精品解析：上海市洋泾中学2023-2024学年高二下学期期末考试物理（等级考）试卷

上海市洋泾中学2023学年第二学期期末考试 高二物理（等级）试卷 特别提示： 1．本试卷标注“多选”的试题，每小题有2~3个正确选项，漏选给一半分，错选不给分；未特别标注的选择类试题，每小题只有1个正确选项。 2．“计算题”和“简答题”，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 3．除特殊说明外，本卷所用重力加速度g大小均取。 4．完卷时间：60分钟，满分：100分。 折射率的测定 利用插针法，可以测定亚克力砖折射率。 1. 如图所示，光线ab从空气入射到亚克力砖表面，经过砖块后出射。 （1）请画出经过c点以后光路_______。 （2）由此得到玻璃砖对该光束的折射率______。 2. 若空气中光速为c，该砖的折射率为n，光在该砖中的传播速度为v，则满足（　　） A. B. C. D. 3. 如图，在“题1”的条件下，若光线要在亚力克砖中发生全反射，则可以为（　　） A. 37° B. 45° C. 53° D. 60° 波动现象 波动现象是物理学中一个重要且广泛的研究领域。 4. 如图所示，在水槽中产生一列持续的水波后，将一支活动铅芯垂直水面插入水中，发现对水波的传播几乎没有影响。该现象称为波的（　　） A. 反射 B. 折射 C. 干涉 D. 衍射 5. 利用弹簧振子在竖直平面内上下振动拍打水面可以激起水波。 （1）若振子的振动图像如图所示，则5s内，振子速度方向始终沿方向的时间段为____ A．0~2s B．1~3s C．2~4s D．3~5s （2）当弹簧振子振动加快时，水波传播的速度将____ A．增大 B．减小 C．不变 6. 如图所示，甲、乙两人正以10m/s的速度相向跑动。在两人的连线上，有一发声装置一边发出频率为的声音，一边以10m/s的速度向乙运动，甲、乙两人听到的声音频率分别为、，那么（　　） A. B. C. D. 7. 如图所示，平静的湖面上漂浮着两个小球A、B，湖面上O点处有一波源，从时刻起做简谐运动，形成向远处A传播的简谐横波。已知，从波刚传至A球后的1s内，A比B多做了10次全振动，且在这1s末，波刚好传至B球。则简谐波的波长为______m，A球的第一次起振的时刻为______s。 电磁炮 电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器，用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能。如图所示，光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度，电磁炮的弹体总质量，其能为加速弹体提供恒定电流，不计弹体在运动中产生的感应电动势和空气阻力。 8. 在某一次试验发射过程中，弹体所受安培力大小为______N；将弹体从静止加速到10m/s，轨道至少要有______m。 9. 如图所示，强迫储能器可以拆解成虚线框内的结构。开关S先接1，使平板电容器充电，电压充到为时将开关S接至2，炮弹受安培力作用开始向右加速运动。 （1）上述过程中____ A．电容器的上端为正极 B．电容器的下端为正极 C．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越大 D．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小 （2）若整个充放电过程，计算机记录了流进（和流出）电容器的电流I与时间t变化的图像，如图。阴影部分的面积分别为A1和A2，则____ A． B． C． （3）若弹体在轨道间的电阻，强迫储能器的等效内阻，则储能器内部电压与弹体两端电压之比为____ A． B． C． D． 10. 若的该弹体以去撞击静止在轨道上的刚性物，假设为一维碰撞，且弹体和刚性物均不破裂。碰撞后弹体的速度为，刚性物的速度为，则下列数据可能的是（　　） A. B. C. D. 无人机 无人机因机动性能好，生存能力强，无人员伤亡风险等优点，被广泛应用在生产生活中。 11. 一无人机的动力装置是由四个多旋翼电机并联组成，设每个电机内阻为r、额定电流和电压分别为I和U。