2022-2023学年湖北省武汉市重点中学5G联合体高二（下）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年湖北省武汉市重点中学5G联合体高二（下）期末物理试卷

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1.  年，布朗作为英国植物学家，在花粉颗粒的水溶液中观察到花粉不停顿的无规则运动．年，爱因斯坦根据扩散方程建立布朗运动的统计理论，从而使分子动理论的物理图景为人们广泛接受．关于分子动理论相关知识，下列说法中正确的是(    )

A. 分子的扩散现象是可逆的
B. 布朗运动证明组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
C. 花粉颗粒越小，无规则运动越明显
D. 分子永不停息的无规则运动说明永动机是可以实现的

2.  气体、固体、液体是分子的三种不同聚集状态，物质的不同状态对应于不同的物理性质．人类对物质属性的认识是宏观到微观不断深入的过程。下列说法中正确的是(    )

A. 封闭在注射器中压缩气体难以再被压缩，是因为气体分子间存在斥力
B. 给庄稼松土目的是破坏土壤中的毛细管，从而减少土壤内部水分蒸发
C. 晶体熔化过程中，温度不变，内能不变
D. 玻璃管裂口尖端非常尖锐，若将其在火焰上燃烧，冷却后尖端变钝。该现象说明玻璃在烧熔时由晶体转化为非晶体

3.  一列简谐横波在时的波形图如图甲所示，图乙为质点的振动图像。下列说法正确的是(    )
 

A. 质点振动的振幅为
B. 该波沿轴正方向传播
C. 经过时间，质点将向左移动
D. 时刻，处质点加速度最大

4.  如图所示，在平面内有和，两个波源分别位于和处，振动方向在平面内并与轴垂直，、的振动图像分别如图、所示。时刻，两波源同时开始振动，波速。下列说法正确的是(    )
 

A. 时，处的质点开始振动且方向沿轴负方向
B. 时，处的质点位移为
C. 处的质点始终位于平衡位置
D. 后，处的质点振幅为

5.  光给世界带来光明，使我们能看清周围的景物，进行各种活动；光从太阳、星球射到我们这里，给我们带来了宇宙空间的信息，使我们能够认识宇宙；下列四幅图均与光的应用有关，下列说法中正确的是(    )
 

A. 甲图为肥皂泡薄膜干涉图，将框架顺时针旋转，条纹也跟着顺时针旋转
B. 乙图是光的单缝衍射图样，若改用白炽灯做实验，将看不到衍射条纹
C. 丙图是泊松亮斑，光入射到不透明圆盘上形成的衍射图样
D. 丁图是光的偏振应用，光的偏振表明光是一种纵波

6.  如图所示，水面上有一透明均质球，其半径为，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有点光源，均质球对此光的折射率为，为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射不考虑光线在球内反射后的折射，则点光源到水面的最大距离为(    )
 

A.  B.  C.  D.

7.  如图所示，一根不计质量的弹簧竖直悬吊铁块，在其下方吸引了一磁铁，其中，已知弹簧的劲度系数为，磁铁对铁块的最大吸引力等于，不计磁铁对其它物体的作用并忽略阻力，为了使和能够共同沿竖直方向作简谐运动，那么(    )
 

A. 振动速度最大时，弹簧的弹力等于
B. 振动振幅的最大值是
C. 弹簧弹性势能最大时，弹力的大小等于
D. 弹簧运动到最高点时，弹簧的弹力等于

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8.  网上热卖的一科普小制作斯特林发动机如图甲所示，它是通过汽缸内的气体经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力的，因此又被称为热气机。如图乙所示，在斯特林循环的图像中，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、和后再回到状态，整个过程由两个等温过程和两个等容过程组成，下列说法正确的是(    )
 

A. 过程中，气体压强与摄氏温度成正比
B. 状态气体的温度小于状态气体的温度
C. 过程中，气体放出的热量等于外界对气体做功
D. 经历一次循环过程中，气体从外界吸收热量

9.  一单摆在地球表面做受迫振动，其共振曲线振幅与驱动力的频率的关系如图所示，地球表面重力加速度，则(    )
 

A. 此单摆的摆长约为
B. 若摆长增大，受迫振动的频率减小
C. 若此单摆在周期为的驱动力作用下运动，单摆发生共振
D. 若该单摆在月球表面做受迫振动，共振曲线的峰将向左移动

10.  有人设计了一种测温装置，其结构如图所示。玻璃泡内封有一定质量的理想气体，与连通的管插在水银槽中。由管内水银面的高度可知内气体的温度即环境温度，并可由管上的刻度直接读出。在标准大气压下，当温度为时，，将此高度处标记为的刻度线。该温度计在标准大气压下标记好温度后，将其带到海拔很高的高山上测量当地温度。设管的体积与玻璃泡的体积相比可忽略。下列说法正确的是(    )
 

