[物理][期末]北京市丰台区2023-2024学年高二下学期期末练习试题(解析版)

这是一份[物理][期末]北京市丰台区2023-2024学年高二下学期期末练习试题(解析版)，共22页。试卷主要包含了单项选择题，填空题，计算论证题等内容，欢迎下载使用。

第I 部分（选择题共42分）
一、单项选择题（共14小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一个正确选项，请选出符合题目要求的一项）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 光是一种电磁波B. 光需要介质才能传播
C. 声波只能在空气中传播D. 在空气中传播的声波是横波
【答案】A
【解析】AB．光属于电磁波，其传播不需要介质，可以在真空中传播，故A正确，B错误；
C．声波的传播需要介质，可以在空气、液体和固体中传播，故C错误；
D．在空气中传播的声波是纵波，故D错误。
故选A。
2. 圆形铁丝圈蘸一些肥皂液后会形成肥皂膜，将铁丝圈竖直放置，在自然光照射下，肥皂膜呈现出彩色条纹。下列说法正确的是（ ）
A. 这是光的偏振现象B. 这是光的衍射现象
C. 彩色条纹为横纹D. 彩色条纹为竖纹
【答案】C
【解析】该彩色条纹是薄干涉，是前后表面反射光形成的干涉条纹，彩色条纹为横纹。
故选C。
3. 关于卢瑟福α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是（ ）
A. 绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，主要原因是原子内部十分“空旷”
B. 绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，是因为原子核质量很大
C. 使α粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对α粒子的库仑力
D. 使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的万有引力
【答案】A
【解析】绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，但卢瑟福粒子带正电，它们接近时就表现出很大的库仑斥力作用，使粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对粒子的库仑斥力。
4. 夏天由于气温升高，汽车轮胎内的气体压强变大，更容易造成爆胎。假设轮胎不漏气且气体可视为理想气体，与冬天相比，夏天轮胎内的气体（ ）
A. 分子间斥力更大B. 分子的平均动能更大
C. 所有分子的运动速率都更大D. 气体内能更小
【答案】B
【解析】A．夏天与冬天相比，体积不变，分子间距不变，则分子间的斥力不变，故A错误；
BD．夏天比冬天温度高，分子的平均动能更大，气体内能更大，故B正确，D错误；
C．温度高，分子平均速率变大，并不是所有分子的运动速率都更大，故C错误；
故选B。
5. 下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是（ ）
A. 甲图是水分子的分子势能Ep随分子间距离r的关系图象，B点对应的位置水分子之间的相互作用总体上表现为引力
B. 乙图在模拟气体压强产生机理的实验中要尽可能保证每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等
C. 显微镜下微粒运动的位置连线就是微粒的运动轨迹
D. 丁图描述了氧气分子分别在0℃和100℃时的速率分布，实线对应100℃时的速率分布
【答案】D
【解析】A．B点对应的位置水分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离，分子引力与斥力大小相等，故A错误；
B．图中模拟气体压强的产生，分子的速度不是完全相等的，所以也不要求小球的速度一定相等，故B错误；
C．图中显示的是布朗运动，是悬浮微粒的无规则运动，布朗运动图像反映每隔一段时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，故C错误；
D．100°C时分子平均速率比0°C时要大，实线对应100℃时的速率分布，故D正确。
故选D
6. 在如图所示的电路中，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关S 后，两灯始终一样亮
B 闭合开关S 后，灯泡P 中电流从右向左
C. 当断开开关S时，两灯同时熄灭
D. 当断开开关S 时，灯泡P中电流从右向左
【答案】D
