【物理】山东省济宁市2023-2024学年高二下学期7月期末考试试题（解析版）

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1. 甲图为水黾停在水面上的情景；乙图为分子间作用力与分子间距离的关系；丙图为金刚石微观结构示意图；丁图中的每条折线表示一个炭粒每隔相同时间位置的连线。下列说法正确的是（ ）
A. 水黾能停在水面上是因为其受到了水的表面张力作用
B. 当分子间距离为时，分子间作用力为0，分子间没有引力和斥力
C. 金刚石晶体中，原子按照一定规则排列，具有空间上的周期性
D. 炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
【答案】C
【解析】A．水黾能停在水面上是因为液体表面存在张力，而不是受到张力作用，故A错误；
B．图（乙）中处，分子引力和斥力的合力为零，但引力和斥力均不为零，故B错误；
C．晶体中原子（或分子、离子）都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故C正确；
D．图（丁）是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，而炭粒本身并不是沿折线运动，该图说明炭粒的运动（布朗运动）是不规则的，从而反映了水分子运动的不规则性，故D错误。
2. 太阳黑子群13679在北京时间2024年05月24日10时49分爆发了一个C4.9级小耀斑，耀斑从太阳的日冕抛射出高能的电子、离子和原子云气团，其中的一部分射向了地球，使地球上许多高纬地区出现了美丽壮观的极光。如图所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极做螺旋运动，旋转半径不断减小，原因可能是（ ）
A. 重力对粒子做正功，使其动能增大
B. 越接近两极，地磁场的磁感应强度越大
C. 洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小
D. 空气分子与粒子碰撞，使粒子的带电量减少
【答案】B
【解析】带电粒子在磁场中做圆周运动，根据
可得
A．若动能增大，则粒子速度增大， 粒子做圆周运动的半径会增大，A错误；
B．越接近两极，地磁场的磁感应强度B越大，则半径减小，B正确；
C．洛伦兹力不做功，C错误；
D．若粒子带电量减小，则半径增大，D错误。
故选B。
3. 电蚊拍利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫，原理如图所示，将锂电池的4V电压通过转换器转变为交变电压，再将其加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接电击网，电压峰值达到2700V时可击杀蚊虫。电蚊拍正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A. 交流电压表的示数为4V
B. 副线圈与原线圈匝数比需满足
C. 电击网上的高频电压的频率为10000Hz
D. 相比副线圈，原线圈应该用较细的导线绕制
【答案】B
【解析】A．交流电压表的示数等于正弦交变电压的有效值，为
故A错误；
B．根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，副线圈与原线圈匝数比需满足
故B正确；
C．交变电压的频率为
变压器不改变交变电压的频率，则电击网上的高频电压的频率为5000Hz，故C错误；
D．根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数关系，通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流，副线圈应该用较细的导线绕制，故D错误。
故选B。
4. 如图甲所示，在LC振荡电路实验中，多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T；如图乙所示，以C为横坐标、为纵坐标，将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据，由图像可得线圈的自感系数约为（ ）
A. 0.0375HB. 0.375HC. 2.67HD. 26.7H
【答案】A
【解析】根据
可得
图像的斜率为
可得
故选A。
