青岛市重点中学2023-2024学年高二上学期期末考试
物理试卷
注意事项：
1.本试卷分第I卷和第Ⅱ卷两部分。第Ⅰ卷为选择题，共40分；第Ⅱ卷为非选择题，共60分，满分100分，考试时间为90分钟。
2.第I卷共5页，请将选出的答案标号（A、B、C、D）涂在答题卡上。第Ⅱ卷共3页，将答案用黑色签字笔（0.5mm）写在答题纸上。
第1卷
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一项是符合题目要求。
1. 如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时，下列分析正确的是（ ）
A. 小球运动的过程中机械能守恒
B. 该磁力“永动机”的物理原理是电磁感应
C. 轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极
D. 电源如何接都不影响“永动”的效果
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球运动的过程中有磁场力做功，机械能不守恒，故A错误；
B．该磁力“永动机”的物理原理是通电导体在磁场中受力的作用，故B错误；
C．小钢球逆时针“永动”时，应受向左的安培力，根据左手定则可知通过小球电流的方向从轨道a到轨道b，所以轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极，故C正确；
D．电源反接后改变安培力的方向，影响“永动”，故D错误；
故选C。
2. 渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为，若探测器发出频率为的声波，下列说法正确的是（ ）
A. 两列声波相遇时一定会发生干涉
B. 声波由水中传播到空气中，频率会改变
C. 该声波在水中遇到尺寸约为的被探测物时会发生明显衍射
D. 探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
【答案】C
【解析】
【详解】AD．根据多普勒效应可知，探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关，而两列声波发生干涉的条件是频率相等，所以两列声波相遇时不一定发生干涉，故A、D错误；
B．波的频率由波源决定，声波由水中传播到空气中时，频率不变，故B错误；
C．根据波长的计算公式可得
根据波发生明显衍射现象的条件可知，当遇到尺寸约为的被探测物时会发生明显衍射，故C正确。
故选C。
3. 如图，矩形线框ABCD的匝数为N，面积为S，线框所处匀强磁场的磁感应强度大小为B。线框从图示位置开始绕轴OO以恒定的角速度沿逆时针方向转动，线框通过两个电刷与外电路连接。外电路中理想变压器原、副线圈的匝数比为k：1，定值电阻R1＝R，R2＝2R，忽略其余电阻。则（ ）
A. 图示位置，线框的磁通量大小为NBS
B. 图示位置，线框的感应电动势大小为NBSω
C. 流过R1、R2的电流之比为2k：1
D. 线框的输出功率为
【答案】C
【解析】
【详解】A．图示位置，线框的磁通量大小为BS，选项A错误；
B．图示位置，线框的磁通量最大，则磁通量的变化率为零，则此时的感应电动势大小为零，选项B错误；
C．根据
则流过R1、R2的电流之比为
选项C正确；
D．线框产生的感应电动势最大值
有效值
则电阻R1的电流
则R2的电流为
线框的输出功率等于两电阻消耗的功率之和为
选项D错误。
故选C。
4. 如图所示，质量均为m的木块A和B，并排放在光滑水平面上，A上固定一竖直轻杆，轻杆上端的O点系一长为L的细线，细线另一端系一质量为的球C，现将球C拉起使细线水平伸直，并由静止释放球C，则下列说法正确的是（重力加速度为g）（ ）
A. 运动过程中，A、B、C组成的系统动量守恒
B. C球摆到最低点过程，C球的速度为
C. C球第一次摆到最低点过程中，木块A、B向右移动的距离
D. C球第一次到达轻杆左侧的最高处的高度与释放高度相同
【答案】B
【解析】
【详解】A．木块A、B和小球C组成的系统竖直方向动量不守恒，水平方向动量守恒，所以系统的总动量不守恒，故A错误；
BD．小球C下落到最低点时，A、B将要开始分离，此过程水平方向动量守恒，设A、B共同速度为，根据机械能守恒有
由水平方向动量守恒得
联立解得
，
此后A、B分开。当C向左运动能达到的最大高度时，AC共速，设此时A、C速度为，B的速度依然为。全程水平方向动量守恒，规定向左为正方向，即
整个过程中，系统机械能守恒，C的重力势能转化为A、B、C的动能，即
解得
故B正确，D错误；
C．C球第一次摆到最低点过程中，A、B、C组成的系统在水平方向动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得
则
由几何关系得
解得木块A、B向右移动的距离为
故C错误。
故选B。
5. 某兴趣小组设计了一辆“电磁感应车”，在一个车架底座上固定了一块塑料板，板上固定了线圈和红、绿两个二极管，装置和连成的电路如图甲所示。用强磁铁插入和拔出线圈，电流传感器记录了线圈中电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在t=3s时刻，线圈中的磁通量最大
B. 当磁铁从线圈左端插入时，小车将会向左运动
