河北省唐山市2022-2023学年高二上学期物理期末试卷

试卷更新日期：2023-02-28 类型：期末考试

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一、单选题

1. 在图中，弹簧振子从平衡位置 $O$ 向最右位置 $C$ 的运动过程中（　　）

A、加速度不断增大的减速运动 B、加速度不断减小的加速运动 C、加速度不变的加速运动 D、加速度不断减小的减速运动

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2. 动量守恒定律和能量守恒定律是现代物理学中的基本守恒定律，下列说法正确的是（　　）

A、如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变 B、动量守恒定律的研究对象只适应于宏观、低速领域 C、在某一过程中，初态和末态动量相同，则系统在该过程中动量一定守恒 D、在某个过程中，一个系统的动量守恒，则该系统的机械能也一定守恒

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3. 如图所示，长为 $2 l$ 的直导线折成边长相等、夹角为 $60^{\circ}$ 的 $V$ 型，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 $B$ 。当在导线中通以电流 $I$ 时，该 $V$ 型通电导线受到的安培力为（　　）

A、大小为 $B I l$ ，方向竖直向下 B、大小为 $B I l$ ，方向竖直向上 C、大小为 $\sqrt{3} B I l$ ，方向竖直向下 D、大小为 $\sqrt{3} B I l$ ，方向竖直向上

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4. 在同一地点，甲、乙两个单摆做简谐运动的振动图像如图所示，由图像可知（　　）

A、甲、乙两个单摆的振幅之比为 $1 ∶ 2$ B、甲、乙两个单摆的摆长之比为 $1 ∶ 2$ C、从 $t = 0$ 起，乙第一次到达最大位移时，甲正在向负向运动 D、从 $t = 0$ 起，甲第一次到达最大位移时，乙正在做加速运动

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5. 如图所示，用 $0.5 kg$ 的铁锤钉钉子。打击前铁锤的速度大小为 $4 m/s$ ，方向竖直向下打击后铁锤的速度变为0。设打击时间为 $0.01 s$ ， g取 $10 {m/s}^{2}$ ，铁锤钉钉子的平均作用力（　　）

A、200N B、205N C、20N D、25N

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6. 一列简谐横波在 $t = 0$ 时的波形图如图所示，已知该波正在沿 $x$ 轴正向传播，波速为 $10 m / s$ ，质点 $P$ 位于 $x = 2 m$ 处，下列说法正确的是（　　）

A、这列波的波长为6m，振幅为10cm B、质点 $P$ 正在沿 $y$ 轴负向运动 C、质点 $P$ 的振动频率为 $0.4 Hz$ D、质点 $P$ 做简谐运动的表达式为 $y = 10 sin (5 π t) cm$

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7. 回旋加速器的原理如图所示， $D_{1}$ 和 $D_{2}$ 是两个中空的半径为 $R$ 的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为 $f$ （频率可调）的交流电源上，位于 $D_{1}$ 圆心处的质子源 $A$ 能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速， $D_{1}$ 和 $D_{2}$ 置于与盒面垂直的磁感应强度为 $B$ 的匀强磁场当中。忽略质子在电场中的运动时间，不考虑相对论效应，假设质子在最后一次被加速后，在磁场中运动了半个圆周被引出装置。下列说法正确的是（　　）

A、若要增大引出质子的动能，只需增大加速电压即可 B、若要增大引出质子的动能，只需减小D形盒内的磁感应强度的大小 C、若用此装置加速其他带电粒子，粒子在盒中的运动时间与质子的相同 D、若用此装置加速其他带电粒子，那么粒子在盒中的运动时间与质子的不同

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二、多选题

8. 2009年，华裔物理学家、香港中文大学前校长高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就，获得了诺贝尔物理学奖，高锟被誉为“光纤之父”和“光纤通信之父”，关于光导纤维，下列说法正确的是（　　）