5. 氢原子的能级图如图所示，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射出多种不同频率的光。已知钙的逸出功为3.20eV，下列说法正确的是（ ）
A. 氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光
B. 用辐射出的光照射钙板时都能使其发生光电效应
C. 氢原子从能级直接跃迁到能级辐射出的光波长最短
D. 氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光和从能级跃迁到能级辐射出的光相比，后者的频率较小
【答案】C
【解析】A．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出不同频率的光的数目为
故A错误；
B．上述6种频率光的能量分别为
由于钙的逸出功为3.20eV，可知，上述光子只有3种光照射钙板时能使其发生光电效应，故B错误；
C．结合上述，氢原子从能级直接跃迁到能级辐射出的光的能量最大，根据
可知，该光的波长最短，故C正确；
D．结合上述可知，氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光的能量小于从能级跃迁到能级辐射出的光的能量，可知，后者的频率较大，故D错误。
故选C。
6. 如图甲所示的电路中，已知灯泡电阻不变且阻值为R。闭合开关S后，流过两个电流传感器的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）

A. 线圈的直流电阻小于灯泡电阻R
B. 断开开关S瞬间，灯泡先闪亮再熄灭
C. 闭合开关S瞬间，线圈中自感电动势和电流均为零
D. 由图像中的数据和题干条件可以计算出电源电动势和内阻
【答案】D
【解析】A．闭合开关S后，电路稳定时，通过灯泡的电流是，通过线圈的电流是，可知
所以线圈的直流电阻大于灯泡电阻R，故A错误；
B．电路稳定时，通过灯泡的电流大于通过线圈的电流，断开开关S瞬间，灯泡由线圈供电，通过灯泡的电流从减小，灯泡逐渐熄灭，故B错误；
C．开关S闭合的瞬间，自感线圈中的电流为零，但由于线圈的自感现象，其自感电动势不为零，故C错误；
D．根据闭合电路的欧姆定律，开关刚闭合瞬间，有
达到稳定状态后有
解得
，
故D正确。
故选D。
7. 一定质量的理想气体经过a→b→c→d→a过程的如图所示，其中ab和cd图线均为双曲线的一部分，下列说法正确的是（ ）
A. a→b过程中，气体可能向外界放出热量
B. b→c过程中，气体一定向外界放出热量
C. 整个过程中气体从外界吸收热量
D. c→d过程中，在单位时间、单位面积上与器壁碰撞的分子数减少
【答案】C
【解析】A．由题意可知， a→b过程中，气体体积增大，气体对外做功，气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，A错误；
B． b→c过程中，由图像可知，气体温度降低，内能减小，即，体积增大，气体对外做功，即，由热力学第一定律可知，气体向外界吸收热量还是放出热量不能确定，B错误；
C． 由图像的面积意义可知，整个过程中，外界对气体做负功，即，而气体的内能不变，由热力学第一定律可知，，气体从外界吸收热量，C正确；
D． c→d过程中，是等温压缩，气体的密度增大，温度不变，单位体积内的分子数增多，压强增大，在单位时间、单位面积上与器壁碰撞的分子数增多，D错误。
故选C。
8. 图甲是回旋加速器的工作原理图。A处的粒子源产生的粒子（）被电场加速，粒子在磁场中的动能随时间t的变化规律如图乙所示，不计粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应带来的影响，下列说法正确的是（ ）
A. 高频交流电的变化周期等于
B. 在图像中有
C. 不改变任何条件，该装置不能对氘核加速
D. 设第n次加速后粒子在D形盒内运动半径为，有
【答案】D
【解析】A．粒子在磁场中做圆周运动，有
可得
周期为
回旋加速器周期与速度无关，粒子加速一次电流改变一次方向，所以粒子一个周期粒子加速两次，所以高频交流电的变化周期等于粒子圆周运动的周期，即
故A错误；
B．粒子在电场中加速，有
所以
故B错误；
C．根据
可知粒子（）与氘核的比荷相同，所以粒子做圆周运动的周期相同，所以可以加速，故C错误；
D．粒子第n次加速后有
可得
所以有
由于
所以有
故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每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。
