2022-2023学年安徽省巢湖市五校高二（下）期末联考物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共7小题，共28分）
1. 双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为，双缝到屏的距离为用红色激光照射双缝，调整实验装置，使得屏上可以见到清晰的干涉条纹关于干涉条纹，下列说法正确的是( )
A. 若只将屏向右移动一小段距离，屏上条纹会变得模糊不清
B. 若只将屏向右移动一小段距离，屏上相邻两亮纹间的距离变小
C. 若只将双缝间的距离减小，屏上相邻两亮纹间的距离变小
D. 若只将红色激光变为绿色激光，屏上相邻两亮纹间的距离变小
2. 竖直放置的长直螺线管接入如图甲所示的电路中，通有俯视顺时针方向的电流，其大小按图乙所示的规律变化。螺线管内中间位置固定有一水平放置的硬质闭合金属小圆环未画出，圆环轴线与螺线管轴线重合。下列说法正确的是( )
A. 时刻，圆环有扩张的趋势
B. 时刻，圆环有收缩的趋势
C. 时刻，圆环内的感应电流方向为俯视逆时针方向
D. 和时刻，圆环内的感应电流大小相等
3. 如图所示，先将开关接通给电容器充电，再将开关接通，就形成了一个简单的震荡电路。关于电路，下列说法正确的是( )
A. 电容器开始充电时，电场能最大
B. 电容器极板上电压最大时，线圈中的电流最强
C. 电容器开始充电时，线圈中的磁场能最大
D. 一个周期内，电容器充，放电各一次
4. 第二十二届世界杯足球赛年在卡塔尔完美落幕，掀起了学生们对足球运动热爱的高潮。一学生练习用头颠球时，足球由静止开始自由下落后，被学生用头竖直顶起后上升的最大高度仍为。已知足球与头部的作用时间为，足球的质量为，重力加速度，不计空气阻力。下列说法正确的是
A. 足球与头部作用的过程中，头部对足球的作用力大于足球对头部的作用力
B. 足球与头部作用的过程中，其动量的变化量大小为
C. 头部对足球的平均作用力大小为
D. 足球在空中往返的过程中，所受重力的冲量大小为
5. 年月日，“星舰”重型运载火箭在发射升空分钟后，于墨西哥湾上空发生非计划内解体，在半空中爆炸，航天器未能成功进入预定轨道。尽管失败了，但人类距离登陆火星的脚步更近了。已知火星的质量为地球质量的倍，火星的半径为地球半径的倍，在地球上秒摆的周期为，则该秒摆在火星上的周期为( )
A. B. C. D.
6. 霍尔元件已被广泛应用于测量和自动控制领域，它是根据霍尔效应制作的传感器元件，其工作原理如图所示。磁场方向垂直于霍尔元件的前、后表面，磁感应强度大小为，通入图示方向的电流，则在上、下两表面、间产生电势差，该电势差被称为霍尔电压。霍尔元件一般采用半导体材料制成。目前广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是“空穴”相当于带正电的粒子导电的型半导体，另一类是电子导电的型半导体。下列关于图示霍尔元件说法正确的是
A. 若、间的电压随电流的增大而增大，则该霍尔元件使用的是型半导体
B. 若、间的电压随磁感应强度的增大而增大，则该霍尔元件使用的是型半导体
C. 若上表面的电势高于下表面的电势，则该霍尔元件使用的是型半导体
D. 若上表面的电势低于下表面的电势，则该霍尔元件使用的是型半导体
7. 如图所示，匝椭圆形线圈在匀强磁场中以竖直线为轴匀速旋转，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度大小为，线圈的半长轴为、半短轴为，转动的角速度为，线圈的电阻为，通过电刷和与定值电阻相连，电压表为理想交流电表，椭圆的面积为。从图示位置开始计时，下列说法正确的是
A. 通过定值电阻的电流方向在单位时间内改变次
B. 电压表的示数为
C. 在到到的过程中，通过线圈的电荷量为
D. 通过定值电阻的电流的表达式为
二、多选题（本大题共3小题，共18分）
8. 质量为的小车置于光滑的水平面上，左端固定一根轻弹簧，质量为的光滑物块放在小车上，压缩弹簧并用细线连接物块和小车左端，开始时小车与物块都处于静止状态，此时物块与小车右端相距为，如图所示，当突然烧断细线后，以下说法正确的是
A. 物块和小车组成的系统机械能守恒
