鹤壁市高中2023—2024学年高二下学期第四次质量检测
物 理
考生注意：
1.答题前，考生务必用黑色签字笔将自己的姓名、准考证号、座位号在答题卡上填写清楚；
2.每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，在试卷上作答无效；
3.考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题：本题共10小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1至7小题只有一项符合题目要求，每小题4分。第8至10小题有多项符合题目的要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。
1.四个相同的匀质小球放在光滑水平桌面上，用一根绳子把四个球约束起来，绳子恰无拉力，四个小球的质量均为m，半径都为R，如图所示，再将一个相同小球放在原四球中间正上方，因受绳子约束，下面四个小球并未分离，处于静止状态。设系统处处无摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.上面小球所受力的合力为
B.下面每个小球对地面的压力为
C.上面小球对下面每个小球的压力为
D.绳子张力为
2.如图是某船采用甲、乙、丙三种过河方式的示意图（河宽相同），船在静水中的速度不变，河中各处的水流速度不变，图中小船尖端指向为船头方向。下列判断正确的是（ ）
A.由甲图可判断出
B.乙图过河方式过河时间最长
C.甲、乙、丙三种过河方式中，丙图过河方式过河速度最大
D.甲、丙两图过河方式过河时间不可能相同
3.如图所示，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，电容器两极板水平放置。在两极板间，不计重力的带正电粒子Q在t=0时由静止释放，若两板间距足够宽，则下列运动可能的是（ ）
A.若t=0时，线圈平面与磁场垂直，则线圈感应电动势最大且粒子一定能到达极板
B.若t=0时，线圈平面与磁场垂直，则线圈感应电动势最小且粒子在两极间往复运动
C.若t=0时，线圈平面与磁场平行，则线圈感应电动势最大且粒子在两极间往复运动
D.若t=0时，线圈平面与磁场平行，则线圈感应电动势最小且粒子一定能到达极板
4.篮球运动在学校普遍受到学生的喜爱，为了检验一篮球的弹性性能，某同学让它从高处自由下落，能够自由弹跳到高度处。篮球和地面接触的时间，不考虑篮球在运动中的转动和所受的空气阻力，篮球的质量为，当地重力加速度g取。若取向上为正方向，则（ ）
A.篮球在下落过程中，合力的冲量为
B.篮球与地面碰撞后瞬间的速度大小为
C.篮球在与地面碰撞过程中，动量改变量为
D.篮球受到地面的平均冲击力大小为
5.如图所示，圆形区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。质量为m、电荷量为q的带电粒子由A点沿平行于直径的方向射入磁场，经过圆心O，最后离开磁场。已知圆形区域半径为R，A点到的距离为，不计粒子重力。则（ ）
A.粒子带正电 B.粒子运动速率为
C.粒子在磁场中运动的时间为 D.粒子在磁场中运动的路程为
6.如图甲是判断检测电流大小是否发生变化的装置，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流成正比，图乙为金属材料制成的霍尔元件，其长、宽、高分别为、、，现给其通以恒定工作电流，可通过右侧电压表的示数来判断的大小是否发生变化，则（ ）
A.端的电势低于端 B.减小工作电流可以提高检测灵敏度
C.减小可以提高检测灵敏度 D.减小可以提高检测灵敏度
7.关于下列实验或现象的说法，正确的是（ ）
A.图甲说明薄板一定是非晶体
B.图乙说明气体分子速率分布随温度变化，且T1＞T2
C.图丙的实验情景可以说明气体压强的大小既与分子动能有关，也与分子的密集程度有关
D.图丁中的现象说明水黾受到了浮力作用，且浮力与重力平衡
8.如图甲所示一足够长的绝缘竖直杆固定在地面上，带电荷量为0.01 C、质量为0.1 kg的圆环套在杆上，整个装置处于水平方向的电场中，电场强度E随时间t变化的图像如图乙所示，环与杆间的动摩擦因数为0.5，t=0时环静止释放，环所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，g=10 m/s2。则下列说法正确的是（ ）
A.环先做加速运动再做匀速运动 B.0~2 s内环的位移小于2.5 m
C.2 s时环的加速度为5 m/s2 D.环的最大动能为20 J
9.如图所示，两个完全相同的小球A、B在不同水平面内做圆锥摆运动，连接小球A、B的轻绳与竖直方向之间的夹角相等，连接B球的轻绳较长。下列说法正确的是（ ）
A.A球的角速度小于B球的角速度
B.A球的线速度小于B球的线速度
C.A球运动的周期大于B球运动的周期
D.A球对轻绳的拉力大小等于B球对轻绳的拉力大小