9. 如图所示，平行金属导轨倾角为，下端与电源相连，匀强磁场垂直于导轨平面向上，一导体棒垂直于导轨放置，并处于静止状态。下列做法可能使导体棒运动的是（ ）
A. 仅增大电源电动势B. 仅将电源正负极对调
C. 仅增大匀强磁场的磁感应强度D. 仅将匀强磁场的方向反向
【答案】AC
【解析】AC．由左手定则可知，开始时导体棒受安培力沿倾斜导轨向下，由平衡条件可得静摩擦力
方向沿轨斜导轨向上。仅增大电源电动势，则回路中电流增大，则安培力增大，此时静摩擦力
仅增大匀强磁场的磁感应强度，则安培力增大，则静摩擦力有
当静摩擦力达到最大静摩擦力时导体棒开始向下运动，AC正确；
BD．仅将电源正负极对调或仅将匀强磁场的方向反向，可知安培力方向沿倾斜导轨向上，假设导体棒能沿倾斜导轨向上运动，则有
则有
可知导体棒不可能向上运动，假设不成立，BD错误。
故选AC。
10. 如图所示，甲图是两种不同单色光照射光电管时光电流与电压的关系图像，乙图是c、d两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像，丙图是放射性元素氡的质量和初始时质量比值与时间之间的关系图像，丁图是原子核的比结合能与质量数之间的关系图像。下列说法正确的是（ ）
A. a光光子的能量大于b光光子的能量
B. 金属c的逸出功大于金属d的逸出功
C. 每过3.8天要衰变掉质量相同的氡
D. 原子核比原子核更稳定
【答案】AD
【解析】A．由图可知，a光的截止电压大，根据
同一光电管逸出功相同，所以a光频率大，光子的能量大，故A正确；
B．由光电效应可知
又
有
由图可知当频率相等时，由于金属c截止电压大，所以c的逸出功小，故B错误；
C．由图可知氡半衰期为3.8天，由于每次衰变后的氡质量均变成原来的一半，故每过3.8天要衰变掉质量不相同的氡，故C错误；
D．原子核比原子核的比结合能大，原子核更稳定，故D正确。
故选AD。
11. 如图甲所示，虚线框内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，一固定的金属线圈abcd有部分处于磁场中，则线圈中产生的电流i、线圈受到的安培力F与时间t的关系可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】AB．令线圈处于磁场中的面积为S，根据法拉第电磁感应定律有
图像中，前半个周期与后半个周期内，磁感应强度的变化率均为一个定值，一负一正，表明电动势的方向相反，根据欧姆定律可知，前半个周期与后半个周期内，感应电流的大小均一定，根据楞次定律可知，电流方向先沿顺时针，后沿逆时针，方向相反，故A错误，B正确；
CD．结合上述可知，前半个周期与后半个周期内，感应电动势的大小均一定，方向相反，根据
可知，安培力大小与磁感应强度大小成正比，根据左手定则可知，在一个周期内安培力方向先向左后向右，再向左最后向右，故C错误，D正确。
故选BD。
12. 如图甲所示，间距的平行光滑金属导轨固定在水平面内，左端用导线连接，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，一根长度也为L、电阻的金属棒放在导轨上，在平行于导轨向右、大小的恒力作用下向右运动，金属棒运动过程中，始终与导轨垂直并接触良好，金属棒运动的加速度与速度的关系如图乙所示。不计导轨及左边导线电阻，导轨足够长，下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒的质量为5kg
B. 匀强磁场的磁感应强度大小为8T
C. 当F做功为5J时，通过金属棒横截面的电量为1.25C
D. 若某时刻撤去F，此后金属棒运动过程中加速度大小与速率的关系为
【答案】ABC
【解析】A．金属棒运动过程中，产生的感应电动势为
感应电流为
金属棒受到的安培力为
根据牛顿第二定律
整理得
图像的纵截距为
解得
图像的斜率为
解得
故AB正确；
C．当F做功为5J时，金属棒的位移为
通过金属棒横截面的电量为
故C正确；
D．若某时刻撤去F，根据牛顿第二定律
解得
故D错误。
故选ABC。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用可拆式变压器如图所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
（1）下列说法正确的是______。
A. 实验中，必须在副线圈上接上用电器以形成闭合回路
