精品解析：天津市南开中学2024-2025学年高二下学期4月期中物理试题

南开中学2024—2025学年高二年级第二学期阶段性质量监测 （一） 物理科目 本练习分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共100分，时长60分钟。 第Ⅰ卷 一、单选题（每题5分，共25分） 1. 随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）相比4G频率更高，具有更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。在真空中与4G相比，5G使用的电磁波（ ） A 波长更短 B. 衍射更明显 C. 传播速度更大 D. 属于纵波 【答案】A 【解析】 【详解】ABC．第5代移动通信技术（简称5G）相比4G频率更高，在真空中4G、5G使用的电磁波传播速度相等，均为光速；根据可知，5G使用的电磁波波长更短，则衍射更不明显，故A正确，BC错误； D．电磁波属于横波，故D错误。 故选A。 2. 单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A. 时刻线框平面与中性面垂直 B. 线框的感应电动势最大值为 C. 线框转一周外力所做的功为 D. 从到过程中线框的平均感应电动势为 【答案】C 【解析】 【详解】A．由图像可知，时刻穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为0，线框产生的感应电动势为0，线框处于中性面，故A错误； B．线框的感应电动势最大值为 故B错误； C．线框的感应电动势有效值为 根据功能关系可知，线框转一周外力所做的功为 故C正确； D．从到过程中线框的平均感应电动势为 故D错误。 故选C。 3. 如图为电吹风电路图，a、b为两个固定触点，c、d为可动扇形金属触片P上的两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数，已知小风扇额定电压为50V，下列说法正确的是（　　） A. 停机时c与b接触 B. 吹热风时c与a接触，d与b接触 C. 吹冷风时d与a接触 D. n1∶n2=11∶2 【答案】B 【解析】 【详解】ABC．当c与b接触时，电热丝没有接通，小风扇电路接通，则电吹风处于吹冷风状态；当c与a接触，d与b接触时，电热丝与小风扇都接入电路，吹热风；当触片P处于c、d时，电热丝与小风扇都未接入电路，电吹风处于停机，故AC错误，B正确； D．根据原副线圈两端的电压之比与匝数之比的关系得 故D错误。 故选B。 4. 如图，有一小型水电站发电机的输出功率为50kW，发电机的输出电压为250V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电电压为10kV，输电线的总电阻R为10Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V，两变压器均视为理想变压器，下列说法正确的是（ ） A. 升压变压器原、副线圈的匝数之比为1：200 B. 输电线上损失的功率为250W C. 降压变压器原、副线圈中的电流之比为995∶22 D. 图中与灯泡串联的“300V，1000μF”的电容器一定会被击穿 【答案】B 【解析】 【详解】A．由变压器的电压关系可知 A错误； B．升压变压器副线圈电流为 则输电线上损失的功率为 B正确； C．用户端得到的功率为 则降压变压器副线圈电流为 则降压变压器原、副线圈中的电流之比为 C错误； D．由题意可知降压变压器副线圈的最大电压为 图中与“300V，1000μF”的电容器串联的灯泡会分到一定的电压，且灯泡规格未知，所以电容器两端的最大电压不一定大于，则电容器不一定会被击穿，D错误。 故选B。 5. 如图所示，几个摆长相同的单摆，它们在不同条件下的周期分别为、、、，关于周期大小关系的判断，正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】根据周期公式 可知单摆的周期与振幅和摆球质量无关，与摆长和重力加速度有关。题图1中沿斜面的加速度为 所以周期 题图2中摆球所受的库仑力始终沿摆线方向，回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，故摆球的等效重力加速度为 所以周期 题图3中的周期 题图4中的等效重力加速度为 所以周期 故，故ABC错误，D正确。 故选D。 二、多选题（每题5分，共25分，少选得3分，多选错选不得分） 6. 如图所示，在竖直平面内的MM'和NN'之间存在垂直平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，MM'和NN'之间的距离为h，在MM'上方高h处一长度为2L、宽度为L的矩形导体线框从静止开始下落。已知h>L，线框的质量为m，电阻为R，线框下落过程中ab边始终保持水平，不考虑空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A. 