10.一列沿x轴正方向传播的简谐横波某时刻的波形如图所示，此时质点N刚刚开始振动，从该时刻开始计时，若在0.5s时，质点P第二次位于波谷，下列说法中正确的是（ ）
A.该波传播中遇到宽约2m的障碍物能发生明显衍射现象
B.离原点9m的质点R经过0.7s后第一次到达波峰
C.质点P在0.2s内沿波传播方向的位移为2m
D.在处接收器接到波的频率大于2.5Hz
二、非选择题：本题共6小题，共70分。
11.（7分）“伽利略”研究小组利用如图甲所示的实验装置，探究小车在长木板上的运动规律。
（1）图乙是小车做匀加速直线运动时打出的一条纸带，每两个点间有四个计时点，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，，，可求得小车的加速度大小为 （保留两位有效数字）。
（2）若用该实验装置“探究a与F、M之间的关系”，要用钩码（质量用m表示）所受的重力表示小车（质量用M表示）所受的细线的拉力，需满足 ，满足此条件做实验时，得到一系列加速度a与合外力F的对应数据，画出关系图像，如图丙所示，若不计滑轮摩擦及纸带阻力的影响，由图像可知，实验操作中不当之处为 ，小车的质量M＝ kg，如果实验时，在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，如图丁所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
12.（8分）某同学设计了一个用拉力传感器进行“测量重力加速度”并“验证机械能守恒定律”的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图①所示。
(1)用游标卡尺测出小钢球直径结果如图②所示。则其直径D= mm；
(2)让小钢球以较小的角度在竖直平面内摆动，从计算机中得到拉力大小随时间变化的关系图像如图③，则小球摆动的周期为T= s；
(3)该同学还测得该单摆的摆线长为L，则重力加速度的表达式为g= （用物理量T、L、D表示）；
(4)将摆球多次拉离竖直方向一定角度后由静止释放，测得拉力的最小值F1与最大值F2并得到F2－F1图线，如图④，如果小球在摆动的过程中机械能守恒，则该图线斜率的绝对值等于 。
13.（10分）如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长L＝0.4 m，两板间距离d＝4×10－3 m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v0从两板中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下极板的正中央，已知微粒质量为m＝4×10－5 kg，电荷量q＝＋1×10－8 C，g＝10 m/s2.求：
（1）微粒入射速度v0为多少？
（2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压U应取什么范围？
14.（12分）如图所示，一列简谐横波沿x轴负向传播，图中实线a是t=0时刻的波形图，虚线b为t=3s时刻的波形图，实线c为t=5s时刻的波形图。
（1）求t=0时刻，位于x=3m处的质点偏离平衡位置的位移y；
（2）若该波传播速度小于20m/s，求该波波速。
15.（15分）交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动.一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.1m2,线圈转动的频率为100Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度，为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220V 11kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图所示.求:
(1)发电机的输出电压；
(2)变压器原、副线圈的匝数之比；
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
16.（18分）山地车的气压避震装置主要由活塞、汽缸组成。某研究小组将其汽缸和活塞取出进行研究。如图所示，在倾角为的光滑斜面上放置一个带有活塞A的导热汽缸B，活塞用劲度系数为的轻弹簧拉住，弹簧的另一端固定在斜面上端的一块挡板上，轻弹簧平行于斜面，初始状态活塞到汽缸底部的距离为，汽缸底部到斜面底端的挡板距离为，汽缸内气体的初始温度为。已知汽缸质量为，活塞的质量为，汽缸容积的横截面积为，活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，重力加速度为，大气压为。
（1）求初始状态下汽缸内气体压强p1；
（2）对汽缸进行加热，汽缸内气体的温度从T1上升到T2，此时汽缸底部恰好接触到斜面底端的挡板，求T2；
（3）若在第（2）问的基础上继续对汽缸进行加热，当温度达到T3时使得弹簧恰好恢复原长，求T3。
