精品解析：北京市北京师范大学附属实验中学2023-2024学年高二下学期期中考试物理试卷

北师大实验中学2023-2024学年度第二学期期中试卷 高二年级物理 班级______ 姓名______ 学号______ 成绩______ 注意事项： 1．本试卷共12页，共三道大题，21道小题；答题纸共4页。满分100分。 2．在试卷和答题卡上准确填写行政班、教学班、姓名、学号。 3．试卷答案一律填写在答题卡上，在试卷上作答无效。 4．在答题卡上，选择题用2B铅笔将选中项涂黑涂满，其他试题用黑色字迹签字笔作答。 一、单项选择题（本题共14小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题意。每小题3分，共42分） 1. 下列说法正确的是（　　） A. 声波从空气传入水中时波长变长是因为波速不变但声波的频率变小了 B. 两列波发生干涉现象时振动加强的点总是处于波峰，振动减弱的点总是处于波谷 C. 火车靠近时汽笛声音逐渐变大是因为发生了多普勒效应 D. “闻其声而不见其人”说明此时声波比光波发生了更明显的衍射现象 【答案】D 【解析】 【详解】A．由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变；又因波在水中速度较大，由公式 v=λf 可知，波在水中的波长变长，故A错误； B．两列波发生干涉现象时，当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动始终加强，振幅等于两列波振幅之和；当波峰与波谷相遇时振动始终减弱，振幅等于两列波的振幅之差，加强点和减弱点都做周期性振动，故B错误； C．根据多普勒效应可知，火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率比声源发出的频率高，但火车汽笛的频率是保持不变的，故C错误； D．声波的波长远大于光波的波长，更容易发生明显的衍射，“闻其声而不见其人”就是因为声波比光波更容易发生衍射现象，故D正确。 故选D。 2. 阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ） A. 偏振现象 B. 衍射现象 C. 干涉现象 D. 全反射现象 【答案】C 【解析】 【详解】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的薄膜干涉现象。 故选C。 3. 位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t=0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=时的波形图为（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】时，波源的位移为 故选C。 4. 一列沿着x轴正方向传播的横波，在时刻的波形如图1所示，图1中某质点的振动图像如图2所示。下列说法正确的是（　　） A. 该波的波速为 B. 图2表示质点S的振动图像 C. 质点R在时的位移正向最大 D. 质点Q经过1s沿x轴正方向移动 【答案】C 【解析】 【详解】A．由图1可得波长为8m，由图2可得周期为4s，则波速为 故A错误； B．根据波沿x轴正方向传播，由图1可得在t=0时，质点S在平衡位置，向下振动，因此图2与质点S的振动不符，故B错误； C．由于 因此质点R经过6s后处于波峰位置，此时位移最大，故C正确； D．质点不随波的传播而传播，因此质点在y方向上振动，横坐标不变，故D错误。 故选C。 5. 如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。如果b光是绿光，则以下说法正确的是（　　） A. a光可能是蓝光 B. c光可能是红光 C. a光的频率小于b光的频率 D. c光的波长大于b光的波长 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】AB．因b光是绿光，则a光可能红、橙、黄光，不可能是蓝光，c光可能蓝、靛、紫光，不可能是红光，故AB错误； C．由光路图可知，a光的折射率小于b光，则a光的频率小于b光的频率，故C正确； D．由光路图可知，c光的折射率大于b光，c光的频率大于b光，c光的波长小于b光的波长，故D错误。 故选C。 6. 图1是研究光的干涉现象的装置示意图，在光屏P上观察到的图样如图2所示。为了增大条纹间的距离，下列做法正确的是（　　） A. 增大单色光的频率 B. 增大双缝屏上的双缝间距 C. 增大双缝屏到光屏的距离 D. 增大单缝屏到双缝屏的距离 【答案】C 【解析】 【详解】A．增大单色光频率，则波长减小，根据公式可知，条纹间的距离减小，A不符合要求； B．增大双缝屏上双缝间距d，根据公式可知，条纹间的距离减小，B不符合要求； C．增大双缝屏到光屏的距离L，根据公式可知，条纹间的距离增大，C符合要求； D．根据公式可知，条纹间的距离与单缝屏到双缝屏的距离无关，D不符合要求。 故选C。 7. 如图所示，电路中电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 电压表与电流表示数都减小 B. 电压表的示数减小，电流表的示数增大 C. 电阻R2消耗的电功率增大 D. 电源内阻消耗的功率减小 【答案】A 【解析】 【详解】AB．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，滑动变阻器R0接入电路的阻值减小，电路总电阻减小，总电流增大，电源内阻和两端的电压增大，电压表的示数减小，滑动变阻器R0两端的电压减小，通过电阻R2的电流减小，电流表的示数减小，故A正确，B错误； C．