青海省西宁市第五中学2023-2024学年高二下学期期末物理试卷（原卷版+解析版）

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一、单选题（每题4分，共28分）
1. 据报道，国外某核电站排放的“核污水”中含有大量的氚以及碘-129、碳-14、锶-90等几十种放射性元素。已知氚的半衰期约为12年，其反应方程为则（ ）
A. 该反应是核裂变反应
B. 粒子X是氚原子的核外电子
C. 的比结合能比的比结合能小
D. 20个氚核经过24年后还剩余5个
【答案】C
【解析】
【详解】AC．由反应方程知发生β衰变反应，由于释放能量，生成物的原子核更稳定，氚核的比结合能小于氦核的比结合能，则氦核的结合能大于氚核的结合能，故A错误，C正确；
B．X粒子是一个核内中子转变为质子并释放一个电子，故B错误；
D．半衰期是大量原子发生衰变的速度的统计规律，对少数的放射性原子发生衰变的速度没有意义，故D错误。
故选C。
2. 如图所示，弹簧振子在B、C两点之间做简谐运动，其平衡位置为O点。已知B、C相距30cm。从小球经过O点时开始计时，经过0.3s首次到达B点。取向左为正方向，下列说法正确的是（ ）

A. 小球振动的周期一定为1.2s
B. 小球振动的振幅为0.3m
C. 弹簧振子振动方程可能为
D. 0.6s末，小球一定在平衡位置
【答案】D
【解析】
【详解】A．小球经过O点时开始计时，经过0.3s首次到达B点，若小球计时是向右运动，则小球振动的周期
解得
若小球计时是向左运动，则
s
小球振动周期
小球振动的周期可能为1.2s或0.4s，故A项错误；
B．由题意可知
小球振动的振幅为
故B项错误；
C．当时，有
可知弹簧振子的振动方程为
当时，有
可知弹簧振子的振动方程为
故C项错误；
D．周期若为0.4s，则小球经
运动到平衡位置；周期若为1.2s，则小球经
运动到平衡位置，所以小球都在平衡位置，故D项正确。
故选D。
3. 如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，总长为的导体棒的端位于圆心，为棒的中点。现使导体棒绕点在纸面内逆时针匀速转动，则点到导体棒上任意一点的电势差与间距离的关系图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】由于AC段不切割磁感线则AC电势相同，在OA段，设某点到O的距离为d，根据
则离O越远电势减小得越快，即电势差增大得越快。
故选A。
4. 匀强磁场绕如图所示的轴线匀速转动，圆形金属线圈保持静止。理想变压器原、副线圈的匝数比为k，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表。下列说法正确的是（ ）
A. 滑片P上滑时，通过R0的电流变大B. 滑片P下滑时，电压表示数变小
C. k值增大，变压器输出功率变小D. 圆形线圈拉成正方形，电压表示数变大
【答案】B
【解析】
【详解】AB．滑片P上滑时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，根据等效电阻法可知，等效电阻增大，则通过R0的电流变小，同理可得，滑片P下滑时，通过R0的电流变大，则R0两端的电压增大，变压器原副线圈两端的电压减小，故A错误，B正确；
C．k值增大，则等效电阻增大，变压器输出功率可能变大，也可能变小，故C错误；
D．圆形线圈拉成正方形，则原线圈中电源电压减小，根据等效电源法可知，原副线圈电流减小，则电压表示数变小，故D错误。
故选B。
5. 图（a）是一列沿x轴方向传播的简谐横波在t=4s时的波形图，M、N是介质中的两个质点，其平衡位置分别位于x=2m、x=8m处，图（b）是质点N的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A. 波沿x轴负方向传播
B. 波的传播速度大小为0.5m/s
C. t=5s时，M、N的速度大小相等，方向相同
D. t=7s时，M、N的加速度大小相等，方向相反
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图（b）可知时质点N正在向下振动，则由图（a）可知该波沿x轴正方向传播，故A错误；
