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2022-2023学年河北省承德市高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析）
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这是一份2022-2023学年河北省承德市高二（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.在下列的四个核反应方程中，属于重核裂变的是( )
A. 1124Na→1224Mg+−10eB. 92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C. 919F+24He→1022Ne+11HD. 23He+12H→24He+11H
2.复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料-黑磷，并成功制备了半导体测试材料。已知黑磷是有黑色金属光泽的半导体，是白磷在很高压强和较高温度下转化形成的。图为黑磷的微观结构，下列说法正确的是( )
A. 黑磷是晶体材料
B. 黑磷和白磷是同位素
C. 黑磷没有固定的熔点
D. 黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散
3.如图所示，体育课上同学们在练习排球。排球竖直向上被垫起后，经1.2s又回到原出发点，则排球被垫起后上升的最大高度约为( )
A. 1.0mB. 1.2mC. 1.5mD. 1.8m
4.两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示，图中r0为分子力的零点，r1为分子力的极值点；两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0，r2为分子势能的零点，r3为分子势能的极值点，极小值为−Epmin。下列判断正确的是( )
A. r0=r2B. r0=r3C. r1=r2D. r1=r3
5.氢原子能级图如图所示，用某单色光照射大量处于基态的氢原子后，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则该单色光的光子能量为( )
A. 14.14eVB. 12.75eVC. 12.09eVD. 10.20eV
6.如图甲所示，斜面固定在水平地面上，可视为质点的物体从斜面底端以10m/s的速度沿斜面向上滑动，到达斜面顶端时速度恰好为0，之后又滑回斜面底端。规定平行于斜面向上为正方向，物体运动的部分v−t图像如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2，则斜面顶端距水平地面的高度为( )
A. 2mB. 3mC. 4mD. 5m
7.如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，再变化到状态c，然后再由状态c回到状态a，V−p图像中的bc段与横轴平行，ca段与纵轴平行。下列说法正确的是( )
A. b→c过程中气体从外界吸热
B. c→a过程中气体内能减小
C. b→c过程中气体内能不变
D. a→b过程中气体分子的平均动能先变大后变小
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.关于热学现象与规律，下列说法正确的是( )
A. 热机的效率不可能达到100%B. 自然界中某些热现象不具有方向性
C. 热量能从低温物体传到高温物体D. 孤立系统的自发过程中熵可能减小
9.在如图所示的电路中，C是平行板电容器，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，闭合开关S，电路稳定后突然断开开关S，下列说法正确的是( )
A. 当A板上所带的正电荷逐渐增多时，LC振荡电路中的电流在增加
B. 当B板上所带的正电荷逐渐增多时，LC振荡电路中的电流在减小
C. 仅减小电容器两极板间的距离，LC振荡电路的周期将变大
D. 减小电容器两极板间的距离，同时增加电感线圈的匝数，LC振荡电路的周期可能不变
10.质量为M、半径为R的圆柱形汽缸(上端有卡扣)用活塞封闭一定质量的理想气体，如图甲所示，活塞用细线连接并悬挂在足够高的天花板上。初始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞与容器上、下部的距离分别为h和2h，现让封闭气体的温度缓慢升高，气体从初始状态A经状态B到达状态C，其p−V图像如图乙所示，已知外界大气压恒为p0，点O、A、C共线，活塞气密性良好，重力加速度大小为g。则理想气体在状态( )
A. B的热力学温度为2T0B. B的压强为p0−MgπR2
C. C的压强为p02−MgπR2D. C的热力学温度为9T04
三、实验题：本大题共2小题，共15分。
11.某同学用如图所示的装置，探究力的合成与分解。
(1)本实验采用的科学方法为______。
A.理想实验法
B.控制变量法
C.等效替代法
D.建立物理模型法
(2)下列实验操作符合规范且正确的是______。
A.同一组实验必须将结点O拉到同一位置
B.实验时两弹簧测力计的示数不能超过量程