滑动变阻器R0两端的电压减小，则通过电阻R2的电流减小，电阻R2消耗的电功率减小，故C错误； D．电路总电阻减小，总电流增大，电源内阻消耗的功率增大，故D错误。 故选A。 8. 如图所示，两个固定的等量正点电荷，其连线中点为O，a、b、c、d四个点位于以O为圆心的同一个圆周上，bd⊥ac。下列说法正确的是（　　） A. a、c两点的场强大小和方向均相同 B. 若一电子从b点由静止释放，以后将在b、d之间沿直线往复运动 C. 从O点开始，沿Ob向上各处场强大小越来越小 D. 从O点开始，沿Ob向上各处电势越来越高 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据对称性可知，a、c两点的场强大小相同，方向相反，故A错误； B．若一电子从b点由静止释放，电子在Ob间受到向下的电场力，在Oc间受到向上的电场力，将在b、d之间沿直线往复运动，故B正确； C．O点处电场强度为零，无穷远处电场强度为零，则从O点开始，沿Ob向上各处场强大小先增大后减小，故C错误； D．根据等量同种正电荷连线中垂线上的电场分布可知，Ob方向，电场线沿Ob方向，则从O点开始，沿Ob向上各处电势越来越低，故D错误。 故选B。 9. 一理想变压器，原副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的正弦交流电，输出端接有一个交流电流表和一个电动机，电动机线圈电阻为R。当输入端接通电源后，电动机带动一重物匀速上升，电流表读数为I。下列说法正确的是（　　） A. 原线圈中的电流为 B. 变压器的输入功率为 C. 电动机输出的机械功率为 D. 电动机两端电压为 【答案】B 【解析】 【详解】A．原线圈中电流为 故A错误； B．变压器的输入功率为 故B正确； C．电动机输出的机械功率为 故C错误； D．电动机不是纯电阻，则两端电压不等于IR，故D错误。 故选B。 10. 如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】如图所示 导体棒匀速转动，设速度为v，设导体棒从到过程，棒转过的角度为，则导体棒垂直磁感线方向的分速度为 可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦变化，根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P点的对称点时，电流方向发生变化，根据 可知导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像为余弦图像。 故选C。 11. 气体在流动时会出现分层流动的现象即层流（laminar flow），不同流层的气体流速不同。相邻两流层间有粘滞力，产生粘滞力的原因可以用简单模型解释：如图，某气体流动时分成A、B两流层，两层的交界面为平面，A层流速为vA，B层流速为vB，，由于气体分子做无规则热运动，因此A层的分子会进入B层，B层的分子也会进入A层，稳定后，单位时间内从A层进入B层的分子数等于从B层进入A层的分子数，若气体分子的质量为m，单位时间、单位面积上由A层进入B层的分子数为n，则B层对A层气体单位面积粘滞阻力为（　　） A. 大小：方向：与气体流动方向相同 B. 大小：方向：与气体流动方向相反 C. 大小：方向：与气体流动方向相同 D. 大小：方向：与气体流动方向相反 【答案】B 【解析】 【详解】由题意可知时间内，单位面积上由B层进入A层的分子数为，则这部分分子的质量为 这部分分子的速度由变为，取气体流动方向为正方向，则根据动量定理有 可得，流层A对这部分分子的作用力为 ，方向与气体流动方向相同 则根据牛顿第三定律可知，B层对A层气体单位面积粘滞阻力大小为 ，方向与气体流动方向相反 故选B。 12. 2023年9月21日，神舟十六号航天员在“天宫课堂”中进行了“验证碰撞过程中动量守恒”的实验。实验在一个“网格背景板”前进行。实验时，航天员用一个质量大的金属球撞击一个静止的质量小的金属球。假设采用“频闪照相”的方法来研究类似的碰撞过程，且在碰撞的瞬间恰好完成一次闪光，如图所示。则下一次闪光时两小球所处的位置合理的是（　　） A B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】设闪光周期为，网格背景板一格宽度为，设质量大的金属球质量为，质量小的金属球质量为，根据题图可知碰撞前大质量金属球的速度为 由于是大质量碰撞小质量，碰撞后大质量小球应继续向前运动，且在图中水平方向和竖直方向均满足动量守恒，则竖直方向大质量小球的速度应小于小质量小球的速度，可知A、B中下一次闪光时两小球所处的位置均不合理； 对于C图，由图可知，大质量小球沿水平方向和竖直方向的速度大小分别为 ， 小质量小球沿水平方向和竖直方向的速度大小分别为 ， 水平方向根据动量守恒可得 可得 则竖直方向 可知竖直方向也满足动量守恒；碰撞前的总动能为 碰撞后的总动能为 可知不满足碰撞过程总动能不增加原则，故C中下一次闪光时两小球所处的位置不合理； 对于D图，由图可知，大质量小球沿水平方向和竖直方向的速度大小分别为 ， 小质量小球沿水平方向和竖直方向的速度大小分别为 ， 水平方向根据动量守恒可得 可得 则竖直方向 可知竖直方向也满足动量守恒；碰撞后的总动能为 可知满足碰撞过程总动能不增加原则，故D中下一次闪光时两小球所处的位置合理。 故选D。 13. 定义“另类加速度”，A不变的运动称为另类匀变速运动。若物体运动的A不变，则称物体做另类匀变速运动。如图所示，光滑水平面上一个正方形导线框以垂直于一边的速度穿过一个匀强磁场区域（磁场宽度大于线框边长）。导线框电阻不可忽略，但自感可以忽略不计。已知导线框进入磁场前速度为，穿出磁场后速度为。下列说法中正确的是（ ） A. 线框在进入磁场的过程中，做匀变速运动 B. 线框在进入磁场的过程中，其另类加速度A是变化的 C. 