湖北省 2022-2023学年高二物理上学期期末考试试卷（Word版带解析）

湖北省荆州中学2022～2023学年度高二上学期期末考试物理试卷一、选择题（本题共11小题，每题4分，共计44分。其中1～7题为单选题，8～11为多选题。）1.物体做简谐运动，振幅为0.8cm，周期为0.5s，计时开始时具有负向最大加速度，它的位移公式是（　　）A.B.C.D.【答案】A【解析】【详解】由题意，t=0时，振子具有负方向的最大加速度，说明此时振子的位移是正向最大，即根据简谐振动的位移公式所以所以位移公式为故选A。2.如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是（  ） A.线圈a中将产生沿顺时针方向（俯视）的感应电流B.穿过线圈a的磁通量减小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大【答案】D【解析】【详解】B．当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，螺线管中的电流将增大，使穿过线圈a的磁通量变大，选项B错误；ACD．由楞次定律可知，线圈a中将产生沿逆时针方向（俯视）的感应电流，并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势，线圈a对水平桌面的压力FN将增大，故选项D正确，AC错误。故选D。3.如图甲，一单摆做小角度摆动，从某次摆球由左向右通过平衡位置开始计时，相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示。不计空气阻力，对于这个单摆的振动过程，下列说法正确的是（　　）A.单摆振动的频率是2HzB.单摆的摆长约为1mC.若仅将摆球质量变大，单摆周期变大D.t=1s时摆球位于平衡位置O，加速度为零【答案】B【解析】【详解】A．由题图乙可知单摆的周期T=2s，所以频率是0.5Hz，故A错误；B．由单摆的周期公式 代入数据可得L=1.0m故B正确；C．单摆周期与摆球质量无关，故C错误；D．t=1s时摆球位于平衡位置O，加速度为向心加速度，不是零，故D错误。故选B。4.如图所示，图甲为沿x轴传播的一列简谐机械波在t=0时刻的波动图像，图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是（　　）A.波速大小为4m/sB.波沿x轴负方向传播C.该波可以与另一列频率为2Hz的波发生干涉D.波在传播过程中遇到2m尺度的障碍物不能发生明显的衍射【答案】B【解析】【详解】A．根据图像可知A错误；B．根据图乙可知，在t=0时刻，质点P沿y轴负方向振动，根据同侧法，由图甲可知，波沿x轴负方向传播，B正确；C．根据图乙可知，周期为2s，则频率为0.5Hz，则该波不能够与另一列频率为2Hz的波发生干涉，C错误；D．根据图甲可知，波长为4m，大于障碍物的尺度2m，则在传播过程中遇到2m尺度的障碍物能够发生明显的衍射，D错误。故选B。5.A、B两小球在光滑水平面上沿同一直线向同一方向运动，并以该方向为正方向， ，，，，A追上B发生碰撞后，A、B速度可能为下列的（　　）A.，B.，C，D.，【答案】B【解析】【详解】碰撞过程需满足系统动量守恒和系统总动能不增加原则，还应满足速度合理性。碰撞前系统的动量和总动能分别为A．由于碰撞后A的速度与B的速度依然同向，且A的速度大于B的速度，不满足速度合理性，故A错误；B．碰撞后系统的动量和总动能分别为碰撞过程满足系统动量守恒和系统总动能不增加原则，还满足速度合理性，故B正确；C．由于碰撞后A的速度与B的速度依然同向，且A的速度大于B的速度，不满足速度合理性，故C错误；D．碰撞后系统的动量和总动能分别为由于碰撞过程不满足系统总动能不增加原则，故D错误。故选B。6.在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道自由滑动。bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区，若图示位置为t=0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流i-t图像正确的是（时间单位为）（  ） A.B.C.D.【答案】D【解析】【详解】bc边的位置坐标x在0-L的过程，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值。线框bc边有效切线长度为L1=L-vt感应电动势为E=B（L-vt）•v均匀减小，感应电流即感应电流均匀减小。同理，x在L-2L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，感应电流均匀减小。故选D。7.如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，为定值电阻，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法正确的（　　）A.图乙中电压的有效值为B.电压表的示数约为 C.处出现火警时，电流表示数变大D.处出现火警时，电阻消耗的电功率减小【答案】C【解析】【详解】A．设将此电流加在阻值为R的电阻上，电压的最大值为，电压的有效值为U，则解得故A错误；B．理想变压器原、副线圈匝数比为，由于则，电压表示数为故B错误；CD．R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数变大，根据则电阻消耗的电功率增大，故C正确，D错误。故选C。8.