C.应使两弹簧测力计之间的夹角总保持为60∘，以便于计算
D.为保证实验结果尽可能准确，两弹簧测力计必须保持与木板垂直
12.小谭同学利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)一端固定有定滑轮的长木板放在水平桌面上，按照图甲安装好器材，图甲中电源应该接入______
A.8V的正弦交流电源
B.8V的直流电源
C.220V的直流电源
D.220V的正弦交流电源
(2)往空砂桶里，逐渐加入砂子，当小车开始缓慢运动时，取下砂桶，在天平上称得砂和砂桶的质量为m0，由此可知，小车受到的摩擦力为______。
(3)在满足小车质量M远大于砂和砂桶质量m的条件下进行实验，根据实验得到的多组数据，即砂和砂桶的质量m和小车对应的加速度a，画出的图像如图乙所示，重力加速度大小为g，则图中b表示的物理量为______，图像斜率为______。
四、简答题：本大题共3小题，共39分。
13.一光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属铯制成，并接入如图所示的电路中。当用频率为ν的单色光射向阴极K时，能产生光电流。移动变阻器的滑片，当电压表的示数为U时，电流计的示数达到饱和电流I。已知普朗克常量为h，电子的质量为m，电子的电荷量为e，真空中的光速为c。求：
(1)每个单色光的光子的动量大小p；
(2)光电子到达阳极时的最大速率vm。
14.某物理探究小组设计了一款火警报警装置，原理图如图所示。汽缸通过细线悬挂在天花板下，质量m=300g、横截面积S=15cm2的活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，起初环境的热力学温度T1=294K时，活塞距汽缸底部的高度h=15cm，当环境温度上升，活塞缓慢下移Δh=5cm时，活塞表面(涂有导电物质)恰与a、b两触点接触，蜂鸣器发出报警声。不计活塞与汽缸之间的摩擦，外界大气压强p0=1.0×105Pa。取重力加速度大小g=10m/s2。
(1)求蜂鸣器刚报警时密封气体的热力学温度T2；
(2)若蜂鸣器刚报警时气体的内能增加了10J，求此过程中密封气体吸收的热量Q。
15.如图所示，质量为3m、可当成质点的滑块放在质量为m的长木板上，已知滑块和木板之间的动摩擦因数为μ，水平地面光滑，某时刻滑块和木板以相同的初速度v0向右做匀速直线运动，在木板的右侧固定有一竖直放置的挡板，木板与挡板碰撞过程无能量损失，碰撞时间极短可以忽略不计，最终滑块恰好静止在木板右端(滑块未与挡板碰撞)，重力加速度大小为g，求：
(1)木板的长度L；
(2)从木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来所用的时间t。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A为β衰变，C为发现质子的方程，D为聚变，B正确。
故选：B。
记住重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核．
本题考查了重核裂变的特点，在学习中还有掌握三种衰变、聚变和一些典型的核反应方程．
2.【答案】A
【解析】解：AC、根据图示可知，黑磷的微观结构呈现空间上规则排列，具有空间上的周期性，属于晶体材料，因而黑磷具有固定的熔点，故A正确，C错误；
B、质子数相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑鳞属于同素异型体，不属于同位素，故B错误；
D、根据图示可知，黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，故D错误。
故选：A。
黑磷的微观结构具有空间上的周期性；晶体具有固定的熔点；白磷和黑鳞属于同素异型体；黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密。
本题以复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料-黑磷为背景，考查了晶体及晶体的特点，要求学生明确晶体具有固定的熔点。
3.【答案】D
【解析】解：排球做竖直上抛运动，上升过程和下落过程具有对称性，则上升的时间和下落时间均为0.6s，上升的最大高度为h=12gt2=12×10×0.62m=1.8m
故ABC错误，D正确。
故选：D。
竖直上抛运动具有对称性，上升过程和下落过程时间相等，根据位移-时间公式求解上升的最大高度。
本题考查竖直上抛运动，解题关键是知道竖直上抛运动上升过程和下落过程具有对称性，结合运动学公式列式求解即可。
4.【答案】B
【解析】解：AB.当r1=r0，即分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小，所以r0=r3，故A错误，B正确；
CD.从r3减小到r2的过程中，分子势能增大，分子间距离小于平衡位置，分子间作用力为斥力，故r1≠r2，r1≠r3，故CD错误。
故选：B。
当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小；当分子间距离小于平衡距离时，分子力表现为斥力；当分子间距离大于平衡距离时，分子力表现为引力，根据图象分析答题。
