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2022-2023学年福建省厦门市高二（下）期末物理试卷（7月）
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这是一份2022-2023学年福建省厦门市高二（下）期末物理试卷（7月），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
2022-2023学年福建省厦门市高二（下）期末物理试卷（7月）
一、单选题（本大题共4小题，共16.0分）
1. 两根互相平行的通电直导线P、Q的横截面如图所示，电流方向已在图中标出，则导线P中的电流产生磁场的磁感线环绕方向和导线Q所受的安培力方向分别为( )
A. 逆时针，向上 B. 逆时针，向下 C. 顺时针，向上 D. 顺时针，向下
2. “自热米饭”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为米饭加热，其结构如图所示。加热过程中( )
A. 食材层内气体分子的速率均增大
B. 食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
C. 若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
D. 能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
3. 如图所示，在研究光电效应实验中，用频率相同、强度不同的光分别照射光电管的阴极形成光电流，则下列光电流与电压的关系I−UAK图像中正确的是( )
A. B.
C. D.
4. 贯彻新发展理念，福建省风力发电发展迅猛。某种风力发电机的发电、输电简易模型如图甲所示。风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机的输出电压u随时间t的变化关系如图乙所示，输出功率为1500kW。降压变压器的匝数比为n3∶n4=130∶1，输电线总电阻为R，其余线路电阻不计，用户端的电压为U4=220V，功率1430kW，所有变压器均为理想变压器，则( )
A. 每个周期内电流方向改变1次 B. 发电机线圈转动频率为100Hz
C. 发电机的输出电流为250 2A D. 输电线总电阻R为28Ω
二、多选题（本大题共4小题，共24.0分）
5. 如图所示，一束复色光沿半圆柱形玻璃砖的半径方向从A点射入，在O点经折射后分为a、b两束单色光照在光屏上，则( )
A. 在真空中a光的波长小于b光的波长
B. 玻璃砖对光束a的折射率大于对光束b的折射率
C. 在玻璃砖中光束a的传播速度大于光束b的传播速度
D. 若入射光线绕O点逆时针缓慢旋转，光束b先在光屏上消失
6. 中国的钍核反应堆技术在多个方面实现突破，目前处于世界领先水平。反应堆工作原理如图所示，钍232( 90232Th)吸收一个中子后会变成钍233( 90233Th)， 90233Th这种同位素并不是很稳定，它会经历β衰变成为镤233( 91233Pa)， 91233Pa将再次经历β衰变成为铀233( 92233U)，则( )
A. 90233Th比 91233Pa多1个中子
B. 90233Th发生β衰变时产生的电子来源于核外电子
C. 91233Pa变成 92233U的反应方程式是 91233Pa→U92233U+−10e
D. 90233Th的半衰期约为22分钟，若降低环境温度，可增大 90233Th的半衰期
7. 星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”，我国“北斗三号”采用的是星载氢原子钟，其精度比“北斗二号”的星载铷原子钟提高了一个数量级。如图所示为氢原子的部分能级图，则( )
A. 氢原子可以自发地从低能级向高能级跃迁
B. 处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子
C. 氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级，电子的电势能增加
D. 一个氢原子处于n=3能级，自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子
8. 如图甲所示，边长为L的正方形MNPQ区域内存在方向垂直于MNPQ平面的磁场，磁感强度大小为B0，方向周期性变化，且磁场变化周期T可调。以垂直MNPQ平面向外为磁感应强度的正方向，B−t图像如图乙所示。现有一电子在t=0时刻由M点沿MN方向射入磁场区，已知电子的质量为m，电荷量大小为e，PN边界上有一点E，且NE= 33L，若使电子( )
A. 沿NP方向经过P点，则电子的速度大小一定是eB0Lm
B. 沿NP方向经过P点，则电子的速度大小可能小于eB0Lm
C. 垂直NP边过E点，则磁场变化周期一定是2πm3eB0
D. 垂直NP边过E点，则磁场变化周期可能小于2πm3eB0
三、填空题（本大题共3小题，共12.0分）
9. 如图所示的电路中，L是一个自感系数很大的线圈，直流电阻可忽略不计。开关S闭合后，灯泡L1会___________(选填“逐渐”或“立刻”)变亮；开关S断开瞬间，流经灯泡L2的电流方向是从___________(选填“a到b”或“b到a”)。
