2022-2023学年北京市西城区高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2022-2023学年北京市西城区高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.下列现象能说明光是横波的是( )
A. 光的衍射现象B. 光的折射现象C. 光的偏振现象D. 光的干涉现象
2.氢原子的能级图如图所示。现有大量氢原子处于n=3能级上，下列说法正确的是( )
A. 这些原子向基态跃迁过程中最多可辐射出3种频率的光子
B. 从n=3能级跃迁到n=1能级，氢原子的能量增加
C. 从n=3能级跃迁到n=4能级，氢原子向外辐射光子
D. 这些氢原子向基态跃迁过程中可能向外辐射能量为13.6eV的光子
3.下列说法正确的是( )
A. 布朗运动就是分子的无规则运动
B. 液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越明显
C. 当分子间距离增大时，分子力一定减小
D. 当分子间距离增大时，分子势能一定增大
4.某同学将机械波与电磁波进行对比，总结出下列内容，其中正确的是( )
A. 机械波和电磁波的传播都需要介质B. 机械波和电磁波都有横波和纵波
C. 机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象D. 机械波和电磁波的传播速度都与介质无关
5.用小球和轻弹簧组成弹簧振子，使其沿水平方向做简谐运动，振动图像如图所示，下列描述正确的是( )
A. t=1s时，振子的速度最大
B. t=2s时，振子的加速度最大
C. 1∼2s内，振子的速度与加速度方向相同
D. 1∼2s内，振子的位移与加速度方向相同
6.如图是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏。用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是( )
A. 减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
B. 增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大
C. 将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小
D. 将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大
7.A、B是两个完全相同的电热器，A通以图1所示的交流电，B通以图2所示的正弦式交变电流。两电热器的电功率之比为( )
A. 2：1B. 1: 2C. 1：1D. 2:1
8.玻璃杯从同一高度落下，落在坚硬地面上比落在地毯上容易碎，下列说法正确的是( )
A. 玻璃杯落在坚硬地面上比落在地毯上的动量大
B. 玻璃杯落在坚硬地面上比落在地毯上的冲量大
C. 玻璃杯落在坚硬地面上比落在地毯上的动量变化率大
D. 玻璃杯落在坚硬地面上比落在地毯上的动量变化量大
9.一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V−T图像如图所示。下列说法正确的是( )
A. A→B的过程中，气体的压强一定变大
B. A→B的过程中，气体分子的平均动能变大
C. B→C的过程中，气体内能一定增加
D. B→C的过程中，气体一定放出热量
10.某种感温式火灾报警器如图1所示，其简化的工作电路如图2所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R0为滑动变阻器，R1为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置(图中未画出)通过检测R1的电流触发报警。下列说法正确的是( )
A. 警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小
B. 警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小
C. 通过定值电阻R1的电流过低时，报警装置就会报警
D. 若要调低预设的报警温度，可减小滑动变阻器R0的阻值
11.两列频率、振幅、相位均相同的简谐横波在水平面上传播，某时刻的干涉图样如图所示，实线代表波峰，虚线代表波谷，M、N、P三质点的平衡位置在同一直线上，以下说法正确的是( )
A. 质点M是振动减弱点B. 质点N正在向上运动
C. 它们的振幅都等于两列波振幅之和D. 再经过半个周期，质点P运动至M处
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
12.中国发布的“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若在输送电能总功率不变的情况下，仅将原来的500kV高压输电升级为1000kV的特高压输电，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来的12