线框进入磁场的过程中线框中电流方向是a→b→c→d→a B. 线框在完全进入匀强磁场后有可能做匀速直线运动 C. 若线框刚进入匀强磁场区域时做匀速直线运动，则线框中电流的功率为 D. 线框进入磁场的过程中通过导线截面的电荷量为 【答案】CD 【解析】 【详解】A．线框在进入磁场的过程中，线框内的磁通量增大，根据楞次定律，线框中产生的感应电流方向为逆时针方向，即a→d→c→b→a，故A错误； B．在线框完全进入匀强磁场后，线框中的磁通量不变，不产生感应电流，不受安培力作用，只受重力作用，线框做加速度为g的加速运动，故B错误； C．若线框刚进入匀强磁场区域时做匀速直线运动，则有线框dc边所受安培力大小等于重力，即 解得 线框中电流功率 故C正确； D．根据法拉第电磁感应定律有 又有 ， 联立解得 故D正确。 故选CD。 7. 演示自感现象的实验电路如图所示，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器R1接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，A1，A2为两个完全相同的灯泡，下列判断正确的是（ ） A. 接通开关S，灯A1、A2立即变亮 B. 接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮 C. 接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D. 接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭 【答案】BD 【解析】 【详解】AB．接通开关S瞬间，灯A2立即变亮，而线圈L产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，使得该支路中电流逐渐增大，所以灯A1逐渐变亮，故A错误，B正确； CD．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，原来通过灯A2的电流立即消失，线圈L产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，原来电路稳定后通过灯A1的电流大于通过灯A2的电流，故灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭，故C错误，D正确。 故选BD。 8. 如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，波源平衡位置位于，图中的实线和虚线分别为和时的波形图。关于该简谐波，下列说法正确的是（ ） A. 周期一定为1.2s B. 波速可能为10m/s C. 处的质点在t=0.3s时加速度方向为沿y轴正方向 D. 若位于处的观察者沿x轴负方向靠近波源，则观察者接收到的频率比波源振动频率更大 【答案】BD 【解析】 【详解】AB．由题意知（，，） 可得周期为（，，） 由题图可知波长为，则波速为（，，） 当时，可得 故A错误，B正确； C．由题图可知处的质点在t=0.3s时处于波峰位置，则此时加速度方向为沿y轴负方向，故C错误； D．若位于处的观察者沿x轴负方向靠近波源，由多普勒效应规律可知观察者接收到的频率比波源振动频率更大，故D正确。 故选BD。 9. 一列简谐横波沿x轴传播，图甲是波传播到x=5m的质点M时的波形图，令此时刻t=0，图乙是质点N（x=3m）的振动图像，Q是位于x=10m处的质点，则下列说法正确的是（ ） A. Q点开始振动方向沿方向 B. t=0至t=3s时间内，质点M的路程为10cm C. 自质点Q开始振动，Q和原点的振动方向始终相反 D. ，质点Q的位移为 【答案】AC 【解析】 【详解】A．根据图乙可知时刻N点从平衡位置向上振动，根据同侧法可知波沿轴正方向传播，时刻刚传到M点时，M振动的方向沿方向，所以Q点开始振动的方向沿方向，A正确； B．由图乙可知振动周期为 则至，M点的路程为 B错误； C．由图甲可知波长为 Q点到O点的距离为10cm，即两者相距为 所以质点Q和原点的振动方向始终相反，C正确； D．由上述分析可知波的传播速度为 在9.5s时间内，波传播的距离为 根据波的平移法可知，Q点的振动形式与0.5m处的振动形式一样，此时质点Q的位移为 D错误。 故选AC。 10. 频率相同两列水波相遇，能够形成“稳定”的干涉图样。如图所示为两个频率相同、振幅均为A的相干波源产生的水波在水面上传播产生的干涉现象，其中实线和虚线分别表示两列波的波峰和波谷，时刻P是波峰与波峰相遇的点，下列说法正确的是（　　） A. 质点P和质点M在图示时刻的高度差为 B. 质点P、M是振动加强点，再过半个周期，质点Q、N也成为振动加强点 C. 质点M振动一个周期，其路程为 D. 若质点M振动的频率为，则从图示时刻起经后质点M的运动方向竖直向下 【答案】CD 【解析】 【详解】A．在题图所示时刻，质点P是波峰与波峰相遇的点，是振动加强点，质点M是波谷与波谷相遇的点，也是振动加强点，故质点P和质点M在题图所示时刻的高度差为，A错误； B．