10. 1834年，克拉伯龙发表了《论热的驱动能力》一文，指出效率最高的热机循环只能由绝热过程和等温过程构成。如图所示，一定量的理想气体从状态A经等温过程AB、绝热过程BC、等温过程CD、绝热过程DA后，又回到状态A。其中，过程AB中气体的温度为T1、过程CD中气体的温度为T2，则T1___________T2(选填“大于”或“小于”)，过程AB中气体会___________(选填“释放”或“吸收”)热量。
11. 不同原子核的平均结合能曲线如图所示，由图可知 612C的平均结合能为7.68MeV， 24He的平均结合能为7.07MeV。若3个 24He结合成 612C，___________(选填“释放”或“吸收”)的能量为___________MeV。
四、实验题（本大题共2小题，共14.0分）
12. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除灵敏电流计、导线、定值电阻和开关这些器材之外，还需要___________(选填“A”“B”或“C”)；
A. B. C．
(2)实验得出，电流由“+”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“−”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，该同学将条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，发现指针___________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转；
(3)如图乙所示，将第(2)问中的螺线管置于电子秤上，在条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，电子秤的示数会___________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
13. 某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。
(1)某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是___________(选填“单缝”或“双缝”)；
(2)该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x=___________cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150mm，双缝到光屏间的距离L=1.50m，则该激光的波长λ=___________m(结果保留3位有效数字)；
(3)为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是___________。
A.换用双缝间距更大的缝屏
B.增大缝屏与光屏之间的距离
C.增大激光源与缝屏之间的距离
五、计算题（本大题共3小题，共34.0分）
14. 气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示。直立面柱形密闭汽缸导热良好，横截面积为S=1.0×10−2m2的活塞通过连杆与车轮轴连接，初始时汽缸内密闭一段长度为L1=0.2m、压强为p1=2.4×105Pa的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时，相当于在汽缸顶部增加一个物体A，气缸下降，稳定时汽缸内气柱长度为L2=0.16m，此过程中气体温度保持不变。重力加速度大小g取10m/s2，求：
(1)气缸内理想气体压强p2；
(2)物体A的质量m。
15. 阿斯顿最早设计了质谱仪，并用它发现了氖20(20Ne)和氖22(22Ne)，证实了同位素的存在。一种质谱仪的结构可简化为如图所示，半圆柱形通道水平放置，其上下表面内半径均为R、外半径均为3R，该通道内存在方向竖直向上的匀强磁场，正对着通道出口处放置一张照相底片，记录粒子从出口射出时的位置。粒子源释放出的 20Ne和 22Ne，加速后垂直通过速度选择器的正交电磁场，磁感应强度大小为B0、电场强度大小为E0，接着垂直于通道入口从中缝MN进入磁场区，其中 20Ne恰能击中照相底片的正中间位置。已知 20Ne质量为m1， 22Ne质量为m2，带电量均为q(q>0)，不计粒子重力，求：
(1)粒子通过速度选择器的速度v；
(2)通道中匀强磁场的磁感应强度的大小B1；
(3)调节速度选择器的电场强度大小，可改变粒子击中照相底片的位置，为了保证两种粒子都能击中照相底片，电场强度可调节最大值Em的大小。
16. 如图甲所示，在竖直平面内有一宽度为L的匀强磁场区域，其上下边界水平，磁场的方向垂直竖直平面向里，磁感应强度大小为B。从t=0时开始，一质量为m的单匝正方形闭合金属框abcd在竖直向上的恒力作用下，从静止开始向上运动，ab边刚进入磁场时，速度大小为v1；当线框的cd边离开磁场时马上撤去恒力，此时线框恰与挡板碰撞，速度立刻减为0，碰撞时间忽略不计。线框上升和下落的过程中速度大小与时间的关系如图乙所示，图中v1和v2均为已知。已知线框的边长为L、总电阻为R，在整个运动过程中线框平面始终在该竖直平面内，且ab边保持水平，重力加速度为g，求：
