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2023-2024学年陕西省西安市工业大学附属中高二（下）期中考试物理试卷（含解析）
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这是一份2023-2024学年陕西省西安市工业大学附属中高二（下）期中考试物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是金原子核对α粒子的( )
A. 库仑斥力B. 库仑引力C. 万有引力D. 核力
2.“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为 94238Pu→92XU+24He，则( )
A. 衰变方程中的X等于233B. 24He的穿透能力比γ射线强
C. 比 92XU的比结合能小D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大
3.2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X+1225Mg→1326Al，已知X、 1225Mg、 1326Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是( )
A. X为氘核 12HB. X为氚核 13H
C. E=(m1+m2+m3)c2D. E=(m1+m2−m3)c2
4.实验发现用频率低于截止频率的强激光照射金属时也能发生光电效应，这说明在强激光照射下，一个电子在极短时间内能吸收多个光子而从金属表面逸出。若某金属的截止频率为ν0，普朗克常量为h，则用频率为35ν0的强激光照射该金属时，光电子的最大初动能可能为( )
A. 95hν0B. 85hν0C. 75hν0D. 65hν0
5.某快递公司推出了无人机配送快递业务。某次快递员操作无人机竖直向上由地面向5楼阳台配送快递，无人机飞行过程的x−t图像如图所示，忽略空气阻力。该无人机( )
A. 在0∼20s内做曲线运动
B. 在0∼20s内的平均速度比40∼60s内小
C. 在0∼60s内的平均速度为零
D. 在20∼40s内位移30米
6.如图所示，某司机正驾驶汽车以10m/s的速度匀速驶向某干道红绿灯路口，当汽车的车头距离停车线为16m时发现有人正在通过人行横道，司机经过一定的反应时间后，立即以大小为5m/s2的加速度减速行驶，最后汽车车头刚好停在停车线处，该司机的反应时间是( )
A. 0.2sB. 0.3sC. 0.5sD. 0.6s
7.当今时代，无线通信技术已经融入了我们生活的方方面面。星闪技术作为中国原生的新一代近距离无线连接技术，与传统的蓝牙无线连接技术相比，具有传输快、覆盖广、延迟低等诸多优点。现甲乙两位同学利用手机星闪连接技术配对成功，实时通信。t=0s时，甲以2m/s的初速度、1m/s2的加速度，乙以1m/s的初速度、2m/s2的加速度并排(相距较近)从百米赛道起点处加速起跑，甲加速到最大速度6m/s，乙加速到最大速度7m/s后均能以各自最大速度跑至终点。已知星闪技术能实现连接的最大距离为10m，则甲乙能实现通信的时间为( )
A. 10sB. 11sC. 12sD. 13s
8.如图所示，一本书重约10N，书本正面朝上。一张A4纸夹在书本间，将书本分为等质量的两部分，且能够覆盖几乎整个书页。若将A4纸抽出，至少需用约2.5N的拉力。不计A4纸的质量，则A4纸和书之间的摩擦因数最接近( )
A. 0.25B. 0.30C. 0.40D. 0.50
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc。则( )
A. λb=λa+λcB. 1λb=1λa+1λcC. λb=λaλcD. Eb=Ea+Ec
10.人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()
A. 在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏
B. 由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C. 由图可知，原子核D比原子核Fe更稳定
D. 在核反应堆的铀棒之间插入镉棒为了加快核裂变反应的速度
11.在一种杂技表演中，让同一竖直线上的小球A和小球B，从距水平地面高度为kh(k>1)和h处同时由静止释放，如图所示．设小球A、B的质量分别为2m和m，小球与地面碰撞后以原速率反弹，忽略碰撞时间和空气阻力，将两小球视为质点．若要小球B在第一次上升过程中能与正在下落的小球A相碰，则k可以取下列哪些值
A. 6B. 4C. 3D. 2
12.在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为v0的光，射向离地面高为H(远小于地球半径)的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为v。