B. 变压器正常工作时，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
C. 变压器铁芯用相互绝缘的硅钢片叠压而成是为了减小涡流
D. 使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量
（2）用原线圈匝的变压器实验，测得的实验数据如表所示：
根据实验数据可知，该次实验时副线圈的匝数为______（填“200”或“800”或“1600”）。
（3）多次实验后发现原线圈与副线圈的电压之比总是稍大于原线圈与副线圈的匝数之比，可能的原因是______。（写出两条即可）
【答案】（1）CD （2）200 （3）见解析
【解析】（1）A．实验中，不需要在副线圈上接上用电器以形成闭合回路，副线圈也能产生感应电动势，故A错误；
B．变压器正常工作时，铁芯导磁，利用互感现象把电能由原线圈输送到副线圈，故B错误；
C．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠压而成是为了减小涡流，故C正确；
D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量，故D正确。
故选CD。
（2）由于铁芯发热、漏磁、铜损铁损等原因，副线圈交流电压表读数应小于理想电压表的读数，而忽略误差后总是的一半，所以可判断出原线圈匝数为200匝。
（3）由于铁芯在交变磁场的作用下会发热，交变电流产生的磁场不可能完全限制在铁芯内，存在着漏磁现象，理想变压器是一个理想模型，实际用的变压器会有铜损和铁损等原因，所以原线圈与副线圈的电压之比总是稍大于原线圈与副线圈的匝数之比。
14. 某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一块形状不规则的易受潮变质的药品的体积。
实验步骤：
①将药品装进注射器，插入活塞，再将注射器通过软管与传感器A连接；
②移动活塞，读取气体体积V，同时记录对应的传感器数据；
③重复步骤②，得到多组实验数据，建立适当的直角坐标系，如图乙所示。
（1）在实验操作中，下列说法正确的是______。
A. 图甲中，传感器A为压强传感器
B. 在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，应把注射器活塞移至注射器最左端位置
C. 为确保读取数据时数据稳定，应当握紧注射器
D. 若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，应放弃已获数据重新实验
（2）为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为______（填“”或“p”）。
（3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到图像如图乙所示（a、b已知），若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则药品的体积为______；若传感器和注射器连接处的软管容积为c（且保持不变），则药品的体积为______。
【答案】（1）ABD （2） （3）
【解析】（1）A．实验中需要测量气体的压强和体积，气体的体积可以由注射器上的刻度读出，因此图甲中，传感器A为压强传感器，A正确；
B．实验过程需要推动活塞改变气体的体积，在推动活塞时气体的体积减小，在步骤①中，将注射器与传感器A连接前，注射器应封闭一定量的气体，因此应把注射器活塞移至注射器最左端位置，B正确；
C．实验需要气体的温度不变，因此在操作中不可用手握住注射器封闭气体的部分，C错误；
D．实验过程中应使气体的质量不变，若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则注射器中气体的质量产生变化，应放弃已获数据重新实验，D正确。
故选ABD。
（2）由玻意耳定律可得
为了在坐标系中获得直线图像，若取y轴为V，则x轴为。
（3）[1]以注射器内气体与传感器和注射器连接的软管内气体为研究对象。若不考虑传感器和注射器连接处的软管容积带来的误差，则气体的总体积
由玻意耳定律可得
则有
由乙图可知，在时，则有药品的体积为
[2]若传感器和注射器连接处的软管容积为c（且保持不变），则有气体的总体积
由玻意耳定律可得
则有
由乙图可知，在时，则有
可得药品的体积为