正常工作时无人机的输出功率为（　　） A. B. C. D. 12. 一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行，该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图所示。无人机飞至高为处时，空气对其作用力大小为______；无人机飞至处时的速度为______。（重力加速度为g） 13. 一质量为的无人机对一静止的轿车进行拍摄。如图，无人机以车中心所在的竖直线为轴线，在地面上方的水平面内做半径为、角速度为的匀速圆周运动。 （1）此运动过程中，空气对无人机的作用力方向为____ A．竖直向上 B．斜向上 C．水平方向 D．斜向下 E．竖直向下 （2）此运动过程中，空气对无人机作用力大小为多少？（计算题） 14. 某同学利用无人机玩投球游戏。无人机在距地高为H水平面内匀速直线运动，释放可视为质点的小球，小球飞行过程中不计空气阻力。 （1）小球在空中飞行过程中，小球加速度方向的是____ A． B． C． D． （2）若小球到达水平地面时，速度方向与水平方向间的夹角为，求： ①无人机匀速飞行时的速度大小； ②从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小。 氢 氢是自然界中最常见的元素之一，它的同位素有氘和氘。氢原子由一个带正电的原子核和一个核外电子组成，电子绕氢核做近似匀速圆周运动。 15. 氢，可以作为一种能源，它属于（　　） A. 常规能源 B. 新能源 16. 氢原子内质子和电子间距离为，质子与电子的相关数据、引力常数、静电力常量见表。 半径（m） 质量（kg） 电量（C） 质子 电子 （1）若电子受到原子核对其的库仑力为，行星对卫星的万有引力。可以发现，和的大小都与相互作用物体间的______成反比。 A.距离 B.距离的平方 C.距离的立方 （2）考虑到，质子与电子之间同时存在万有引力和库仑力，则______ A. B. C. D. 17. 如图所示为物理学家丁肇中研制“阿尔法质谱仪”结构图。若氢原子核的质量为m。 （1）氢原子核以速度v进入速度选择器，两极板间电压为U，两板长度为l，相距为d，磁感应强度大小为。要使原子核能匀速通过速度选择器，则v等于______ A B. C. D. （2）若氢原子核进入速度选择器的速度，则氢原子核在速度选择器中会做______ A.变加速曲线运动 B.匀加速曲线运动 C.变加速直线运动 D.匀加速直线运动 （3）若氢原子核以速度v垂直于磁场方向进入图示的质量分离器，分离器的磁感应强度大小为。则氢原子核做圆周运动的曲率半径______。（已知元电荷为e） （4）若氕核与氚核同时以相同的速度v垂直于磁场方向从图示的速度选择器进入到质量分离器，且氕核与氚核的电荷数相同，，则______ A.轨迹1是氕核，轨迹2是氚核 B.轨迹1是氚核，轨迹2是氕核 C.轨迹3是氕核，轨迹4是氚核 D.轨迹3是氚核，轨迹4是氕核 离子发动机 宇宙飞船进行长距离运行时，可采用离子发动机提供推力。在离子发动机中，进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A、B间电压为U，离子经电场加速后，从飞船尾部高速连续喷出，飞船利用反冲获得恒定推力。已知某离子发动机中单个正离子质量为m，电荷量为q。 18. 如果飞船获得的推力大小为，求单位时间内飘入A、B电场间的正离子数目。 19. 加速正离子束所消耗的功率P不同时，飞船获得的推力F也不同。为提高能量的转换效率，需要使“”尽量大。有两位同学观点如下： 小明提出：可以增大加速电压U； 小红认为：可以选用荷质比更大的正离子。 请判断并分析两位同学的观点，并做出合理的论述。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 上海市洋泾中学2023学年第二学期期末考试 高二物理（等级）试卷 特别提示： 1．本试卷标注“多选”的试题，每小题有2~3个正确选项，漏选给一半分，错选不给分；未特别标注的选择类试题，每小题只有1个正确选项。 2．