北京师范大学第二附属中学2023-2024学年高二下学期期中测试物理试卷（Word版附解析）

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第Ⅰ卷（选择题42分）
一、选择题
1. 一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 此介质的折射率等于1.5B. 此介质的折射率等于
C. 入射角大于时可能发生全反射现象D. 入射角大于时可能发生全反射现象
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．根据折射定律可知
故A错误，B正确；
CD．根据全反射临界角公式有
解得
所以入射角大于时可能发生全反射现象，故C正确，D错误；
故选BC
2. 已知水的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA．若用m0表示一个水分子的质量，用V0表示一个水分子的体积，下列表达式中正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】AB．一个分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，则有
故A正确，B错误。
CD．由于水分子间隙小，所以水分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，则有
故CD错误。
故选A。
3. 如图所示，甲→乙→丙→丁→甲过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为，转动过程中电路中的最大电流为。下列选项正确的是（ ）
A. 在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流最大
B. 从图乙位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为
C. 在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大
D. 在图丁位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c
【答案】D
【解析】
【详解】A．在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量变化量为零，感应电动势为零，感应电流为零，故A错误；
B．从图乙位置开始计时，此时线圈中的磁通量为零，磁通量变化量最大，感应电动势最大，感应电流最大，线圈中电流i随时间t变化的关系式为
故B错误；
C．在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故C错误；
D．在图丁位置时，线圈中的磁通量为零，磁通量变化量最大，感应电动势最大，根据右手定则可知，cd边电流方向为d→c，故D正确。
故选D。
4. 如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，是可能发生的， A不符合题意；
B．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，是可能发生的， B不符合题意；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的， C不符合题意；
D．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，D符合题意。
故选D。
5. 将一定值电阻分别接到如图1和图2所示的两种交流电源上，在一个周期内该电阻产生的焦耳热分别为和，则等于（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】对于方波（图1）来说，交流电压有效值为：
故在电阻上产生的焦耳热为
对于正弦波（图2）来说，故交流电压有效值为：
故在电阻上产生的焦耳热为
故
故A正确BCD错误。
故选A。
6. 单色光a、b分别经过同一装置形成的干涉图样如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 单色光a的频率比单色光b的频率高
B. 单色光a波长比单色光b的波长大
C. 在同一块玻璃砖中传播时，单色光a比单色光b的折射率大
D. 在同一块玻璃砖中传播时，单色光a比单色光b的传播速度小
【答案】B
【解析】
【详解】AB．根据双缝干涉条纹间距公式
可知单色光a的波长比单色光b的波长大，则单色光a的频率比单色光b的频率低，故A错误，B正确；
CD．由于单色光a的频率比单色光b的频率低，可知在同一块玻璃砖中传播时，单色光a比单色光b的折射率小；根据
可知在同一块玻璃砖中传播时，单色光a比单色光b的传播速度大，故CD错误。
故选B。
7. 一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C，A、B和C三个状态的体积分别为、和．状态变化过程中气体的压强与热力学温度的关系如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. ，
B. ，
C. 状态A到状态B的过程中气体的内能增大
D. 状态B到状态C的过程中气体分子的平均动能减小
【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据一定质量的理想气体的状态方程可知，从A→B的过程中，气体体积不变，即
从B→C的过程中，体积增大，即
故AB错误；
C．状态A到状态B的过程中气体的温度升高，则内能增大，故C正确；
D．状态B到状态C的过程中气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，故D错误；
故选C。