A. 该测温装置利用气体的等压变化
B. 在标准大气压下，当温度为时，玻璃泡内气体的压强
C. 在标准大气压下，为的刻度线标记在处
D. 考虑到高山上的真实压强比标准大气压小，则温度的测量值比实际温度高

11.  如图所示，图中阴影部分为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该材料折射率，为一半径为的圆弧，为圆弧面圆心，构成正方形，在处有一点光源，只考虑首次从圆弧全反射与折射的光线。已知光速为，则下列说法中正确的是(    )
 

A. 光线从点到达点的最短时间为
B. 从点观察，看到处点光源的像比实际位置更靠近面
C. 从点观察，圆弧被照亮的弧长有
D. 点光源经圆弧全反射射到边，边被照亮部分长度为

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

12.  用研究一定质量气体在温度不变时压强与体积关系的实验装置如图甲所示，用一个带有刻度的注射器及实验系统来探究气体的压强与体积的关系。实验中气体的质量保持不变，气体的体积可由注射器刻度直接读出，气体的压强由图中压强传感器等计算机辅助系统得到，请回答下列有关问题。

甲同学在做本实验时，按实验要求组装好实验装置，然后缓慢推动活塞，使注射器内空气柱从初始体积减为。实验共测出五组数据，每次体积值直接从注射器的刻度读出并输入计算机，同时由压强传感器测得对应体积的压强值。实验完成后，计算机屏幕上显示出如下表所示的实验结果：

以上测量数据可能错误的是第___________组；

乙同学实验操作规范正确，根据实验数据画出如图乙所示的图线，图线不过坐标原点，则图中代表_________。

丙同学根据测量的数据，绘出图像如图丙所示。图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是______________________。

丁同学实验时缓慢推动活塞压缩气体，记录组注射器上的刻度数值，以及相应的压强传感器示数。在采集第组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了组数据，其余操作无误。绘出的关系图像应是___________。

A.    ．  

C.    ．  

13.  在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，下列说法中正确的是________；

A.干涉条纹与双缝垂直

B.单缝和双缝应相互平行放置

C.若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样

D.想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以将单缝向双缝靠近

将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第条亮纹，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________；

已知双缝间距为，测得双缝到屏的距离为，求所测量光的波长为________结果保留三位有效数字；

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

14.  光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强，载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里之外的另一端，实现光纤通信。如图长为的一段直光导纤维，让一单色光线射向右侧截面某点，缓慢减小入射角，发现减小至时便不再有光从长侧面逸出。已知光在真空中的传播速度为。求：

该光导纤维对这种单色光的折射率。

以不同入射角进入光纤的光信号传递到另一端所用的时间会有所不同，求最长时间。

15.  地震波既有横波，也有纵波，如下图甲是我国地震局截获了一列沿轴正方向传播的地震横波，其振幅为，在时刻图甲中实线与时刻图甲中虚线两个时刻轴上波形图如图甲所示，求：

该地震波质点振动的周期。

时刻起，求处的质点在内通过的最小路程。

若时刻监测到另一地震波沿轴负方向传播，其波形图如图乙所示，求此刻介质中偏离平衡位置位移为的所有质点的坐标。

16.  如图所示，系留气球是一种带有缆绳约束的浮空器，通常由球体、系留缆绳和系留设施组成。在通讯、遥测、侦察、干扰和预警等领域有着广泛的应用。图为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气可视为理想气体，副气囊与大气连通。其中主气囊截面积为，长度为；副气囊截面积为。轻质弹簧左端固定、右端与轻质活塞连接。当气球在地面达到平衡时，弹簧处于原长状态，且自由端恰好在主副气囊连接处。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢拉伸。当气球上升至目标高度时，活塞向右移动的距离为，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的。已知地面大气压强、温度，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。

若气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强。

气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧伸长量为，求气球驻留处的大气温度。

若理想气体内能满足，其中为已知常量。则气球从到达上述目标高度到内外温度达到平衡过程中，判断气体是吸热还是放热？并求出热量的大小。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】A.分子的扩散现象是不可逆的，故A错误；

