北京市海淀区2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题+答案

这是一份北京市海淀区2023-2024学年高二下学期7月期末物理试题+答案，共11页。试卷主要包含了07，0108 m/s ，5s 首次到达 C 点等内容，欢迎下载使用。

物 理 2024.07
本试卷共 8 页，共四道大题，20 道小题，满分 100 分。考试时长 90 分钟。试题答案一律填涂或书写在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，请将答题卡交回。
一、单项选择题。本题共 10 道小题，在每小题给出的四个选项中，只．有．一．个．选项是符合题意的。
（每小题 3 分，共 30 分）
关于分子热运动和布朗运动，下列说法正确的是（） A.布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 B.布朗运动反映了悬浮在水中的花粉分子的无规则运动
C.温度相同时，悬浮在水中的微粒越小，其布朗运动越明显 D.当物体温度达到 0℃时，物体分子会停止热运动
关于光现象，下列说法正确的是（）
A.为了增加光的透射，通常在摄像机的镜头表面镀一层特定厚度的薄膜，这是利用了光的干涉 B.光照射到不透明圆盘后，在圆盘阴影中心出现一个亮斑，这是光的偏振现象
C.在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，银幕上的图像才清晰，这副眼镜利用了光的全反射 D.用光导纤维传输载有声音、图像以及各种数字信号的信息，这是利用了光的衍射
粒子散射实验装置如图 1 所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素作为放射源，它发出的粒子从
铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线打到金箔上，图中虚线表示被散射的粒子的径迹。关于该实验，下列说法正确的是（）
图 1
A.实验现象可用汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释 B.依据实验结果可以推测原子核是可以再分的
C.粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了“碰撞”
D.统计散射到各个方向的粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况 4.电磁波在日常生活和生产中被广泛应用，下列说法正确的是（）
A.验钞机使用红外线照射钱币使荧光物质发光来鉴别真伪 B.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是射线
C.汽车喷漆后，进入烘干车间烘干使用的是 X 射线
D.医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒
某种手机防窥膜由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，如图 2 所示，屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度的控制。发光像素单元紧贴防窥膜下表面，位于相邻两屏障正中间。不考虑光的衍射，下列说法正确的是（ ）
图 2
防窥膜实现防窥效果主要是靠光的全反射
其他条件不变时，透明介质的折射率越小，可视角度越小 C.可视角度与屏障高度 d 无关
D.从上往下看，看到的图像比发光像素单元位置低
位于坐标原点处的波源发出一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波。 t  0 时波源开始振动，其位移 y 随时间 t
变化关系式为 y  A sin  2π t  。图 3 中能正确描述t  3 T 时波形图的是（）
 T4

B. C. D.
图 3
用图 4 所示的光电管研究光电效应，使用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针发生偏转。下列说法错．误．的是（）
图 4
A.a 光的波长一定大于 b 光的波长
只增加 a 光的强度，电流计 G 的指针仍不发生偏转
只增加 b 光的强度，可使通过电流计 G 的电流增大
用 b 光照射光电管阴极 K 时，通过电流计 G 的电流方向是由 d 到 c
一静止的 238 U 原子核发生衰变，其衰变方程为 238 U 234 Th  X ，生成的两粒子处于匀强磁场中，速度方
929290
向与磁场方向垂直，图 5 中可以正确反映两粒子运动轨迹的是（）
A.B. C.D.
