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2022-2023学年江苏省南京市重点书院高中部高二（下）期末物理试卷（含解析）
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这是一份2022-2023学年江苏省南京市重点书院高中部高二（下）期末物理试卷（含解析），共13页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
2022-2023学年江苏省南京市重点书院高中部高二（下）期末物理试卷
一、单选题（本大题共11小题，共44.0分）
1. 天然放射性物质放出的射线有三种，其中β射线是高速电子流，它是放射性元素的原子核发生β衰变时产生的。该电子的来源是( )
A. 原子的内层电子 B. 原子的外层电子
C. 原子核内中子转变为质子时放出的 D. 原子核内质子转变为中子时放出的
2. 关于下列插图的说法正确的是( )
A. 甲图为方解石的双折射现象，是因为其内部分子排列是无序的
B. 乙图中E细管材料制作防水衣的防水效果比F细管材料好
C. 丙图为α粒子的散射实验现象，其中H、I运动轨迹是不可能存在的
D. 丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低
3. 如图所示，在一沿南北方向水平放置的直导线正下方有一小磁针。在导线中通有某一方向电流，小磁针静止时N极指向西偏北方向，由此可推断( )
A. 此时导线中的电流方向为由北向南
B. 若导线中通有相反方向的电流，小磁针静止时N极将指向东偏南方向
C. 若将小磁针放置到导线正上方，小磁针静止时N极仍指向西偏北方向
D. 若将导线中的电流增大，小磁针N极将略向西偏转
4. 我国领先全球的特高压输电技术将为国家“碳中和”做出独特的贡献。白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日白鹤滩水电站首批初装机容量1600万千瓦正式并网发电，在传输电能总功率不变情况下，从原先150kV高压输电升级为1350kV特高压输电。则下列说法正确的是( )
A. 若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原先的1/3
B. 若输电线不变，则输电线上损失功率变为原先的1/81
C. 如果损失功率不变，相同材料、传输到相同地方所需导线横截面积是原先的1/9
D. 如果损失功率不变，相同材料、相同粗细的输电线传输距离是原先的9倍
5. 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流。如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生虚线所示的感应电流，即涡流。当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是( )
A. 线圈内部空间的磁感线方向竖直向下
B. 从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向
C. 为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来
D. 为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来
6. 如图所示，理想变压器输入电压保持不变。若将滑动变阻器的滑动触头向下移动，下列说法正确的是
A. 电表A1、A2的示数都增大 B. 电表V1、V2的示数都不变
C. 原线圈输入功率减小 D. 电阻R0消耗的电功率减小
7. 在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法中正确的是( )
A. 桶内气体从外界吸收热量 B. 桶内气体分子平均动能变小
C. 桶内气体压强增大 D. 桶内气体对外做功，内能减小
8. 如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素 77192Ir作为放射源， 77192Ir发生β衰变时放出β射线和γ射线，半衰期为74天，适合透照厚度在10mm∼100mm之间的钢板，若衰变产生的新核用X表示，下列说法正确的是( )
A. 77192Ir的衰变方程为 77192Ir→78192X+−10e
B. 探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加
C. 192g放射性同位素 77192Ir经过148天全部完成衰变
D. 77192Ir的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大
9. 用图示装置探究气体做等温变化的规律，将一定质量的空气封闭在导热性能良好的注射器内，注射器与压强传感器相连。实验中( )
A. 活塞涂润滑油可减小摩擦，便于气体压强的测量
B. 注射器内装入少量空气进行实验，可以减小实验误差
C. 0°C和20°C环境下完成实验，对实验结论没有影响
D. 外界大气压强发生变化，会影响实验结论
10. 图甲是判断电流I0大小是否发生变化的装置示意图。电流I0在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与I0成正比。现给某半导体材料制成的霍尔元件(如图乙，其长、宽、高分别为a、b、d)通以恒定工作电流I，通过右侧电压表V的示数就能判断I0的大小是否发生变化。当I0的变化量一定时，电压表V的示数变化量越大，则该装置判断的灵敏度就越高。已知霍尔元件的半导体材料载流子为一价正离子，则下列说法正确的是( )
A. 仅适当增大工作电流I，可以提高判断的灵敏度
B. 仅将该半导体材料制成的霍尔元件更换为另一个金属材料制成的霍尔元件，则电压表V的“+ ”“− ”接线柱连线位置无需改动
C. M端应与电压表V的“+ ”接线柱相连
D. 当电流I0增大时，电压表V的示数会减小
11. 如图所示，水平面上足够长的光滑平行金属导轨，左侧接定值电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。金属杆MN以某一初速度沿导轨向右滑行，且与导轨接触良好，导轨电阻不计。则金属杆在运动过程中，速度大小v、流过的电量q与时间t或位移x的关系图像错误的是( )
