[物理][期末]湖北省2023-2024学年高二下学期7月期末试题(解析版)

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一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。1-7小题每题只有一个选项符合题目要求，8-10小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 阳光下的肥皂膜看起来五颜六色，这是光的偏振现象
B. 液体具有表面张力，是因为液体表面层分子间距大于液体内部分子间距
C. 大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将封闭空气的钢瓶自由释放后，由于完全失重现象钢瓶中的气体压强将会减小
D. 若铀元素半衰期为，则经过时间，200个铀核中一定有100个发生了衰变
【答案】B
【解析】A．肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的干涉现象，故A错误；
B．液体具有表面张力，是因为液体表面层分子间距大于液体内部分子间距，表面层液体分子间作用力表现为引力，从而使液体表面紧绷，故B正确；
C．钢瓶中的气体的压强是气体分子频繁的碰撞容器壁而产生的，与钢瓶是否处于失重状态无关，故C错误；
D．半衰期具有统计意义，对个别原子核无意义，故D错误；
故选B。
2. 无线话筒中的一个重要元件就是LC振荡电路。某时刻在LC振荡电路中，磁场方向、电场方向如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 电容器间场强正在减小
B. 增大两极板间的距离振荡电路的周期将减小
C. 磁场能在增大
D. 振荡电流的方向从b到a
【答案】B
【解析】ACD．由题图，根据安培定则以及线圈产生的磁感应强度的方向可以判定此时电流的方向从a到b，电容器正在充电，电场能正在增加，振荡电流正在减小，线圈中的磁场能正在减弱，电场正在增大，故ACD错误；
B．增大电容器两板距离，根据，可知C减小，再根据，可知振荡周期减小，故B正确。
3. 如图所示为课本中的几幅示意图，则下列关于这几幅图的有关说法正确的有（ ）
A. 图一表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当作球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“类比”的方法
B. 图二中绳子对玻璃板的拉力一定等于玻璃板的重力
C. 图三是核反应堆示意图，它是通过可控的链式反应实现核能的释放，核反应产生的快中子需要镉棒进行减速
D. 图四是光电流与电压的关系图，由图可知a、c两束光的频率相等且小于b光的频率
【答案】D
【解析】A．图一表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当作球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“估算”的方法，故A错误；
B．图二中由于液体表面张力的作用，绳子对玻璃板的拉力一定大于玻璃板的重力，故B错误；
C．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代持续下去的过程，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，而不是减慢中子的速度，故C错误；
D．根据
可知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，图中a、c两束光的遏止电压相等且小于b光的遏止电压，所以a、c两束光的频率相等且小于b光的频率，故D正确；
故选D。
4. 一列简谐横波沿x轴传播，图甲为时的波形图，P、Q为介质中平衡位置分别在、处的质点，如图乙所示为质点Q的振动图像，则（ ）
A. 此波沿x轴正方向传播
B. 0.1s~0.3s内质点P沿x轴负方向移动10cm
C. 时，质点Q的位移大小为2.5cm
D. 时，质点P的速度沿y轴负方向
【答案】D
【解析】A．由Q点的振动图像可知，时Q向下振动，根据“同侧法”可知，波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．质点只能在平衡位置附近上下振动，并不随波迁移，故B错误；
C．由图乙知，质点的振动周期为
可得质点的振动方程为
当
时，可求得质点Q的位移大小为
故C错误；
D．由图甲可知时，质点P位于波峰位置，则时，即经过