图 5
原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图 6 所示，下列说法错．误．的是（）
图 6
3
6 Li 核的比结合能约为 5MeV
3
6 Li 核的结合能约为 15MeV
6 Li 核比 2 H 核更稳定
31
235 U 裂变为89 Kr 和144 Ba 的过程中会释放核能
923656
原子在外加磁场的作用下，某些能级会发生劈裂，这种现象称为塞曼效应。在外加磁场不太强时，塞曼效应的谱线裂距（光谱上波长的倒数差）与磁感应强度成正比。某原子能级劈裂前后的部分能级图如图 7 所示，相应能级跃迁放出的光子分别为①、②、③、④。已知电子质量为 m、电荷量为 e，外加磁场的磁感应强度为 B，真空中光速为 c。下列说法正确的是（）
图 7
光子②的频率大于光子④的频率
增大外加磁场的磁感应强度，光子②与光子③的频率差随之减小
mB
从量纲角度分析，塞曼效应的谱线裂距可能表示为
4πec
利用塞曼效应，通过测量谱线裂距，可以测量磁场的磁感应强度
二、多项选择题。本题共 4 道小题，在每小题给出的四个选项中，有多．个．选项是符合题意的。（每
小题 3 分，共 12 分。每小题全选对的得 3 分，选对但不全的得 2 分，不选或有选错的该题不得分）
对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是
（）
电子的发现，说明原子是可以再分的
康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构
玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D.天然放射现象，说明原子核内部是有结构的
实物粒子和光都具有波粒二象性，下列说法正确的是（）
人们借助中子衍射来研究晶体结构的实验利用了中子的波动性
电子束通过双缝后形成的干涉图样体现了电子的粒子性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D.光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性
把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，用它观察灯焰。图 8 为肥皂膜在竖直平面内静置时的干涉条纹照片。下列说法正确的是（）
图 8
拍摄这张照片时铁丝圈最高点可能位于 a 附近 B.拍摄这张照片时铁丝圈最高点可能位于 b 附近 C.肥皂膜在竖直平面内静置时，其厚度处处相同
D.干涉条纹是由来自肥皂膜前后两表面反射光叠加形成的
14.2023 年 12 月 1 日晚，我国多地看到了红色的极光现象。地球上的极光主要是由来自太阳风中的高能带电粒子被地磁场导引而发生偏转，沿着地球两极的磁感线沉降到高层大气中，与大气中的粒子碰撞，使原子受到激发对外辐射电磁波，从而产生不同颜色的光。极光最常见的颜色为绿色，此外还有红色、紫色等。尽管极光现象常见于高纬度地区，但如果来自太阳风的高能带电粒子足够强，极光现象发生的范围会扩展到中低纬度地区，但此时极光现象已经大大减弱。假设受到激发前，大气中的同种原子均处于相同的稳态。下列说法正确的是
（）
与高纬度地区相比，中低纬度地区不容易观察到极光现象
处于稳态的大量同种原子与高能粒子碰撞，一定跃迁至同一高能态
产生绿色极光与产生红色极光相比，原子跃迁前后两个能级的能量差更大
中低纬度地区极光现象大大减弱是因为地磁场对高能粒子做负功，粒子能量减小
三、实验题。本题共 2 道小题。（共 18 分。15 题 8 分，16 题 10 分）
15.（1）某热敏电阻 RT 的阻值随温度变化的图像如图 9 甲所示，图 9 乙是由热敏电阻 RT 作为传感器制作的简单自动报警器电路图。
为了使温度过高时报警器铃响，开关 c 应接在端（选填“a”或“b”）；
要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片 P 向端移动（选填“左”或“右”）。
甲乙
图 9
（2）某同学用如图 10 甲所示装置探究气体等温变化的规律。
甲乙
图 10
实验时，需测量一定质量的气体在温度不变情况下的体积 V 及其所对应的压强 p。为保证气体温度不发生明显变化，实验操作中应注意。
实验中，某小组同学用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制出 p V 图中的等温线，如图 10 乙所示。根
据图 10 乙所示的图像，请写出判断压强 p 与体积 V 成反比的方法。
某实验小组的同学测量某种单色光的波长。
利用图 11 装置实验时，接通电源使光源发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。若想增加从目镜
中观察到的条纹个数，下列操作可行的是；
图 11
A.将单缝向双缝靠近B.将光屏向靠近双缝的方向移动
C.将光屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝
若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 L，测得第 1 条亮纹中央到第 n 条亮纹中央的间距为 x，则所测量的单色光波长 ；
图 12 所示为另一种观察干涉的装置，单色光从单缝 S 射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝 S 通过平面镜成的像是 S （图中未画出），可以把单缝 S 和它的虚像 S 看成是产生干涉图样的两个相干光源。某同学用该装置进行实验。
图 12
通过画图进行光路分析，标出光屏上出现干涉条纹的范围。
若实验中已知单缝 S 到平面镜的垂直距离 h，单缝到光屏的距离 D，观测到第 3 条亮纹中央到第 12 条亮纹中央的间距为L ，则该单色光的波长 。