两列波发生干涉时，两列波的波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，振动始终加强，波峰与波谷相遇处振动始终减弱，质点P、M是振动加强点，质点Q、N是振动减弱点，再过半个周期，质点Q、N还是振动减弱点，故B错误； C．质点M是振动加强点，振幅为，所以质点M振动一个周期，其路程为，故C正确； D．若质点M振动的频率为，则周期为，由于 则从题图所示时刻起经后质点M由平衡位置向下振动，即运动方向竖直向下，故D正确； 故选CD。 第Ⅱ卷 三、实验题（共8分） 11. 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。 （1）䄬如图组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图甲所示。这样做的目的是 （填选项前字母）。 A. 保证摆动过程中摆长不变 B. 需要改变摆长时便于调节 C. 保证摆球在同一竖直平面内摆动 D. 可使周期测量得更加准确 （2）他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=1.0000m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_______mm，单摆摆长为________________m（该空结果保留五位有效数字）。 （3）下列振动图像真实地描述了该单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图像，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 （填字母代号）。（已知，） A. B. C. D. 【答案】（1）AB （2） ①. 16.4 ②. 0.99180 （3）A 【解析】 【小问1详解】 在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，是为了防止运动过程中摆长发生变化，如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时，方便调节摆长。 故选AB。 【小问2详解】 [1]10分度游标卡尺的精确值为，由图可知该摆球的直径为 [2]单摆摆长为 【小问3详解】 当摆角小于等于5°时，单摆可认为做简谐运动，所以振幅约为 当小球摆到最低点开始计时，误差较小，测量周期时要让小球做30次全振动，求平均值，所以A合乎实验要求且误差最小。 故选A。 四、解答题 12. 如图所示，竖直悬挂的轻弹簧下端系着A、B两物体，，，弹簧的劲度系数为k=40N/m，剪断A、B间的细绳后，A做简谐运动，不计空气等阻力，弹簧始终没有超过弹性限度，g取。求： （1）剪断细绳瞬间的回复力大小； （2）A做简谐运动的振幅； （3）A在最高点时的弹簧弹力大小。 【答案】（1）；（2）；（3）0 【解析】 【详解】（1）剪断细绳前，弹簧弹力大小为 剪断绳子的瞬间，A做简谐振动的回复力为 （2）由题意，可得剪断绳子瞬间弹簧的形变量为 A处于平衡位置时，弹簧的形变量为 根据简谐振动的特点，则A做简谐振动的振幅为 （3）根据对称性可知，A在最高点时回复力大小等于最低点时回复力大小，设A在最高点时的弹簧弹力大小，则有 解得 13. 在芯片制造过程中，离子注入是芯片制造重要的工序。甲图是我国自主研发的离子注入机，乙图是离子注入机的部分工作原理示意图。从离子源发出的离子经电场加速后沿水平方向先通过速度选择器，再进入磁分析器，磁分析器是中心线半径为R的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔，利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片（未画出）上，完成离子注入。已知速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向外；速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E。整个系统置于真空中，不计离子重力。求： （1）能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小v； （2）能通过N打到硅片上的离子的比荷，并判断该离子的带电性质。 【答案】（1）；（2），离子带正电荷 【解析】 【详解】（1）离子通过速度选择器时，有 解得 （2）离子在磁分析器中，有 解得 对离子受力分析可知，离子受到洛仑兹力指向圆心O，根据左手定则可知离子带正电荷。 14. 某实验室设计了一个装置，如图所示，水平固定的圆筒形磁体（S极）与其内圆柱形磁体（N极）之间的空隙中存在一辐向磁场，辐向磁场分布关于圆柱体的中轴线对称（距中轴线距离相等处的磁感应强度大小相等）。另有一个匝数为n匝、质量为 m、电阻为R、半径为r的圆线圈套在圆柱形磁体上，其线圈导线所在处的磁场的磁感应强度大小均为B。线圈在外力和安培力的共同作用下，以O位置为中心，在C、D之间做振幅为A、周期为T的简谐运动。