B．由图（b）可知该波的周期为，则由图（a）可知该波的波长为，则波速为
故B错误；
C． 时，波形图相对于图（a）中的波形向右移动了；此时质点M在波峰的左侧，距离波峰，正在向下、向平衡位置处运动；质点N在波谷的右侧，距离波谷，正在向下、向最大位移处运动。根据对称性可知，两质点的速度大小相等，故C正确；
D．时，波形图相对于图（a）中的波形向右移动了；此时质点M在波谷的右侧，距离波谷，正在向下、向最大位移处运动；质点N在波谷的左侧，距离波谷，正在向上、向平衡位置处运动。根据对称性可知，两质点此时的振幅相同，则加速度大小相等；两质点此时均在轴下方，则加速度方向相同，故D错误。
故选C。
6. 如图所示是两个振动情况完全相同的简谐波源、在同一均匀介质中产生的两列波，实线表示波峰，虚线表示波谷，波源的振幅为A，周期为。关于图中所标的、、、四点，下列说法正确的是（ ）
A. 点振幅为零
B. 点振动始终加强，点振动始终减弱
C. 从图示时刻经过，点将运动到点
D. 从图示时刻经过，点运动路程为
【答案】A
【解析】
【详解】A．由题图可知，d点时波峰与波谷相遇的点，是振动减弱点，又因为两列波的振动情况完全相同，振幅也相等，所以d点的振幅为零，故A项正确；
B．由题图可知，b点时波峰与波峰相遇的点，c点时波谷与波谷相遇的点，所以两点均是振动加强点，故B项错误；
C．波上每点都是在各自平衡位置附近做着简谐运动，并不会随波而运动，故C项错误；
D．由之前的分析可知，b点时振动加强点，所以其振幅为2A，此时处于波峰位置，经过，其运动路程为2A，故D项错误。
故选A。
7. 下列有关热现象的说法正确的是（ ）
A. 当物体温度为0℃时，物体的内能为零
B. 分子间作用力随分子间距离增大，一定先减小后增大
C. 气体分子速率有大有小，但大量气体分子的速率呈“中间多、两头少”的规律分布
D. 一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数减少
【答案】C
【解析】
【详解】A．温度为0℃的物体，分子不停地做无规则的运动，分子动能不为零，分子间存在相互作用的引力与斥力，分子势能不为零，故温度为0℃的物体的内能不为零，故A错误；
B．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，斥力减小得快。当分子间距离小于r0时，分子间斥力大于引力，分子力表现为斥力，随分子间距离的增大而减小；当分子间距离大于r0时，分子间斥力小于引力，分子力表现为引力，随分子间距离的增大先增大后减小，故B错误；
C．气体分子的速率有大有小，但大量气体分子的速率呈“中间多、两头少”的规律分布，故C正确；
D．一定质量的气体温度不变时，气体平均分子动能不变，体积减小，气体分子密度增大，则压强将增大，故每秒撞击单位面积器壁的分子数增加，故D错误。
故选C。
二、多选题（每题6分，共18分，选不全得3分，选错不得分）
8. 质量为和的两个物体在光滑的水平面上正碰，碰撞时间不计，其位移—时间图像如图所示，由图像可判断以下说法正确的是（ ）
A. 碰后两物体的运动方向相同
B. 碰后的速度大小为
C. 两物体的质量之比
D. 两物体的碰撞是弹性碰撞
【答案】BC
【解析】
【详解】A．根据图像斜率表示速度可知碰后两物体的运动方向相反，故A错误；
B．碰后的速度大小为
故B正确；
C．碰撞后的速度为
碰撞前的速度为
碰撞前的速度为0，根据动量守恒定律得
可得两物体的质量之比为
故C正确；
D．碰撞前系统的总动能为
碰撞后系统的总动能为
则有
可知两物体的碰撞不是弹性碰撞，故D错误。
故选BC。
9. 关于以下四幅图片，说法正确的是（ ）

A. 甲图是电子的干涉图样，如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
B. 乙图是粒子散射的实验装置，当带荧光屏的显微镜放在D位置时，荧光屏上观察到大量闪光
C. 丙图是花粉微粒在液体中运动位置的连线，说明花粉中的分子在做无规则热运动
D. 丁图是观察自然光的偏振现象实验，将偏振片以光线为轴旋转任意角度，屏亮度不变
【答案】AD