C. 乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程
D. 若插入线圈的磁铁磁性足够强，红、绿两个二极管会同时发光
【答案】C
【解析】
【详解】A．在t=3s时刻，线圈中的电流最大，磁通量变化率最大，故A错误；
B．当磁铁从线圈左端插入时，靠近线圈，导致穿过的磁通量变大，根据楞次定律，则有感应电流产生，小车为阻碍磁铁靠近，小车将对磁铁有向左的力，同时小车受到向右的力，向右运动，故B错误；
C．乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程，故C正确；
D．由于发光二极管具有单向导电性，把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与线圈串联，两个发光二极管不会同时发光，故D错误。
故选C。
6. 如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计）。电源内阻不计，则（ ）
A. S闭合时，A灯立即亮，亮度保持不变
B. S闭合时，B灯立即亮，然后亮度逐渐加大
C. S闭合时，C灯立即亮，然后亮度逐渐减弱
D. 电路接通稳定后，S断开时，B、C灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭
【答案】B
【解析】
【详解】ABC．电源内阻不计，电路接通时，C灯两端电压不变，C灯亮度不变，A灯立即亮，L直流电阻不计，稳定后，L直流电阻为零，L将A灯短接，A灯熄灭。接通S，在电路达到稳定的过程中，A和L并联，然后和B串联，串联两端电压不变，A灯两端电压逐渐减小，B灯两端电压逐渐增大，电键S闭合后，B灯立即亮，然后亮度逐渐加大，故AC错误，B正确；
D．断开S瞬间，L由于自感作用，线圈L充当电源对三个灯泡供电，A灯闪亮，然后逐渐熄灭。B灯、C灯电流均瞬间减小，然后再逐渐减为零，B灯、C灯亮度均瞬间降低，然后逐渐熄灭，故D错误。
故选B。
7. 如图是远距离输电原理图，图中变压器为理想变压器，T1为升压变压器，其输入端接电压有效值恒定的正弦式交变电源，输电线的总电阻为定值r，T2为降压变压器，其输出端接阻值相等的恒定电阻R1、R2，开关S处于断开状态。下列说法中正确的是（ ）
A. 减小T1原副线圈匝数比，其他条件不变，则输电线上损失的功率将减小
B. 减小T1的原副线圈匝数比，增大T2的原副线圈匝数比，则电阻R1两端电压有可能不变
C. 增大T2的原副线圈匝数比，其他条件不变，则远距离输电的效率将减小
D. 将开关S闭合，其他条件不变，则电阻R1消耗的电功率不变
【答案】B
【解析】
【详解】A．减小T1的原副线圈匝数比，其他条件不变时，由
可知T1的副线圈输出电压增大，由于输电线电阻和负载电阻以及T2的原副线圈匝数比不变，可知T1的副线圈电流增大，由
可知输电线上损失的功率将增大，故A错误；
B．减小T1的原副线圈匝数比，则T1的副线圈输出电压增大；把T2的原副线圈与看成一个等效电阻，可知
增大T2的原副线圈匝数比，则等效电阻增大，T2的原线圈电压增大，所以当增大T2的原副线圈匝数比时，由
可知电阻两端电压有可能不变，故B正确；
C．设T2原线圈电流为，副线圈电流为，则有
则远距离输电的效率为
增大T2的原副线圈匝数比，其他条件不变，远距离输电的效率将增大，故C错误；
D．将开关S闭合，相当于T2的副线圈端总电阻减小，其他条件不变，可知电路消耗的总功率增大，则输电线上的电流增大，输电线电压损失增大，T2的原线圈电压减小，根据
可知电阻两端电压减小，则电阻消耗的电功率减小，故D错误。
故选B。
8. 从地面上把一个小球竖直向上抛出，小球上升和下降过程中加速度a随速度变化的图像如图所示。已知小球受到的空气阻力大小与速率成正比，图中、、、已知，则下列说法正确的是（ ）
A. 图线2为小球上升过程中的图像
B. 等于重力加速度的2倍
C. 小球落回抛出点的速度大小为
D. 小球从抛出到返回抛出点的时间为
【答案】D
【解析】
【详解】A．小球上升过程中做减速运动，根据牛顿第二定律有
随着速度的减小阻力逐渐减小，则上升过程中随着速度的减小加速度在减小，即图线1为小球上升过程中的图线，故A错误；
B．由图知，为小球上升到最高点时的加速度，此时速度为0，阻力为0，只受重力，所以等于重力加速度，故B错误；
C．小球运动过程中受到空气阻力与其速率成正比，即
小球抛出时速度为，根据牛顿第二定律有
小球在最高点时有
小球下落到抛出点时速度为，则有
联立可得
故C错误；
D．设小球上升高度为，上升过程取极短时间，由动量定理得
其中
可得
同理可得，小球下降过程有
小球从抛出到返回抛出点的时间为
解得
故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 霍尔效应是美国物理学家霍尔（E·H·Hall）于1879年发现的。其原理如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体金属元件，单位体积内自由电子数为n，导体的电阻率为ρ，电子的电量大小为e，在导体的左右两端加上恒定电压U和方向垂直于上表面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，在导体前后表面之间产生稳定的电势差，称为霍尔电压；霍尔电压与通过电流之比称为霍尔电阻。下列说法正确的是（ ）