B. 若输电线不变，则输电线上损失的功率变为原来的12
C. 若输电线损失功率不变，则传输相同距离所需的同种导线横截面积是原来的12
D. 若输电线损失功率不变，则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍
13.用图1所示装置研究光电效应现象，使用同一光电管在不同光照条件下进行了三次实验，记录微安表的示数I随光电管电压U的变化情况，得到甲、乙、丙三条曲线，如图2所示。下列说法正确的是( )
A. 甲光的强度大于丙光的强度B. 甲光的频率大于乙光的频率
C. 甲光在单位时间内产生的光电子数最多D. 甲光产生的光电子最大初动能最大
14.将一轻弹簧与小球组成弹簧振子竖直悬挂，上端装有记录弹力的拉力传感器，当振子上下振动时，弹力随时间的变化规律如图所示。已知重力加速度大小g=10m/s2，下列说法正确的是( )
A. 小球的质量为2kg，振动的周期为4s
B. 0∼2s内，小球受弹力的冲量大小为20N⋅s
C. 0∼2s内和2∼4s内，小球受弹力的冲量方向相反
D. 0∼4s内，小球受回复力的冲量大小为0
三、实验题：本大题共2小题，共11分。
15.某同学用如图1所示的装置进行“用单摆测量重力加速度的大小”的实验。
(1)用游标卡尺测量摆球直径，如图2所示，可知摆球的直径d为______mm。

(2)关于实验操作或结果的分析，下列说法正确的是______。
A.摆球应尽量选质量大体积小且质量分布均匀的
B.摆长一定的情况下，摆角应大一些，以便于观察
C.单摆摆动稳定后，在摆球经过最低点时开始计时
D. 用秒表测量单摆完成1次全振动所用时间并作为单摆的周期
(3)某同学多次改变单摆的摆长l并测得相应的周期T，他根据测量数据画出了如图3所示的图像，但忘记在图中标明横坐标所代表的物理量。你认为横坐标所代表的物理量是______(选填“l2”“ l”或“ l”)，若图线斜率为k，则重力加速度g=______。
16.某实验小组用图1所示实验装置来进行“探究气体等温变化的规律”实验。
(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的温度和_________。
(2)关于该实验的操作，下列说法正确的是_________。
A.在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性
B.实验时应快速推拉柱塞并迅速读数，以避免气体与外界发生热交换
C.推拉柱塞及读取数据时不要用手握住注射器下端，以避免改变气体的温度
D. 实验必须测量柱塞的横截面积，以获知被封闭气体的体积
(3)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，实验小组在不同的环境温度下进行了实验，得到的p−V图像如图2所示，由图可知，这两次实验气体的温度大小关系为T1______T2(选填“<”“=”或“>”)。
(4)实验小组同学做出p−1V图像，发现当气体压强增大到一定值后，实验数据描绘的图线偏离过原点的直线。若是因实验装置漏气导致的偏离，则描绘的图线可能如图3的____(选填“①”或“②”)所示。请通过分析说明你的判断__________。
四、计算题：本大题共4小题，共43分。
17.一列简谐横波沿x轴正方向传播，波传播到x=6m的质点M时的波形图如图1所示，N是x=9m处的质点。图2是从此时刻开始计时质点M的振动图像。求：
(1)这列波的波长、周期和波速；
(2)质点M在前2s内运动的路程s；
(3)波从M点传到N点所用的时间，并判断质点N开始振动的方向。
18.现在高速公路上的标志牌常贴有“回归反光膜”，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向射回，使标志牌上的字特别清晰醒目。这种“回归反光膜”采用高折射率的微小玻璃球制成，并在后半表面镀铝膜，如图1所示。一光线沿平行于玻璃球直径AB方向射入玻璃球，发生折射后到达B处发生反射，再经折射后平行入射方向射出，光路及角度如图2所示，O为球心。已知光在空气中的传播速度约等于光在真空中的传播速度3×108m/s。求：
(1)玻璃球的折射率n(结果保留3位有效数字)；
(2)光在玻璃球中的传播速度v(结果保留3位有效数字)；
(3)如果没有铝膜，通过分析说明该光线能否在B处发生全发射。
19.交流发电机可分为“旋转电枢式”和“旋转磁极式”两种。通过旋转，使线圈磁通量发生变化，磁通量的变化规律决定了该线圈产生的感应电动势的规律。
(1)如图为旋转电枢式发电机的示意图。两磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B。线圈ABCD的面积为S，匝数为N(图中只画出了其中的一匝线圈)，线圈的总电阻为r。线圈绕轴OO′匀速转动，角速度为ω。线圈通过滑环和电刷与外电路阻值为R的定值电阻连接。
a.从图示位置开始计时，写出线圈中电流瞬时值的表达式；
b.求线圈转动过程中电阻R的发热功率。