A. B.
C. D.
二、实验题（本大题共1小题，共15.0分）
12. 某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”的实验中采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd，如图乙所示，则Δd=___________mm；若实验中没有现成的遮光条，某同学用金属片替代，用20分度的游标卡尺测量金属片的宽度如图丙所示，其读数为___________mm，这种做法是否合理？___________(填“合理”或“不合理”)。
(2)在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组数据。
(3)得到多组Δt与E数据之后，若以E为纵坐标、以Δt为横坐标作出E−Δt图像，发现图像是一条曲线，不容易得出清晰的实验结论，为了使画出的图像为一条直线，最简单的改进办法是以___________为横坐标。
(4)其他条件都不变，若换用匝数加倍的线圈做实验，根据实验数据所作出的那条直线图像斜率_______
___________(填“减半”“不变”或“加倍”)。
三、计算题（本大题共4小题，共41.0分）
13. 太阳现在正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和 11H、 24He等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：2 −10e+4 11H→ 24He+释放核能，这些核能最后转化为辐射能．
(1)已知质子质量mp，氦核的质量mα，电子质量me，光速c.试求每发生一次上述核反应所释放的核能；
(2)用上述辐射中产生的波长为400nm某一单色光去照射逸出功为3.0×10−19J金属材料铯时，能否产生光电效应？若能，试求出产生的光电子的最大初动能.(保留三位有效数字，普朗克常量h=6.63×10−34J⋅s)
14. 如图甲所示，一横截面积S=10cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，不计活塞与气缸间的摩擦。如图乙所示是气体从状态A变化到状态B的V−T图像。已知AB的反向延长线通过坐标原点O，气体在A状态的压强为p=1.5×105Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量Q=9.0×102J，大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2。求：
(1)活塞的质量m；
(2)此过程中气体内能的增量ΔU。
15. 2021年7月28日，在东京奥运会男子双人跳板决赛中，中国选手谢思埸、王宗源获得冠军。如图1所示是他们踏板起跳的精彩瞬间，从离开跳板开始计时，跳水过程中运动员重心的v−t图像如图2所示，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2，求：
(1)运动员双脚离开跳板后重心上升的高度
(2)运动员运动过程中的最大速度
(3)跳水比赛一般分1米板跳水、3米板跳水和10米台跳水，试分析运动员的比赛项目可能是哪一个？
16. 加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。
(1)求所加交流电源的频率f。
(2)若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。
(3)某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹间距Δd是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】衰变是原子核自发的，β射线是原子核内中子转变为质子时放出的。
故选C。
2.【答案】C
【解析】
【分析】
由光的折射现象判断得解；由浸润与不浸润现象判断得解；由α粒子的散射的实验现象结合原子核的电性得解；由热力学第一定律及气体的状态变化得解。
本题主要考查热学光学及近代物理的概念，熟悉热学的概念及近代物理并能理解应用是解题的关键，难度一般。
【解答】
A.由光的折射现象可知，双折射现象，是因为其光对其的折射率不同，故A错误；
B.由图可知，E显示的为浸润现象，而F为不浸润现象，故制作防水衣的防水效果F细管材料好，故B错误；
C.由α粒子的散射实验现象可知，由于原子核带正电，α粒子也带正电，故二者靠近会相互排斥，由图可知，I粒子由于远离原子核，故其轨迹不会发生大角度偏转，且由于原子核及α粒子都带正电，故二者间相互排斥，故H的轨迹错误，故C正确；
