2021-2022学年陕西省渭南市白水县高二（下）期末物理试卷（含解析）

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2021-2022学年陕西省渭南市白水县高二（下）期末物理试卷

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）

1. 下列能揭示原子具有核式结构的实验是(    )

A. 伦琴射线的发现 B. 粒子散射实验
C. 康普顿效应 D. 氢原子光谱的发现

2. 在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是(    )

A. 光电效应是瞬时发生的
B. 所有金属都存在极限频率
C. 光电流随着入射光增强而变大
D. 入射光频率越大，光电子最大初动能越大

3. 下列说法正确的是(    )

A. 半衰期就是原子核全部衰变所需要时间的一半
B. 射线是由原子核内放射出的氦核，它具有较强的电离能力
C. 比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢靠，原子核越稳定
D. 根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小

4. 在图示电路中，电阻和线圈的阻值相同，和是两个完全相同的灯泡，线圈电感足够大且线圈的阻值小于灯泡阻值．下列说法正确的是(    )

A. 闭合开关瞬时，先亮，后亮
B. 断开开关后，和都慢慢熄灭
C. 断开开关后，慢慢熄灭，立即熄灭
D. 断开开关后，闪亮一下后慢慢熄灭，立即熄灭
 

5. 一个铁球，从静止状态由高处自由下落，然后陷入泥潭中，从进入泥潭到静止用时，该铁球的质量为，取，则泥潭对小球的平均作用力为(    )

A.  B.  C.  D.

6. 中国已投产运行的特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用特高压输电，不考虑其他因素的影响，则(    )

A. 输电电流变为原来的倍
B. 输电线上降落的电压将变为原来的
C. 输电线上降落的电压将变为原来的倍
D. 输电线上损耗的电功率将变为原来

7. 如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒、，的左边有一如图所示的闭合电路，当在一外力的作用下运动时，向右运动，则所做的运动可能是(    )

A. 向右加速运动 B. 向左匀速运动 C. 向左减速运动 D. 向右减速运动

8. 甲、乙两种交流电的电流随时间变化的关系分别如图甲、乙所示，则甲、乙电流的有效值之比为(    )

A. ： B. ： C. ： D. ：

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9. 一个静止的铀核质量为放出一个粒子质量为后衰变成钍核质量为已知相当于的能量．下列说法正确的是(    )

A. 该核衰变反应方程为
B. 该核衰变反应中释放出的核能为
C. 该反应产生的钍核和粒子的动量相同
D. 假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则钍核获得的动能约为

10. 如图甲所示，理想变压器原线圈、端接入如图乙所示的交流电，副线圈接有阻值为的定值电阻，已知原、副线圈的匝数比：：，各电表均为理想交流电表。下列说法正确的是(    )

A. 电压表的示数为
B. 通过副线圈的交变电流的频率为
C. 电流表的示数为
D. 理想变压器的输入功率为

11. 如图所示，用两根长度都等于的细绳，分别把质量相等、大小相同的、两球悬于同一高度，静止时两球恰好相接触。现把球拉到细绳处于水平位置，然后无初速释放，当球摆动到最低位置与球相碰后，球可能升高的高度为(    )

A.  B.  C.  D.

12. 如图甲所示，在光滑绝缘水平面上的、间存在一匀强磁场，在磁场左侧有一单匝正方形闭合线框．时刻，线框在水平向右的恒力作用下从静止开始运动，线框穿过磁场过程中，线框中电流随时间变化的图像如图乙所示，已知磁感应强度，线框总电阻，下列说法正确的是(    )

A. 磁场的宽度为
B. 线框的质量为
C. 在内，外力做功
D. 在内，通过线框横截面的电荷量为

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共15.0分）

13. 验证动量守恒的实验装置如图甲所示，气垫导轨詈干水平桌面上，和为两个光电门，滑块含遮光片的质量为，滑块含高黏性橡皮泥的质量为，遮光片沿运动方向的宽度为。实验过程如下：
    调节气垫导轨成水平状态；
    轻推滑块，测得通过光电门的遮光时间为；
    滑块与滑块相碰后，和粘在一起经过光电门，遮光时间为。
    
    回答下列问题：
    用游标卡尺测得遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度为______；
    碰前的速度大小为______用题中涉及的物理量符号表示；
    验证动量守恒成立的关系式为______用题中涉及的物理量符号表示。
14. 热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。某种热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度变化的关系如图所示。
    
