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广西桂林市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（解析版）
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这是一份广西桂林市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（解析版），共15页。试卷主要包含了直接在答题卷上答题等内容，欢迎下载使用。
（考试用时75分钟，满分100分）
说明：
1．答题前，考生务必将答题卷密封线内的项目填写清楚，密封线内不要答题。
2．直接在答题卷上答题（不在本试卷上答题）。
第Ⅰ卷（选择题，共46分）
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第题只有一项符合题目要求，每小题4分：第题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
1. 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器可能是（ ）
A. 温度传感器B. 气体传感器
C. 生物传感器D. 压力传感器
【答案】D
【解析】水位不同，压力就不同，洗衣机可以根据压力大小来分析水位的高低，故采用压力传感器将压力信号转换为电信号。
故选D。
2. 考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。探测器内有通电线圈，当探测器营近金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器主要利用的原理正确的是（ ）
A. 牛顿运动定律
B. 动量守恒定律
C. 法拉第电磁感应定律
D. 热力学定律
【答案】C
【解析】当线圈靠近金属物体时，在金属物体中产生涡电流，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，故在金属中会产生电流，而金属中的电流产生的磁场又引起线圈中的磁通量发生变化，进而引起线圈中电流的变化，报警器发出警报。则探测器主要利用法拉第电磁感应定律。
3. 2024年4月24日，华为联合中国移动在珠穆朗玛峰开通首个基站，标志着这座世界最高峰也迈步进入了时代。网络将为珠峰景区的旅游、登山、科考、环保等活动，提供更强大的网络支持。，也就是我们常说的，是向演进的关键阶段，它采用频段，相比于现有的（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有更大的带宽、容量和更低的时延。信号与信号相比（ ）
A. 载波的频率更小
B. 在真空中的波长更短
C. 在真空中的传播速度更快
D. 更难被障碍物阻挡
【答案】B
【解析】ABD．根据题意可知，5.5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即5.5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，故AD错误，B正确；
C．5.5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，故C错误。
故选B。
4. 2024年5月19日，我国最大的海上光伏项目——中核田湾200万千瓦滩涂光伏示范项目在江苏连云港正式开工建设。光伏发电的主要原理是光电效应，即在光的照射下物体表面能发射出电子的现象。实验发现，用紫光照射金属锌能发生光电效应，而红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为（ ）
A. 红光的频率小于金属锌的截止频率
B. 红光光子能量大于紫光光子能量
C. 红光照射时间不够长
D. 红光的强度小于紫光的强度
【答案】A
【解析】AC．只有当入射光的频率大于或等于极限频率时，才能发生光电效应，红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为红光的频率小于金属锌的截止频率，与光照时间无关，故A正确，C错误；
B．红光频率小于紫光频率，则红光光子能量小于紫光光子能量，故B错误；
D．根据题意无法比较红光的强度与紫光的强度的大小关系，故D错误。
5. 2023年6月7日，我国研发的第四代钍基反应堆在甘肃省腾格里沙漠正式运行。钍基熔盐核反应堆不仅发电效率高，而且核废料污染小，具有广阔的应用前景。本身不能直接使用，需用加速器轰击铅靶产生中子，然后中子轰击，使其变为，经过两次衰变后生成，再利用中子轰击发生裂变后释放核能，其典型产物是和，已知的半衰期为22分钟，则（ ）
A. 裂变反应的方程为
B. 衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子