(1)上升过程中，线框ab边刚进入磁场时的电流大小I1；
(2)上升过程中，线框所受恒力的大小F；
(3)整个运动过程中，线框产生的焦耳热Q；
(4)从t=0时开始到线框向下运动至完全离开磁场的时间t总。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】根据右手螺旋定则可知导线P中电流产生的磁场方向为逆时针方向，根据左手定则可知导线Q所受的安培力方向为向上，故A正确。
故选A。
2.【答案】C
【解析】AB.加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大。但不是所有分子速率均增大，故AB错误；
C.若不慎堵住透气孔，体积不变，根据查理定律PT=C
可知温度升高，气体压强增大，故C正确；
D.能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故D错误。
故选C。
3.【答案】B
【解析】根据光电效应方程12mvm2=hv−W0
可知用频率相同的光照射金属，光电子的最大初动能相同，根据12mvm2=eUc
可知遏止电压相同，光强越强，饱和光电流越大。
故选B。
4.【答案】D
【解析】A.每个周期内电流方向改变2次，故A错误；
B.发电机线圈转动频率与输出的交变电压频率相等，为f=1T=50Hz
故B错误；
C.发电机输出电压的有效值为U1=um 2=3000V
输出电流为I1=P1U1=500A
故C错误；
D.根据理想变压器电压规律可知U3=n3n4U4=28600V
输电电流为I3=P3U3=50A
输电线路上损失的功率为ΔP=P1−P3=I32R=70kW
解得R=28Ω
故D正确。
故选D。
5.【答案】CD
【解析】B.由图可知光束b的偏折程度比光束a的偏折程度大，所以玻璃砖对光束a的折射率小于对光束b的折射率，故B错误；
A.因为 na
D.根据 sinC=1n 可知光束a在O点发生全反射的临界角比光束b在O点发生全反射的临界角大，所以若入射光线绕O点逆时针缓慢旋转，光束b先发生全反射，并在光屏上消失，故D正确。
故选CD。
6.【答案】AC
【解析】A.钍232( 90232Th )质量数为232，电荷数为90，则中子数为 232−90=142 ，镤233( 91233Pa )质量数为233，电荷数为91，则中子数为 233−91=142 ，二者中子数相同，故A错误；
B.放射性元素发生β衰变时所释放的电子，是由原子核内部中子衰变成质子和电子释放出来的，故B错误；
C.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，新核镤233变成铀233的核反应方程式是 91233Pa→U92233U+−10e
故C正确；
D.半衰期不随温度变化而变化，故D错误。
故选AC。
7.【答案】BD
【解析】A.氢原子可以自发地从高能级向低能级跃迁，但无法自发地从低能级向高能级跃迁，而是需要吸收特定能量才能实现，故A错误；
B.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子而发生电离，故B正确；
C.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级，轨道半径减小，库仑力做正功，电子的电势能减小，故C错误；
D.一个氢原子处于n=3能级，自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子(即先3→2，再2→1，共2种)，故D正确。
故选BD。
8.【答案】BC
【解析】AB.沿NP方向经过P点，根据几何关系，电子运动的半径为(2n+1)r=L,n∈N+
根据洛伦兹力提供向心力qvB=mv2R
可得电子的速度大小v=eB0L(2n+1)m,n∈N+
故A错误，B正确；
CD.设垂直NP边过E点时，磁场变化周期一定是在磁场中运动半径最大的粒子的运动时间的两倍，否则无法从垂直NP边过E点射出，设最大半径为 R ，有R= 33L
粒子偏转的角度tanθ=LR
解得θ=60∘
磁场变化周期T=2×60∘360∘×2πmeB0=2πm3eB0
故C正确，D错误。
故选BC。
9.【答案】 逐渐 b到a
【解析】[1]开关S闭合后，通过线圈L的电流逐渐增大，线圈产生感应电动势，阻碍电流的增大，故灯泡L1会逐渐变亮；
[2]开关S断开瞬间，线圈由于自感，阻碍电流的减小，线圈、灯泡L1、灯泡L2组成闭合回路，故流经灯泡L2的电流方向是从b到a。
10.【答案】 大于 吸收
【解析】】[1]从B到C过程是绝热过程Q=0
体积变大，气体对外做功W<0
根据热力学第一定律ΔU=Q+W
可知ΔU<0
因此温度降低，T1大于T2。
[2]从A到B过程是等温变化ΔU=0
体积变大，气体对外做功W<0
根据热力学第一定律ΔU=Q+W
可知Q>0
因此从A到B过程吸收热量。
11.【答案】 释放 7.32
【解析】[1][2]由题意可知，核反应后生成物的平均结合能增大，即把生成物分割成单个核子所需的能量增大，所以该核反应一定是释放了能量，其大小为ΔE=7.68−7.07×12MeV=7.32MeV
12.【答案】 C 向右 变小