线框完全进入磁场后，在磁场中运动的速度为 D. 线框完全进入磁场后，在磁场中运动的速度为 【答案】C 【解析】 【详解】A．线框在进入磁场的过程中，受到向左的安培力而做减速运动，线框受到的安培力大小 可知，随着速度减小，线框受到的安培力减小，加速度减小，所以线框在进入磁场的过程中，做加速度逐渐减小的减速直线运动，故A错误； B．线框在进入磁场的过程中，取向右为正方向，根据动量定理得 其中 解得 所以另类加速度A不变，故B错误； CD．线框在进入磁场的过程中，取向右为正方向，根据动量定理 线框穿出磁场的过程中，同理 联立解得 故C正确，D错误。 故选C。 14. 激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测器处相遇，产生干涉条纹。如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度。某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测出光强经过了强弱强弱强的变化过程。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A. A束激光的频率大于B束激光的频率 B. 整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变大 C. 整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹 D. 整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长 【答案】D 【解析】 【详解】A．由于两束激光出现干涉现象，说明两个光束的频率相等，A错误； B．由于整个装置顺时针方向转动，因此整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变小，B错误； C．整个装置加速转动过程中，当C处出现强光时就是干涉明条纹，C错误； D．由于C处出现了强弱强弱强的变化，因此两束激光的路程差依次为，因此变化了2个波长，D正确。 故选D。 二、实验题（本题共2小题，共16分） 15. （1）在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学在完成实验后，采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻（阻值较小），为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开_____（填选项字母）。（说明：导线B为变压器和电流表连线） A. 导线A B. 导线B C. 开关C D. 导线D （2）在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，当左侧线圈“0”“16”间接入交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是______。 A. B. C. 【答案】（1）A （2）C 【解析】 【小问1详解】 实验结束时，应先把电表从电路中断开，否则在断开开关瞬间会产生大电压烧毁电表，故应先断开导线A。 故选A； 【小问2详解】 当左侧线圈“0”“16”间接入交变电压时，右侧线圈“0”“4”接入时，如果是理想变压器有 可得 实验中考虑到漏磁、绕组导线中产生的焦耳热等因素，所以右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能2.1V。 故选C。 16. 如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针、，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（　　） A. 大头针必须挡住及、的像 B. 入射角越大，折射率的测量越准确 C. 利用量角器量出、，可求出玻璃砖的折射率 D. 如果误将玻璃砖的边PQ画到，折射率的测量值将偏大 【答案】A 【解析】 【详解】A．确定大头针的位置的方法是大头针能挡住和、的像，故A正确； B．入射角适当大一些，能使折射率的测量准确，但不是越大越好，故B错误； C．利用量角器量出、，可求出玻璃砖的折射率 故C错误； D．如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，则折射角i2，将偏大，折射率的测量值将偏小，故D错误。 故选A。 17. 某实验小组用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。 （1）将实验仪器按要求安装在光具座上，在题图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是___________。 A．A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间 B．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间 C．A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内 D．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间 （2）已知双缝间距离，双缝到毛玻璃屏间的距离为，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准图丙所示的第1条明条纹中心，此时游标卡尺示数如题图丁所示，读数为___________，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹中心，如图丙所示，此时游标卡尺示数如图戊所示，则游标卡尺上的读数___________。