D.抽掉隔板，容器内气体体积增大，但由不会对外做功，同时由热力学第一定律可知，容器绝热，故与外界无吸放热情况，故其内能不变，由温度与理想气体内能的关系可知，其温度不变，故D错误。
3.【答案】D
【解析】A.小磁针处于地磁场和电流磁场中，其指向是合磁场的方向，根据右手螺旋定则和平行四边形法则，可判断直导线的电流应是由南向北，故A错误；
B.若电流反向，则电流磁场也反向，即向东，那么合磁场方向是东偏北，故B错误；
C.若将小磁针移到导线上方，则导线上方的电流磁场向东，与向北的磁场合成，应是东偏北，故C错误；
D.若将导线中的电流增大，则向西的电流磁场增大，合磁场方向将向西偏一点，故D正确。
故选：D。
本题考查了通电直导线周围磁场的方向的判断，还要理解两磁场合成应遵守平行四边形定则。
4.【答案】B
【解析】略
5.【答案】D
【解析】A.线圈内部的磁场由通过线圈的电流产生，根据安培右手定则可知，其磁感线方向竖直向上，故A项错误；
B.因为线圈中的电流正在减小，则线圈中电流产生的磁场减弱，根据楞次定律，涡流的方向为逆时针方向，故B项错误；
CD.由于产生的感应电动势的大小一定，而要减小涡流，必修增大铁块电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，故C错误，D正确。
故选D。
6.【答案】A
【解析】
【分析】
理想变压器副线圈的电压由原线圈电压决定，原线圈电压不变，副线圈的电压也不变；根据闭合电路欧姆定律，R接入电路中的阻值减小，电流I2增大，原线圈的电流由副线圈电流决定，故A 1示数也增大。
本题考查了变压器的构造和原理。电路动态变化的分析，总原则是由部分电路的变化确定总电路变化的情况，再确定其他电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
【解答】
AB、理想变压器输入电压保持不变，则电压表V1示数不变，而线圈匝数不变，根据U1U2=n1n2，可知副线圈两端电压U2不变，滑动变阻器的滑动触头向下移动，则R接入电路中的阻值减小，根据欧姆定律有：I2=U2R0+R可知，I2增大，A2示数增大，由I1I2=n2n1，可知I1增大，A1示数增大，而R0两端电压增大，则滑动变阻器两端电压减小，即电压表V2示数减小，故A正确，B错误；
C、由P1=U1I1可知原线圈输入功率增大，故C错误；
D、由PR0=I22R0可知，电阻R0消耗的电功率增大，故D错误。
故选：A。
7.【答案】A
【解析】A.由于理想气体温度不变，则内能不变 ΔU=0
理想气体体积变大，气体对外做功，则 W<0
根据热力学第一定律 ΔU=Q+W 可知 Q>0 桶内气体从外界吸收热量，A正确；D错误。
B.桶内气体的温度保持不变，则桶内气体分子平均动能不变，B错误；
C.根据玻意耳定律可知，气体的体积变大，则桶内气体压强减小，C错误；
故选A。
8.【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要是考查原子核的衰变、衰变射线的应用以及半衰期的计算，知道核反应过程中质量数和电荷数守恒，掌握涉及半衰期的计算方法。
根据质量数守恒和电荷数守恒分析核反应方程。探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度增大，由此分析如何调节两轮之间的厚度；根据半衰期的计算公式进行解答；根据比结合能知识分析即可判断。
【解答】
A.β衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为 77192Ir→78192X+−10e，故A正确；
B.探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度减小，故B错误；
C.192 g放射性同位素 77192Ir经过148天(2个半衰期)，剩余的未衰变质量为原来的14，故C错误；
D.核反应方程式中生成物比反应物稳定，与之对应的是衰变后的产物X的比结合能比 77192Ir的比结合能大，故D错误。
9.【答案】C
【解析】
【分析】本题主要考查了一定质量的理想气体的实验条件，根据实验原理掌握正确的实验操作。
根据实验原理分析出过程中的适量的空气进行实验；注意活塞上均匀涂抹润滑油的目的。
【解答】
A.实验之前，在注射器的内壁和活塞之间涂一些润滑油，除了可以减小两者之间的摩擦之外，主要作用是提高活塞密封性，防止漏气，与气体压强的测量无关。A错误；
B.被封气体体积越小，压缩气体时体积的变化量越小，会造成更大的实验误差，B错误；
C.实验探究气体做等温变化的规律，在温度一定时，气体的压强和体积成反比，与环境温度的高低无关，C正确；