可知，质点P经过平衡位置后向y轴负方向运动，故D正确。
故选D 。
5. 如图甲所示是电饭锅的电路图，是一个限温开关，其内部结构如图乙所示，按下此开关按钮，两触点闭合，当感温磁体的温度达到居里点（103）时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧和磁体重力的作用下，两触点断开。是一个自动温控开关，当温度低于70时会自动闭合，温度高于80时会自动断开，下列说法正确的是（ ）
A. 电饭锅的米饭煮熟后可以长时间保持的温度在70到80之间
B. 若自动温控开关失效（开路），则电饭锅的煮饭功能也失效
C. 是加热电阻，是限流电阻
D. 和电水壶一样，用电饭锅烧水，当水沸腾后限温开关也会自动断开
【答案】A
【解析】A．电饭锅的米饭煮熟后，根据题意，当温度低于70时会自动闭合，温度高于80时会自动断开，因此锅内的温度可以长时间保持的温度在70到80之间，故A正确；
B．若自动温控开关失效（开路），将闭合，电饭锅的煮饭功能不失效，故B错误；
C．是加热电阻，是限流电阻，故C错误；
D．用电饭锅烧水，水沸腾后水的温度会保持100不变，锅底温度不能达到居里点（103），因此限温开关不会自动断开，故D错误。
故选A。
6. 如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如的核子比结合能约为8MeV，的核子比结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（ ）
A. 随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大
B. 核的比结合能比大，因此比更稳定
C. 把分成4个要吸收约16MeV的能量
D. 把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多吸收约16MeV的能量
【答案】C
【解析】A．有图像可知，原子核质量数比较小时，随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大，质量数比较大时，随着质量数增加，原子核的比结合能减小，A错误；
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，核的比结合能比大，因此比更稳定，B错误；
C．把分成8个中子和8个质子需要吸收的能量为
把2个质子与2个中子组合成一个氦核需要释放的能量为
所以把分成4个要吸收
C正确；
D．把分成8个质子和8个中子需要吸收128MeV的能量，把分成4个需要吸收16MeV的能量，所以把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多吸收约112MeV的能量，D错误；
故选C。
7. 有一种测量气温的简易装置，其结构如图所示，大玻璃泡A内封闭有一定量的空气，与A相连的细玻璃管B插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映玻璃泡内空气的温度（即环境温度），已知该温度计是按照标准大气压进行温度刻度的，B管的体积远小于大玻璃泡的体积，当温度为27℃时，B管内水银面的高度为16cm，此处标记为27℃，下列说法正确的是（ ）
A. 该测温装置的刻度是不均匀的
B. 当温度为27℃时，封闭气体的压强相当于92cm高的水银柱产生的压强
C. 考虑到B管内气体体积的变化，用该装置测量温度时测量值偏大
D. 若把该温度计置于高山顶进行测温，已知高山顶的大气压低于标准大气压，则温度的测量值偏大
【答案】D
【解析】AD．根据查理定律有
其中
即有
可知该测温装置的刻度是均匀的，同时温度升高，管内水银面的高度x降低，即管中刻度从上往下，表示的温度逐渐升高，若把该温度计置于高山顶进行测温，由于高山顶的大气压低于标准大气压，对管中气体有
温度一定时，管中气体压强一定，大气压强减小，可知管内液面的高度比山底的低一些，则温度的测量值偏高，故A错误，D正确；
B．温度为27℃时，封闭气体的压强
即封闭气体的压强相当于60cm高的水银柱产生的压强，故B错误；
C．根据
可知，若该温度计考虑到B管内气体体积的变化，则气体压强减小，液面上升，根据上述分析可知温度测量值偏小，故C错误；
故选D。
8. 一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C后又回到状态A。图中C→A为双曲线的一支。该循环过程如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. A→B过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少
