2023-2024学年北京十二中高二（下）期末物理试卷
一、选择题：本大题共15小题，共60分。
1.下列物理量属于矢量，且其单位用国际单位制基本单位表示正确的是( )
A. 力： B. 磁通量：
C. 功： D. 电场强度：
2.下列说法正确的是( )
A. 在恒力作用下，物体可能做速率先减小后增大的曲线运动
B. 做曲线运动的物体其加速度的大小不一定改变，但方向一定时刻改变
C. 在足球运动中，若要研究形成香蕉球的原因时，可以将足球看成质点
D. 羽毛球被扣杀后，飞入对方场地的过程中受重力、空气阻力和球拍的作用力
3.关于静电屏蔽，下列说法不正确的是( )
A. 图甲中建筑物顶端的避雷针必须通过导线与大地保持良好接触
B. 图乙中，为了实现屏蔽作用，金属网必须与大地保持良好接触
C. 图丙中三条高压输电线上方的两条导线与大地相连，可把高压线屏蔽起来，免遭雷击
D. 图丁中带电作业工人穿着含金属丝织物制成的工作服，是为了屏蔽高压线周围的电场
4.根据近代物理知识，下列说法中正确的是( )
A. 铀核裂变的核反应方程为
B. 在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C. 一定质量的理想气体，在压强不变时，单位时间内分子与单位面积器壁碰撞次数随温度降低而减少
D. 生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
5.宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗质量均为的星体位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为，忽略其他星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心做匀速圆周运动，引力常量为，下列说法正确的是( )
A. 每颗星做圆周运动的角速度为
B. 每颗星做圆周运动的加速度大小与三星的质量无关
C. 若距离和每颗星的质量都变为原来的倍，则周期变为原来的倍
D. 若距离和每颗星的质量都变为原来的倍，则线速度变为原来的倍
6.利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，一块长为，宽为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电微粒是电荷量为的自由电子，通入图示方向的电流时，电子的定向移动速度为，当磁感应强度垂直于霍尔元件的工作面向下时，前后两表面会形成电势差，下列说法中正确的是( )
A. 前表面的电势比后表面的低 B. 前、后表面间的电压与无关
C. 前、后表面间的电压与成正比 D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
7.一列沿轴正向传播的简谐波，时刻的波形如图所示，时质点第一次位于波峰位置，下列说法正确的是( )
A. 波上各质点的起振方向向上
B. 波的传播速度大小为
C. 内、两质点运动路程均为
D. 质点的振动方程为
8.年月，我国独立自主研制的全球单机容量最大的兆瓦海上风电机组在福建下线。如图每台风力发电机的叶片转动时可形成圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率。风速在范围内，可视为不变。设风通过叶片后速度减为零。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则( )
A. 该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B. 每秒钟流过面积的气流动能
C. 每台发电机叶片转动时形成的圆面面积约为
D. 当风速为时每台发电机的输出电功率约为
9.某科研设备中的电子偏转装置由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空，结构原理图如图所示。如果在偏转电极和之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑。如果电子枪中正负接线柱之间电压为，板间加恒定电压，电极的长度为、间距为，板间不加电压。已知电子质量为，电荷量大小为，电子从灯丝逸出的初速度不计。则电子( )
