天津市第一中学2022-2023学年高二下学期期末物理试题

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第I卷
一、单选题（每小题只有一个答案正确）
1. 物理学知识在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）
A. 肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的衍射现象
B. 照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是运用了光的全反射现象
C. 手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率将会发生变化
D. 日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
【答案】D
【解析】
【详解】A．肥皂膜看起来常常是彩色的，这是薄膜干涉现象，故A错误；
B．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是运用了光的干涉现象，故 B错误；
C．光的频率由光源决定，因此手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率不会发生变化，故C错误；
D．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以减弱水面反射光的影响，使景像更清晰，故D正确。
故选D。
2. 2022年诺贝尔物理学奖授予了在量子纠缠理论做出贡献的三位科学家。下列关于量子力学发展史说法正确的是（ ）
A. 普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念，提出“光由光子构成”
B. 丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它保留了经典粒子的概念
C. 爱因斯坦的光电效应理论揭示了光的粒子性
D. 卢瑟福的原子核式结构模型说明核外电子的轨道是量子化的
【答案】C
【解析】
【详解】A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了量子化理论，爱因斯坦第一次提出光子的概念，提出“光由光子构成”，故A错误；
B．丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它融入了量子化的概念，故B错误；
C．爱因斯坦的光电效应理论成功解释了光电效应现象，揭示了光的粒子性，故C正确；
D．波尔的原子结构模型说明核外电子的轨道是量子化的，故D错误。
故选C。
3. 用a、b两束单色光照射同一单缝做衍射实验，观察衍射图样发现：a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄，下列说法正确的是（ ）
A. a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，b光的折射角小
B. a、b两束单色光在水下同一深度处，b光照亮水面的面积较大
C. 用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较大
D. 用a光照射某金属，不能发生光电效应，用b光照射有可能发生光电效应
【答案】B
【解析】
【详解】A．a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄，可知b光的波长大，频率小，所以折射率小，所以当a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中时，b光的光线偏折小，则折射角大，故A错误；
B．a、b两束单色光在水下同一深度处，因为b光的折射率小，根据公式
可知b光的临界角大，所以b光照亮水面的面积较大，故B正确；
C．用同一装置进行双缝干涉实验，根据公式
可知b光的波长大，b光的条纹间距较大，故C错误；
D．用a光照射某金属，不能发生光电效应，因为b光的波长大，频率小，所以b光照射也不发生光电效应，故D错误。
故选B。
4. 在近代物理学发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对世界认识的不断深入。对下列图示的实验描述正确的是（ ）
A. 卢瑟福通过甲图所示的实验，发现了质子
B. 康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有波动性
C. 贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子的核式结构模型
D. 戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，证实电子具有波动性
【答案】D
【解析】
【详解】A．卢瑟福通过甲图所示的实验，发现了原子的核式结构模型，故A错误；
B．康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有粒子性，故B错误；
C．贝克勒尔研究丙图中的放射线，发现了电子，故C错误；
D．戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，证实电子具有波动性，故D正确。
故选D。
5. 2021年4月13日，日本政府的内阁会议上，计划将福岛第一核电站的125万吨污水排入大海。核污染水经二次处理后，仍含难以清除的氚和铯、锶等60多种高污染核素。绿色和平组织核专家指出，核废水在数千年内都存在危险，并可能造成基因损害。已知氚核发生β衰变时的半衰期为12.5年，则下列说法正确的是（ ）
