2024-2025学年天津市西青区高二（下）期末物理试卷（含解析）

2024-2025学年天津市西青区高二（下）期末物理试卷
一、单项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的）
1．（5分）物理学发展源于生活，沉于理论，归于实验，下列关于物理学史的说法正确的是（　　）
A．赫兹首先发现了电磁感应现象
B．安培最早通过实验证实了电磁波的存在
C．麦克斯韦认为变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
D．法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
2．（5分）关于下列教材中的四幅插图，说法正确的是（　　）
A．图甲，真空冶炼炉也可以接高电压的恒定电流
B．图乙，紫外线的波长比可见光的波长长，医学中常用于杀菌消毒
C．图丙，发波水槽中的一根细杆周期性地触动水面并水平移动形成的图样，说明细杆正在向图中右边移动
D．图丁，微安表在运输时把正、负接线柱用导线连在一起，对电表起到了保护作用，利用了电磁阻尼原理
3．（5分）如图所示为某弹簧振子做简谐运动的x﹣t图像，下列描述正确的是（　　）
A．该振子的周期为2s
B．在1.5～2.0s时间内，振子的加速度不断增大
C．在2.0～3.0s时间内，振子通过的路程为5cm
D．在3.5s时，振子的速度沿x轴正方向
4．（5分）在某个趣味物理小实验中，几位同学手拉手与一节电动势为1.5V的干电池、导线、电键、一个有铁芯的多匝线圈按如图所示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（　　）
A．人有触电感觉是在电键闭合瞬间
B．人有触电感觉时流过人体的电流大于流过线圈的电流
C．断开电键时流过人的电流方向从B→A
D．断开电键时线圈中的电流突然增大
5．（5分）图甲为一列沿x轴方向传播的简谐横波在时刻t的波形图，图乙为质点b从时刻t开始计时的v﹣t图像，若设振动正方向为沿y轴正方向，则（　　）
A．该简谐横波沿x轴正方向传播
B．该简谐横波波速为0.6m/s
C．再经过0.1s，质点a随波迁移0.8m
D．若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多
二、不定项选择题（本题共3小题，每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
（多选）6．（5分）如图所示，不计电阻、边长为10cm的正方形线框ABCD，置于磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，线框匝数为100匝，某时刻线框开始以r/s的转速绕OO′匀速转动，电刷接头EF串联阻值为10Ω的定值电阻R和理想电流表。从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）
A．将电阻R换成电容器使其不击穿，其耐压值为20V
B．理想电流表的示数为2A
C．电阻在0.1s内消耗的电能为1J
D．线框产生的电动势的瞬时表达式为e＝20cos（100t）V
（多选）7．（5分）如图所示，一束由a、b两种单色光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃后分别从B、C点射出，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
B．a光在玻璃中的速度大于b光在玻璃砖中的速度
C．两种单色光由玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距较大
（多选）8．（5分）如图所示，一个发电系统的输出电压U1恒为250V，输送功率为P＝100kW。通过理想变压器向远处输电，所用输电线的总电阻为R线＝8Ω，升压变压器的原、副线圈匝数比为1：16，下列说法正确的是（　　）
A．升压变压器副线圈两端的电压为2×103
B．输电线损失的电压为3.8×103V
C．输电线损失的功率为5×103W
D．若用户获得220V电压，则降压变压器的原、副线圈的匝数比为190：11
三、实验题（本题共有1小题，每空2分，共12分）
9．（12分）（1）某实验小组利用图a装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。
①关于本实验，下列说法正确的是 　 　 。
A.小钢球摆动平面应与光电门U形平面平行
B.应在小钢球自然下垂时测量摆线长度
C.小钢球可以换成较轻的橡胶球
D.应无初速度、小摆角释放小钢球