由以上已知数据和测量数据，可测得该单色光的波长是___________。（计算结果保留两位有效数字） 【答案】 ①. D ②. 0.3 ③. 9.6 ④. 6.2×10-7 【解析】 【详解】（1）[1]从左向右实验装置是光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、双屏。 故选D。 （2）[2]由图丁可知，游标卡尺读数为 [3]由图戊可知，游标卡尺读数为 [4]相连条纹的间距为 根据 【点睛】根据实验原理分析判断实验装置顺序，根据条纹间距公式推导波长并计算。 18. 单摆测定重力加速度的实验中： （1）实验时用刻度尺测得悬点到小球底部的长度，用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图甲所示，该摆球的直径d=________mm。 （2）以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_________。 A.摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些 B.摆球尽量选择质量大些、体积小些的 C.为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度 D.拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，在释放摆球的同时开始计时，当摆球到开始位置时停止计时，此时间间隔即为单摆周期T （3）实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图像如图丙所示，然后使单摆保持静止，得到如图丁所示的F-t图像。那么： ①重力加速度的表达式g=______（用题目中的物理量d、、表示）。 ②设摆球在最低点时，已测得当地重力加速度为g单摆的周期用T表示，那么测得此单摆摆动时的机械能E的表达式是______ A. B. C. D. （4）在实验中测得的g值偏小，可能原因是______ A.实验中误将n次计为n-1次 B.开始计时时，停表过迟按下 C.以摆球直径和摆线长之和作为摆长来计算 D.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动，使摆线长度增加了使摆线长度增加了 【答案】 ①. 11.70 ②. AB##BA ③. ④. C ⑤. AD##DA 【解析】 【详解】（1）[1]游标卡尺的精度为，读数为 。 （2）[2]A.实验中摆线应长一些，且在实验过程中长度不能发生改变，所以应选择细些的、伸缩性小些的，故A正确； B.为了减少阻力带来的影响，摆球尽量选择质量大些、体积小些的，故B正确； C.摆线相距平衡位置不能有较大的角度，否则就不是单摆了，故C错误； D.拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，同时为了减小误差，在释放摆球，当摆球摆到最低点开始计时，应记录完成n次全振动的总时间，故D错误。 故选AB。 （3）①[3]根据单摆的周期公式 可知 ②[4]单摆经过最低点时，根据丙图可知 根据丁图可知 小球的摆长为 则小球在最低点的动能为 小球摆动过程机械能守恒，则 故选C。 （4）[5]A．实验中误将n 次计为n-1次，根据 可知周期测量值偏大，所以重力加速度测量值偏小，故A正确。 B．开始计时时，停表过迟按下，则测量周期偏小，重力加速测量值偏大，故B错误； C．以摆球直径和摆线长之和作为摆长来计算，使摆线长度增加了，所以重力加速测量值偏大，故C错误； D．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动，代入的摆线长偏小，重力加速测量值偏小，故D正确； 故选AD。 三、论述、计算题（本题共5小题。共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。） 19. 如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，转动角速度，线圈的匝数、总电阻，线圈围成的面积。线圈两端经集流环与电阻R连接，电阻，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度，图示位置矩形线圈和磁感线平行。 （1）求电路中交流电压表的示数U。（取） （2）线圈由图示位置转过90°的过程中，求通过电阻R的电荷量q。 【答案】（1）63V；（2）0.02C 【解析】 【详解】（1）线圈产生感应电动势的最大值 根据闭合电路欧姆定律有 有效值 解得 （2）根据电流的定义，通过电阻R的电荷量 根据闭合电路欧姆定律 法拉第电磁感应定律 可得 线圈由图示位置转过90°的过程中磁通量变化量为 解得 20. 如图所示，AB段是长为5R的粗糙水平轨道，BC段是半径为R的光滑竖直半圆形轨道，两段轨道在B点处平滑连接，质量均为m的滑块1和滑块2分别静止于A点和B点。现用力F对滑块1施加一水平向右的瞬时冲量，使其以的初速度沿轨道AB运动，与滑块2发生碰撞，碰后二者立即粘在一起沿轨道BC运动并通过C点。已知两滑块与水平轨道AB间的动摩擦因数μ=0.4，半圆形轨道的直径BC沿竖直方向，重力加速度为g，滑块1和2均可视为质点。求： （1）力F对滑块1所做的功W； （2）滑块1和滑块2组成的系统在碰撞过程中损失的机械能E损； （3）滑块1和滑块2经过C点时对轨道压力的大小F压。 