B. 物块和小车组成的系统动量守恒
C. 当物块速度大小为时，小车速度大小为
D. 当物块离开小车时，小车向左运动的位移为
9. 图甲为一列横波在时的波动图像，图乙为该波中处质点的振动图像，下列说法正确的是( )
A. 波沿轴正方向传播
B. 若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则另一列波的频率为
C. 若在处有一接收器向左运动，则其接收到的频率小于
D. 再过，点沿传播方向移动
10. 如图所示，间距为的平行光滑金属导轨、固定在水平面上，与水平面成角，金属棒垂直放置在导轨上，整个装置处于匀强磁场中，匀强磁场的方向未知。已知金属棒的质量为叫电阻为，电源的电动势为、内阻为，闭合开关，金属棒而始终静止在导轨上。下列说法正确的是( )
A. 滑动变阻器的滑片在最左端时，金属棒受到的安培力最大
B. 无论滑动变阻器的滑片处在何位置，金属棒受到的安培力的最小值均为
C. 磁感应强度有最小值时，方向垂直导轨平面向上
D. 滑动变阻器的滑片在最右端时，磁感应强度
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共14分）
11. 某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
下列说法正确的是___________。
A. 变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B. 变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能
C. 理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失
D. 变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
实际操作中将电源接在原线圈的“”和“”两个接线柱之间，测得副线圈的“”和“”两个接线柱之间的电压为，则可推断原线圈的输入电压可能为___________。
A.
图乙为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、。在交流电源的电压有效值不变的情况下，调节可变电阻的过程中，当___________时，获得的功率最大。
12. 某校物理兴趣小组的同学设计了一个验证动量守恒定律的装置，如图所示。将等大小球、分别用等长的、没有弹性的轻绳悬挂于水平杆上的、两点，球、的质量分别设为、。实验步骤如下：
将球拉起一定的角度静止释放，球在最低点与球发生碰撞；
角度传感器图中没有画出测量球、碰撞后摆起的最大角度分别为、；
改变两球的质量，重复步骤，测量多组数据。
要完成本实验，还需要的器材为________。
若满足____________________表达式用题目中物理量表示，则说明两球碰撞时遵循动量守恒定律。
若实验中多次改变、且、的比值恒定。根据所测数据，作出的图线为线性关系，图线的纵截距为，斜率为，则________。
根据第问知，每次释放小球的初始摆角________填“变”或“不变”。
四、计算题（本大题共3小题，共40分）
13. 一个横截面为四分之一圆半径为的透明柱体水平放置，如图所示。一束光平行于射到的点，入射角，进入柱体内部后，在边经过一次反射后恰好从点射出。已知光在真空中的传播速度为，求：
透明柱体的折射率
光在该柱体内的传播时间。
14. 如图甲所示，两平行且足够长光滑金属导轨、与水平面的夹角为，两导轨之间的距离为，导轨顶端接入阻值的电阻，导轨电阻不计。质量为、电阻的金属棒垂直放在金属导轨上，以金属棒所处位置为坐标原点，沿导轨向下建立轴，区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度随的变化规律如图乙所示。某时刻由静止释放金属棒，到达处前电压表的示数已稳定不变。重力加速度取，，。求：
金属棒到达处的速度大小；
金属棒从处运动到处的过程中，电阻产生的焦耳热；
金属棒从处运动到处的过程中，通过电阻的电荷量。