②组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如图b所示，小钢球直径d＝ 　 　 mm，记摆长l＝L。
③多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l﹣T2图像，如图c所示，根据图像可计算重力加速度g＝ 　 　 m/s2（保留3位有效数字，π2取9.87）。
（2）如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直于纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直于纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。
①设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 　 　 ，则玻璃砖折射率的表达式可以表示为n＝ 　 　 。（结果均用l1、l2、l3、l4表示）
②若该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，则由此测得玻璃砖的折射率将 　 　 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
四、计算题（本题共3小题，共48分。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。）
10．（14分）如图所示，竖直平面内半径为R的四分之一光滑圆弧轨道下端与水平地面相切。质量均为m的小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放，A与B碰撞后结合为一个整体沿地面滑动。重力加速度为g。求：
（1）碰撞后瞬间A与B整体对水平地面压力的大小；
（2）A与B碰撞过程中损失的机械能及碰撞过程中A对B冲量的大小。
11．（16分）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0T。一质量为m＝5.0×10﹣8kg、电荷量为q＝+1.0×10﹣6C的带电粒子从P点沿图示方向以v＝20m/s的速度进入磁场，从x轴上的Q点离开磁场（Q点未画出）。已知OP＝25cm，粒子重力不计。求：
（1）OQ的距离及粒子从P运动到Q的时间；
（2）若粒子不能进入x轴上方，则磁感应强度B′满足的条件。
12．（18分）如图甲所示，两根间距L＝0.5m的光滑平行导轨PM和QN所在平面与水平面夹角θ＝30°，导轨左端连接阻值R＝4.0Ω的电阻，垂直导轨平面向上的匀强磁场磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。一根质量m＝0.02kg、电阻r＝1.0Ω的导体棒ab垂直于导轨放置，棒到导轨左端PQ的距离d＝5.0m，导体棒与导轨接触良好，不计导轨的电阻，g取10m/s2。求：
（1）若0～2.0s内ab棒固定，则这段时间内电阻R上产生的焦耳热；
（2）若t＝2.0s时释放ab棒，ab棒由静止开始运动至最大速度的过程中通过ab棒横截面的电荷量q＝0.2C，则ab棒获得的最大速度vm的大小及该过程中安培力做的功W。
2024-2025学年天津市西青区高二（下）期末物理试卷
参考答案与试题解析
一．选择题（共5小题）
题号 1 2 3 4 5
答案 C D C C A
二．多选题（共3小题）
题号 6 7 8
答案 BD AC CD
一、单项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的）
1．（5分）物理学发展源于生活，沉于理论，归于实验，下列关于物理学史的说法正确的是（　　）
A．赫兹首先发现了电磁感应现象
B．安培最早通过实验证实了电磁波的存在
C．麦克斯韦认为变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
D．法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
【解答】解：A、电磁感应现象是法拉第首先发现的，不是赫兹，故A错误；
B、最早通过实验证实电磁波存在的是赫兹，不是安培，故B错误；
C、麦克斯韦建立了电磁场理论，提出变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故C正确；
D、“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”是楞次提出的楞次定律，不是法拉第，故D错误；
故选：C。
2．（5分）关于下列教材中的四幅插图，说法正确的是（　　）
A．图甲，真空冶炼炉也可以接高电压的恒定电流
B．图乙，紫外线的波长比可见光的波长长，医学中常用于杀菌消毒