D. 压强传感器测量的是被封气体的压强，与外界大气压强无关，故外界大气压强发生变化，不会影响实验结论，D错误。
10.【答案】A
【解析】A.磁感应强度与 I0 成正比，当霍尔元件内部电场稳定时evB=evkI0=eUb，即ΔU=vbkΔI0，仅适当增大工作电流I，根据I=neSv可知，正离子定向移动的速度增大，则电压表示数变化越大，即提高判断的灵敏度，A正确；
B.仅将该半导体材料制成的霍尔元件更换为另一个金属材料制成的霍尔元件，其载流子为自由电子，但电流方法不变，根据左手定则，自由电子在洛伦兹力的作用下与正离子偏转方向相同，则电压表V的“ + ”“ − ”接线柱连线位置需要改动，B错误；
C.根据安培定则即左手定则，正离子向外侧偏转，霍尔元件外侧带正电，则M端应与电压表V的“ − ”接线柱相连，C错误；
D.当电流 I0 增大时，磁感应强度变大，由A选项可知，霍尔元件内外两侧电势差增大，电压表V的示数会增大，D错误。
故选A。
11.【答案】B
【解析】略
12.【答案】 4.800 70.15 不合理 1Δt 加倍
【解析】(1)螺旋测微器固定刻度为 4.5mm ，可动刻度为 0.01×30.0=0.300mm
所以最终读数为 4.5mm+0.300mm=4.800mm
游标卡尺的主尺读数为 70mm ，游标读数为 0.05×3mm=0.15mm
所以最终读数为 70mm+0.15mm=70.15mm
遮光条的宽度越小，小车经过遮光条时的平均速度越接近小车的瞬时速度，遮光条的宽度越大，小车的速度误差越大，不能用宽金属片替代遮光条；
(2)在挡光片每次经过光电门的过程中，磁铁与线圈之间相对位置的改变量都一样，穿过线圈磁通量的变化量 ΔΦ 都相同；
(3)根据 E=nΔΦΔt 因 ΔΦ 不变， E 与 1Δt 成正比，横坐标应该是 1Δt ；
(4)感应电动势与磁通量变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下，感应电动势与时间成反比)；
(5)匝数 n 加倍后，产生的感应电动势加倍， E−1Δt 图像纵坐标加倍，横坐标不变，所以新图像的斜率加倍。
13.【答案】(1)5kg；(2)600J
【解析】(1)状态A时，对活塞受力分析得pS=mg+p0S
代入数据解得m=5kg
(2)在从状态A变化到状态B的过程中，发生的是等压变化，VATA=VBTB
则外界对气体做功W=−pΔV=−300J
内能的增量ΔUΔU=W+Q=600J
14.【答案】解：(1)状态A时，对活塞受力分析得pS=mg+p0S，
代入数据解得m=5kg；
(2)在从状态A变化到状态B的过程中，
发生的是等圧变化，VATA=VBTB，
则外界对气体做功W=−pΔV，
解得W=−300J，
内能的增量ΔU，
ΔU=W+Q，解得ΔU=600J。
答：(1)活塞的质量m为5kg；
(2)此过程中气体内能的增量ΔU为600J。
【解析】(1)在状态A时，对活塞受力分析，根据共点力平衡求得质量；
(2)根据功的公式可求得求出气体所做的功，最后由热力学第一定律求出气体内能的增量。
本题考查盖−吕萨克定律、热力学第一定律列式求解的方法，要注意公式中的T为热力学温度，同时注意理想气体不计分子势能，故其内能与热力学温度成正比。
15.【答案】(1) 516 m
【解析】见答案
16.【答案】(1) f=qB2πm ；(2) Ekm=q2B2R22m ；(3)不合理
【解析】略
2022-2023学年江苏省南京市重点书院高中部高二（下）期末物理试卷
一、单选题（本大题共11小题，共44.0分）
1. 天然放射性物质放出的射线有三种，其中β射线是高速电子流，它是放射性元素的原子核发生β衰变时产生的。该电子的来源是( )
A. 原子的内层电子 B. 原子的外层电子
C. 原子核内中子转变为质子时放出的 D. 原子核内质子转变为中子时放出的
2. 关于下列插图的说法正确的是( )
A. 甲图为方解石的双折射现象，是因为其内部分子排列是无序的
B. 乙图中E细管材料制作防水衣的防水效果比F细管材料好
C. 丙图为α粒子的散射实验现象，其中H、I运动轨迹是不可能存在的
D. 丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低
3. 如图所示，在一沿南北方向水平放置的直导线正下方有一小磁针。在导线中通有某一方向电流，小磁针静止时N极指向西偏北方向，由此可推断( )
A. 此时导线中的电流方向为由北向南
B. 若导线中通有相反方向的电流，小磁针静止时N极将指向东偏南方向
C. 若将小磁针放置到导线正上方，小磁针静止时N极仍指向西偏北方向
D. 若将导线中的电流增大，小磁针N极将略向西偏转