A、光纤通信是光折射定律的应用 B、光纤通信用到了光的全反射原理 C、频率越高的光在同种光纤中传播的速度越慢 D、在光纤中内芯的折射率比外套的折射率小

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9. 如图所示，在光滑的水平面上，质量为 $m_{1}$ 的甲物块以速度 $v$ 向右运动，正前方有一静止的、质量为 $m_{2}$ 的乙物块，乙物块左侧连有一轻质弹簧，从甲物块与弹簧接触到与弹簧分离过程（　　）

A、分离时，甲物块的动量大小可能大于 $m_{1} v$ B、甲、乙两物块组成的系统机械能守恒 C、甲乙共速时，弹簧的弹性势能最大 D、甲与弹簧分离时，乙物块的速度可能为 $v$

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10. 如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图。 $K$ 为电子枪（加速电压为 $U$ ），由枪中沿KA方向射出的电子（电荷量大小为 $e$ ，质量为 $m$ ，不计电子重力），速率大小不一，当电子通过方向互相垂直的匀强电场（场强为 $E$ ）和匀强磁场（磁感应强度为B）后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S，下列说法正确的是（　　）

A、磁场方向必须垂直纸面向外 B、只有当加速电压 $U = \frac{m E^{2}}{2 e B^{2}}$ 时，才有电子从 $S$ 射出 C、只有带负电的粒子（不计重力）才能通过此速度选择器 D、在相互垂直的电场磁场中，只有电子速度满足 $v = \frac{E}{B}$ 时才能通过小孔 $S$

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三、实验题

11. 用“碰撞实验装置”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。用天平测量两个小球的质量 $m_{1} 、 m_{2}$ ，且 $m_{1} > m_{2}$ ；直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过测量相关量，来间接解决这个问题。下面是三个实验小组的实验情况：

(1)、实验小组甲的实验装置如图1所示，图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让入射球 $m_{1}$ 多次从斜轨上A位置静止释放，找到它在水平面上的平均落点 $P_{1}$ ；然后把被碰小球 $m_{2}$ 静置于水平轨道的末端，再将入射小球 $m_{1}$ 从斜轨上A位置静止释放，与小球 $m_{2}$ 相撞，并多次重复，分别找到两球的平均落点 $M_{1} 、 N_{1}$ ，并测量出水平位移 $O M_{1}$ 、 $O P_{1}$ 、 $O N_{1}$ 的长度 $x_{1} 、 x_{2} 、 x_{3}$ 。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______；

A、 $m_{1} x_{1} = m_{1} x_{2} + m_{2} x_{3}$ B、 $m_{1} x_{2} = m_{1} x_{1} + m_{2} x_{3}$ C、 $m_{1} x_{3} = m_{1} x_{2} + m_{2} x_{1}$ D、 $m_{1} x_{2} = m_{1} x_{3} + m_{2} x_{1}$

(2)、实验小组乙的实验装置如图2所示。在水平槽末端的右侧放置一个竖直屏，竖直屏的O点与小球的球心等高。实验时，仍使入射球 $m_{1}$ 多次从斜轨上A位置由静止释放，找到它在竖直屏上的平均落点 $P_{2}$ ；以后重复实验（1）的操作，分别找到两球落在竖直屏上的平均落点 $M_{2}$ 、 $N_{2}$ ，量出 $O M_{2}$ 、 $O P_{2}$ 、 $O N_{2}$ 的高度 $h_{1}$ 、 $h_{2}$ 、 $h_{3}$ 。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______；

A、 $m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{2}}} = m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{3}}} + m_{2} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{1}}}$ B、 $m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{1}}} = m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{3}}} + m_{2} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{2}}}$ C、 $m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{1}}} = m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{2}}} + m_{2} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{3}}}$ D、 $m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{3}}} = m_{1} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{2}}} + m_{2} \cdot \sqrt{\frac{1}{h_{1}}}$