C．图丙，发波水槽中的一根细杆周期性地触动水面并水平移动形成的图样，说明细杆正在向图中右边移动
D．图丁，微安表在运输时把正、负接线柱用导线连在一起，对电表起到了保护作用，利用了电磁阻尼原理
【解答】解：A、图甲，真空冶炼炉的工作原理是涡流，所以必须接高电压的交流电，故A错误；
B、图乙，紫外线的波长比可见光的波长短，医学中常用于杀菌消毒，故B错误；
C、图丙，发波水槽中的一根细杆周期性地触动水面并水平移动形成的图样，根据多普勒效应可知细杆正在向图中左边移动，故C错误；
D、图丁，微安表在运输时把正、负接线柱用导线连在一起，对电表起到了保护作用，这是利用了电磁阻尼原理，故D正确。
故选：D。
3．（5分）如图所示为某弹簧振子做简谐运动的x﹣t图像，下列描述正确的是（　　）
A．该振子的周期为2s
B．在1.5～2.0s时间内，振子的加速度不断增大
C．在2.0～3.0s时间内，振子通过的路程为5cm
D．在3.5s时，振子的速度沿x轴正方向
【解答】解：A．根据振动图像可知，该振子的周期为4s，故A错误；
B．在1.5～2.0s时间内，振子的位移减小，回复力减小，则加速度不断减小，故B错误；
C．由图可知，在2.0～3.0s时间内，振子通过的路程为5cm，故C正确；
D．在3.5s时，振子向平衡位置靠近，则振子的速度沿x轴负方向，故D错误。
故选：C。
4．（5分）在某个趣味物理小实验中，几位同学手拉手与一节电动势为1.5V的干电池、导线、电键、一个有铁芯的多匝线圈按如图所示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（　　）
A．人有触电感觉是在电键闭合瞬间
B．人有触电感觉时流过人体的电流大于流过线圈的电流
C．断开电键时流过人的电流方向从B→A
D．断开电键时线圈中的电流突然增大
【解答】解：A、当开关闭合后，多匝线圈与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小。同学没有触电感觉。故A错误；
B、当断开时，多匝线圈电流产生自感现象，从而产生很高的瞬间电压，通过同学们身体有触电的感觉。而此时流过人体的电流是由线圈的自感电动势提供的，由自感规律，电流是从最大逐渐减小的，故流过人体的电流不会大于线圈的电流。故B错误；
C、当断开时，多匝线圈产生自感电动势，电流方向不变，此时线圈的电流从左向右，流过人的电流从右向左即从B向A，故C正确；
D、断开电键时，由于线圈的电流减小而产生自感感动势，而阻碍电流的减小，只是电流减小的慢一些，不会突然增大，故D错误。
故选：C。
5．（5分）图甲为一列沿x轴方向传播的简谐横波在时刻t的波形图，图乙为质点b从时刻t开始计时的v﹣t图像，若设振动正方向为沿y轴正方向，则（　　）
A．该简谐横波沿x轴正方向传播
B．该简谐横波波速为0.6m/s
C．再经过0.1s，质点a随波迁移0.8m
D．若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多
【解答】解：A．b质点t时刻为负且在减小，说明远离平衡位置运动，根据同侧原理法可知，该简谐横波沿x轴正方向传播，故A正确；
B．该波的波长λ＝4m，周期T＝10s，该简谐横波波速为vm/s＝0.4m/s，故B错误；
C．质点a不会随波发生迁移，故C错误；
D．若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m小得多或者接近4m，故D错误。
故选：A。
二、不定项选择题（本题共3小题，每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
（多选）6．（5分）如图所示，不计电阻、边长为10cm的正方形线框ABCD，置于磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，线框匝数为100匝，某时刻线框开始以r/s的转速绕OO′匀速转动，电刷接头EF串联阻值为10Ω的定值电阻R和理想电流表。从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）
A．将电阻R换成电容器使其不击穿，其耐压值为20V
B．理想电流表的示数为2A
C．电阻在0.1s内消耗的电能为1J
D．线框产生的电动势的瞬时表达式为e＝20cos（100t）V
【解答】解：A、根据法拉第电磁感应定律，可得到交流电的峰值：，ω＝2πn，解得：，可知耐压值为20V的电容，会被击穿，故A错误；
B、由A选项分析，可得到交流电峰值：，根据峰值与有效值的关系：，结合闭合电路欧姆定律：，即可得理想电流表的示数：I＝2A，故B正确；
C、由焦耳定律：Q＝I2Rt，可得电阻消耗的电能为4J，故C错误；