15. 某高校拟采购一批实验器材，提高学生对电偏转和磁偏转研究的动手能力。其核心结构原理可简化为如图所示：、间的区域有竖直向上的匀强电场，在的右侧有一与相切于点的圆形有界匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。一带正电粒子自点以水平初速度正对点进入该电场后，从点飞离电场进入磁场，再经磁场偏转后从点射出磁场。已知、两点间的距离为，、两点间的距离为，为圆形有界磁场的直径且长度为，粒子的质量为、电荷量为，粒子所受重力忽略不计，求：
粒子从点进入磁场时的速度的大小；
磁感应强度的大小；
粒子在磁场与在电场中运动的时间之比。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式 ，结合和波长的变化判断条纹间距的变化，从而即可求解。
解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式 ，并能灵活运用。
【解答】
在波的干涉中，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距与波长 、双缝到屏之间的距离成正比，与双缝间的距离成反比，若只将屏向右移动一小段距离，则干涉条纹的间距变大，不会变得模糊不清，故A、B错误
C.若只将双缝间的距离减小，由知，条纹间距变大，故C错误
D.若只将红色激光变为绿色激光，则波长变小，由知，屏上相邻两亮纹间的距离变小，故D正确。
2.【答案】
【解析】
【分析】
线圈中的电流增大或减小时，根据楞次定律判断出闭合金属小圆环中感应电流的方向。根据感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原因，可以很好判断闭合金属小圆环的面积变化趋势。根据法拉第电磁感应定律判断感应电动势与感应电流的大小。
【解答】
A.由图可知在时刻，通过线圈的电流增大，则线圈产生的磁场增大，所以穿过金属小圆环的磁通量变大，根据楞次定律可知，圆环有收缩的趋势；故A错误；
B.由图可知在时刻，通过线圈的电流减小，则线圈产生的磁场减小，所以穿过金属小圆环的磁通量变小，根据楞次定律可知，圆环有扩张的趋势；故B错误
C.由图可知在时刻，螺线管中俯视顺时针方向的电流减弱，圆环中向下的磁通量减少，圆环要阻碍磁通量的减少，产生向下的磁场，所以圆环内有俯视顺时针方向的感应电流，故C错误。
D.由图可知在和时刻，线圈内电流的变化率大小是相等的，则线圈产生的磁场的变化率也相等，根据法拉第电磁感应定律可知，圆环内的感应电动势大小是相等的，所以感应电流大小也相等；故D正确；
3.【答案】
【解析】解：电容器开始充电时，电场能为零，线圈中的磁场能最大，故A错误，C正确；
B.电容器极板上电压最大时，电场能最大，此时磁场能为零，线圈中的电流为零，故B错误；
D.电容器从开始充电到放电完毕只经历半个周期，所以一个周期内，电容器充，放电各两次，故D错误。
故选C。
根据振荡电路的周期性可知其在一个周期内的充放电次数；在振荡电路中，当电容器在放电过程，电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少．
本题考查振荡电路的工作原理，要注意正确分析振荡过程并明确电场能和磁场能的转化情况．
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题以学生练习用头颠球为情景载体，考查了动量定理、运动学公式相结合的问题，解决此题的关键是要注意运动的对称性，使用动量定理解题时一定要规定正方向。
【解答】
A.足球与头部作用的过程中，根据牛顿第三定律可知头部对足球的作用力等于足球对头部的作用力，故A错误；
B.下落到与头部刚接触时，由，其中，可得，则足球动量大小为：，根据对称性可知，反弹速度大小也为，动量大小也为，以向上为正方向，可得动量改变量，故B错误；
C.足球与头部的作用过程，以竖直向上为正方向，根据动量定理：，代入数据得，故C正确；
D.足球在空中往返的过程中，所受重力的冲量为，往返时间显然不为零，故冲量不为零，故D错误。
故选C。
5.【答案】
【解析】设地球质量为、半径为，则火星质量为、半径为，根据黄金代换知：，所以，解得。单摆的周期公式，解得，故B正确。