    由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力______选填“增强”或“减弱”；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更______选填“敏感”或“不敏感”。
    某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置，实验原理如图所示。现欲实现衔铁在某温度时此时热敏电阻的阻值为被吸合，下列操作步骤正确顺序是______。填写各步骤前的序号
    将热敏电阻接入电路
    观察到继电器的衔铁被吸合
    断开开关，将电阻箱从电路中移除
    合上开关，调节滑动变阻器的阻值
    断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至
    若热敏电阻的阻值与温度的关系如表所示

当继电器的电流超过时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。已知继电器的电阻为，为使该装置实现对之间任一温度的控制，电源应选用______，滑动变阻器应选用______。填前面的字母
A.电源，内阻不计
B.电源，内阻不计
C.滑动变阻器
D.滑动变阻器

四、计算题（本大题共4小题，共37.0分）

15. 风能是可再生清洁能源，某县在城市较远的地方修建了一座小型风力发电站，为本县工业园区用户供电，输电过程示意图如图所示。发电机输出功率，输出电压为，输送线路的总电阻。允许线路损耗的功率为输出功率的，用户需要的电压是，求所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比各为多少？不计变压器的损耗

16. 如图甲是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图现用等离子态的氢气即电离态，向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极测得电压表的示数是已知光电管阴极材料的逸出功是，普朗克常量，，。求：
    氢原子由能级跃迁到能级时氢气发光的波长为多少；
    该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长为多少；结果保留整数位
    光电子到达阳极的最大动能为多少。

17. 如图甲所示，物块、的质量分别是和。用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块右侧与竖直墙相接触。另有一物块从时以一定速度向右运动，在时与物块相碰，并立即与粘在一起不再分开，物块的图象如图乙所示。求：
    
    物块的质量；
    离开墙后，弹簧中的最大弹性势能最大时，的速度多大？最大弹性势能多大？
18. 如图所示，两根光滑固定导轨相距竖直放置，导轨电阻不计，在导轨末端、两点间接一定值电阻相距的水平线和之间的区域内存在着垂直导轨平面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示在时刻，质量为、阻值为的金属棒从虚线上方高处由静止开始释放，下落过程中保持水平，且与导轨接触良好结果棒在时刻从上边界进入磁场中做匀速运动，在时刻从下边界离开磁场，取。求：
    在时间内，电路中感应电动势的大小；
    定值电阻的阻值为多大；
    棒在时间内产生的焦耳热。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，故B正确、ACD错误。
故选：。
粒子散射实验说明原子的核式结构。
本题主要是考查粒子散射实验，解答本题的关键是知道粒子散射实验现象以及通过粒子散射实验得到的结论。
 

2.【答案】 

【解析】解：、根据波动理论，认为只要光照射的时间足够长、足够强就能发生光电效应，且光电子的初动能就大，但实验中金属表面没有溢出电子的实验结果；光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，发生是瞬时的，且入射光频率越大，光电子最大初动能越大，这与光的波动理论相矛盾，故ABD错误；
C、波动理论认为光强度越大，光电流越大；光电效应中认为光强度越大，光子越多，金属表面溢出的光电子越多，即光电流越大，所以该实验结果与波动理论不矛盾，故C正确。
故选：。
首先明确波动理论的内容和光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关等特点。
解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应的特点，并能灵活运用。
 

3.【答案】 

【解析】解：、半衰期是大量放射性元素的原子衰变的统计规律，对大量原子核才有意义，故A错误；
B、射线是由原子核内放射出的氦核，它具有较强的电离能力，故B正确；
C、比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
D、根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，轨道半径减小，库仑力增大，电子的加速度增大，故D错误；
故选：。
半衰期是大量放射性元素的原子衰变的统计规律，根据射线的特点分析，根据玻尔理论分析电子加速度的变化；由结合能的意义分析原子核的稳定性。
本题主要考查了衰变以及玻尔理论等，解题时注意射线的特点，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
 