8. 如图甲所示的理想变压器，其原线圈接在输出电压如图乙所示的正弦式交流电源上，副线圈接有阻值为88Ω的负载电阻R，原、副线圈匝数之比为5∶1。电流表、电压表均为理想交流电表。下列说法中正确的是（ ）
A. 电流表的示数为2.5A
B. 电压表的示数约为62V
C. 原线圈输入功率为22W
D. 若负载电阻R的阻值变大，则原线圈的输入功率也变大
【答案】C
【解析】
【详解】B．由乙图知，原线圈电压的的效值为220V，根据
可得副线圈两端电压
因此电压表的示数为44V，B错误；
A．根据闭合电路欧姆定律，副线圈电流
而原副线圈电流之比与匝数比的关系为
代入数据，原线圈电流为0.1A，A错误；
C．副线圈的输出功率
由于变压器为理想变压器，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，C正确；
D．若负载电阻R的阻值变大，副线圈的电流减小，输出功率减小，因此原线圈的输入功率也变小，D错误。
故选C。
9. 对于一个只有两个分子组成的系统，其分子势能与两分子间距离的变化关系如图所示。仅考虑两个分子之间的作用，下列说法正确的是（ ）
A. 当时，分子间的作用力为零
B. 当时，分子间的作用力表现为引力
C. 从到的过程中，分子间的作用力逐渐减小
D. 从到的过程中，分子系统的势能逐渐增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．分子势能最小时，分子间的作用力为零，当时，分子间的作用力为零，故A错误；
B．当时，分子间距离小于，分子间的作用力表现为斥力，故B错误；
C．从到的过程中，分子间距离从小于平衡位置到平衡位置，分子间的作用力逐渐减小，故C正确；
D．从到的过程中，分子间作用力表现为斥力，分子力做正功，分子系统的势能逐渐减小，故D错误。
故选C。
10. 如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边和，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针、，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（ ）
A. 入射角越小，折射率的测量越准确
B. 利用量角器量出、，可求出玻璃砖的折射率
C. 如果误将玻璃砖的边画到，折射率的测量值将偏大
D. 出射光线与入射光线平行
【答案】D
【解析】
【详解】A．为了减小实验误差，入射角应相对大些，故A错误；
B．玻璃砖的折射率
故B错误；
C．如果误将玻璃砖的边画到，折射角偏大，根据，折射率的测量值将偏小，故C错误；
D．由几何关系可知，光从空气进入玻璃时的折射角大小等于光从玻璃进入空气时的入射角，根据光路的可逆性，光从空气进入玻璃时的入射角大小等于光从玻璃进入空气时的折射角，所以出射光线与入射光线平行。故D正确。
故选D。
11. 研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（ ）
A. 1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强
B. 1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强
C. 2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强
D. 2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强
【答案】A
【解析】
【详解】黄光的频率小于蓝光的频率，根据光电效应方程，再根据动能定理可得
即
可见频率越大则对应的截止电压越大，截止电压相等，则光的频率相等，故2为蓝光，1和3为黄光；
根据光电流的大小与光强成正比，可知曲线1对应的黄光的光强大于曲线3对应的黄光的光强。
选项A正确，BCD错误。
故选A。
12. 为了测量储液罐中不导电液体的液面高度，设计装置如图所示。将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储液罐中，电容C可通过开关S与线圈L或电源相连。当开关从a拨到b时，由线圈L与电容C构成的回路中产生振荡电流，振荡电流的频率，通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。则下列说法正确的是（ ）
A. 当储液罐内的液面高度升高时，电容不变
B. 当储液罐内的液面高度升高时，LC回路中振荡电流的频率变小
C. 开关拨到b之后，振荡电流的振幅和频率始终保持不变
D. 当开关从a拨到b瞬间，电容器两极板的电荷量最大，流过线圈L中的电流最大
【答案】B
【解析】
【详解】A．当储液罐内的液面高度升高时，根据电容的决定式得，电容变大，A错误；
B．当储液罐内的液面高度升高时，电容变大，根据振荡电流的频率可知，LC回路中振荡电流的频率变小，B正确；
C．开关拨到b之后，振荡电流的振幅会越来越小，随着储液罐内的液面高度的变化，频率会发生变化，C错误；
D．当开关从a拨到b瞬间，电容器两极板的电荷量最大，流过线圈L中的电流最小，D错误。
故选B。
13. 如图所示为一个简易的高温报警器原理图。为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5V，下列说法正确的是（ ）
A. A端为高电势时蜂鸣器报警
B. 温度升高，热敏电阻阻值增大
C. 滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度
D. 若无斯密特触发器，可通过将与调换位置实现同样的功能
【答案】C
【解析】
【详解】A．A端为高电势时，Y端从高电势跳到低电势，小于蜂鸣器工作的电压，不报警，A错误；
B．温度升高，热敏电阻阻值减小，B错误；
C．滑片P向b端移动，连入电路中电阻减小，根据串联电路特点，有
若使报警不变，则A端电势不变，应减小，即温度升高，所以滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度，C正确；
