2023-2024学年山东省淄博市高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共24分。
1.如图所示是我国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中记录了“古琴正声”实验，该实验比世界上其他同类实验早了多年。其操作是：剪一小纸人放在需要调整音准的弦上，然后拨动另一个音调准确的琴上对应的琴弦，同样的拨动力度下，小纸人跳动越明显代表音调越准确。下列说法正确的是( )
A. “古琴正声”实验是利用了声音的反射现象
B. “古琴正声”实验是利用了声音的衍射现象
C. “古琴正声”实验是利用了声音的干涉现象
D. “古琴正声”实验是利用了声音的共振现象
2.甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为，则碰撞过程中两物块损失的机械能为( )
A.
B.
C.
D.
3.如图所示为某品牌玩具的电动机及其伏安特性曲线，由该图像可知( )
A. 该电动机内阻为
B. 电压为时该电动机损失的热功率为
C. 电压为时该电动机的输出功率为
D. 电压为时该电动机的总功率为
4.常规材料的折射率都为正值。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角与折射角仍满足，但是折射光线与入射光线位于法线的同一侧此时折射角取负值。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出，若该材料对此电磁波的折射率，能正确反映电磁波穿过该材料传播路径的示意图是( )
A. B.
C. D.
5.年月日时分，德州市平原县发生级地震。已知地震波分三种：横波波，波速；纵波波，波速；面波波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波，波速。某地震观测台记录到的该地震曲线，如图甲所示；另外位于震源上方某中学的简易地震预警装置，由单摆和竖直弹簧振子组成，、的固有周期相同，如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 地震发生时最先明显振动的是单摆
B. 地震曲线中为横波波
C. 地震曲线中为面波波
D. 若在地震曲线上测得纵波波与横波波的时间差为，则地震观测台距震源约为
6.小齐同学利用光的双缝干涉原理测量液体的折射率。方法是将待测液体填充到特制透明容器中容器未画出，不考虑器壁对光的影响，放置在双缝与光屏之间之前为空气，如图所示。测量填充前的相邻两条亮条纹中心间距和填充后的相邻两条亮条纹中心间距，然后可以计算出该液体的折射率。已知常见的液体折射率如表所示，某次实验测得，则该液体为( )
介质 水 酒精 煤油 花生油
折射率
A. 水 B. 酒精 C. 煤油 D. 花生油
7.如图所示，回旋加速器两个形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子初速度不计电荷量为，质量为，粒子最大回旋半径为，则( )
A. 粒子在形金属盒内做匀加速运动
B. 所加交流电源的周期为
C. 粒子加速后获得的最大速度大小为
D. 粒子加速后获得的最大动能等于
8.元好问曲中有“骤雨过，珍珠乱糁，打遍新荷”。为估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强，小齐在雨天将一圆柱形水杯置于露台，测得小时内杯中水上升了。查询得知，当时雨滴竖直下落速度约为。据此估算该压强约为设雨滴撞击莲叶后无反弹，不计雨滴重力，雨水的密度为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.如图所示，宽为、电阻不计的平行光滑金属导轨与水平面成角放置。质量为、长度为的金属杆水平放置在导轨上，与导轨接触良好。空间存在着匀强磁场，调节电阻箱使回路总电流为时，金属杆恰好能静止，重力加速度为，则( )
A. 若磁场方向竖直向上，则磁感应强度的大小应为
B. 若磁场方向竖直向上，则磁感应强度的大小应为
C. 磁感应强度最小值为，此时磁场方向应垂直于金属杆水平向左
D. 磁感应强度最小值为，此时磁场方向应垂直于导轨平面向上
10.如图所示，磁感应强度大小为的匀强磁场方向垂直纸面向里，图中虚线为磁场的边界，其中段是半径为的四分之一圆弧，、的延长线通过圆弧的圆心，长为。一束质量为、电荷量为的带正电粒子，在纸面内以不同的速率从点垂直射入磁场，已知所有粒子均从圆弧边界射出，其中、是圆弧边界上的两点，不计粒子间的相互作用和重力。下列说法正确的是( )
A. 所有粒子在磁场中运动的速度最小值为
B. 所有粒子在磁场中运动的最短时间为
C. 从点射出粒子的速率一定小于从点射出粒子的速率
D. 从点射出粒子在磁场中运动时间一定小于从点射出粒子运动时间射出和程运动时间
11.将力传感器连接到计算机上可以测量快速变化的力。图甲中，为单摆的悬点，将传感器接在摆线与点之间，把可视为质点的摆球拉到点，细线处于张紧状态，释放摆球，摆球在竖直平面内的、之间来回摆动，点为运动最低位置，，小于且是未知量。图乙是由计算机得到细线对摆球的拉力大小随时间变化的图像，且图中为摆球从点开始运动时刻，重力加速度大小，则( )
