安徽省定远重点中学强基班2024-2025学年高二(下)期末物理试题（含解析）

安徽省定远中学强基班2024-2025学年高二(下)期末物理试题
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.如图所示，实线、、、为电场中的等势线，电势分别为、、、，、为电场中的两个点。一带正电的粒子仅在电场力的作用下沿虚线从点运动到点，下列说法正确的是( )
A. 电场力对粒子先做正功后做负功
B.
C. 粒子在点的加速度大于在点的加速度
D. 电子在点的电势能大于在点的电势能
2.如图所示，电源电动势为、内阻为，、、为定值电阻阻值均大于电源内阻，电压表和电流表可视为理想电表。开关闭合时，一带电油滴恰好能静止在平行金属板之间，若将滑动变阻器的滑片向端移动，下列说法正确的是
A. 油滴将向上运动
B. 电压表的示数变小、电流表的示数变大
C. 电源的输出功率逐渐增大、电源的效率逐渐增大
D. 、电阻上消耗的功率都变大
3.如图所示，光滑水平面上有一质量为、半径为足够大的圆弧曲面体，质量为的小球静止于圆弧曲面体的底端，另一个质量为的小球以的速度向运动，并与发生弹性碰撞，不计一切摩擦，小球均视为质点，则( )
A. A、发生弹性碰撞后瞬间的速率为
B. 运动到最高点时的速率为
C. 的最大速率为
D. 能与再次发生碰撞
4.如图所示，为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图为质点以此时刻为计时起点的振动图像，从该时刻起，下列说法正确的是( )
A. 该波正在向轴负方向传播，波速为
B. 经过后，质点经过的路程为，且速度最大，加速度最小
C. 若该波在传播过程中遇到一个尺寸为的障碍物，不能发生衍射现象
D. 若波源向轴负方向运动，在处放一接收器，接收器接收到的波源频率可能为
5.夏天的雨后经常可以看到美丽的彩虹，古人对此有深刻认识，唐代词人张志和在玄真子涛之灵中写道：“雨色映日而为虹”。从物理学角度看，虹和霓是两束平行太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，人们在地面上逆着光线看过去就可看到霓虹现象。如图甲所示，一束白光水平射入空中一球形的水滴，经过两次折射和一次反射后射出形成光带，出射光线与水平面的夹角称为彩虹角。如图乙所示，从球心的正下方点射出的某单色光的入射角，已知，，则下列说法正确的是( )
A. 该单色光的彩虹角
B. 该单色光在水滴内部点处发生全反射
C. 水滴对该单色光的折射率约为
D. 若分别用图甲中、所对应的两种光在同一装置上做双缝干涉实验，则所对应的光的条纹间距更大
6.如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆，与水平面的夹角为，固定在竖直平面内，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里的匀强磁场充满杆所在的空间，杆与磁场方向垂直，质量为的带电小环沿杆下滑到图中的处时，对杆有垂直杆向下的压力作用，压力大小为。已知小环的电荷量为，重力加速度大小为，，下列说法正确的是( )
A. 小环带正电
B. 小环滑到处时的速度大小
C. 当小环的速度大小为时、小环对杆设有压力
D. 当小环与杆之间没有正压力时，小环到的距离
7.如图所示，区域中存在一个垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度为，边距地面高度正方形绝缘线圈竖直放置，质量为，边长为，总电阻为，边与地面动摩擦因数为，在水平力的作用下向右做直线运动通过磁场区域，下列说法正确的是( )
A. 线圈进入磁场过程中感应电流的方向沿
B. 线圈边完全处于磁场中运动时，两点间电势差为
C. 线圈进入磁场的过程中通过线圈导线某截面的电量为
D. 线圈进入磁场过程中若，则线圈将以速度做匀速直线运动
8.如图所示，利用一内阻不计的交流发电机向某电路供电，发电机线圈的匝数为，处于图示位置时通过线圈的磁通量，，电流表、电压表的示数分别为、，若电流表和电压表均为理想电表，发电机内部的磁场视为匀强磁场，则交流发电机线圈转动的角速度为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共2小题，共10分。
9.如图甲所示，平静水面上两个频率相同的简谐波源、与点处于直角三角形的三个点上，，。时，、同时垂直水面开始振动，至时点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是