A. 导体前表面的电势低于后表面的电势
B. 导体中电流的大小为
C. 霍尔电压的大小为
D. 电流方向垂直前后表面时的霍尔电阻与垂直左右表面时的相同
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．电子定向移动的方向与电流方向相反，根据左手定则可知，前表面的电势低于后表面，故A正确；
B．根据电阻定律可得，导体在电流方向的电阻为
根据欧姆定律可得导体中电流的大小为
故B错误；
C．设导体中自由电荷定向移动的平均速率为v，根据电流的微观表达式有
定向移动的电子所受电场力与洛伦兹力平衡，即
联立解得
故C正确；
D．根据以上分析可得当电流方向垂直左右表面时的霍尔电阻为
同理可得当电流方向垂直前后表面时的霍尔电阻为
故D正确。
故选ACD。
10. 如图甲所示，S为与波源处于同一均匀介质中的点，其与两波源、的距离分别是、，、间距离为，波源的振动图像如图乙所示；波源振动频率，其产生的简谐横波在时刻的图像如图丙所示，已知、均在时刻开始振动，则（ ）
A. 波源的起振方向沿y轴负方向
B. 质点S为振动加强点
C. 时质点S向y轴负方向运动
D. 在时，所在的平面内有2处波峰与波峰相遇
【答案】BD
【解析】
【详解】A．结合波源在时波的图像丙图可知，此时刚开始振动的质点x=2.5m处的起振方向沿y轴正方向，质点与波源的起振方向相同，因此波源为的起振方向沿y轴正方向，A错误；
B．根据波源的振动图像图乙可知，波源的起振方向向上，又因为S点到两波源的波程差为
S点到两波源的波程差为波长的整数倍，且两波源的起振方向相同，所以质点S为振动加强点，故B正确；
C．在同一介质中，频率相同的两列机械波，波速相同，波长相等，由图可知
则波速为
则P1波传到S点的时间为
因为S点为振动加强点，所以它的振动情况与波源P1的相同，当，S点已经振动了0.4s，刚好为两个周期，所以它此时向y轴正方向运动，故C错误；
D．在时，波传至距离波源6m处，由起振方向可知，波峰分别位于距离波源5.5m、3.5m和1.5m处，以波源为圆心，波峰到波源的距离为半径做圆，如图
可知所在的平面内有2处波峰与波峰相遇，故D正确。
故选BD。
11. 如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场，一质量为且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为、电荷量的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左，大小为的恒力F，重力加速度，则（ ）
A. 前合外力对木板做的功为 B. 时木板对地面的压力大小为
C. 静摩擦力对滑块做的功为 D. 滑动摩擦力对滑块的冲量大小为
【答案】BC
【解析】
【详解】A．静摩擦力能提供的最大加速度为
开始时木板滑块一起运动，加速度为
而滑块向左运动后，由左手定则可知，会受到一个向上的洛伦兹力，设滑块速度为v时，两者开始相对滑动，由牛顿第二定律得，对滑块有
对木板有
可得
则发生相对滑动需要时间
时木板速度
根据动能定理，前合外力对木板做的功为
故A错误；
B．时速度
木板对地面的压力大小为
故B正确；
C．根据动能定理，静摩擦力对滑块做的功为
故C正确；
D．当滑块受的洛伦兹力大小等于重力时，两者分离，此时由
可得
滑动摩擦力对滑块的冲量大小为
故D错误。
故选BC。
12. 如图甲所示，在水平面上有一竖直向下的足够宽的矩形匀强磁场区域，磁感应强度，区域长度，在紧靠磁场的左边界处的水平面上放置一正方形线框，匝数，边长，线框电阻，质量。现在线框上作用一水平恒力F，使线框从静止开始向右进入磁场中，已知恒力F的大小为10N，线框与水平面间的动摩擦因数，整个线框完全进入磁场前已经匀速运动。当线框刚全部进入磁场开始计时，磁场即以如图乙所示规律变化。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈完全进入磁场瞬间的速度为2m/s
B. 线圈从开始运动到线圈右边到达磁场右边界的过程中，流过线圈的电量为2C
C. 线圈在完全进入磁场到线圈右边到达磁场右边界的过程中，因为线圈左右两边切割速度相同，所以线圈中没有感应电流
D. 线框从开始进入磁场到线框右边刚到达磁场右边界过程中线框产生的焦耳热为8J
【答案】AD
【解析】
【详解】A.在线框匀速运动时，仅右边切割磁感线，电流大小
安培力大小
匀速运动说明受力平衡
代入数据可得
A正确；
B.线圈完全进入磁场后，不受安培力作用，对线框列牛顿第二定律
得
则线框从完全进入磁场到线圈右边到达磁场右边界的过程中
解得
从线圈开始运动到完全进入磁场的过程中，流过线圈的电量为
而随后完全在磁场里有感生电流，仍会有电荷通过线圈，且根据楞次定律可判断出，电流方向与进入磁场时的电流方向一致
则总电荷量为，B错误；
C.线圈在完全进入磁场到线圈右边到达磁场右边界的过程中，由于磁场大小在变化，会产生感生电流，C错误；
D.线框从开始进入磁场到完全进入磁场的过程中，根据能量守恒定律
解得
线框完全进入磁场到线圈右边到达磁场右边界的过程中，回路中的感应电流大小为
该过程产生的焦耳热为
则总的焦耳热