4. 我国领先全球的特高压输电技术将为国家“碳中和”做出独特的贡献。白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日白鹤滩水电站首批初装机容量1600万千瓦正式并网发电，在传输电能总功率不变情况下，从原先150kV高压输电升级为1350kV特高压输电。则下列说法正确的是( )
A. 若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原先的1/3
B. 若输电线不变，则输电线上损失功率变为原先的1/81
C. 如果损失功率不变，相同材料、传输到相同地方所需导线横截面积是原先的1/9
D. 如果损失功率不变，相同材料、相同粗细的输电线传输距离是原先的9倍
5. 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流。如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生虚线所示的感应电流，即涡流。当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是( )
A. 线圈内部空间的磁感线方向竖直向下
B. 从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向
C. 为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来
D. 为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来
6. 如图所示，理想变压器输入电压保持不变。若将滑动变阻器的滑动触头向下移动，下列说法正确的是
A. 电表A1、A2的示数都增大 B. 电表V1、V2的示数都不变
C. 原线圈输入功率减小 D. 电阻R0消耗的电功率减小
7. 在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法中正确的是( )
A. 桶内气体从外界吸收热量 B. 桶内气体分子平均动能变小
C. 桶内气体压强增大 D. 桶内气体对外做功，内能减小
8. 如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素 77192Ir作为放射源， 77192Ir发生β衰变时放出β射线和γ射线，半衰期为74天，适合透照厚度在10mm∼100mm之间的钢板，若衰变产生的新核用X表示，下列说法正确的是( )
A. 77192Ir的衰变方程为 77192Ir→78192X+−10e
B. 探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加
C. 192g放射性同位素 77192Ir经过148天全部完成衰变
D. 77192Ir的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大
9. 用图示装置探究气体做等温变化的规律，将一定质量的空气封闭在导热性能良好的注射器内，注射器与压强传感器相连。实验中( )
A. 活塞涂润滑油可减小摩擦，便于气体压强的测量
B. 注射器内装入少量空气进行实验，可以减小实验误差
C. 0°C和20°C环境下完成实验，对实验结论没有影响
D. 外界大气压强发生变化，会影响实验结论
10. 图甲是判断电流I0大小是否发生变化的装置示意图。电流I0在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与I0成正比。现给某半导体材料制成的霍尔元件(如图乙，其长、宽、高分别为a、b、d)通以恒定工作电流I，通过右侧电压表V的示数就能判断I0的大小是否发生变化。当I0的变化量一定时，电压表V的示数变化量越大，则该装置判断的灵敏度就越高。已知霍尔元件的半导体材料载流子为一价正离子，则下列说法正确的是( )
A. 仅适当增大工作电流I，可以提高判断的灵敏度
B. 仅将该半导体材料制成的霍尔元件更换为另一个金属材料制成的霍尔元件，则电压表V的“+ ”“− ”接线柱连线位置无需改动
C. M端应与电压表V的“+ ”接线柱相连
D. 当电流I0增大时，电压表V的示数会减小
11. 如图所示，水平面上足够长的光滑平行金属导轨，左侧接定值电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。金属杆MN以某一初速度沿导轨向右滑行，且与导轨接触良好，导轨电阻不计。则金属杆在运动过程中，速度大小v、流过的电量q与时间t或位移x的关系图像错误的是( )