以O为原点建立坐标如图所示，不计线圈与圆筒间的摩擦。（已知简谐运动的周期公式 （1）若线圈的速度为 v，求此时刻线圈中产生的感应电流为多大? （2）若线圈向x轴正向运动速度为 v时的加速度大小为a，求此时线圈所受的外力表达式? （3）若线圈经过O点（即x=0）时受到的外力大小为 ， 已知匝、质量、电阻， 半径、磁感应强度、线圈振动周期T=2πs，求线圈从O点向右经过 位置时，外力F的功率。 【答案】（1） （2）， （3）0.88W 【解析】 【小问1详解】 线圈的速度为v时，线圈中的感应电动势 通过线圈的感应电流为 【小问2详解】 线圈的速度为v时，有两种情况①线圈在Q处左侧时，有 解得 ②线圈在Q处右侧时，有 解得 【小问3详解】 设导体棒向右经过位置时的速度为v，导体棒回复力与位移的比例系数为k。对棒从O向极端位置运动过程，由动能定理可得 棒做简谐运动的周期 解得k=0.4N/m，A=0.3m 对棒从O向位置的运动过程，由动能定理可得 解得 由导体棒回复力与位移大小成正比特点可知，导体棒向右经过位置时有 解得 因此F的功率 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 南开中学2024—2025学年高二年级第二学期阶段性质量监测 （一） 物理科目 本练习分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共100分，时长60分钟。 第Ⅰ卷 一、单选题（每题5分，共25分） 1. 随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）相比4G频率更高，具有更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。在真空中与4G相比，5G使用的电磁波（ ） A. 波长更短 B. 衍射更明显 C. 传播速度更大 D. 属于纵波 2. 单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A 时刻线框平面与中性面垂直 B. 线框的感应电动势最大值为 C. 线框转一周外力所做的功为 D. 从到过程中线框的平均感应电动势为 3. 如图为电吹风电路图，a、b为两个固定触点，c、d为可动扇形金属触片P上的两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数，已知小风扇额定电压为50V，下列说法正确的是（　　） A. 停机时c与b接触 B. 吹热风时c与a接触，d与b接触 C. 吹冷风时d与a接触 D. n1∶n2=11∶2 4. 如图，有一小型水电站发电机的输出功率为50kW，发电机的输出电压为250V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电电压为10kV，输电线的总电阻R为10Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V，两变压器均视为理想变压器，下列说法正确的是（ ） A. 升压变压器原、副线圈的匝数之比为1：200 B. 输电线上损失的功率为250W C. 降压变压器原、副线圈中的电流之比为995∶22 D. 图中与灯泡串联的“300V，1000μF”的电容器一定会被击穿 5. 如图所示，几个摆长相同的单摆，它们在不同条件下的周期分别为、、、，关于周期大小关系的判断，正确的是（　　） A B. C. D. 二、多选题（每题5分，共25分，少选得3分，多选错选不得分） 6. 如图所示，在竖直平面内的MM'和NN'之间存在垂直平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，MM'和NN'之间的距离为h，在MM'上方高h处一长度为2L、宽度为L的矩形导体线框从静止开始下落。已知h>L，线框的质量为m，电阻为R，线框下落过程中ab边始终保持水平，不考虑空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A. 线框进入磁场的过程中线框中电流方向是a→b→c→d→a B. 线框在完全进入匀强磁场后有可能做匀速直线运动 C. 若线框刚进入匀强磁场区域时做匀速直线运动，则线框中电流的功率为 D. 线框进入磁场的过程中通过导线截面的电荷量为 7. 演示自感现象的实验电路如图所示，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器R1接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，A1，A2为两个完全相同的灯泡，下列判断正确的是（ ） A. 接通开关S，灯A1、A2立即变亮 B. 接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮 C. 接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D. 接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭 8. 