D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下：
①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处切线与水平桌面相平；
②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球a向左压缩弹簧并使其由静止释放，a球碰到木板，在白纸上留下压痕P；
③将木板向右水平平移适当距离，再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放，撞到木板上，在白纸上留下压痕P2；
④将半径相同的小球b放在桌面的右边缘，仍让小球a从步骤③中的释放点由静止释放，与b球相碰后，两球均撞在木板上，在白纸上留下压痕P1、P3。
(1)下列说法正确的是__________。
A.小球a的质量一定要大于小球b的质量
B.弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑
C.步骤②③中入射小球a的释放点位置一定相同
D.把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平
(2)本实验必须测量的物理量有_________。
A.小球的半径r
B.小球a、b的质量m1、m2
C.弹簧的压缩量x1，木板距离桌子边缘的距离x2
D.小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3
(3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒，当满足关系式______时，则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。
【答案】 ①. AD ②. BD ③.
【解析】
【详解】(1)[1]．A.小球a的质量一定要大于小球b的质量，以防止入射球碰后反弹，选项A正确；
B.弹簧发射器的内接触面及桌面不一定要光滑，只要a球到达桌边时速度相同即可，选项B错误；
C.步骤②③中入射小球a的释放点位置不一定相同，但是步骤③④中入射小球a的释放点位置一定要相同，选项C错误；
D.把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平，选项D正确。
故选AD。
(2) [2]．小球离开斜槽后做平抛运动，设其水平位移为L，则小球做平抛运动的时间
小球的竖直位移
解得
碰撞前入射球a的水平速度
碰撞后入射球a的水平速度
碰撞后被碰球b的水平速度
如果碰撞过程系统动量守恒，则
m1v1=m1v2+m2v3
即
整理得
则要测量的物理量是：小球a、b的质量m1、m2和小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3，故选BD。
(3)[3]．由以上分析可知当满足关系式
时，则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。
14. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
（1）下列说法正确的是______。
A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同
B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法
C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12V
D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好
（2）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间（接入匝数为800匝），用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱（接入匝数为400匝）之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为______。
A.1.5V B. 3.5V C. 5.5V D. 7.0V
（3）实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为______。
A.原、副线圈上通过的电流发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.原线圈输入电压发生变化 D.变压器铁芯漏磁
（4）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R0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R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2，在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当______时，R获得的功率最大。
【答案】 ①. BD##DB ②. D ③. C ④.