C. 16个经过66分钟后有14个发生了衰变
D. 的比结合能小于的比结合能
【答案】B
【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，裂变反应的方程为
故A错误；
B．衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子，故B正确；
C．半衰期是大量粒子的统计规律，对于少数粒子不适用，故C错误；
D．生成物更稳定，比结合能更大，则的比结合能大于的比结合能，故D错误。
故选B。
6. 1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的4条谱线（记作、、和）作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子从、、、能级向能级的跃迁，下面4幅是跃迁时辐射光子的能量，合理的是（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】根据题意可知，跃迁时辐射光子的能量分别为
故选C。
7. 某柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则（ ）
A. 在过程中，气体对外做功
B. 在过程中，气体分子的平均动能不变
C. 在过程中，气体的温度升高
D. 在过程中，气体放热
【答案】D
【解析】A．在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，故A错误；
B．在过程中，气体压强不变，体积增大，根据盖—吕萨克定律可知，气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，故B错误；
C．在过程中是绝热过程，即有，该过程气体体积增大，气体对外做功，即有
根据热力学第一定律可知
气体内能减小，气体温度降低，故C错误；
D．在过程中，气体体积不变，不做功。同时压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，则内能减小，根据可知气体放热。故D正确。
8. 如图为桂林市某两日的天气，下列说法正确的是（ ）
A. 从8日21:00到23：00，热力学温度降低
B. 清晨西山公园荷叶上露珠呈球状的主要原因是液体表面张力的作用和不浸润现象
C. PM2.5（即固体颗粒物）悬浮在空气中，其固体颗粒在空气中做布朗运动
D. 从9日01：00到07：00，空气中所有分子热运动的速率都减小
【答案】BC
【解析】A．从8日21:00到23：00，由表格数据可得热力学温度降低
故A错误；
B．清晨西山公园荷叶上的露珠呈球状的主要原因是液体表面张力的作用和不浸润现象，故B正确；
C．PM2.5（即固体颗粒物）悬浮在空气中，其固体颗粒在空气中做布朗运动，故C正确；
D．从9日01：00到07：00，由表格数据可知，温度降低，空气中分子的平均动能减小，但不是所有分子热运动的速率都减小，故D错误。
9. 2024年1月18日，随着国能永福堡里风电场风电项目首台风机并网发电成功，国能永福发电有限公司风电装机实现“零”的突破。这标志着广西首个“风光火”多能互补电源项目实现并网发电，进一步加快了永福百万千瓦级“风光火储”能源基地的建设进程。如图为其远距离输电示意图，发电机输出电压，输出功率，经升压变压器升压至进行远距离输电：降压变压器输出电压，输电线上损失的功率（变压器均可视为理想变压器）。下列说法正确的是（ ）
A. 升压变压器的匝数比
B. 输电线上的电流为
C. 输电线路的电阻为
D. 降压变压器的匝数比
【答案】AC
【解析】A．升压变压器的匝数比
故A正确；
B．输电线上的电流为
故B错误；
C．输电线路的电阻为
故C正确；
D．降压变压器的匝数比
故D错误。
故选AC。
10. 众所周知，癌症治疗一直是世界性难题，而质子医疗则是目前全球最尖端的肿瘤放疗治疗技术。与传统放疗技术相比，质子医疗可让射线粒子的能量进入肿瘤细胞内才会释放，实现对肿瘤细胞的“定点爆破”，从而避免对身体正常组织的伤害，达到更好的疗效和极小的副作用。质子治疗装置是利用中能质子束的布拉格峰特性在不伤及人体正常组织的情况下定向精准轰击肿瘤实现对肿瘤疾病的治疗。由我国中核集团原子能院自主研发的超导回旋加速器加速的质子束能量首次达到，突破国外在这一重大医疗装备领域的垄断地位，逐步实现我国恶性肿瘤、心脑务管疾病等重大疾病诊断和治疗的回旋加速器设备国产化。其原理如图所示，两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，已知D形盒的半径为R，电压为U，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面。该回旋加速器为质子（）加速器，已知质子从回旋加速器中心开始运动，其质量为m，电荷量为q。不计质子的初速度，重力及不考虑相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A. 高频交流电源的周期为