如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，波源平衡位置位于，图中的实线和虚线分别为和时的波形图。关于该简谐波，下列说法正确的是（ ） A. 周期一定为1.2s B. 波速可能为10m/s C. 处的质点在t=0.3s时加速度方向为沿y轴正方向 D. 若位于处观察者沿x轴负方向靠近波源，则观察者接收到的频率比波源振动频率更大 9. 一列简谐横波沿x轴传播，图甲是波传播到x=5m的质点M时的波形图，令此时刻t=0，图乙是质点N（x=3m）的振动图像，Q是位于x=10m处的质点，则下列说法正确的是（ ） A. Q点开始振动的方向沿方向 B. t=0至t=3s时间内，质点M的路程为10cm C. 自质点Q开始振动，Q和原点的振动方向始终相反 D. ，质点Q的位移为 10. 频率相同的两列水波相遇，能够形成“稳定”的干涉图样。如图所示为两个频率相同、振幅均为A的相干波源产生的水波在水面上传播产生的干涉现象，其中实线和虚线分别表示两列波的波峰和波谷，时刻P是波峰与波峰相遇的点，下列说法正确的是（　　） A. 质点P和质点M在图示时刻的高度差为 B. 质点P、M是振动加强点，再过半个周期，质点Q、N也成为振动加强点 C. 质点M振动一个周期，其路程为 D. 若质点M振动的频率为，则从图示时刻起经后质点M的运动方向竖直向下 第Ⅱ卷 三、实验题（共8分） 11. 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。 （1）䄬如图组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图甲所示。这样做的目的是 （填选项前字母）。 A. 保证摆动过程中摆长不变 B. 需要改变摆长时便于调节 C. 保证摆球在同一竖直平面内摆动 D. 可使周期测量得更加准确 （2）他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=1.0000m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_______mm，单摆摆长为________________m（该空结果保留五位有效数字）。 （3）下列振动图像真实地描述了该单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图像，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 （填字母代号）。（已知，） A. B. C. D. 四、解答题 12. 如图所示，竖直悬挂的轻弹簧下端系着A、B两物体，，，弹簧的劲度系数为k=40N/m，剪断A、B间的细绳后，A做简谐运动，不计空气等阻力，弹簧始终没有超过弹性限度，g取。求： （1）剪断细绳瞬间回复力大小； （2）A做简谐运动振幅； （3）A在最高点时的弹簧弹力大小。 13. 在芯片制造过程中，离子注入是芯片制造重要的工序。甲图是我国自主研发的离子注入机，乙图是离子注入机的部分工作原理示意图。从离子源发出的离子经电场加速后沿水平方向先通过速度选择器，再进入磁分析器，磁分析器是中心线半径为R的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔，利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片（未画出）上，完成离子注入。已知速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向外；速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E。整个系统置于真空中，不计离子重力。求： （1）能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小v； （2）能通过N打到硅片上的离子的比荷，并判断该离子的带电性质。 14. 某实验室设计了一个装置，如图所示，水平固定的圆筒形磁体（S极）与其内圆柱形磁体（N极）之间的空隙中存在一辐向磁场，辐向磁场分布关于圆柱体的中轴线对称（距中轴线距离相等处的磁感应强度大小相等）。另有一个匝数为n匝、质量为 m、电阻为R、半径为r的圆线圈套在圆柱形磁体上，其线圈导线所在处的磁场的磁感应强度大小均为B。线圈在外力和安培力的共同作用下，以O位置为中心，在C、D之间做振幅为A、周期为T的简谐运动。以O为原点建立坐标如图所示，不计线圈与圆筒间的摩擦。（已知简谐运动的周期公式 （1）若线圈的速度为 v，求此时刻线圈中产生的感应电流为多大? （2）若线圈向x轴正向运动速度为 v时的加速度大小为a，求此时线圈所受的外力表达式? （3）若线圈经过O点（即x=0）时受到的外力大小为 ， 已知匝、质量、电阻， 半径、磁感应强度、线圈振动周期T=2πs，求线圈从O点向右经过 位置时，外力F的功率。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$