【解析】
【详解】（1）[1] A．变压器工作时只是改变电压，不改变频率，即副线圈电压频率与原线圈相同，故A错误；
B．实验过程中，在原、副线圈匝数和原线圈两端电压三个变量中保持两个不变，改变一个来探究匝数比与原副线圈电压之比的关系，用的是控制变量法，故B正确；
C．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不能超过12V，而用直流电压变压器不能工作，故C错误；
D．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据变压器电流与匝数的关系有
可知，匝数少的线圈电流大，为了减小线圈功率损耗，根据电阻定律可知，此时导线应该粗一些。绕制降压变压器原、副线圈时，由于副线圈的匝数少，副线圈中的电流大于原线圈中的电流，则副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，故D正确。
故选BD。
（2）[2]若为理想变压器，根据电压与匝数关系有
解得原线圈两端电压为
由于实际变压器存在漏磁与线圈电阻发热引起的功率损耗，则实际上原线圈两端电压应该大于6.0V，即原线圈的输入电压可能为7.0V。
故选D。
（3）[3]A．实际的变压器的原、副线圈存在一定的电阻，线圈上通过的电流会发热，存在一定的功率损耗，导致实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比会有微小差别，故A正确，不符合题意；
B．实际变压器的铁芯在交变磁场作用下会产生涡旋电流，铁芯会发热，存在一定的功率损耗，导致实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比会有微小差别，故B正确，不符合题意；
C．原线圈输入电压发生变化不会直接引起功率损耗，不会导致实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，故C错误，符合题意；
D．实际的变压器的铁芯会发生漏磁，存在一定的功率损耗，导致实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比会有微小差别，故D正确，不符合题意。
故选C。
（4）[4]将左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为一个新电源，根据题意等效电动势为，内阻为R0，将右侧实线框 的变压器与可变电阻R等效为一个用电器，等效电阻为
理想变压器不消耗功率，则等效电阻消耗的功率等于可变电阻R消耗的功率，则有
根据数学函数规律可知，当效电阻等于可变电阻R时，消耗功率最大，则有
结合上述解得
15. 如图所示，两根等高的四分之一光滑圆弧轨道，半径为r、间距为L，图中Oa水平，cO竖直，在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻不计的金属棒从轨道的顶端ab处由静止开始下滑，到达轨道底端cd时通过电阻R的电流大小为，整个过程金属棒与导轨接触良好，轨道电阻不计，重力加速度为g。求：
（1）金属棒到达轨道底端cd时的速度大小；
（2）若金属棒在外力作用下，以速率v0沿圆弧轨道做匀速圆周运动，求金属棒从cd到达ab的过程中回路产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设金属棒到达轨道底端cd时的速度大小为，根据法拉第电磁感应定律有
由闭合电路欧姆定律有
联立解得
（2）当金属棒以速率v0沿圆弧轨道做匀速圆周运动时，金属棒中将产生正弦交流电，电流最大值
则可得其有效值为
在四分之一周期内产生得热量为
其中周期
联立解得
16. 如图甲所示，质量为m的物体B放在水平面上，通过轻弹簧与质量为2m的物体A连接，现在竖直方向给物体A一初速度，当物体A运动到最高点时，物体B与水平面间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，物体A的位移随时间的变化规律如图乙所示，已知重力加速度为g，求：
（1）物体A的振动方程；
（2）物体B对地面的最大压力大小。
【答案】（1）cm；（2）6mg
【解析】
【详解】（1）图乙可知振幅为
A=10cm
周期为
T=1.0s
角速度为
rad/s
规定向上为正方向，t=0时刻位移为0.05m，表示振子由平衡位置上方0.05m处开始运动，所以初相为
则振子的振动方程为
cm
（2）物体A在最高点时，物体B与水平面间的作用力刚好为零，此时弹簧的拉力为
F=mg
对于物体A有
解得
当物体A运动到最低点时，物体B对水平面的压力最大，由简谐运动的对称性可知，物体A在最低点时加速度向上，且大小等于1.5g，由牛顿第二定律得
解得
F′=5mg
由物体B的受力可知，物体B受水平面的最大支持力为
由牛顿第三定律
=6mg
17. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限存在竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E，第三、四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小，第二象限存在垂直坐标平面向外的圆形有界匀强磁场（图中未画出）。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从y轴上A点以初速度沿x轴正方向射入匀强电场，然后从x轴上的M点射入第四象限，经磁场偏转后从x轴上的N点射入第二象限，经第二象限圆形有界磁场偏转后垂直打到y轴上的A点，不计粒子重力，求：
