2021-2022学年江苏省南京市鼓楼区高二下学期期末统考物理试题 （解析版）

高二（下）期末试卷物理

一、单项选择题：共10小题，每小题4分，共40分。每小题只有一个选项符合题意。

1. 下列四幅插图中主要原理涉及到光的全反射的是（　　）

A. 光导纤维 B. 彩色的肥皂膜

C. 光经过大头针尖时的照片 D. 电影院中的3D电影

【答案】A

【解析】

【详解】A．光导纤维的工作原理是光的全反射，A正确；

B．彩色的肥皂膜是由于光的干涉，B错误；

C．光经过大头针尖时，大头针尖边缘轮廓会模糊不清，是光的衍射现象，C错误；

D．电影院中的3D电影是光的偏振，D错误。

故选A。

2. 下列说法中正确的是（  ）

A. 的冰和的铁，它们的分子平均速率相同

B. 已知氧气的摩尔质量、密度及阿伏加德罗常数，可以算出一个氧气分子的体积

C. 当分子间斥力与引力大小相等时，分子势能为极小值

D. 花粉微粒在液体中的布朗运动，是由花粉微粒内部分子无规则运动引起的

【答案】C

【解析】

【详解】A．的铁和 的冰，它们的分子平均动能相等，因分子质量不同，故平均速率不相等，A错误；

B．利用氧气的摩尔质量、密度可以求出氧气的摩尔体积，由气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子占据的平均体积，考虑到分子间隙较大，所以平均体积大于分子体积，所以无法算出氧气分子的体积，B错误；

C．当分子斥力与分子引力大小相等时，分子力为零，此时距离增大表现为引力做负功，距离减小表现为斥力做负功，因此是能都要增大，所以此时分子势能有极小值，C正确；

D．花粉颗粒在液体中的布朗运动是花粉小颗粒的运动，它反映了液体分子的无规则运动，D错误。

故选C。

3. 2021年5月15日，“天问一号”探测器成功着陆火星，迈出了中国火星探测征程的重要一步。若探测器在着陆前，绕火星表面运行的轨道是圆形，已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的，火星表面重力加速度与地球表面重力加速度的比值是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】在星球表面

解得

所以

故选A。

4. 如图所示，一束带电离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是（  ）

A. 组成A束和B束的离子都带负电

B. A束离子的比荷大于B束离子的比荷

C. 速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外

D. 组成A束和B束的离子质量一定不同

【答案】B

【解析】

【详解】A．在匀强磁场中两束粒子均向左偏转，根据左手定则可知，两束粒子均带正电，A错误；

B．两束粒子均可以在速度选择器中沿直线飞过，所以两束粒子的速度大小相等，根据洛伦兹力提供向心力

可知

A束粒子的轨道半径较小，所以比荷较大，B正确；

C．根据粒子带正电，在速度选择器中受到的电场力水平向右，所以洛伦兹力水平向左，根据左手定则，可知匀强磁场的方向垂直纸面向里，C错误；

D．不能确定两束粒子的电荷量关系，所以无法比较两束粒子的质量关系，D错误。

故选B。

5. 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，电源电压有效值不变，调节滑动触头Q可以改变副线圈接入电路的匝数。开关S闭合，则（　　）

A. 仅将P向下滑动，电流表示数增大

B 仅将Q向下滑动，灯泡变亮

C. 仅将开关S断开，灯泡变亮

D. 仅将开关S断开，变压器的输入功率增加

【答案】A

【解析】

【详解】A．仅将P向下滑动，次级总电阻减小，次级总电流变大，根据变压器原理

，

可得，原线圈的电流变大，A正确；

B．仅将Q向下滑动，副线圈匝数减小，次级输出电压变小，灯泡变暗，B错误；

C．仅将开关S断开，次级电压不变，灯泡亮度不变，C错误；

D．仅将开关S断开，次级电压不变，次级电阻增加，则次级功率减小，根据变压器原理

则变压器的输入功率减小，D错误。

故选A。

6. 如图所示，一带正电的导体周围的等差等势面分布情况，A、B、C、D为空间中的四点，下列说法正确的是（　　）

A. D点的电势大于B点的电势 B. A点的场强小于D点的场强

C. 同一电荷分别从B到D和从C到D电场力做功相同 D. B、C两点场强相同

【答案】C

【解析】

【详解】A．导体带正电，距离导体越远，电势越低，所以D点的电势小于B点的电势，A错误；

B．等势面越密集，电场线越密集，场强越大，由图像，A、D点所在位置电场线疏密程度一致，所以A点场强等于D点的场强，B错误；

C．电场力做功

同一电荷，电荷量相等，B、C在同一等势面上，所以B、C电势相等，所以BD和CD电势差相同，所以同一电荷分别从B到D和从C到D电场力做功相同，C正确；

D．B、C两点场强大小相等，方向不同，D错误。

故选C。

7. 设计了如图所示的探究实验：将透明塑料圆盒装一半水，形成半圆形水柱，水中加少量色素，利用丁达尔效应，让学生可观察到液体中的光路。用激光沿半径方向射到半圆水柱的圆心，并从水面射到空气中。增大入射角θ，当折射光刚好在水面上方消失时，可读出此时的入射角θ即为全反射临界角。若在操作时，水略微超过了圆盒容积的一半，激光仍对准圆心入射，则临界角的测量值会（　　）