A. 两列波的传播速度均为 B. 两列波的周期均为
C. 两列波的波长均为 D. 两列波的振幅分别为和
10.现代科学仪器中常利用电、磁场控制带电粒子的运动。如图甲所示，纸面内存在上、下宽度均为的匀强电场与匀强磁场。电场强度大小为，方向竖直向下磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里。现有一质量为、电荷量为的带正电粒子不计重力从电场的上边界的点由静止释放，运动到磁场的下边界的点时正好与下边界相切。若把电场下移至磁场所在区域，并将匀强电场的电场强度变为，如图乙所示，重新让粒子从上边界点由静止释放，经过一段时间粒子第一次到达最低点，下列说法正确的是( )
A. 图甲中，粒子在电场中运动的时间为
B. 匀强磁场磁感应强度和匀强电场的电场强度的关系式为
C. 两点的竖直距离为
D. 粒子经过点时速度大小为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.为探究一颗纽扣电池的电动势和内阻，几名同学找到了两个量程均为的相同电流表和，两个相同的电阻箱最大阻值为，进行了以下实验：
用图甲的电路测电流表的内阻。
将调到最大值，闭合，调节与，当的示数为时，的示数为，此时的值为，则电流表的内阻为__________。结果保留位小数
用图乙的电路测电池的电动势和内电阻。
将改装成的电流表，则电阻箱应调为__________。结果保留位小数
将正确设置后保持不变，闭合，改变的阻值，记录的示数与对应的阻值，作出图像，测得图像的斜率为，图像与纵轴的截距为，可求得__________，__________。结果均保留两位有效数字
12.我们用如图所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。
将实验仪器按要求安装在光具座上，则在图甲中、处分别应该安装的器材和滤光片的位置分别是 。
A.处为双缝、处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间
B.处为单缝、处为双缝、滤光片在和之间
C.处为双缝，处为单缝、滤光片在遮光筒内
D.处为单缝、处为双缝、滤光片在凸透镜和之间
下列说法正确的是 。
A.如果将光源换成激光光源，去掉单缝，该实验照样可以完成
B.去掉滤光片，不可能观察到干涉图样
C.毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
D.仅将双缝与光屏之间的距离减小少许可以增加从目镜中观察到的条纹个数
已知双缝间距离，双缝到毛玻璃屏间的距离为，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准图丙所示的第条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图丁所示，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第条明条纹，如图丙所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示，则戊图游标卡尺上的读数 。由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是 。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，质量为的足够长的形光滑金属导轨放置在倾角的光滑绝缘斜面上，并用细线图中虚线拴在固定于斜面上的、两点上，段导轨的电阻为，其余段导轨的电阻不计。另一电阻为、质量为未知、长度为的导体棒放置在导轨上，紧挨导体棒下方有两个固定于斜面上的光滑绝缘立柱，使导体棒静止，导体棒始终与导轨垂直且接触良好，构成矩形。导轨段长为，以为界，其下方存在垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，上方存在沿水平方向指向斜面内且垂直导体棒的匀强磁场，磁感应强度大小为，烧断细线后，导轨向下运动的过程中，导体棒始终不脱离导轨。重力加速度大小为。
求导轨向下运动的最大速度
若在导轨达到最大速度时，导体棒与导轨间恰好无作用力，求、的关系
若烧断细线后导轨向下滑动距离时，导体棒与导轨间的弹力恰好最小，求该过程中导体棒产生的热量。