（1）匀强电场的电场强度大小E；
（2）N点的坐标；
（3）若圆形有界磁场的磁感应强度，求此圆形磁场区域的最小面积。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知，带电粒子在电场中做类平抛运动，则有
，，
联立解得
（2）设经过M点的速度v与x轴的夹角为，则有
又
联立解得
，
带电粒子在磁场中做圆周运动，设轨道半径为，如图所示
根据洛伦兹力提供向心力
解得
由几何关系可得，带电粒子在第三、四象限内运动轨迹的圆心恰好在y轴上，故N点的坐标为。
（3）粒子在第三象限进入有界磁场时，半径为，根据
可得
满足条件的最小圆形有界磁场的区域如上图所示，由几何关系可得
圆形磁场区域的最小面积为
18. 如图所示，水平地面上固定放置一质量的斜面体C，斜面体C的上表面与水平地面的夹角为，斜面体上静置两个小物块A、B，小物块A、B的质量分别为，小物块A位于斜面顶端，小物块B与小物块A相距，小物块A与斜面体间无摩擦，小物块B与斜面体间动摩擦因数为，初始由静止释放小物块A，此后小物块A、B间发生多次弹性正碰，碰撞时间均极短。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，斜面足够长，，重力加速度g取。求：
（1）第一次碰后瞬间小物块A、B的速度大小；
（2）第一次碰后瞬间到第二次碰前瞬间小物块A、B间的最大距离；
（3）第一次碰后瞬间到第八次碰前瞬间小物块B与斜面体C间摩擦产生的热量Q；
（4）第一次碰后瞬间到第八次碰前瞬间地面对斜面体C的冲量大小。
【答案】（1），；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）小物块A释放之后沿斜面向下做匀加速直线运动
求得
小物块A、B碰撞过程中动量守恒（规定沿斜面向下为正方向）
联立求得
，
（2）对物块B，根据牛顿第二定律有
求得
小物块A、B碰后B做匀减速直线运动，A先向上匀减速后反向匀加速，两者共速时距离最大，有
求得
可得第一次碰后瞬间到第二次碰前瞬间小物块A、B间的最大距离
（3）第一次碰后B减速至0用时
B减速至0时A速度为
时间内A、B的位移分别为
由于，说明B减速至0时刚好发生第二次碰撞，且A与第一次碰前速度相同，此后A、B将重复性发生多次碰撞。每相邻两次碰撞间摩擦热
总热量
（4）A、B整体对斜面体的摩擦力为
A、B整体对斜面体的弹力为
A、B整体对斜面体的作用力为
方向竖直向下青岛市重点中学2023-2024学年高二上学期期末考试
物理试卷
注意事项：
1.本试卷分第I卷和第Ⅱ卷两部分。第Ⅰ卷为选择题，共40分；第Ⅱ卷为非选择题，共60分，满分100分，考试时间为90分钟。
2.第I卷共5页，请将选出的答案标号（A、B、C、D）涂在答题卡上。第Ⅱ卷共3页，将答案用黑色签字笔（0.5mm）写在答题纸上。
第1卷
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一项是符合题目要求。
1. 如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时，下列分析正确的是（ ）
A. 小球运动的过程中机械能守恒
B. 该磁力“永动机”的物理原理是电磁感应
C. 轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极
D. 电源如何接都不影响“永动”的效果
2. 渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为，若探测器发出频率为的声波，下列说法正确的是（ ）
A. 两列声波相遇时一定会发生干涉
B. 声波由水中传播到空气中，频率会改变
C. 该声波在水中遇到尺寸约为的被探测物时会发生明显衍射
D. 探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
3. 如图，矩形线框ABCD的匝数为N，面积为S，线框所处匀强磁场的磁感应强度大小为B。线框从图示位置开始绕轴OO以恒定的角速度沿逆时针方向转动，线框通过两个电刷与外电路连接。外电路中理想变压器原、副线圈的匝数比为k：1，定值电阻R1＝R，R2＝2R，忽略其余电阻。则（ ）
A. 图示位置，线框的磁通量大小为NBS
B. 图示位置，线框的感应电动势大小为NBSω
C. 流过R1、R2的电流之比为2k：1
D. 线框的输出功率为
4. 如图所示，质量均为m的木块A和B，并排放在光滑水平面上，A上固定一竖直轻杆，轻杆上端的O点系一长为L的细线，细线另一端系一质量为的球C，现将球C拉起使细线水平伸直，并由静止释放球C，则下列说法正确的是（重力加速度为g）（ ）
A. 运动过程中，A、B、C组成的系统动量守恒
B. C球摆到最低点过程，C球速度为
C. C球第一次摆到最低点过程中，木块A、B向右移动的距离
D. C球第一次到达轻杆左侧的最高处的高度与释放高度相同
5. 某兴趣小组设计了一辆“电磁感应车”，在一个车架底座上固定了一块塑料板，板上固定了线圈和红、绿两个二极管，装置和连成的电路如图甲所示。用强磁铁插入和拔出线圈，电流传感器记录了线圈中电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在t=3s时刻，线圈中的磁通量最大
B. 当磁铁从线圈左端插入时，小车将会向左运动
C. 乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程
