2022-2023学年河南省许昌市高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2022-2023学年河南省许昌市高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.太阳主要是由电子 −10e和氢核 11H、氦核 24He组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：2−10e+411H→24He+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据该核反应方程，下列说法正确的是( )
A. 核反应前后的总中子数不变B. 核反应前后的总质子数不变
C. 核反应前后的总电荷数不变D. 核反应前后的总质量不变
2.如图所示，U形光滑导轨，水平放在光滑水平面上，一光滑细杆ab跨放在U形导轨上。一水平轻质弹簧，左端与U形导轨中点相连，右端与细杆ab中点相连，整体静止不动，轻质弹簧处于原长状态。现给U形导轨一个水平向右的初速度v0，使其向右开始运动，则从U形导轨开始向右运动到弹簧压缩量最大的过程中(弹簧始终在弹性限度内，细杆ab始终在导轨上，且细杆ab始终与U形导轨的两个轨道垂直)，下列说法正确的是( )
A. U形导轨和细杆ab二者组成的系统动量守恒
B. U形导轨和细杆ab二者组成的系统机械能守恒
C. 弹簧对细杆ab的冲量方向与弹簧对U形导轨的冲量方向相同
D. 弹簧对U形导轨的弹力对U形导轨做正功
3.位于x=0.25m的波源P从t=0时刻开始沿y轴方向做简谐运动，形成的简谐横波沿x轴正方向传播，在t=0.6s时波源停止振动，t=0.7s时的波形图如图所示，其中质点a的平衡位置xa=1.5m。下列说法正确的是( )
A. 波源P做简谐运动的周期为0.6s
B. 质点a做简谐运动的振幅为15cm
C. 该简谐横波的波长为1.5m
D. t=0.7s时，质点a的振动方向沿y轴向下
4.某同学设计了一个用拉力传感器研究单摆在竖直平面内的振动实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录小钢球摆动过程中拉力传感器示数大小F随时间t变化曲线，如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 充当单摆回复力的是轻绳的拉力
B. 充当单摆回复力的是小钢球的重力
C. 单摆的振动周期为0.8πs
D. 小钢球摆动到最低点时，轻绳的拉力大小为0.498N
5.两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线。当分子间距为r=r0时，分子之间合力为零。设分子1在O点固定不动，相邻的分子2仅在二者之间分子力的作用下从相距较远的位置由静止开始运动，直至不能再靠近。在此过程中，下列说法正确的是( )
A. 二者之间分子合力的大小先减小，后一直增大
B. 二者之间的分子合力对分子2先做正功，后做负功
C. 分子2的动能先减小，后增大
D. 当r=r1时，分子1、2系统的分子势能最小
6.如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到玻璃三棱镜的表面，经过玻璃三棱镜折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是( )
A. a侧是红色光，b侧是紫色光
B. 玻璃三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率
C. 在玻璃三棱镜中，a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
D. 在玻璃三棱镜中，a侧光的波长小于b侧光的波长