【解析】(1)[1]为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除题中器材外，还需要直流电源确定电流的方向。
故选C。
(2)[2]将条形磁铁的N极从螺线管拔出时，由楞次定律可知，螺线管中感应电流沿顺时针方向，即电流由“ + ”接线柱流入灵敏电流计，则指针向右偏转。
(3)[3]根据楞次定律“来拒去留”的结论可知，电子秤的示数会变小。
13.【答案】 单缝 6.50 6.50×10−7 A
【解析】(1)[1]图甲中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。
(2)[2]刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到0.01cm，所以A、B两亮纹间的距离为6.50cm。
[3]相邻条纹间距为Δx=x10=6.5×10−3m
根据 Δx=Lλd 可得该激光的波长为λ=dΔxL=0.150×10−3×6.5×10−31.5m=6.50×10−7m
(3)[4]为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小 Δx ，根据 Δx=Lλd 可知可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，而增大激光源与缝屏之间的距离对 Δx 无影响。
故选A。
14.【答案】(1) p2=3.0×105Pa ；(2)m=60kg
【解析】(1)对气缸内气体分析
初状态p1=2.4×105Pa V1=L1S
末状态 p2 V2=L2S
温度不变，由玻意耳定律p1V1=p2V2
整理p2=p1L1SL2S
代入数据得p2=3.0×105Pa
(2)方法一
设大气压为p0，气缸质量为M。初状态时对气缸受力分析，由平衡条件有Mg+p0S=p1S
末状态时对气缸与物体A受力分析，由平衡条件有Mg+p0S+mg=p2S
联立并代入数据得m=60kg
方法二
气体对汽缸上表面的压力增加量等于物体A的重力大小，则p2−p1S=mg
代入数据得到m=60kg
15.【答案】(1) E0B0 ；(2) m1E02qRB0 ；(3) 5m1E04m2
【解析】(1)在速度选择器中，粒子所受洛伦兹力与电场力能够，即qvB0=qE0
解得v=E0B0
(2)依题意知 20Ne的轨道半径为r1=2R
根据牛顿第二定律有qvB1=m1v2r1
解得B1=m1E02qRB0
(3)根据(2)中牛顿方程可知，当 20Ne和 22Ne以相同速度进入磁场区时，质量较大的 22Ne轨道半径较大，所以在保证两种粒子都能击中照相底片的情况下，当 22Ne恰好能够击中照相底片时，其速度最大，速度选择器的电场强度最大。同前理可得vm=EmB0qvmB1=m2vm2rm
其中2rm=5R
联立解得Em=5m1E04m2
16.【答案】(1) R ；(2) R ；(3) R ；(4) mRB2L2+2Lv1+2B2L3mgR+v2g
【解析】(1)ab边进入磁场瞬间，产生的电动势为E1=BLv1
由闭合电路欧姆定律有I1=E1R
联立解得I1=BLv1R
(2)由图乙可知，ab边进入磁场瞬间，线框开始做匀速直线运动，则有F−mg−F安=0
且F安=BI1L
联立解得F=mg+B2L2v1R
(3)上升通过磁场过程中，有2L=v1t2，Q1=I12Rt2
联立可得Q1=2B2L3v1R
下落通过磁场的过程中，有mg⋅2L=12mv22+Q2
解得Q2=2mgL−12mv22
则整个运动过程中，线框产生的焦耳热为Q=Q1+Q2=2B2L3v1R+2mgL−12mv22
(4)从静止到ab边进入磁场的过程中，有F−mg=ma1，v1=a1t1
联立解得t1=mRB2L2
上升通过磁场过程中，有2L=v1t2
解得t2=2Lv1
下落通过磁场的过程中，对其中任一阶段有mgΔt−B2L2vRΔt=mΔv
可得∑mgΔt−∑B2L2vRΔt=∑mΔv
mg∑Δt−B2L2R∑vΔt=m∑Δv
mg⋅t3−B2L2R⋅2L=mv2−0
解得t3=2B2L3mgR+v2g
则有g
2022-2023学年福建省厦门市高二（下）期末物理试卷（7月）
一、单选题（本大题共4小题，共16.0分）
1. 两根互相平行的通电直导线P、Q的横截面如图所示，电流方向已在图中标出，则导线P中的电流产生磁场的磁感线环绕方向和导线Q所受的安培力方向分别为( )
A. 逆时针，向上 B. 逆时针，向下 C. 顺时针，向上 D. 顺时针，向下
2. “自热米饭”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为米饭加热，其结构如图所示。加热过程中( )
A. 食材层内气体分子的速率均增大
B. 食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
C. 若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
D. 能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
3. 如图所示，在研究光电效应实验中，用频率相同、强度不同的光分别照射光电管的阴极形成光电流，则下列光电流与电压的关系I−UAK图像中正确的是( )