4.【答案】 

【解析】解：、由图，与线圈并联，与电阻并联，然后两部分串联，闭合开关的瞬间，电压同时加到与上，所以比同时亮，故A错误；
、线圈的阻值小于灯泡阻值，所以电路中的电流稳定时流过线圈的电流大于流过的电流；断开开关瞬间，干路电流立即消失，但与线圈组成自感回路，由于自感作用中电流慢慢减小，所以闪亮一下后慢慢熄灭，而立即熄灭，故BC错误，D正确。
故选：。
当电键闭合时，通过线圈的电流增大，电感阻碍电流的增大，电流主要流过灯泡，从而可以分析出哪个灯先亮．断开瞬间也可以按照同样的思路分析。
本题考查电感的作用，明确当电键闭合时，通过线圈的电流增大，明确电感对电流的阻碍作用从而分析哪个灯先亮。
 

5.【答案】 

【解析】解：小球自由下落 所用的时间是
重力的冲量 ，方向竖直向下

设向下为正方向，对小球从静止开始运动至停在泥潭中的全过程运用动量定理得：
．
泥潭的阻力对小球的冲量，方向竖直向上．
由
解得：，故ABC错误，D正确；
故选：。
对小球分析，根据动量定理分析全程，列式计算出泥潭对小球的平均作用力。
本题主要考查了动量定理的相关应用，选择研究对象和对应的过程，根据动量定理代入数据即可完成分析，要注意在泥潭运动的过程中重力依然产生冲量。
 

6.【答案】 

【解析】解：、根据求出输电线上的电流，与输送的电压成反比，即输电线上的电流将变为原来的，故A错误；
、由上可知，输电线上的电流将变为原来的，根据可知，输电线上降落的电压将变为原来的，故B正确，C错误；
C、当以不同电压输送时，有，而在线路上损失的功率为，可知，损失的功率与电压的平方成反比，即：：，所以输电线上损失的功率为原来的，故D错误。
故选：。
已知输送的电功率和输电电压，根据求出输电线上的电流；根据求出输电线上损失的电功率。
本题考查远距离输电中的能量损失及功率公式的应用，要注意功率公式中中的电压应为输电电压。
 

7.【答案】 

【解析】解：根据安培定则可知，处于产生的垂直纸面向里的磁场中，在磁场力作用下向右运动，说明受到的安培力向右，由左手定则可知电流由指向，中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加；再由右手定则可知可能是向左加速运动或向右减速运动。故ABC错误，D正确。
故选：。
处于通电导线产生的磁场中，当有感应电流通过时，在磁场力作用下向右运动，说明受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由指向，由楞次定律可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加；再由楞次定律可知的运动情况。
本题关键是分析好引起感应电流的磁通量的变化，进而才能分析产生电流的磁通量是由什么样的运动产生的。
 

8.【答案】 

【解析】解：根据有效值的定义，则有：
对甲有：，
解得有效值
正弦交流电的电流有效值；
故两电流有效值的比值：：，故C正确，ABD错误。
故选：。
根据有效值的定义求解。取一个周期时间，将交流与直流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，直流的电流值，即为此交流的有效值。
题考查了交变电流有效值的求解，要注意电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，同时注意只有正弦式交流电满足最大值是有效值的倍。
 

9.【答案】 

【解析】解：、由题中给出反应物和生成物可知，该核衰变反应方程为，故A正确；
B、质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，释放出能量，故B错误；
、由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和粒子的动量大小相等、方向相反，即、，，，
所以钍核获得的动能，故C错误，D正确。
故选：。
核反应过程中质量数和电荷数守恒，由此可列出核反应方程式；根据爱因斯坦质能方程，可计算反应释放的能量；结合动量守恒和动量与动能的关系。
本题考查爱因斯坦质能方程、核反应方程式的书写以及动能和动量等相关知识点，难度不大。
 

10.【答案】 

【解析】解：、原线圈电压有效值为：，根据变压器电压之比等于匝数之比可得：：：，解得：，电压表的示数等于副线圈电压有效值，所以电压表的示数为，故A错误；
B、通过原线圈的交变电流的频率为，变压器变压不变频，所以通过副线圈的交变电流的频率为，故B正确；
、理想变压器的输出功率为：，则输入功率；
根据可得原线圈的电流为：，则电流表的示数为，故C错误、D正确。
故选：。
求出原线圈电压有效值，根据变压器电压之比等于匝数之比求解电压表的示数；根据求解频率；根据求出理想变压器的输出功率，再根据可得电流表的示数。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道变压器的电压之比等于匝数之比，知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等。原线圈的电压决定副线圈的电压；理想变压器在改变电压和电流的同时，不改变功率和频率。
 