B. 若质子最终从边缘飞出，则质子在磁场中运动的总时间为
C. 质子第2次加速和第1次加速后轨道半径之比为
D. 越靠近加速器边缘，相邻两轨道间距越小
【答案】AD
【解析】A．所加交流电源的周期等于粒子做圆周运动的周期才能正常加速，故所加交流电源的周期为，故A正确；
B.若质子最终从边缘飞出，则有
又有
质子在磁场中运动的总时间为
联立解得
故B错误；
CD．由上述分析可知，质子经过次加速后，做圆周运动的轨道半径为
可知，质子第2次加速和第1次加速后轨道半径之比为，越靠近加速器边缘，加速次数越多，相邻两轨道间距越小，故C错误，D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题，共54分）
二、填空题（本大题共2小题，共15分）
11. 如图所示，是一带铁芯的自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为零，电路中A和B是两个完全相同的灯泡。则开关闭合的瞬间，观察到的现象是______（选填“A、B同时亮”或“A先亮”或“B先亮”）；开关断开的瞬间，观察到的现象是______（选填“A、B同时熄灭”或“A先熄灭”或“B先熄灭”），流经灯泡A的电流方向是从______（选填“到”或“到”）。
【答案】A、B同时亮 B先熄灭 到
【解析】[1]开关闭合的瞬间，由自感线圈得阻碍作用，使电流直接从A、B流过，使A、B同时亮；
[2][3]开关断开的瞬间，自感线圈此时相当于电源，与A组成新的回路，则B先熄灭，电流从自感线圈右侧流出，即流经灯泡A的电流方向为到。
12. 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用体积为的纯油酸配制成体积为的油酸酒精溶液，再用滴管取体积为的油酸酒精溶液，让其自然滴出，共滴。把1滴该溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用油性笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廍，测得面积为S，如图。
（1）此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，则形成的油膜可视为______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的______；
（2）估算出油酸分子的直径大小表达式为______（用、、、、表示）；
（3）某同学计算出的油酸分子直径明显偏大，可能的原因是______。
A. 油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大
B. 痱子粉撒太多，油膜未能充分展开
C. 计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留
D. 计算每滴溶液中纯油酸的体积时，油酸酒精溶液的滴数多记了10滴
【答案】（1）单分子 直径 （2） （3）B
【解析】（1）[1][2]此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
（2）根据题意可知，一滴油酸的体积为
则油酸分子的直径为
（3）A．油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大，即变大，则计算出的油酸分子直径偏小，故A错误；
B．痱子粉撒太多，油膜未能充分展开，则油膜面积偏小，直径偏大，故B正确；
C．计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留，则油膜面积偏大，直径偏小，故C错误；
D．计算每滴溶液中纯油酸的体积时，油酸酒精溶液的滴数多记了10滴，体积测量值偏小，直径偏小，故D错误。
故选B。
三、计算题（本题共3小题，共39分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步䯅，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）
13. 如图所示为一个导热良好的玻璃瓶，瓶内充满干燥空气（可视为理想气体），塞上活塞（不计活塞重力）使其密闭性良好，已知活塞的横截面积为，活塞与瓶子之间的最大静摩擦力，此时温度为，压强与大气压相同。现将其放入温度为的冰箱中，忽略瓶子体积的变化，经过足够长的时间，已知，时热力学温度为，求：
（1）瓶内气体压强大小；
（2）若冰箱内压强与外界大气压相同，则至少需要对活塞施加多大的竖直向上的外力才能把活塞取出。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）根据题意，假设活塞不动，则有