B.布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，反映了液体分子在做无规则运动，故B错误；

C.温度越高，花粉颗粒越小，无规则运动越明显，故C正确；

D.永动机是不可以实现的，故D错误。

故选C。

2.【答案】 

【解析】A.封闭在注射器中压缩气体难以再被压缩，是由于气体压强增大的原因，气体分子间存在斥力可以忽略不计，故A错误；

B.给庄稼松土的目的是破坏土壤中的毛细管，使土壤内部的水分不会快速通过毛细管上升到土壤表面而蒸发，故B正确；

C.晶体熔化过程中需要吸热，温度不变，内能增加，故C错误；

D.玻璃管裂口尖端在火焰上烧熔，冷却后尖端变钝，是表面张力的作用，因熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为引力使其表面收缩，玻璃是非晶体，高温熔化冷却凝固后仍然是非晶体，故D错误；

故选B。

3.【答案】 

【解析】A.根据甲图可知质点振动的振幅为，A错误；

B.根据乙图可得质点在时的向轴负方向振动；再结合甲图，由上下坡法可知该波沿轴负方向传播，B错误；

C.根据机械波的形成，可知质点不会随波移动，只是在自己的平衡位置附近振动，所以经过时间，质点不会向左或向右移动，C错误；

D.根据乙图可知该简谐波的周期为，波长为，所以波速为

图甲是  时的波形图，所以  时该波形沿轴负方向平移

所以  时刻的波形图如图所示

 处质点位于波谷，所以具有最大加速度，D正确。

故选D。

4.【答案】 

【解析】【详解】由图和图可知，起振时沿轴正向，起振时沿轴负向，、的起振的方向相反，在时，传播的距离为

可知波传到处，波此时还没有传到，则有处的质点开始振动且方向沿轴正方向，A错误；

B.在时，传播的距离为

可知波恰好传到处，因此时，处的质点位移不可能是，B错误；

C.在处到的距离是，到处的距离是，当波恰好传到处，波未传到时，因此处的质点不是始终位于平衡位置，C错误；

D.在处到、的路程差是

由于、的起振的方向相反，因此、波都传到处时，此处振动为加强点，振幅为。在时，、波传播的距离都为，可知后，、波都传到了处，因此处的质点振幅为，D正确。

故选D。

5.【答案】 

【解析】A.甲图为肥皂泡薄膜干涉图，将框架顺时针旋转，条纹不会跟着旋转，故A错误；

B.乙图是光的单缝衍射图样，若改用白炽灯做实验，将看到彩色的衍射条纹，故B错误；

C.丙图是泊松亮斑，光入射到不透明圆盘上形成的衍射图样，故C正确；

D.丁图是光的偏振应用，光的偏振表明光是一种横波，故D错误。

故选C。

6.【答案】 

【解析】光在介质中的传播如图所示

根据全反射定律和几何关系可知

解得

故选A。

7.【答案】 

【解析】A.振动速度最大时，铁块和磁铁处于平衡位置，合力为零，有，

故A错误；

B.振幅最大的位置，弹性势能最大，形变量最大，设为  ，由牛顿第二定律得，

解得

所以最大振幅为

故B错误；

C.弹簧弹性势能最大时，弹力的大小为

故C正确；

D.弹簧运动到最高点时，弹簧处于压缩状态，弹力不为零，故D错误。

故选C。

8.【答案】 

【解析】A.过程中，气体发生等容变化，则有

可知气体压强与热力学温度成正比，但气体压强与摄氏温度不成正比，故A错误；

B.由题意可知过程为等温变化，则

过程气体发生等容变化，压强减小，根据

可知气体温度降低，则

可知状态气体的温度小于状态气体的温度，故B正确；

C.过程中，气体温度保持不变，气体内能不变，气体体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律

可知气体吸收的热量等于气体克服外界做的功，故C错误；

D.经历一次循环过程中，气体内能不变，根据  图像与横轴围成的面积表示做功大小，可知经历一次循环过程，外界对气体做负功，根据热力学第一定律

可知气体从外界吸收热量，故D正确。

故选BD。

9.【答案】 

【解析】A.由图像可得该单摆的固有频率为，则由

可得其周期

又由单摆周期公式

解得该单摆的摆长

A正确；

B.若摆长增大，则单摆的固有频率减小；受迫振动的频率等于驱动力的频率，与单摆的固有频率无关，B错误；

C.根据发生共振的条件可知，当驱动力的周期等于单摆的固有周期时，所以此单摆在周期为的驱动力作用下运动，会发生共振，C错误；

D.月球的表面重力加速度小于地球的表面重力加速度，由

可知该单摆在月球上的固有频率减小，共振曲线的峰将向左移动，D正确。

故选AD。

10.【答案】 

【解析】A.该测温装置利用气体的等容变化，故A错误；