A. 在极板间的加速度大小为
B. 打在荧光屏时，动能大小为
C. 打在荧光屏时，其速度方向与中轴线连线夹角的正切
D. 若，电子将打在荧光屏的下半区域
10.如图所示，倾角为的斜面上用铰链连接一轻杆，轻杆顶端固定一质量为的小球体积可不计，轻绳跨过斜面顶端的光滑小定滑轮，一端固定在球上，一端用手拉着，保持小球静让，初始时轻绳在滑轮左侧的部分水平，杆与斜面垂直，缓慢放绳至轻杆水平的过程中，斜面始终静止，滑轮右侧的绳与竖直方向夹角始终不变，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 初始时轻绳上的拉力大小为 B. 地面对斜面的摩擦力始终向左且增大
C. 铰链对轻杆的支持力一直减小 D. 轻绳上的拉力一直减小
11.一起重装置把静置于地面上的重物竖直向上提升的过程中，功率随时间变化的图像如图所示。在时，重物上升的速度达到最大速度的一半，在时，达到最大速度。在时，重物再次匀速上升，取，不计一切阻力。下列说法正确的是( )
A. 重物的质量为
B. 在时，重物加速度大小
C. 时间内，重物上升的高度
D. 在时间内，重物做加速度逐渐增大的减速运动
12.如图甲所示，驱动线圈通过开关与电源连接，发射线圈放在绝缘且内壁光滑的发射导管内。闭合开关后，在内驱动线圈的电流随时间的变化如图乙所示。在这段时间内，下列说法正确的是( )
A. 发射线圈中感应电流产生的磁场水平向左 B. 时驱动线圈产生的自感电动势最大
C. 时发射线圈具有的加速度最大 D. 时发射线圈中的感应电流最大
13.某透明均匀介质的截面如图所示，直角三角形的直角边与半圆形直径重合，，半圆形的半径为。一束橙光从点射入介质，其延长线过半圆形的圆心点，且、两点距离为，此时的折射角光在真空中的传播速度用表示。则下列说法正确的是( )
A. 该光在介质中的传播时间
B. 该光在介质中的折射率是
C. 若用一束蓝光照射，则不能从圆弧面射出
D. 与射入介质前相比，光线射出介质后的偏转角是
14.下列叙述中正确的是( )
A. 普朗克通过对黑体辐射的研究，提出能量子的概念
B. 德布罗意运用类比、对称的思想，提出了物质波的概念
C. 奥斯特第一个发现了电流的磁效应，并提出了分子电流假说
D. 新冠肺炎诊断中，要用光扫描肺部，是因为在电磁波中光的穿透能力强
15.氢原子能级如图甲所示。一群处于能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出多种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路的阴极，只能得到条电流随电压变化的图线，如图丙所示。下列说法正确的是( )
A. 光与光能发生干涉
B. 光最容易发生衍射现象
C. 丙图中点的数值为
D. 若丙图中光的饱和光电流为，则内最少有个氢原子发生跃迁
16.利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，已知当地的重力加速度。
关于本实验，下列说法中正确的是______。
A.必须用秒表测出重物下落的时间
B.打点计时器应连接直流电源
C.一定要测量重物的质量
D.应选择质量较大、体积较小的重物
已知打点计时器所用电源的频率为，当地的重力加速度，重物的质量为。某同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中点为起始点，、、、、、为连续的六个点，根据纸带上的测量数据，可得出打点时重物的速度为______，从点下落到的过程重物重力势能的减少量为______。结果均取位有效数字
实验中发现重物增加的动能总是稍小于重物减小的重力势能，可能的原因是______。
17.某同学为测定电池的电动势和内阻，设计了图甲所示的电路。其中定值电阻阻值为、电流表内阻可忽略不计。由于一时没有找到适合的滑动变阻器，于是选择用一根均匀电阻丝代替电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹，金属夹的电阻可忽略。
根据图甲完成图乙中实物连线。