“计算题”和“简答题”，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 3．除特殊说明外，本卷所用重力加速度g大小均取。 4．完卷时间：60分钟，满分：100分。 折射率的测定 利用插针法，可以测定亚克力砖的折射率。 1. 如图所示，光线ab从空气入射到亚克力砖表面，经过砖块后出射。 （1）请画出经过c点以后的光路_______。 （2）由此得到玻璃砖对该光束的折射率______。 2. 若空气中光速为c，该砖的折射率为n，光在该砖中的传播速度为v，则满足（　　） A. B. C. D. 3. 如图，在“题1”的条件下，若光线要在亚力克砖中发生全反射，则可以为（　　） A. 37° B. 45° C. 53° D. 60° 【答案】1. ①. ②. 2. A 3. CD 【解析】 【1题详解】 [1]经过c点以后的光路如图 [2]由此得到玻璃砖对该光束的折射率 【2题详解】 若空气中光速为c，该砖的折射率为n，光在该砖中的传播速度为v，根据则满足 故选A。 【3题详解】 根据全反射的临界条件 解得 故 则可以为和。 故选CD。 波动现象 波动现象是物理学中一个重要且广泛的研究领域。 4. 如图所示，在水槽中产生一列持续的水波后，将一支活动铅芯垂直水面插入水中，发现对水波的传播几乎没有影响。该现象称为波的（　　） A. 反射 B. 折射 C. 干涉 D. 衍射 5. 利用弹簧振子在竖直平面内上下振动拍打水面可以激起水波。 （1）若振子的振动图像如图所示，则5s内，振子速度方向始终沿方向的时间段为____ A．0~2s B．1~3s C．2~4s D．3~5s （2）当弹簧振子振动加快时，水波传播的速度将____ A．增大 B．减小 C．不变 6. 如图所示，甲、乙两人正以10m/s的速度相向跑动。在两人的连线上，有一发声装置一边发出频率为的声音，一边以10m/s的速度向乙运动，甲、乙两人听到的声音频率分别为、，那么（　　） A. B. C. D. 7. 如图所示，平静的湖面上漂浮着两个小球A、B，湖面上O点处有一波源，从时刻起做简谐运动，形成向远处A传播的简谐横波。已知，从波刚传至A球后的1s内，A比B多做了10次全振动，且在这1s末，波刚好传至B球。则简谐波的波长为______m，A球的第一次起振的时刻为______s。 【答案】4. D 5. ①. C ②. C 6. D 7. ①. ②. 【解析】 【4题详解】 可以看到波通过障碍物后继续传播现象，上述这一现象称为波的衍射现象，D正确。 故选D。 5题详解】 [1]由振动图像可知，振子在先由负的最大位移向平衡位置振动，然后由平衡位置向正的最大位移振动，由于竖直向上为正方向，故这一阶段振子的振动方向为正，ABD错误，C正确。 故选C。 [2]机械波的波速由传播介质的种类决定，因此AB错误，C正确。 故选C。 【6题详解】 由于甲相对于波源是静止的，故 乙与声源相向运动，所以 故有 D正确。 故选D。 【7题详解】 [1] [2]由于1s时间内，A比B多做了10次全振动，故该波的周期为 1s末传到B点则波的速度 因此波长为 所以A球开始起振的时间 电磁炮 电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器，用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能。如图所示，光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度，电磁炮的弹体总质量，其能为加速弹体提供恒定电流，不计弹体在运动中产生的感应电动势和空气阻力。 8. 在某一次试验发射过程中，弹体所受安培力大小为______N；将弹体从静止加速到10m/s，轨道至少要有______m。 9. 如图所示，强迫储能器可以拆解成虚线框内的结构。开关S先接1，使平板电容器充电，电压充到为时将开关S接至2，炮弹受安培力作用开始向右加速运动。 （1）上述过程中____ A．电容器的上端为正极 B．电容器的下端为正极 C．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越大 D．