A. B.
C. D.
4. 贯彻新发展理念，福建省风力发电发展迅猛。某种风力发电机的发电、输电简易模型如图甲所示。风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机的输出电压u随时间t的变化关系如图乙所示，输出功率为1500kW。降压变压器的匝数比为n3∶n4=130∶1，输电线总电阻为R，其余线路电阻不计，用户端的电压为U4=220V，功率1430kW，所有变压器均为理想变压器，则( )
A. 每个周期内电流方向改变1次 B. 发电机线圈转动频率为100Hz
C. 发电机的输出电流为250 2A D. 输电线总电阻R为28Ω
二、多选题（本大题共4小题，共24.0分）
5. 如图所示，一束复色光沿半圆柱形玻璃砖的半径方向从A点射入，在O点经折射后分为a、b两束单色光照在光屏上，则( )
A. 在真空中a光的波长小于b光的波长
B. 玻璃砖对光束a的折射率大于对光束b的折射率
C. 在玻璃砖中光束a的传播速度大于光束b的传播速度
D. 若入射光线绕O点逆时针缓慢旋转，光束b先在光屏上消失
6. 中国的钍核反应堆技术在多个方面实现突破，目前处于世界领先水平。反应堆工作原理如图所示，钍232( 90232Th)吸收一个中子后会变成钍233( 90233Th)， 90233Th这种同位素并不是很稳定，它会经历β衰变成为镤233( 91233Pa)， 91233Pa将再次经历β衰变成为铀233( 92233U)，则( )
A. 90233Th比 91233Pa多1个中子
B. 90233Th发生β衰变时产生的电子来源于核外电子
C. 91233Pa变成 92233U的反应方程式是 91233Pa→U92233U+−10e
D. 90233Th的半衰期约为22分钟，若降低环境温度，可增大 90233Th的半衰期
7. 星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”，我国“北斗三号”采用的是星载氢原子钟，其精度比“北斗二号”的星载铷原子钟提高了一个数量级。如图所示为氢原子的部分能级图，则( )
A. 氢原子可以自发地从低能级向高能级跃迁
B. 处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子
C. 氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级，电子的电势能增加
D. 一个氢原子处于n=3能级，自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子
8. 如图甲所示，边长为L的正方形MNPQ区域内存在方向垂直于MNPQ平面的磁场，磁感强度大小为B0，方向周期性变化，且磁场变化周期T可调。以垂直MNPQ平面向外为磁感应强度的正方向，B−t图像如图乙所示。现有一电子在t=0时刻由M点沿MN方向射入磁场区，已知电子的质量为m，电荷量大小为e，PN边界上有一点E，且NE= 33L，若使电子( )
A. 沿NP方向经过P点，则电子的速度大小一定是eB0Lm
B. 沿NP方向经过P点，则电子的速度大小可能小于eB0Lm
C. 垂直NP边过E点，则磁场变化周期一定是2πm3eB0
D. 垂直NP边过E点，则磁场变化周期可能小于2πm3eB0
三、填空题（本大题共3小题，共12.0分）
9. 如图所示的电路中，L是一个自感系数很大的线圈，直流电阻可忽略不计。开关S闭合后，灯泡L1会___________(选填“逐渐”或“立刻”)变亮；开关S断开瞬间，流经灯泡L2的电流方向是从___________(选填“a到b”或“b到a”)。
10. 1834年，克拉伯龙发表了《论热的驱动能力》一文，指出效率最高的热机循环只能由绝热过程和等温过程构成。如图所示，一定量的理想气体从状态A经等温过程AB、绝热过程BC、等温过程CD、绝热过程DA后，又回到状态A。其中，过程AB中气体的温度为T1、过程CD中气体的温度为T2，则T1___________T2(选填“大于”或“小于”)，过程AB中气体会___________(选填“释放”或“吸收”)热量。
11. 不同原子核的平均结合能曲线如图所示，由图可知 612C的平均结合能为7.68MeV， 24He的平均结合能为7.07MeV。若3个 24He结合成 612C，___________(选填“释放”或“吸收”)的能量为___________MeV。
四、实验题（本大题共2小题，共14.0分）
12. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除灵敏电流计、导线、定值电阻和开关这些器材之外，还需要___________(选填“A”“B”或“C”)；
