2021-2022学年河南省焦作市高二下学期期末考试物理试题（解析版）

焦作市普通高中2021——2022学年（下）高二年级期末考试物理

一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1~5题只有一个选项符合题目要求，第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

1. 由于铷原子失去电子非常容易，具有优良的光电特性，是制造光电池的重要材料。已知铷的逸出功为W，普朗克常量为h，光在真空中的速度为c，则下列说法正确的是（　　）

A. 只要入射光强度足够大，任何色光均能使铷逸出光电子

B. 某色光照射铷发生光电效应时，光电子需经过较长时间才能从铷表面逸出

C. 铷的截止频率为

D. 用波长大于的光照射铷，能发生光电效应

【答案】C

【解析】

【详解】A．入射光的频率大于或等于铷的极限频率，才会发生光电效应，与入射光的光强无关，故A错误；

B．光电效应在很短时间就能发生，故B错误；

C．逸出功为

则极限频率为

故C正确；

D．逸出功可以表达为

则极限波长为

波长大于极限波长，则频率小于极限频率，不能发声光电效应，故D错误。

故选C。

2. 安全绳在高空作业中能够保障工人的人身安全。一个质量身系安全绳的建筑工人不慎从高空跌落，当他自由下落时，安全绳恰好伸直，又经过0.3s，建筑工人速度恰好减为0。不计空气阻力，重力加速度g取，则从安全绳恰好伸直到建筑工人速度恰好减为0的过程中，安全绳对建筑工人的平均作用力大小为（　　）

A. 2500N B. 2750N C. 3000N D. 3250N

【答案】D

【解析】

【详解】工人自由下落的过程中由动能定理得

代入数据解得

安全绳恰好伸直到速度恰好减为0的过程中，设安全绳对建筑工人的平均作用力大小为F，由动量定理得

代入数据解得

故选D。

3. 中国天眼发现距地球17光年的地方有一颗“超级地球”，据科学家测算，这颗星球具有和地球一样的自转特征。如图所示，假设该星球绕AB轴自转，CD所在的赤道平面将星球分为南北半球，OE连线与赤道平面的夹角为60°。经测定，A位置的重力加速度为g，D位置的向心加速度为，则E位置的向心加速度为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】A位置的重力加速度由万有引力提供得

D位置万有引力提供重力加速度和向心加速度

E位置的向心加速度，则有

A正确

故选A。

4. 如图所示，足够长的倾斜固定绝缘细杆处在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，绝缘细杆与磁场方向垂直，且与水平面的夹角。将一质量为m的带正电小圆环套在绝缘细杆上，从顶端由静止释放，小环沿绝缘杆向下运动。已知小环与绝缘杆间的动摩擦因数为，电场强度为E，磁感应强度为B，电荷量，重力加速度g取，，，则下列说法正确的是（　　）

A. 小环下滑过程中速度先增大后减小

B. 小环运动过程的最大加速度为

C. 小环运动过程的最大加速度为

D. 小环运动过程中克服摩擦力做的功等于小环减少的电势能、重力势能之和

【答案】B

【解析】

【详解】ABC．开始时，小环的加速度为

随着小环速度增大，所受洛伦兹力增大，根据左手定则可知，小环所受洛伦兹力垂直绝缘细杆向上，当洛伦兹力等于电场力和重力沿垂直绝缘细杆的分力时，摩擦力等于零，加速度最大，为

随着小环速度继续增大，洛伦兹力大于电场力和重力沿垂直绝缘细杆的分力，摩擦力从零增大，当摩擦力等于电场力和重力沿绝缘细杆的分力时，速度不在增大达到最大，所以小环速度一直增大，故B正确，AC错误；

D．圆环下滑过程中，洛伦兹力始终与圆环速度方向垂直，所以洛伦兹力始终不做功，小环运动过程中克服摩擦力做的功等于小环减少的电势能、重力势能之和减去小环动能的增加量，故D错误。

故选B。

5. 足够长的两薄木板M、N材料相同，M、N之间通过铰链连接，开始时，N板放在水平桌面上，M板与水平桌面夹角为37°，一小木块从M板上的A点静止释放，A点距桌面高度为h，木块最终停在N板上距M、N连接位置处。现保持M板不动，抬高N板右端，使其倾角也为37°，忽略木块在两板连接处的能量损失，，，则木块在N板上上升的最大高度为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】设小木块与M、N间动摩擦因数为μ，N板水平放置时，对小木块，由动能定理