11.【答案】 

【解析】解：设小球向下摆动到最低点时的速度大小为，根据动能定理可得：，解得：
当两球发生弹性碰撞时，获得的速度最大，由于两球质量相等，发生弹性碰撞时两球交换速度。
则得球获得的速度最大值为；
此种情况下设球摆动的最大高度为，根据动能定理可得：
解得：
当两球发生完全非弹性碰撞，即一碰后合在一起时，获得的速度最小，设为。
取向左为正方向，根据动量守恒得：，得；
此种情况下设球摆动的最大高度为，根据动能定理可得：
解得：
所以球上摆的最大高度范围为：，故ABC正确，D错误。
故选：。
先根据动能定理求出小球摆到最低点与碰撞前瞬间的速度大小．当两球发生弹性碰撞时，获得的速度最大；当两球发生完全非弹性碰撞时，获得的速度最小，根据碰撞过程中动量守恒求得获得的速度范围，再根据球上摆过程，机械能守恒求得上摆的高度范围，即可解答本题．
解答本题关键要掌握碰撞的规律和理论研究的结果，知道弹性碰撞获得的速度最大；完全非弹性碰撞时，获得的速度最小，运用机械能守恒和动量守恒得到最大高度的范围．
 

12.【答案】 

【解析】解：、设正方形线框的边长为，线框进入与离开磁场过程中产生的感应电动势，由闭合电路欧姆定律可知，感应电流  
由图乙可知，线框进入磁场与离开磁场过程感应电流大小不变，因此线框进入磁场与离开磁场过程做匀速直线运动，且磁场宽度等于线框的边长，即；
由图乙可知，线框进入与离开磁场的时间相等，，线框进入磁场过程做匀速直线运动，线框进入磁场过程的位移 
 由得，解得
线框从开始运动到开始进入磁场需要的时间，线框进入磁场前，由牛顿第二定律得： 
线框进入磁场时的速度  
线框进入磁场过程受到的安培力  
线框进入磁场过程做匀速直线运动，由平衡条件得：  
联立解得：，，，磁场长度，故A正确，B错误；
C、在内，根据动能定理得：，其中克服安培力做功，联立解得外力做的功，故C错误；
D、线框从末开始进入磁场，在内线框在磁场中运动的时间，在内通过线框横截面的电荷量：，故D正确。
故选：。
根据图乙，由分析清楚线框的运动情况，应用求出感应电动势，应用闭合电路的欧姆定律求出感应电流，应用安培力公式求出线框受到的安培力大小，然后应用牛顿第二定律、平衡条件、运动学公式与电流定义式分析答题。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程处理。
 

13.【答案】   

【解析】解：分度的游标卡尺精度为，遮光片的宽度为：；
光电门遮光条遮住光的时间极短，其平均速度为瞬时速度，则碰前的速度大小为：；
碰撞过程动量守恒，则
整理得：。
故答案为：；；。
根据游标卡尺的读数规则得出遮光片的宽度；
在极短时间内，物体的瞬时速度等于该过程的平均速度；
根据动量守恒定律写出对应的关系式。
本题主要考查了动量守恒定律，熟悉游标卡尺的读数规则，熟悉运动学公式，结合动量守恒定律得出对应的关系式。
 

14.【答案】增强  敏感       

【解析】解：图甲中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的升高，金属热电阻的阻值略微增大，而该热敏电阻的阻值明显减小，所以这种热敏电阻在较低温度范围内，相对金属热电阻而言，该热敏电阻对温度变化的响应更敏感。
要实现衔铁在某温度时此时热敏电阻的阻值为被吸合，而衔铁被吸合时的电流是一定的，所以关键是找到此时滑动变阻器的阻值。实现方法是：断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，则此时滑动变阻器连入电路的阻值就是衔铁在某温度此时热敏电阻的阻值为被吸合时应连入电路的阻值，找到之后，再用热敏电阻替换掉电阻箱即可，正确顺序为；
在时，电源电动势的最小值，所以电源应选用，故选B；在时，选用电源，滑动变阻器的最小阻值，所以滑动变阻器应选用，故选D。
故答案为：增强，敏感，
根据图甲分析电阻随温度的变化情况；
要实现衔铁在某温度时此时热敏电阻的阻值为被吸合，而衔铁被吸合时的电流是一定的，所以可以根据等效替代法调节滑动变阻器阻值；
根据温控电路温度调控要求结合闭合电路欧姆定律分析仪器选择。
本题以温控电路为背景考查伏安法测电阻和闭合电路欧姆定律的应用，解题关键要分析清楚实验原理。
 