14.如图所示，在平面直角坐标系轴下方有平行于坐标平面且沿轴正方向的匀强电场Ⅰ，在第Ⅱ象限内，半径为的圆形区域有平行于坐标平面的匀强电场Ⅱ未画出，为圆心，圆与、轴分别相切于、两点，两个区域的电场强度大小相等若将带电量为的粒子从点、、点共线经电场Ⅱ向圆周上各点移动时，发现移到点过程中电场力所做的正功最多，且为不计粒子重力，求：
电场强度的大小
将粒子由点经电场Ⅱ移到点电场力所做的功
若将粒子从点由静止释放，求粒子到达轴时到点的距离．
15.如图所示，光滑水平面内三个质量均为的小球，，用长度为的两根刚性轻杆连接。两杆在处铰接，即，可绕点无摩擦转动。之间连上一根原长为，劲度系数的轻质弹簧。现三个小球以相同的速度向前运动，速度满足，且此时，与墙面夹角为，其中与右侧墙体保持极小间隔，但并未接触。小球与墙的碰撞为弹性碰撞，且墙面光滑。
求小球、依次与墙面碰撞后瞬间三个小球的速度和两根杆的角速度结果用和表示
假设、离开墙面后，系统不再与墙面发生碰撞，求能达到的最大角度
实际上铰接处有小摩擦耗散，和杆的相对摆动会越来越小，求系统最终状态下小振动的角频率。结果用和表示
答案和解析
1.【答案】
【解析】 由粒子的运动轨迹可知，电场力先做负功后做正功，A错误
由选项分析可知，粒子的电势能先增大后减小，由公式可知，等势面的电势最低，等势面的电势最高，B错误
由于点电势高，则电子在点的电势能小，D错误
等势面的疏密程度反应场强的大小，由图可知点的场强大于点，故粒子在点所受静电力大，加速度大，C正确。
2.【答案】
【解析】A.滑动变阻器的滑片向端移动，则滑动变阻器接入电路的电阻减小，总电阻减小，则干路电流增大，由，可知电容器两端电压减小，电场力减小，故油滴将向下运动，故A错误；
B.由于干路电流增大，而减小，故I减小，则流过的电流增大，两端电压增大，则滑动变阻器两端电压减小，即电压表示数减小，电流表示数变大，故B正确；
C.由于，且总电阻减小，故电源的输出功率增大，而电源效率减小，故C错误；
D.由干路电流增大，故消耗功率增大，而减小，则消耗功率减小，故D错误。
故选B。
3.【答案】
【解析】A.与发生弹性碰撞，取水平向右为正方向，根据动量守恒定律和动能守恒得，，
联立解得，
所以、发生弹性碰撞后的速度大小为，故A错误；
B.冲上并运动到最高点时二者共速，设为，取水平向右为正方向，根据动量守恒定律可得
代入数据解得，故B错误；
从冲上然后又滑下的过程，设、分离时速度分别为、，取水平向右为正方向，根据动量守恒定律可得
由机械能守恒定律可得
联立解得，
由此可知的最大速度为 ，由于
所以能与不会再次发生碰撞，故C正确，D错误。
4.【答案】
【解析】A.在图中，时刻正向上振动，在甲图中，根据波形平移法可知波正在向轴正方向传播。该波的波长和周期分别为，，所以波速，故A错误；
B.因，所以经过后，质点经历的路程为，质点到达平衡位置，速度最大，加速度最小，故B正确；
C.该波的波长为，若该波在传播过程中遇到一个尺寸为的障碍物，能发生明显衍射现象，故C错误；
D.该波的频率为，若波源向轴负方向运动，波源与接收器间的距离增大，产生多普勒效应，在处的接收器接收到的波源频率减小，小于，故D错误。
5.【答案】
【解析】在题图乙上标出各角度，如图所示
由几何关系可知
解得
根据折射定律有
故C正确；
A.由光路的可逆性可知，光在点的折射角依然为 ，故该单色光的彩虹角为
故A错误；
B.该单色光在水滴内发生全反射的临界角满足
又
则该单色光在水滴内部点不可能发生全反射。故B错误；
D.根据题图甲可知水滴对所对应的光的折射率大于对所对应的光的折射率，则、所对应的光分别为紫光和红光，紫光波长比红光短，又双缝干涉条纹间距
则所对应的光的条纹间距更小。故D错误。
故选C。
6.【答案】
【解析】A.根据题意，假如没有磁场，由平衡条件及牛顿第三定律可知，小环对杆的压力大小为 ，然而此时小环对杆的压力大小为，说明小环受到垂直杆向上的洛伦兹力作用，根据左手定则可知，小环带负电，故A错误；
B.设小环滑到处时的速度大小为，在处，小环的受力如图所示
根据平衡条件得 ，由牛顿第三定律得，杆对小环的支持力大小，联立解得 ，故B错误；
在小环由处下滑到 处的过程中，对杆没有压力，此时小环的速度大小为，则在处，小环的受力如图所示：
根据平衡条件得 ，变形解得 ；在小环由处滑到处的过程中，由动能定理得，，代入解得 ，故C错误，D正确。
7.【答案】
【解析】解：、根据右手定则可得，线圈进入磁场过程中感应电流的方向沿，A错误；
B、线圈边完全处于磁场中运动时，两点间电势差为，B错误；
C、根据可得，线圈进入磁场的过程中通过线圈导线某截面的电量为，C正确；
D、圈进入磁场过程中 受向下的安培力，则线圈所受的向左的摩擦力大于 ， 受到的向左的安培力大小为 ，因此，线圈进入磁场过程中若所受摩擦力和安培力的合力大于拉力 ，线圈将减速进入磁场，故D错误。