N板抬高后，设小木块在N板上上升高度为，由动能定理

解得

故选A。

6. 如图1所示，木板A静置于倾角为的固定斜面B上，斜面足够长，现对A施加平行斜面向上的拉力，拉力随时间变化的图像如图2所示，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则从施加拉力到A、B相对滑动后（　　）

A. A、B间摩擦力先减小后增大再不变

B. A、B间摩擦力先增大后不变

C. A被拉动后做匀加速直线运动

D. A被拉动后加速度均匀增大

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．拉力较小时，对A分析，由平衡关系得

静摩擦力沿斜面向上，且逐渐减小。

当拉力较大时，得

静摩擦力沿斜面向下，且逐渐增大。

当A、B相对滑动时，滑动摩擦力保持不变，与拉力无关。则A、B间摩擦力先减小后增大再不变，故A正确，B错误；

CD．根据牛顿第二定律

拉力增大，则加速度随时间均匀增大，A做加速度增大的加速运动，故C错误，D正确。

故选AD。

7. 如图所示，质量为m、带正电的小球A通过绝缘轻绳悬挂于O点，O点正下方用绝缘杆固定有一个带正电的小球B，现让不带电的小球C与A接触后离开，则A、B两球间的库仑力及轻绳拉力如何变化（　　）

A. 库仑力大小不变 B. 库仑力大小减小

C. 拉力大小不变 D. 拉力大小减小

【答案】BC

【解析】

【详解】ABCD．对A球受力分析

力三角形与几何三角形OAB相似，所以有

，

得

，

可得

A的电荷量减小，因此AB变小，F变小，可知拉力大小不变。故BC正确，AD错误。

故选BC。

8. 足够长的平行金属导轨MN、PQ与水平面夹角为37°，两导轨间距为0.5m，下端接有一灯泡和一个电动机，小灯泡规格为1V、1W，电动机线圈电阻为，金属棒ab垂直导轨放置，质量为0.55kg，接入电路电阻为，与导轨间的动摩擦因数为0.5，导轨平面所在空间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为0.8T。将金属棒ab由静止释放，一段时间后，金属棒匀速运动，灯泡恰好正常发光，不计导轨电阻，重力加速度g取，，，则下列说法正确的是（　　）

A. 金属棒匀速运动时通过金属棒ab的电流为2.5A

B. 金属棒匀速运动的速度为8m/s

C. 金属棒匀速运动时，电动机的输出功率为0.6W

D. 金属棒匀速运动时，金属棒ab的热功率为2.5W

【答案】AC

【解析】

【详解】A．根据右手定则可知，通过金属棒ab的电流方向为，根据安培定则可知过金属棒ab受到的安培力水平向右，则由平衡关系可知

可得

故A正确；

B．感应电动势为

由闭合电路欧姆定律可得

联立可得

故B错误；

C．金属棒匀速运动时，灯泡中的电流为

则电动机的电流为

电动机的输出功率为

故C正确；

D．金属棒匀速运动时，金属棒ab的热功率为

故D错误。

故选AC。

二、非选择题：包括必考题和选考题两部分。第9~12题为必考题，每个试题考生都必须作答。第13~18题为选考题，考生根据要求作答。

（一）必考题：共33分。

9. 如图1所示的实验装置是高中物理力学实验中常用的实验装置。

（1）某同学为探究匀变速直线运动的规律，现按图1将实验器材安装完成后，打开打点计时器开关，释放小车，得到如图2所示的一条纸带，纸带上相邻两计数点间还有两个计时点未画出，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带点迹及测量数据，可求得小车的加速度为______（保留2位有效数字）；

（2）若用该装置探究质量一定时加速度与力的关系实验，钩码的质量应______（填“远小于”或“远大于”）小车的质量，带滑轮的长木板应如何改进：______。

【答案】    ①. 5.6    ②. 远小于    ③. 固定打点计时器的一端垫高，至小车不连接细绳和钩码，仅拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动

【解析】

【详解】（1）[1]纸带上相邻两计数点间还有两个计时点未画出知，相邻两计数点时间间隔为T=0.06s，根据匀变速直线运动的推论，应用逐差法可得

（2）[2] [3]若用该装置探究质量一定时加速度与力的关系实验，钩码的质量应远小于小车的质量，则小车所受绳子的拉力才近似等于钩码的重力。若认为小车所绳子的拉力即为小车收到的合外力还需要平衡摩擦力，即要调整带滑轮的长木板，将固定打点计时器的一端垫高，至小车不连接细绳和钩码，仅拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动。