【答案】（1）18mgR；（2）8mgR；（3）6mg 【解析】 【详解】（1）根据动能定理，力F对滑块1所做的功W为 （2）设滑块1到B点的速度为vB，从A到B由动能定理 解得滑块1与滑块2碰前的速度为 滑块1和滑块2碰后共同的速度为v，由动量守恒 解得 碰撞过程损失的机械能为 （3）滑块1和滑块2组成的系统从B到C过程，机械能守恒，设到C点的速度为vC，则有 解得 根据牛顿第三定律，滑块1和滑块2经过C点时对轨道压力的大小与FN等大反向，则 21. 电量均为+Q的两电荷固定在相距为2d的AB两点，O为AB连线中点，AB连线中垂线上有一点M，到O的距离为A，已知静电力常量k。 （1）求M点的场强。 （2）将一质量为m，带电量为-q的粒子从M点由静止释放，不考虑粒子的重力。 a.若A远小于d，可略去项的贡献，试证明粒子的运动为简谐运动； b.简谐运动可视为某一匀速圆周运动沿直径方向上的投影运动，请描述与该粒子所做简谐运动相对应的圆周运动，并求该粒子做简谐运动的周期及动能的最大值。 【答案】（1）；方向为O指向M；（2）a.见解析；b.； 【解析】 【详解】（1）两个等量正电荷在M处产生的电场强度并合成如图所示 M点的场强为 方向为O指向M。 （2）a.粒子运动过程中，O点为平衡位置，可知当发生位移x时，粒子受到的电场力为 即粒子的运动为简谐运动。 b．简谐运动可视为某一匀速圆周运动沿直径方向上的投影运动，二者周期相同，此时圆周运动以O点为圆心，圆面与纸面垂直，由牛顿第二定律可得 解得 又 其中 联立，可得 22. 电磁场，是一种特殊的物质。 （1）电场具有能量。如图所示，原子核始终静止不动，α粒子先、后通过A、B两点，设α粒子的质量为m、电荷量为q，其通过A、B两点的速度大小分别为vA和vB，求α粒子从A点运动到B点的过程中电势能的变化量ΔEp。 （2）变化的磁场会在空间中激发感生电场。如图所示，空间中有圆心在O点、垂直纸面向里、磁感应强度为B的圆形匀强磁场，当空间中各点的磁感应强度随时间均匀增加时，请根据法拉第电磁感应定律、电动势的定义等，证明磁场内，距离磁场中心O点为r处的感生电场的电场强度E与r成正比。（提示：电荷量为q的电荷所受感生电场力F=qE） （3）电磁场不仅具有能量，还具有动量。如图所示，两极板相距为L的平行板电容器，处在磁感应强度为B的匀强磁场中。磁场方向垂直纸面向里。将一长度为L的导体棒ab垂直放在充好电的电容器两极板之间（其中上极板带正电），并与导体板良好接触。上述导体棒ab、平行板电容器以及极板间的电磁场（即匀强磁场、电容器所激发的电场）组成一个孤立系统，不计一切摩擦。求当电容器通过导体棒ab释放电荷量为q的过程中，该系统中电磁场动量变化量的大小Δp和方向。 【答案】（1）；（2）见详解；（3），水平向左 【解析】 【详解】（1）由能量守恒可得 （2）假设磁场中有以O为圆心半径为r的圆形闭合回路。磁感应强度随时间均匀增加则 回路中产生的感应电动势为 带电量为q的粒子在回路中运动一圈有 解得 距离磁场中心O点为r处的感生电场的电场强度E与r成正比。 （3）对导体棒ab由动量定理可得 得 即导体棒ab动量变化量大小为BLq，方向水平向右。系统动量守恒，所以 即电磁场动量变化量的大小为，方向水平向左。 23. 带电粒子间的电磁力是自然界四大基本相互作用力之一，电力和磁力是这一相互作用的两个部分，一个电磁相互作用是电现象还是磁现象，在很大程度上取决于研究问题所选取的参考系。在一个参考系中观察到的磁现象，换一个参考系观察，可能就是电现象。这体现了电场和磁场是不可割裂的一个整体。电磁场的参考系变换，可以帮我们更好的理解并解决问题。 （1）如图1所示，空间中存在垂直于纸面的匀强磁场，其大小为B，一带电粒子以垂直于磁场的速度v水平向右射入磁场。则粒子会受到洛伦兹力的作用。若此时在与粒子运动速度相同的惯性参考系中观察，则粒子静止，静止的带电粒子不会受到洛伦兹力的作用。那么应该怎样解释它受到的力呢？原来在中，由于磁场的运动，会观察到一个与磁场方向垂直的感生电场，请你求出该电场的大小和方向； （2）如图2所示，金属圆环被固定在竖直平面内（不能转动和平动），一个条形磁铁以匀速v靠近圆环，则圆环中会产生感应电动势。这一电动势有两种理解方式：在地面参考系中观察，圆环中的磁通量发生变化，因此圆环上存在感生电动势；若在与磁铁运动速度相同的惯性系中观察，则系统变为圆环切割磁感线产生动生电动势。两个参考系下观察到的电动势应该完全相同。请分析，在参考系和参考系中分别是什么力充当电动势中的非静电力？ （3）某同学在面对这样一个问题时遇到了困难：在一个真空环境中，有一条载有电流I的、电阻很小的长直导线，已知电流在距离导线r处产生的磁感应强度，k为已知常数。初速度为的电子在与导线垂直距离为的初位置处开始垂直于导线向导线运动，如图3所示。已知电子运动过程中与导线的最短距离为，求电子初速度的大小。（不考虑地磁场影响，电子重力忽略不计） 该同学希望用功能关系来求解电子的运动，但由于洛伦兹力不做功，因此电子到达距导线最近处时仍然保持初速率，若利用洛伦兹力的分量做功的方式来计算，就显得十分复杂了。因此他希望在电磁场的参考系变换中获得启发，他选择在以速度为，且相对导线水平向右运动的参考系中进行研究。 a。 在参考系中，空间中存在感生电场。根据（1）中的理论，距导线距离为r处的感生电场E的大小为______（可用含的表达式表示），方向与导线垂直，且______（填“指向”或“背离”）导线。 b。 已知在参考系中观察到的感生电场，具有与静电场类似的性质，其电场力做功只与始末位置到导线的距离r有关。请根据该同学选取的参考系，利用功能关系求满足题干要求的电子运动的初速度（已知电子电量为，电子质量为m，的图像与r轴在到区间与r轴围成的面积为，如图4所示）。 【答案】（1），方向垂直于v向上；（2）感生电场的电场力，洛伦兹力沿环方向的分力；（3）a、，指向通电导线，b、 【解析】 【详解】（1）设粒子带正电＋q，在地面参考系中，它受到的洛伦兹力为 方向向上。因此在参考系中所受的电场力亦为 方向向上。