江苏省南京市南京师范大学附属中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题（解析版）

南京师大附中2023～2024学年度第1学期高二年级期末考试物理试卷2024.01.19本试卷分选择题和非选择题两部分，共100分，考试用时75分钟。注意事项：答题前，考生务必将自己的班级、姓名写在答题卡上。选择题答案按要求填涂在答题卡上；非选择题的答案写在答题卡上对应题目的答案空格内，答案不写在试卷上。一、单项选择题：本题共10题，每题4分，共40分，每题只有一个选项最符合题意。1.下列关于光的说法合理的是（）A.图甲是光导纤维的工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小B.图乙是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”C.图丙中的M、N是偏振片，Р是光屏。当M固定不动、N缓慢转动时，光屏Р上光斑的亮度出现明、暗交替变化，此现象表明光波是纵波D.图丁是空气中双缝干涉原理图，若到、（、到S等距）的路程差是半波长的偶数倍，则处是亮纹中心【答案】D【解析】【详解】A．图甲是光导纤维的工作原理示意图，利用的是光在内芯中发生全反射，所以内芯的折射率比外套的折射率大，故A错误；B．图乙是“牛顿环”，一种薄膜干涉现象，故B错误；C．图丙中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光度将明、暗交替变化，即偏振现象，只有横波才有偏振现象，表明光波是横波，故C错误；D．图丁是空气中双缝干涉原理图，若P1到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，说明P1点是振动加强的点，则P1处是亮纹，故D正确。故选D。2.如图所示是车站、机场等场所用于安全检查的安检门，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流。如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。下列关于安检的说法正确的是（）A.安检门能检查出毒贩携带的毒品B.安检门能检查出旅客携带的金属水果刀C.安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理D.如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作【答案】B【解析】【分析】【详解】A．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到。则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，故A错误；B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀，故B正确；C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C错误；D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。故选B。3.如图所示，我国的球面射电望远镜（FAST）是世界上最大的单口径射电望远镜，被称为“超级天眼”。“天眼眼眶”的直径为D，其所在处地磁场的磁感应强度大小为B，与“眼眶”平面平行、垂直的分量大小分别为、，则（）A.、、三者大小关系满足B.穿过“眼眶”的磁通量大小为C.在地球自转的过程中，穿过“眼眶”磁通量的变化量为0D.在地球自转的过程中，穿过“眼眶”磁通量的变化量为【答案】C【解析】【详解】A．由题意，可知故A错误；B．根据磁通量定义式可得穿过“眼眶”的磁通量大小为故B错误；CD．地球自转90°或180°的过程中，“超级天眼”相对地球的位置没变，穿过“眼眶”的磁通量没有发生变化，所以磁通量的变化量为零，故C正确，D错误。故选C。4.每年夏季，我国多地会出现如图甲所示日晕现象。日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（）A.a光频率较大B.在冰晶中，b光的传播速度比a光小C.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光临界角小D.通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距大【答案】B【解析】【详解】A．由光路可知，a光的偏折程度较小，则折射率较小，则频率较小，选项A错误；B．在冰晶中，根据可知，b光的折射率较大，则传播速度比a光小，选项B正确；C．根据可知，从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，选项C错误；D．根据可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的波长小，则相邻亮条纹间距小，选项D错误。故选B。5.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖为长方体，某同学在纸上画出的界面、与玻璃砖实际位置的关系如图所示。光与成夹角从上表面射入玻璃砖，从下表面射出，该同学其他实验操作均正确，且均以、为界面画光路图，下列说法正确的是（）A.该同学测得的折射率与真实值相比偏小B.该同学测得的折射率与真实值相比不变C.若增大，在另一侧可能观察不到出射光线D.若玻璃砖在纸面内转过了一个较小的角度，入射光线与出射光线可能不平行【答案】A【解析】【详解】AB．