[物理][期末]天津市红桥区2023-2024学年高二下学期期末试卷(解析版)

这是一份[物理][期末]天津市红桥区2023-2024学年高二下学期期末试卷(解析版)，共13页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1. 在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；
B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；
C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；
2. 下图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里．以下判断可能正确的是
A. a、b为粒子的经迹B. a、b为粒子的经迹
C. c、d为粒子的经迹D. c、d为粒子的经迹
【答案】D
【解析】射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误．粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、C错误；粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确．故选D．
3. 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（ ）
A. 发生衰变的产物是
B. 衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C. 近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化
D. 若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
【答案】D
【解析】A．根据
即发生衰变的产物是，选项A错误；
B．衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；
C．半衰期是核反应，与外界环境无关，选项C错误；
D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730×2年=11460年，选项D正确。
故选D。
4. 图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b两质点的横坐标分别为和，图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图像，下列说法正确的是（ ）
A. 质点a在时速度为零
B. 质点a经过4s振动的路程为4m
C. 此时刻质点a的速度沿方向
D. 该波沿方向传播，波速为1m/s
【答案】A
【解析】D．由图乙可知此时质点b沿轴正方向振动，根据波形平移法可知，该波沿方向传播，根据图甲和图乙可知λ=8m，，则波速为
故D错误；
AC．由于该波沿方向传播，可知此时质点a沿轴负方向振动，则时质点a处于波谷位置，速度为零，故A正确，C错误；
B．由于
可知质点a经过4s振动的路程为
故B错误。
故选A。
5. 如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。
故选C。
6. 一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（ ）
A. 需要向外吸收能量
B. 共能放出6种不同频率的光子
C. 向跃迁发出的光子频率最大
D. 向跃迁发出的光子频率最大
【答案】BD
【解析】A．高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误；
B．最多能放不同频率光子的种数为
故B正确；
CD．从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则向跃迁发出的光子频率最大，故D正确，C错误。
故选BD。
7. 如图所示，波长为和的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A. 照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能
B. 射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距
C. 在水中的传播速度
D 这两束光从玻璃射向真空时，其临界角
【答案】BD
【解析】A．由图可知，光从左侧射入三棱镜后，单色光a的偏振程度较小，则三棱镜对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率，则单色光a的频率小于单色光b的频率，根据光电效应方程
照射同一种金属均有光电子逸出，则光电子最大初动能，故A错误；
B．由于单色光a的频率小于单色光b的频率，单色光a的波长大于单色光b的波长，根据
可知射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距，故B正确；
C．根据
由于水对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率，则在水中的传播速度，故C错误；
D．根据全反射临界角公式
由于玻璃对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率，则这两束光从玻璃射向真空时，其临界角，故D正确。
故选BD。
8. 图1为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，P、Q为介质中的两个质点，图2为质点P的振动图像，则（ ）
A. t=0.2s时，质点Q沿y轴负方向运动
B. 0～0.3s内，质点Q运动路程为0.3m
C. t=0.5s时，质点Q的加速度小于质点P的加速度
D. t=0.7s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
【答案】CD
【解析】A．由振动图像可知T=0.4s，t=0时刻质点P向上振动，可知波沿x轴负向传播，则t=0.2s=0.5T时，质点Q沿y轴正方向运动，选项A错误；
B．0.3s=T，因质点Q在开始时不是从平衡位置或者最高点（或最低点）开始振动，可知0～0.3s内，质点Q运动路程不等于，选项B错误；