【解析】AB．开关S闭合时，由于L的电阻很小，自感系数很大，由于自感效应，L相当于断路，P灯、Q灯相当于串联，亮度相同，灯泡P 中电流从左向右；之后L逐渐分流变大，P灯逐渐变暗，Q灯变亮，灯泡P 中电流方向不变，始终从左向右；故AB错误；
CD．当断开开关S时，Q灯立即熄灭，由于自感效应，L和灯泡P成一个回路，P 闪亮后再逐渐熄灭，P比 Q后熄灭，灯泡P中电流从右向左，故C错误，D正确；
7. 如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历三个过程，沿直线先后到达状态B和C， 最终回到状态A。下列说法正确的是（ ）
A. 从A到B，气体内能减小
B. 从B到C，气体从外界吸热
C. A、C两状态，气体温度相同
D. B、C两状态，气体温度相同
【答案】C
【解析】A．状态A到状态B是一个等压过程，根据盖·吕萨克定律
因、，可知
则从状态A到状态B温度上升，气体内能增加，故A错误；
B．状态B到状态C是一个等容过程，根据查理定律
因、，可知
则从状态B到状态C温度下降，内能减少，体积不变，气体不对外做功，根据
气体向外界放热，故B错误；
CD．因、，可知
则A、C两状态气体温度相同，B、C两状态气体温度不同，故C正确、D错误。
8. 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，经过一个周期T 时的波形图如图所示，则波源振动的位移y随时间t变化的关系式为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】由于t = 0时波源从平衡位置开始振动，由图像可知最右端质点向下振动，则振源的起振动方向向下，且t = 0时波源的位移为0，则波源振动的位移y随时间t变化的关系式为
9. 手机防窥屏的原理图如图所示，防窥屏可视为某种透明介质，在屏中有相互平行排列 的吸光屏障，屏障垂直于手机屏幕。手机上发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。防窥屏可实现对发光像素单元可视角度θ的控制。下列说法正确的是（ ）
A. 防窥屏的厚度H 越大，可视角度θ越小
B. 透明介质的折射率越小，可视角度θ越小
C. 屏障的宽度L越大，可视角θ越小
D. 屏障的高度d 越大，可视角度θ越大
【答案】B
【解析】A．视角度与防窥屏的厚度无关，即防窥屏的厚度大，可视角度不变，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，则可视角度越小，故B正确；
C．屏障的宽度L越大，光线射到界面的入射角越大，则在空气中的折射角越大，则可视角度越大，可视角θ越大，故C错误；
D．屏障高度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，则可视角度越小，故D错误。
故选B。
10. 如图所示，一个理想变压器的原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈两端a、b接正弦式交流电源。在原线圈前串联一个规格为“熔断电流0.2A、电阻5”的保险丝，与原线圈并联的电压表的示数稳定为220V，电压表为理想电表，若电路可以长时间正常工作，下列说法正确的是（ ）
A. 通过电阻R的最大瞬时电流为2A
B. 电阻R增大时，流经保险丝的电流也增大
C. 保证保险丝不断的电阻R的最小值为11Ω
D. 变压器的输出功率最大值为W
【答案】C
【解析】A．根据题意，熔断电流为0.2A，知原线圈电流为
由
解得
瞬时最大值为
故A错误；
B．由于原线圈电压决定副线圈电压，所以原线圈电压不变时，副线圈电压也不变，当电阻R增大时，由欧姆定律
知副线圈电流减小，则原线圈电流也减小，故B错误；
CD．由A选项中知副线圈电流最大值为，由电压与匝数关系式
解得
保证保险丝不断的电阻R的最小值为
理想变压器的输出功率等于输入功率，输入功率最大值为
故C正确，D错误。
故选C。
11. 光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（ ）
A. 光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应
B. 光电倍增管中增值的能量来源于照射光
C. 图中标号为偶数的倍增电极的电势要高于标号为奇数的电极的电势
D. 适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号
【答案】D
【解析】A．光电效应是在高于极限频率的电磁波的照射下，物质内部的电子吸收能量后逸出的现象，光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上被加速后的电子撞击激发出更多的电子，故不是光电效应，A错误；