且 得 方向垂直于v向上 （2）在地面参考系中，由于磁场是运动的，因此存在感生电场，感生电场的电场力充当非静电力；在参考系中，洛伦兹力沿环方向的分力充当非静电力。 （3）a. 根据第一问结论得 方向指向通电导线 b.基于所选参考系可知，电子运动的初速度为，当电子运动到距导线最近时，速度为零。在此过程中受到的电场力为 方向垂直于导线并背离导线。电场力做负功，其绝对值为图在到之间的面积，即 由动能定理，得 得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北师大实验中学2023-2024学年度第二学期期中试卷 高二年级物理 班级______ 姓名______ 学号______ 成绩______ 注意事项： 1．本试卷共12页，共三道大题，21道小题；答题纸共4页。满分100分。 2．在试卷和答题卡上准确填写行政班、教学班、姓名、学号。 3．试卷答案一律填写在答题卡上，在试卷上作答无效。 4．在答题卡上，选择题用2B铅笔将选中项涂黑涂满，其他试题用黑色字迹签字笔作答。 一、单项选择题（本题共14小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题意。每小题3分，共42分） 1. 下列说法正确的是（　　） A. 声波从空气传入水中时波长变长是因为波速不变但声波的频率变小了 B. 两列波发生干涉现象时振动加强的点总是处于波峰，振动减弱的点总是处于波谷 C. 火车靠近时汽笛声音逐渐变大是因为发生了多普勒效应 D. “闻其声而不见其人”说明此时声波比光波发生了更明显的衍射现象 2. 阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ） A. 偏振现象 B. 衍射现象 C. 干涉现象 D. 全反射现象 3. 位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t=0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=时的波形图为（　　） A. B. C. D. 4. 一列沿着x轴正方向传播的横波，在时刻的波形如图1所示，图1中某质点的振动图像如图2所示。下列说法正确的是（　　） A. 该波的波速为 B. 图2表示质点S的振动图像 C. 质点R在时的位移正向最大 D. 质点Q经过1s沿x轴正方向移动 5. 如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。如果b光是绿光，则以下说法正确的是（　　） A. a光可能是蓝光 B. c光可能是红光 C. a光的频率小于b光的频率 D. c光的波长大于b光的波长 6. 图1是研究光的干涉现象的装置示意图，在光屏P上观察到的图样如图2所示。为了增大条纹间的距离，下列做法正确的是（　　） A. 增大单色光的频率 B. 增大双缝屏上的双缝间距 C. 增大双缝屏到光屏的距离 D. 增大单缝屏到双缝屏的距离 7. 如图所示，电路中电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 电压表与电流表的示数都减小 B. 电压表的示数减小，电流表的示数增大 C. 电阻R2消耗电功率增大 D. 电源内阻消耗的功率减小 8. 如图所示，两个固定的等量正点电荷，其连线中点为O，a、b、c、d四个点位于以O为圆心的同一个圆周上，bd⊥ac。下列说法正确的是（　　） A. a、c两点的场强大小和方向均相同 B. 若一电子从b点由静止释放，以后将在b、d之间沿直线往复运动 C. 从O点开始，沿Ob向上各处场强大小越来越小 D. 从O点开始，沿Ob向上各处电势越来越高 9. 一理想变压器，原副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的正弦交流电，输出端接有一个交流电流表和一个电动机，电动机线圈电阻为R。当输入端接通电源后，电动机带动一重物匀速上升，电流表读数为I。下列说法正确的是（　　） A. 原线圈中的电流为 B. 变压器的输入功率为 C. 电动机输出的机械功率为 D. 电动机两端电压为 10. 如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是（　　） A B. C. D. 11. 气体在流动时会出现分层流动的现象即层流（laminar flow），不同流层的气体流速不同。相邻两流层间有粘滞力，产生粘滞力的原因可以用简单模型解释：如图，某气体流动时分成A、B两流层，两层的交界面为平面，A层流速为vA，B层流速为vB，，由于气体分子做无规则热运动，因此A层的分子会进入B层，B层的分子也会进入A层，稳定后，单位时间内从A层进入B层的分子数等于从B层进入A层的分子数，若气体分子的质量为m，单位时间、单位面积上由A层进入B层的分子数为n，则B层对A层气体单位面积粘滞阻力为（　　） A 大小：方向：与气体流动方向相同 B. 大小：方向：与气体流动方向相反 C 大小：方向：与气体流动方向相同 D. 大小：方向：与气体流动方向相反 12. 2023年9月21日，神舟十六号航天员在“天宫课堂”中进行了“验证碰撞过程中动量守恒”的实验。实验在一个“网格背景板”前进行。实验时，航天员用一个质量大的金属球撞击一个静止的质量小的金属球。假设采用“频闪照相”的方法来研究类似的碰撞过程，且在碰撞的瞬间恰好完成一次闪光，如图所示。则下一次闪光时两小球所处的位置合理的是（　　） A. B. C. D. 13. 定义“另类加速度”，A不变的运动称为另类匀变速运动。若物体运动的A不变，则称物体做另类匀变速运动。如图所示，光滑水平面上一个正方形导线框以垂直于一边的速度穿过一个匀强磁场区域（磁场宽度大于线框边长）。导线框电阻不可忽略，但自感可以忽略不计。已知导线框进入磁场前速度为，穿出磁场后速度为。