A. B.
C. D.
二、实验题（本大题共1小题，共15.0分）
12. 某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”的实验中采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd，如图乙所示，则Δd=___________mm；若实验中没有现成的遮光条，某同学用金属片替代，用20分度的游标卡尺测量金属片的宽度如图丙所示，其读数为___________mm，这种做法是否合理？___________(填“合理”或“不合理”)。
(2)在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组数据。
(3)得到多组Δt与E数据之后，若以E为纵坐标、以Δt为横坐标作出E−Δt图像，发现图像是一条曲线，不容易得出清晰的实验结论，为了使画出的图像为一条直线，最简单的改进办法是以___________为横坐标。
(4)其他条件都不变，若换用匝数加倍的线圈做实验，根据实验数据所作出的那条直线图像斜率_______
___________(填“减半”“不变”或“加倍”)。
三、计算题（本大题共4小题，共41.0分）
13. 太阳现在正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和 11H、 24He等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：2 −10e+4 11H→ 24He+释放核能，这些核能最后转化为辐射能．
(1)已知质子质量mp，氦核的质量mα，电子质量me，光速c.试求每发生一次上述核反应所释放的核能；
(2)用上述辐射中产生的波长为400nm某一单色光去照射逸出功为3.0×10−19J金属材料铯时，能否产生光电效应？若能，试求出产生的光电子的最大初动能.(保留三位有效数字，普朗克常量h=6.63×10−34J⋅s)
14. 如图甲所示，一横截面积S=10cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，不计活塞与气缸间的摩擦。如图乙所示是气体从状态A变化到状态B的V−T图像。已知AB的反向延长线通过坐标原点O，气体在A状态的压强为p=1.5×105Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量Q=9.0×102J，大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2。求：
(1)活塞的质量m；
(2)此过程中气体内能的增量ΔU。
15. 2021年7月28日，在东京奥运会男子双人跳板决赛中，中国选手谢思埸、王宗源获得冠军。如图1所示是他们踏板起跳的精彩瞬间，从离开跳板开始计时，跳水过程中运动员重心的v−t图像如图2所示，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2，求：
(1)运动员双脚离开跳板后重心上升的高度
(2)运动员运动过程中的最大速度
(3)跳水比赛一般分1米板跳水、3米板跳水和10米台跳水，试分析运动员的比赛项目可能是哪一个？
16. 加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。
(1)求所加交流电源的频率f。
(2)若已知半圆金属盒的半径为R，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。
(3)某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹间距Δd是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】衰变是原子核自发的，β射线是原子核内中子转变为质子时放出的。
故选C。
2.【答案】C
【解析】
【分析】
由光的折射现象判断得解；由浸润与不浸润现象判断得解；由α粒子的散射的实验现象结合原子核的电性得解；由热力学第一定律及气体的状态变化得解。
本题主要考查热学光学及近代物理的概念，熟悉热学的概念及近代物理并能理解应用是解题的关键，难度一般。
【解答】