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小 （2）若整个充放电过程，计算机记录了流进（和流出）电容器的电流I与时间t变化的图像，如图。阴影部分的面积分别为A1和A2，则____ A． B． C． （3）若弹体在轨道间的电阻，强迫储能器的等效内阻，则储能器内部电压与弹体两端电压之比为____ A． B． C． D． 10. 若的该弹体以去撞击静止在轨道上的刚性物，假设为一维碰撞，且弹体和刚性物均不破裂。碰撞后弹体的速度为，刚性物的速度为，则下列数据可能的是（　　） A. B. C. D. 【答案】8. ①. 0.8 ②. 12.5 9. ①. BD ②. B ③. C 10. D 【解析】 【8题详解】 [1]弹体所受安培力大小为 [2]由动能定理 解得 【9题详解】 （1）[1]AB．根据左手定则可知，回路中电流为逆时针方向，炮弹才能被加速，即电容器下端为正极。故A错误；B正确； CD．根据 可知，平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小。故C错误；D正确。 故选BD。 （2）[2]根据 解得 可知I-t图像中图线与坐标轴所围面积表示电容器充放电过程流进（和流出）电容器的电荷量，可得 故选B。 （3）依题意，可得 故选C。 【10题详解】 A．依题意，碰撞过程系统动量守恒，可得 代入数据，可得 故A错误； B．由 可知，该碰撞还未结束，与实际情况不符，故B错误； C．根据 可知，碰撞过程动能增加。故C错误； D．碰撞后，二者共速，属于完全非弹性碰撞，代入数据，可得 可知碰撞过程动量守恒。而且 可知碰撞过程机械能有损失。故D正确。 故选D。 无人机 无人机因机动性能好，生存能力强，无人员伤亡风险等优点，被广泛应用在生产生活中。 11. 一无人机的动力装置是由四个多旋翼电机并联组成，设每个电机内阻为r、额定电流和电压分别为I和U。正常工作时无人机的输出功率为（　　） A. B. C. D. 12. 一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行，该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图所示。无人机飞至高为处时，空气对其作用力大小为______；无人机飞至处时的速度为______。（重力加速度为g） 13. 一质量为的无人机对一静止的轿车进行拍摄。如图，无人机以车中心所在的竖直线为轴线，在地面上方的水平面内做半径为、角速度为的匀速圆周运动。 （1）此运动过程中，空气对无人机作用力方向为____ A．竖直向上 B．斜向上 C．水平方向 D．斜向下 E．竖直向下 （2）此运动过程中，空气对无人机的作用力大小为多少？（计算题） 14. 某同学利用无人机玩投球游戏。无人机在距地高为H水平面内匀速直线运动，释放可视为质点的小球，小球飞行过程中不计空气阻力。 （1）小球在空中飞行过程中，小球加速度方向的是____ A． B． C． D． （2）若小球到达水平地面时，速度方向与水平方向间的夹角为，求： ①无人机匀速飞行时的速度大小； ②从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小。 【答案】11. A 12. ①. 2mg ②. 13. B， 14. C，， 【解析】 【11题详解】 无人机的飞行器正常工作时，其电路是非纯电阻电路，正常工作时工作电流为I、电压为U，所以飞行器消耗的总功率 每个电机内阻为r、所以热功率 则飞行器的输出功率 故选A。 【12题详解】 [1]从飞至高处，根据牛顿第二定律可得 解得 [2] 无人机飞至3h0处，根据动能定理可得 解得 【13题详解】 （1）对无人机受力分析，受重力，空气作用力，二者的合力沿水平方向提供向心力，故空气对无人机的作用力方向为斜向上。 故选B。 （2）因无人机在水平面内做匀速圆周运动，由牛顿第二定律 其中 联立解得，空气对无人机的作用力大小为 【14题详解】 （1）小球在空中飞行过程中，水平方向上有初速度，竖直方向上受重力作用，故小球做平抛运动，加速度为重力加速度，方向竖直向下。 故选C。 （2）①竖直方向上 解得 又 解得 ②从抛出到落地过程中小球动量的变化量的大小 氢 氢是自然界中最常见的元素之一，它的同位素有氘和氘。