为减小测量过程中的误差，需要增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离，以下操作中可能成功的是。 A.将平面镜稍向上移动一些B.将平面镜稍向下移动一些
C.将光屏稍向左移动一些D.将光屏稍向右移动一些
四、论述、计算题。本题共 4 道小题。（共 40 分。17、18 题各 8 分，19、20 题各 12 分）
要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。有数值计算的小题，答案必须明确写出数值和单位。解题中要用到、但题目未给出的物理量和数据，要在解题时做必要的说明。
电磁波在科学探索和现实生活中有着广泛的应用。取电磁波在真空中的速度c  3.0108 m/s 。
世界上最大的单口径球面射电望远镜 FAST 坐落在我国贵州，被誉为“中国天眼”。当火星与地球之间的距离为2.25 1011 m 时，若从火星向地球发射一电磁波信号，求 FAST 接收到信号所用时间。
已知手机单端天线的长度为接收的电磁波波长的四分之一时，电磁波在天线中产生的感应电动势将达到
最大值。如果某手机接收的电磁波频率为7.50 108 Hz ，为使感应电动势达到最大值，求该手机单端天线应设计的长度。
某收音机中的 LC 电路由固定线圈和可调电容器组成，能够产生 500kHz 到 1500kHz 的电磁振荡。已知
LC
LC 电路的周期 T 与电容 C、电感 L 的关系为T  2π
，求可调电容器的最大电容和最小电容之比。
如图 13 所示，弹簧振子在竖直方向的 B、C 两点之间做简谐运动。小球位于 B 点时开始计时，经过 0.5s 首次到达 C 点。若以小球的平衡位置为坐标原点 O，以竖直向下为正方向建立坐标轴Ox ，用 x 表示小球相对于
平衡位置的位移。已知 B、C 两点相距 20cm，弹簧劲度系数 k  20N/m ，小球质量 m  0.5kg ，取重力加速
度 g  10m/s2 。
图 13
请写出小球位移 x 随时间 t 变化的关系式。
求 5s 内小球通过的路程及 5s 末小球位移的大小。
求小球运动至 B 点时，其所受回复力和弹簧弹力的大小。
密闭容器中一定质量的某种理想气体的 p V 图像如图 14 所示。图中①、②、③三个小圆圈分别代表气体的三个不同状态，从①到②经历了一个等温过程，从②到③经历了一个等容过程。
图 14图 15
定性判断。图 14 中①、②、③三个不同状态，对应的温度分别是T1 、T2 、T3 ，用 N1 、 N2 、 N3 分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁单位面积上的平均次数。请判断以下物理量之间的大小关系： T2 T3 ； N1 N2 ； N2 N3 （选填“＞”“＜”或“=”）。
定量计算。分别用 p1 、V1 、T1 和 p2 、V2 、T2 以及 p3 、V3 、T3 表示气体在①、②、③三个状态的状态
参量。若状态①的温度是 400K，结合图 14 中信息，推导并计算状态③的温度T3 。
模型建构。从微观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度。如图 15 所示，我们可以设计一个简易实验，用豆粒做气体分子的模型，将豆粒连续地倒在台秤的秤盘上，演示气体压强产生的微观机理。为了从宏观上模拟从状态①到状态②过程中气体压强减小，请说明实验操作的思路。
光子不仅具有能量，而且具有动量。照到物体表面的光子与物体相互作用从而对物体产生一定的压强，称之为“光压”，其机理与大量分子撞击器壁所产生的压强类似。已知普朗克常量为 h，单个光子的能量和动量 p 之间存在关系 pc （其中 c 为光速）。
写出光子的动量 p 与光的波长的关系式。
为研究光压，可以建立如下模型：
如图 16 所示，在体积一定的正方体密闭容器中有大量频率均为的光子；设光子与器壁各面碰撞的机会均等，且与器壁碰撞前、后瞬间光子相对器壁的动量大小不变、方向与器壁垂直。不考虑光子间的相互作用。假定容器中光子的个数保持不变，单位体积内光子个数记为 n。
图 16
根据上述模型，请推导光压 I 的表达式（用 n、h 和表示）。
在（2）基础上进一步研究，将容器中所有光子的能量称为光子的“内能”。上问中光压的表达式与容器的形状无关；当容器中光子的频率不同时，取平均频率，上问中光压的表达式仍然成立。如图 17 所示，长方
体密闭容器的右侧面质量为 m 且能够自由移动，容器中有大量光子且频率不同。初始时，容器体积为V0 ，光
压为 I0 ，单位体积内光子个数为 n0 ，右侧面速度为 0。不计容器的右侧面与器壁间摩擦。
图 17
求初始时光子的“内能”U0 的表达式（用V0 和 I0 表示）。
当容器右侧面速度为 v 时，求光子的平均频率（用V0 、 I0 、m、v、 n0 和 h 表示）。
海淀区 2024 年高二年级学业水平调研参考答案
物 理 2024.07
一、单项选择题。本题共 10 道小题，在每小题给出的四个选项中，只．有．一．个．选项是符合题意的。
（每小题 3 分，共 30 分）
二、多项选择题。本题共 4 道小题，在每小题给出的四个选项中，有．多．个．选项是符合题意的。（每
小题 3 分，共 12 分。每小题全选对的得 3 分，选对但不全的得 2 分，不选或有选错的该小题不得分）
三、实验题。本题共 2 道小题。（共 18 分。15 题 8 分，16 题 10 分）
15.（1）a. a（2 分）
b.左（2 分）
（2）a.用铁架台固定，不能用手握住注射器，且在实验中要缓慢地向下压或向上拉柱塞（2 分）
b.在 p V 图像中，若任意状态的 pV 为定值，即 p V 图中某一状态横坐标与纵坐标与坐标轴所围的矩形面积相等，则说明 p 与 V 成反比。（其他方法正确也可得分）（2 分）
16.（1）B（2 分）
xd
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
A
D
D
B
C
D
A
B
D
11
12
13
14
ACD
AD
BD
AC
（2）
n 1 L
（2 分）
（3）a.如答图 1 所示（2 分）
2hL
b.