本题考查分子力、分子势能与分子间距离的关系，知道分子间距离等于平衡距离时分子势能最小，掌握分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系。
5.【答案】B
【解析】解：根据能级图可知，巴耳末系是高能级氢原子跃迁到2能级的谱线图，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则氢原子从4能级跃迁到2能级时有两根谱线属于巴耳末系，则单色光的光子能量为
E=−0.85eV−(−13.6eV)=12.75eV，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据帕邢系的特点，结合玻尔理论分析即可。
该题考查玻尔理论以及氢光谱，知道帕邢系的特点即可正确解答。
6.【答案】B
【解析】解：图像的斜率等于加速度，可知在0∼2s内，物体的加速度大小为a1，由加速度公式得：
a1=|ΔvΔt|
由图可知Δv=−10m/s
解得：a1=5m/s2
由牛顿第二定律得：
mgsinθ+μmgcsθ=ma1
在2s∼4s内，物体的加速度大小为a2，由加速度公式得：
a2=|ΔvΔt|
a2=1m/s2
由牛顿第二定律得：
mgsinθ−μmgcsθ=ma2
联立解得：sinθ=310
图像与坐标轴围成的面积表示位移的大小，所以斜面长度为：
x=12×2×10m=10m
斜面高度为h，由几何知识得：
h=xsinθ
代入数据得：h=3m，故ACD错误，B正确；
故选：B。
根据图像解得物块运动到最高点的位移，根据图像斜率可解得加速度，根据牛顿第二定律列出方程组，结合几何知识解得斜面顶端距水平地面的高度。
本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合运用，知道速度-时间图线的斜率表示加速度，图线与时间轴围成的面积表示位移的大小。
7.【答案】D
【解析】解：AC、b→c过程中气体等容变化，根据查理定律可知，气体压强减小，温度降低，此过程气体往外界放热，内能减小，故AC错误；
B、c→a过程中气体等压变化，根据盖-吕萨克定理可知，气体的体积增大，温度升高，内能增加，故B错误；
D、a→b过程中，pV的乘积先增加后减小，气体的温度先增加后减小，故此过程气体的平均动能先变大后变小，故D正确。
故选：D。
分析气体a→b、b→c、c→a过程中三个状态参量的变化情况，根据理想气体的状态方程进行分析，a→b→c内能变化为零，根据热力学第一定律分析热传递情况。
本题主要是考查了理想气体的状态方程之图象问题，要注意研究过程中哪些量不变，哪些量变化，根据理想气体的状态方程和热力学第一定律解决问题。
8.【答案】AC
【解析】解：A、根据热力学第二定律：不可能从单一热库吸热使之完全转化为有用的功而不产生其他影响，所以热机的效率不可能达到100%，故A正确；
B、自然界中的热现象都具有方向性，热量只能自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，故B错误；
C、通过外力做功的方式可以使热量能从低温物体传到高温物体，例如冰箱、空调等等，故C正确；
D、根据熵增原理，孤立系统的自发过程中熵永不减少，此为热力学第二定律的另一种表述，故D错误。
故选：AC。
根据热力学第二定律分析热机的效率以及自然界中某些热现象是否具有方向性；通过举例说明热量能从低温物体传到高温物体；根据熵增原理分析D项。
该题考查热力学第二定律，要掌握热力学第二定律的几种表述，特别要记牢熵增原理。
9.【答案】BC
【解析】解：A、当A板上所带的正电荷逐渐增多时，电容器中电场能增加，则线圈中磁场能减小，LC振荡电路中的电流在减小，故A错误；
B、当B板上所带的正电荷逐渐增多时，电容器中电场能增加，则线圈中磁场能减小，LC振荡电路中的电流在减小，故B正确；
C、仅减小电容器两极板间的距离，根据
C=εrS4πkd
T=2π LC
可知电容器电容变大，LC振荡电路的周期将变大，故C正确；
D、减小电容器两极板间的距离，同时增加电感线圈的匝数，根据
C=εrS4πkd
T=2π LC
可知电容器电容变大，电感线圈自感系数变大，则LC振荡电路的周期将变大，D错误。
故选：BC。
电路稳定后突然断开开关S，形成LC振荡电路，依据电容的定义式和振荡周期公式判断。
本题考查LC振荡电路，要知道该电路中电场能和磁场能之间的转化情况，来判断电流、周期的变化情况。
10.【答案】BD
【解析】解：A、气体从状态A到B发生等压变化，根据盖-吕萨克定律有：2hT0=3hTB，解得：TB=32T0，故A错误；
B、汽缸悬挂后处于平衡状态，根据平衡条件有：Mg+πR2pB=πR2p0，解得：pB=p0−MgπR2，故B正确；
C、根据点O、A、C共线，可得pCVC=pAVA，其中pA=pB，VC=(h+2h)S=3hS，VA=2hS，解得：pC=3p02−3Mg2πR2，故C错误；
D、气体在状态B时活塞处于顶端，从B到C为等容变化，根据查理定律有：pBTB=pCTC，解得：TC=9T04，故D正确。
故选：BD。
气体从状态A到B发生等压变化，运用盖-吕萨克定律求解B的热力学温度。汽缸悬挂后处于平衡状态，根据平衡条件计算B的压强。根据点O、A、C共线，由几何关系求C的压强。B到C为等容变化，运用查理定律求C的热力学温度。
本题考查气体实验定律，目的是考查学生的分析综合能力。要明确气体不变的状态参量，选择相应的气体实验定律是解题的关键。
11.【答案】C AB