D、由法拉第电磁感应定律，结合图示位置，即可得到感应电动势的瞬时值表达式：V，故D正确。
故选：BD。
（多选）7．（5分）如图所示，一束由a、b两种单色光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃后分别从B、C点射出，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
B．a光在玻璃中的速度大于b光在玻璃砖中的速度
C．两种单色光由玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距较大
【解答】解：A.根据光路图可知，两种单色光入射角相同，a光的折射角小，由折射定律可知玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，故A正确；
B.根据折射率的速度表达式，a光的折射率大，所以a光在玻璃中的速度小于b光在玻璃中的速度，故B错误；
C.根据临界角公式sinC，a光的折射率大，临界角小，故C正确；
D.玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，所以a光的波长小于b光波长，结合双缝干涉条纹间距公式可知，波长大的间距大，故b光的干涉条纹间距较大，故D错误。
故选：AC。
（多选）8．（5分）如图所示，一个发电系统的输出电压U1恒为250V，输送功率为P＝100kW。通过理想变压器向远处输电，所用输电线的总电阻为R线＝8Ω，升压变压器的原、副线圈匝数比为1：16，下列说法正确的是（　　）
A．升压变压器副线圈两端的电压为2×103
B．输电线损失的电压为3.8×103V
C．输电线损失的功率为5×103W
D．若用户获得220V电压，则降压变压器的原、副线圈的匝数比为190：11
【解答】解：A.根据理想变压器电压与匝数成正比可知，升压变压器副线圈输出电压为U2＝4000V，故A错误；
BC.发电系统输送功率为P＝1×105W，则升压变压器原线圈电流为，根据理想变压器电流与匝数成反比可得，升压变压器副线圈电流为I2＝25A，则输电线损失的功率为ΔPr＝252×8W＝5×103W；输电线损失的电压为ΔU＝I2r＝25×8V＝200V，故B错误，C正确；
D.则降压变压器原线圈电压为U3＝U2﹣ΔU＝4000V﹣200V＝3800V，根据理想变压器电压与匝数成正比可得，降压变压器原、副线圈的匝数比为，故D正确。
故选：CD。
三、实验题（本题共有1小题，每空2分，共12分）
9．（12分）（1）某实验小组利用图a装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点，下端悬挂一小钢球，通过光电门传感器采集摆动周期。
①关于本实验，下列说法正确的是 　BD　 。
A.小钢球摆动平面应与光电门U形平面平行
B.应在小钢球自然下垂时测量摆线长度
C.小钢球可以换成较轻的橡胶球
D.应无初速度、小摆角释放小钢球
②组装好装置，用毫米刻度尺测量摆线长度L，用螺旋测微器测量小钢球直径d。螺旋测微器示数如图b所示，小钢球直径d＝ 　20.035　 mm，记摆长l＝L。
③多次改变摆线长度，在小摆角下测得不同摆长l对应的小钢球摆动周期T，并作出l﹣T2图像，如图c所示，根据图像可计算重力加速度g＝ 　9.87　 m/s2（保留3位有效数字，π2取9.87）。
（2）如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直于纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直于纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。
①设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 　l1和l2　 ，则玻璃砖折射率的表达式可以表示为n＝ 　　 。（结果均用l1、l2、l3、l4表示）
②若该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，则由此测得玻璃砖的折射率将 　偏大　 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【解答】解：（1）①A.使用光电门测量时，光电门U形平面与被测物体的运动方向垂直，故A错误；
B.测摆线长度时，应在小钢球自然下垂时测量摆线长度，故B正确；
C.单摆是一个理想化的模型，若采用质量较轻的橡胶球，空气阻力对摆球运动影响较大，故C正确；
D.无初速度、小摆角释放的目的是保持摆球在竖直平面内运动，不形成圆锥摆，且单摆只有在摆角很小的情况下才可视为简谐运动，所以应无初速度、小摆角释放小钢球，故D正确。
故选：BD。