B．光电倍增管中增值的能量来源于相邻两倍增电极间的加速电场，B错误；
C．电子在相邻倍增电极中加速，故图中标号数字较大的倍增电极的电势要高于数字较小的电极的电势，C错误；
D．适当增大倍增电极间的电压，被加速的电子获得的动能更大，更有利于电极电子的电离，故有利于探测更微弱的信号，D正确。
故选D。
12. 北京时间2024年5月5日19时54分，太阳爆发了一次X射线耀斑，X射线耀斑级别划定通常以地球同步轨道卫星观测到的X射线流量来表征。射线流量指在单位时间、单位面积上接收到的射线能量。若太阳均匀地向各个方向辐射X射线，设波长为λ，太阳辐射X射线的总功率为P。同步卫星探测仪正对太阳的面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则同步卫星探测仪探测到的X射线流量中的光子数为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】每个光子的能量为
太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，设其t秒内发射总光子数为n，卫星探测仪镜头每秒接收到该种光子数为N，有
t秒辐射光子的总能为
太阳辐射硬X射线的总功率为
联立解得
故选C。
13. 如图所示，弹性小球A和B叠放在一起，从距地面高度为h处自由落下，落地瞬间，B先与地面碰撞，后与A 碰撞，h远大于两小球直径，小球B 的质量远大于小球A质量。假设所有的碰撞均为竖直方向内弹性碰撞，且碰撞时间均可忽略不计，不考虑空气阻力，则下列判断中正确的是（ ）
A. 下落过程中A 与B 之间存在相互作用
B. 小球B与地面碰撞后，小球B的速度为零
C. A 与B 第一次碰后小球A 弹起的最大高度约为4h
D. A 与B 第一次碰后小球A 弹起的最大高度约为9h
【答案】D
【解析】A．不考虑空气阻力，下落过程是自由落体运动，完全失重状态，则两个小球之间没有力的作用，A错误；
B．下降过程为自由落体运动，由匀变速直线运动的速度位移公式得
解得触地时两球速度相同，为
B球碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等，故B错误；
CD．选A与B碰撞过程为研究过程，碰撞前后动量守恒，设碰后A、B速度大小分别为v1、v2，选向上方向为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
解得
碰后小球A弹起的最大高度
故D正确，C错误。
故选D。
14. 如图甲所示，通过电流加热，热阴极中的电子克服逸出功离开阴极，之后被加速电场 加速撞击阳极，在撞击阳极原子的过程中，电子以极大的加速度减速，损失的能量则 以 X射线的形式辐射出去。大部分电子经历多次碰撞而减速，因此辐射的能谱是连 续谱，图乙为不同加速电压下测量到的X 射线能谱，横轴为X射线波长，纵轴为相应波长的X射线强度。电子从阴极逸出时的速度忽略不计，下列推断不正确的是（ ）
A. 随加速电压增大，X射线强度的极大值向频率更高的方向移动
B. 当电子撞击阳极被瞬间减速到0时，辐射的X 射线波长最短
C. 只改变阳极材料，X射线的最短波长也会随之变化
D. 若用60kV加速电压加速电子，产生的X 射线的最短波长约为20pm
【答案】C
【解析】A．由乙图可知，电压越大，X射线强度的极大值对应波长向小的方向移动，由c=λf，c不变，则λ大，f反而减小，故极大值向波长小的方向移动，就是向频率更高的方向移动，故A正确；
B．撞击中损失的能量以X射线的形式辐射出去，当电子撞击后速度减为0，此时损失的能量最多，X射线能量最大，由爱因斯坦光子说，ε=hv，ε越大，h不变，v频率越大，由c=λf（f也是频率），f越大，则λ越小，故减到0时，辐射波长最短，故B正确；
C．由ε=hv，c=λf可知，辐射的X射线波长与X射线的能量有关，即由撞击损失的能量决定与阳极材料无关，故C错误；
D．由乙图可知，加速电压越大，产生的X射线的最短波长向波长小的方向移动，故可推测60kV时，最短波长大约为20pm，故D正确；
本题选择错误的选项，故选C。
第Ⅱ部分（非选择题共58分）
二、填空题（本题共2小题，每空2分，共18分）
15. 某小组做“用双缝干涉测量光的波长”实验。
（1）将实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示，则在甲图中1、2、3处分别应该安装的器材是（ ）
A. 单缝、滤光片、双缝B. 单缝、双缝、滤光片
C. 滤光片、单缝、双缝D. 双缝、滤光片、单缝