8.【答案】
【解析】副线圈电流，副线圈两端电压，
根据原副线圈的功率关系有，可得原线圈两端电压，
发电机的输出电压有效值，
发电机输出电压的最大值，
解得交流发电机线圈转动的角速度，故选A。
9.【答案】
【解析】A.机械波的传播速度只与介质有关，因而两列波的波速相等。根据几何关系，、到的距离之差为。由题图乙可知，前两列波都未传到点，时的水波先传到，单独在点激起振动，时的水波也传到，两列波叠加形成干涉振动，故、产生的水波传到点的时间差为水波的传播速度大小，故A正确
B.由题图乙知波的周期为，故B正确
C.波长，故C错误
D.由题图乙知波源、产生的波的振幅分别为、叠加合成的振幅为，故D错误。
10.【答案】
【解析】B.设粒子在磁场中的速率为，运动半径为，对在电场中的运动过程由动能定理得
在磁场中运动过程由洛伦兹力充当向心力得
粒子在磁场中的运动轨迹为半个圆周，可知运动的半径为
解得，故B错误
A.粒子在电场中的运动时间为，故A正确
将粒子从到的过程中某时刻的速度分解为水平向右和竖直向下的分量，分别为、，再把粒子受到的洛伦兹力分别沿水平方向和竖直方向分解，两个洛伦兹力分量分别为，
设粒子在最低点的速度大小为，的竖直距离为。以向右为正方向，水平方向上由动量定理可得
由动能定理得
解得，，故C正确，D错误。
故选AC。
11.【答案】
【解析】测得的内阻的阻值与阻值相等。
改装后的电流表量程是原来电流表量程的倍数倍，需要并联的电阻
由闭合电路欧姆定律
得到，
由题意可知，，
解得，
12.【答案】

【解析】为获取两个单色线光源，处应为单缝、处应为双缝，滤光片在凸透镜和之间。故选D。
将光源换成激光光源，激光是相干光源，，单色性好，所以可以去掉单缝，A正确；
B.若测量去掉滤光片，能观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，B错误；
C.毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝是平行的，C错误；
D.仅将双缝与光屏之间的距离减小少许可以增加从目镜中观察到的条纹个， D正确。
故选AD。
丁读数为，戊读数为。
根据公式，得。
13.【答案】导轨切割磁感线，由法拉第电磁感应定律有
安
速度最大时，导轨所受合力为零，有
解得。
对导体棒受力分析，在垂直斜面方向列平衡方程，有
由题意可知导体棒所受的安培力为所受的安培力的，有则有
解得。
由题意可知当导轨速度最大时，导体棒与导轨间的弹力最小，设整个过程中产生的总热量为，
由能量关系有；又
解得。
14.【答案】解：电场力做功，解得，根据题意，电场方向平行于轴且指向轴负方向，、两点沿电场方向的距离，则电场强度；
A、两点沿电场方向的距离为，
带电粒子由至电场做的功；
若将该粒子从点由静止释放，粒子将沿电场方向运动从点出电场，再从轴上的点进入下方电场做类平抛运动，如图所示：
，
设粒子进入下方电场时速度为，则由动能定理有，解得，
在方向有，解得，
所以粒子经过轴时到点的距离。
15.【答案】由题干“与右侧墙体保持小间隔，贴墙运动”可知，本题中先与墙体发生碰撞，而后与墙体发生碰撞。由完全弹性碰撞可知：碰后的速度向下，且大小为，和垂直杆方向速度不变沿杆方向速度与沿杆方向速度相同，为，可知第一次碰撞后三小球速度如下图：
第二次碰撞，于右侧墙面碰撞，由于杆垂直于杆，杆上无冲量，小球速度不变，设小球质量均为，受到墙面的冲量为，杆上冲量大小为
小球和沿杆方向速度相同
弹性正碰，结束碰撞后，小球垂直墙面方向速度大小相同，方向相反
联立两方程解得
由此可得碰撞结束后，，，的速度如下图所示
相应可以得到两根杆的角速度
碰后选取质心平动参考系，此时角动量和能量计算得到：
设的大小为，张角达到最大时：，系统相对质心转动的转动惯量为：
定义为质心与连线在地面系中转动的角速度，则由角动量守恒有：
系统动能可以写成
机械能守恒
其中弹性势能
利用得到关于满足的无量纲方程：
数值求解，得到最大张角为
．
定义为连线在地面系中转动的角速度，则地面系中每个球的速度由两部分组成：公转引起的线速度，和随时间改变引起的速度。
每个球的速度分量如下图所示：
质心平动系中写出动能表达式：
系统总能量可以写成：
等效势能和等效动能
由得：
解得稳定位置：
．
等效回复系数为
化简后为．
等效质量为：
故在平衡位置附近振动的角频率为：
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