A. 通过加压或者是降温的方法，可以改变氚的半衰期
B. 10个氚核经过12.5年之后一定还剩下5个
C. 氚核衰变放出的β射线是高速电子流，来源于核外电子
D. 经过87.5年，氚的含量少于原来的百分之一
【答案】D
【解析】
【详解】A．外部条件不可以改变氚的半衰期，选项A错误；
B．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，选项B错误；
C．氚核衰变放出的β射线是高速电子流，来源于核内中子转化为质子时放出的电子，选项C错误；
D．经过87.5年
即氚的含量少于原来的百分之一，选项D正确。
故选D。
6. 用两种不同的金属做光电效应的实验，的逸出功大于的逸出功，在同一坐标系中作出它们的遏止电压随入射光频率变化的图像，下列图像中正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据题意，由光电效应方程有
由动能定理有
整理可得
可见a、b两条图像应平行且a的极限频率更大。
故选B。
7. 中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）做燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀（），钚239裂变释放出的快中子被再生区内的铀238吸收，转变为铀239，铀239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（ ）
A. 铀239转变为钚239，需要经过1次α衰变
B. 钚239发生裂变过程中，亏损的质量转化为核能释放出去
C. 铀239发生衰变的实质是高速氦核流从原子核中飞出
D. 钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据质量数与电荷数守恒有
可知，铀239转变为钚239，需要经过2次β衰变，故A错误；
B．钚239发生裂变过程中，释放出能量，存在质量亏损，但是不能认为亏损的质量转化为核能释放出去，只能认为亏损的质量以能量的形式被辐射出去，故B错误；
C．根据质量数与电荷数守恒有
发生的是β衰变，本质是核内一个中子转变成一个质子与一个电子，电子从原子核内飞出，因此铀239发生衰变的实质是高速电子流从原子核中飞出，故C错误；
D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，同时释放出能量，表明生成核比反应核更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，即钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，故D正确。
故选D。
8. 太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氦闪，进入红巨星阶段，电影《流浪地球》就是在此背景下展开，“氦闪”是氦的聚变变成碳的过程，，极不稳定，短时间再结合一个氦变成碳的过程，已知原子核的比结合能-质量数的图像如图，的纵坐标为，的纵坐标为7.69，下列说法中正确的是（ ）
A. 原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B. 一次氦闪放出的核能为7.32MeV
C. 氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D. 氦4的结合能为
【答案】B
【解析】
【详解】A．原子核比结合能越大，原子核就越稳定，A错误；
B．一次氦闪放出核能为
B正确；
C．反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，C错误；
D．氦4的比结合能为，结合能为
D错误；
故选B。
二、多选题（每小题至少有两个答案正确）
9. 下列说法中正确的是（ ）
A. 在核反应中满足电荷数守恒，质量守恒
B. 氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C. 钍核（Th）发生一次衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
D. 铀（）经多次、衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．在核反应中满足电荷数守恒，质量数守恒，而不是质量守恒，故A错误；
B．第一激发态为第二个定态，根据
可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；
C．粒子是，根据质量数与电荷数守恒可知，钍核（Th）发生一次衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少4，电荷数减少2，可知中子数减少了4-2=2，故C正确；
D．若该核反应为
根据质量数与电荷数守恒有
238=206+4m
92=82+2m-n
解得
n=6
可知，发生了6次衰变，即有6个中子转变成质子，故D正确。
故选BCD。
10. 下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A. 图甲，大型水电站的发电机组一般都是旋转电枢式
B. 图乙，雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备
C. 图丙，可以通过往水中丢入石块，借助水波把皮球冲到岸边
D. 图丁，说明这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应的光电子最大初动能相等
【答案】BD
【解析】
【详解】A．图甲，大型水电站的发电机组一般都是旋转磁极式，故A错误；
B．图乙，雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备，故B正确；
C．由于参与振动的水分子只能在各自平衡位置振动，不能随波迁移，因此图丙，不能够通过往水中丢入石块，借助水波把皮球冲到岸边，故C错误；
D．根据图像可知，这两束光的遏止电压相等，根据
可知，这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应光电子最大初动能相等，故D正确。
故选BD。
11. 图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，、、、是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从能级跃迁到能级辐射产生的，下列说法正确的是（ ）
A. 这四条谱线中，谱线光子频率最小
B. 氢原子从能级跃迁到能级要吸收能量
C. 若、、、中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
D. 用能量为的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁
【答案】AC
【解析】
【详解】A．由乙图可知谱线对应的波长最大，由
可知，波长越大，能量越小，频率越小，故A正确；
B．氢原子从能级跃迁到能级要放出能量。故B正确；
C．频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中谱线波长最小，频率最大， 可知，光能量最大，若中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，故C正确；
D．由能级差公式可知，若用能量为的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁，则有
由图甲可知，氢原子能级中没有能量为的能级，则假设不成立，即用能量为的光子照射处于基态的氢原子，氢原子不可以发生跃迁，故D错误。
故选AC。
12. 电功率为60W的白炽灯正常发光时，白炽灯消耗的电能有11%产生可见光。已知可见光的平均波长为600nm，普朗克常量。如图所示，白炽灯发出的光通过元件M照射到光屏P上。下列说法正确的是（ ）
A. 可见光的平均频率为
B. 白炽灯每秒发出的可见光的光子数为个
C. 如果M是偏振片，沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度将发生周期性的变化
D. 如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，则狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大
【答案】BD
【解析】
【详解】A．根据
解得
故A错误；
B．t时间内可见光的能量
白炽灯每秒发出的可见光的光子数为
解得
故B正确；
C．如果M是偏振片，其应为检偏器，因此沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度不发生变化，故C错误；
D．如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，由于狭缝尺寸越小，衍射现象越明显，可知狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大，故D正确。
故选BD。
第II卷
三、填空题
13. 在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线和。O为直线AO与的交点，在直线AO上竖直地插上、两枚大头针。
（1）该同学接下来要完成的必要步骤有______
A．插上大头针，使仅挡住的像
B．插上大头针，使挡住和的像
C．插上大头针，使仅挡住
D．插上大头针，使挡住和、的像。
（2）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n=______。
（3）实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的比实际的折射面向外侧平移了一些（如图乙所示），以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n<0），称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。若该材料对于电磁波的折射率n=-1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是______。
A． B．
C． D．
【答案】 ①. BD ②. ③. 偏小 ④. B
【解析】
【详解】（1）[1]该同学接下来要完成的必要步骤有：确定皮大头针的位置，方法是插上大头针，使挡住和的像。确定大头针的位置，方法是插上大头针，使挡住和、的像。
故选BD；
（2）[2]玻璃砖的折射率为
（3）[3]画出比实际的折射面向外侧平移了一些，即玻璃砖界面aa'和bb'的间距变宽，而其他操作正确，会导致α角偏大，而β不变，如下图
由于
故折射率的测量值将偏小。
（4）[4]根据题意折射角为负值时折射线与入射线位于法线的同一侧，而n=-1，折射角与入射角大小相等。
故选B。
14. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上（如图甲），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。
（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则__________。
A．可观察到水平方向的干涉条纹