A. B. C．
(2)实验得出，电流由“+”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“−”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，该同学将条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，发现指针___________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转；
(3)如图乙所示，将第(2)问中的螺线管置于电子秤上，在条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，电子秤的示数会___________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
13. 某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。
(1)某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是___________(选填“单缝”或“双缝”)；
(2)该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x=___________cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150mm，双缝到光屏间的距离L=1.50m，则该激光的波长λ=___________m(结果保留3位有效数字)；
(3)为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是___________。
A.换用双缝间距更大的缝屏
B.增大缝屏与光屏之间的距离
C.增大激光源与缝屏之间的距离
五、计算题（本大题共3小题，共34.0分）
14. 气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示。直立面柱形密闭汽缸导热良好，横截面积为S=1.0×10−2m2的活塞通过连杆与车轮轴连接，初始时汽缸内密闭一段长度为L1=0.2m、压强为p1=2.4×105Pa的理想气体，汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时，相当于在汽缸顶部增加一个物体A，气缸下降，稳定时汽缸内气柱长度为L2=0.16m，此过程中气体温度保持不变。重力加速度大小g取10m/s2，求：
(1)气缸内理想气体压强p2；
(2)物体A的质量m。
15. 阿斯顿最早设计了质谱仪，并用它发现了氖20(20Ne)和氖22(22Ne)，证实了同位素的存在。一种质谱仪的结构可简化为如图所示，半圆柱形通道水平放置，其上下表面内半径均为R、外半径均为3R，该通道内存在方向竖直向上的匀强磁场，正对着通道出口处放置一张照相底片，记录粒子从出口射出时的位置。粒子源释放出的 20Ne和 22Ne，加速后垂直通过速度选择器的正交电磁场，磁感应强度大小为B0、电场强度大小为E0，接着垂直于通道入口从中缝MN进入磁场区，其中 20Ne恰能击中照相底片的正中间位置。已知 20Ne质量为m1， 22Ne质量为m2，带电量均为q(q>0)，不计粒子重力，求：
(1)粒子通过速度选择器的速度v；
(2)通道中匀强磁场的磁感应强度的大小B1；
(3)调节速度选择器的电场强度大小，可改变粒子击中照相底片的位置，为了保证两种粒子都能击中照相底片，电场强度可调节最大值Em的大小。
16. 如图甲所示，在竖直平面内有一宽度为L的匀强磁场区域，其上下边界水平，磁场的方向垂直竖直平面向里，磁感应强度大小为B。从t=0时开始，一质量为m的单匝正方形闭合金属框abcd在竖直向上的恒力作用下，从静止开始向上运动，ab边刚进入磁场时，速度大小为v1；当线框的cd边离开磁场时马上撤去恒力，此时线框恰与挡板碰撞，速度立刻减为0，碰撞时间忽略不计。线框上升和下落的过程中速度大小与时间的关系如图乙所示，图中v1和v2均为已知。已知线框的边长为L、总电阻为R，在整个运动过程中线框平面始终在该竖直平面内，且ab边保持水平，重力加速度为g，求：
(1)上升过程中，线框ab边刚进入磁场时的电流大小I1；
(2)上升过程中，线框所受恒力的大小F；
(3)整个运动过程中，线框产生的焦耳热Q；