6.【答案】
【解析】
【分析】
在霍尔元件中，根据静电力和洛伦兹力平衡推导出电势差与什么因素有关；根据左手定制判断霍尔元件的类型。
【解答】
根据静电力和洛伦兹力平衡有，得
、霍尔电压的大小与电流和磁感应强度的乘积成正比，与载流子的正负无关，、B错误；
、若该霍尔元件使用的是型半导体，由左手定则可知，“空穴”受到的洛伦兹力指向下表面，可认为“空穴”向下表面偏转，则上表面的电势低于下表面的电势，C错误，D正确。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查正弦交变电流的产生、表达式及描述交变电流的物理量，分清交变电流的最大值、有效值和平均值和表达式的表示形式是解题的关键点。
【解答】
A.在一个周期内交变电流方向改变两次，所以通过定值电阻的电流方向在单位时间内改变
次，故A错误；
B.线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势的最大值，电压表的示数为
，故B错误；
C.在时，线圈平面与磁场的夹角为，在时线圈平面与磁场的夹角为，在此过程中穿过线圈的磁通量改变量，由、，可得通过线图的电荷量，故C错误；
D.因从中性面开始计时，通过定值电阻电流的表达式为，故D正确。
8.【答案】
【解析】
【分析】
物块与小车组成是系统所受合外力为零，系统动量守恒，应用动量守恒定律可以求出小车的速度与小车向左运动的位移。
本题考查了动量守恒定律的应用，当系统所受合外力时系统动量守恒，分析清楚物块与小车的运动过程是解题的前提，应用动量守恒定律即可解题。
【解答】
A、物块、小车与弹簧组成的系统机械能守恒，物块与小车组成的系统机械能不守恒，故A错误；
B、物块与小车组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，故B正确；
C、物块与小车组成的系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，解得：，故C正确；
D、物块与小车组成的系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，，解得：，故D错误；
故选：。
9.【答案】
【解析】
【分析】
发生稳定干涉现象的必要条件是两列波的频率相同。由波动图像和振动图像综合分析得出波的传播方向；由多普勒效应可知接收频率的变化；波在传播的过程中，波形随波迁移，但是质点不随波移动；
解决本题的关键掌握波动与振动的联系，结合干涉条件，多普勒效应，波动图像的特点即可解题。
【解答】
A.由振动图象上时刻读出点的速度方向沿轴正方向，则由波动图象判断出波沿轴正方向传播，故A正确
B.由振动图象乙读出周期，则该波的频率为要想发生稳定的干涉，两列波的频率必须相同，故B正确；
C.若在处有一接收器向左运动，接收器与波源间距在减小，由多普勒效应知，其接收到的频率大于，故C错误；
D.波在传播的过程中，波形随波迁移，但是质点并没有随波移动，故D错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】
【分析】本题考查安培力作用下的平衡问题。解决问题的关键是对金属棒进行正确的受力分析力，根据平衡条件结合临界条件分析计算。
【解答】A.金属棒始终处于静止状态，滑动变阻器的滑片在最左端时，回路中电流最大，由于磁场方向不确定，所以此时安培力不是最大，根据矢量三角形可得安培力的最大值无法求出，故A错误
金属棒始终处于平衡状态，对其受力分析，做出力的矢量三角形，如图所示，
可知安培力的最小值为，由于磁感应强度方向不确定，所以磁感应强度的大小无法确定，当磁感应强度的方向与斜面垂直时，滑动变阻器的滑片在最右端时，磁感应强度最小则，，联立解得，故BC正确，D错误。
11.【答案】；；。
【解析】
【分析】
本题主要考查了变压器的构造和原理，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合原副线圈两端的匝数比和电学物理量的关系即可完成分析。
根据实验原理得出在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能和变压器的输入功率等于输出功率以及变压器线圈两端的电压与匝数的关系；