方法一：根据光子能量E=hν=mc2(式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速)和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率v。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率ν=ν0 1−2GMc2R 1−2GMc2(R+H)。式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。
下列说法不正确的是( )
A. 由方法一得到ν=ν01−gHc2，g为地球表面附近的重力加速度
B. 由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C. 若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D. 通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.用图(甲)所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
(1)实验的主要步骤：
①安装实验装置；
②测量挡光片的宽度d；
③用刻度尺测量挡光片的中心A点到光电门中心所在位置B点之间的水平距离x；
④滑块从A点静止释放(已知砝码落地前挡光片已通过光电门)；
⑤读出挡光片通过光电门所用的时间t，由此可知滑块的加速度表达式为a=____________；(用测量的物理量：d、x、t字母表示)。
⑥用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度_________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)
⑦用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如下图乙所示，可读出其读数为________cm。
(2)根据以上实验测得的数据，以x为横坐标，1t2为纵坐标，在坐标纸中作出1t2−x图线如图丙所示，再利用⑦测得的d值，求得该物体的加速度是__________________(本题计算结果保留两位有效数字)
14.如图所示为光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过：
(1)当变阻器的滑片P向_________(填“左”或“右”)滑动时，通过电流表的电流将会减小；
(2)由乙图I−U图像可知光电子的最大初动能为__________________；
(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能_________(填“增加”“减小”或“不变”)。
四、简答题：本大题共2小题，共28分。
15.2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿摄氏度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核并释放出一个粒子，同时释放17.6MeV的能量，已知氘核的比结合能为1.09MeV，氦核的比结合能为7.03MeV，则
(1)写出“人造太阳”核反应方程；
(2)求出质量亏损(结果用kg表示)(结果保留3位有效数字)；
(3)求出氚核的比结合能。
16.猎豹是一种广泛生活在非洲大草原上的大型猫科肉食性动物，捕猎时能达到最大速度30m/s.在一次捕猎过程中，猎豹发现它的正前方190m的地方有一只羚羊，开始以加速度a1=6m/s2加速至最大时速追击羚羊，羚羊在3s后察觉有天敌追击自己，就以加速度a2=5m/s2加速至最大速度25m/s向正前方逃跑。现为了简便处理不考虑现实中猎豹和羚羊存在的转弯动作，两者均可看作质点且只做直线运动。
(1)求猎豹在其加速过程中所用的时间和位移；
(2)求猎豹开始追击羚羊捕猎后第8s末，猎豹与羚羊之间的距离；
(3)若猎豹以最大时速追捕猎物的生理极限时间为20s，后筋疲力尽以5m/s2做减速运动，羚羊一直按照最高时速逃跑，根据所学知识计算分析本次猎豹是否能捕猎成功。
五、计算题：本大题共1小题，共10分。
17.激光器发光功率为P，所发射的一束水平平行光束在空气中的波长为λ，光束的横截面积为S，垂直射到放在光滑水平面上的理想黑色物体的竖直表面上，光被完全吸收，光束的照射时间为t，物体的质量为m，空气中光速为c，普朗克常量为h，求：
(1)光子的动量是多少？物体在t时间内接受到的光子数目；
(2)物体获得的速率v多少？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但因为电子的质量只有α粒子质量的17300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，只有是原子核对α粒子的库仑斥力，其力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，所以A正确，BCD错误