D. 若插入线圈的磁铁磁性足够强，红、绿两个二极管会同时发光
6. 如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计）。电源内阻不计，则（ ）
A. S闭合时，A灯立即亮，亮度保持不变
B. S闭合时，B灯立即亮，然后亮度逐渐加大
C. S闭合时，C灯立即亮，然后亮度逐渐减弱
D. 电路接通稳定后，S断开时，B、C灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭
7. 如图是远距离输电的原理图，图中变压器为理想变压器，T1为升压变压器，其输入端接电压有效值恒定的正弦式交变电源，输电线的总电阻为定值r，T2为降压变压器，其输出端接阻值相等的恒定电阻R1、R2，开关S处于断开状态。下列说法中正确的是（ ）
A. 减小T1的原副线圈匝数比，其他条件不变，则输电线上损失的功率将减小
B. 减小T1的原副线圈匝数比，增大T2的原副线圈匝数比，则电阻R1两端电压有可能不变
C. 增大T2的原副线圈匝数比，其他条件不变，则远距离输电的效率将减小
D. 将开关S闭合，其他条件不变，则电阻R1消耗的电功率不变
8. 从地面上把一个小球竖直向上抛出，小球上升和下降过程中加速度a随速度变化的图像如图所示。已知小球受到的空气阻力大小与速率成正比，图中、、、已知，则下列说法正确的是（ ）
A. 图线2为小球上升过程中的图像
B. 等于重力加速度的2倍
C. 小球落回抛出点速度大小为
D. 小球从抛出到返回抛出点的时间为
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 霍尔效应是美国物理学家霍尔（E·H·Hall）于1879年发现的。其原理如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体金属元件，单位体积内自由电子数为n，导体的电阻率为ρ，电子的电量大小为e，在导体的左右两端加上恒定电压U和方向垂直于上表面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，在导体前后表面之间产生稳定的电势差，称为霍尔电压；霍尔电压与通过电流之比称为霍尔电阻。下列说法正确的是（ ）
A. 导体前表面的电势低于后表面的电势
B. 导体中电流的大小为
C. 霍尔电压的大小为
D. 电流方向垂直前后表面时的霍尔电阻与垂直左右表面时的相同
10. 如图甲所示，S为与波源处于同一均匀介质中的点，其与两波源、的距离分别是、，、间距离为，波源的振动图像如图乙所示；波源振动频率，其产生的简谐横波在时刻的图像如图丙所示，已知、均在时刻开始振动，则（ ）
A. 波源的起振方向沿y轴负方向
B. 质点S为振动加强点
C. 时质点S向y轴负方向运动
D. 在时，所在的平面内有2处波峰与波峰相遇
11. 如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场，一质量为且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为、电荷量的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左，大小为的恒力F，重力加速度，则（ ）
A. 前合外力对木板做的功为 B. 时木板对地面的压力大小为
C. 静摩擦力对滑块做的功为 D. 滑动摩擦力对滑块的冲量大小为
12. 如图甲所示，在水平面上有一竖直向下的足够宽的矩形匀强磁场区域，磁感应强度，区域长度，在紧靠磁场的左边界处的水平面上放置一正方形线框，匝数，边长，线框电阻，质量。现在线框上作用一水平恒力F，使线框从静止开始向右进入磁场中，已知恒力F的大小为10N，线框与水平面间的动摩擦因数，整个线框完全进入磁场前已经匀速运动。当线框刚全部进入磁场开始计时，磁场即以如图乙所示规律变化。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈完全进入磁场瞬间的速度为2m/s
B. 线圈从开始运动到线圈右边到达磁场右边界的过程中，流过线圈的电量为2C
C. 线圈在完全进入磁场到线圈右边到达磁场右边界的过程中，因为线圈左右两边切割速度相同，所以线圈中没有感应电流
D. 线框从开始进入磁场到线框右边刚到达磁场右边界过程中线框产生的焦耳热为8J
第Ⅱ卷
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下：
①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处切线与水平桌面相平；
②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球a向左压缩弹簧并使其由静止释放，a球碰到木板，在白纸上留下压痕P；
③将木板向右水平平移适当距离，再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放，撞到木板上，在白纸上留下压痕P2；
④将半径相同的小球b放在桌面的右边缘，仍让小球a从步骤③中的释放点由静止释放，与b球相碰后，两球均撞在木板上，在白纸上留下压痕P1、P3。
(1)下列说法正确的是__________。
A.小球a的质量一定要大于小球b的质量
B.弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑
C.步骤②③中入射小球a的释放点位置一定相同
D.把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平
