[物理]2023_2024学年上海长宁区上海市延安中学高二下学期期末物理试卷(原题版+解析版)

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2023~2024学年上海长宁区上海市延安中学高二下学期期末物理试卷
1. 将一只压瘪的乒乓球放到热水中，发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中，乒乓球内（ ）
A. 所有气体分子的运动速率都不变
C. 气体吸收的热量大于其对外做的功
B. 所有气体分子的运动速率都变大
D. 气体吸收的热量等于其对外做的功
答案
解析
C
【详解】
AB．乒乓球恢复原状的过程中，球内被封闭的气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体分子的平均速率将增大，但并不是所有
分子的运动速率都变大，故AB错误；
CD．乒乓球恢复原状的过程中，气体温度升高，内能增加，同时对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，且气体吸收的
热量大于其对外做的功，大于其增加的内能，故C正确，D错误。
故选C。
2. 如图所示，把线圈(内阻不计)、电容器、电源、电阻和单刀双掷开关连成图示电路。把电压传感器(图中未画出)的两端连在电容器的两个极板M、N
上。先把开关置于a侧，一段时间后再把开关置于b侧，从此刻开始计时，电压 随时间t变化的图像正确的是（ ）
A.
C.
B.
D.
答案
解析
C
由于电路有能量损耗，有一部分能量转化为内能，还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，故电压振幅会减小，电容器放电时间由
电容器自身决定，故周期不变，且开始时，电容器电压最大，则计时开始时，电压处于最大振幅。
故答案为C。
3. 雨后的树叶上聚集了大量的水珠，则水珠表面层的水分子（ ）
A. 比内部密集，水分子势能小于在平衡位置时的势能
C. 比内部稀疏，水分子势能小于在平衡位置时的势能
B. 比内部密集，水分子势能大于在平衡位置时的势能
D. 比内部稀疏，水分子势能大于在平衡位置时的势能
答案
解析
D
【详解】
水珠表面层，分子比较稀疏，水珠表面水分子间的距离r大于平衡时的距离 ，水分子在平衡位置时分子势能最小，因此水珠表面水分
子势能大于水分子在平衡位置时的势能。
故选D。

4. 如图甲所示，某同学将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光垂直照射透镜与玻璃板，可以观察到如图乙所示的明暗相间的
同心圆环。若该同学将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙所示，则观察到的条纹可能是（ ）
A.
B.
C.
D.
答案
解析
A
【详解】
凸透镜的凸球面与玻璃平板之间形成一个空气薄膜，用单色光垂直照射透镜与玻璃板时，尖劈形空气薄膜的上、下表面反射的两束光
相互叠加产生干涉，当光程差为波长的整数倍时，此处是亮条纹，当光程差为波长的奇数倍时，此处是暗条纹。同一半径圆环处的空
气薄膜厚度相同，上、下表面反射的光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜时，则在图
乙中同一亮环对应的薄膜这一厚度要内移，则对应的牛顿亮环的半径要变小，其它环的半径依次变小，因此圆环的半径要变小，环间
距变小，环变的更密，则观察到的条纹可能是A图。
故选A。
5. 光在生产、生活中有着广泛的应用，下列对光的应用说法正确的是（ ）
A. 3D电影技术利用了光的全反射现象
B. 光导纤维传输信号利用了光的干涉现象
D. 探测DNA晶体结构利用了X射线的衍射现象
C. 光学镜头上的增透膜利用了光的偏振现象
答案
解析
D
【详解】
A．3D电影技术利用了光的偏振现象，A错误；
B．光导纤维传输信号利用了光的全反射现象，B错误；
C．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象，C错误；
D．探测DNA晶体结构利用了X射线的衍射现象，D正确。
故选D。
6. 康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前、后的示意图。则碰撞后（ ）
A. 光子的动量大小不变
C. 光子的波长变长
B. 光子的速度减小
D.
电子的动量增加了
答案
解析
C
【分析】
【详解】
AC．光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由

可知光子的波长变长，故C正确，A错误；
B．由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；
D．由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于
，故D错误。
故选C。
7. 家庭装修中，不合格的天然大理石有可能释放出过量的放射性元素氡
．氡
的衰变曲线如图，则氡
的半衰期为（
）
A. 3.8天
B. 7.6天
C. 10天
D. 17.6天
答案
解析
A
【详解】根据题意可知
联立可得，氡
故选A．
的半衰期为
天
8. A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度
快和最慢的时钟分别是（ ）
和
朝相反方向飞行的飞行器中，且
，地面上观察者认为走得最
A. A和B
B. A和C
C. B和A
D. C和A
答案
解析
B
【详解】
根据公式
（
）
可知，相对于观察者的速度v越小，其上的时间进程越快，地面上的钟A的速度v=0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟
走得最快；钟C的速度最大，它所记录的两事件的时间间隔最小，即地面上的钟走得最慢。
故选B。
9. 研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于
则是轻核。则（ ）
A. Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，释放能量
C. Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，释放能量
B. Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，吸收能量
D. Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，吸收能量
答案
解析
A