7.如图为氢原子的能级示意图。已知红光光子的能量范围为1.61eV∼2.00eV，蓝光光子的能量范围为2.53eV∼2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76eV∼3.10eV。若氢原子处于n=2的能级，当其向低能级跃迁时，可辐射某种能量范围的光，则下列说法正确的是( )
A. 可以辐射能量范围为1.61eV∼2.00eV的红光
B. 可以辐射能量范围为2.53eV∼2.76eV的蓝光
C. 可以辐射能量范围为2.76eV∼3.10eV的紫光
D. 不能够辐射红光、蓝光和紫光
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图甲所示，在内壁光滑、导热性能良好的气缸内，用具有一定质量的活塞封闭一定质量的理想气体。初始时，气缸开口竖直向上放置，活塞处于静止状态。设气缸外部环境温度始终不变，大气压恒定不变，活塞不漏气。现将气缸缓慢转动到开口水平向右，如图乙所示。在此过程中，下列说法正确的是( )
A. 外界对缸内气体做功B. 缸内气体从外界吸收热量
C. 缸内气体对外界做功D. 缸内气体向外界放出热量
9.如图所示是为了检验某种材料抗穿透能力的实验装置。把一定厚度的某种材料放在水平地面上，在材料的正上方固定一个发射装置，发射装置竖直向下以某一速度v发射一颗子弹，然后子弹打入材料一定的深度后静止不动。若把子弹在空中运动的过程称为过程1，子弹进入材料直到静止的过程称为过程2。空气阻力不计，则下列说法正确的是( )
A. 在过程1中，子弹重力的冲量大小等于其动量的增量大小
B. 在过程1中，子弹重力做的功等于其动能的增量
C. 在过程2中，子弹重力的冲量大小等于其动量的减少量大小
D. 子弹在过程1中动量的增量大小等于子弹在过程2中动量的减少量大小
10.在测试汽车的安全气囊对驾乘人员头部防护作用的实验中，某小组得到了假人的头部所受安全气囊的作用力随时间变化的曲线如图所示，已知t2=2t1。从碰撞开始到碰撞结束过程中，若假人的头部只受到安全气囊的作用，则由曲线可知，下列说法正确的是( )
A. 在t2时刻，假人的头部所受安全气囊的作用力最大
B. 在t2时刻，假人的头部的动量最大
C. 在t1−t2时间内，假人的头部所受安全气囊的冲量方向与“在t2−t3时间内，假人的头部所受安全气囊的冲量方向”相同
D. 在0−t1时间内，假人的头部所受安全气囊的冲量大小等于“在t1−t2时间内，假人的头部所受安全气囊的冲量大小”
三、填空题：本大题共1小题，共6分。
11.某探究小组做了这样一个实验：把一个力传感器固定在竖直墙上的P位置，把质量不计的弹簧左端固定在力传感器上，弹簧的右端连接一金属小球，弹簧呈水平状态，如图甲所示。用手缓慢水平向左压金属小球，然后由静止释放小球(此时为t=0时刻)，小球便沿光滑水平面左右往复运动。测出这一过程中，力传感器的示数大小F随时间t变化的图像如图乙所示。则在t1≤t≤t3的时间内，小球速度最小的时刻为______，小球加速度最大的时刻为______。
四、实验题：本大题共1小题，共8分。
12.某同学用如图所示的实验装置来验证“动量守恒定律”。所用器材包括：气垫导轨、两个质量不同的滑块A和B(A上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门。
请根据下列实验步骤完成填空：
(1)开动气泵，调节气垫导轨，先把滑块A放在气垫导轨左端(不放滑块B)，向右轻推滑块，当滑块A上的遮光片经过两个光电门的遮光时间______(选填“近似相等”或“不相等”)时，可认为气垫导轨水平；
(2)用天平测出滑块A(含遮光片)的质量mA、滑块B的质量mB；
(3)把滑块A放在光电门1的左边、B放在两个光电门之间；
(4)轻推滑块A，使A沿气垫导轨向右运动，通过光电门1后，滑块A和滑块B相碰粘在一起(不再分开)，二者一起向右通过光电门2，和光电门连接的计算机测量出滑块A上的遮光片经过1、2两处光电门的遮光时间Δt1、Δt2。则滑块A经过1处光电门的速度大小为______，滑块 A、B一起经过2处光电门的速度大小为______；