参考答案
一、选择题：本题共10小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1至7小题只有一项符合题目要求，每小题4分。第8至10小题有多项符合题目的要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。
1.【答案】D
【解析】A.上面小球处于静止状态，所以合力为0，A项错误；
B.对整体分析有，由于四个小球接触地面，所以下面每个小球对地面压力为，B项错误；
CD.相邻小球球心间距离为2R，上面小球与下面小球连线与竖直夹角为，由几何关系，，上面小球平衡有，即，下面各球N的水平分力，绳子张力，C错误，D正确。选D。
2.【答案】C
【解析】A.根据图甲可知，船的合速度方向垂直于河岸，船在静水中的速度方向指向上游，根据运动的合成有，则有，A错误；
B.根据图乙可知，船在静水中的速度方向垂直于河岸，此时过河时间最短，则有，B错误；
C.根据上述，在图甲中有，在图乙中，根据运动的合成有，解得，在图丙中，令船头指向与下游河岸夹角为，该夹角为锐角，根据运动的合成有，解得，可知，即甲、乙、丙三种过河方式中，丙图过河方式过河速度最大，C正确；
D.甲、丙两图过河方式，当船头指向与垂直于河岸方向夹角均为时，这两种过河发生时间相等，令河宽为d，根据分运动的等时性与独立性有，即甲、丙两图过河方式过河时间可能相同，D错误。选C。
3.【答案】C
【解析】AB.若t=0时，线圈平面与磁场垂直，则线圈感应电动势最小，线圈中产生正弦形电流；在前半个周期内粒子向一极板先做加速直线运动，后做减速直线运动；后半个周期内，沿原方向继续先做加速直线运动，后做减速直线运动，周而复始，粒子做单向直线运动，粒子一定能到达极板，AB错误；
CD.若t=0时，线圈平面与磁场平行，则线圈感应电动势最大，线圈中产生余弦形电流，前半个周期内，向一极板先做加速直线运动，后做减速直线运动，半个周期时刻速度减为零；后半个周期内，沿反方向返回，先做加速直线运动，后做减速直线运动，一个周期时刻速度为零，周而复始，粒子做往复运动，C正确，D错误。选C。
4.【答案】D
【解析】A.篮球在下落过程中，根据，解得下落时间为，篮球在下落过程中，合力的冲量为，A错误；
B.设篮球与地面碰撞后瞬间的速度大小为，根据，可得，B错误；
C.篮球与地面碰撞前瞬间的速度大小为，则篮球在与地面碰撞过程中，动量改变量为，C错误；
D.篮球在与地面碰撞过程中，根据动量定理可得，解得篮球受到地面的平均冲击力大小为，D正确。选D。
5.【答案】D
【解析】A.由于粒子经过圆心O，最后离开磁场，可知粒子在A点所受洛伦兹力方向向下，根据左手定则可知，四指指向与速度方向相反，所以粒子带负电，A错误；
B.根据题意，作出粒子的运动轨迹，如图所示。由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为，令粒子做圆周运动的轨迹半径为r，根据几何关系有r=R，粒子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则，解得粒子运动速率为，B错误；
C.由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为，根据上述分析，粒子做圆周运动的轨迹半径也为R，则△AOO'与△EOO'均为等边三角形，所以轨迹所对应的圆心角∠AO′E=120°；粒子在磁场中运动的时间为，C错误；
D.粒子在磁场中运动的路程为，D正确。选D。
6.【答案】C
【解析】A.根据右手螺旋定则可知检测电流产生的磁场方向向下，磁感线在铁芯中沿逆时针方向，可知霍尔元件所在磁场方向向上，元件中载流子为电子，根据左手定则可知电子受到的洛伦兹力垂直纸面向外在元件N端积累，所以N端电势低，M端电势高，A错误；
BCD.元件中电子最终受到的电场力和洛伦兹力相平衡，所以有，设元件单位体积内电子数量为，电子移动速度为，根据电流的微观表达式可得，联立整理得，提高检测灵敏度即提高的大小，所以可知可增大工作电流或者减小；减小对检测灵敏度没有影响，BD错误，C正确。选C。
7.【答案】C
【解析】A.图甲是薄板上的蜂蜡熔化成圆形，说明薄板是晶体也可能是非晶体，A错误；
B.图乙说明气体分子速率分布随温度变化而不同，温度下分子速率高的分子数占总分子数之比比温度小，则，B错误；
C.图丙是大量颗粒物体以一定速度撞击称盘，对称盘产生了一个持续的、均匀的压力，这个压力大小与撞击称盘时的颗粒速度、撞击称盘的颗粒数量有关，可以说明气体压强的大小即与分子的动能有关，也与分子的密集程度有关， C正确；
D.图丁是水黾停留在水面上，说明液体存在表面张力，D错误。选C。
8.【答案】BCD
【解析】A：由图可得，开始时的最大静摩擦力为，则环先做加速运动再做减速运动最后静止不动，A错误；
C：2 s末的加速度为，解得，C正确；
B：1 s末的最大静摩擦力为，0~2 s内环运动时间为1 s，设环以2 s末的加速度做匀加速直线运动有，由于0~2 s内环做加速度逐渐增大的加速运动，所以0~2 s内环的位移小于2.5 m，B正确；