【解析】解：(1)合力与分力是等效与替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法，故ABD错误，C正确。
故选：C。
(2)A.为了保证效果相同，同一组实验必须将结点O拉到同一位置，故A正确；
B.为了准确性和不损坏器材，实验时两弹簧测力计的示数不能超过量程，故B正确；
C.为了让实验结果具有普遍意义，两弹簧测力计之间的夹角适当大一些就可以，不需要为特定角，故C错误；
D.为保证实验结果尽可能准确，两弹簧测力计必须保持与木板平行，故D错误。
故选：AB。
故答案为：(1)C；(2)AB。
(1)本实验采用的等效替代法，据此分析作答；
(2)根据实验原理、实验操作和注意事项分析作答。
力是矢量，通过探究力的合成规律，为以后矢量的合成与分解打基础，学生应该重视此题。
12.【答案】Am0gm0 Mg
【解析】解：(1)图甲中使用的是电磁打点计时器，则电源插头应该插入8V的正弦交流电源。故A正确，BCD错误。
故选：A。
(2)当小车开始缓慢运动时，绳子的拉力大小等于砂和砂桶的重力
F=m0g
对于小车受到拉力和摩擦力作用，小车开始缓慢运动则
Ff=F=m0g
(3)对于根据牛顿第二定律
mg−m0g=Ma
即
m=Mga+m0
即b表示的是纵轴的截距，为m0，图像的斜率
k=Mg
故答案为：(1)A；(2)m0g；(3)m0，Mg。
(1)根据电磁打点计时器的工作电压判断；
(2)根据平衡条件分析计算；
(3)根据牛顿第二定律推导函数图像，结合图像计算。
本题关键掌握根据牛顿第二定律推导函数，利用图像处理问题。
13.【答案】解：(1)设单色光的波长为λ，则有
p=hλ
又c=λν
解得：p=hνc
(2)设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程及动能定理有
Ek=hν−hν0
eU=12mvm2−Ek
解得：vm= 2(eU+hν−hν0)m
答：(1)每个单色光的光子的动量大小为hνc；
(2)光电子到达阳极时的最大速率为 2(eU+hν−hν0)m。
【解析】(1)根据光子动量的表达式，结合光速的计算公式得出光子的动量；
(2)根据光电效应结合动能定理得出光电子到达阳极时的最大速率。
本题主要考查了光电效应的相关应用，熟悉光子动量的计算公式，结合动能定理即可完成分析。
14.【答案】解：(1)活塞缓慢下移Δh=5cm的过程，缸内气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得：hST1=(h+Δh)ST2
解得T2=392K；
(2)气体等压膨胀，设缸内气体的压强为p1，气体对外界做的功为W，气体的内能增加了ΔU=10J
则外界对气体做的功为：W=−p1SΔh
对活塞根据平衡条件可得：p0S=p1S+mg
根据热力学第一定律可得：ΔU=W+Q
联立解得：Q=17.35J。
答：(1)蜂鸣器刚报警时密封气体的热力学温度为392K；
(2)若蜂鸣器刚报警时气体的内能增加了10J，此过程中密封气体吸收的热量为17.35J。
【解析】(1)缸内气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律求解；
(2)对活塞受力分析，根据平衡条件求解封闭气体的压强，再求出外界对气体做的功，根据热力学第一定律求解。
本题考查了气体实验定律和热力学第一定律的应用，确定封闭气体的初末状态参量，应用相应实验定律解答。应用热力学第一定律(ΔU=W+Q)解答问题时，要注意各物理量的正负的意义。
15.【答案】解：(1)滑块相对木板始终向右滑动，系统的动能转变为内能，所以有
12×4mv02=μ×3mgL
解得
L=2v023μg
(2)滑块运动的加速度大小
a1=μ⋅3mg3m=μg
木板运动的加速度大小
a2=μ⋅3mgm=3μg
木板反向后速度大小仍然为v0，则滑块与木板发生相对运动，设经过时间t1二者达到共同速度v1，则
v1=v0−a1t1=−v0+a2t1
这段时间内，木板向左运动的位移大小
x′1=v0t1−12a2t12
此后滑块与木板以共同速度v1向右滑动直到木板与挡板发生第二次碰撞；
设这段过程中木板运动的时间为t1′，显然
x′1=v1t′1
联立解得
v1=12v0
t1=2t′1=v02μg
之后滑块和木板以v1=12v0的共同初速度重复上述运动过程，设第二次碰撞后二者的共同速度为v2，滑块和木板相对运动的时间为t2，共同匀速运动的时间为t′2，同理可得
v2=12v1=122v0
t2=2t′2=v022μg
所以滑块和木板从第一次与挡板碰撞到停下来所需的时间为
t=t1+t′1+t2+t′2+⋯+tn+t′n=32×(12+122+⋯+12n)v0μg=3v02μg
答：(1)木板的长度为2v023μg；
(2)从木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来所用的时间为3v02μg。
【解析】(1)根据能量守恒求出木板的长度；
(2)根据牛顿第二定律求出滑块和木板的加速度，根据木板反向后速度的大小，根据匀变速直线运动的速度公式求出二者速度相等需要的时间；再根据位移公式求出这段时间内木板向左运动的位移，此后滑块与木板以共同速度v1以及木板与挡板发生第二次碰撞设这段过程中木板运动的时间；根据规律求出之后滑块和木板以v1=12v0的共同初速度重复上述运动过程，第二次碰撞后二者的共同速度以及滑块和木板相对运动的时间；最终求出滑块和木板从第一次与挡板碰撞到停下来所需的时间。