C．t=0.5s=1T时，质点P到达最高点，而质点Q经过平衡位置向下运动还没有最低点，则质点Q的加速度小于质点P的加速度，选项C正确；
D．t=0.7s=1T时，质点P到达波谷位置而质点而质点Q还没到达波峰位置，则质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离，选项D正确．
二、实验题（本题共12分）
9. 某小组做了“测定玻璃的折射率”实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．
（1）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是___________．
（2）该小组选取了操作正确的实验记录，在自纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=___________．（用图中线段的字母表示）
【答案】（1）B （2）
【解析】（1）[1]因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角一定小于入射角；实验作出的入射角一定大于折射角；并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行
A．与分析不符，故A项不符合题意；
B．与分析相符，故B项符合题意；
C．与分析不符，故C项不符合题意；
D．与分析不符，故D项不符合题意．
（2）[2]折射率为：

其中：
解得：
10. 某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。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。回答下列问题：
①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可___________；
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
②某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为___________nm（结果保留3位有效数字）。
【答案】①B ②630
【解析】①[1]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学就要减小条纹间距，由可知将单缝向双缝靠近，不能改变条纹间距；将屏向靠近双缝的方向移动，能减小条纹间距；将屏向远离双缝的方向移动和使用间距更小的双缝都增大条纹间距，故B正确，ACD错误。
故选B。
②[2]条纹间距
由解得所测单色光的波长为
三、计算题（共48分，写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
11. 如图，一长木板在光滑的水平面上以速度向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为，重力加速度为g。
（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；
（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）滑块与木板组成的系统满足动量守恒，则有
解得滑块相对木板静止时，它们的共同速度大小为
（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，设滑块的速度为，则木板的速度为，根据动量守恒可得
解得
根据能量守恒可得
解得滑块与木板的相对位移为
可知此时滑块到木板最右端的距离为。
12. 某游乐园中过山车进入停车区时利用磁力进行刹车，磁力刹车原理可以简化为如图所示模型：水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，金属棒MN沿导轨向右运动的过程，对应过山车的磁力刹车过程，假设MN的运动速度代表过山车的速度，MN所受的安培力代表过山车所受的磁场作用力。已知过山车以速度进入磁场区域，过山车的质量为m，平行导轨间距离为L，整个回路中的等效电阻为R，磁感应强度大小为B；已知刹车过程中轨道对过山车的摩擦阻力大小恒为f，忽略空气阻力，求：
（1）刚进入磁场区域时，过山车的加速度a；
（2）若磁力刹车直至速度减为0的过程所用时间为t，求此过程中摩擦力对过山车做的功W。
【答案】（1），方向与运动方向相反；（2）
【解析】（1）刚进入磁场区域时，产生的电动势为
回路的电流为
过山车受到的安培力大小为
根据牛顿第二定律可得
联立解得过山车的加速度大小为
方向与运动方向相反。
（2）减速过程，对过山车，由动量定理得
又
解得
则摩擦力对过山车做的功为
13. 足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为θ=37°（sin37°=0.6），间距为1m。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4T，P、M间所接电阻的阻值为8Ω。质量为2kg的金属杆ab垂直导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25。金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8m/s，取g=10m/s2，求：
（1）求恒力F的大小；
（2）当金属杆的速度为4m/s时，金属杆的加速度大小；
（3）当金属杆沿导轨的位移为15.0m时（已达最大速度），通过电阻R的电荷量q及发热量Q。
【答案】（1）8N；（2）4m/s2；（3）7.5C，176J
【解析】（1）对金属杆ab应用牛顿第二定律，有
F＋mgsinθ－F安－f=ma
f=μFN
FN=mgcsθ
ab杆所受安培力大小为
F安=BIL
ab杆切割磁感线产生的感应电动势为
E=BLv
由闭合电路欧姆定律可知
整理得
F＋mgsinθ－v－μmgcsθ=ma
当a=0时，杆达到最大速度，即最终速度为8m/s，代入v=8m/s时，解得：F=8N
（2）由（1）知金属杆的加速度a满足
F＋mgsinθ－v－μmgcsθ=ma
当v=4m/s时，把F=8N代入，解得：a=4m/s2
（3）设通过回路横截面的电荷量为q，则有
回路中的平均电流强度为
回路中产生的平均感应电动势为
回路中的磁通量变化量为
ΔΦ=BLx
联立代入已知数据解得：q=7.5C
设金属杆沿导轨的位移为x，根据动能定理
把x=15m，v=8m/s代入求得
W安=-176J
所以
Q=-W安=176J