A. 单摆的周期
B. 单摆的摆长
C. 摆球的质量
D. 摆球运动过程中的最大速度的大小为
12.如图，水平面上有两个静止的可视为质点的小物块和，其连线与墙垂直，、之间以及与墙之间距离均为；的质量为，的质量为已知，与水平面间光滑，与水平面间的动摩擦因数为，现使以初速度向右滑动，与发生弹性碰撞。若与墙发生碰撞，该碰撞为时间极短的弹性碰撞。重力加速度大小为。( )
A. 若能与墙发生碰撞，需满足
B. 若能与墙发生碰撞，需满足
C. 若，与发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间间隔为
D. 若，与发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间间隔为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.年月日，“天宫课堂”演示了“验证动量守恒定律的实验”。
如图甲所示，质量的测量是通过舱壁上打开的一个支架形状的质量测量仪完成的。在计算机设定的恒力作用下，物体由静止开始运动，测量装置能够测量出物体运动的距离和时间，从而计算出质量 ______用、、表示。
如图乙所示，质量为的钢球静止悬浮在空中，航天员用手推出质量为的钢球，使它以一定的初速度水平向左撞向钢球，撞后钢球、同时沿水平向相反方向运动。已知后面的背景板上小方格的边长为，分析航天员上述演示的钢球碰撞实验视频，在航天员推出球后，每隔连续截取三张照片，如图丙所示。
选取水平向左为正方向，则两球碰撞前：、的总动量为______；两球碰撞后：的动量为______，的动量为______。比较、碰撞前后的动量之和，得出的实验结论是______。
14.一粗细均匀的导电材料样品，截面为同心圆环，该样品的外径，内径，如图甲所示。某同学设计实验测量该样品的电阻率，实验步骤如下：
如图乙所示，用游标卡尺测得该样品长度 ______。
用多用电表测得该样品阻值约为，为精确的测量其电阻阻值，可供选择的器材如下：
待测导电样品
电流表量程，内阻为
电流表量程，内阻为
电流表量程，内阻
定值电阻
定值电阻
滑动变阻器，额定电流
直流电源电动势约为，内阻不计
开关一只，导线若干
根据实验器材，设计实验电路如图丙所示，图中电流表应选择______，图中电流表应选择______，定值电阻应选择______。选填所选器材的字母代号
实验中调节滑动变阻器，测得电流表、对应的多组电流值、，做出的图像如图丁所示，可得该导电样品的电阻阻值为______。
由以上数据，计算可得该样品电阻率为______。取
四、计算题：本大题共4小题，共46分。
15.如图，一半径为的透明材料半球，点是半球的球心，虚线表示光轴过球心与半球底面垂直的直线。已知该材料的折射率为，光在真空中的传播速度为。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出不考虑被半球的内表面反射后的光线。
半球底面上多大区域面积的入射光线能够直接从球面射出；
距光轴的入射光线，经球面折射后与光轴相交，求该光线从进入半球到该交点的时间。已知
16.一列简谐横波在介质中沿轴正方向传播，波长不小于。和是介质中平衡位置分别位于和处的两个质点。时开始观测，此时质点的位移，质点处于波峰位置；时，质点第一次回到平衡位置：时，质点第一次回到平衡位置。求：
简谐波的周期、波速和波长；
质点的位移随时间变化的关系式。
17.小车静置于光滑水平面上，小车上表面由长为的水平轨道与半径为的光滑圆弧轨道平滑连接组成。一个质量为的滑块静止在小车的左端。用一根不可伸长、长度为的轻质细绳悬挂一质量也为的小球，小球静止时恰好和接触，现将小球向左拉到与悬点同一高度处细线处于伸直状态由静止释放，小球摆到最低点时与滑块发生弹性正碰碰撞时间极短，、均可视为质点，、间动摩擦因数为，重力加速度为。
、碰前瞬间，求绳对球的拉力大小；
若，、碰后，滑块水平冲上小车恰好可以滑到圆弧轨道的最高点，求小车的质量；
保持小车质量与问相同，若，将轻质细绳悬点位置提高至原来的倍，使绳长变为，再次将小球向左拉到与悬点等高处细线处于伸直状态由静止释放，小球与滑块弹性正碰后，求滑块上升过程中距圆弧轨道最低点的最大高度。
18.如图所示，建立平面直角坐标系，在第一象限区域中充满磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外的匀强磁场。在第四象限区域Ⅱ中充满磁感应强度大小为为常数，方向垂直纸面向里的匀强磁场。轴为两个不同磁场区域的分界线。时刻，一质量为，电荷量为的带正电粒子不计粒子重力从位于点正上方的点以的初速度沿轴正方向进入磁场。
若，求粒子第一次经过轴时的横坐标以及时间；
若、，求粒子第二次经过轴回到区域中速度沿轴正方向时的位置坐标；
若，为了使粒子不从左边界离开磁场，求的最大值；
若，且为问中的最大值，最终粒子从磁场右边界射出，求粒子在磁场中运动的总时间。已知
参考答案
1.