(2)本实验必须测量的物理量有_________。
A.小球的半径r
B.小球a、b的质量m1、m2
C.弹簧的压缩量x1，木板距离桌子边缘的距离x2
D.小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3
(3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒，当满足关系式______时，则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。
14. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
（1）下列说法正确的是______。
A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同
B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法
C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12V
D绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好
（2）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间（接入匝数为800匝），用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱（接入匝数为400匝）之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为______。
A.1.5V B. 3.5V C. 5.5V D. 7.0V
（3）实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为______。
A.原、副线圈上通过的电流发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.原线圈输入电压发生变化 D.变压器铁芯漏磁
（4）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R0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R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2，在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当______时，R获得的功率最大。
15. 如图所示，两根等高的四分之一光滑圆弧轨道，半径为r、间距为L，图中Oa水平，cO竖直，在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻不计的金属棒从轨道的顶端ab处由静止开始下滑，到达轨道底端cd时通过电阻R的电流大小为，整个过程金属棒与导轨接触良好，轨道电阻不计，重力加速度为g。求：
（1）金属棒到达轨道底端cd时的速度大小；
（2）若金属棒在外力作用下，以速率v0沿圆弧轨道做匀速圆周运动，求金属棒从cd到达ab的过程中回路产生的焦耳热。
16. 如图甲所示，质量为m物体B放在水平面上，通过轻弹簧与质量为2m的物体A连接，现在竖直方向给物体A一初速度，当物体A运动到最高点时，物体B与水平面间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，物体A的位移随时间的变化规律如图乙所示，已知重力加速度为g，求：
（1）物体A的振动方程；
（2）物体B对地面的最大压力大小。
17. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限存在竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E，第三、四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小，第二象限存在垂直坐标平面向外的圆形有界匀强磁场（图中未画出）。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从y轴上A点以初速度沿x轴正方向射入匀强电场，然后从x轴上的M点射入第四象限，经磁场偏转后从x轴上的N点射入第二象限，经第二象限圆形有界磁场偏转后垂直打到y轴上的A点，不计粒子重力，求：
（1）匀强电场的电场强度大小E；
（2）N点的坐标；
（3）若圆形有界磁场的磁感应强度，求此圆形磁场区域的最小面积。
18. 如图所示，水平地面上固定放置一质量的斜面体C，斜面体C的上表面与水平地面的夹角为，斜面体上静置两个小物块A、B，小物块A、B的质量分别为，小物块A位于斜面顶端，小物块B与小物块A相距，小物块A与斜面体间无摩擦，小物块B与斜面体间动摩擦因数为，初始由静止释放小物块A，此后小物块A、B间发生多次弹性正碰，碰撞时间均极短。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，斜面足够长，，重力加速度g取。求：
（1）第一次碰后瞬间小物块A、B的速度大小；
（2）第一次碰后瞬间到第二次碰前瞬间小物块A、B间的最大距离；
（3）第一次碰后瞬间到第八次碰前瞬间小物块B与斜面体C间摩擦产生的热量Q；
（4）第一次碰后瞬间到第八次碰前瞬间地面对斜面体C冲量大小。