A.由光的折射现象可知，双折射现象，是因为其光对其的折射率不同，故A错误；
B.由图可知，E显示的为浸润现象，而F为不浸润现象，故制作防水衣的防水效果F细管材料好，故B错误；
C.由α粒子的散射实验现象可知，由于原子核带正电，α粒子也带正电，故二者靠近会相互排斥，由图可知，I粒子由于远离原子核，故其轨迹不会发生大角度偏转，且由于原子核及α粒子都带正电，故二者间相互排斥，故H的轨迹错误，故C正确；
D.抽掉隔板，容器内气体体积增大，但由不会对外做功，同时由热力学第一定律可知，容器绝热，故与外界无吸放热情况，故其内能不变，由温度与理想气体内能的关系可知，其温度不变，故D错误。
3.【答案】D
【解析】A.小磁针处于地磁场和电流磁场中，其指向是合磁场的方向，根据右手螺旋定则和平行四边形法则，可判断直导线的电流应是由南向北，故A错误；
B.若电流反向，则电流磁场也反向，即向东，那么合磁场方向是东偏北，故B错误；
C.若将小磁针移到导线上方，则导线上方的电流磁场向东，与向北的磁场合成，应是东偏北，故C错误；
D.若将导线中的电流增大，则向西的电流磁场增大，合磁场方向将向西偏一点，故D正确。
故选：D。
本题考查了通电直导线周围磁场的方向的判断，还要理解两磁场合成应遵守平行四边形定则。
4.【答案】B
【解析】略
5.【答案】D
【解析】A.线圈内部的磁场由通过线圈的电流产生，根据安培右手定则可知，其磁感线方向竖直向上，故A项错误；
B.因为线圈中的电流正在减小，则线圈中电流产生的磁场减弱，根据楞次定律，涡流的方向为逆时针方向，故B项错误；
CD.由于产生的感应电动势的大小一定，而要减小涡流，必修增大铁块电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，故C错误，D正确。
故选D。
6.【答案】A
【解析】
【分析】
理想变压器副线圈的电压由原线圈电压决定，原线圈电压不变，副线圈的电压也不变；根据闭合电路欧姆定律，R接入电路中的阻值减小，电流I2增大，原线圈的电流由副线圈电流决定，故A 1示数也增大。
本题考查了变压器的构造和原理。电路动态变化的分析，总原则是由部分电路的变化确定总电路变化的情况，再确定其他电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
【解答】
AB、理想变压器输入电压保持不变，则电压表V1示数不变，而线圈匝数不变，根据U1U2=n1n2，可知副线圈两端电压U2不变，滑动变阻器的滑动触头向下移动，则R接入电路中的阻值减小，根据欧姆定律有：I2=U2R0+R可知，I2增大，A2示数增大，由I1I2=n2n1，可知I1增大，A1示数增大，而R0两端电压增大，则滑动变阻器两端电压减小，即电压表V2示数减小，故A正确，B错误；
C、由P1=U1I1可知原线圈输入功率增大，故C错误；
D、由PR0=I22R0可知，电阻R0消耗的电功率增大，故D错误。
故选：A。
7.【答案】A
【解析】A.由于理想气体温度不变，则内能不变 ΔU=0
理想气体体积变大，气体对外做功，则 W<0
根据热力学第一定律 ΔU=Q+W 可知 Q>0 桶内气体从外界吸收热量，A正确；D错误。
B.桶内气体的温度保持不变，则桶内气体分子平均动能不变，B错误；
C.根据玻意耳定律可知，气体的体积变大，则桶内气体压强减小，C错误；
故选A。
8.【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要是考查原子核的衰变、衰变射线的应用以及半衰期的计算，知道核反应过程中质量数和电荷数守恒，掌握涉及半衰期的计算方法。
根据质量数守恒和电荷数守恒分析核反应方程。探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度增大，由此分析如何调节两轮之间的厚度；根据半衰期的计算公式进行解答；根据比结合能知识分析即可判断。
【解答】
A.β衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为 77192Ir→78192X+−10e，故A正确；
B.探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度减小，故B错误；
C.192 g放射性同位素 77192Ir经过148天(2个半衰期)，剩余的未衰变质量为原来的14，故C错误；