【详解】
从图中可以看出，Fe原子核核子平均质量最小，平均结合能最大，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，由图可知，核子平均质量减小，
聚变过程存在质量亏损，需要释放能量。
故选A。
10. 反粒子就是质量与粒子相等，电荷量与粒子相等但电性相反的粒子，例如反质子为
粒子以相同速度v沿OO′方向进入匀强磁场B2，形成图中的4条径迹，则反质子轨迹是（ ）
。现分别使一束质子、反质子、α粒子和反α
A. 轨迹1
B. 轨迹2
C. 轨迹3
D. 轨迹4
答案
解析
A
【详解】
由左手定则可判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转，而反质子、反α粒子向左偏转，进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，根
据洛伦兹力提供向心力有
所以
由于质子、反质子的比荷大于α粒子、反α粒子的比荷，所以α粒子、反α粒子在磁场中的轨迹半径大，即2为反α粒子径迹，1为反
质子的径迹。
故选A。
11. 卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子
的变化情况为 ，加速度大小的变化情况为
模型，α粒子以某一初速度接近金原子核，其运动轨迹如图所示，则从Q到M过程中α粒子的电势能
。
答案
解析
核式结构 ; 先增大后减小 ; 先增大后减小
【详解】
[1]卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型；
[2][3]α粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，加速度越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，加速
度越来越小，斥力做正功，所以从Q到M过程中α粒子的电势能先增大后减小，加速度先增大后减小。
12. 1919年，卢瑟福首创用原子核人工转变的方法，用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，实验装置如图所示，当装置的容器内通入氮气时，荧光
屏上观察到闪光，该核反应方程为
引力相互作用。
，银箔的作用是
。自然界的四种相互作用为
相互作用、
相互作用、电磁相互作用和

答案
解析
; 见解析 ; 弱 ; 强
【详解】
[1]核反应方程为
[2]银箔的作用是刚好阻挡α粒子打到荧光屏，但是不能阻挡其它粒子的穿过，这样可判断是否有新的粒子产生；
[3][4]自然界的四种相互作用为弱相互作用、强相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。
13. 激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为v0的原子连续吸收多个迎面射来的频率为v的光子后，速度减小。不考虑原子质量的变化，
光速为c。激光冷却利用了光的 性，单个光子的动量大小为 ，每吸收一个光子中性原子的速度变化量为
。
答案
解析
粒子 ;
;
【详解】
[1]在激光制冷中体现了激光的粒子性；
[2]单个光子的动量为
[3]根据动量守恒定律有
每吸收一个光子中性原子的速度变化量为
14. 偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴，旋转角θ称“旋光角”， θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖
量，如图自然光源S，偏振片A、B，转动B使O处光最强，然后将被测样品P置于A、B间，则O处光强 （选填“减弱”、“增强”、“不
变”、“可能增强也可能减弱”）；若保持A不动将B朝某一方向转过角度θ后发现O处光强最大，则保持B不动将A朝 （选填“相同方向”、
“相反方向”、“任意方向”）转过角度θ后O处光强也一定最大，光的偏振现象说明光是 波。
答案
解析
减弱 ; 相同方向 ; 横
【详解】
[1]不放样品时，转动B使O处光最强，此时A、B的透振方向相同；放置样品后，由于样品会使经过A的偏振光产生旋转角，所以此时穿
过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平行，O处光强将明显减弱；
[2]若保持A不动将B朝某一方向转过角度θ后发现O处光强最大，则保持B不动将A朝相同方向转过角度θ后O处光强也一定最大；
[3]光的偏振现象说明光是横波。