(4)从t=0时开始到线框向下运动至完全离开磁场的时间t总。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】根据右手螺旋定则可知导线P中电流产生的磁场方向为逆时针方向，根据左手定则可知导线Q所受的安培力方向为向上，故A正确。
故选A。
2.【答案】C
【解析】AB.加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大。但不是所有分子速率均增大，故AB错误；
C.若不慎堵住透气孔，体积不变，根据查理定律PT=C
可知温度升高，气体压强增大，故C正确；
D.能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故D错误。
故选C。
3.【答案】B
【解析】根据光电效应方程12mvm2=hv−W0
可知用频率相同的光照射金属，光电子的最大初动能相同，根据12mvm2=eUc
可知遏止电压相同，光强越强，饱和光电流越大。
故选B。
4.【答案】D
【解析】A.每个周期内电流方向改变2次，故A错误；
B.发电机线圈转动频率与输出的交变电压频率相等，为f=1T=50Hz
故B错误；
C.发电机输出电压的有效值为U1=um 2=3000V
输出电流为I1=P1U1=500A
故C错误；
D.根据理想变压器电压规律可知U3=n3n4U4=28600V
输电电流为I3=P3U3=50A
输电线路上损失的功率为ΔP=P1−P3=I32R=70kW
解得R=28Ω
故D正确。
故选D。
5.【答案】CD
【解析】B.由图可知光束b的偏折程度比光束a的偏折程度大，所以玻璃砖对光束a的折射率小于对光束b的折射率，故B错误；
A.因为 na
D.根据 sinC=1n 可知光束a在O点发生全反射的临界角比光束b在O点发生全反射的临界角大，所以若入射光线绕O点逆时针缓慢旋转，光束b先发生全反射，并在光屏上消失，故D正确。
故选CD。
6.【答案】AC
【解析】A.钍232( 90232Th )质量数为232，电荷数为90，则中子数为 232−90=142 ，镤233( 91233Pa )质量数为233，电荷数为91，则中子数为 233−91=142 ，二者中子数相同，故A错误；
B.放射性元素发生β衰变时所释放的电子，是由原子核内部中子衰变成质子和电子释放出来的，故B错误；
C.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，新核镤233变成铀233的核反应方程式是 91233Pa→U92233U+−10e
故C正确；
D.半衰期不随温度变化而变化，故D错误。
故选AC。
7.【答案】BD
【解析】A.氢原子可以自发地从高能级向低能级跃迁，但无法自发地从低能级向高能级跃迁，而是需要吸收特定能量才能实现，故A错误；
B.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子而发生电离，故B正确；
C.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级，轨道半径减小，库仑力做正功，电子的电势能减小，故C错误；
D.一个氢原子处于n=3能级，自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子(即先3→2，再2→1，共2种)，故D正确。
故选BD。
8.【答案】BC
【解析】AB.沿NP方向经过P点，根据几何关系，电子运动的半径为(2n+1)r=L,n∈N+
根据洛伦兹力提供向心力qvB=mv2R
可得电子的速度大小v=eB0L(2n+1)m,n∈N+
故A错误，B正确；
CD.设垂直NP边过E点时，磁场变化周期一定是在磁场中运动半径最大的粒子的运动时间的两倍，否则无法从垂直NP边过E点射出，设最大半径为 R ，有R= 33L
粒子偏转的角度tanθ=LR
解得θ=60∘
磁场变化周期T=2×60∘360∘×2πmeB0=2πm3eB0
故C正确，D错误。
故选BC。
9.【答案】 逐渐 b到a
【解析】[1]开关S闭合后，通过线圈L的电流逐渐增大，线圈产生感应电动势，阻碍电流的增大，故灯泡L1会逐渐变亮；
[2]开关S断开瞬间，线圈由于自感，阻碍电流的减小，线圈、灯泡L1、灯泡L2组成闭合回路，故流经灯泡L2的电流方向是从b到a。
10.【答案】 大于 吸收
【解析】】[1]从B到C过程是绝热过程Q=0
体积变大，气体对外做功W<0
根据热力学第一定律ΔU=Q+W
可知ΔU<0
因此温度降低，T1大于T2。
[2]从A到B过程是等温变化ΔU=0
体积变大，气体对外做功W<0