氢原子由一个带正电的原子核和一个核外电子组成，电子绕氢核做近似匀速圆周运动。 15. 氢，可以作为一种能源，它属于（　　） A. 常规能源 B. 新能源 16. 氢原子内质子和电子间距离为，质子与电子的相关数据、引力常数、静电力常量见表。 半径（m） 质量（kg） 电量（C） 质子 电子 （1）若电子受到原子核对其的库仑力为，行星对卫星的万有引力。可以发现，和的大小都与相互作用物体间的______成反比。 A.距离 B.距离的平方 C.距离的立方 （2）考虑到，质子与电子之间同时存在万有引力和库仑力，则______ A. B. C. D. 17. 如图所示为物理学家丁肇中研制的“阿尔法质谱仪”结构图。若氢原子核的质量为m。 （1）氢原子核以速度v进入速度选择器，两极板间电压为U，两板长度为l，相距为d，磁感应强度大小为。要使原子核能匀速通过速度选择器，则v等于______ A. B. C. D. （2）若氢原子核进入速度选择器的速度，则氢原子核在速度选择器中会做______ A.变加速曲线运动 B.匀加速曲线运动 C.变加速直线运动 D.匀加速直线运动 （3）若氢原子核以速度v垂直于磁场方向进入图示的质量分离器，分离器的磁感应强度大小为。则氢原子核做圆周运动的曲率半径______。（已知元电荷为e） （4）若氕核与氚核同时以相同的速度v垂直于磁场方向从图示的速度选择器进入到质量分离器，且氕核与氚核的电荷数相同，，则______ A.轨迹1是氕核，轨迹2是氚核 B.轨迹1是氚核，轨迹2是氕核 C.轨迹3是氕核，轨迹4是氚核 D.轨迹3是氚核，轨迹4是氕核 【答案】15. B 16. ①. B ②. D 17. ①. A ②. A ③. ④. C 【解析】 【15题详解】 氢，可以作为一种能源，它属于新能源。 故选B。 【16题详解】 [1]质子与电子之间的库仑力为 质子与电子之间的万有引力为 可知，和的大小都与相互作用物体间距离的平方成反比。 故选B。 [2]结合上述可知 故选D。 【17题详解】 [1]原子核能匀速通过速度选择器，则电场力与洛伦兹力平衡，则有 其中 解得 故选A。 [2]若氢原子核进入速度选择器的速度，即所受电场力大于洛伦兹力，氢原子核所受合力不为0，合力方向与速度方向不在同一直线上，原子核向电场力方向偏转，速度大小发生变化，洛伦兹力大小发生变化，合力大小发生变化，可知，原子核将做变加速曲线运动。 故选A。 [3]氢原子核以速度v垂直于磁场方向进入图示质量分离器做匀速圆周运动，则有 解得 [4原子核均带正电，根据左手定则可知，原子核进入后向右偏转，氕核与氚核的电荷量均为e，氕核与氚核同时以相同的速度v垂直于磁场方向从图示的速度选择器进入到质量分离器后均做匀速圆周运动，则有 ， 解得 即氕核的轨道半径小于氚核的轨道半径，可知，轨迹3是氕核，轨迹4是氚核。 故选C。 离子发动机 宇宙飞船进行长距离运行时，可采用离子发动机提供推力。在离子发动机中，进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A、B间电压为U，离子经电场加速后，从飞船尾部高速连续喷出，飞船利用反冲获得恒定推力。已知某离子发动机中单个正离子质量为m，电荷量为q。 18. 如果飞船获得的推力大小为，求单位时间内飘入A、B电场间的正离子数目。 19. 加速正离子束所消耗的功率P不同时，飞船获得的推力F也不同。为提高能量的转换效率，需要使“”尽量大。有两位同学观点如下： 小明提出：可以增大加速电压U； 小红认为：可以选用荷质比更大的正离子。 请判断并分析两位同学的观点，并做出合理的论述。 【答案】18. 19. 见解析 【解析】 【18题详解】 离子经电场加速，根据动能定理 解得飞船向后喷出的离子的速度大小为 设时间内飘入A、B间的正离子数目为，根据动量定理有 单位时间内飘入A、B间的正离子数目N为 【19题详解】 设正离子束所受的电场力为，正离子束在电场中做匀加速运动，加速正离子束所消耗的功率为 根据牛顿第三定律 则 所以为提高能量的转换效率，可以减小加速电压或选用荷质比更小的正离子。故两位同学的解释均不合理。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$