D：环速度最大时，有重力等于滑动摩擦力，则5 s末速度最大，由牛顿第二定律可得，整理得，，，，a-t图像如图所示，
由a-t图像的面积表示速度的变化量则有环的最大速度，环的最大动能为，D正确。选BCD。
9.【答案】BD
【解析】ABC：设小球运动的圆心到顶点的高度为h，绳子与竖直方向的夹角为，根据受力分析可知，合力提供向心力，因此可得，整理后可得，，，因此可知A球的角速度大于B球的角速度，A球的线速度小于B球的线速度，A球运动的周期小于B球运动的周期，AC错误，B正确；
D：根据受分析可知，竖直方向受力平衡，拉力大小为，所以两者拉力相等，D正确。选BD。
10.【答案】AB
【解析】A.当障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能发生明显的衍射现象;由图可知，波长为，则该波传播中遇到宽约2m的障碍物能发生明显衍射现象，A正确；
B.波沿x轴正方向传播，根据波形平移法可知，时刻，质点P从平衡位置沿轴负方向振动，在0.5s时，质点P第二次位于波谷，则有，解得周期为，则波速为，则图中处的波峰传动离原点9m的质点R所用时间为，即离原点9m的质点R经过0.7s后第一次到达波峰，B正确；
C.质点P只会在y方向振动，不会沿波传播方向迁移，C错误；
D.波的频率为，由于波传播过程中频率不变，且在x=15m处接收器与波源没有相对运动，所以接收到波的频率等于2.5Hz，D错误。选AB。
二、非选择题：本题共6小题，共70分。
11.（7分）【答案】0.50；；没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；1；变大
【解析】（1）[1]因为打点的周期为0.02s，且每打五个点取一个计数点，所以每两个计数点间的时间间隔为，由匀变速直线运动的推论得，代入数据解得
（2）[2]要使细线的拉力等于钩码所受的重力，应该满足的条件是
[3][4]由关系图像可知实验操作不当之处为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车的质量
[5]实验中把钩码所受的重力作为拉力F，实际上，由于钩码向下加速运动，拉力小于钩码所受重力。若在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，根据牛顿第二定律得，，可知图线的斜率表示质量的倒数，挂钩码不用微型力传感器时，图线的斜率表示系统质量的倒数，用微型力传感器时，图线的斜率表示小车质量的倒数，图线的斜率变大。对比可知小车的加速度a和拉力F的关系图线的斜率变大。
12.（8分）【答案】(1)9.3，(2)2.0，(3)/，(4)2
【解析】（1）由图示游标卡尺可知，其示数为D=9mm+3×0.1mm=9.3mm
（2）相邻两次拉力最大的时间间隔为半个周期，由图可知单摆的周期约为
（3）根据单摆的周期公式可得，解得
（4）由题意，当摆线与竖直方向的夹角为零时，小球在最低处静止不动时力传感器示数为F0，最小值与最大值相同，所以图像过（F0，F0）；当摆线与竖直方向的夹角为90°时，，从开始到最低点若机械能守恒，则有，解得，结合图像过（F0，F0），F2－F1图线的斜率为
13.（10分）【答案】（1）10 m/s （2）120 V ≤U≤200 V
【解析】（1）粒子刚进入平行板时，两极板不带电，粒子做的是平抛运动，则有：水平方向有： ，竖直方向有： ，解得：v0=10m/s
（2）由于带电粒子的水平位移增加，在板间的运动时间变大，而竖直方向位移不变，所以在竖直方向的加速度减小，所以电场力方向向上，又因为是正电荷，所以上极板与电源的负极相连，当所加电压为U1时，微粒恰好从下板的右边缘射出，则有： ，根据牛顿第二定律得： ，解得：U1=120V，当所加电压为U2时，微粒恰好从上板的右边缘射出，则有： ，根据牛顿第二定律得： ，解得：U2=200V，所以所加电压的范围为：120V≤U≤200V
14.（12分）【答案】（1）；（2）或
【解析】（1）处的质点做简谐运动的位移随时间变化的关系式为cm，则时，解得
（2）由a、b波形图可知，由b、c波形图可知，又，联立解得或，由于波速小于20m/s，解得该波波速可能为或
15.（15分）【答案】（1）2200V；（2）10：1；（3）10A
【解析】（1）线圈转动产生的电动势最大值为Em = NBSω=1100V，由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为U1==1100V
由变压器原副线圈的关系，得
（3）根据P入=P出=2.2×104W，再根据P入=U1 I1，解得 I1=20A
16.（18分）【答案】（1）；（2）280K；（3）
【解析】（1）对汽缸和活塞整体分析有，对活塞受力分析有，代入数据解得
（2）汽缸内气体的温度从上升到，此时汽缸底部恰好接触到斜面底端的挡板的过程中封闭气体的压强不变，则有，解得
（3）当温度达到时使得弹簧恰好恢复原长，对活塞根据受力平衡有，由理想气态方程得有，又有，代入数据解得