(5)在遮光片随滑块分别经过光电门的过程中，利用两个滑块的质量mA、和mB、遮光片的宽度d、滑块经过光电门1和2的遮光时间Δt1和Δt2，可以验证两个滑块组成的系统动量是否守恒。如果滑块A、B组成的系统水平方向动量守恒，须满足的关系式是______；
(6)不断更换质量不同的滑块(左边滑块上方始终安装宽度为d的遮光片)，重复上述步骤，记录多组实验数据。
五、简答题：本大题共4小题，共46分。
13.某同学探究一定质量的理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1时的等容过程图线，当温度为0℃时气体的压强为p1；图线Ⅱ描述的是压强为p2时的等压过程图线。取0℃为273K，求：当该一定质量理想气体处于两条图线交点A的状态时，气体的温度(用热力学温度表示)。
14.在均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在Oxy水平面内传播，波面为圆。t=0时刻，波面分布如图甲所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷(图中只画出了两个相邻的波峰和波谷)。P处质点的振动图像如图乙所示，z轴正方向竖直向上。试求：
(1)t=0时刻，波源O的位移；
(2)该波的波速大小。
15.如图所示，竖直墙壁(墙壁厚度不计)圆孔中紧密镶嵌一半径为R的透明均质玻璃半球，玻璃半球刚好都在室内。在玻璃半球内，过球心O的水平中心轴上有一个单色点光源P。已知从光源P发出的光射到墙壁与玻璃半球的交界A、B处时，都刚好发生全反射。设均质玻璃半球对该单色光的折射率为n。试求：单色点光源P到玻璃半球中心O的距离。
16.如图所示，为某商场静置于水平地面、且沿一直线排列的3辆手推车，每辆手推车质量均为m。人在极短时间内给第一辆车一水平冲量I，冲量方向沿直线指向第二车，当第一车运动了一段距离后与第二车相碰，碰后两车以共同速度运动一段距离后与第三车相碰，最后3辆车以共同速度运动至贮存处。若车与车之间仅在碰撞时发生相互作用，碰撞时间很短，不计手推车与地面之间的摩擦。求：
(1)人对第一辆小车做的功；
(2)从第一车开始运动，到3辆车碰在一起后产生的总热量。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解：A.核反应前后的总中子数分别为0、2，即中子数变大，故A错误；
B.核反应前后的总质子数分别为4、2，即质子数变小，故B错误；
C.核反应方程遵循电荷数守恒，核反应前后的总电荷数分别为2、2，即总电荷数不变，故C正确；
D.因为核反应方程释放巨大核能的同时，一定会伴随着质量亏损，所以核反应后的总质量一定小于核反应前的总质量，故D错误。
故选：C。
核反应会释放出巨大的能量，且伴随着质量亏损。
核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
解题关键是掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒；能正确理解粒子的电荷数、质量数、质子数、中子数的关系。难度不大。
2.【答案】A
【解析】解：A、U型导轨和细杆ab二者组成的系统受到重力和水平面的支持力，系统所受外力之和为零，所以系统动量守恒，故A正确；
B、在整个过程中，弹簧的弹力要做功，因此U型导轨和细杆ab二者组成的系统机械能不守恒，故B错误；
C、弹簧对细杆ab和U型导轨所施作用力的方向相反，则弹簧对细杆ab的冲量方向与弹簧对U形导轨的冲量方向相反，故C错误；
D、弹簧对U型导轨的弹力方向与U型导轨运动方向相反，所以弹簧对U形导轨的弹力对U形导轨做负功，故D错误。
故选：A。
