2024北京海淀区高二下学期7月期末考试物理含解析

这是一份2024北京海淀区高二下学期7月期末考试物理含解析，共27页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，论述等内容，欢迎下载使用。

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）
1. 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
2. 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
3. 粒子散射实验装置如图所示，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（ ）
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
5. 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（
A. 防窥膜实现防窥效果主要是靠光的全反射
B. 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
6. 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变化的关系式为，则t=时的波形图为（ ）
A. B. C. D.
7. 用图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（ ）
A. a光的波长一定大于b光的波长
B. 只增加a光的强度，电流计G的指针仍不发生偏转
C. 只增加b光的强度，可使通过电流计G的电流增大
D. 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
8. 一静止的原子核发生衰变，其衰变方程为，生成的两粒子处于匀强磁场中，速度方向与磁场方向垂直，图中可以正确反映两粒子运动轨迹的是（ ）
A. B.
C D.
9. 原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法错误的是（ ）
A. 核的比结合能约为5MeV
B. 核的结合能约为15MeV
C. 核比核更稳定
D. 裂变为和的过程中会释放核能
10. 原子在外加磁场作用下，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（ ）
A. 光子②的频率大于光子④的频率
B. 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
C. 从量纲角度分析，塞曼效应的谱线裂距可能表示为
D. 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）
11. 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（ ）
A. 电子的发现，说明原子是可以再分的
B. 康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构
C. 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
12. 实物粒子和光都具有波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A. 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
B. 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
13. 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（ ）
A. 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（ ）
A. 与高纬度地区相比，中低纬度地区不容易观察到极光现象
B. 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
C. 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
D. 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. 图a是热敏电阻R1的阻值随 温度变化的图象，图b是由热敏电阻R1做为传感器制作的简单自动报警器线路图．
（1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________（填“a”或“b”）
（2）若使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P点向_________移动（填“左”或“右”）．
16. 某同学用如图甲所示装置探究气体等温变化的规律。
（1）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______。
（2）实验中，某小组同学用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制出图中的等温线，如图乙所示。根据图乙所示的图像，请写出判断压强p与体积V成反比的方法。____。
17. 某实验小组的同学测量某种单色光的波长。
（1）利用图装置实验时，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______；
A. 将单缝向双缝靠近B. 将光屏向靠近双缝方向移动
C. 将光屏向远离双缝的方向移动D. 使用间距更小的双缝
（2）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______；
（3）图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（图中未画出），可以把单缝S和它的虚像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。
a.通过画图进行光路分析，标出光屏上出现干涉条纹的范围______。
b.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，则该单色光的波长______。
c.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。
18. 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。
（1）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。
（2）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，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。
（3）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电路的周期T与电容C、电感L的关系为，求可调电容器的最大电容和最小电容之比。
19. 如图所示，弹簧振子在竖直方向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，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，小球质量，取重力加速度。
（1）请写出小球位移x随时间t变化的关系式。
（2）求5s内小球通过的路程及5s末小球位移的大小。
