2021-2022学年上海市第二中学高二下学期期末物理试题（等级考） （解析版）

上海市第二中学2021学年高二年级第二学期期末考试

物理（等级考）试卷

（考试时间60分钟，满分100分）

2022.6

一、单项选择题（共40分，1至8题每小题3分，9至12题每小题4分。每小题只有一个正确选项）

1. 下面的物理量中。属于标量的是（　　）

A. 电场强度 B. 磁感应强度 C. 磁通量 D. 安培力

【答案】C

【解析】

【详解】电场强度、磁感应强度和安培力都是矢量，磁通量是标量。

故选C。

2. 描述电场的能的性质的物理量是（　　）

A. 电势能 B. 电势 C. 电场强度 D. 电量

【答案】B

【解析】

【详解】根据电势物理意义可知，电势是描述电场能的性质的物理量，故ACD错误B正确。

故选B。

3. 某同学在文献上看到一个单位“”，该单位与以下哪个物理量随时间的变化率有关（　　）

A. 力 B. 位移 C. 速度 D. 加速度

【答案】C

【解析】

【详解】加速度的国际单位为，根据加速度定义式

可知该单位与速度随时间的变化率有关，C正确，ABD错误；

故选C。

4. 当原子核发生了一次β衰变后，该原子核少了一个（　　）

A 电子 B. 中子 C. 质子 D. 核子

【答案】B

【解析】

【详解】衰变的实质是原子核内中子转化为一个质子和一个电子，所以当原子核发生了一次β衰变后，该原子核少了一个中子。

ACD错误；B正确。

故选B。

5. 氢、氘、氚是同位素，它们具有相同的（　　）

A. 质子数 B. 中子数 C. 核子数 D. 质量数

【答案】A

【解析】

【详解】氢、氘、氚是同位素，它们具有相同的质子数，不同的中子数，所以核子数和质量数不同，故A正确，BCD错误。

故选A。

6. 如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（　　）

A. 增大单缝到双缝之间的距离

B. 减小单缝到双缝之间的距离

C. 增大双缝到屏幕之间的距离

D. 减小双缝到屏幕之间的距离

【答案】C

【解析】

【详解】根据条纹间距公式，其中表示双缝到屏的距离，表示双缝之间的距离，可知若要使干涉条纹变宽，可知增大双缝到屏幕之间的距离和减小双缝之间的距离，换波长较长的光，故C正确，ABD错误。

故选C。

7. 下列四幅图中，粒子的标注正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】A．A图为链式反应示意图，图中标注粒子为中子不是。A错误；

B．B图标注的粒子为粒子。B错误；

C．C图为卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子示意图，标注的粒子为。C正确；

D．射线穿透能力较弱，不能穿透铝箔，射线穿透能力强，但不带电，在偏转电场中不会偏转。D图标注的粒子为粒子。D错误。

故选C。

8. 如图，是用显微镜观察布朗运动的实验结果。由图可观察到（　　）

A. 液体分子的运动轨迹 B. 液体分子在无规则运动

C. 悬浮微粒的运动轨迹 D. 悬浮微粒在无规则运动

【答案】D

【解析】

【详解】图中记录的是布朗微粒每隔一定时间所处位置的连线图，并不是运动轨迹图，由图可以看出悬浮微粒在做无规则运动，不能直接观察到液体分子的无规则运动，故ABC错误，D正确。

故选D。

9. 如图所示，一个内壁光滑的绝热汽缸，汽缸内用轻质绝热活塞封闭一定质量理想气体。现向活塞上表面缓慢倒入细沙，下图为倒入过程中气体先后出现的分子速率分布图像，则（　　）

A. 曲线①先出现，此时气体内能与曲线②时相等

B. 曲线①先出现，此时气体内能比曲线②时更小

C. 曲线②先出现，此时气体内能比曲线①时相等

D. 曲线②先出现，此时气体内能比曲线①时更大

【答案】B

【解析】

【详解】[1][2]向活塞上表面缓慢倒入细沙，重力逐渐变大，压缩气体，外界对气体做功，处在绝热容器中，内能增大，温度升高，由图中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，所以曲线①先出现，此时气体内能比曲线②时更小，故B正确，ACD错误。

故选B。

10. 通常采用测量放射性强度（每秒钟放出射线的次数）降为原来一半所需的时间来间接测定放射性元素的半衰期。现对某种同位素样品每隔（天）记录一次放射性强度，结果如下表所示。移走样品后，检测器记录到来自环境及宇宙射线的放射性强度为。从图中可得，该同位素的半衰期约为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】扣除环境及宇宙射线的放射性强度后的数据如下表所示