B. B→C过程中，气体吸收热量
C. 该循环过程气体从外界吸收的热量等于该图像围成的阴影部分面积
D. 该循环过程气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，违背了热力学第二定律
【答案】AC
【解析】A．A→B过程，压强保持不变，体积增大，由可知温度升高，则分子的平均速率增大，由
则单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数要减少，故A正确；
B．B→C过程体积保持不变，压强减小，则温度降低，由可知，
，则，即气体要放出热量，故B错误；
C．一个循环过程为，温度不变，，气体对外界做的功大于外界对气体做的功，即总功为负，则气体从外界吸收的热量等于总功的大小，由图像的图像所围面积表示做功的大小，则该循环过程气体从外界吸收的热量等于该图像围成的阴影部分面积，故C正确；
D．该循环过程气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，但引起状态参量的变化，有吸热和放热，引起了其它变化，则不违背了热力学第二定律，故D错误。
故选AC。
9. 如图所示，物体A与滑块B一起在固定于地面倾角为的光滑斜面上做简谐运动，A、B之间的的动摩擦因数为，此时振动周期为T，已知轻质弹簧的劲度系数为k，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A、B的质量分别为m和M，重力加速度为g下列说法正确的是（ ）
A. 物体A运动到最下端时受到重力、支持力、摩擦力、回复力作用
B. A、B间无相对滑动的最大振幅为
C. 某时刻，B的速度为v，经过后，B的速度再次为v，则可能小于
D. 当物体B相对平衡位置的位移为x时，m加速度大小等于
【答案】C
【解析】A．物体A受到重力、摩擦力、支持力的作用，重力的分力和摩擦力提供回复力，故A错误；
B．由简谐运动回复力性质可知，当回复力最大时振幅最大，即当 A、B 间静摩擦力达到最大静摩擦力时，振幅最大，由牛顿第二定律
整理可得
利用整体法整理可得
可得A、B间无相对滑动的最大振幅
为故B错误；
C．由简谐运动的对称性可知，质点连续经过相对平衡位置对称的任意两点时，速度相等，花费时间是最少，小于，故C正确；
D．当物体B相对平衡位置的位移为x时，由牛顿第二定律
利用整体法整理可得
整理可得
即与物体A加速度相同，D错误。
故选C。
10. 如图甲为研究光电效应的实验装置，图乙为入射光频率与光电管A、K两极电势差的图像，已知电子电荷量，已知直线AB的斜率的绝对值为k，且该直线对应的灵敏电流计的读数恰好均为0，直线AD平行于横轴，B点坐标为，D点坐标为，下列说法正确的是（ ）
A. 阴影部分（不含边界）对应灵敏电流计均有读数
B. 普朗克常数等于k
C. 满足D点条件的光电子到达A极的最大动能为
D. 在光照强度相同的情况下，沿直线从A到D，灵敏电流计示数一定逐渐变大
【答案】AC
【解析】A．因为直线AB对应的灵敏电流计的读数恰好均为0，所以阴影部分（不含边界）对应灵敏电流计均有读数，故A正确；
B．直线AB对应的电压是在AK两端加不同频率光对应的遏制电压，由动能定理和光电效应方程有
得
变形得
由题意有
得
故B错误；
C．由光电效应方程和动能定理有满足D点条件的光电子到达A极的最大动能为
得
故C正确；
D．因为存在饱和电流，所以在光照强度相同的情况下，沿直线从A到D，即使加的电压逐渐变大，灵敏电流计示数不一定逐渐变大，故D错误。
二、实验题：本题共2小题，6+9分。共15分。
11. 极限运动被称为是向人类身体极限发出挑战的勇敢者的游戏。其中轮滑和滑板运动深受青少年朋友的喜爱。滑板运动场地有一种常见的圆弧形轨道，其截面如图。某同学用一光滑金属球和手机估测轨道半径R（金属球的半径远小于轨道半径）。
实验过程如下：
①实验原理：将金属球的运动视为简谐运动
②实验步骤
a.用智能手机及相关APP软件测得当地的重力加速度g；
b.找出轨道的最低点并做标记O，把金属球从O点移开一小段距离至P点，由静止释放。当小球经过最低点时开始用手机计时，并数做“1”。此后每次经过最低点就累计计数一次，测出第N次经过最低点总时间为t。算出滑板车做往复运动的周期______；（用N、t表示）
c.代入实验数据计算半径，根据简谐运动的周期公式可以得到轨道半径______（用T、g表示）。
【答案】
【解析】[1]每次经过最低点就累计计数一次，测出第N次经过最低点总时间为t，则周期为
[2]单摆周期公式可得
解得轨道半径为