（3）求小球运动至B点时，其所受回复力和弹簧弹力的大小。
20. 密闭容器中一定质量的某种理想气体的图像如图所示。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。
（1）定性判断。图中①、②、③三个不同状态，对应的温度分别是、、，用、、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：
______；______；______（选填“＞”“＜”或“=”）。
（2）定量计算。分别用、、和、、以及、、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，结合图中信息，推导并计算状态③的温度。
（3）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。
21. 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（其中c为光速）。
（1）写出光子的动量p与光的波长的关系式。
（2）为研究光压，可以建立如下模型：如图所示，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。根据上述模型，请推导光压I的表达式（用n、h和表示）。
（3）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，光压为，单位体积内光子个数为，右侧面速度为0.不计容器的右侧面与器壁间摩擦。
a.求初始时光子的“内能”的表达式（用和表示）。
b.当容器右侧面速度为v时，求光子的平均频率（用、、m、v、和h表示）。
海淀区2024年高二年级学业水平调研
物 理
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）
1. 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
【答案】C
【解析】
【详解】A．布朗运动是指在显微镜中看到的悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，选项A错误；
B．布朗运动是指悬浮在水中的花粉颗粒的无规则运动，反映了水分子的无规则运动，选项B错误；
C．温度相同时，悬浮在水中的微粒越小，其布朗运动越明显，选项C正确；
D．分子在永不停息的做无规则运动，即使当物体温度达到0℃时，物体分子的热运动也不会停止，选项D错误。
故选C。
2. 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
【答案】A
【解析】
【详解】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，这是薄膜干涉现象，利用了光的干涉，故A正确；
B．光照射到不透明圆盘后，在圆盘阴影中心出现一个亮斑，这是光的衍射现象，故B错误；
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偏振，故C错误；
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，这是利用了光的全反射，故D错误。
故选A。
3. 粒子散射实验装置如图所示，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（ ）
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
【答案】D
【解析】
【详解】A．实验现象可用卢瑟福的原子的核式结构理论来解释，不能通过汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误；
B．依据实验结果不可以推测原子核是可以再分的，故B错误；
C．粒子发生偏转是由于它受到了金箔中的金原子核的斥力作用，故C错误；
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，即原子的中间存在一个原子核，原子的正电荷和几乎的全部质量都集中在原子核上，故D正确。
故选D。
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
【答案】D
【解析】
【详解】A．验钞机使用紫外线照射钱币使荧光物质发光来鉴别真伪，故A错误；
B．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用了X射线，故B错误；
C．红外线具有典型的热效应，所以汽车厂造出的新车喷漆后进入烘干车间烘干利用了红外线，故C错误；
D．医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故D正确。
故选D。
5. 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（
A. 防窥膜实现防窥效果主要是靠光的全反射
B. 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，看到图像比发光像素单元位置低
【答案】B
【解析】
【详解】A．防窥屏实现防窥效果的原理是因为某些角度范围内的光被屏障吸收，能射出到空气中的光其入射角都小于临界角，没有发生全反射，故A错误；
B．透明介质的折射率越小，则在空气中的折射角越小，则由几何关系可知，可视角度θ越小，故B正确；
C．由图可知，屏障的高度d越大，光线射到界面的入射角越小，则在空气中的折射角越小，则可视角度θ越小，故C错误；
D．根据光路可逆，可知从上往下观察手机屏幕，看到的图像比发光像素单元位置高，故D错误。
故选B。
6. 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变化的关系式为，则t=时的波形图为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】时，波源的位移为
故选C。
7. 用图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（ ）
A. a光的波长一定大于b光的波长
B. 只增加a光的强度，电流计G的指针仍不发生偏转
C. 只增加b光的强度，可使通过电流计G的电流增大
D. 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
【答案】D
【解析】
【详解】A．由题意可知，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，可知b光的频率大于a光的频率，即a光的波长一定大于b光的波长，选项A正确，不符合题意；
B．因a光的频率小于金属的极限频率，可知即使增加a光的强度，也不会发生光电效应，电流计G的指针仍不发生偏转，选项B正确，不符合题意；
C．只增加b光的强度，单位时间逸出光电子数量增加，则可使通过电流计G的电流增大，选项C正确，不符合题意；
D．用b光照射光电管阴极K时，电子移动方向是从d到c，则通过电流计G的电流方向是由c到d，选项D错误，符合题意。
故选D。
8. 一静止的原子核发生衰变，其衰变方程为，生成的两粒子处于匀强磁场中，速度方向与磁场方向垂直，图中可以正确反映两粒子运动轨迹的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据动量守恒定律可知，生成的两粒子动量等大反向，则根据
解得
可知电荷量较大的在磁场中的运动半径较小，即Th核的运转半径小于X。因两粒子均带正电，速度反向，可知运动轨迹为外切圆。
故选A。
9. 原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法错误的是（ ）