下列说法中正确的是（ ） A. 线框在进入磁场的过程中，做匀变速运动 B. 线框在进入磁场的过程中，其另类加速度A是变化的 C. 线框完全进入磁场后，在磁场中运动的速度为 D. 线框完全进入磁场后，在磁场中运动的速度为 14. 激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测器处相遇，产生干涉条纹。如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度。某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测出光强经过了强弱强弱强的变化过程。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A. A束激光的频率大于B束激光的频率 B. 整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变大 C. 整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹 D. 整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长 二、实验题（本题共2小题，共16分） 15. （1）在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学在完成实验后，采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻（阻值较小），为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开_____（填选项字母）。（说明：导线B为变压器和电流表连线） A. 导线A B. 导线B C. 开关C D. 导线D （2）在“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系”实验中，当左侧线圈“0”“16”间接入交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是______。 A. B. C. 16. 如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针、，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（　　） A. 大头针必须挡住及、的像 B. 入射角越大，折射率的测量越准确 C. 利用量角器量出、，可求出玻璃砖的折射率 D. 如果误将玻璃砖的边PQ画到，折射率的测量值将偏大 17. 某实验小组用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。 （1）将实验仪器按要求安装在光具座上，在题图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是___________。 A．A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间 B．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间 C．A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内 D．A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间 （2）已知双缝间距离，双缝到毛玻璃屏间的距离为，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准图丙所示的第1条明条纹中心，此时游标卡尺示数如题图丁所示，读数为___________，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹中心，如图丙所示，此时游标卡尺示数如图戊所示，则游标卡尺上的读数___________。由以上已知数据和测量数据，可测得该单色光的波长是___________。（计算结果保留两位有效数字） 18. 单摆测定重力加速度的实验中： （1）实验时用刻度尺测得悬点到小球底部的长度，用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图甲所示，该摆球的直径d=________mm。 （2）以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_________。 A.摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些 B.摆球尽量选择质量大些、体积小些的 C.为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度 D.拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，在释放摆球的同时开始计时，当摆球到开始位置时停止计时，此时间间隔即为单摆周期T （3）实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图像如图丙所示，然后使单摆保持静止，得到如图丁所示的F-t图像。那么： ①重力加速度的表达式g=______（用题目中的物理量d、、表示）。 ②设摆球在最低点时，已测得当地重力加速度为g单摆的周期用T表示，那么测得此单摆摆动时的机械能E的表达式是______ A. B. C. D. （4）在实验中测得的g值偏小，可能原因是______ A.实验中误将n次计为n-1次 B.开始计时时，停表过迟按下 C.