其中
，
解得
此时，活塞与瓶子之间的摩擦力为
假设成立，故瓶内气体的压强大小为。
（2）若冰箱内压强与外界大气压相同，则有
解得
即至少需要对活塞施加的竖直向上的外力才能把活塞取出。
14. 质谱仪是一种可以测定微观粒子比荷（即荷质比）的仪器，某种质谱仪工作原理如图所示。粒子源发出初速度为零的氕核经加速电场（已知加速电压为）加速后，从点垂直进入四分之一圆形磁场分析器，磁场分析器中有垂直于纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。已知氕核在磁场区域运动一定时间后恰好垂直于磁场下边界从点射出，，氕核的电荷量为，质量为，不计氕核重力，求：
（1）氕核进入磁场分析器中速度的大小；
（2）磁场分析器中磁感应强度大小；
（3）现有一未知粒子（不计重力）经相同电场加速后，从点垂直进入磁场，并从点离开，测得，求未知粒子的比荷。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）氕核进入磁场前经加速电场加速，由动能定理有
解得
即氕核进入磁场分析器中速度的大小为
。
（2）根据题意，由几何关系可知，氕核进入磁场后，做圆周运动的半径为
又有
解得
（3）设未知粒子的质量为，电荷量为，在磁场中做圆周运动的半径为，由几何关系有
解得
结合（2）分析可得
联立解得
15. 光滑水平桌面上等间距的分布着竖直向下的匀强磁场，如图为其俯视图。磁感应强度的大小。每一个磁场区域的宽度以及相邻磁场区域的间距均为d=0.8m。现有一边长为、质量为、电阻为的正方形金属线框以的初速度垂直于最左侧磁场边界进入磁场，运动过程中线框始终在水平桌面内。求：
（1）线框刚开始进入最左侧磁场时，所受安培力的大小；
（2）线框穿过前2个磁场区域过程中产生的焦耳热；
（3）线框运动的最大距离。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）线框刚进入磁场区域时，产生的电动势为
此时回路中的感应电流
安培力为
联立解得
（2）设线框刚好离开第2个磁场时的水平速度的大小为v1，线框穿过2个磁场的过程，根据动量定理可得
又
联立解得
据功能关系可得
（3）设线框在安培力作用下移动的距离为x，则全程由动能定理得
，
联立解得
每通过一个磁场区域，有安培力作用下移动的距离是，则通过的磁场区域个数为
说明线框完全通过5个磁场区域，第6个进入一部分线框。则线框运动的最大距离
11月8日
21：00
23：00
9日01：00
03：00
05：00
07：00
周三
气温
18.5℃
178℃
17.0℃
16.4℃
15.8℃
15.1℃
PM2.5
32
36
52
52
44
42
（考试用时75分钟，满分100分）
说明：
1．答题前，考生务必将答题卷密封线内的项目填写清楚，密封线内不要答题。
2．直接在答题卷上答题（不在本试卷上答题）。
第Ⅰ卷（选择题，共46分）
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第题只有一项符合题目要求，每小题4分：第题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
1. 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器可能是（ ）
A. 温度传感器B. 气体传感器
C. 生物传感器D. 压力传感器
【答案】D
【解析】水位不同，压力就不同，洗衣机可以根据压力大小来分析水位的高低，故采用压力传感器将压力信号转换为电信号。
故选D。
2. 考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。探测器内有通电线圈，当探测器营近金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器主要利用的原理正确的是（ ）
A. 牛顿运动定律
B. 动量守恒定律
C. 法拉第电磁感应定律
D. 热力学定律
【答案】C
【解析】当线圈靠近金属物体时，在金属物体中产生涡电流，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，故在金属中会产生电流，而金属中的电流产生的磁场又引起线圈中的磁通量发生变化，进而引起线圈中电流的变化，报警器发出警报。则探测器主要利用法拉第电磁感应定律。
3. 2024年4月24日，华为联合中国移动在珠穆朗玛峰开通首个基站，标志着这座世界最高峰也迈步进入了时代。网络将为珠峰景区的旅游、登山、科考、环保等活动，提供更强大的网络支持。，也就是我们常说的，是向演进的关键阶段，它采用频段，相比于现有的（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有更大的带宽、容量和更低的时延。信号与信号相比（ ）
A. 载波的频率更小
B. 在真空中的波长更短
C. 在真空中的传播速度更快