(3)、实验小组丙的实验装置如图3所示，将一斜面 $B C$ 连接在斜槽末端。实验时，还是使入射球 $m_{1}$ 多次从斜轨上A位置由静止释放，得到它落到斜面上的平均落点 $P_{3}$ ；以后重复实验（1）的操作，分别找到两球落在斜面上的平均落点 $M_{3}$ 、 $N_{3}$ ，量出 $B M_{3}$ 、 $B P_{3}$ 、 $B N_{3}$ 的长度 $L_{1} 、 L_{2} 、 L_{3}$ 。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为；（用上述步骤中测量的量表示）

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12. 某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。

(1)、在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时，观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，从而使条纹变得清晰。那么，要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向（填“靠近”或“远离”）双缝的方向移动。

(2)、在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示，此示数为2.320mm。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为mm，由此可求得相邻亮纹的间距 $Δ x =$ mm，进一步用计算式 $λ =$ 可求出该单色光的波长（已知双缝间距为 $d$ ，双缝到屏的距离为 $l$ ，相邻亮纹的间距为 $Δ x$ 表示）。

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四、解答题

13. 地磁场可以有效抵御宇宙射线的侵入。某物理兴趣小组，为了研究地磁场，设置了如下模型∶赤道剖面外地磁场可简化为包围地球厚度为 $\frac{R}{2}$ 的匀强磁场，方向垂直该剖面，地球半径为 $R$ 。宇宙射线含有一种带电粒子，质量为 $m$ ，带电量为 $q$ ，以速度 $v$ 正对地心射入该磁场区域，轨迹恰好与地面相切，如图所示。（不考虑大气对粒子运动的影响，不计粒子的重力。）

(1)、判断带电粒子的电性；

(2)、求粒子运动的轨道半径 $r$ ；

(3)、求该区域的磁感应强度大小。

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14. 如图所示，某均匀透明液滴（视为球形）的截面图是圆心在 $O$ 点、半径为 $R$ 的圆。一束红光从空中（看作真空）平行直径 $A O B$ 射到圆上的 $C$ 点，入射角 $i = 60^{\circ}$ ，射入球内经过一次反射后从 $D$ 点再次平行 $A O B$ 折射向空中。求∶

(1)、液滴对红光的折射率 $n$ ；

(2)、红光从 $C$ 点射入液滴，经一次反射从 $D$ 点射出，红光在液滴内传播的时间 $t$ 。（光在真空中的传播速度为 $c$ ）

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15. 某物理小组通过碰撞后的物块研究过山车的原理，提出了下列设想∶取一个与水平方向夹角为 $θ = 60^{\circ}$ ，长为 $l_{1} = 2 \sqrt{3} m$ 的倾斜轨道 $C D$ ，通过微小圆弧与长为 $l_{2} = \frac{\sqrt{3}}{2} m$ 的水平轨道 $D E$ 相连，竖直光滑圆轨道与水平轨道相切于 $E$ 点，入口与出口均为水平轨道上 $E$ 处，如图所示，圆轨道与倾斜轨道在同一竖直平面内。一水平台面距 $C$ 点高度 $h = 0.90 m$ ，物块 $a$ 以初速度 $v_{0}$ 从 $A$ 点向右运动，经过位移 $s = \sqrt{3} m$ 与静止在台面最右端 $B$ 点的物块 $b$ 发生弹性正碰，碰后物块 $b$ 以一定的初速度水平抛出，到 $C$ 点时物块 $B$ 的速度方向恰沿 $C D$ 方向，并沿倾斜轨道滑下。已知物块 $a 、 b$ 质量相同，且与 $A B 、 C D 、 D E$ 间的动摩擦因数均为 $μ = \frac{\sqrt{3}}{3} ， g$ 取 $10 m / s^{2}$ ，不计空气阻力。求∶

(1)、碰撞后瞬间物块 $b$ 的速度；

(2)、物块 $a$ 在 $A$ 点的初速度的大小；

(3)、要使物块 $b$ 在竖直圆轨道上运动不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径 $R$ 应该满足什么条件？

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