【解析】
【详解】A．甲图是电子的干涉图样，电子具有波粒二象性，即使是一个一个发射的，也会得到干涉图样，故A正确；
B．乙图是粒子散射的实验装置，当带荧光屏的显微镜放在D位置时，荧光屏上将观察到极少量的闪光，因为金原子的原子核非常小，所以大部分粒子将穿过金箔沿原方向前进，少部分发生偏转，极少部分会被弹回，故B错误；
C．丙图是花粉微粒在液体中运动位置的连线，花粉微粒的无规则运动是大量液体分子对微粒的撞击不平衡导致的，故C错误；
D．丁图是观察自然光的偏振现象实验，自然光包含了沿着各个方向的偏振光，所以将偏振片以光线为轴旋转任意角度，穿过偏振片的光的偏振方向变了，但屏的亮度不变，故D正确。
故选AD。
10. 1905年，爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，对于光电效应给出了另外一种解释。如下分别是用于研究光电效应的实验装置图和氢原子的能级结构图。实验发现跃迁到时发出的某种光照射左图实验装置的阴极时，发现电流表示数不为零，慢慢移动滑动变阻器触点c，发现电压表读数大于等于1.0V时，电流表读数为零，下列说法正确的是（ ）
A. 一群氢原子处于的激发态，向低能级跃迁时最多可辐射出10种频率的光子
B. 氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光子比从能级向能级跃迁时辐射出的光子的波长短
C. 该光电管的阴极材料的逸出功
D. 滑动变阻器触点c向a侧慢慢移动时，电流表读数会增大
【答案】AC
【解析】
【详解】A．一群氢原子从的激发态向下跃迁时，一共可以发射出
种不同频率的光子，故A正确；
B．氢原子从跃迁到时放出光子能量为
当跃迁到放出的光子能量为
根据
可知光子能量小，频率小，但波长反而长，所以氢原子从n=5能级向n=2能级跃迁时辐射出的光子比从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的波长长，故B错误；
C．从跃迁到时放出光子能量为。电压大于等于时，溢出来最大动能的光电子被截止，说明光电子最大初动能为，根据光电效应方程
可知该材料的速出功
故C正确；
D．滑动变阻器触点c慢向a端移动，增加反向截止电压，电流表读数会流小，甚至有可能出现电流读数为零，故D错误。
故选AC。
三、实验题（每空2分，共16分）
11. 某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素
（1）通过实验得知：当电流从图a中电流计的右侧正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体__________（选填“向上”或“向下”）运动时，电流计指针向右偏转。
（2）为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图b的电路。若图b电路连接正确，在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最__________（选填“左”或“右”）端。
（3）若图b电路连接正确，开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈P中快速抽出时，观察到电流计指针__________
A. 不偏转B. 向左偏转C. 向右偏转
【答案】（1）向上 （2）左
（3）C
【解析】
【小问1详解】
通过实验得知：当电流从图a中电流计的右侧正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体向上运动时，穿过线圈的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，感应电流从电流计的右侧正接线柱流入，则电流计指针向右偏转。
【小问2详解】
为了保证电路安全，在闭合开关前滑动变阻器接入电路阻值应最大，则滑动变阻器滑片应移至最左端。
【小问3详解】
开关闭合瞬间，指针向左偏转，穿过与电流计构成回路线圈的磁通量增加；则将铁芯从线圈P中快速抽出时，则穿过与电流计构成回路线圈的磁通量减少，观察到电流计指针向右偏转。