本题考查了板块模型，解决本题的关键是准确分析出木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来的过程中的受力以及运动性质。
1.在下列的四个核反应方程中，属于重核裂变的是( )
A. 1124Na→1224Mg+−10eB. 92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C. 919F+24He→1022Ne+11HD. 23He+12H→24He+11H
2.复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料-黑磷，并成功制备了半导体测试材料。已知黑磷是有黑色金属光泽的半导体，是白磷在很高压强和较高温度下转化形成的。图为黑磷的微观结构，下列说法正确的是( )
A. 黑磷是晶体材料
B. 黑磷和白磷是同位素
C. 黑磷没有固定的熔点
D. 黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散
3.如图所示，体育课上同学们在练习排球。排球竖直向上被垫起后，经1.2s又回到原出发点，则排球被垫起后上升的最大高度约为( )
A. 1.0mB. 1.2mC. 1.5mD. 1.8m
4.两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示，图中r0为分子力的零点，r1为分子力的极值点；两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0，r2为分子势能的零点，r3为分子势能的极值点，极小值为−Epmin。下列判断正确的是( )
A. r0=r2B. r0=r3C. r1=r2D. r1=r3
5.氢原子能级图如图所示，用某单色光照射大量处于基态的氢原子后，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则该单色光的光子能量为( )
A. 14.14eVB. 12.75eVC. 12.09eVD. 10.20eV
6.如图甲所示，斜面固定在水平地面上，可视为质点的物体从斜面底端以10m/s的速度沿斜面向上滑动，到达斜面顶端时速度恰好为0，之后又滑回斜面底端。规定平行于斜面向上为正方向，物体运动的部分v−t图像如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2，则斜面顶端距水平地面的高度为( )
A. 2mB. 3mC. 4mD. 5m
7.如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，再变化到状态c，然后再由状态c回到状态a，V−p图像中的bc段与横轴平行，ca段与纵轴平行。下列说法正确的是( )
A. b→c过程中气体从外界吸热
B. c→a过程中气体内能减小
C. b→c过程中气体内能不变
D. a→b过程中气体分子的平均动能先变大后变小
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.关于热学现象与规律，下列说法正确的是( )
A. 热机的效率不可能达到100%B. 自然界中某些热现象不具有方向性
C. 热量能从低温物体传到高温物体D. 孤立系统的自发过程中熵可能减小
9.在如图所示的电路中，C是平行板电容器，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，闭合开关S，电路稳定后突然断开开关S，下列说法正确的是( )
A. 当A板上所带的正电荷逐渐增多时，LC振荡电路中的电流在增加
B. 当B板上所带的正电荷逐渐增多时，LC振荡电路中的电流在减小
C. 仅减小电容器两极板间的距离，LC振荡电路的周期将变大
D. 减小电容器两极板间的距离，同时增加电感线圈的匝数，LC振荡电路的周期可能不变
10.质量为M、半径为R的圆柱形汽缸(上端有卡扣)用活塞封闭一定质量的理想气体，如图甲所示，活塞用细线连接并悬挂在足够高的天花板上。初始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞与容器上、下部的距离分别为h和2h，现让封闭气体的温度缓慢升高，气体从初始状态A经状态B到达状态C，其p−V图像如图乙所示，已知外界大气压恒为p0，点O、A、C共线，活塞气密性良好，重力加速度大小为g。则理想气体在状态( )
A. B的热力学温度为2T0B. B的压强为p0−MgπR2
C. C的压强为p02−MgπR2D. C的热力学温度为9T04
三、实验题：本大题共2小题，共15分。
11.某同学用如图所示的装置，探究力的合成与分解。
(1)本实验采用的科学方法为______。
A.理想实验法
B.控制变量法
C.等效替代法
D.建立物理模型法
(2)下列实验操作符合规范且正确的是______。
A.同一组实验必须将结点O拉到同一位置
B.实验时两弹簧测力计的示数不能超过量程
C.应使两弹簧测力计之间的夹角总保持为60∘，以便于计算
D.为保证实验结果尽可能准确，两弹簧测力计必须保持与木板垂直
12.小谭同学利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)一端固定有定滑轮的长木板放在水平桌面上，按照图甲安装好器材，图甲中电源应该接入______