D. 更难被障碍物阻挡
【答案】B
【解析】ABD．根据题意可知，5.5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即5.5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，故AD错误，B正确；
C．5.5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，故C错误。
故选B。
4. 2024年5月19日，我国最大的海上光伏项目——中核田湾200万千瓦滩涂光伏示范项目在江苏连云港正式开工建设。光伏发电的主要原理是光电效应，即在光的照射下物体表面能发射出电子的现象。实验发现，用紫光照射金属锌能发生光电效应，而红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为（ ）
A. 红光的频率小于金属锌的截止频率
B. 红光光子能量大于紫光光子能量
C. 红光照射时间不够长
D. 红光的强度小于紫光的强度
【答案】A
【解析】AC．只有当入射光的频率大于或等于极限频率时，才能发生光电效应，红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为红光的频率小于金属锌的截止频率，与光照时间无关，故A正确，C错误；
B．红光频率小于紫光频率，则红光光子能量小于紫光光子能量，故B错误；
D．根据题意无法比较红光的强度与紫光的强度的大小关系，故D错误。
5. 2023年6月7日，我国研发的第四代钍基反应堆在甘肃省腾格里沙漠正式运行。钍基熔盐核反应堆不仅发电效率高，而且核废料污染小，具有广阔的应用前景。本身不能直接使用，需用加速器轰击铅靶产生中子，然后中子轰击，使其变为，经过两次衰变后生成，再利用中子轰击发生裂变后释放核能，其典型产物是和，已知的半衰期为22分钟，则（ ）
A. 裂变反应的方程为
B. 衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子
C. 16个经过66分钟后有14个发生了衰变
D. 的比结合能小于的比结合能
【答案】B
【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，裂变反应的方程为
故A错误；
B．衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子，故B正确；
C．半衰期是大量粒子的统计规律，对于少数粒子不适用，故C错误；
D．生成物更稳定，比结合能更大，则的比结合能大于的比结合能，故D错误。
故选B。
6. 1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的4条谱线（记作、、和）作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子从、、、能级向能级的跃迁，下面4幅是跃迁时辐射光子的能量，合理的是（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】根据题意可知，跃迁时辐射光子的能量分别为
故选C。
7. 某柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则（ ）
A. 在过程中，气体对外做功
B. 在过程中，气体分子的平均动能不变
C. 在过程中，气体的温度升高
D. 在过程中，气体放热
【答案】D
【解析】A．在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，故A错误；
B．在过程中，气体压强不变，体积增大，根据盖—吕萨克定律可知，气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，故B错误；
C．在过程中是绝热过程，即有，该过程气体体积增大，气体对外做功，即有
根据热力学第一定律可知
气体内能减小，气体温度降低，故C错误；
D．在过程中，气体体积不变，不做功。同时压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，则内能减小，根据可知气体放热。故D正确。
8. 如图为桂林市某两日的天气，下列说法正确的是（ ）
A. 从8日21:00到23：00，热力学温度降低
B. 清晨西山公园荷叶上露珠呈球状的主要原因是液体表面张力的作用和不浸润现象
C. PM2.5（即固体颗粒物）悬浮在空气中，其固体颗粒在空气中做布朗运动
D. 从9日01：00到07：00，空气中所有分子热运动的速率都减小
【答案】BC
【解析】A．从8日21:00到23：00，由表格数据可得热力学温度降低
故A错误；
B．清晨西山公园荷叶上的露珠呈球状的主要原因是液体表面张力的作用和不浸润现象，故B正确；
C．PM2.5（即固体颗粒物）悬浮在空气中，其固体颗粒在空气中做布朗运动，故C正确；