（2）如图乙所示，测量头中分划板上的刻度线先后处于、位置，位置的读数为1.690mm， 位置的示数如图丙所示，读数为_______ mm；根据、位置读数，得到相邻亮条纹的间距_________mm （结果保留三位小数）；已知双缝间距为d， 双缝到毛玻璃屏的距离为L， 此单色光波长的表达式λ=_______ （ 用L、d、、表示）。
【答案】（1）C （2）7.869 1.236
【解析】（1）将实验仪器按要求安装在光具座上，在图中1、2、3处分别应该安装滤光片、单缝、双缝。
故选C。
（2）[1] 游标卡尺的读数为
7.5mm+×0.1mm=7.869mm
[2]相邻亮条纹的间距
1.236mm
[3]根据条纹间距的计算公式
解得
16. 两个实验小组做“探究气体等温变化规律”实验。
（1）一组同学利用如图甲所示的装置进行实验，注射器中密封了一定质量的空气。通过刻度尺读取空气柱的长度1，从与注射器内空气柱相连的压力表读出空气柱的压强p。
a.实验过程中，下列操作正确的是________。（填选项前字母）
A.在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性
B.应快速推拉柱塞并迅速读数，以避免气体与外界发生热交换
C.推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器
b.一组同学在不同温度下用同一空气柱进行实验，测出两条等温线，如图所示，则_____（填写“>”或“<”）
c.一组同学在某次实验中，以压强p为纵轴，以体积的倒数为横轴，把采集的各组数据在坐标纸上描点。发现图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是____________。（答一种情况即可）
（2）二组同学用气体压强传感器做实验。实验装置如图乙所示，研究对象是注射器中的密闭气体。气体压强传感器通过塑料管与注射器相连。由注射器壁上的刻度可以读出气体的体积V；由压强传感器测得的压强值p在计算机屏幕上可以实时显示。
a.二组同学正确操作实验后，获得不同体积时气体压强的数值。利用计算机作出气体的图像，发现图线不过坐标原点，如图所示，图中的物理含义是_____________________________ 。
b.二组同学在同一环境温度下进行了两次实验。根据他们测得的数据，分别作出的图像如图所示，图线a与b分别对应两次实验数据，图线a斜率大于图线b斜率的可能原因是__________。（答一种情况即可）
【答案】（1）AC < 装置漏气 （2）塑料管内的气体体积 两组实验气体质量不同
【解析】（1）[1]A．在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性，故A正确；
B．为使气体做等温变化，应缓慢推拉柱塞，示数稳定后再读数，故B错误；
C．推拉柱塞时，为防止发生热传递，手不可以握住整个注射器，故C正确。
故选AC。
[2]根据理想气体状态方程
整理得
由图可知对应的图线压强与体积的乘积较小，则
[3]以压强p为纵轴，以体积的倒数为横轴，发现图线的上端出现了一小段弯曲，可知图线压强与体积的乘积减小，根据
产生这一现象的可能原因是装置漏气、气体温度降低等。
（2）[1][2]根据
整理得
可知图中的物理含义是塑料管内的气体体积。图像的斜率为
环境温度相同，图线a斜率大于图线b斜率的可能原因是两组实验气体质量不同。
三、计算论证题（本题共4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演 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）
17. 如图所示，一束激光AO 沿半径方向射入空气中截面为半圆形的玻璃砖，O点是玻璃砖的圆心。已知光线AO的入射角，它的反射光线与折射光线的夹角为90°。
（1）画出反射和折射光路图，并标出折射角r；
（2）求这种玻璃的折射率n；
（3）分析说明当入射角时，是否会发生全反射现象。
【答案】（1）如图所示；（2）；（3）发生全反射
【解析】（1）从光密介质射向光疏介质，如图所示
（2）反射光线与折射光线的夹角为90°，根据几何关系可得
故
解得
（3）根据
故发生全反射。
18. 如图所示，坐标原点处有一质点做振幅的简谐运动，形成一列自左向右传 播的简谐横波，在时刻处质点刚开始振动。质点P、Q平衡位置的坐标分别是（2，0）、（9，0），已知在时，P质点第一次位于波峰。求：
（1）这列波的周期T和传播速度v；
（2）画出时的波形图；
（3）从t=0时刻起，质点Q 第一次位于波峰所经历的时间t及通过的路程s。
【答案】（1）0.8s，0.05m/s；（2）；（3）1.6s，30cm
【解析】（1）简谐波向右传播，则点P向上运动，在时，P质点第一次位于波峰，则
解得
由图可知波长为4cm，则波速为
（2）时的波形图如图