根据原副线圈的匝数比得出电压之比，要考虑到漏磁等现象；
根据原副线圈的匝数比得出电学物理量的比值关系，根据欧姆定律完成分析。
【解答】
变压器工作时，通过铁芯和线圈的自感作用在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，选项A错误，B正确；
C.理想变压器没有能量损失，根据能量守恒可得理想变压器的输入功率等于输出功率，，选项C正确。
D.变压器副线圈上不接负载时，根据变压器线圈两端的电压与匝数的关系，原线圈两端电压一定不为零，D错误；故选BC；
若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系，
若变压器的原线圈接“”和“”两个接线柱，副线圈接“”和“”两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为，副线圈的电压为，则原线圈的电压为，
考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于，可能为；
故选D；
把变压器和等效为一个电阻，当作电源内阻，当内外电阻相等，即，
此时输出功率最大，根据，得，代入，解得，
即时获得的功率最大。
12.【答案】天平；；；不变
【解析】
【分析】
本题考查验证动量守恒定律的实验，熟悉实验原理是将诶同的关键。
结合动能定理列方程得出球碰撞前后的速度和碰后球的速度，根据动量守恒定律列方程从而分析出还需要的仪器；
根据直接得出满足的表达式；
根据的表达式得出图像斜率的含义，从而可求解；
根据得出纵截距的含义，从而分析出每次释放小球的初始摆角变化情况。
【解答】球释放后运动到最低点过程，由动能定理：，解得球与球碰前的速度大小，同理知，球碰后的速度大小，球碰后的速度大小。若两球碰撞前后动量守恒，满足，联立知，应满足，可见完成本实验，需要知道、、和、，则还需要的器材为天平；
由知，需要满足的表达式为；
由知，可得，可见图像的斜率，解得；
由知，图像的纵截距不变，则每次释放小球的初始摆角不变。
13.【答案】解：作出光路图如图所示：
，
根据反射成像的对称性及几何关系可知：，，
可得折射角，
由折射定律有，代入数据可得折射率；
光在柱体中的传播速度为：，
由几何关系可得，，
可知光在柱体内的传播距离为，
所以光在柱体内的传播时间为：。
【解析】在分析几何光学问题时，最关键的一点是正确的画出光路图，能结合几何关系进行分析。
作出光路图，结合几何关系及折射定律进行分析即可；
求出光在柱体中的传播速度大小，由几何关系求出光在柱体的传播距离，即可求出光在柱体内的传播时间。
14.【答案】解：由题意可知金属棒到达处前已匀速，设速度大小为，
由法拉第电磁感应定律得
由闭合电路欧姆定律得
由平衡条件得
解得；
金属棒从处运动到处的过程，由能量守恒定律得
电阻产生的焦耳热为
解得
金属棒从处运动到处的过程，由法拉第电磁感应定律得
由闭合电路欧姆定律得
通过电阻的电荷量为
联立解得：
【解析】本题是一道电磁感应的综合题，有一定的难度。
由平衡条件、能量守恒结合法拉第电磁感应定律和电路的相关知识求解。
15.【答案】解：粒子自点至点做类平抛运动，设运动时间为，粒子从点进入磁场时的竖直分速度大小为，根据运动学规律有
，
联立解得 ，
粒子从点进入磁场时的速度的大小为 ；
设粒子从点进入磁场时的速度方向与水平方向的夹角为，
根据几何关系有 ，
粒子从点进入磁场后做匀速圆周运动，设匀速圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律有 ，
根据几何关系有 ，
联立解得 ；
粒子在磁场中做圆周运动的周期为 ，
粒子在磁场中运动的时间为 ，
联立可得粒子在磁场与在电场中运动的时间之比为 。
【解析】根据粒子自点至点做类平抛运动，结合运动学公式和速度的合成可得粒子从点进入磁场时的速度的大小；
根据粒子在磁场中有洛伦兹力提供向心力结合几何关系可得磁感应强度的大小；
根据粒子在磁场中圆周运动的规律结合角度关系可得粒子在磁场中运动的时间，从而得出粒子在磁场与在电场中运动的时间之比。