根据热力学第一定律ΔU=Q+W
可知Q>0
因此从A到B过程吸收热量。
11.【答案】 释放 7.32
【解析】[1][2]由题意可知，核反应后生成物的平均结合能增大，即把生成物分割成单个核子所需的能量增大，所以该核反应一定是释放了能量，其大小为ΔE=7.68−7.07×12MeV=7.32MeV
12.【答案】 C 向右 变小
【解析】(1)[1]为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除题中器材外，还需要直流电源确定电流的方向。
故选C。
(2)[2]将条形磁铁的N极从螺线管拔出时，由楞次定律可知，螺线管中感应电流沿顺时针方向，即电流由“ + ”接线柱流入灵敏电流计，则指针向右偏转。
(3)[3]根据楞次定律“来拒去留”的结论可知，电子秤的示数会变小。
13.【答案】 单缝 6.50 6.50×10−7 A
【解析】(1)[1]图甲中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。
(2)[2]刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到0.01cm，所以A、B两亮纹间的距离为6.50cm。
[3]相邻条纹间距为Δx=x10=6.5×10−3m
根据 Δx=Lλd 可得该激光的波长为λ=dΔxL=0.150×10−3×6.5×10−31.5m=6.50×10−7m
(3)[4]为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小 Δx ，根据 Δx=Lλd 可知可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，而增大激光源与缝屏之间的距离对 Δx 无影响。
故选A。
14.【答案】(1) p2=3.0×105Pa ；(2)m=60kg
【解析】(1)对气缸内气体分析
初状态p1=2.4×105Pa V1=L1S
末状态 p2 V2=L2S
温度不变，由玻意耳定律p1V1=p2V2
整理p2=p1L1SL2S
代入数据得p2=3.0×105Pa
(2)方法一
设大气压为p0，气缸质量为M。初状态时对气缸受力分析，由平衡条件有Mg+p0S=p1S
末状态时对气缸与物体A受力分析，由平衡条件有Mg+p0S+mg=p2S
联立并代入数据得m=60kg
方法二
气体对汽缸上表面的压力增加量等于物体A的重力大小，则p2−p1S=mg
代入数据得到m=60kg
15.【答案】(1) E0B0 ；(2) m1E02qRB0 ；(3) 5m1E04m2
【解析】(1)在速度选择器中，粒子所受洛伦兹力与电场力能够，即qvB0=qE0
解得v=E0B0
(2)依题意知 20Ne的轨道半径为r1=2R
根据牛顿第二定律有qvB1=m1v2r1
解得B1=m1E02qRB0
(3)根据(2)中牛顿方程可知，当 20Ne和 22Ne以相同速度进入磁场区时，质量较大的 22Ne轨道半径较大，所以在保证两种粒子都能击中照相底片的情况下，当 22Ne恰好能够击中照相底片时，其速度最大，速度选择器的电场强度最大。同前理可得vm=EmB0qvmB1=m2vm2rm
其中2rm=5R
联立解得Em=5m1E04m2
16.【答案】(1) R ；(2) R ；(3) R ；(4) mRB2L2+2Lv1+2B2L3mgR+v2g
【解析】(1)ab边进入磁场瞬间，产生的电动势为E1=BLv1
由闭合电路欧姆定律有I1=E1R
联立解得I1=BLv1R
(2)由图乙可知，ab边进入磁场瞬间，线框开始做匀速直线运动，则有F−mg−F安=0
且F安=BI1L
联立解得F=mg+B2L2v1R
(3)上升通过磁场过程中，有2L=v1t2，Q1=I12Rt2
联立可得Q1=2B2L3v1R
下落通过磁场的过程中，有mg⋅2L=12mv22+Q2
解得Q2=2mgL−12mv22
则整个运动过程中，线框产生的焦耳热为Q=Q1+Q2=2B2L3v1R+2mgL−12mv22
(4)从静止到ab边进入磁场的过程中，有F−mg=ma1，v1=a1t1
联立解得t1=mRB2L2
上升通过磁场过程中，有2L=v1t2
解得t2=2Lv1
下落通过磁场的过程中，对其中任一阶段有mgΔt−B2L2vRΔt=mΔv
可得∑mgΔt−∑B2L2vRΔt=∑mΔv
mg∑Δt−B2L2R∑vΔt=m∑Δv
mg⋅t3−B2L2R⋅2L=mv2−0
解得t3=2B2L3mgR+v2g
则有g
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