根据U形导轨和细杆ab二者组成的系统所受外力之和是否为零，判断系统动量是否守恒；根据机械能守恒条件，分析系统机械能是否守恒；根据弹簧对细杆ab的作用力方向与弹簧对U形导轨的作用力方向关系，分析冲量方向关系；弹簧对U型导轨的弹力方向与U型导轨运动方向关系，判断弹力对U形导轨做功正负。
本题的关键要掌握动量守恒条件和机械能守恒条件，搞清这两个条件的区别，分析时要明确研究对象。
3.【答案】B
【解析】解：AC、在t=0.6s时波源停止振动，t=0.7s时的波形图如图所示，可知
Δt=0.7s−0.6s=0.1s
在Δt时间内波传播的距离为
Δx=0.5m−0.25m=0.25m
故波速为
v=ΔxΔt=
由图可知波长λ=1.0m
则周期为
T=λv=12.5s=0.4s，故AC错误。
B、由图可知质点a做简谐运动的振幅为15cm，故B正确；
D、简谐横波沿x轴正方向传播，根据波形平移法判断可知t=0.7s时，质点a的振动方向沿y轴向上，故D错误。
故选：B。
由图读出波源振动的时间以及这段时间内波传播的距离，从而求得波速；由图直接读出波长和振幅，再求周期；根据波形平移法判断质点a的振动方向。
本题考查简谐横波的图像，理解波的图像的物理意义，知道简谐横波在同一均匀介质中是匀速传播的，结合运动学公式即可求解波速。
4.【答案】C
【解析】解：AB.充当单摆回复力的是小钢球重力沿轨迹切线方向的分力，故AB错误；
C.单摆在一次全振动过程中，有两次经过最低点，由图可知周期为0.8πs，故C正确。
D.钢球运动至最低点时，轻绳拉力最大，由图可知轻绳拉力的最大值为0.504N，D错误。
故选：C。
单摆小角度摆动是简谐运动，合力沿着切线方向的分力提供回复力；由图象得到周期；摆球摆到最低点的时刻细线的拉力最大。
本题考查了单摆的回复力和图像问题，注意回复力是重力沿切线方向的分力提供，同时摆球还受指向圆心的向心力。
5.【答案】B
【解析】解：A.结合图可知，当分子2仅在二者之间分子力的作用下从相距较远的位置由静止开始运动，直至不能再靠近的过程中，二者之间分子合力的大小先增大后减小，再增大，故A错误；
B.从相距较远的位置到r0，分子合力表现为引力，对分子2做正功；从r0直至不能再靠近，分子合力表现为斥力，对分子2做负功；故B正确；
C.分子合力对分子2先做正功，后做负功，分子2的动能先增大，后减小，故C错误；
D.由B可知，当r=r0时，分子1、2系统的分子势能最小，故D错误。
故选：B。
当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小；当分子间距离小于平衡距离时，分子力表现为斥力；根据分子力做功判定分子势能的变化。
本题要注意分子间的势能及分子力虽然属于微观世界的关系，但是我们所学过的功能关系均可使用；本题可以通过分子力做功情况判断分子势能变化也可以根据分子势能与分子之间距离的变化情况直接判断分子势能的变化。
6.【答案】D
【解析】解：AB、根据红光的折射率小于紫光的折射率，可知经过三棱镜后，红光的偏折角小于紫光的偏折角，由图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率，所以b侧是红色光，a侧是紫色光，故AB错误；
CD、因为三棱镜对a侧光的折射率大，所以a侧光的频率大，由c=λf可知，a侧光的波长小，根据v=cn可知，a侧光在三棱镜中传播速率小于b侧光的传播速率，故C错误，D正确。
故选：D。
由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成，玻璃对紫光的折射率最大，对红光的最小，根据偏折角的大小，分析折射率大小，由v=cn可以比较光在三棱镜中传播速率的大小。根据折射率关系，分析波长关系。
由光的折射定律判断出a、b分别是紫光和红光是解决本题的关键，然后结合公式v=cn判断在玻璃中的光速大小。
7.【答案】D