A.8V的正弦交流电源
B.8V的直流电源
C.220V的直流电源
D.220V的正弦交流电源
(2)往空砂桶里，逐渐加入砂子，当小车开始缓慢运动时，取下砂桶，在天平上称得砂和砂桶的质量为m0，由此可知，小车受到的摩擦力为______。
(3)在满足小车质量M远大于砂和砂桶质量m的条件下进行实验，根据实验得到的多组数据，即砂和砂桶的质量m和小车对应的加速度a，画出的图像如图乙所示，重力加速度大小为g，则图中b表示的物理量为______，图像斜率为______。
四、简答题：本大题共3小题，共39分。
13.一光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属铯制成，并接入如图所示的电路中。当用频率为ν的单色光射向阴极K时，能产生光电流。移动变阻器的滑片，当电压表的示数为U时，电流计的示数达到饱和电流I。已知普朗克常量为h，电子的质量为m，电子的电荷量为e，真空中的光速为c。求：
(1)每个单色光的光子的动量大小p；
(2)光电子到达阳极时的最大速率vm。
14.某物理探究小组设计了一款火警报警装置，原理图如图所示。汽缸通过细线悬挂在天花板下，质量m=300g、横截面积S=15cm2的活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，起初环境的热力学温度T1=294K时，活塞距汽缸底部的高度h=15cm，当环境温度上升，活塞缓慢下移Δh=5cm时，活塞表面(涂有导电物质)恰与a、b两触点接触，蜂鸣器发出报警声。不计活塞与汽缸之间的摩擦，外界大气压强p0=1.0×105Pa。取重力加速度大小g=10m/s2。
(1)求蜂鸣器刚报警时密封气体的热力学温度T2；
(2)若蜂鸣器刚报警时气体的内能增加了10J，求此过程中密封气体吸收的热量Q。
15.如图所示，质量为3m、可当成质点的滑块放在质量为m的长木板上，已知滑块和木板之间的动摩擦因数为μ，水平地面光滑，某时刻滑块和木板以相同的初速度v0向右做匀速直线运动，在木板的右侧固定有一竖直放置的挡板，木板与挡板碰撞过程无能量损失，碰撞时间极短可以忽略不计，最终滑块恰好静止在木板右端(滑块未与挡板碰撞)，重力加速度大小为g，求：
(1)木板的长度L；
(2)从木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来所用的时间t。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A为β衰变，C为发现质子的方程，D为聚变，B正确。
故选：B。
记住重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核．
本题考查了重核裂变的特点，在学习中还有掌握三种衰变、聚变和一些典型的核反应方程．
2.【答案】A
【解析】解：AC、根据图示可知，黑磷的微观结构呈现空间上规则排列，具有空间上的周期性，属于晶体材料，因而黑磷具有固定的熔点，故A正确，C错误；
B、质子数相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑鳞属于同素异型体，不属于同位素，故B错误；
D、根据图示可知，黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，故D错误。
故选：A。
黑磷的微观结构具有空间上的周期性；晶体具有固定的熔点；白磷和黑鳞属于同素异型体；黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密。
本题以复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料-黑磷为背景，考查了晶体及晶体的特点，要求学生明确晶体具有固定的熔点。
3.【答案】D
【解析】解：排球做竖直上抛运动，上升过程和下落过程具有对称性，则上升的时间和下落时间均为0.6s，上升的最大高度为h=12gt2=12×10×0.62m=1.8m
故ABC错误，D正确。
故选：D。
竖直上抛运动具有对称性，上升过程和下落过程时间相等，根据位移-时间公式求解上升的最大高度。
本题考查竖直上抛运动，解题关键是知道竖直上抛运动上升过程和下落过程具有对称性，结合运动学公式列式求解即可。
4.【答案】B
【解析】解：AB.当r1=r0，即分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小，所以r0=r3，故A错误，B正确；
CD.从r3减小到r2的过程中，分子势能增大，分子间距离小于平衡位置，分子间作用力为斥力，故r1≠r2，r1≠r3，故CD错误。
故选：B。
当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小；当分子间距离小于平衡距离时，分子力表现为斥力；当分子间距离大于平衡距离时，分子力表现为引力，根据图象分析答题。
本题考查分子力、分子势能与分子间距离的关系，知道分子间距离等于平衡距离时分子势能最小，掌握分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系。
5.【答案】B
【解析】解：根据能级图可知，巴耳末系是高能级氢原子跃迁到2能级的谱线图，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则氢原子从4能级跃迁到2能级时有两根谱线属于巴耳末系，则单色光的光子能量为