D．从9日01：00到07：00，由表格数据可知，温度降低，空气中分子的平均动能减小，但不是所有分子热运动的速率都减小，故D错误。
9. 2024年1月18日，随着国能永福堡里风电场风电项目首台风机并网发电成功，国能永福发电有限公司风电装机实现“零”的突破。这标志着广西首个“风光火”多能互补电源项目实现并网发电，进一步加快了永福百万千瓦级“风光火储”能源基地的建设进程。如图为其远距离输电示意图，发电机输出电压，输出功率，经升压变压器升压至进行远距离输电：降压变压器输出电压，输电线上损失的功率（变压器均可视为理想变压器）。下列说法正确的是（ ）
A. 升压变压器的匝数比
B. 输电线上的电流为
C. 输电线路的电阻为
D. 降压变压器的匝数比
【答案】AC
【解析】A．升压变压器的匝数比
故A正确；
B．输电线上的电流为
故B错误；
C．输电线路的电阻为
故C正确；
D．降压变压器的匝数比
故D错误。
故选AC。
10. 众所周知，癌症治疗一直是世界性难题，而质子医疗则是目前全球最尖端的肿瘤放疗治疗技术。与传统放疗技术相比，质子医疗可让射线粒子的能量进入肿瘤细胞内才会释放，实现对肿瘤细胞的“定点爆破”，从而避免对身体正常组织的伤害，达到更好的疗效和极小的副作用。质子治疗装置是利用中能质子束的布拉格峰特性在不伤及人体正常组织的情况下定向精准轰击肿瘤实现对肿瘤疾病的治疗。由我国中核集团原子能院自主研发的超导回旋加速器加速的质子束能量首次达到，突破国外在这一重大医疗装备领域的垄断地位，逐步实现我国恶性肿瘤、心脑务管疾病等重大疾病诊断和治疗的回旋加速器设备国产化。其原理如图所示，两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，已知D形盒的半径为R，电压为U，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面。该回旋加速器为质子（）加速器，已知质子从回旋加速器中心开始运动，其质量为m，电荷量为q。不计质子的初速度，重力及不考虑相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A. 高频交流电源的周期为
B. 若质子最终从边缘飞出，则质子在磁场中运动的总时间为
C. 质子第2次加速和第1次加速后轨道半径之比为
D. 越靠近加速器边缘，相邻两轨道间距越小
【答案】AD
【解析】A．所加交流电源的周期等于粒子做圆周运动的周期才能正常加速，故所加交流电源的周期为，故A正确；
B.若质子最终从边缘飞出，则有
又有
质子在磁场中运动的总时间为
联立解得
故B错误；
CD．由上述分析可知，质子经过次加速后，做圆周运动的轨道半径为
可知，质子第2次加速和第1次加速后轨道半径之比为，越靠近加速器边缘，加速次数越多，相邻两轨道间距越小，故C错误，D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题，共54分）
二、填空题（本大题共2小题，共15分）
11. 如图所示，是一带铁芯的自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为零，电路中A和B是两个完全相同的灯泡。则开关闭合的瞬间，观察到的现象是______（选填“A、B同时亮”或“A先亮”或“B先亮”）；开关断开的瞬间，观察到的现象是______（选填“A、B同时熄灭”或“A先熄灭”或“B先熄灭”），流经灯泡A的电流方向是从______（选填“到”或“到”）。
【答案】A、B同时亮 B先熄灭 到
【解析】[1]开关闭合的瞬间，由自感线圈得阻碍作用，使电流直接从A、B流过，使A、B同时亮；
[2][3]开关断开的瞬间，自感线圈此时相当于电源，与A组成新的回路，则B先熄灭，电流从自感线圈右侧流出，即流经灯泡A的电流方向为到。
12. 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用体积为的纯油酸配制成体积为的油酸酒精溶液，再用滴管取体积为的油酸酒精溶液，让其自然滴出，共滴。把1滴该溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用油性笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廍，测得面积为S，如图。
（1）此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，则形成的油膜可视为______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的______；
（2）估算出油酸分子的直径大小表达式为______（用、、、、表示）；
（3）某同学计算出的油酸分子直径明显偏大，可能的原因是______。
A. 油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大