放射性强度降为原来一半所需的时间介于之间，即半衰期介于，B选项最接近，B正确，ACD错误。

故选B。

11. 如图，小磁针放置在水平面内的O点，四个距O点相同距离的螺线管A、B、C、D，其中心轴均通过O点，且与坐标轴的夹角均为。设小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为，在四个螺线管没有通电的情况下。若四个螺线管中分别通有的电流，方向如图所示，则为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】根据右手定则可判断通电螺线管电流在O点形成的磁场方向，如图所示。通电螺旋管在O点形成的磁场强度的大小与通电电流大小成正比关系，根据矢量运算法则，可知在O点形成的合磁场方向沿y轴负方向，故小磁针的N极指向y轴负方向。

小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为，D正确，ABC错误。

故选D。

12. 两个相距很近的等量异种点电荷组成的系统称为电偶极子。如图，一对电偶极子相距为l，电荷量分别为和。坐标原点O为两者连线中点，p点距O的距离为，与y轴夹角为。设无穷远处电势为零，则下面关于p点电势的表达式中，你认为合理的是（真空中静电力常量为k）（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】若夹角，则p点位于检验电荷从无穷远沿x轴移动到O点的过程中，电场力始终与位移方向垂直，则x轴上的电势处处为0，所以应在分子，因离O点越远，其电势就越小，故r应在分母上，故D正确，ABC错误。

故选D。

二、填空题（每小题4分，共20分）

13. 图示为英国物理学家卢瑟福设计的实验装置图。实验中，金箔的厚度约为4.0×________________m（选填“10-11”、“10-6”、“10-3”）。用高速飞行的α粒子轰击金箔，发现：________________α粒子产生超过90°的大角度偏转，甚至被弹回（选填“绝大多数”、“少数”、“极少数”）。

【答案】    ①. 10-6    ②. 极少数

【解析】

【详解】[1] α粒子散射实验中，金箔的厚度约为4.0×10-6m；

[2]实验现象是绝大多数的α粒子几乎沿直线通过，只有极少数α粒子产生超过90°的大角度偏转，甚至被弹回。

14. 如图所示电场，一个电子在P点和Q点所受电场力大小________，电势能________。（均选填“>”、“=”和“<”）

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【详解】[1]由电场线的疏密程度可知

根据

可知

[2]沿着电场线，电势逐渐降低，电子在电势低处电势能大，可知

15. 如图，一个酒瓶状的玻璃容器水平放置，左侧瓶身的体积为300cm3，右侧瓶颈内部横截面积为0.5cm2、长度为40cm。瓶内有一定质量的气体，被瓶颈内一个不计长度的轻活塞密封，活塞与瓶颈之间的摩擦力忽略不计。当大气压为1.0×105Pa，活塞刚好位于瓶颈最左侧。由于外界大气压发生了变化，发现活塞移至瓶颈正中央，则此时外界大气压为___________ Pa；若此时把容器缓慢转至开口向上竖直，则活塞将位于瓶颈___________（选填“正中央上方”、“正中央下方”或“正中央处”）（设整个过程中温度不发生变化）。

【答案】    ①. 9.68×105Pa    ②. 正中央处

【解析】

【详解】[1]活塞从瓶颈最左侧移至瓶颈正中央的过程，温度不变，瓶内气体压强与外界大气压相等，对瓶内气体有

解得活塞移至瓶颈正中央时，瓶内气体压强为

故此时外界大气压为；

[2]把容器缓慢转至开口向上竖直，由于活塞是轻质，所以其质量不计，瓶内气体压强仍与外界大气压相等，故瓶内气体体积不变，活塞仍处于正中央处。

16. 如图电路中，电源内阻不计。定值电阻与滑动变阻器最大阻值之间满足。闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动的过程中，电流表的示数________，电流表的示数是________。

【答案】    ①. 减小    ②. 先减小后增大

【解析】

【详解】[1]分析电路，定值电阻与滑动变阻器最大阻值的下半部分并联，再与的上部分串联。闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动的过程中，并联部分总电阻变小，干路上的上部分电阻变大，则电路并联部分电压变小，故通过定值电阻的电流变小，电流表的示数减小。

[2]根据电路图串并联关系，滑动变阻器的滑动触头P下部分的电阻为，则电路的总电阻为

故根据闭合电路的欧姆定律可知，则电流表所在支路的电流

故当时，电流表所在支路的电流最小，故滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动的过程中，电流表的示数是先减小后增大。

17. 如图，相距为L的平行金属导轨与水平面成角放置，导轨与阻值均为R的两定值电阻相连，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过导轨平面，有一质量为m、阻值也为R的导体棒，以速度v沿导轨匀速下滑，它与导轨间的动摩擦因数为，则导体棒下滑的速度大小为________，电阻消耗的热功率为________。