用欧姆表测量电阻丝的总电阻，先将选择开关旋至“”挡，红、黑表笔短接调零后进行测量，结果发现欧姆表指针偏角太大，则应将选择开关旋至______选填“”或“”挡并重新进行______。最终正确测量出电阻丝的总电阻为。
用游标卡尺测量电阻丝的总长度，示数如图丙所示，则 ______。
实验前，将移到金属丝______位置选填“”或“”，合上开关，调节金属夹的位置，依次测量出接入电路中的电阻丝长度和电流表示数，该小组同学根据实验数据描绘函数图像如图丁所示，图线斜率为，与纵轴截距为，该电池电动势和内阻可表示为 ______， ______。用、、、、表示
18.某同学利用如图装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。
实验装置如图，下列操作规范的是______多选。
A.悬吊钩码时，应在钩码静止后再读数
B.实验前，应该先把弹簧水平放置测量其原长
C.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
D.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
他通过实验得到如图所示的弹力大小与弹簧长度的关系图线。由此图线可得该弹簧的原长为______；劲度系数 ______。
19.如图所示，为某校开展的科技节一参赛小组制作的“水火箭”，其主体是一个容积为的饮料瓶，现装入体积的水，再倒放安装在发射架上，用打气筒通过软管向箭体内充气，打气筒每次能将、压强为的外界空气压入瓶内，当瓶内气体压强达到时，火箭可发射升空。已知大气压强为，整个装置气密性良好，忽略饮料瓶体积的变化和饮料瓶内、外空气温度的变化，求：
为了使“水火箭”能够发射，该小组成员需要打气的次数；
“水火箭”发射过程中，当水刚好全部被喷出前瞬间，瓶内气体压强的大小；
若设在喷水过程中瓶内气压平均为，在这过程瓶内气体是吸热还是放热，吸收或释放了多少热量？
20.某一学校在科技节一团队设计如图的一弹射玩具，由一处于自然状态轻质弹簧一端固定在倾角为的固定直轨道的底端处，另一端位于直轨道上处，直轨道与一半径为的一段光滑圆弧轨道相切于点，，、、、均在同一竖直面内。游戏时，视为质点的质量为的小物块自点由静止开始下滑，最低到达点未画出，随后小物块沿轨道被弹回，最高到达，。已知与直轨道间的动摩擦因数取，；
求运动到点时弹簧的弹性势能；
若把物块的质量改为，再将推至点，从静止开始释放，求经点时对轨道的压力大小；
现改变弹簧固定位置，调整合适的弹射方向。试分析能否将物块从点弹离装置后从点水平向右进入轨道做圆周运动。
21.如图所示，水平金属圆环由沿半径方向的金属杆连接，外环和内环的半径分别是，。两环通过电刷分别与间距的平行光滑水平金属轨道和相连，右侧是水平绝缘导轨，并由一小段圆弧平滑连接倾角的等距金属导轨，下方连接阻值的电阻。水平导轨接有理想电容器，电容。导体棒、，垂直静止放置于两侧，质量分别为，，电阻均为。放置位置与距离足够长，所有导轨均光滑，除已知电阻外，其余电阻均不计。整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度，忽略磁场对电容器的影响。圆环处的金属杆做顺时针匀速转动，角速度。求：
掷向，稳定后电容器所带电荷量的大小；
在题的基础上，再将掷向，导体棒到达的速度大小；
与棒发生弹性碰撞后，棒由水平导轨进入斜面忽略能量损失，沿斜面下滑距离后，速度达到最大，求电阻上产生的焦耳热此过程棒不进入斜面。
22.现代科学研究中经常利用电场、磁场来控制带电粒子的运动。在空间坐标系中存在如图所示的电磁场，在平面内，圆心的位置坐标为，半径为，圆内存在垂直纸面向外的匀强磁场；在其左侧有一离子源飘出质量为、电荷量为、初速度为的一束正离子，这束离子经电势差的电场加速后，从小孔点与等高沿着轴正方向射入匀强磁场区域，离子恰好从点离开进入匀强磁场。竖直放置的长方形离子收集板与面相距，边足够长与轴方向平行且与轴交于点，宽为，匀强磁场只局限于收集板正前方的空间区域，磁场方向与所在平面平行且与轴正方向的夹角大小为，调节匀强磁场的磁感应强度大小，使带正电离子偏转后能打到收集板上被吸收。不考虑离子重力和离子间的相互作用已知：，，
求匀强磁场大小；
若角度，求磁感应强度大小的范围；
若角度，磁感应强度，求离子打在收集板上位置的坐标；
若角度的大小在到之间，试定量讨论磁感应强度的范围。
参考答案
1.