A. 核的比结合能约为5MeV
B. 核结合能约为15MeV
C. 核比核更稳定
D. 裂变为和的过程中会释放核能
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由图可知，核的比结合能约为5MeV，核的结合能约为
5MeV×6=30MeV
故A正确，与题意不符；B错误，与题意相符；
C．比结合能越大越稳定，如图所示，核比结合能比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确，与题意不符；
D．裂变为和的过程中会出现质量亏损，释放核能。故D正确，与题意不符。
故选B。
10. 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（ ）
A. 光子②的频率大于光子④的频率
B. 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
C. 从量纲角度分析，塞曼效应的谱线裂距可能表示为
D. 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
【答案】D
【解析】
【详解】A．因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，故A错误；
B．增大外加磁场的磁感应强度，由于谱线裂距（光谱上波长的倒数差）与磁感应强度成正比，由于频率与波长成反比，则频率差增大，故B错误；
C．从量纲角度分析，塞曼效应的谱线裂距单位应为，根据
可知
分析量纲，故塞曼效应的谱线裂距可能表示为，但不可能为，故C错误；
D．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，则可以通过测量谱线裂距，来测量磁场的磁感应强度，故D正确。
故选D。
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）
11. 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（ ）
A. 电子的发现，说明原子是可以再分的
B. 康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构
C. 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
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．汤姆孙发现电子，电子带负电，而原子呈现电中性，说明原子是可以再分的，故A正确；
B．康普顿散射现象及规律，说明光具有粒子性，故B错误；
C．玻尔依据氢原子光谱的实验规律，提出了波尔理论，将量子观念引入原子领域，故C正确；
D．天然放射现象与元素的物理性质和化学性质无关，说明原子核内部是有结构的，故D正确。
故选ACD。
12. 实物粒子和光都具有波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A. 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
B. 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
【答案】AD
【解析】
【详解】A．因衍射是波特有的现象，则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，选项A正确；
B．电子束通过双缝后形成的干涉图样体现了电子的波动性，选项B错误；
C．黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释，为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了量子学说，认为微观粒子的能量是分立的，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，选项D正确。
故选AD。
13. 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（ ）
A. 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
【答案】BD
【解析】
【详解】肥皂膜在竖直平面内静置时，由于重力作用呈现上薄下厚的分布，从薄膜的前后表面反射的光叠加而出现干涉条纹，则在相同的厚度处出现的干涉条纹颜色相同，则干涉条纹应该横向分布，则拍摄这张照片时铁丝圈最高点可能位于b附近，故选项BD正确，AC错误。
故选BD。
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（ ）
A. 与高纬度地区相比，中低纬度地区不容易观察到极光现象
B. 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
C. 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
D. 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
【答案】AC
【解析】
【详解】A．根据题中叙述可知，与高纬度地区相比，中低纬度地区不容易观察到极光现象，选项A正确；
B．处于稳态的大量同种原子与高能粒子碰撞，因吸收的能量可能不同，则不一定跃迁至同一高能态，选项B错误；
C．在高纬度地区，高能粒子吸收较大的能量受到激发后容易辐射出绿光；而中低纬度的高能粒子受到激发辐射出红光，则根据跃迁规律可知，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，选项C正确；
D．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正功较小，粒子能量较小，选项D错误。
故选AC。
三、实验题。本题共2道小题。（共18分。15题8分，16题10分）
15. 图a是热敏电阻R1的阻值随 温度变化的图象，图b是由热敏电阻R1做为传感器制作的简单自动报警器线路图．
（1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________（填“a”或“b”）
（2）若使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P点向_________移动（填“左”或“右”）．
【答案】 ①. a, ②. 右
【解析】
【详解】(1)根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出,电阻随温度的升高而减小,因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时发送报警信息,则热敏电阻阻值最小,回路中电流增大，导致螺旋管处的磁场增大，吸引竖直金属杆左偏与a接触，要先报警则开关c应该接在a处,此时报警电路接通．
(2)若使报警的最低温度降低根据热敏电阻的特征可知此时热敏电阻的阻值变大，要保证电流不变，所以应该减小滑动变阻器的阻值，即向右移动
16. 某同学用如图甲所示装置探究气体等温变化的规律。
（1）实验时，需测量一定质量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______。
（2）实验中，某小组同学用采集的各组数据在坐标纸上描点，绘制出图中的等温线，如图乙所示。根据图乙所示的图像，请写出判断压强p与体积V成反比的方法。____。
【答案】（1）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）在图像中，若任意状态的为定值，即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。