E=−0.85eV−(−13.6eV)=12.75eV，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据帕邢系的特点，结合玻尔理论分析即可。
该题考查玻尔理论以及氢光谱，知道帕邢系的特点即可正确解答。
6.【答案】B
【解析】解：图像的斜率等于加速度，可知在0∼2s内，物体的加速度大小为a1，由加速度公式得：
a1=|ΔvΔt|
由图可知Δv=−10m/s
解得：a1=5m/s2
由牛顿第二定律得：
mgsinθ+μmgcsθ=ma1
在2s∼4s内，物体的加速度大小为a2，由加速度公式得：
a2=|ΔvΔt|
a2=1m/s2
由牛顿第二定律得：
mgsinθ−μmgcsθ=ma2
联立解得：sinθ=310
图像与坐标轴围成的面积表示位移的大小，所以斜面长度为：
x=12×2×10m=10m
斜面高度为h，由几何知识得：
h=xsinθ
代入数据得：h=3m，故ACD错误，B正确；
故选：B。
根据图像解得物块运动到最高点的位移，根据图像斜率可解得加速度，根据牛顿第二定律列出方程组，结合几何知识解得斜面顶端距水平地面的高度。
本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合运用，知道速度-时间图线的斜率表示加速度，图线与时间轴围成的面积表示位移的大小。
7.【答案】D
【解析】解：AC、b→c过程中气体等容变化，根据查理定律可知，气体压强减小，温度降低，此过程气体往外界放热，内能减小，故AC错误；
B、c→a过程中气体等压变化，根据盖-吕萨克定理可知，气体的体积增大，温度升高，内能增加，故B错误；
D、a→b过程中，pV的乘积先增加后减小，气体的温度先增加后减小，故此过程气体的平均动能先变大后变小，故D正确。
故选：D。
分析气体a→b、b→c、c→a过程中三个状态参量的变化情况，根据理想气体的状态方程进行分析，a→b→c内能变化为零，根据热力学第一定律分析热传递情况。
本题主要是考查了理想气体的状态方程之图象问题，要注意研究过程中哪些量不变，哪些量变化，根据理想气体的状态方程和热力学第一定律解决问题。
8.【答案】AC
【解析】解：A、根据热力学第二定律：不可能从单一热库吸热使之完全转化为有用的功而不产生其他影响，所以热机的效率不可能达到100%，故A正确；
B、自然界中的热现象都具有方向性，热量只能自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，故B错误；
C、通过外力做功的方式可以使热量能从低温物体传到高温物体，例如冰箱、空调等等，故C正确；
D、根据熵增原理，孤立系统的自发过程中熵永不减少，此为热力学第二定律的另一种表述，故D错误。
故选：AC。
根据热力学第二定律分析热机的效率以及自然界中某些热现象是否具有方向性；通过举例说明热量能从低温物体传到高温物体；根据熵增原理分析D项。
该题考查热力学第二定律，要掌握热力学第二定律的几种表述，特别要记牢熵增原理。
9.【答案】BC
【解析】解：A、当A板上所带的正电荷逐渐增多时，电容器中电场能增加，则线圈中磁场能减小，LC振荡电路中的电流在减小，故A错误；
B、当B板上所带的正电荷逐渐增多时，电容器中电场能增加，则线圈中磁场能减小，LC振荡电路中的电流在减小，故B正确；
C、仅减小电容器两极板间的距离，根据
C=εrS4πkd
T=2π LC
可知电容器电容变大，LC振荡电路的周期将变大，故C正确；
D、减小电容器两极板间的距离，同时增加电感线圈的匝数，根据
C=εrS4πkd
T=2π LC
可知电容器电容变大，电感线圈自感系数变大，则LC振荡电路的周期将变大，D错误。
故选：BC。
电路稳定后突然断开开关S，形成LC振荡电路，依据电容的定义式和振荡周期公式判断。
本题考查LC振荡电路，要知道该电路中电场能和磁场能之间的转化情况，来判断电流、周期的变化情况。
10.【答案】BD
【解析】解：A、气体从状态A到B发生等压变化，根据盖-吕萨克定律有：2hT0=3hTB，解得：TB=32T0，故A错误；
B、汽缸悬挂后处于平衡状态，根据平衡条件有：Mg+πR2pB=πR2p0，解得：pB=p0−MgπR2，故B正确；
C、根据点O、A、C共线，可得pCVC=pAVA，其中pA=pB，VC=(h+2h)S=3hS，VA=2hS，解得：pC=3p02−3Mg2πR2，故C错误；
D、气体在状态B时活塞处于顶端，从B到C为等容变化，根据查理定律有：pBTB=pCTC，解得：TC=9T04，故D正确。
故选：BD。
气体从状态A到B发生等压变化，运用盖-吕萨克定律求解B的热力学温度。汽缸悬挂后处于平衡状态，根据平衡条件计算B的压强。根据点O、A、C共线，由几何关系求C的压强。B到C为等容变化，运用查理定律求C的热力学温度。
本题考查气体实验定律，目的是考查学生的分析综合能力。要明确气体不变的状态参量，选择相应的气体实验定律是解题的关键。
11.【答案】C AB
【解析】解：(1)合力与分力是等效与替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法，故ABD错误，C正确。
故选：C。
(2)A.为了保证效果相同，同一组实验必须将结点O拉到同一位置，故A正确；
B.为了准确性和不损坏器材，实验时两弹簧测力计的示数不能超过量程，故B正确；