以摆球直径和摆线长之和作为摆长来计算 D.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动，使摆线长度增加了使摆线长度增加了 三、论述、计算题（本题共5小题。共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。） 19. 如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，转动角速度，线圈的匝数、总电阻，线圈围成的面积。线圈两端经集流环与电阻R连接，电阻，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度，图示位置矩形线圈和磁感线平行。 （1）求电路中交流电压表的示数U。（取） （2）线圈由图示位置转过90°的过程中，求通过电阻R的电荷量q。 20. 如图所示，AB段是长为5R的粗糙水平轨道，BC段是半径为R的光滑竖直半圆形轨道，两段轨道在B点处平滑连接，质量均为m的滑块1和滑块2分别静止于A点和B点。现用力F对滑块1施加一水平向右的瞬时冲量，使其以的初速度沿轨道AB运动，与滑块2发生碰撞，碰后二者立即粘在一起沿轨道BC运动并通过C点。已知两滑块与水平轨道AB间的动摩擦因数μ=0.4，半圆形轨道的直径BC沿竖直方向，重力加速度为g，滑块1和2均可视为质点。求： （1）力F对滑块1所做的功W； （2）滑块1和滑块2组成的系统在碰撞过程中损失的机械能E损； （3）滑块1和滑块2经过C点时对轨道压力的大小F压。 21. 电量均为+Q的两电荷固定在相距为2d的AB两点，O为AB连线中点，AB连线中垂线上有一点M，到O的距离为A，已知静电力常量k。 （1）求M点的场强。 （2）将一质量为m，带电量为-q的粒子从M点由静止释放，不考虑粒子的重力。 a.若A远小于d，可略去项的贡献，试证明粒子的运动为简谐运动； b.简谐运动可视为某一匀速圆周运动沿直径方向上的投影运动，请描述与该粒子所做简谐运动相对应的圆周运动，并求该粒子做简谐运动的周期及动能的最大值。 22. 电磁场，是一种特殊的物质。 （1）电场具有能量。如图所示，原子核始终静止不动，α粒子先、后通过A、B两点，设α粒子的质量为m、电荷量为q，其通过A、B两点的速度大小分别为vA和vB，求α粒子从A点运动到B点的过程中电势能的变化量ΔEp。 （2）变化的磁场会在空间中激发感生电场。如图所示，空间中有圆心在O点、垂直纸面向里、磁感应强度为B的圆形匀强磁场，当空间中各点的磁感应强度随时间均匀增加时，请根据法拉第电磁感应定律、电动势的定义等，证明磁场内，距离磁场中心O点为r处的感生电场的电场强度E与r成正比。（提示：电荷量为q的电荷所受感生电场力F=qE） （3）电磁场不仅具有能量，还具有动量。如图所示，两极板相距为L的平行板电容器，处在磁感应强度为B的匀强磁场中。磁场方向垂直纸面向里。将一长度为L的导体棒ab垂直放在充好电的电容器两极板之间（其中上极板带正电），并与导体板良好接触。上述导体棒ab、平行板电容器以及极板间的电磁场（即匀强磁场、电容器所激发的电场）组成一个孤立系统，不计一切摩擦。求当电容器通过导体棒ab释放电荷量为q的过程中，该系统中电磁场动量变化量的大小Δp和方向。 23. 带电粒子间的电磁力是自然界四大基本相互作用力之一，电力和磁力是这一相互作用的两个部分，一个电磁相互作用是电现象还是磁现象，在很大程度上取决于研究问题所选取的参考系。在一个参考系中观察到的磁现象，换一个参考系观察，可能就是电现象。这体现了电场和磁场是不可割裂的一个整体。电磁场的参考系变换，可以帮我们更好的理解并解决问题。 （1）如图1所示，空间中存在垂直于纸面的匀强磁场，其大小为B，一带电粒子以垂直于磁场的速度v水平向右射入磁场。则粒子会受到洛伦兹力的作用。若此时在与粒子运动速度相同的惯性参考系中观察，则粒子静止，静止的带电粒子不会受到洛伦兹力的作用。那么应该怎样解释它受到的力呢？原来在中，由于磁场的运动，会观察到一个与磁场方向垂直的感生电场，请你求出该电场的大小和方向； （2）如图2所示，金属圆环被固定在竖直平面内（不能转动和平动），一个条形磁铁以匀速v靠近圆环，则圆环中会产生感应电动势。这一电动势有两种理解方式：在地面参考系中观察，圆环中的磁通量发生变化，因此圆环上存在感生电动势；若在与磁铁运动速度相同的惯性系中观察，则系统变为圆环切割磁感线产生动生电动势。两个参考系下观察到的电动势应该完全相同。请分析，在参考系和参考系中分别是什么力充当电动势中的非静电力？ （3）某同学在面对这样一个问题时遇到了困难：在一个真空环境中，有一条载有电流I的、电阻很小的长直导线，已知电流在距离导线r处产生的磁感应强度，k为已知常数。初速度为的电子在与导线垂直距离为的初位置处开始垂直于导线向导线运动，如图3所示。已知电子运动过程中与导线的最短距离为，求电子初速度的大小。（不考虑地磁场影响，电子重力忽略不计） 该同学希望用功能关系来求解电子的运动，但由于洛伦兹力不做功，因此电子到达距导线最近处时仍然保持初速率，若利用洛伦兹力的分量做功的方式来计算，就显得十分复杂了。因此他希望在电磁场的参考系变换中获得启发，他选择在以速度为，且相对导线水平向右运动的参考系中进行研究。 a。 在参考系中，空间中存在感生电场。根据（1）中的理论，距导线距离为r处的感生电场E的大小为______（可用含的表达式表示），方向与导线垂直，且______（填“指向”或“背离”）导线。 b。 已知在参考系中观察到的感生电场，具有与静电场类似的性质，其电场力做功只与始末位置到导线的距离r有关。请根据该同学选取的参考系，利用功能关系求满足题干要求的电子运动的初速度（已知电子电量为，电子质量为m，的图像与r轴在到区间与r轴围成的面积为，如图4所示）。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $