[物理][期末]江苏省常州市2023-2024学年高二下学期期末试卷(解析版)

这是一份[物理][期末]江苏省常州市2023-2024学年高二下学期期末试卷(解析版)，共15页。
1.本试卷包含选择题和非选择题两部分．考生答题全部答在答题卡上，答在本试卷上无效．本次考试时间为75分钟，满分值为100分．
2.答题前，请务必将自己的姓名、准考证号（考试号）用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔填写在答题卡上，并用2B铅笔将对应的数字标号涂黑．
3.答选择题必须用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案方框涂黑．如需改动，请用橡皮擦干净后，再选涂其它答案．答非选择题必须用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔写在答题卡上的指定位置，在其它位置答题一律无效．如需作图，必须用2B铅笔绘、写清楚．
一、单项选择题（共11小题，每小题4分，共44分．每小题只有一个选项符合题意）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 测量红移研究星系运动是利用偏振现象
B. X射线探测晶体结构是利用衍射现象
C. 戴上特制眼镜观看立体电影是利用干涉现象
D. 光学元件的表面镀薄膜以增加光的透射是利用多普勒效应
【答案】B
【解析】A．测量红移研究星系运动是利用多普勒效应，A错误；
B ．X射线探测晶体结构是利用衍射现象，因为不同的结构有不同的衍射现象，B正确；
C．戴上特制眼镜观看立体电影是利用光的偏振现象，C错误；
D．光学元件的表面镀薄膜以增加光的透射是利用光的干涉现象，D错误。
2. 如图所示的是研究光电效应的电路图。闭合开关后，一束光照到阴极K，发现电流表的读数为零。下列操作可能使电流表读数不为零的是（ ）
A. 增大入射光的强度B. 减小入射光的强度
C. 增大入射光的频率D. 减小入射光的频率
【答案】C
【解析】AB．一束光照到阴极K，发现电流表的读数是零，即没有光电子逸出，光电子是否逸出与入射光的强度无关，AB错误；
CD．由光电效应方程可知，当时，则会产生光电效应，有光电子逸出，即有光电流产生，因此增大入射光的频率，可能使电流表读数不是零，C正确，D错误。
3. 某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验，下列操作中错误的是（ ）
A. 取一定量的酒精和油酸，配制油酸浓度为90%的油酸酒精溶液
B. 用滴管吸取1cm3该溶液，均匀滴入量筒并数出总滴数，求出一滴溶液的体积
C. 在浅盘里倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面，滴入一滴油酸酒精溶液
D. 待油膜散开稳定后在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜的轮廓，测出油膜的面积
【答案】A
【解析】A．取一定量的酒精和油酸，用油膜法估测油酸分子的大小，若配制油酸浓度为90%的油酸酒精溶液，这个油酸浓度太大。一般取1mL的油酸，并精确测出它的体积，用无水酒精按的体积比稀释油酸，使油酸在酒精中充分溶解，A错误，符合题意；
B．用滴管吸取1cm3该溶液，均匀滴入量筒并数出总滴数，求出一滴溶液的体积，B正确，不符合题意；
C．在浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量痱子粉均匀撒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液，C正确，不符合题意；
D．待油膜散开稳定后在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜的轮廓，测出油膜的面积，D正确，不符合题意。
4. 如图所示，张紧的水平绳子上悬挂着A、B、C、D四个摆长不同的摆。若让A摆在垂直于水平绳的竖直平面内先摆动起来，会发现B、C、D也摆动起来，待稳定时各摆（ ）
A. 振幅相等
B. 周期相等
C. 最大摆角相等
D. 摆球通过最低点速度相等
【答案】B
【解析】若让A摆先摆动起来，其余摆则是做受迫振动。受迫振动中的周期相同，单摆的周期为，因此B的固有周期和驱动力的周期更接近，振幅更大，摆角更大，经过最低点的速度更大。
故选B。
5. 如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时（ ）
A. 线圈处于中性面位置
B. 线圈中瞬时感应电动势为零
C. 穿过线圈平面的磁通量最大
D. 线圈中电流方向
【答案】D
【解析】A．中性面是垂直于磁感应强度，题中该位置与中性面垂直，故A项错误；
B．在题中该位置，线框切割磁感线的速度最快，其瞬时感应电动势最大，故B项错误；
C．在中性面位置穿过线圈平面的磁通量最大，题中该位置与中性面垂直，其磁通量最小，故C项错误；