10. 某实验小组为测定一个电源的电动势和内阻（电动势约4.5V，内阻约5Ω），他们找来了如下实验器材：

A.电流表，量程为0~0.6A，内阻约2Ω；

B.电流表，量程为0~3A，内阻约0.2Ω；

C.电压表，量程为0~6V，内阻约30kΩ；

D.电压表，量程为0~15V，内阻约30kΩ；

E.滑动变阻器0~20Ω，额定电流为2A；

F.待测电源，适量开关，导线若干。

请回答下列问题：

（1）实验中，电流表应选______，电压表应选______（均填仪器前边的字母代号）；

（2）为了使电源电动势及内阻的测量尽量准确，请你在图1中帮助实验小组设计实验电路图；（      ）

（3）实验小组根据实验电路图连接电路并进行实验，并收集了下表中的数据。

请你以I为横坐标，U为纵坐标，在图2的坐标纸上画出U－I图像（      ），由图像可求得该电源的电动势______V，内阻______Ω（均保留2位有效数字）；

（4）小组同学经评估认为，电源电动势和内阻的测量值均有误差，若仅从系统误差考虑，你认为电动势E的测量值______（填“偏大”“偏小”或“准确”），内阻r的测量值______（填“偏大”“偏小”或“准确”）。

【答案】    ①. A    ②. C    ③.     ④.     ⑤.     ⑥.     ⑦. 偏小    ⑧. 偏小

【解析】

【详解】（1）[1][2]根据电源电动势和内阻，得

大约为电路的最大电流，则电流表选A，根据电源电动势，电压表选C。

（2）[3]电源内阻与电流表内阻相差不多，电压表分流较小，为了测量更准确，实验电路图如图所示

（3）[4]U－I图像如图所示

[5][6]根据闭合电路欧姆定律得

可知图像纵轴截距等于电动势，大小为

斜率大小为电源内阻

（4）[7][8]根据闭合电路欧姆定律

电压表示数时准确的路端电压，电压表示数越大，电压表分流越大，电压表示数为零时，电流表示数为短路电流，则短路电流为真实值，如图

可知

，

11. 为了节省能源，某商场安装了智能化的电动扶梯。当无人乘行时，扶梯以的速度低速运转；当有人乘行时，扶梯立即匀加速至，再匀速将人送至楼上，扶梯长，扶梯高。匀加速距离占扶梯总长的，求：

（1）扶梯匀加速时的加速度大小；

（2）若该同学走上正在低速运转的扶梯后继续以相对扶梯1m/s的速度沿扶梯方向匀速行走，最终他用多长时间上楼（结果可用分式表示）。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）匀加速距离占扶梯总长的，故匀加速运动的距离为

根据运动学公式得，扶梯匀加速时的加速度大小

（2）扶梯匀加速至，需要的时间为

此刻人的位移为

故加速过程未到达扶梯顶端，则最终他用多长时间上楼满足关系

解得

12. 空间存在一方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m、长度为L的导体棒用两根长度均为的绝缘细绳悬挂在水平天花板上同一点，两细绳的夹角为60°。导体棒水平，通有指向的恒定电流，开始时，两细绳与导体棒在同一竖直平面内，导体棒从静止开始释放，重力加速度为g。求：

（1）导体棒开始运动时，两细绳拉力大小；

（2）导体棒运动过程中，最大速度以及此时两细绳的拉力大小。

【答案】（1）；（2），

【解析】

【详解】（1）通电后，据左手定则可知，导体棒受到垂直纸面向外的安培力，随即开始运动，竖直平面内满足

解得

（2）导体棒受到的安培力大小为

将F与mg合成为等效重力，可得

mg与的夹角满足

在纸面内做圆周运动，当其达到等效最低点时速v度最大，据动能定理可得

在等效最低点，据牛顿第二定律可得

其中

联立解得

，

（二）选考题：共45分。请考生从给出的A、B两组题中任选一组作答。如果多选，则按所做的第一组计分。

选考题  A组  选修3－3

13. 下列说法正确的是（　　）

A. 液体分子的无规则运动称为布朗运动

B. 扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

C. 气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的

D. 人们感到潮湿是因为空气相对湿度大

E. 物体温度不变，其内能一定不变

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．布朗运动指的是悬浮在液体当中固体颗粒的无规则运动，反映液体分子的无规则热运动，A错误；