D．若无斯密特触发器，将与调换位置后，当温度升高时，阻值减小，A端电势升高，蜂鸣器工作，当温度降低时，阻值增大，A端电势降低，蜂鸣器不工作，与斯密特触发器的工作特点不同，D错误。
故选C。
14. 麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是（ ）
A. 电容器正在充电
B. 两平行板间的电场强度E在减小
C. 该变化电场产生顺时针方向（俯视）的磁场
D. 两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A．电容器内电场强方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，A正确；
B．电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，B错误；
C．该变化电场产生磁场方向等效成向上的电流产生磁场的方向，根据右手螺旋定则可知，电场产生的磁场逆时针方向（俯视），C错误；
D．当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最小，D错误。
故选A。
第Ⅱ卷（非选择题58分）
二、实验题：本题共2小题，共18分
15. 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上（如图），单缝保持竖直方向，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。
(1)组装仪器时，单缝和双缝的空间关系应该为___________。
A.a代表单缝，b代表双缝
B.a代表双缝，b代表单缝
C.二者相互垂直放置
D二者相互平行放置
(2)将红色滤光片改为绿色滤光片，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，则__________。
A.条纹为竖条纹 B.条纹为横条纹
C.与红光相比条纹间距变窄 D.与红光相比条纹间距变宽
(3)经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间距离为Δx，则这种色光的波长表达式为λ=_____（用题中所给字母表示）。
【答案】 ①. AD ②. AC ③.
【解析】
【详解】(1)[1]AB．双缝的光来自于同一个单缝，因此单缝a距离光源更近，A正确，B错误；
CD．双缝与单缝应该平行放置，才能观察到双缝干涉实验，C错误，D正确。
故选AD。
(2)[2] AB．由于单缝保持竖直，条纹的方向与单缝平行，因此条纹竖直，A正确，B错误；
CD．由于绿光的波长比红光的短，因此干涉条纹间距比红光的窄，C正确，D错误。
故选AC。
(3)[3]根据两个相邻的明纹间（或暗纹）间距为
可得波长表达式
16. 在“油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
（1）本实验利用了油酸分子易在水面上形成_________（选填“单层”或“多层”）分子油膜的特性。若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为d=_________。
（2）在做本实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液为100滴。取一滴此油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积约为100的油酸薄膜，由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为__________m（计算结果保留一位有效数字）
（3）某同学实验中获得下图所示的油膜轮廓。在计算油膜面积时，他把凡是半格左右的油膜都算成了一格，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径_________（选填“偏大”、“偏小”）。
【答案】（1） ①. 单层 ②.
（2）
（3）偏小
【解析】
【小问1详解】
[1]油酸分子易在水面上形成单层分子油膜。
[2]因为油酸分子时单层分子油膜，所以分子的直径
【小问2详解】
油酸酒精溶液的浓度
1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
油酸分子的直径
【小问3详解】
把凡是半格左右的油膜都算成了一格，导致面积偏大，由公式可知，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径偏小。
三、解答题：本题包括4小题，共40分。解答时，在答题纸上应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，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
17. 如图所示，闭合的矩形导体线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为，边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈总电阻为R，转动的角速度为ω．图中线圈平面与磁场方向平行．
（1）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式．
（2）求线圈电阻的发热功率．
（3）从线圈经过图示位置开始计时，求经过四分之一周期时间通过线圈导线某截面的电荷量．
【答案】（1）（2）（3）
【解析】
【分析】（1）从线圈从与中性面垂直位置开始计时，求解交流电的最大值，然后写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式．
（2）求解交流电的有效值，根据P=I2R求解线圈电阻的发热功率．
（3）根据交流电的平均值，用 求解电量.