如图所示是回旋加速器装置示意图，，是半圆形金属盒，形盒的缝隙处接交流电源，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是（　　）A.增大磁场磁感应强度B.增大交流电源电压 C.增大形盒的半径D.增大狭缝间的距离【答案】AC【解析】【详解】根据题意可知，粒子在D型盒中做圆周运动，由牛顿第二定律有当粒子从回旋加速器射出时，做圆周运动的半径为D型盒的半径，则粒子从回旋加速器射出时的速度为则子从回旋加速器射出时的动能为可知，要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，可以增大磁场的磁感应强度和形盒的半径，与交流电源电压和狭缝间的距离无关。故选AC。9.某国产“超薄磁吸无线充电器”的充电功率为，同时支持磁力吸附，可直接吸附在手机上进行无线充电。该充电器的工作原理如图所示，当充电器上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在接收线圈中感应出电流，实现为手机电池充电。某次测试时，该充电器接入电压瞬时值的交流电源，发射线圈和接收线圈的匝数之比为22：1，不计能量损耗，下列说法正确的是（　　）A.接收线圈中电流产生的磁场恒定不变B.接收线圈中电流的频率为C.接收线圈两端电压的有效值为D.接收线圈中的电流为【答案】BD【解析】【详解】A．当充电器上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在接收线圈中感应出正弦 交变电流，故接受线圈中电流周期性变化，产生的磁场也会周期性变化，A错误；B．由发射线圈电压瞬时值表达式V可知，故发射线圈中交流电的频率为接收线圈中电流的频率与发射线圈中电流的频率相同，故接收线圈中电流的频率为50Hz，B正确；C．发射线圈中电压的有效值为由可得接收线圈两端电压的有效值为C错误；D．本题中充电器不计能量损耗，则有可得接收线圈中的电流为D正确。故选BD。10.如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长=20cm，bc边长=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以r/min的转速逆时针匀速转动，线圈的电阻r=1，外电阻R=9（其余电阻不计）。t=0时线圈平面与磁感线垂直，ab边通过内金属环与电刷相连，cd边通过外金属环与电刷相连，电流表和电压表可看成理想电表，则（　　） A.从t=0时刻再转过90°角，线圈中电流将改变方向B.电流表的读数为10AC.电压表的读数为45VD.通过线圈电流的瞬时表达式i=10sinl00t（A）【答案】CD【解析】【详解】A．从t=0时刻再转过90°角，线圈处于与中性面垂直的位置，电流不改变方向。故A错误；B．根据角速度与转速关系式，可得线圈中产生的感应电动势的最大值为根据闭合电路欧姆定律，有电流表的读数为故B错误；C．电压表的读数为故C正确；D．通过线圈电流的瞬时表达式为i=10sinl00t（A）故D正确。故选CD。11.如图所示是某横波的波形图，实线表示某时刻的波形，虚线表示后的波形图，以 下说法正确的是（　　）A.若波向左传播，则它传播的距离可能是B.若波向右传播，则它的最大周期是C.若波向左传播，则它的波速可能是D.若波速为，则波的传播方向向右【答案】BCD【解析】【详解】AC．由图可知，若波向左传播，传播距离可表示为可知它传播的距离不可能是5m，则它的波速可表示为当n=1时，波速35m/s，故A错误，C正确；B．若波向右传播，则其周期可以表示为则它的最大周期可表示为故B正确；D．若波向左传播时，波速为由此可知波速不可能为45m/s，若波向右传播，传播距离可表示为 则它的波速可表示为当n=2时，波速为45m/s，所以若波速为45m/s时，波的传播方向向右，故D正确。故选BCD。二、实验题（本题共两小题，每空2分，共16分）12.用图甲实验装置验证动量守恒定律。主要步骤为：①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平；②让质量为的入射球多次从斜槽上位置静止释放，记录其平均落地点位置；③把质量为的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上位置静止释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置；④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置、、与的距离分别为、、，如图乙，分析数据：（1）实验中入射球和被碰球的质量应满足的关系为___________。A.B.C.（2）（单选）关于该实验，下列说法正确的有__________。A.斜槽轨道必须光滑B.铅垂线的作用是检验斜槽末端是否水平C.入射球和被碰球的半径必须相同D.实验中必须测量出小球抛出点的离地高度（3）若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为___________；若碰撞是弹性碰撞，还应满足的关系式为__________。（均用题中所给物理量的符号表示）【答案】①C②.C③.④. 【解析】【详解】（1）[1]为了避免碰撞后小球被撞回，所以要求入射球的质量大于被碰球的质量，即。故选C。（2）[2]A．只要保证每一次小球从同一位置静止释放，使得小球获得相同的初速度即可，斜槽轨道可以不用光滑，故A错误；B．铅垂线的作用是用来确定O点位置的，不是用来检验斜槽是否水平，故B错误；C．为了能够让小球发生对心碰撞，入射球和被碰球的半径必须相同，故C正确；D．