9D
答图 1
（2 分）
c. AD（2 分）
四、论述、计算题。本题共 4 题。（共 40 分。17、18 题各 8 分，19、20 题各 12 分）
17.（1）设火星与地球之间距离为 x，所用时间为 t
根据 x  ct
x
得t  750s
c
设天线长度为 L，接受的电磁波频率为 v、波长为
根据c  v
得 0.4m
（2 分）
由题意 4L
得 L  0.1m
1
（3 分）
LC
根据T 和T  2π
f
2π LC
可得 f 1
当 f  500Hz 时，C 最大，设为Cmax ； f  1500Hz 时，C 最小，设为Cmin
得 Cmax  9
Cmin1
（3 分）
2π
18.（1）根据已知条件，可知小球做简谐运动的振幅为 A  10cm ，振动周期T  1s 。根据，可得 2πrad / s
T
T
小求经过 B 点始计时，故当t  0 时， x  A ，当t 时， x  0
4
故 x  10 cs 2πt  cm 或 x  10 sin  2πt  π  cm
（2 分）
2 

从小球经过 B 处开始计时，则t  5T
一个周期内小球通过的路程为 s  4 A
所以 5s 内通过的路程 s  20A  200cm
小球在 5s 内运动 5 个周期，故 5s 末仍位于 B 点所以 x  10cm
（2 分）
小球在竖直面内做简谐运动，其在平衡位置的受力分析如答图 1 所示。设此时弹簧的形变量为x ，则有 kx  mg
当小球位于 B 点时，小球的受力如答图 2 所示。此时小球的位移为 x  A  10cm ，弹簧的形变量x  x  A 。
根据 F回  kx ，可得 F回  2N ，回复力的大小为 2N
根据 F弹  kx ，可得 F弹  7N
（4 分）

答图 1 答图 2
19.（1）＞；＞；＞（4 分）
状态①→状态②为等温过程，根据玻意耳定律，有
T1  T2 ， p1V1  p2V2
状态②→状态③为等容过程，根据查理定律，有
23
V  V ， p2  p3
T2T3
由图 14 可知 V1
 1 ， p1  4
V22p31
联立上述各式可得
T3  200K
（5 分）
从同一高度，将大量豆粒连续释放落在台秤的秤盘上，使单位时间内倒出的豆粒数量越来越少，观察台秤的示数变化。（3 分）
20.（1）根据题意光子的动量为
p  
c
考虑到 h又有c  v
hvh
联立上式可得 p （2 分）
cc
（2）在容器壁上取面积为 S 的部分，则在t 时间内能够撞击在器壁上的光子总数为
N  1 ctSn
6
每个光子撞击器壁一次，动量改变量为2 p ，对t 时间内撞击在面积为 S 的器壁上的光子应用动量定理得
F t  N  2 p
根据牛顿第三定律，光子对面积为 S 的器壁的撞击力大小也为 F，所以光子对器壁的压强大小为 I  F
S
联立以上三式得 I  N  2 p  1 nh
（4 分）
St3
（3）a.设容器中光子的个数为 N，初始时光子的平均频率为0 ，则光子的内能U0 可表示为U0  Nh0
类比上一问的结果可得
I  1 n h
3 00
联立以上两式可得
0
U  N 3I0  3I V
（3 分）
n
0 0
0
b.根据能量守恒定律可得
U  1 mv2  Nh
02
容器中光子的个数 N  n0 V0
联立以上两式可得光子的平均频率为
3I0V0

 1 mv2
2
（3 分）
V0n0h