15. 我国在超导物理的研究中处于世界领先水平，如果能够实现常温超导，用超导体代替常规导线输电将会节约大量的电能。某远距离输电示意图如图所示，若发电机的功率为100kW，输出电压为250V，用户电压为220V，升压变压器匝数比，降压变压器匝数比。若用超导体代替常规导线，求节省的功率。
【答案】5000W
【解析】根据题意，升压变压器原线圈两端电压
根据
得
降压变压器副线圈两端电压
根据
得
则损失电压
输电电流
则损失功率
所以节省的功率为5000W。
16. 气钉枪是一种广泛应用于建筑、装修等领域的气动工具，工作时以高压气体为动力。如图甲所示是气钉枪和与之配套的气罐、气泵，图乙是气钉枪发射装置示意图，气缸通过细管与气罐相连。射钉时打开开关．气罐向气缸内压入高压气体推动活塞运动，活塞上的撞针将钉子打入物体，同时切断气源，然后阀门自动打开放气，复位弹簧将活塞拉回原位置。气钉枪配套气罐的容积，气缸有效容积，气钉枪正常使用时气罐内压强范围为，为大气压强，当气罐内气体压强低于时气泵会自动启动充气，压强达到时停止充气。假设所有过程气体温度不变，已知气罐内气体初始压强为，。
（1）当气罐内气体压强降为时气泵启动对气罐充气，当充气结束时，求气泵共向气罐内泵入压强为的空气体积；
（2）通过计算说明充气结束后能否用气钉枪正常射出150个钉子。
【答案】（1）；（2）见解析
【解析】（1）充气前，气罐内气体压强为，充气后气罐内气体压强为，充气过程为等温变化，有
解得
（2）设发射第一个钉子有
可得
发射第二个钉子，有
解得
发射第三个钉子，有
解得
以此类推，发射第150个钉子，有
代入数据可得
所以可以用气钉枪正常射出150个钉子。
17. 如图所示，一圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，圆形区域半径为R，圆心为O，圆形边界上有P、Q、A三点，其中P、Q两点连线为直径，OP与OA间的夹角为60°。现有大量带负电的粒子以不同的速率从P点射入圆形区域，入射方向均与OP成角，带电粒子质量为m，电荷量为，不计粒子重力及相互间作用。
（1）求从Q点射出磁场区域的粒子在磁场中的运动时间t；
（2）求从A点射出磁场区域的粒子速度大小v；
（3）垂直PQ连线方向射出磁场区域的粒子，出射点为C（图中未画出），求C点到PQ连线的距离d。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）从Q点射出磁场区域的粒子，画出轨迹图如图所示
可知粒子在磁场中的轨迹对应的圆心角为，根据洛伦兹力提供向心力可知
可得
，
所以粒子在磁场中运动的时间为
（2）从A点射出磁场区域的粒子，画出轨迹如图所示：
圆心在PA中点，所以轨迹半径为
根据
可知
（3）垂直PQ连线方向射出磁场区域的粒子，画出轨迹如图所示：
由图可知，轨迹所对应圆心角为，则
根据几何关系可知
出射点C到PQ连线的垂直距离为
18. 如图所示，水平面上固定着间距的两条足够长光滑平行直轨道，轨道左侧连接一电容器。边界1、2之间轨道为绝缘体，其它部分轨道均为不计电阻的导体，轨道处于竖直向上的匀强磁场中，边界1左侧磁感应强度，边界2右侧磁感应强度。金属棒a垂直轨道紧靠边界1左侧放置，金属棒b垂直轨道放置在边界2右侧处。电容器充电后，接通开关S瞬间，金属棒a获得向右的速度v0=5m/s。当金属棒a经过边界2时，金属棒b以的水平速度开始向左运动。已知金属棒a质量、电阻，金属棒b质量、电阻。两金属棒始终未发生碰撞，且与轨道接触良好。求：
（1）放电前电容器带正电的是哪个极板？金属棒a向右加速过程中，电容器释放出的电荷量q是多少？
（2）金属棒b中通过的最大电流；
（3）在整个运动过程中金属棒b产生的焦耳热；
（4）金属棒b向左运动到最大位移时，金属棒a与金属棒b之间的距离d。
【答案】（1）放电前电容器带电的是N板；；（2）；（3）；（4）
【解析】（1）由于金属棒a获得的速度向右，则放电前电容器带正电的是N板；取向右为正方向，棒a在通电加速过程中
而
解得
（2）回路最大电动势为
回路最大电流为
解得
（3）由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
金属棒b产生焦耳热为
联立解得
（4）设速度向右为正方向，当金属棒b向左运动到最大位移时，金属棒a的速度为，由动量守恒定律得
设金属棒b向左运动到最大位移过程用时为，对金属棒a由动量定理得
通过金属棒a的电荷量为
金属棒a与金属棒b之间的距离
解得
次数
1
2
3
4
/V
4.90
6.00
7.50
10.06
/V
2.40
2.92
3.70
4.97