15. 某同学用发光波长为632.8nm的氦氖激光分别照射双缝和单缝，该同学判断图b所示的光强传感器获得的图像必定是双缝干涉图样，理由
是
。已知双缝间距0.2mm，图b中∆x=13mm，则双缝到光强传感器的距离是
m。
答案
解析
双缝干涉图样为平行等间距的条纹 ; 0.587
【详解】
[1]图b所示的光强传感器获得的图像必定是双缝干涉图样，理由是双缝干涉图样为平行等间距的条纹；
[2]根据双缝干涉条纹间距公式
可得双缝到光强传感器的距离为
16. 在“测定玻璃的折射率”实验中：
（1）为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是
A．选择的入射角应尽量小些
B．大头针
C．大头针应垂直地插在纸面上
（2）小雪同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，她以 点为圆心，OA为半径画圆，交
点作垂直法线的直线分别交于 点和 点，如图甲所示，她测得 ，则可求出玻璃的折射率
间距画得比玻璃砖的宽度稍大些，如图乙所示，则他测得的折射率
和
及
和
之间的距离尽量小些
延长线于 点，过A点
。
和
，
（3）小储在画界面时，不小心将两界面
或“不变”）。
、
（选填“偏大”“偏小”
答案
解析
C
1.5
偏小
（1）[1]A.如果入射角过大，折射光线较弱，如果入射角过小，测量误差较大，因此入射角不易过大也不宜过小，A为错误选项；
B. 大头针 和 及 和 之间的距离尽量大些，确定光线的方向时更准确，B为错误选项；
C. 大头针应垂直地插在纸面上，才能更好的让P 挡住P ，P 挡住P 、P 的像，P 挡住P 和P ，P 的像，C为正确选项。
3
2
1
3
1
2
4
1
2
故答案为C。
（2）[2]设入射角为i，折射角为r，圆的半径为R，则
可得折射率
（3）[3]由于边界画的较宽，从而折射角偏大，如图（黑色为真是光线，红线为测量所画光线），从而测量的折射率偏小

17. 右图为“研究一定质量气体在压强不变的条件下，体积变化与温度变化关系”的实验装置示意图．粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶，B臂与玻
璃管C下部用橡胶管连接，C管开口向上，一定质量的气体被水银封闭于烧瓶内．开始时，B、C内的水银面等高．
（1）若气体温度升高，为使瓶内气体的压强不变，应将C管
（填：“向上”或“向下”）移动，直至
；
（2）实验中多次改变气体温度，用Δt表示气体升高的摄氏温度，用Δh表示B管内水银面高度的改变量．根据测量数据作出的图线是
答案
解析
向下
B、C两管内水银面等高
A
【详解】
试题分析：(1)气体温度升高，压强变大，B管水银面下降，为保证气体压强不变，应适当降低A管，所以应将C管向下移动，直至B、C
两管水银面等高，即保证了气体压强不变．
（2）实验中多次改变气体温度，用 表示气体升高的温度，用 表示B管内水银面高度的改变量．压强不变时体积变化与温度变化的
关系是成正比的，所以根据测量数据作出的图线是A．
考点：本题考查了理想气体状体方程.
18. 情境：氢原子光谱的巴尔末谱线
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
、4、5、6能级向n=2能级的跃
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
迁。
【小题1】下面4幅光谱图对应于氢原子在可见光区域的4条谱线，其中合理的是（选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大）（ ）
A．
C．
B．
D．

【小题2】巴尔末公式可以表述为
，其中R叫做里德伯常量，请根据玻尔原子模型求出里德伯常量R。（普朗克常量
，答案保留两位有效数字）
【小题3】图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为2.7eV。用氢原子发出的四种频率的可见光照射K，有
应。当图甲中电压表示数为0.2V时，到达A极的光电子的最大动能为 eV。多次实验后得到电流表示数I与电压表示数U之间的关系如图乙所
种光能产生光电效
示，则三条线中光子频率最大的是
号线。
答案
解析
【小题1】D
【小题2】
【小题3】
2
0.52
②
【小题1】
光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增
大，光子波长减小，在标尺上 、 、 和 谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子
能量的差值越来越小，所以，从右向左4条谱线排列越来越紧密。
故选D。
【小题2】
设氢原子由n能级向2能级跃迁，
，则释放光子的能量
又
则
由
（
）
（
）
得
解得里德伯常量
其中
代入数据，解得
【小题3】
[1]氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量分别为
其中
的光子有2种；
[2]频率最大的光子能量是
根据爱因斯坦光电效应方程，从阴极K逸出的光电子的最大动能为
由甲图可知，所加电压为正向电压，则根据动能定理
解得

[3]当所加电压为反向电压时，根据
由图乙可知，②曲线表示的光遏止电压最大，所以能量最大，即频率最大。
19. 每种原子都有特定的原子光谱，当高压电通过氦气时，其电子会跃迁到高能级后再跃迁回原来的能级并发出独特的橙红色光芒。利用此原理制作
的氦灯广泛应用于广告灯箱、舞台背景灯、激光光源等，其发光波长为706.5nm和587.6nm。现有一氦灯发光功率为3W，两种波长的光能量各占总
发光能量的一半，则距离该灯20m距离处每平方米每秒通过的光子数为多少?
答案
解析
【详解】
波长为706.5nm的光的频率为
光子的能量为
设每秒光子个数为 ，则
解得
波长为587.6nm的光的频率为
光子的能量为
设每秒光子个数为 ，则
解得
则氦灯发光每秒内发出的光子总数n为
光子在距离该灯20m的球面均匀分布，则距离该灯20m距离处每平方米每秒通过的光子数为
其中
解得