【解析】解：氢原子处于n=2的能级，当其向低能级n=1能级跃迁时，可辐射光子的能量为光E21=E2−E1=−3.4eV−(−13.6)eV=10.2eV，根据题中所给数据，可知该光子的能量不在红光、蓝光、紫光的光子的能量范围内，因此不能够辐射红光、蓝光和紫光。故ABC错误，D正确。
故选：D。
依据能级的跃迁满足hν=Em−En，结合三种光子能量的范围．并即可分析判定。
解答该题关键是掌握能级的跃迁满足hν=Em−En.会结合三种光的光子能量范围判断。
8.【答案】BC
【解析】解：AC、初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，则有：p1S=p0S+mg
气缸在缓慢转动的过程中，由于气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压，活塞在气缸内气体压强作用下往外推动过程，气体对外界做功，故A错误，C正确；
BD、由于气缸导热性能良好，温度不变，根据热力学第一定律：ΔU=Q+W
气体温度不变，内能不变即ΔU=0，而气体对外界做功则W0，故缸内气体从外界吸收热量，故B正确，D错误。
故选：BC。
选活塞为研究对象，对其列受力分析由平衡条件列方程求解压强变化，根据整个过程气体做等温变化，根据玻意耳定律列方程即可求知做功情况，再根据热力学第一定律求出吸放热情况。
本题考查热力学第一定律以及气体做等温变化时玻意耳定律的运用，属于常规题型，难度适中。
9.【答案】AB
【解析】解：A、在过程1，子弹仅仅受到重力作用，取竖直向下为正方向，根据动量定理有：
IG1=mv0−mv
即在过程1中，子弹重力的冲量大小等于其动量的增量大小，故A正确；
B、在过程1，子弹仅仅受到重力作用，只有重力做功，根据动能定理有：
WG1=12mv02−12mv2
即在过程1中，子弹重力做的功等于其动能的增量，故B正确；
C、在过程2，子弹受到重力与材料对子弹的阻力作用，取竖直向下为正方向，根据动量定理有
IG2+If2=0−mv0=−mv0
可知在过程2中，子弹所受重力与材料对子弹的阻力的合力的冲量大小等于其动量的减少量大小，故C错误；
D、根据上述可知，子弹在过程1中动量的增量大小为mv0−mv，子弹在过程2中动量的增量大小为mv0，所以子弹在过程1中动量的增量大小小于“子弹在过程2中动量的减少量大小”，故D错误。
故选：AB。
在过程1和2中，根据动量定理分析子弹重力的冲量大小与其动量的增量大小的关系；根据动能定理分析子弹重力做的功与其动能增量的关系.
解决本题的关键要掌握动量定理和动能定理，要注意选择研究过程，分析各个过程中子弹的受力情况和各力做功情况。
10.【答案】AC
【解析】解：A.由图像可知，t2时刻F最大，故A正确；
B.F−t图像与t轴面积代表动量变化量，即I=Pmax−0，因从图像上无法读出撞击结束的时刻，故无法判断何时头部动量最大，故B错误；
C.t1−t2与t2−t3时间内“面积”均为正，由动量定理，冲量方向相同，故C正确；
D.0−t1时间与t1−t2时间内“面积”不等，所以冲量大小不相等，故D错误。
故选：AC。
根据图像，分析F最大时刻；
F−t图像与t轴面积代表动量变化量，从图像上无法读出撞击结束的时刻，故无法判断何时头部动量最大；
由动量定理，冲量方向与动量变化量方向相同；
根据F−t图像面积，比较冲量大小。
本题解题关键是掌握F−t图像与t轴面积代表动量变化量，并结合动量定理解答问题。
11.【答案】t2 t2
【解析】解：由题意，可知小球做简谐振动，由图乙结合简谐振动的特点，可知在t1时刻弹簧弹力为零，即弹簧恢复原长，此时小球位于平衡位置，速度最大，加速度为零；在t2时刻，弹簧弹力最大，弹簧伸长量最大，小球加速度最大，速度为零；在t3时刻，弹簧弹力为零，弹簧又恢复原长，此时小球位于平衡位置，速度最大，加速度为零。所以，在t1≤t≤t3的时间内，小球速度最小的时刻为t2时刻，对应也是小球加速度最大的时刻。