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14.
15.
16. 存在摩擦阻力的影响
17. 欧姆调零
18.
19.解：每次打气的体积，设至少需要打次气，打气前箭体内空气体积为，打气后的压强
根据玻意耳定律可得
解得次
小组成员对“水火箭”加压到发射，在水刚好全部被喷出时气体的体积为
设当水刚好全部被喷出前瞬间，瓶内气体压强的大小
根据玻意耳定律可得
解得
气体对外做功
由于整个过程饮料瓶内、外空气温度不发生变化，因此气体的内能不变，即；
根据热力学第一定律有
热量
由于
因此，瓶内气体从外界吸热，吸收的热量为。
答：该小组成员需要打气的次数为次；
当水刚好全部被喷出前瞬间，瓶内气体压强的大小为；
在这过程瓶内气体吸收了热量，吸收的热量为。
20.解：设到的距离为，运动到点时弹簧的弹性势能为。
从到的过程，由动能定理有
又
从到的过程，由动能定理有
又
联立解得：，
从到的过程，由动能定理有
解得：
在点，对物块，由牛顿第二定律有
解得：
由牛顿第三定律，经点时对轨道的压力大小为。
到点斜抛看成到的平抛运动逆过程，由平抛运动规律
解得：
则
所以不存在让物块从点被斜向上弹出后从点水平向右进入圆形轨道后做圆周运动。
答：运动到点时弹簧的弹性势能为；
经点时对轨道的压力大小为；
不能将物块从点弹离装置后从点水平向右进入轨道做圆周运动。
21.解：金属杆顺时针切割磁感线的有效长度为，切割的速度为，根据动生电动势可知，产生的电动势为：
电容器充电稳定时：
代入数据解得：
右侧是水平绝缘导轨，将掷向后，棒与电容器组成电路，当电容器两端电压与棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，棒做匀速运动，设此时棒速度为，电容器带电为，则
根据动量定理可得：
联立解得：
棒与发生弹性碰撞，则以向右为正方向
根据动量守恒定律有：
根据机械能守恒定律有：
解得：
当棒做匀速运动时速度达到最大，设最大速度为，对棒受力分析，根据受力平衡可得：
而根据欧姆定律可得此时电流：
根据能量守恒得：
联立解得：
根据功能原理和焦耳定律，电阻上产生的焦耳热为：
答：稳定后电容器所带电荷量的大小为；
导体棒到达的速度大小为；
电阻上产生的焦耳热为。
22.解：设经过电场加速后速度为，进入匀强磁场中，根据磁会聚，从点沿轴负方向射出，根据动能定理有：
由牛顿第二定律有：
根据几何关系：
联立解得：
当角度为时，磁感应强度方向沿轴正方向，设离子恰好打到边的半径为，恰好打到边的半径为，据几何知识得：，
解得：
又根据半径公式有：
可得：，
所以磁感应强度大小范围为：
粒子在与轴成的平面做圆周运动，设半径为，则根据半径公式有：
由于：
由几何关系可知，离子刚好在磁场中运动圆周后打在收集板上，则有：，，
离子打在收集板上的位置坐标为。
当角度为时，设离子恰好打到边圆周半径为，则有：
可得：
恰好达到边圆周半径为，则有：
而
可得：
由数学知识得时，有最小值：
当时，有：
当，即为打到边圆周半径的最大值，所以粒子打不到收集板上，无论取什么值，所以
时，
时，
时，无论取何值，粒子均无法打到收集板上。
答：匀强磁场大小为；
若角度，求磁感应强度大小的范围为；
若角度，磁感应强度，离子打在收集板上位置的坐标为；
定量讨论磁感应强度的范围：时，
时，
时，无论取何值，粒子均无法打到收集板上。
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