在标准大气压下，当温度  为  时，玻璃泡内气体的压强为

此时温度为

当温度  为  时，有

由查理定律有

解得

又有

解得

可知  为  的刻度线标记在  处，故B错误，C正确；

D.当管内水银面的高度为  时，地面上标准大气压下温度为  ，设高山上压强为  ，水银密度为  ，温度为  ，由查理定律得

高山上的真实压强比标准大气压小，故温度的测量值比实际温度高，故D正确。

故选CD。

11.【答案】 

【解析】A.根据题意可知，光在空气中传播的距离为

光在介质中传播的距离为

传播速度为

光从点传播到点所用的时间为

故A错误；

B.从点观察，看到处点光源的像比实际位置更靠近面，故B正确；

C.根据

得临界角

设光射到点恰发生全反射，如图

几何关系可知在中根据正弦定理

可得，

所以

同理，可知在连线另一侧的点发生全反射时，故从点观察，圆弧被照亮的弧长

故C正确；

D.由几何关系可得，点光源经圆弧全反射射到边，边被照亮部分长度为

故D错误；

故选BC。

12.【答案】       压强传感器与注射器之间的管中气体     实验过程中出现漏气气体温度降低压强传感器与注射器之间的管中气体影响      

【解析】五组实验数据，压强  和体积  的乘积分别为、、、、。根据玻意耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强和体积的乘积不变。第、、、组数据在测量误差范围内，第组测量数据可能错误。

实验时气体的实际体积比注射器刻度值大，根据

为定值，则  

如果实验操作规范正确，但如题图丙所示的  图线不过原点，则代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。

丙同学根据测量的数据，绘出  图像如图丙所示。图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是实验过程中出现漏气或气体温度降低、压强传感器与注射器之间的管中气体影响

根据可知  ，当气体质量不变时与  成正比，当气体质量发生改变后质量变小，与  还是成正比，但此时的斜率发生变化，即斜率比原来小。

故选B。

13.【答案】          

【解析】【详解】干涉条纹与双缝平行，A错误；

B.单缝和双缝应相互平行放置，B正确；

C.若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样，C正确；

D.想增加从目镜中观察到的条纹个数，则要条纹间距减小，由相邻两条纹间距公式  可知，可以将双缝的距离增大，或减小双缝到屏的距离，或用波长小的光做实验，若将单缝向双缝靠近，不会改变条纹的间距，不会改变目镜中观察到的条纹个数，D错误。

故选BC。

由图乙可知，螺旋测微器的固定刻度读数为，可动刻度的读数为

则有手轮上的示数为

由图甲可知，螺旋测微器的固定刻度读数为，可动刻度的读数为

则有手轮上的示数为

则有两相邻亮条纹间距为

由  ，可得所测量光的波长为

14.【答案】  ；  

【解析】当入射角减小至  时，光恰好在长侧面发生全反射，如图所示

根据折射定律可得

根据全反射临界角公式可得

又

则有

联立可得该光导纤维对这种单色光的折射率为

单色光在光导纤维中的传播速度为

当入射角为  时，光在光导纤维传播的路程最长，则所用时间最长，根据几何关系可知

则最长时间为

15.【答案】  ，  ，，，；  ；为整数 

【解析】根据题意有

 ，  ，，，

所以

 ，  ，，，

由题图知，该地震波的波长为  ，若路程最小，振动周期为最大周期，则

原点处质点振动方程为

地震横波沿  轴正方向传播，  处的质点的振动方程为

时

时

 时刻起，质点在内通过的最小路程

由图乙可知，地震波的波长为，此刻介质中偏离平衡位置位移为的所有质点的坐标为

为整数

16.【答案】  ；  ；放热，  

【解析】若气球升空过程中氦气温度不变，对主气囊内被封闭的氦气，其在地面附近时有

 ， 

在目标高度处有

 ， 

由玻意耳定律可得

联立解得

 ， 

根据题意可知气球刚上升至目标高度时，弹簧伸长量为  ，根据受力平衡可得

气球内外温度达到平衡时，有

解得

根据理想气体状态方程可得

其中

联立解得

气球从到达上述目标高度到内外温度达到平衡过程中，温度减小，气体内能减小，气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，则气体内能变化量为

外界对气体做的功为

根据

解得气体放热大小为