【详解】（1）由法拉第电磁感应定律可知线圈切割的最大电动势 …①
…②
…③
由①②③得：
（2）有效电流：
由以上两公式得：
（3）由，，
由以上公式可得：
【点睛】本题研究交变电流的产生规律，实质上是电磁感应知识的具体应用，是法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等知识的综合应用，注意求解功率要用交流电的有效值，求解电量要用平均值．
18. 我们可以从宏观与微观两个角度来研究热现象。一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化。已知，，，。
（1）请你求出气体在状态B时的体积。___________
（2）气体分别处于状态A和状态B时，分子热运动速率的统计分布情况如图所示，其中对应状态B的是曲线___________（选填“①”或“②”）。
（3） 设A→B过程气体吸收热量为，B→C过程气体放出热量为，则___________（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（4） 请你说明B→C过程中，气体压强如何变化？从微观角度解释其变化原因。___________
【答案】 ①. 0.4m3 ②. ② ③. 大于 ④. 压强变小。B→C过程为等容变化，气体体积不变，气体分子的密集程度不变，气体的温度降低，气体分子的平均动能变小，因此气体的压强变小
【解析】
【详解】（1）[1] A→B过程为等压变化，由盖-吕萨克定律有
代入数据，解得
（2）[2]因为B的温度高，气体分子的平均动能较大，即速率大的分子数点分子总数的比例偏多，故②是其对应的曲线
（3）[3]一定质量理想气体的内能只与温度有关，A→B过程：气体温度升高，内能增大气体体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸收热量
B→C过程：气体温度降低，内能减少气体体积不变，既没有气体对外做功，也没有外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量
由题知
，
因此
（4）[4]气体的压强与气体分子的平均动能、气体分子的密集程度有关。B→C过程为等容变化，气体体积不变，气体分子的密集程度不变，气体的温度降低，气体分子的平均动能变小，因此气体的压强变小。
19. 可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系.K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够发射电子.K与A之间的电压大小可以调整，电源的正负极也可以对调.
(1)a.电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近．试判断：光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?
b.现有一电子从K极板逸出，初动能忽略不计，已知电子的电量为e，电子经电压U加速后到达A极板.求电子到达A极板时的动能Ek.
(2)在图1装置中，通过改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可以获得电流表示数，与电压表示数U之间的关系，如图2所示，图中UC叫遏止电压.实验表明，对于一定频率的光，无论光的强弱如何， 遏止电压都是一样的．请写出光电效应方程，并对“一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的”做出解释.
(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压UC与入射光的频率.根据他的方法获得的实验数据绘制成如图 3所示的图线．已知电子的电量e=1.6×10-19C,求普朗克常量h.（将运算结果保留l位有效数字.）
【答案】（1）a.加速运动；b. ；（2）；（3）
【解析】
【详解】(1)a.根据电源的正负极和电路可知A极板的电势高于K极板，则光电子可加速运动；
b.电子由初速度为零加速，由动能定理得：
(2)爱因斯坦光电效应方程
遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K极板运动到A极板动能减为0，
根据动能定理有：
联立以上各式得:
可见，对于确定的金属来说，一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的.
(3)斜率为普朗克常量与元电荷常量之比，由图像求得斜率：
得普朗克常量：
代入数据得：
20. 为实现2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标，我国大力发展清洁能源。清洁能源是指不排放污染物或低排放污染物，能够直接用于生产生活的能源，包括风能、水能、太阳能等。
（1） 三峡水电站发电机输出的电压为18kV。若采用500kV直流电向某地区输电5.0×105 kW，要求输电线上损耗的功率不高于输送功率的5%，求输电线总电阻的最大值；
（2）人们采用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指日地之间处于平均日地距离时，在地球大气层的上界，垂直于太阳辐射的单位表面积上单位时间所接收的太阳辐射能。已知太阳常数的标准值约为1300W/m2，地球的半径为，试根据以上数据估算太阳每秒辐射到地球的总能量E。
（3） 某校科技实验小组的同学把一个横截面积是S=314cm2的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水m=0.5kg，让阳光垂直圆筒口照射了t=2min，水的温度升高了∆T=1℃。已知到达大气层顶层的太阳能只有42%能到达地面，假设照到圆筒上的太阳能被全部吸收，太阳与地球间的距离，水的比热为。试由以上数据估算太阳每分钟向外辐射的总能量。（答案保留1位有效数字）
【答案】（1）25Ω；（2）1.69×1017 J；（3）2×1028J
【解析】
【详解】（1）输送电流
导线上损耗功率
解得
即输电线总电阻的最大值为。
（2）令太阳常数为k，则太阳每秒辐射到地球的总能量为
解得
E=1.69×1017J
（3）水吸收的能量为
其中
太阳每分钟辐射到地面单位面积的能量为
以太阳为球心，以太地间距为半径的球面，太阳每分钟向外辐射的总能量
解得