故选：A。
这是因为原子核带正电荷且质量很大，α粒子也带正电荷，由于同种电荷相互排斥库仑力和α粒子被质量较大的原子核弹回。
本题考查的是α粒子散射实验。对这个实验要清楚两点：一是α粒子散射实验的实验现象；二是对实验现象的微观解释--原子的核式结构。
2.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了原子核衰变、半衰期、比结合能等知识点。对于这部分知识很多是属于记忆部分的，因此需要注意平时记忆与积累。
【解答】
A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为 94238Pu→92234U+24He；即衰变方程中的X=234，故A错误；
B. H24He 是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C.比结合能越大越稳定，由于 P94238Pu 衰变成为了 U92234U ，故 U92234U 比 P94238Pu 稳定，即 P94238Pu 比 U92234U 的比结合能小，故C正确；
D.半衰期由原子本身的特点决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。
故选：C。
3.【答案】D
【解析】解：AB、根据电荷数守恒可知，X的电荷数为1，根据质量数守恒可知，X的质量数为1，则X表示质子 11H，故AB错误；
CD、这个核反应中释放的核能为：E=(m1+m2−m3)c2，故C错误，D正确；
故选：D。
根据质量数守恒和电荷数守恒得出X的类型；根据质量亏损的定义和质能方程完成分析。
本题主要考查了爱因斯坦质能方程，熟悉电荷量守恒和质量数守恒，结合质能方程即可完成分析。
4.【答案】C
【解析】由光电效应方程可知光电子的最大初动能
Ekm=nh35ν0−hν0=hν035n−1 (n=2、3、4……)
当n=4时
Ekm=75hν0
故选C。
5.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查x−t图像，图像表示位移随时间的变化规律，平均速度等于位移与时间的比值。
【解答】
A.在0−20s内无人机从地面竖直向上运动，为直线运动，故A错误；
B.在0−20s内的无人机的位移为15m，在40−60s内的无人机的位移为 −15m ，根据v=xt可知在0−20s内无人机的平均速度与40−60s内的平均速度大小相等，方向相反，故B错误；
C.在0−60s内无人机的位移为零，根据v=xt可知在0−60s内无人机的平均速度为零，故C正确；
D.在20−40s内无人机悬停，位移为零，故D错误。
故选C。
6.【答案】D
【解析】已知 v0=10m/s ， x=16m ， a=5m/s2 ，则由运动学公式得汽车减速位移大小
x′=v022a=10m
司机的反应时间为
Δt=x−x′v0=0.6s
故选D。
7.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查匀变速直线运动的多过程问题。解决问题的关键是结合题意画出甲乙加速跑的v−t图像，结合图像利用匀变速直线运动的规律分析求解。
【解答】
由题意可得甲乙加速跑的v−t图像如下图：
设用时t1甲乙速度等大，由v0甲+a甲t1=v0乙+a乙t1得t1=1s，此过程甲比乙多跑x1=v0甲t1+12a甲t12−(v0乙t1+12a乙t12)=0.5m，v共=v0甲+a甲t1=3m/s。再经过t2乙先达到最大速度7m/s，t2=vm乙−v共an=7−32s=2s，此时甲速度v甲=v共+a甲t2=5m/s，此过程乙比甲多跑x2=v共t2+12a乙t22−(v共t2+12a甲t22)=2m。再经过t3甲达到最大速度6m/s，t3=vm甲−v甲a甲=6−51s=1s，此过程乙比甲多跑x3=vm乙t3−(v甲t3+12a甲t22)=1.5m。再经过t乙比甲多跑10m，t4=10−(x2+x3−x1)vm乙−vm甲=7s。故甲乙能实现通信的时间t=t1+t2+t3+t4=11s，故B正确，ACD错误。
8.【答案】A
【解析】解：设书质量为M，则有Mg=10N，令F=2.5N，设A4纸和书之间的摩擦因数为μ，若将A4纸抽出，则所用拉力最小应为A4纸上下两面所受最大静摩擦力(设为f)之和，则有
2f=F
f=μM2g
联立方程，代入数据解得：μ=0.25
故A正确，BCD错误。
故选：A。
抽动A4纸过程中，A4纸上下两面均受到摩擦力作用，若将A4纸抽出，则所用拉力最小应为A4纸上下两面所受最大静摩擦力之和。
解答本题，关键要明确A4纸上下两面均受到摩擦力作用。
9.【答案】BD
【解析】【分析】根据吸收或辐射光子的能量等于两能级间的能级差判断光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc的关系。
解决本题的关键知道吸收或辐射光子的能量等于两能级间的能级差，即Em−En=hν。
【解答】D．Ea=E3−E2，Eb=E3−E1，Ec=E2−E1，所以Eb=Ea+Ec，D正确;