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【详解】[1]电路中感应电动势

中的感应电流

所受安培力为

导体棒受力平衡

联立解得

[2]流过电阻的电流大小

根据

联立可得

三、综合题（共40分）注意：第19、20题在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。

18. 如图（a）是研究一定质量的气体在体积不变的时候，其压强与温度关系的实验装置。与压强传感器相连的试管内装有密闭的空气和温度传感器的热敏元件。将试管放在大烧杯的凉水中，逐次加入热水并搅拌，通过计算机记录并处理数据。

（1）开始实验时，压强传感器__________（选填“需要”或者“不需要”）调零；

（2）计算机屏幕显示如图（b）的压强p与摄氏温度t的关系图像，图线与p轴的交点I为____________________的压强。另一组同学在相同环境下采用不同容积的试管做实验，获得的关系图像与图（b）相比，两组图像的斜率__________（选填“相同”或“不同”），且都经过图（b）中的__________点；

（3）温度传感器中的热敏元件用金属铂制成，在范围内其电阻值随温度t变化的线性关系如图（c）所示。温度传感器的测温原理是通过测量与电阻值成正比、比例系数为k的电压值U来显示温度值，则____________________。

【答案】    ①. 不需要    ②. 时    ③. 不同    ④. II    ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1] 压强传感器测量的实际压强，不需要调零。

（2）[2]由图可知图线与p轴的交点I为时的压强。

[3]根据理想气体状态方程有

则采用不同体积的试管做实验，关系图像斜率不同。

[4] 由

发现，无论体积如何，当压强为零时，温度一定为，故采用不同容积的试管做实验，获得的关系图像都经过图（b）中的II点。

（3）[5] 根据图c，可知

根据题意有

综合得

则

19. 两根足够长、互相平行的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，顶端接有阻值为R的电阻，导轨电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，质量为m、电阻也为R的金属棒在导轨上静止下落，运动过程中，棒与导轨接触良好。求：

（1）通过R的电流方向（向左还是向右）；

（2）分析说明棒的运动情况；

（3）R上最大的电功率；

（4）当R上电功率达到后，分析说明棒的机械能是否随下落高度均匀变化。

【答案】（1）向左；（2）导体棒向下先做加速度减小的加速运动，最后匀速运动；（3）；（4）MN棒的机械能随下落高度均匀变化

【解析】

【详解】（1）根据右手定则可知，MN中感应电流从M到N，通过R的电流方向向左；

（2）开始时导体棒向下加速运动，随速度的增加，感应电流变大，导体棒受向上的安培力增加，根据

mg-F安=ma

可知加速度逐渐减小，当安培力等于重力时加速度减为零，此时导体棒的速度达到最大，以后保持该速度做匀速下降，即导体棒向下先做加速度减小的加速运动，最后匀速运动。

（3）当速度达到最大时满足

mg=F安=BIL

则R上最大的电功率

（4）当R上电功率达到后，导体棒将匀速向下运动，导体棒的动能不变，重力势能逐渐减小，即机械能逐渐减小，机械能的减小量等于克服安培力做功，即

即MN棒的机械能随下落高度均匀变化。

20. 1945年7月16日，美国的第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试爆成功。由于当时美国对原子弹武器的细节都是绝对保密的，因此试爆后测量的各种数据都是不为人知的。到了1947年，美国军方只是公布了原子弹爆炸火球随时间变化的照片，这些原子弹爆炸产生的蘑菇云照片在当时引起了人们极大的兴趣，出现在世界各地的报纸和杂志上。

（1）该原子弹是以钚（）为核原料的，在中子的轰击下，一种典型的核裂变产物是氙（）和锆（），试写出此核反应方程；

（2）英国物理学家杰弗里·泰勒爵士通过对照片的分析，认为原子弹爆炸火球的实时半径与时间，爆炸能量以及空气密度有关。请你写出会影响的理由，并指出当增大时，将增大还是减小；

（3）接上问，如果认为只与，，有关，可以得到：，其中、、、是无单位的常数．试求出、、的数值；

（4）接上问，我们假定常数，取空气密度。观察图片可得，当时，火球半径约等于。已知1吨TNT当量，试估算该次核爆炸的当量。

【答案】（1）；（2）见解析；（3），，；（4）吨TNT当量

【解析】

【详解】（1）根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可得此核反应方程为

（2）将空气密度想象成空气的“厚度”，那么空气密度越大，空气越“厚”，它会阻碍火球的传播，因此传播了更短的距离后火球就停止前进了，即空气密度增大时，将减小；

（3）半径的国际单位为，时间国际的单位为，能量的国际单位为，空气密度的国际单位为，为了消去质量的单位，则有

为了消去时间的单位，则有

如果认为只与，，有关，则有

可得

结合

可得

，，

（4）假定常数，取空气密度。观察图片可得，当时，火球半径约等于，则该次核爆炸的能量为

则有

可知该次核爆炸的当量约为吨TNT当量。