(2)旋转电枢式发电机的线圈必须经过裸露的滑环和电刷来保持与外电路的连接，电压高时可能发生火花放电，因此发电站常采用“旋转磁极式”发电机。若(1)问中线圈和外电路不变，通过旋转磁极的方式，使线圈的磁通量随时间发生变化，规律为Φ=Φ0sin2πTt，式中Φ0为线圈的磁通量的最大值，T为线圈磁通量变化的周期。
a.写出线圈的电动势随时间变化的规律；
b.线圈磁通量从零增至最大的过程，求通过电阻R的电荷量q。
20.碰撞在宏观、微观世界中都是十分普遍的现象。在了解微观粒子的结构和性质的过程中，碰撞的研究起着重要的作用。
(1)在列车编组站里，一辆质量为m1的货车在水平平直轨道上以v0的速度运动，碰上一辆质量为m2的静止的货车，它们碰撞后结合在一起继续运动。碰撞过程中铁轨的摩擦力可忽略不计。求它们碰后瞬时速度v的大小；
(2)某种未知的微观粒子以一定的速度跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度；让该未知粒子以相同的速度跟静止的氮原子核正碰，测出碰撞后氮原子核的速度与氢原子核速度之比为2:15。已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求该未知粒子的质量m；
(3)康普顿在研究石墨对X射线的散射时，提出光子不仅具有能量，而且具有动量，光子动量p=hλ。假设射线中的单个光子与静止的无约束的自由电子发生弹性碰撞。碰撞后光子的方向与入射方向夹角为α，电子的速度方向与入射方向夹角为β，其简化原理图如图所示。光子和电子组成的系统碰撞前后动量守恒，动量守恒定律遵循矢量运算的法则。已知入射光波长λ，普朗克常量为h。求碰撞后光子的波长λ′。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解：光的偏振现象能说明光是横波的，其他现象不行，故C正确，ABD错误；
故选：C。
熟悉光可以发生的现象及对应的物理意义。
本题主要考查了光的相关应用，理解光能够发生的现象及其原因即可，难度不大。
2.【答案】A
【解析】A.大量原子向基态跃迁过程中最多可辐射出：C32=3种频率的光子，故A正确；
B.从n=3能级跃迁到n=1能级，即从高能级向低能级跃迁，则氢原子的能量减小，故B错误；
C.从n=3能级跃迁到n=4能级，即从低能级向高级跃迁，氢原子需要吸收光子的能量，故C错误；
D.氢原子处于n=3能级向基态跃迁时向外辐射的最大能量为：ΔE=(−1.51eV)−(−13.6eV)=12.09eV，故D错误。
故选A。
3.【答案】B
【解析】A.布朗运动指的是悬浮在液体中的微粒的无规则运动，A错误；
B.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越明显，B正确；
C.如图为分子力随距离的变化图像，可知当分子间距离增大时，分子力不一定减小，C错误；

D.如图为分子势能随距离的变化图像，可知当分子间距离增大时，分子势能不一定增大，D错误。

故选B。
4.【答案】C
【解析】A.机械波的传播需要介质，而电磁波的传播可以不需要介质，A错误；
B.机械波有横波和纵波，电磁波只有横波，B错误；
C.机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象，C正确；
D.机械波的传播速度只与介质有关，而电磁波在介质中传播的速度不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关，D错误。
故选C。
5.【答案】C
【解析】A.由图可知，t=1s时振子位移最大，此时速度为零，故A错误；
B.由图可知，t=2s时振子位移为零，此时回复力为零，振子的加速度为零，故B错误；
C.1∼2s内，振子从最大位移处向平衡位置运动，此过程中速度与加速度方向相同，故C正确；
D.由回复力公式：F回=−kx可知，简谐运动中振子位移方向始终与回复力方向相反，则加速度方向与位移方向相反，故D错误。
故选C。
6.【答案】B
【解析】【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ判断干涉条纹间距的变化。解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ，知道条纹间的间距与什么因素有关。
【解答】
解：A、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距增大。故A错误。
B、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ知，增大双缝到屏的距离，即L增大，干涉条纹间距增大。故B正确。
C、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大。故C错误。
D、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=Ldλ知，将绿光换为紫光，波长变短，则干涉条纹间距减小。故D错误。
故选B.