15.【答案】解：由题可知损耗功率，根据功率计算公式得：

解得输送线路中电流为：，发电机端有：

解得发电机端电流为：
所以升压变压器匝数比为：

降压变压器两端功率为：，故降压变压器原边电压为：，副边电压由题可知为，所以降压变压器匝数比为：。
答：升压变压器匝数比为：，降压变压器匝数比为：。 

【解析】根据损耗功率可求线路中电流，根据输出功率和电压可求发电机端电流，可求升压变压器匝数比，根据能量守恒，可求降压变压器的原边功率及电压，根据用户电压可求降压变压器匝数比。
远距离输电问题，注意中间输送电路的电压损耗及功率损耗，再根据变压器原理求解即可。
 

16.【答案】解：氢原子由能级跃迁到能级时释放光子的能量为：

根据：，可知波长为：
代入数据得：；
极限频率满足：，则极限波长，其中
代入数据解得；
根据光电效应方程，可知光电子从中逸出时最大初动能为：
根据动能定理可知光电子到达阳极的最大动能为：。
答：氢原子由能级跃迁到能级时氢气发光的波长为；
该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长为；
光电子到达阳极的最大动能为。 

【解析】求出氢原子由能级跃迁到能级时释放光子的能量，根据光子能量计算公式进行解答；
根据逸出功与极限频率的关系进行解答；
根据光电效应方程、动能定理求解光电子到达阳极的最大动能。
本题主要是考查能级跃迁和光电效应，解答本题的关键是掌握光子能量计算公式，能够关键爱因斯坦光电效应方程进行分析。
 

17.【答案】解：由图知，物块与碰前速度为，碰后速度为
与碰撞过程与组成的系统动量守恒，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得：
 
解得：；
由图乙知，末与发生碰撞，之后压缩弹簧，根据对称性知末后离开墙壁，之后、、及弹簧组成的系统动量和机械能守恒，且当、与速度相等时弹簧弹性势能最大，设系统的共同速度为，最大弹性势能为。
取水平向左为正方向，根据动量守恒定律，有：

末、的速度大小
根据机械能守恒定律，有：
联立解得，
答：物块的质量为；
离开墙后，弹簧具，最大弹性势能时，的速度为，最大弹性势能为。 

【解析】物块与碰撞过程动量守恒，由于读出碰撞前后的速度，由动量守恒定律求出物块的质量．
末后离开墙壁，之后、、及弹簧组成的系统动量和机械能均守恒；当、与速度相等时弹簧弹性势能最大，根据动量守恒定律和机械能守恒定律相结合求解。
本题分析清楚物体的运动过程，正确选择研究对象是正确解题的关键，分段应用动量守恒定律、机械能守恒定律进行处理。
 

18.【答案】解：棒做自由落体运动，位移，代入数据解得：
由图乙所示图象可知，磁感应强度的变化率
时间内的感应电动势
其中，，代入数据解得：
棒刚进入磁场时的速度
棒刚进入磁场时的感应电动势
由闭合电路的欧姆定律得：，其中：
棒进入磁场区域做匀速运动，由平衡条件得：，
代入数据解得：
在内感应电流
棒在内产生的焦耳热：
其中
代入数据解得：
答：在时间内，电路中感应电动势的大小是；
定值电阻的阻值为；
棒在时间内产生的焦耳热是。 

【解析】金属棒做自由落体运动，应用运动学公式求出下落时间，应用法拉第电磁感应定律求出感应电动势。
由求出感应电动势，应用欧姆定律求出电流，应用安培力公式求出安培力，然后应用平衡条件求出电阻阻值。
应用焦耳定律求解。
本题是一道力学、电磁感应与电路相结合的综合题，难度较大，分析清楚棒的运动过程、由图示图象求出磁感应强度的变化率是正确解题的关键，应用匀变速运动规律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式与平衡条件、焦耳定律可以解题。