如图所示该同学作出的折射光线为图中虚线，实际折射光线为图中实线，由此可知折射角的测量值大于真实值，根据折射定律可知折射率的测量值与真实值相比偏小，故B错误，A正确；C．若增大θ，入射角减小，折射后从玻璃射入空气的入射角一定小于临界角，故一定能折射出玻璃，且入射角减小，平移距离减小，一定能在另一侧能观察到出射光线，故C错误；D．若玻璃砖在纸面内转过了一个较小的角度，由光路可逆可知，入射光线与出射光线仍平行，故D错误。故选A。6.某同学学习了电磁感应相关知识之后，做了探究性实验：将闭合线圈按图示方式放在电子秤上，线圈上方有一N极朝下、竖直放置的条形磁铁，手握磁铁在线圈的正上方静止，此时电子秤的示数为。将磁铁N极（）A.加速插向线圈的过程中，电子秤的示数小于B.加速抽出线圈的过程中，电子秤的示数大于C.加速插入线圈瞬间，线圈中感应电流沿逆时针方向（俯视）D.加速插入线圈瞬间，线圈中感应电流沿顺时针方向（俯视）【答案】C【解析】【详解】AB．将条形磁铁插入线圈或从线圈中抽出的过程，穿过线圈的通量发生了变化，线圈中产生了感应电流，线圈与条形磁铁会发生相互作用，根据楞次定律的准论“来拒去留”可知，在将磁铁插入线圈（无论是匀速、加速还是减速）的过程中，与磁铁相互排斥，导致电子的示数大于，在抽出磁铁（无论是匀速、加速还是减速）的过程中，线与磁铁相互吸引，导致电子秤的示数小于，故AB错误；CD．根据楞次定律可判断，将一条形磁铁的N极加速插向线圈时，线圈中产生的感应电流方向为逆时针方向（俯视），故D错误，C正确。故选C。7.如图所示，用一段导线围成半径为R的圆弧AB，圆心为O，导线中通有顺时针方向的电流，在导线所在的平面（纸面）内加某一方向的匀强磁场，导线受到的安培力最大且方向垂直纸面向外。则下列说法正确的是（）A.磁场方向垂直AB向下B.若仅将导线绕О点在纸面内顺时针转过，安培力变为原来的C.若仅将导线绕О点在纸面内顺时针转过，安培力的大小不变D.若仅将磁场方向变为垂直纸面向外，安培力大小和方向均发生变化【答案】B【解析】【详解】B．由图可知导线的等效长度等于圆弧的半径，旋转前导线所受的安培力大小为若导线绕O点顺时针转过，则磁场与AB连线的夹角为，则导线所受的安培力大小为故B正确；A．由左手定则可判断，磁场的方向垂直AB向上，故A错误；C．若导线绕O点顺时针转过90°，磁场与AB平行，则导线所受的安培力为零，故C错误；D．仅将磁场方向变为垂直纸面向外，则磁场与AB仍垂直，导线所受的安培力垂直AB向下，磁场力的大小仍为故D错误。故选B。8.如图所示，OACD是一长为的矩形，其内存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、带电量为q的粒子从О点以速度垂直射入磁场，速度方向与OA的夹角为，粒子刚好从A点射出磁场，不计粒子的重力，则（）A.粒子一定带正电B.矩形磁场的宽度最小值为C.粒子从О到A所需的时间为D.匀强磁场的磁感应强度为【答案】D【解析】【详解】A．由左手定则可知，粒子一定带负电，选项A错误；B．轨迹半径矩形磁场的宽度最小值为选项B错误；C．粒子从О到A所需的时间为选项C错误；D．根据可得匀强磁场的磁感应强度为选项D正确。故选D。9.如图所示，一个平行于纸面的等腰直角三角形导线框，水平向右匀速运动，穿过宽度为d的匀强磁场区域，三角形两直角边长度为2d，线框中产生随时间变化的感应电流i，规定逆时针为感应电流的正方向，下列图形正确的是（）A. B. C. D.【答案】A【解析】【详解】在0-时间内，线框进入磁场时磁通量向里增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场向外，因此感应电流沿逆时针方向。随着线框的运动，导线切割磁感线有效长度均匀减小，产生的感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小；在时间内，穿过线框的磁通量向里减小，根据楞次定律知，感应电流沿顺时针方向，穿过线框的磁通量均匀减小，产生的感应电流不变；在时间内，时间内，穿过线框的磁通量向里减少，根据楞次定律知，感应电流沿顺时针方向，线框有效切割长度均匀减小，产生的感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小，故选A。10.霍尔元件是一种重要的磁传感器，利用霍尔元件将电压表改装为磁强计的原理如图所示，导电物质为电子的长方体霍尔元件三边长度分别为、、，放在与它垂直的匀强磁场中。当恒定电流I（由电流表显示）通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生霍尔电压（由伏特表显示），它的霍尔系数为k。通过电压表示数可以计算出匀强磁场磁感应强度B的大小，下列说法正确的是（）A.b是电压表V“+”接线柱B.电压表V示数与磁感应强度B的大小成反比C.为提高磁强计的灵敏度，可适当减小D.为提高磁强计的灵敏度，可将滑动变阻器R的触头P向左调节少许【答案】D【解析】【详解】A．由左手定则可知，电子向后侧面偏转，则b是电压表V“-”接线柱，选项A错误；B．根据解得电压表V示数U=Bd3v则与磁感应强度B的大小成正比，选项B错误；CD．根据可得则d3对提高磁强计的灵敏度无影响，可将滑动变阻器R的触头P向左调节少许，从而增加电流I，选项C错误，D正确。故选D。二、非选择题：共6题，共60分。其中第13题～第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。11.在实验室用双缝干涉测光的波长，实验装置如图所示：（1）为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量n个条纹的间距再求出。