A. 偏大 B. 不变 C. 偏小 D. 无法确定

【答案】B

【解析】

【详解】根据题意，作出光路图如图所示

入射光线的方向不变，由图可得，发生全反射的临界角相等，即临界角的测量不变。

故选B。

8. 如图所示，为一定质量的理想气体所经历的由两个绝热过程和两个等容过程组成奥托循环，则该气体（　　）

A. 在状态a与状态c内能可能相等

B. 从d→a吸收热量小于从b→c放出的热量

C. 从c→d的过程中，气体对外界做功

D. 经历一个循环，气体对外做功

【答案】D

【解析】

【详解】A．依题意，气体从a→b状态，气体绝热膨胀，则气体对外做功，气体内能减小；气体从b→c状态，气体体积不变，压强减小，则气体温度降低，内能减小，可知气体在状态a的内能大于状态c内能，故A错误；

C．从c→d的过程中，气体体积减小，则外界对气体做功，故C错误；

BD．依题意，从b→c气体体积不变，压强减小，则温度降低，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放出热量；从d→a气体体积不变，压强增大，则温度升高，气体内能增大，气体吸收热量；气体经历一个循环，气体内能不变，根据热力学第一定律可知

由图像围成的面积可知一个循环后气体对外做功，则整个过程气体吸热，即一个循环过程从d→a吸收的热量大于从b→c放出的热量，故B错误，D正确。

故选D。

9. 如图所示，质量可以忽略的弹簧上端固定，下端悬挂一质量为m的物体，物体沿斜面方向做振一幅较小的简谐振动。取平衡位置处为坐标原点，位移x向下为正，则下列分别是物体的回复力F、加速度a、弹簧弹性势能Ep、速度v与位移x变化关系。其中正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】A．令斜面倾角为θ，小球处于平衡位置时，有

令小球在平衡位置处再向下运动x，合外力为

=kx

因为合外力方向与位移方向相反，即

故A错误；

B．物体简谐振动的位移表达式为

x=Acos（ωt+φ）

加速度为

联立可得

a=-ω2x

故a-x是直线方程，斜率为负，故B错误；

C．弹簧的弹性势能为

其中△x为弹簧形变量，它和位移的关系为

可得

可知Ep（x）函数是一个顶点在，故C错误；

D．物体简谐振动的位移表达式为

x=Acos（ωt+φ）

速度表达式为

v=-ωAsin（ωt+φ）

联立可得

可知v-x函数为椭圆方程，故D描述物体的速度随x的变化关系，故D正确。

故选D。

10. 如图所示，a、b两个小球穿在一根与水平而成角的光滑固定杆上，并用一细绳跨过光滑定滑轮相连。初始时两球静止，Oa绳与杆的夹角也为，Ob绳沿竖直方向。现沿杆缓慢向上拉动b球，至Ob与杆垂直后静止释放，则（　　）

A. a球质量是b球的2倍

B. 从释放至b球返回到初始位置，b球重力势能减小量小于b球返回初位置时的动能

C. 从释放至b球返回到初始位，两球重力势能变化量

D. b球返回到初始位图时，其动能是a球动能的倍

【答案】D

【解析】

【详解】分别对a、b小球受力分析

A．根据共点力平衡条件，得

，

解得

即

A错误；

B．b球回到初始位置时，对b

由于绳子拉力对b球做负功

所以

即

B错误；

C．若从静止位置沿杆向上拉动b球，当Ob与杆垂直时，两者的速度为零，由功能关系可知：拉力做的功与a球重力势能的减少量之和转化为b球的重力势能增加量，即

解得

C错误；

D．b球回到初始位置时，连接a、b两个小球的绳子与杆的夹角分别为

，

此时两球的动能为

，，

代入计算可得

D正确。

故选D。

二、非选择题：共5题、共60分、其中第12题～第15题解答时请写出必要的女字说明。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。

11. 某兴趣小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，将光电门固定在A点且正对着球心。将钢球拉至不同位置由静止释放，小球经过光电门的挡光时间t可由计时器测出。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的重力势能变化大小△Ep，与动能变化大小△Ek、就能验证机械能是否守恒。

（1）用游标卡尺测出小球的直径D，示数如图乙，小球直径D＝___________cm。

（2）用△Ep＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到钢球在A点时___________（选填：“顶端”、“球心”或“底端”）之间的竖直距离。