7.【答案】A
【解析】根据交流电有效值的定义，对于方波有：2×I02R×T2=IA2RT
得：IA=I0
正弦交流电的电流有效值：IB=I0 2
根据功率公式P=I2R得到：PAPB=(IAIB)2=I0I0 22=21。
故选A。
8.【答案】C
【解析】解：玻璃杯从同一高度落下，根据自由落体规律，落在水泥地面上或落在地毯上时，速度相同，则动量相同，动量变化量相同，根据动量定理I=mv=Ft
所受合外力冲量相同，落在水泥地上时作用时间较短，动量变化率更大。故C正确，ABD错误。
故选：C。
根据动量定理结合题意，分析合外力冲量，再结合时间，分析动量变化率。
本题考查学生对动量定理、动量变化率的掌握，比较基础。
9.【答案】D
【解析】A.A→B的过程中，温度不变体积变大，据 pVT=C 可知，气体的压强一定变小，A错误；
B.A→B的过程中，气体温度不变，分子的平均动能不变，B错误；
CD.由理想气体状态方程可得：V=Cp⋅T
B→C的过程中，图线为过原点倾斜直线，气体压强不变，温度降低体积变小，气体内能一定减少，体积变小外界对气体做功，据热力学第一定律可知，气体一定放出热量，C错误，D正确。
故选D。
10.【答案】D
【解析】A.变压器中副线圈两端电压取决于原线圈电压与匝数比，由于原线圈两端电压与匝数比不变，则警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，故A错误；
B.警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，则原线圈中电流增大，由 P=UI 可知，由于原线圈两端电压不变，所以原线圈输入功率变大，故B错误；
C.警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，即通过定值电阻R1的电流达到某一值时，报警装置就会报警，故C错误；
D.若要调低预设的报警温度，即热敏电阻的阻值较大，要保持流过R1的电流不变，则可减小滑动变阻器R0的阻值，故D正确。
故选D。
11.【答案】B
【解析】A.质点M是波谷与波谷相遇点，是振动加强点，故A错误；
B.质点N是波峰和波谷中间位置的点，正在向上运动，故B正确；
C.加强点的振幅都等于两列波振幅之和，减弱点的振幅等于两列波振幅之差，故C错误；
D.质点只在自己平衡位置附近振动，但不随波迁移，故D错误。
故选B。
12.【答案】AD
【解析】AB.由公式
P=UI
可知，在输电功率不变的情况下，电压升高为原来的2倍，则输送电流变为原来的 12 ，导线上损失的电压，损失的功率分别为
ΔU=Ir
ΔP=I2r
输电线不变，所以输电线上损失的电压变为原来的 12 ，损失的功率变为原来的 14 ，A正确，B错误；
C.由于输送电流变为原来的 12 ，要保持输电线损失功率不变，输电线的阻值应变为原来的4倍，由电阻定律可得
R=ρLS
传输相同距离所需的同种导线横截面积变为原来的 14 ，C错误；
D.类比C选项解析可知，若输电线损失功率不变，则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍，D正确。
故选AD。
13.【答案】AC
【解析】A.由图1可知甲光和丙光的饱和光电流不相同，甲的饱和光电流大一些，说明甲光比丙光的强度强，故A正确；
B.由光电子逸出后，由动能定理可得
eUC=Ekmax
由爱因斯坦光电效应方程有
Ekm=hv−W0
联立可得
eUC=hν−W0
由此可知，遏止电压越大，入射光的频率越大，由图2可知，甲光对应的遏止电压与丙光对应的遏止电压小于乙光对应的遏止电压，则甲光的频率小于乙光的频率，故B错误；
C.由图2可知，甲光的强度最大，则甲光在单位时间内产生的光电子数最多，故C正确；
D.由爱因斯坦光电效应方程有
Ekm=hv−W0
由于乙光的频率最大，则乙光产生的光电子最大初动能最大，故D错误。
故选AC。
14.【答案】BD
【解析】A.根据图像可知，零时刻弹力最大小球在最低点，2s时弹力最小(为零)在最高点，由对称性可知，在平衡位置时，弹力为10N，可得
F=mg
解得小球的质量为1kg，振动的周期为4s，故A错误；
BC.0∼2s内，小球初末速度均为零，根据动量定理可得
IF−mgt=0−0
解得
IF=20N⋅s
即小球受弹力的冲量大小为20N⋅s，方向竖直向上，同理可知，2∼4s内，小球受弹力的冲量大小为20N⋅s，方向竖直向上，故0∼2s内和2∼4s内，小球受弹力的冲量方向相同，故B正确，C错误；
D.小球受到的合力作为回复力，0∼4s的初末状态速度均为零，即动量变化为零，可知小球受回复力的冲量大小为0，故D正确。