故选C。
12. 在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
（1）为了较精确地测量重力加速度的值，以下三种单摆组装方式最合理的是__________；
A. B. C.
（2）在摆球自然下垂的状态下，用毫米刻度尺测得摆线长度为；用游标卡尺测量摆球的直径，示数如图甲所示，则__________mm；
（3）将小球从平衡位置拉开一个小角度静止释放，使其在竖直面内振动。待振动稳定后，从小球经过平衡位置时开始计时，测量次全振动的时间为，由本次实验数据可求得__________（用、、、表示）；
（4）若某次实验测得数值比当地公认值大，原因可能是__________；
A. 开始计时时，过早按下秒表
B. 实验时误将49次全振动记为50次
C 摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，摆线长度增加
（5）改变摆线长度，重复实验，测得每次实验时单摆的振动周期，作出图像为图乙中的__________（选填“”“”或“”）。
【答案】（1）C （2）16.3
（3） （4）B
（5）a
【解析】
【小问1详解】
摆球应该选择密度大的小钢球，为了防止在实验过程由于摆球的摆动导致摆长发生改变，悬点要固定。
故选C。
【小问2详解】
由图甲，有摆球的直径为
【小问3详解】
由题意有小球单摆周期
由单摆周期公式
其中
得
【小问4详解】
A．开始计时时，过早按下秒表，导致周期偏大，实验测得g数值应偏小，故A错误；
B．实验时误将49次全振动记为50次，导致周期偏小，实验测得g数值应偏大，故B正确；
C．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，摆线长度增加，但我们还是利用测量值来计算，所以实验测得g数值应偏小，故C错误。
故选B。
【小问5详解】
由上述分析可得
所以图线应该为图线a。
四、解答题（共38分）
13. 如图所示，粗细均匀的玻璃管放置在水平面上，右端开口左端封闭，一段理想气体被水银柱封闭在左端左上方，稳定时理想气体的温度为，左右液面的高度差为，理想气体的高度也为，已知大气压强为，求：
（1）若缓慢的升高封闭气体的温度，当左右液面的高度相同时，气体的温度为多少？
（2）若从开口端向管内添加一定量的水银，稳定后左右液面的高度相同，气体的温度仍为，则添加的水银柱的高度为多少？
【答案】（1）600K；（2）28.5cm
【解析】
【详解】（1）对于封闭气体，初始状态，设U形玻璃管横截面积为S
温度升高到两液面恰相平时，末状态
根据
得
（2）右管缓慢注入水银，左右两玻璃管水银面恰相平时，此时
根据玻意耳定律有
所需要加入的水银柱的长度为
解得
14. 如图所示，某单色光以45°角入射到等腰三棱镜的一个侧面上，测得其折射角是30°，三棱镜的顶角为70°。已知真空中的光速为，求：
（1）此单色光在三棱镜中的折射率；
（2）此单色光在该三棱镜中的速度大小；
（3）通过计算判断该折射光在面上能否发生全反射。
【答案】（1）2；（2）22c；（3）不能
【解析】
【详解】（1）由折射定律有
n=sin45°sin30°=2
（2）由公式
n=cv
得此单色光在该三棱镜中的速度大小
v=22c
（3）作出光路图如图
因为
∠AOD=60°
所以
∠ADO=50°
所以在AC面入射角为
i=40°
由公式
sinC=1n=22
所以此光在该三棱镜中发生全发射的临界角为45°。因为
40°<45°
所以该折射光在AC面上不能发生全反射。
15. 如图所示，足够长的两平行金属导轨固定在水平面上，导轨间距为 导轨的倾斜部分的倾角 动摩擦因素 ，导轨的水平部分是光滑的，水平部分的矩形区域abcd有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为 导轨水平部分的左侧和倾斜部分由光滑圆弧连接，右侧和一光滑半圆圆弧轨道平滑连接，圆弧轨道半径r=0.18m。现有一质量为m=0.1kg的金属棒从离水平面高度 处静止释放，经过AA'滑上水平轨道，金属棒穿过磁场区域后恰好能沿圆弧轨道通过半圆最高点已知金属棒的电阻值为r=0.2Ω，倾斜导轨最上端接有一个阻值为 的电阻，重力加速度 感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计，金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。求：
（1）金属棒刚进入磁场时受到安培力F的大小；
（2）金属棒整个运动过程中电阻 R产生的焦耳热；
（3）矩形磁场沿导轨方向的长度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据动能定理有
根据法拉第电磁感应定律有
根据欧姆定律有
金属棒刚进入磁场时受到安培力
（2）设金属棒在位置的速度为，则有
金属棒从位置运动到位置的过程，设金属棒克服电场力做功为W，由动能定理得
又
故
（3）设金属棒穿过磁场区域时的速度为v，金属棒从该位置运动到位置的过程，由动能定理得
金属棒穿过磁场区域的过程，由动量定理得
又有
解得
x=1.25m