故答案为：t2；t2
通过F随时间t变化的图像，分析小球运动过程，从而确定小球速度最小的时刻，根据牛顿第二定律确定小球加速度最大的时刻。
本题考查了简谐运动，注意分析物体在简谐运动过程中特殊位置的弹力、加速度、速度等物理量的特点，同时注意图像的应用。
12.【答案】近似相等 dΔt1 dΔt2 mAΔt2=(mA+mB)Δt1
【解析】解：(1)当滑块A上的遮光片经过两个光电门的遮光时间近似相等，通过两光电门的速度近似相等，则可认为气垫导轨水平；
(4)遮光片的宽度很短，可认为遮光块通过光电门的平均速度等于滑块通过光电门的瞬时速度，滑块A经过1处光电门的速度大小为
v1=dΔt1
滑块A、B一起经过2处光电门的速度大小为
v2=dΔt2
(5)滑块A、B组成的系统水平方向动量守恒有
mAv1=(mA+mB)v2
整理得：mAΔt2=(mA+mB)Δt1
故答案为：(1)近似相等；(4)dΔt1； dΔt2；(5)mAΔt2=(mA+mB)Δt1
(1)导轨水平时滑块做匀速直线运动，则通过光电门的遮光时间应近似相等；
(4)根据光电门的测速原理得出滑块的速度；
(5)根据动量守恒定理得出需要满足的关系式。
本题主要考查了动量守恒定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合运动学公式和动量守恒定律即可完成分析。
13.【答案】解：根据题意可得：
T1=273K
图线I描述的是体积为V1时的等容过程图线，根据查理定律可得：
p1T1=p2TA
得：TA=p2T1p1=273p2p1K
答：气体的温度为273p2p1K。
【解析】根据题意得出气体变化前后的状态参量，结合查理定律列式得出气体的温度。
本题主要考查了一定质量的理想气体状态方程，熟悉气体状态参量的分析，结合查理定律即可完成解答。
14.【答案】解：(1)由甲图知，波源O点与P处质点相差两个波长，故波源O点与P点振动步调相同，t=0时刻，波源O的位移为
xO=−2cm
(2)由甲图可知，波长为
λ=2m
由乙图可知，周期为
T=0.4s
所以该波的波速大小为
v=λT=20.4m/s=5m/s
答：(1)t=0时刻，波源O的位移为−2cm；
(2)该波的波速大小为5m/s。
【解析】(1)波源O点与P处质点相差两个波长，分析两者振动步调的关系，确定t=0时刻，波源O的位移；
(2)由图读出波长和周期，再求该波的波速大小。
解答本题时要知道相距波长整数倍的两质点振动步调相同，位移总是相同。
15.【答案】解：光路图如图所示：
由于光在A、B两点恰好发生全反射，因此光在B点的入射角恰好为临界角，设临界角C
根据临界角公式sinC=1n
在直角△POB中，根据数学知识tan(90∘−C)=OPR
代入数据联立解得OP= n2−1R。
答：单色点光源P到玻璃半球中心O的距离为 n2−1R。
【解析】作出光路图，由于光在A、B两点恰好发生全反射，因此光在B点的入射角恰好为临界角，根据临界角公式结合数学知识求解光源P到玻璃半球中心O的距离。
本题主要考查了临界角公式，抓住“光源P发出的光射到A、B处，恰好发生全反射”是解题的关键。
16.【答案】解：(1)设第一辆车获得的速度为v1，则
I=mv1
根据动能定理，人对第一辆小车做的功
W=12mv12
解得：W=I22m
(2)设3辆车碰在一起的速度为v3，选择水平向右的方向为正方向，根据动量守恒定律可得：
I=mv1=3mv3
产生的总热量
Q=12mv12−12×3mv32
解得：Q=I23m
答：(1)人对第一辆小车做的功为I22m；
(2)从第一车开始运动，到3辆车碰在一起后产生的总热量为I23m。
【解析】(1)根据动量的表达式，结合动能定理得出人对第一辆小车做的功；
(2)根据动量守恒定律，结合能量的转化关系得出产生的总热量。
本题主要考查了动量守恒定律的相关应用，理解动量守恒定律的条件，结合过程中的能量转化特点即可完成分析。