C.为了让实验结果具有普遍意义，两弹簧测力计之间的夹角适当大一些就可以，不需要为特定角，故C错误；
D.为保证实验结果尽可能准确，两弹簧测力计必须保持与木板平行，故D错误。
故选：AB。
故答案为：(1)C；(2)AB。
(1)本实验采用的等效替代法，据此分析作答；
(2)根据实验原理、实验操作和注意事项分析作答。
力是矢量，通过探究力的合成规律，为以后矢量的合成与分解打基础，学生应该重视此题。
12.【答案】Am0gm0 Mg
【解析】解：(1)图甲中使用的是电磁打点计时器，则电源插头应该插入8V的正弦交流电源。故A正确，BCD错误。
故选：A。
(2)当小车开始缓慢运动时，绳子的拉力大小等于砂和砂桶的重力
F=m0g
对于小车受到拉力和摩擦力作用，小车开始缓慢运动则
Ff=F=m0g
(3)对于根据牛顿第二定律
mg−m0g=Ma
即
m=Mga+m0
即b表示的是纵轴的截距，为m0，图像的斜率
k=Mg
故答案为：(1)A；(2)m0g；(3)m0，Mg。
(1)根据电磁打点计时器的工作电压判断；
(2)根据平衡条件分析计算；
(3)根据牛顿第二定律推导函数图像，结合图像计算。
本题关键掌握根据牛顿第二定律推导函数，利用图像处理问题。
13.【答案】解：(1)设单色光的波长为λ，则有
p=hλ
又c=λν
解得：p=hνc
(2)设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程及动能定理有
Ek=hν−hν0
eU=12mvm2−Ek
解得：vm= 2(eU+hν−hν0)m
答：(1)每个单色光的光子的动量大小为hνc；
(2)光电子到达阳极时的最大速率为 2(eU+hν−hν0)m。
【解析】(1)根据光子动量的表达式，结合光速的计算公式得出光子的动量；
(2)根据光电效应结合动能定理得出光电子到达阳极时的最大速率。
本题主要考查了光电效应的相关应用，熟悉光子动量的计算公式，结合动能定理即可完成分析。
14.【答案】解：(1)活塞缓慢下移Δh=5cm的过程，缸内气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得：hST1=(h+Δh)ST2
解得T2=392K；
(2)气体等压膨胀，设缸内气体的压强为p1，气体对外界做的功为W，气体的内能增加了ΔU=10J
则外界对气体做的功为：W=−p1SΔh
对活塞根据平衡条件可得：p0S=p1S+mg
根据热力学第一定律可得：ΔU=W+Q
联立解得：Q=17.35J。
答：(1)蜂鸣器刚报警时密封气体的热力学温度为392K；
(2)若蜂鸣器刚报警时气体的内能增加了10J，此过程中密封气体吸收的热量为17.35J。
【解析】(1)缸内气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律求解；
(2)对活塞受力分析，根据平衡条件求解封闭气体的压强，再求出外界对气体做的功，根据热力学第一定律求解。
本题考查了气体实验定律和热力学第一定律的应用，确定封闭气体的初末状态参量，应用相应实验定律解答。应用热力学第一定律(ΔU=W+Q)解答问题时，要注意各物理量的正负的意义。
15.【答案】解：(1)滑块相对木板始终向右滑动，系统的动能转变为内能，所以有
12×4mv02=μ×3mgL
解得
L=2v023μg
(2)滑块运动的加速度大小
a1=μ⋅3mg3m=μg
木板运动的加速度大小
a2=μ⋅3mgm=3μg
木板反向后速度大小仍然为v0，则滑块与木板发生相对运动，设经过时间t1二者达到共同速度v1，则
v1=v0−a1t1=−v0+a2t1
这段时间内，木板向左运动的位移大小
x′1=v0t1−12a2t12
此后滑块与木板以共同速度v1向右滑动直到木板与挡板发生第二次碰撞；
设这段过程中木板运动的时间为t1′，显然
x′1=v1t′1
联立解得
v1=12v0
t1=2t′1=v02μg
之后滑块和木板以v1=12v0的共同初速度重复上述运动过程，设第二次碰撞后二者的共同速度为v2，滑块和木板相对运动的时间为t2，共同匀速运动的时间为t′2，同理可得
v2=12v1=122v0
t2=2t′2=v022μg
所以滑块和木板从第一次与挡板碰撞到停下来所需的时间为
t=t1+t′1+t2+t′2+⋯+tn+t′n=32×(12+122+⋯+12n)v0μg=3v02μg
答：(1)木板的长度为2v023μg；
(2)从木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来所用的时间为3v02μg。
【解析】(1)根据能量守恒求出木板的长度；
(2)根据牛顿第二定律求出滑块和木板的加速度，根据木板反向后速度的大小，根据匀变速直线运动的速度公式求出二者速度相等需要的时间；再根据位移公式求出这段时间内木板向左运动的位移，此后滑块与木板以共同速度v1以及木板与挡板发生第二次碰撞设这段过程中木板运动的时间；根据规律求出之后滑块和木板以v1=12v0的共同初速度重复上述运动过程，第二次碰撞后二者的共同速度以及滑块和木板相对运动的时间；最终求出滑块和木板从第一次与挡板碰撞到停下来所需的时间。
本题考查了板块模型，解决本题的关键是准确分析出木板与挡板第一次碰撞到滑块停下来的过程中的受力以及运动性质。
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