【解析】
【小问1详解】
实验操作中要保持气体的质量和温度不变，则应注意：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。
【小问2详解】
在图像中，若任意状态的为定值，即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。
17. 某实验小组的同学测量某种单色光的波长。
（1）利用图装置实验时，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______；
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
（2）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______；
（3）图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（图中未画出），可以把单缝S和它的虚像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。
a.通过画图进行光路分析，标出光屏上出现干涉条纹的范围______。
b.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，则该单色光的波长______。
c.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
【答案】（1）B （2）
（3） ①. ②. ③. AD
【解析】
【小问1详解】
根据
可知将光屏向靠近双缝的方向移动、使用间距更大的双缝均可以减小条纹间距，达到增加从目镜中观察到的条纹个数的目的。
故选B。
【小问2详解】
依题意，
联立，解得
【小问3详解】
a.[1]画出单缝光源的入射和反射光线，在光屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。
b.[2]相邻亮条纹间距
根据
联立，解得
c.[3]若要增大条纹间距，可以增大D，即将光屏向右移动。减小h，即将平面镜稍向上移动一些。
故选AD。
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。
18. 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。
（1）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。
（2）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，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。
（3）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电路的周期T与电容C、电感L的关系为，求可调电容器的最大电容和最小电容之比。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）设火星与地球之间距离为x，所用时间为t，根据
得
（2）设天线长度为L，接受电磁波频率为v、波长为，根据
可得
由题意，可得
（3）根据和，可得
当时，C最大，设为；时，C最小，设为，可得
19. 如图所示，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，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，小球质量，取重力加速度。
（1）请写出小球位移x随时间t变化的关系式。
（2）求5s内小球通过的路程及5s末小球位移的大小。
（3）求小球运动至B点时，其所受回复力和弹簧弹力的大小。
【答案】（1）或；（2），；（3）2N，
【解析】
【详解】（1）根据已知条件，可知小球做简谐运动的振幅为
振动周期
根据，可得
小求经过B点始计时，故当时，，当时，，故
或
（2）从小球经过B处开始计时，则
一个周期内小球通过的路程为
所以5s内通过的路程
小球在5s内运动5个周期，故5s末仍位于B点，所以
（3）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所示
设此时弹簧的形变量为，则有
当小球位于B点时，小球的受力如答图所示
此时小球的位移为
弹簧的形变量
根据，可得
回复力的大小为2N；根据，可得
20. 密闭容器中一定质量的某种理想气体的图像如图所示。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。
（1）定性判断。图中①、②、③三个不同状态，对应的温度分别是、、，用、、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：
______；______；______（选填“＞”“＜”或“=”）。
（2）定量计算。分别用、、和、、以及、、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，结合图中信息，推导并计算状态③的温度。
（3）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。
【答案】（1）＞，＞，＞；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）从②到③气体体积不变，压强减小，则温度降低，可知；
状态①②的温度相等，状态①压强较大，体积较小，分子数密度较大，可知可知分子在单位时间内撞击容器壁单位面积上的平均次数较大，即；
②态压强大于③态压强，两态体积相等，②态温度大于③态温度，则②态分子平均速率较大，可知分子在单位时间内撞击容器壁单位面积上的平均次数较大，即；
（2）状态①→状态②为等温过程，根据玻意耳定律，有
状态②→状态③为等容过程，根据查理定律，有
由图可知
联立上述各式可得

（3）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。
21. 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（其中c为光速）。
（1）写出光子的动量p与光的波长的关系式。
（2）为研究光压，可以建立如下模型：如图所示，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。根据上述模型，请推导光压I的表达式（用n、h和表示）。
（3）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，光压为，单位体积内光子个数为，右侧面速度为0.不计容器的右侧面与器壁间摩擦。
a.求初始时光子的“内能”的表达式（用和表示）。
b.当容器右侧面速度为v时，求光子的平均频率（用、、m、v、和h表示）。
【答案】（1）；（2）；（3）a.；b.
【解析】
【详解】（1）根据题意光子的动量为
考虑到，又有
联立上式可得
（2）在容器壁上取面积为S的部分，则在时间内能够撞击在器壁上的光子总数为
每个光子撞击器壁一次，动量改变量为，对时间内撞击在面积为S的器壁上的光子应用动量定理得
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
联立以上三式得
（3）a。设容器中光子的个数为N，初始时光子的平均频率为，则光子的内能可表示为
类比上一问的结果可得
联立以上两式可得
b。根据能量守恒定律可得
容器中光子的个数
联立以上两式可得光子的平均频率为