（3）为了直观判定小球运动过程中机械能守恒，应作下列哪个图像___________。

A．h-t  B．h-  C．h-t2  D．h-

（4）若考虑小球直径对速度测量的影响，动能的测量值___________动能的实际值（选填：“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）若在悬点O固定一力传感器，某次小球释放的位置到最低点A的高度差h，力传感器示数为F。在实验误差允许范围内，F与h的关系满足F＝___________时，可验证小球摆动过程中机械能守恒，已知小球质量为m，直径为D，轻绳长为l。重力加速度为g。

【答案】    ①. 1.38    ②. 球心    ③. D    ④. 小于    ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1]游标卡尺是10分度的，分度值为0.1mm，主尺读数为1.3cm，游标卡尺的第8个刻度线与主尺对齐，所以读数为8×0.1mm，故直径为1.3cm＋8×0.1mm＝1.38cm；

（2）[2]要考虑钢球重力势能改变量大小，需要测量钢球球心下降的高度，因此需要测量钢球在释放点和A点时球心之间的竖直距离。

（3）[3]本实验的实验原理是减少的重力势能等于增加的动能

为了直观判定小球运动过程中机械能守恒，应作出h-的图像；

故选D。

（4）[4]小球的直径除以挡光时间等到的平均速度略小于球心经过A点时的速度，所以测量出的动能小于小球的实际动能；

（5）[5]小球释放到最低点的过程若满足减少的重力势能等于动能，则可以验证机械能守恒，即

在最低点，根据向心力公式有

当传感器的读数满足上述关系时，可以验证小球机械能守恒。

12. 端窗式光电倍增管（PMT）是光电探测特置，其主要结构为光阴极和倍增极组成；当波长为的入射光照射到光阴极上时，从光阴极上有电子逸出，光电子的最大速率为，光阴极和第一倍增极间的加速电压为U。已知电子电荷量为e，质为m，普朗克常量为h，光速为c。求：

（1）光阴极材料的逸出功；

（2）光电子到达第一倍增极的最大动能。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）根据光电效应方程

解得

（2）由动能定理

解得

13. 如图所示，绝缘轻杆悬挂着用电阻率为、横截面积为的硬金属导线制成的边长为的单匝正方形线框，线框质量为，线框下半部分处于方向垂直于水平面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间的关系式为，为常量且，重力加速度为。

（1）求线框中感应电流的大小；

（2）当轻杆中拉力恰好为零时，求的表达式。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）根据电磁感应定律

由全电路欧姆定律

（2）当轻杆中拉力恰好为零时

又

解得

14. 如图所示是某车间传送装示意图，为使传送中的零件能缓慢停下，工程师在水平传送带上设置了由质量m=1kg的缓冲块和轻质弹簧组成的缓冲装置，处于原长的弹簧一端固定于A点，另一端拴接缓冲块，此时缓冲块静止于B位置，弹簧劲度系数为k=10N/m，现启动传送带、传送带运行稳定后、在C位置将质量为M=9kg的零件无初速度的放到传送带上，BC间的距离为x=2.05m。按照设计要求，零件刚好与传送带速度相同时与缓冲块碰撞，碰后与缓冲块一起压缩弹簧，当整体到达D位置时，其速度恰好减为0，随即机械手抓取，它们与传送带间的动摩擦因数均为0.2、最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧弹性势能与形变量的关系满足：，g=10m/s2。求：

（1）传送带稳定运行后弹簧形变量；

（2）传送带的运行速度v；

（3）弹簧的最大压缩量。

【答案】（1）0.2m；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）传送带稳定运行后，缓冲块处于静止状态，根据力的平衡条件得

解得

（2）从零件开始运动到与缓冲块碰撞做匀加速运动，根据牛顿第二定律有

位移为

根据运动学公式有

解得传送带的运行速度为

（3）零件与缓冲块碰撞过程系统动量守恒，则

设弹簧的最大压缩量为，碰后到弹簧压缩量最大过程中克服弹簧弹力做功为，根据功能关系有

根据动能定理得

解得

15. 如图甲，真空中平行放的两金板M、N相距d1=15cm，当两板间加上电压后，可视为匀强电场．现在M、N两板之间加上如图乙所示的交变电压，交变电压的周期T=1.0×10-6s，U0=540V，t=0时，一个质子在电场力作用下，从M板由静止开始向N板运动，最终该质子从N板上A处的小孔进入右边的有界匀强磁场，磁场的宽度d2=5cm，方向垂直纸面向里。已知质子的比荷为，不计质子重力。求：

（1）质子在两板间运动过程中的最大速度；

（2）质子进入磁场时的速度大小；

（3）若使粒子能够从右侧边界射出磁场，磁感应强度B的取值范围。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）M、N两板间的场强

则质子进入磁场的加速度

则经过后，质子的速度为

质子的位移

之后电场反向，质子速度减小，而质子在一个T内的动能变化为零，故质子的最大速度为

（2）质子在内，质子的速度，位移

在内，质子的速度，位移

故一个T内，质子的位移为

则当质子运动到N板时，时间应在内，在时，位移为

故到达N板时，速度为

（3）若质子轨迹与有界磁场右侧刚好相切，其运动半径

由

得

故磁场大小的范围应为