D．根据楞次定律，线圈中电流方向为，故D项正确。
故选D。
6. 如图所示，用手握住轻质弹性绳的端点上下抖动，在弹性绳上形成一列向右传播的简谐波。以向上为位移正方向，图示时刻开始计时，绳上质点A的振动图像为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】用手握住轻质弹性绳的端点上下抖动，在弹性绳上形成一列向右传播的简谐波，则绳上质点A的振动图像为正弦曲线，由上、下坡法确定，在开始计时时，绳上质点A在位移正方向某一位置处正向上振动，因此质点A的振动图像为A。
故选A。
7. 2024年2月，我国科学家合成新核素锇160（），锇160具有α衰变的放射性．则（ ）
A. 锇160发生α衰变需要吸收能量
B. 锇160衰变产生的α射线比β射线穿透能力强
C. 锇160原子核在经过两个半衰期后还剩75%
D. 锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能
【答案】D
【解析】A．衰变需要释放能量，而不是吸收能量，故A项错误；
B．β射线的穿透能力比α射线的穿透能力强，故B项错误；
C．在经过一个半衰期后，还剩下50%的原子核，经过两个半衰期后还剩下25%的锇160原子核，故C项错误；
D．比结合能越大，原子核越稳定，而发生衰变后新核比锇160更稳定，所以锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能，故D项正确。
故选D。
8. 如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光，其对应光子的动量为pa、pb、pc，则（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据，
可得光子的动量为
据玻尔理论，可得
可得
9. 如图所示，导体棒ab以初速度v0沿足够长水平放置的光滑导线框向右运动，空间存在垂直于线框平面的匀强磁场，线框电阻不计。下列关于导体棒的速度v和加速度a随运动时间t的变化图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】导体棒切割磁感线有
该时刻电路中的电流为
导体棒受到的安倍力为
由牛顿第二定律有
整理有
由于物体受到的安倍力方向与运动方向相反，所以导体棒做减速运动，随着速度减小，导体棒的加速度大小也在减小，所以导体棒做加速度减小的减速运动，即其图像随着时间而减小，且减小的越来越慢，其的斜率越来越小。
10. Oxy坐标系中，圆心在O点的圆导线通以顺时针大小相等的恒定电流，若各象限存在如下图所示磁感应强度大小相等、方向垂直坐标平面的匀强磁场，则圆导线受安培力最大的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】A图中根据题意可知，圆环导线在垂直坐标平面向里的匀强磁场中的等效长度为，可知这部分圆环受到的安培力大小为
圆环导线在垂直坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为，可知这部分圆环受到的安培力大小为
根据左手定则知安培力方向相同，故圆导线受安培力的合力为，同理C图中，圆导线受安培力的合力为，D图中，圆导线在垂直坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为零，圆环受到的安培力大小为零，B图中圆环导线在垂直坐标平面向里的匀强磁场中的等效长度为，这部分圆环受到的安培力大小为
圆环导线在垂直坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为，可知这部分圆环受到的安培力大小为
根据左手定则知安培力方向相同，故圆导线受安培力的合力为，故圆导线受安培力最大的是B图的情况。
11. 霍尔元件是利用霍尔效应制成的传感器，如右图所示，长a、宽b、高c（）的长方体霍尔元件通以向右的电流，将其置于垂直上下表面的磁场时前后表面间出现电压，置于垂直前后表面的磁场时上下表面间出现电压，此电压即霍尔电压．将两个这样的霍尔元件按不同方式组合，通入大小相等的恒定电流，元件处于垂直于上下表面或前后表面、磁感应强度大小相等的匀强磁场中，则产生霍尔电压最大的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】霍尔元件中自由移动的电荷是电子，设电子定向移动的速度为v，单位体积内自由移动的电子数为n，导体的横截面积为S，电流的微观表达式为
其载流子在磁场中受到洛伦兹力为
电子在洛伦兹力作用下移动，上下表面出现电势差，当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，由
解得
由于电流大小，磁感应强度大小不变，同一种材料，所以沿磁感应强度方向的长度越小，其霍尔电压越大。
二、非选择题：共5小题，共56分．其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位.