12. 如图，利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹，并根据测量数据计算出光的波长。
（1）若想通过减小相邻两条亮条纹的间距来增加从目镜中观察到的条纹个数。该同学可______。
A. 增大光的强度B. 将屏向靠近双缝的方向移动
C. 将屏向远离双缝的方向移动D. 使用间距更小的双缝
（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时螺旋测微器读数也如图中所给出，则：
①分划板在图中A位置时螺旋测微器的读数为，在B位置时螺旋测微器读数为______mm。
②将数据代入公式算得该单色光的波长______nm。（结果保留三位有效数字）。
【答案】（1）B （2）9.299##9.298##9.297##9.296
【解析】（1）根据题意，由公式
可知，要减小相邻两条亮条纹的间距，可以换波长更短的光，将屏向靠近双缝的方向移动（减小屏到双缝的距离），换间距更大的双缝，与光照强度无关。
故选B。
（2）①[1]在B位置时螺旋测微器读数为
②[2]相邻两条亮条纹的间距
由
得
三、解答题（本题共3小题，12+15+18分。共45分）
13. 如图所示一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期，时，相距50cm的两质点a、b均在平衡位置，且振动方向相反，其中a沿y轴负方向运动。
（1）求b点第一次到达最低点的时间；
（2）求波长和波速。
【答案】（1）；（2）（，，），（，，）
【解析】（1）时，两质点a、b均在平衡位置，且振动方向相反，其中a沿y轴负方向运动，可知b沿y轴正方向运动，则b点第一次到达最低点的时间为
（2）由题意可知质点a、b的距离应满足
（，，）
可得波长为
（，，）
波速为
（，，）
14. 如图所示。一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为，现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能直接从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求
（1）半球底面上多大区域面积的入射光线能够直接从球面射出；
（2）距光轴0.5R的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
【答案】（1）；（2）6.3R
【解析】（1）如图，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角C时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l，由全反射临界角的定义有
由几何关系有
能够直接从球面射出的入射光的最大面积为
解得
（2）设与光轴相距0.5R的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，由折射定律有
由几何关系
可得
设折射光线与光轴的交点为C，在△OBC中，由正弦定理有
由几何关系有
∠C=r1-i1
联立可得
15. 如图所示，竖直放置的导热性能良好的汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能在汽缸内卡口上方无摩擦地滑动且不漏气，活塞的横截面积为S。开始时汽缸内的气体压强为，环境温度为，活塞与汽缸底部之间的距离为h，活塞到汽缸口的距离为，缓慢升高环境温度，当汽缸内气体的温度为时，活塞刚好到缸口，已知大气压强恒为，重力加速度为g。汽缸侧面有一个阀门，开始时阀门关闭，阀门中气体体积忽略不计。
（1）求活塞的质量；
（2）若保持环境温度不变，通过阀门向缸内缓慢充入气体，使活塞也刚好到缸口，则后来充入的气体质量与充入气体后缸内气体总质量的比值为多少？
（3）在第（2）问完成的情况下，关闭阀门，缓慢降低环境温度，使气缸内的气体压强恢复至，求该过程气体放出的热量（已知该封闭气体的内能与温度的关系为，k为已知常量）。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）设活塞的质量为m，当活塞到缸口时，缸内气体压强
根据理想气体状态方程有
解得
（2）当活塞刚好运动到缸口时，缸内气体的压强
未充入气体时，缸内原来气体等温压缩，当压强变为时，设活塞离缸底的距离为，气体发生等温变化，则
解得
设充入气体质量为，充气后气体总质量为m，则
（3）气体先发生等压变化，则有
解得
此时外界对气体做功为
气体再发生等容变化，则有
解得
内能变化为
根据热力学第一定律气体放出的热量为