B．扩散现象是由物质分子无规则热运动产生的，B正确；

C．气体对容器压强是大量气体分子对容器的频繁碰撞引起的，C正确；

D．在一定温度下，空气相对湿度大，水蒸气蒸发慢，人们就感到潮湿，D正确；

E．物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，故物体温度不变，其内能也可能改变，E错误。

故选BCD。

14. 分子势能随分子间距离r变化的情况如图所示，相距很远的两分子在分子间力的作用下，由静止开始相互接近，两分子间引力和斥力的合力为F，下列说法正确的是（　　）

A. 在阶段，F做正功，分子势能增大

B. 在阶段，分子间作用力表现为引力

C. 在阶段，F做负功，分子势能增大

D. 在阶段，分子间作用力表现为斥力

E. 在时，分子势能最小

【答案】BCD

【解析】

【详解】AB．在阶段，分子势能减小，F做正功，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力，A错误，B正确；

CD．在阶段，分子势能增大，F做负功，引力小于斥力，分子间作用力表现为斥力，CD正确；

E．势能为标量，在时，分子势能最小，E错误。

故选BCD。

15. 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其T－V图像如图所示，在此过程中（　　）

A. 气体内能一直增加

B. 气体一直对外做功

C. 气体一直从外界吸热

D. 气体的压强可能不变

E. 气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．理想气体的内能只和温度有关，故随着温度的升高，气体内能增加，A正确；

B．由于气体体积增大，故气体一直对外做功，B正确；

CE．据热力学第一定律可得

气体对外做功的同时内能增大，肯定一直从外界吸热，且从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，C正确，E错误；

D．由理想气体状态方程可得

若图线为过原点的倾斜直线，则气体压强保持不变，由题图可知，图线不过原点，D错误。

故选ABC。

16. 如图所示，导热良好的汽缸竖直放置，光滑轻质活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞横截面积为S，当环境温度由上升到时，为保证活塞位置不动，需在活塞上放置一定质量的物体，在这一过程中，气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g。求：

（1）当温度为时，需在活塞上放置物体的质量；

（2）在这一过程中，气体内能改变量。

【答案】（1）；（2）Q

【解析】

【详解】（1）当气体温度由上升到时，据查理定律可得

其中

，

联立解得需在活塞上放置物体的质量为

（2）由于气体体积没有变化，外界没有对气体做功，据热力学第一定律可得

故在这一过程中，气体内能增加Q。

17. 在用“油膜法”估测分子大小的实验中，用1mL的油酸溶于酒精中制成250mL油酸酒精溶液，经测量100滴该溶液恰好为1mL，将1滴该溶液滴入水中，稳定时，测算出的油膜面积为，请计算油酸分子的直径为多少。（结果保留1位有效数字）

【答案】

【解析】

【详解】依题意，可得1滴该油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为

根据单分子油膜法，可得油酸分子的直径为

18. 如图所示，上端开口、内壁光滑的玻璃管竖直放置，玻璃管足够长，管中有一段长为的水银柱，水银柱下部封有长为的空气柱。已知大气压强恒为，开始时封闭气体温度为，取。现缓慢升高封闭气体温度至后保持不变。求：

（1）温度刚升至时，空气柱长度；

（2）为使空气柱恢复到原来长度，可缓慢向玻璃管中注入适量水银，新注入的水银在玻璃管中的长度。

【答案】（1）36cm；（2）20cm

【解析】

【详解】（1）设玻璃管横截面积为S，温度刚升至时，空气柱的长度为，由盖吕萨克定律得

又

解得

（2）设新注入的水银在玻璃管中的长度为，由玻意耳定律得

又

解得

选考题  B组  选修3－4

19. 如图所示，一轻弹簧一端固定在天花板上，另一端连接一小球，小球在A、B之间做简谐运动，规定竖直向上的方向为正方向，已知A、B之间距离为4cm，O为A、B中点，时，小球正位于OA的中点向上运动，时，小球第一次到达B点，下列说法正确的是（　　）