D.核反应方程式中生成物比反应物稳定，与之对应的是衰变后的产物X的比结合能比 77192Ir的比结合能大，故D错误。
9.【答案】C
【解析】
【分析】本题主要考查了一定质量的理想气体的实验条件，根据实验原理掌握正确的实验操作。
根据实验原理分析出过程中的适量的空气进行实验；注意活塞上均匀涂抹润滑油的目的。
【解答】
A.实验之前，在注射器的内壁和活塞之间涂一些润滑油，除了可以减小两者之间的摩擦之外，主要作用是提高活塞密封性，防止漏气，与气体压强的测量无关。A错误；
B.被封气体体积越小，压缩气体时体积的变化量越小，会造成更大的实验误差，B错误；
C.实验探究气体做等温变化的规律，在温度一定时，气体的压强和体积成反比，与环境温度的高低无关，C正确；
D. 压强传感器测量的是被封气体的压强，与外界大气压强无关，故外界大气压强发生变化，不会影响实验结论，D错误。
10.【答案】A
【解析】A.磁感应强度与 I0 成正比，当霍尔元件内部电场稳定时evB=evkI0=eUb，即ΔU=vbkΔI0，仅适当增大工作电流I，根据I=neSv可知，正离子定向移动的速度增大，则电压表示数变化越大，即提高判断的灵敏度，A正确；
B.仅将该半导体材料制成的霍尔元件更换为另一个金属材料制成的霍尔元件，其载流子为自由电子，但电流方法不变，根据左手定则，自由电子在洛伦兹力的作用下与正离子偏转方向相同，则电压表V的“ + ”“ − ”接线柱连线位置需要改动，B错误；
C.根据安培定则即左手定则，正离子向外侧偏转，霍尔元件外侧带正电，则M端应与电压表V的“ − ”接线柱相连，C错误；
D.当电流 I0 增大时，磁感应强度变大，由A选项可知，霍尔元件内外两侧电势差增大，电压表V的示数会增大，D错误。
故选A。
11.【答案】B
【解析】略
12.【答案】 4.800 70.15 不合理 1Δt 加倍
【解析】(1)螺旋测微器固定刻度为 4.5mm ，可动刻度为 0.01×30.0=0.300mm
所以最终读数为 4.5mm+0.300mm=4.800mm
游标卡尺的主尺读数为 70mm ，游标读数为 0.05×3mm=0.15mm
所以最终读数为 70mm+0.15mm=70.15mm
遮光条的宽度越小，小车经过遮光条时的平均速度越接近小车的瞬时速度，遮光条的宽度越大，小车的速度误差越大，不能用宽金属片替代遮光条；
(2)在挡光片每次经过光电门的过程中，磁铁与线圈之间相对位置的改变量都一样，穿过线圈磁通量的变化量 ΔΦ 都相同；
(3)根据 E=nΔΦΔt 因 ΔΦ 不变， E 与 1Δt 成正比，横坐标应该是 1Δt ；
(4)感应电动势与磁通量变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下，感应电动势与时间成反比)；
(5)匝数 n 加倍后，产生的感应电动势加倍， E−1Δt 图像纵坐标加倍，横坐标不变，所以新图像的斜率加倍。
13.【答案】(1)5kg；(2)600J
【解析】(1)状态A时，对活塞受力分析得pS=mg+p0S
代入数据解得m=5kg
(2)在从状态A变化到状态B的过程中，发生的是等压变化，VATA=VBTB
则外界对气体做功W=−pΔV=−300J
内能的增量ΔUΔU=W+Q=600J
14.【答案】解：(1)状态A时，对活塞受力分析得pS=mg+p0S，
代入数据解得m=5kg；
(2)在从状态A变化到状态B的过程中，
发生的是等圧变化，VATA=VBTB，
则外界对气体做功W=−pΔV，
解得W=−300J，
内能的增量ΔU，
ΔU=W+Q，解得ΔU=600J。
答：(1)活塞的质量m为5kg；
(2)此过程中气体内能的增量ΔU为600J。
【解析】(1)在状态A时，对活塞受力分析，根据共点力平衡求得质量；
(2)根据功的公式可求得求出气体所做的功，最后由热力学第一定律求出气体内能的增量。
本题考查盖−吕萨克定律、热力学第一定律列式求解的方法，要注意公式中的T为热力学温度，同时注意理想气体不计分子势能，故其内能与热力学温度成正比。
15.【答案】(1) 516 m
【解析】见答案
16.【答案】(1) f=qB2πm ；(2) Ekm=q2B2R22m ；(3)不合理
【解析】略
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