故选BD。
15.【答案】(1)20.6
(2)AC
(3) l ； 4π2k2
【解析】(1)摆球的直径d为d=20mm+0.1mm×6=20.6mm
(2)A.为了减小空气阻力产生的误差，摆球应尽量选质量大体积小且质量分布均匀的，A正确；
B.摆长一定的情况下，摆角不能大于5∘，B错误；
C.单摆摆动稳定后，在摆球经过最低点时开始计时，C正确；
D.用秒表测量单摆完成50次全振动所用时间t，单摆的周期为T=t50，D错误。
故选AC。
(3)根据T=2π lg
解得T=2π g⋅ l
横坐标所代表的物理量是 l ；
若图线斜率为k，则k=2π g
解得g=4π2k2
16.【答案】(1)质量 (2)AC(3)<(4)② ；如果漏气，注射器中气体分子数密度减小，气体压强会比未漏气时的压强小，因此图像偏离直线向下弯曲
【解析】(1)在本实验操作的过程中，需要保持不变的量是气体的温度和质量。
(2)在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性，防止漏气，A正确。
快速推拉柱塞，会因做功导致气体温度变化，故应缓慢推拉柱塞，B错误，
推拉柱塞及读取数据时不要用手握住注射器下端，以避免手与气体发生热交换而改变气体的温度，C正确
实验不必测量柱塞的横截面积，以气柱的长度值代替气体的体积即可，D错误
故选AC。
(3)相同体积时，即气体分子的数密度相同，此时T1对应的压强小，可见其分子平均动能小，温度低，故T1 (4)封闭在注射器中的气体，温度不变，气体分子的平均动能不变；在V不变的情况下，如果存在漏气，注射器中气体分子数密度减小。根据气体压强的微观解释可知，气体压强会比未漏气时的压强小。所以在图像中，对应同一横坐标 1V ，纵坐标p的值会变小，因此图像偏离直线向下弯曲，如图线②所示。
17.【答案】(1)由图1可知，波长为4m，由图2可知，周期为0.2s，故波速为
v=λT=20m/s
(2)2s相当于10个周期，每个周期质点的路程为4A，可知质点M在前2s内运动的路程为
s=10×4×5cm=200cm
(3)波从M点传到N点所用的时间为Δt=Δxv=9−620s=0.15s
质点M的起振方向向上，之后所有质点的起振方向与质点M的相同，故质点N开始振动的方向向上。

【解析】本题利用波动和振动图像解题，结合波速公式求解，难度不大，题型基础。
18.【答案】(1)据折射定律可得，玻璃球的折射率为n=sin60∘sin30∘≈1.73
(2)光在玻璃球中的传播速度为v=cn≈1.73×108m/s
(3)临界角满足sinC=1n= 33
光线在B处的入射角为30∘，由于sin30∘=12可知如果没有铝膜，该光线在B处不会发生全发射。

【解析】本题以生活为例考查光的折射和全反射，难度不大
19.【答案】(1)a.图示位置线圈处于中性面，从此位置开始计时，线圈产生的感应电动势e=Emaxsinωt
其中Emax=NBSω
由闭合电路欧姆定律有i=eR+r=EmaxsinωtR+r=NBSωsinωtR+r
b.线圈转动过程中流过R的电流为I=Imax 2=EmaxR+r 2=Emax 2(R+r)=NBSω 2(R+r)
电阻R的发热功率P=I2R=NBSω 2(R+r)2R=N2B2S2ω2R2(R+r)2
(2)a.由法拉第电磁感应定律可知，线圈的电动势e=NΔΦΔt=NΦ0csωt=NΦ0cs2πTt
b.电荷量q=IΔt=ER+rΔt=NΔΦΔtR+rΔt=NΔΦR+r
线圈磁通量从零增至最大的过程ΔΦ=Φ0
则q=NΦ0R+r

【解析】本题考查正弦式交变电流，解题关键是掌握正弦式交变电流规律，会求解正弦式交变电流的瞬时值、峰值、平均值和有效值，知道求解电荷量时用平均值，求解功率时用有效值。
20.【答案】(1)依题意，根据动量守恒定律有m1v0=(m1+m2)v
可得m1+m2
(2)依题意，微观粒子以一定的速度跟静止的氢原子核弹性正碰。根据动量守恒定律及机械能守恒定律可得
mv0=mv1+mHv
12mv02=12mv12+12mHv2
同理，让该未知粒子以相同的速度跟静止的氮原子核弹性正碰，可得
mv0=mv′1+14mHv′
12mv02=12mv′12+12⋅14mHv′2
其中v′=215v
联立求得m=mH
(3)依题意，设碰撞后电子的动量为 p′ ，在水平方向上，根据动量守恒定律有hλ=hλ′cs α+p′cs β
在竖直方向上，有hλ′sin α=p′sin β
联立求得λ′=λ(csα+sinαctβ)

【解析】本题考查了动量守恒和能量守恒，结合原子物理具有一定的综合性。解题的关键是了解课本动量的知识。