B．可观察到竖直方向的干涉条纹
C．看不到干涉现象
（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中__________。
A．观察不到干涉条纹
B．可观察到明暗相间的白条纹
C．可观察到彩色条纹
（3）若实验中在屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2（已知x1（4）光屏上出现的明暗相间条纹如图丁所示，光屏上P、P1、P2处是亮条纹，Q1、Q2处是暗条纹，P到S1、S2的距离相等。某同学突发奇想，如果在遮光筒内装满水，其他条件不变，则光屏上__________。
A．P处可能出现暗条纹
B．不再出现明暗相间的条纹
C．明暗相间的条纹间距变窄
D．原P1处的第一级亮条纹向P点靠近
【答案】 ①. B ②. C ③. ④. 31.20##31.25##31.30 ⑤. CD##DC
【解析】
【详解】（1）[1]组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则可观察到竖直方向的干涉条纹，故选B；
（2）[2]若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则各种颜色的单色光将发生干涉，则在目镜中可观察到彩色条纹，故选C。
（3）[3]条纹间距为
根据
可得入射的单色光波长的计算表达式为
[4]游标卡尺读数为
3.1cm+0.05mm×4=31.20mm
（4）[5]如果在遮光筒内装满水，其他条件不变，则光在遮光筒内的波长变小，但是P点到双缝的距离之差仍为零，则P点仍是亮条纹，在屏上仍会出现明暗相间的条纹，根据
波长变小，则条纹间距变小；原P1处的第一级亮条纹向P点靠近，选项AB错误，CD正确。
故选CD。
四、计算题
15. 静止的重原子核在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中发生衰变后，产生的粒子的运动轨迹如图所示，已知轨迹2对应粒子的动量大小为p，电荷量大小为q．
（1）发生的是衰变还是衰变？写出衰变方程式（新核用X表示），并判断新核X沿哪个轨迹运动；
（2）求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。
【答案】（1）衰变；；轨迹2；（2），
【解析】
【详解】（1）静止的在发生衰变的过程中动量守恒，新核X与或的动量等大反向，且新核X的电量大于或的电量，根据
又
可得
可见新核X的半径小于或的半径，新核X带正电对应小圆2。由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动，则或对应大圆1也沿逆时针方向运动，由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电，是，发生衰变，衰变方程式为
（2）粒子匀速圆周运动的周期公式为
则有
轨迹2对应粒子即新核X的动量为p，带电量为q，则的动量为p，带电量为，由
可得
，
则有
16. 2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知在氘核聚变反应中氘核质量为，中子质量为，核的质量为。两个速率相等的氘核以相同的动能对心正碰聚变成核并放出一个中子。
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）求该核反应释放的核能；
（3）若两个氘核发生核聚变时释放出一对向相反方向运动的光子，每个光子的能量为，求生成核的动能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为
（2）该核反应的质量亏损为
该核反应释放的核能为
即
（3）两个氘核正碰而发生核聚变过程，满足动量守恒，设中子的速度大小为，氦核的速度大小为，由于碰撞前的总动量为零，则有
又
所以
解得
17. 如图所示，沿水平固定的平行导轨之间的距离为L=1m，导轨的左侧接入定值电阻R（大小未知），图中虚线的右侧存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=2T。质量为m=1kg、阻值导体棒PQ垂直导轨放置，由时刻开始在导体棒上施加水平方向F=4N的恒力使导体棒向右做匀加速运动，导体棒进入磁场后立即保持外力的功率不变，经过一段时间导体棒以的速度做匀速直线运动，已知整个过程导体棒的速度随时间的变化规律如图乙所示，导体棒始终与导轨保持良好的接触且没有发生转动。重力加速度g=10m/s2。求：
（1）导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ=？定值电阻的阻值R=？
（2）前8s内导体棒与导轨间因摩擦而产生的热量Q=90J，则该过程中定值电阻R上产生的热量QR为多少？
（3）在第（2）问的前提下，求导体棒减速过程中通过定值电阻R的电量q为多少？前8s内水平外力F对导体棒的冲量IF为多少？

【答案】（1），R=7Ω；（2）10.5J；（3）4.375C，IF=36.75N·s
【解析】
【详解】（1）根据图像可知，导体棒做匀加速直线运动的加速度为
根据牛顿第二定律可得
解得动摩擦因数为
导体棒刚进入磁场时的拉力功率为
导体棒最终以的速度在磁场中做匀速直线运动，则有
又有
联立解得
R=7Ω
（2）前8s内外力做功为
设回路产生的焦耳热为，根据功能关系可得
解得
Q总=12J
则前8s内定值电阻上产生的热量为
QR=10.5J
（3）在第（2）问的前提下，设导体棒减速过程中的位移为x2，则有
其中
Q=90J
解得
x2=17.5m
根据
解得导体棒减速过程中通过定值电阻的电荷量为
q=4.375C
设前8s内水平外力F对导体棒的冲量为，根据动量定理可得
又由于
联立解得
IF=36.75N·s