下列实验采用了类似方法的有__________。A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量B．《用单摆测重力加速度》实验中单摆周期的测量C．《探究弹簧弹力与形变量的关系》实验中弹簧形变量的测量（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，如图所示，测得第1条亮条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为x，则单色光的波长__________。（3）下列关于实验过程中的若干现象的表述正确的有__________。A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽B．将光源向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽C．实验装置中，器材B的作用是使射向单缝的光更集中D．去掉滤光片后，干涉现象消失【答案】①.B②.③.AC##CA【解析】【详解】（1）[1]先测量n个条纹的间距再求出，采用的是放大测量取平均值。A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量，属于等效替代法，故A错误；B．《用单摆测重力加速度》实验中单摆周期的测量，属于放大测量取平均值，故B正确；C．《探究弹簧弹力与形变量的关系》实验中弹簧形变量的测量，属于多次测量取平均值，故C错误。故选B。（2）[2]第1条亮条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为x，则相邻亮条纹间距为结合可得（3）[3]A．由知，将滤光片由蓝色的换成红色的，光的波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确；B．将光源向双缝移动一小段距离后，不影响L与d，故干涉条纹间距不变，故B错误；C．器材B为凸透镜，具有汇聚光线的作用，使光线更集中，故C正确；D．去掉滤光片后，得到的是白光的干涉条纹，即彩色干涉条纹，故D错误。故选AC。12.某研究小组在探究影响感应电流方向的因素时，设计并进行了如下几个实验：（1）实验方案1：采用如图甲所示实验装置，若滑动变阻器采用限流接法，请用笔画线代替导线将实物电路补充完整__________。（2）在方案1的实验过程中观察到，闭合开关时灵敏电流计的指针向右偏转了一下，则在电路稳定后，再将滑动变阻器迅速向右滑动，电流计的指针将向__________偏转（填“左”或“右”）。（3）实验方案2：采用如图乙所示实验装置，把条形磁铁N极向下插入线圈时，二极管A发光；拔出时，二极管B发光。则线圈缠绕方向为图乙中的__________（填“①”或“②”）。【答案】①.②.左③.①【解析】详解】（1）[1]电路连线如图；（2）[2]在方案1中闭合开关时灵敏电流计的指针向右偏转了一下，即穿过线圈B的磁通量增加时电流计指针右偏；则在电路稳定后，再将滑动变阻器迅速向右滑动，则阻值变大，电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，则电流计的指针将向左偏转。（3）[3]实验方案2：采用如图乙所示实验装置，把条形磁铁N极向下插入线圈时，磁通量向下增加，二极管A发光，说明螺线管中产生的感应电流从上到下；拔出时磁通量向下减小，二极管B发光，说明螺线管中产生的感应电流从下到上。根据楞次定律可得线圈缠绕方向为图乙中的②。13.如图甲所示，空间中存在水平向右的匀强电场和垂直纸面向内的匀强磁场，如图乙所示的空间仅存在水平向右的匀强电场，两区域中的电场强度相同。质量相同的带电微粒a和b分别在甲、乙区域沿图示虚线做直线运动，运动轨迹均与水平方向成角。（1）判断微粒a和b的电性；（2）求微粒a和b所带电量大小的比值。【答案】（1）粒子a带正电荷，粒子b带负电荷；（2）【解析】【详解】（1）受力分析如图粒子a带正电荷，粒子b带负电荷（2）根据平衡条件和牛顿第二定律，对a对b所以14.如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m、电阻为的金属棒ab静止在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度匀速向右扫过金属棒后，金属棒的速度变为v。导轨的电阻不计，导轨光滑且足够长，棒始终与导轨接触良好。求：（1）MN刚扫过棒时，a、b两端之间的电势差；（2）PQ刚要离开棒时，电阻R的热功率P。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）MN刚扫过金属杆时，杆上产生的感应电动势为感应电流为根据右手定则，电流从a向b，所以（2）PQ刚要到达金属杆时，杆上产生的感应电动势为感应电流为电阻R消耗的电功率15.如图，在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨CD、EF，导轨上放有一金属棒MN，棒中通有图示方向电流I，I随时间变化规律满足（，且为已知常量）。现从时刻由静止释放金属棒。已知磁感应强度为B，金属棒的质量为m，长度为L，棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度为g。试求：（1）经多长时间金属棒MN的速度达到最大；（2）金属棒MN的最大速度；（3）金属棒MN受到的摩擦力的最大值。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）导线受安培力为根据左手定则可知，安培力方向垂直纸面向里，导致棒在运动过程中受到摩擦