12. 小明同学做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。
（1）测量电压时使用多用电表交流电压挡，为了保证多用电表安全，小明应该先用________（选填“最小量程挡”“最大量程挡”）试测，大致确定被测电压后再选用适当挡位测量；
（2）小明正确连接电路后，选用合适的挡位测量原、副线圈电压，并记入下表：
如题图所示，小明测量第五组数据U2时，读数为________V；
（3）请你利用（2）表格中小明测量的原、副线圈电压数据，在题2图中作出U1-U2图像________，并求出图像的斜率k=________（保留两位有效数字）；
（4）变压器原、副线圈匝数分别n1=200匝、n2=100匝，比较U1-U2图像的斜率k与匝数比，可以得出的结论是________。
【答案】（1）最大量程挡 （2） （3）
（4）交变电流在变压器铁芯中会产生涡流，有能量损失，变压器原、副线圈有电阻，产生焦耳热，有能量损失；变压器铁芯产生磁场能向外辐射有能量损失，因此副线圈得到的电压比理想变压器的要小，则有匝数比小于U1-U2图像的斜率k。
【解析】（1）测量电压时使用多用电表交流电压挡，为了保证多用电表安全，小明应该先用“最大量程挡”试测，若电压表指针偏转角较小，应选较低量程，直到选合适的量程，再进行测量。
（2）由表格数据的规律可知，小明测量第五组数据U2时，读数为。
（3）[1]按表中数据在题2图中描点作图，如图所示。
[2]由U1-U2图像，其斜率
（4）变压器原、副线圈匝数分别n1=200匝、n2=100匝，可知匝数比为
比较U1-U2图像的斜率k与匝数比，可以得出的结论是匝数比小于U1-U2图像的斜率k，即
结论：交变电流在变压器铁芯中会产生涡流，有能量损失，变压器原、副线圈有电阻，产生焦耳热，有能量损失；变压器铁芯产生磁场能向外辐射有能量损失，因此副线圈得到电压比理想变压器的要小，则有匝数比小于U1-U2图像的斜率k。
13. 如图，ABCD为四棱镜的一个截面，AB⊥BC．一束光线垂直AB射入，在CD和DA上发生两次全反射，两次反射的入射角相差5°，最后垂直BC出射。
（1）作出光线在四棱镜中的光路图；
（2）求棱镜折射率的最小值。（计算结果可用三角函数表示）
【答案】（1）见解析；（2）
【解析】（1）根据题意，其光线的光路图如图所示
（2）设第一次反射的入射角为，由几何关系有
解得
当光线在AD边恰好发生全反射，其折射率最小，有
解得
14. 内陆地区昼夜温差较大，某同学用如图所示竖直放置的密闭导热圆柱形容器做热学实验，他测得日间最高气温为T时活塞与容器底的距离为h，24小时内活塞相对最高点最多下降Δh。活塞质量为m、横截面积为S，能无摩擦地滑动，外界大气压恒为p0，重力加速度为g。
（1）求活塞下降Δh过程中对容器内气体做的功W；
（2）若活塞下降Δh过程中容器内气体放出热量Q，求其内能变化ΔU；
（3）求24小时内的最大温差ΔT。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）对活塞有
解得
活塞下降过程为等压过程，由牛顿三定律可知，气体对活塞的力与活塞对气体的力大小相同，所以活塞对气体做功为
（2）由于气体体积减小，且放出热量，根据热力学第一定律有
（3）由于发生等压过程，所以有
又因为
解得
15. 如题1图，A、B两个物体在光滑的水平面上正碰，碰撞时间不计，其x-t图像如题2图所示，以向右为正方向，物体A质量m1=1kg。
（1）求物体A在碰撞过程中的动量变化量Δp1；
（2）求物体B的质量m2；
（3）通过计算判断两个物体的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
【答案】（1）-3kg·m/s （2）6kg （3）非弹性碰撞
【解析】（1）由图可知，物体A碰前速度，碰后速度，则物体A在碰撞过程中的动量变化量为
（2）由图可知，物体B在碰前静止，碰后速度为，由动量守恒定律得
解得
（3）两物体组成的系统在碰撞过程中损失的机械能为
所以碰撞过程是非弹性碰撞。
16. 2023年中科院的医用重离子加速器研发及产业化团队获第三届全国创新争先奖牌．回旋加速器可作为重离子加速器的注入器，其工作原理如题1图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速离子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如题2图所示，周期，U0未知．一束该种离子在t＝0～时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．假设能从D形盒出射的离子每次经过狭缝均做匀加速直线运动，不考虑重力、离子间相互作用及相对论效应，离子在狭缝中的运动时间不能忽略．
（1）求出射离子的动能Ekm；
（2）若离子第2次与第4次加速轨迹间距为x，求第4次加速后粒子速度大小v4；
（3）要使飘入狭缝的离子中有超过60%能射出，求U0应满足的条件．
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子半径为时，有
且
得
（2）粒子被加速2次有
粒子被加速4次有
有题意有
联立解得
（3）粒子被加速次达到，则
粒子在狭缝间做匀加速运动，设次经过狭缝的总时间为，有
只有在时间内飘入的粒子才能每次均被加速，则所占的比例为
由
解得
电压序号
1
2
3
4
5
6
原线圈U1（V）
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
副线圈U2（V）
0.0
0.9
1.9
2.9
▲
4.8