（3）当cm的振动传递到Q点时，Q点位于波峰，则有
s=1.6s
时刻cm的质点向下振动，则Q点的起振方向向下，
路程为
cm
19. 康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量。根据狭义相对论，光子的能量E与其动量p的关系为，其中c为真空中光速。
（1）推导波长为λ的单色光光子的动量表达式 （h为普朗克常量）；
（2）在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，电子会带走一部分能量和动量。假设入射光子与静止的自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向垂直。已知入射光波长为λ0，散射后波长为λ1。
a.画出碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图（在图中标出光子碰前、碰后的动量大小）；
b.分析比较入射光波长λ0与散射后波长λ1的大小关系。
（3）如同大量气体分子与器壁频繁碰撞产生压力一样，当光照射到物体表面时，也将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。有科学家设想利用太空中阻力很小的特点，可以在宇宙飞船上安装太阳帆，利用光压推动飞船前进，实现星际旅行。若将一个材质很轻、面积足够大的太阳帆完全展开，调整帆面方向，使其与太阳光照方向垂直。已知帆面处单位面积接收的太阳光辐射功率为P0，其中被太阳帆表面反射的光占入射光比例为K，其余的入射光均被太阳帆面吸收，不考虑光子被反射前后的能量变化。推导太阳帆受到的光压P光的表达式。
【答案】（1）见解析；（2）a. ，b. ；（3）
【解析】（1）根据


解得
（2）a.根据，碰前光子的动量为
碰后光子的动量为
根据动量守恒定律，碰撞后，光子的动量与碰后电子的动量的矢量和等于碰前入射光子的动量，矢量图如图所示；
b.根据能量守恒定律，碰后光子的能量变小

解得

散射后波长λ1大于入射光波长λ0；
（3）一小段时间Δt内，太阳帆接收的光子数为

根据动量定理得

光产生的压强为

解得
20. 利用如图所示的装置来研究光电效应。真空中一对半径均为的圆形金属板P、Q，圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为（）的圆形锌金属薄膜。两金属板P、Q之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。当Q板受到频率为的单色光持续照射后，只有锌金属薄膜发生光电效应，光电子向各方向逸出。假设保持光照条件不变，单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为n，调节金属板P、Q两端电压，当微安表示数恰好为零时，测得遏止电压为；进一步实验发现，当金属板P、Q两端电压大于或等于某一电压值时，微安表示数始终为最大值。（两板带电时板间的电场可视为匀强电场，不考虑平行板的边缘效应；忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用。已知普朗克常量为h，电子的电荷量为e，电子质量为m）求：
（1）锌薄膜的逸出功；
（2）微安表示数最大值和电压值；
（3）某同学进一步查阅资料，获得了以下信息：
①原子半径r大小的数量级为m，普朗克常量；
②某普通光源，发光的频率为Hz，其在1s内垂直照射到1m2面积上光的能量约为J；
③电子吸收一个光子后若能量不足以使其脱离金属表面，会在不超过=s的时间内将能量释放给周围原子而恢复到原状态。请结合以上信息，估算说明在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。
【答案】（1）；（2），；（3）见解析
【解析】（1）当Q板受到频率为的单色光持续照射后，根据爱因斯坦光电效应方程
遏止电压为，则
解得
（2）由于单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为n，则有
当Q板中心的圆形锌金属薄膜边缘部分的射出的以平行于极板的最大速度射出的光电子恰好到达P板边缘时，所有光电子均能够达到P板，对该光电子，根据类平抛规律有
根据牛顿第二定律有
其中，根据动能定理
解得
（3）某普通光源，光子的能量为
在1s内垂直照射到原子上光的能量约为
其中
则1s内照射到一个原子范围的光子个数
假设光子流密度均匀，相邻两个光子到达同一个原子范围内的时间为
代入数据联立，解得
即原子将能量释放给周围原子而恢复到原状态时下一个光子还未到达，所以，在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。