2.
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8.
9.
10.
11.
12.
13. 在碰撞过程中、小球组成的系统动量守恒
14.
15.解：光路图如图所示：
设从底面上处射入的光线在球面上发生折射时的入射角刚好等于全反射临界角时，对应入射光线到光轴的距离最大，从球面射出的光线对应的面积最大；
由全反射临界角公式，解得临界角，
根据数学知识，
半球底面上的最大面积，
故入射光线能够直接从球面射出的底面上面积为；
设距光轴的入射光线在球面点发生折射时的入射角和折射角分别为和，光路图如图所示：
根据数学知识，解得入射角，
根据数学知识，
根据折射率公式，
传播时间，
由折射定律，折射角，解得折射角，
设折射光线与光轴的交点为，根据数学知识，，
在中，由正弦定理有，
代入数据解得，
光的传播时间，
该光线从进入半球到该交点的时间。
16.解：由于质点在内由波峰位置第一次回到平衡位置，经历的是个周期，故
解得周期
由于时点在平衡位置，时，在平衡位置，时间差
则波速
波长
设质点的位移随时间变化的关系为
由于在时，，则
在时，，则
联立解得，
故质点的位移随时间变化的关系式为
答：简谐波的周期为、波速为，波长为；
质点的位移随时间变化的关系式为。
17.解：球由静止释放至摆到最低点的过程中由动能定理得
碰前瞬间，对球由牛顿第二定律得
解得
取水平向右为正方向，、碰撞过程中由动量守恒定律和能量守恒定律得
取水平向右为正方向，滑块水平冲上小车至滑到圆弧轨道的最高点的过程中由动量守恒定律和能量守恒定律得
解得
球由静止释放至摆到最低点的过程中由动能定理得
取水平向右为正方向，、碰撞过程中由动量守恒定律和能量守恒定律得
滑块水平冲上小车至滑到圆弧轨道的最高点的过程中由动量守恒定律和能量守恒定律得
小球飞出后，竖直方向做竖直上抛运动，则竖直方向上有
小球上升过程中距圆轨道最低点的最大高度
解得
答：、碰前瞬间，绳对球的拉力大小；
若，、碰后，滑块水平冲上小车恰好可以滑到圆弧轨道的最高点，小车的质量为；
滑块上升过程中距圆弧轨道最低点的最大高度。
18.解：粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
解得
作出粒子运动轨迹如图所示
根据几何关系有
解得
则粒子第一次经过轴时的横坐标
解得
粒子圆周运动的周期
则粒子粒子第一次经过轴时的时间
解得
；
若，粒子在第四象限磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
解得
作出粒子运动轨迹如图所示
根据几何关系有
解得
即坐标为
；
若，粒子在第四象限磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
解得
此时粒子在第一象限中的轨迹与轴相切，如图所示
几何关系满足
解得
故此时的最大值为
；
在第三问情况下，第一次穿过轴时到轴的距离满足
第二次穿过轴时到轴的距离满足
在此过程中，离轴的最远距离为
第三次穿过轴时到轴的距离满足
则粒子第四次穿过轴时到轴的距离满足
在此过程中，离轴的最远距离为
且在第四象限中离轴的最远距离为
故在此过程中，粒子从第一象限离开右侧边界。由几何关系可知，粒子离开磁场时的方向与水平方向夹角满足
在第四象限中的运动周期为
故运动的总时间为
。
答：若，粒子第一次经过轴时的横坐标为，时间为；
若、，粒子第二次经过轴回到区域中速度沿轴正方向时的位置坐标为；
若，为了使粒子不从左边界离开磁场，的最大值为；
若，且为问中的最大值，最终粒子从磁场右边界射出，粒子在磁场中运动的总时间为。
第1页，共1页