A. 小球振幅为4cm

B. 小球运动的周期为4s

C. 小球从A向O运动时，弹性势能可能先减小后增大

D. 小球运动的初相位为

E. 小球运动时位移的方向与加速度方向始终相反

【答案】BCE

【解析】

【详解】A．小球振幅为2cm，故A错误；

BD．由简谐振动方程可知有

解得

所以

当时

解得

所以周期

故B正确，D错误；

C．小球从A向O运动时，弹簧可能由压缩状态变为伸长转态,弹性势能可能先减小后增大，故C正确；

E．小球运动时位移的方向由平衡位置O点指向小球所处的位置，加速度方向由小球所处的位置指向平衡位置O点，两者方向总是相反的，故E正确。

故选BCE。

20. 下列说法正确的是（　　）

A. 两列频率不同的波相遇时不能发生干涉现象

B. 轻绳连接小球在竖直面内做小角度摆动时，小球做阻尼振动，所以小球往复摆动一次时间逐渐减小

C. 做受迫振动物体的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关

D. 光由一种介质进入另一种介质时，传播方向一定改变

E. 光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大

【答案】ACE

【解析】

【详解】A．两列波的频率相同且相位差恒定，才能发生稳定的干涉现象，若两列波频率不同，波相遇时不能发生干涉现象，故A正确；

B．阻尼振动的振幅不断减小，但周期不随振幅减小而改变，所以小球往复摆动一次的时间不变，故B错误；

C．做受迫振动的物体，其振动频率与驱动力的频率相同，与物体的固有频率无关，故C正确；

D．光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生变化，当垂直入射时，传播方向不改变，故D错误；

E．光在内芯和外套界面处能够发生全反射，所以光此时一定是从光密介质射向光疏介质，则内芯的折射率比外套大，故E正确。

故选ACE。

21. 在“插针法”测玻璃砖折射率的实验中，下列说法正确的是（　　）

A. 实验中应测量入射光线与玻璃砖的夹角作为入射角，折射光线与玻璃砖的夹角作为折射角

B. 实验中，手不能触摸玻璃砖的光洁面，也不能把玻璃砖当尺子使用

C. 如果是不平行的玻璃砖，不能用插针法确定折射光线

D. 若实验中，玻璃砖与白纸的相对位置发生变化，则应重新实验

E. 大头针应竖直插在纸上，且两大头针之间的距离应稍大一些

【答案】BDE

【解析】

【详解】A．实验中应测量入射光线与玻璃砖的垂线的夹角作为入射角，折射光线与玻璃砖的垂线的夹角作为折射角，A错误；

B．实验中，手不能触摸玻璃砖的光洁面，也不能把玻璃砖当尺子使用，B正确；

C．不平行的玻璃砖，也可以用插针法确定折射光线，C错误；

D．若实验中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变，若发生变化，则应重新实验，D正确；

E．大头针竖直插在纸上，且两大头针之间的距离稍大一些有利于减小实验误差，大头针应竖直插在纸上，且两大头针之间的距离应稍大一些，E正确；

故选BDE。

22. 在坐标系中有两个点波源、，分别位于坐标为和的A、B两点，它们在同一均匀介质中均从开始沿z方向做简谐运动，传播速度均为2m/s，波源振动方程为，波源振动方程为，求：

（1）这两列波在该介质中的波长；

（2）坐标原点O在和时的位移。

【答案】（1）8m；（2）4cm，3cm

【解析】

【详解】（1）由波源的振动方程、波源的振动方程可知两波源圆频率相等，故

解得

故

（2）波源的振动传到O点需要经历的时间为

故时刻波源引起O点的位移为

时刻波源引起O点的位移为

波源的振动传到O点需要经历的时间为

故时刻波源的振动没有传到O点，故此时O点实际的位移为

时刻波源引起O点的位移为

故此时O点的位移为

23. 如图所示，截面为扇形的玻璃砖OAB，扇形的圆心角为104°，半径为R，C是OA上一点，OC距离为。一细光束从C点射入玻璃砖，细光束与AC的夹角为45°，玻璃砖对该光的折射率为，，，求光束从玻璃砖中射出时出射点与O点间的距离。

【答案】

【解析】

【详解】
 

根据折射定律得

故

，

折射光线CD与半径OD的夹角，根据正弦定理有

OC距离为，带入得

根据全反射的临界角，得该玻璃全反射的临界角为

因为，故光线在AB面发生全反射。根据几何关系可知

设半径OD与OE的夹角为，则有

由于

故经AB面反射的光线垂直射入OB面，光束从玻璃砖中射出时出射点与O点间的距离为

24. 一列沿x轴正方向传播的简谐横波波速为1.5m/s，振幅为4cm，a、b是波传播方向上的两质点，a、b间距为0.6m，时刻a的位移为2cm，b的位移为－4cm，已知，求：

（1）该波的波长；

（2）从时刻开始，再经过1.55s，a走过的路程。

【答案】（1）1.8m；（2）

【解析】

【详解】（1）时刻a的位移为2cm，若质点a的振动方向向上，则有

时刻a的位移为2cm，若质点a的振动方向向下，则有

已知，所以该波的波长为1.8m。

（2）由波速v=1.5m/s，可得周期为

则有质点a的振动方程为

从时刻开始，再经t=1.55s，代入上式可得

由周期为1.2s可知，此时质点a在x轴上方向下振动，位移为，可得质点a在1.55s内运动的路程为