B. 痱子粉撒太多，油膜未能充分展开
C. 计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留
D. 计算每滴溶液中纯油酸的体积时，油酸酒精溶液的滴数多记了10滴
【答案】（1）单分子 直径 （2） （3）B
【解析】（1）[1][2]此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
（2）根据题意可知，一滴油酸的体积为
则油酸分子的直径为
（3）A．油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大，即变大，则计算出的油酸分子直径偏小，故A错误；
B．痱子粉撒太多，油膜未能充分展开，则油膜面积偏小，直径偏大，故B正确；
C．计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留，则油膜面积偏大，直径偏小，故C错误；
D．计算每滴溶液中纯油酸的体积时，油酸酒精溶液的滴数多记了10滴，体积测量值偏小，直径偏小，故D错误。
故选B。
三、计算题（本题共3小题，共39分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步䯅，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）
13. 如图所示为一个导热良好的玻璃瓶，瓶内充满干燥空气（可视为理想气体），塞上活塞（不计活塞重力）使其密闭性良好，已知活塞的横截面积为，活塞与瓶子之间的最大静摩擦力，此时温度为，压强与大气压相同。现将其放入温度为的冰箱中，忽略瓶子体积的变化，经过足够长的时间，已知，时热力学温度为，求：
（1）瓶内气体压强大小；
（2）若冰箱内压强与外界大气压相同，则至少需要对活塞施加多大的竖直向上的外力才能把活塞取出。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）根据题意，假设活塞不动，则有
其中
，
解得
此时，活塞与瓶子之间的摩擦力为
假设成立，故瓶内气体的压强大小为。
（2）若冰箱内压强与外界大气压相同，则有
解得
即至少需要对活塞施加的竖直向上的外力才能把活塞取出。
14. 质谱仪是一种可以测定微观粒子比荷（即荷质比）的仪器，某种质谱仪工作原理如图所示。粒子源发出初速度为零的氕核经加速电场（已知加速电压为）加速后，从点垂直进入四分之一圆形磁场分析器，磁场分析器中有垂直于纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。已知氕核在磁场区域运动一定时间后恰好垂直于磁场下边界从点射出，，氕核的电荷量为，质量为，不计氕核重力，求：
（1）氕核进入磁场分析器中速度的大小；
（2）磁场分析器中磁感应强度大小；
（3）现有一未知粒子（不计重力）经相同电场加速后，从点垂直进入磁场，并从点离开，测得，求未知粒子的比荷。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）氕核进入磁场前经加速电场加速，由动能定理有
解得
即氕核进入磁场分析器中速度的大小为
。
（2）根据题意，由几何关系可知，氕核进入磁场后，做圆周运动的半径为
又有
解得
（3）设未知粒子的质量为，电荷量为，在磁场中做圆周运动的半径为，由几何关系有
解得
结合（2）分析可得
联立解得
15. 光滑水平桌面上等间距的分布着竖直向下的匀强磁场，如图为其俯视图。磁感应强度的大小。每一个磁场区域的宽度以及相邻磁场区域的间距均为d=0.8m。现有一边长为、质量为、电阻为的正方形金属线框以的初速度垂直于最左侧磁场边界进入磁场，运动过程中线框始终在水平桌面内。求：
（1）线框刚开始进入最左侧磁场时，所受安培力的大小；
（2）线框穿过前2个磁场区域过程中产生的焦耳热；
（3）线框运动的最大距离。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）线框刚进入磁场区域时，产生的电动势为
此时回路中的感应电流
安培力为
联立解得
（2）设线框刚好离开第2个磁场时的水平速度的大小为v1，线框穿过2个磁场的过程，根据动量定理可得
又
联立解得
据功能关系可得
（3）设线框在安培力作用下移动的距离为x，则全程由动能定理得
，
联立解得
每通过一个磁场区域，有安培力作用下移动的距离是，则通过的磁场区域个数为
说明线框完全通过5个磁场区域，第6个进入一部分线框。则线框运动的最大距离
11月8日
21：00
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9日01：00
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周三
气温
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