②小钢球直径为：d＝20mm+3.5×0.01mm＝20.035mm
③根据单摆周期公式可得：
结合图像有：
解得g＝9.87m/s2
（2）①由折射定律可得；
②若该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将顺时针转动，而作图时仍以MN为边界，AD为法线，则入射角不变，折射角减小，由折射率公式可知，测得玻璃砖的折射率将偏大。
故答案为：（1）①BD；②20.535；③9.87；（2）①l1和l3，；②偏大。
四、计算题（本题共3小题，共48分。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。）
10．（14分）如图所示，竖直平面内半径为R的四分之一光滑圆弧轨道下端与水平地面相切。质量均为m的小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放，A与B碰撞后结合为一个整体沿地面滑动。重力加速度为g。求：
（1）碰撞后瞬间A与B整体对水平地面压力的大小；
（2）A与B碰撞过程中损失的机械能及碰撞过程中A对B冲量的大小。
【解答】解：（1）对A，从圆弧最高点到最低点的过程，根据机械能守恒定律有 ，解得：。
A在圆弧轨道最低点与B碰撞，根据动量守恒定律有 mvA＝2mv共，碰撞后瞬间A与B整体对桌面的支持力：，F支＝3mg。由牛顿第三定律可得：F压＝F支＝3mg。
（2）碰撞过程中损失的机械能为 ，解得：。
碰撞过程中A对B的冲量等于B的动量变化量，规定向右为正方向，根据动量定理得 I＝mv共，。
答：（1）碰撞后瞬间A与B整体对桌面的压力大小为 3mg。
（2）A与B碰撞过程中损失的机械能为 ，碰撞过程中A对B的冲量的大小为 。
11．（16分）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0T。一质量为m＝5.0×10﹣8kg、电荷量为q＝+1.0×10﹣6C的带电粒子从P点沿图示方向以v＝20m/s的速度进入磁场，从x轴上的Q点离开磁场（Q点未画出）。已知OP＝25cm，粒子重力不计。求：
（1）OQ的距离及粒子从P运动到Q的时间；
（2）若粒子不能进入x轴上方，则磁感应强度B′满足的条件。
【解答】解：（1）带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有：
代入数据解得
r＝0.5m
而，故圆周轨道的圆心一定在x轴上，粒子从Q点垂直于x轴离开磁场，如图
由几何关系可知：OQ＝r+rcos30°
带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的周期：
由几何关系可知：从P运动到Q转过了150°，
（2）带电粒子不从x轴射出如图所示
由几何关系得：OP≥r'+r'sin30°
又因为
联立并代入数据得：B'≥6T
答：（1）OQ的距离为，粒子从P运动到Q的时间为；
（2）磁感应强度满足的条件为B'≥6T。
12．（18分）如图甲所示，两根间距L＝0.5m的光滑平行导轨PM和QN所在平面与水平面夹角θ＝30°，导轨左端连接阻值R＝4.0Ω的电阻，垂直导轨平面向上的匀强磁场磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。一根质量m＝0.02kg、电阻r＝1.0Ω的导体棒ab垂直于导轨放置，棒到导轨左端PQ的距离d＝5.0m，导体棒与导轨接触良好，不计导轨的电阻，g取10m/s2。求：
（1）若0～2.0s内ab棒固定，则这段时间内电阻R上产生的焦耳热；
（2）若t＝2.0s时释放ab棒，ab棒由静止开始运动至最大速度的过程中通过ab棒横截面的电荷量q＝0.2C，则ab棒获得的最大速度vm的大小及该过程中安培力做的功W。
【解答】解：（1）由法拉第电磁感应定律得：，代入数据得：E＝1.25V。通过电阻R的电流为：，解得：I＝0.25A。
0～2.0s内，电阻R上产生的焦耳热为：，解得：QR＝0.5J。
（2）设ab棒下滑距离为x时速度达到最大，根据感应电动势平均值公式有：，其中ΔΦ＝BLx。
平均电流为：，电量。联立得：q＝BLx＝0.2，可得x＝2m。
当ab棒速度达到最大之后，棒做匀速直线运动，则：E1＝BLvm，，安培力为：F安＝I1LB。根据受力平衡：mgsin30°＝F安，解得：vm＝2m/s。
从释放到速度达到最大，根据动能定理得：，解得：W＝﹣0.16J。
答：（1）若0～2.0s内ab棒固定，则这段时间内电阻R上产生的焦耳热为0.5J。
（2）ab棒获得的最大速度vm的大小为2m/s，该过程中安培力做的功W为﹣0.16J。
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