小球从斜槽末端飞出后，做平抛运动，由于高度相同，所以在空中运动时间相同，即可用水平位移表示速度，所以不需要测量小球抛出点的离地高度H，故D错误。故选C。（3）[3]设小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有整理得[4]若碰撞是弹性碰撞，还应满足机械能守恒定律，即13.南山中学某物理课外活动小组准备测量南山公园处的重力加速度，其中一小组同学将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h（未知）且开口向下的小筒中（单摆的下半部分露于筒外），如图甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁。本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离L，并通过改变L而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴、L为横轴作出函数关系图像，那么就可以通过此图像得出小筒的深度h和当地的重力加速度g。（1）实验时用10分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图所示，该摆球的直径d=_______。（2）如果实验中所得到的T2-L关系图线如图乙中的_______所示（选填a，b，c），筒的深 度h=_______cm，当地的重力加速度g=_______m/s2。（π取3.14，结果取小数点后两位）【答案】①.12.0②.a③.30.00④.9.86【解析】【详解】（1）[1]摆球的直径为（2）[2]根据单摆的周期公式得解得实验中所得到的T2-L关系图线如图乙中的a所示[3][4]根据图像得解得三、解答题（本题共三小题，共计40分）14.如图所示，一水平轻弹簧右端固定在光滑水平面右侧的竖直墙壁上，质量为的物块静止在水平面上的点，质量为的小球用长的轻绳悬挂在点正上方的点。现将小球拉至轻绳与竖直方向成角位置，静止释放。小球到达最低点时恰好与物块发生弹性正碰。碰后小球被弹回，物块向右运动并压缩弹簧。设小球与物块只碰撞一次，不计空气阻力，物块和小球均可视为质点，重力加速度取。求：（1）小球第一次摆到最低点与物块碰撞前瞬间速度的大小；（2）弹簧的最大弹性势能。 【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）根据题意，小球从开始运动到最低点的过程中，设小球到达最低点与物块碰撞前瞬间速度的大小为，由机械能守恒定律有代入数据解得（2）根据题意可知，小球在最低点和物块发生弹性正碰，则碰撞过程中动量守恒和能量守恒，设小球碰撞后的速度为，物块的速度为，取向右为正方向，由动量守恒定律有由能量守恒定律有解得，由于地面光滑，物块向右压缩弹簧时，物块和弹簧组成的系统机械能守恒，则弹簧的最大弹性势能为15.如图所示，纸面内有直角坐标系。磁感应强度大小的匀强磁场垂直纸面向里，限定在圆心位于、半径圆形区域内。直线与轴平行，间距，垂直纸面向外的另一匀强磁场限定在轴与直线之间足够大的区域内。现有一比荷的带正电粒子，以速度沿轴从磁场外射入圆形区域，粒子通过两个磁场区域后，运动方向平行于轴指向轴正方向射出磁场。不计粒子重力，求： （1）粒子经过轴时的位置坐标；（2）粒子通过轴右侧磁场区域的时间。【答案】（1）（0,15cm）；（2）【解析】【详解】（1）粒子运动轨迹如图所示粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得解得，粒子在圆形区域内做圆周运动的轨道半径由几何知识得解得 由几何知识可知，粒子离开圆形磁场后做匀速直线运动，则所以粒子经过轴时的位置坐标为（0,15cm）。（2）粒子运动轨迹如上图所示，由几何知识可知粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得解得，磁感应强度大小粒子通过轴右侧磁场区域的时间16.如图所示，与为水平放置的无限长平行金属导轨，与为倾角为的平行金属导轨，两组导轨的间距均为，导轨电阻忽略不计。质量为、电阻为的导体棒置于倾斜导轨上，质量为、电阻为的导体棒置于水平导轨上，轻质细绳跨过光滑滑轮一端与的中点相连、另一端悬挂一轻质挂钩。导体棒、与导轨间的动摩擦因数相同，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为。初始时刻，棒在倾斜导轨上恰好不下滑。（取，）（1）求导体棒与导轨间的动摩擦因数；（2）在轻质挂钩上挂上物体，细绳处于拉伸状态，将物体与导体棒同时由静止释放，当质量为时，始终处于静止状态（导体棒运动过程中，、一直与平行，且没有与滑轮相碰。）求匀速运动时，导体棒速度的大小；（3）若的质量为时，由静止释放开始计时，当下降时已经处于匀速直线运动状态，求这个过程中上产生的焦耳热为多少？（始终处于静止状态） 【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）对ab棒进行受力分析，受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力和沿斜面向上的摩擦力，在沿斜面方向上由平衡关系可知代入数据解得（2）当P和cd的运动达到稳定时，P和cd一起做匀速直线运动，对cd棒，设绳中的张力为T，由平衡条件得对P由平衡条件可得联立解得设此时电路中的电流为I设P匀速运动的速度为，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得代入数据解得（3）对从静止释放到cd刚好匀速的过程，电路产生的总焦耳热为，根据功能关系有解得根据焦耳定律可推知这个过程中cd上产生的焦耳热为