则对PQ棒，
，
联立可得，
微元累加求和如图所示可知，，
由数学知识可得，
由上可得，，所以D正确。
11.【答案】；；小。
【解析】最低点，代入得。因需要验证关系式，所以还需要测量出小球的质量m，故选A。
由可知为验证小球的机械能守恒，需要满足的关系式为。
若内壁不光滑，最低点速度会变小，测量的F会比理论的偏小。
12.【答案】保护电路；
；；；
不变。
【解析】金属丝的阻值较小，因此需接入定值电阻来保护电路。
电流表的最小分度为，不需要估读到下一位，读数是。
设一段金属丝的阻值为R， A、B间接入n段金属丝后，由闭合电路欧姆定律得，，
又，
，
由以上整理得，变形得，
结合图得，，
又，
解得，，
所以金属丝的阻值为6R即。
如果考虑电流表的内阻，则有和，
整理得，显然电流表的内阻对R的测量值没有影响。
13.【答案】解：对从最初到汽缸底部恰好接触到斜面上端的挡板的过程中汽缸的受力知，此过程为等压变化，由盖-吕萨克定律可得：，
即，
解得
对汽缸受力分析有：，
解得，
该过程中内能增大，，
气体对外做功，
根据热力学第一定律有，
联立解得。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】解：根据
由几何关系得
解得
由于小球在磁场区域做匀速圆周运动，所以，即在圆轨道上重力和电场力合力为
在等效最高点，得
由A到等效最高点，动能定理得解得
由A到等效与O等高位置，动能定理得
解得，
所以的取值范围为或
由
得越小，r越小，
当时，
所以d的取值范围为
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】解：对滑块B由图可知，。
法一：斜面顺时针转过时，斜面对滑块的支持力方向也顺时针转过，电场力与重力恒定不变，它们的合力，把F分解到垂直斜面与平行斜面方向则，，
由运动学公式，
联立得
法二：，
，
，
联立得
滑块A与B第一次碰撞后：滑块A速度为，滑块B速度为，
则有，
，
解得，，
对滑块A、B受力分析可知A、B速度为零时，A、B都能在左侧斜面保持静止，
B在左侧斜面滑动时，B所受合力为，，
B从初位置滑至槽底速度为
，
滑块B在右侧斜面滑动时，斜面对滑块没有弹力和摩擦力滑块B从槽底滑至右侧斜面最远处为s右，则，
滑块B从右侧斜面最远处再次回到槽底，滑块B速度为，
则有，
设滑块B从槽底能再次回到A处，滑块B碰前瞬间速度为，
则，联立可得。
假设成立，且恰好回到A处保持静止，故，

【解析】详细解答和解析过程见【答案】