ABC.由ν=cλ得λa=hcE3−E2，λb=hcE3−E1，λc=hcE2−E1，取倒数后得到1λb=1λa+1λc，B正确，A、C错误。
10.【答案】AB
【解析】【详解】A.在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏，故 A
正确;
B.由图可知，A核子的平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B
和C时会有质量亏损，要放出核能，故 B正确
C.原子核D比原子核Fe的核子平均质量大，原子核Fe比原子核D更稳定，故 C错误;
D.在核反应堆的轴棒之间插入铜棒是为了控制核反应速度，当反应过于激烈时，将铜棒插
入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故 D错误。
故选AB。
根据图象判断出各原子核质量关系，然后判断发生核反应时质量变化情况，最后根据质能方程分析答题；原子核的平均质量越小，越稳定；为了控制核反应速度，常在铀棒之间插入镉棒；为了防止核泄漏常在在核反应堆的外面修建很厚的水泥层。
解决本题的关键知道重核裂变和氢核聚变都有质量亏损，都释放能量，根据原子序数判断稳定性，难度不大。
11.【答案】BCD
【解析】【分析】要想在B上升阶段两球相碰，临界情况是B刚好反跳回到出发点时与A相碰，据此求出A球的最大高度。
巧妙利用图象，增强直观性，本题难度较大，对学生的思维有挑战。
【解答】要想在B上升阶段两球相碰，临界情况是B刚好反跳到出发点时与A相碰，两物体的v−t图象如图：
阴影部分面积之和就是A的下落高度和B的反跳高度之和kh，
v02=2gh，由图知kh=5h，故k=5，
故k可以取小于等于5的数，故BCD正确，A错误。
故选：BCD。
12.【答案】CD
【解析】A.由能量守恒定律可得
hν+mgH=hν0
由于
hν0=mc2
解得
ν=ν01−gHc2
故A正确；
B.根据光的频率表达式
ν=ν0 1−2GMc2R 1−2GMc2(R+H)
可知
ν<ν0
根据
λ=cν
可知，接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，故B正确；
C.若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，故C错误；
D.由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，故D错误。
此题选择不正确的，故选CD。
13.【答案】(1) d22xt2 偏小 1.87(2)5.7
【解析】(1)⑤[1]根据运动学速度与位移关系公式
v2−v02=2ax
得
a=v22x=(dt)22x=d22xt2
⑥[2]上述方法是利用很短时间内的平均速度代替位移中点的瞬时速度(此处位移大小为挡光片的宽度d)，而匀加速直线运动中，位移中点的瞬时速度大于这段时间内的平均速度，所以用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度偏小。
⑦[3]读数为
d=1.8cm+0.1×7mm=1.87cm
(2)根据表达式整理得
1t2=2ad2x
故斜率
k=2ad2
整理代入数据得加速度为
a=5.7m/s2
14.【答案】(1)右；(2)2eV；(3)不变
【解析】解：(1)由图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流变小．
(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得，eU=12mvm2，则光电子的最大初动能为2eV．
(3)根据光电效应方程知，Ekm=hν−W0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变．
故答案为：(1)右；(2)2eV；(3)不变。
光电管两端所加的电压为反向电压，根据动能定理求出光电子的最大初动能，根据光电效应方程判断光电子最大初动能的变化。
解决本题的关键知道光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，光的强度影响单位时间内发出光电子的数目。
15.【答案】解：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得“人造太阳”核反应方程为：21H+31H→42He+10n
(2)有质量亏损，则核反应释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知ΔE=Δmc2
代入数据可得：Δm=3.13×10−29kg
(3)10n只有一个核子，所以其结合能为零，设氚核的比结合能为E，根据核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能的差，则有：17.6MeV=7.03MeV×4−1.09MeV×2−3E，可得E=2.78MeV
答：(1)“人造太阳”核反应方程为21H+31H→42He+10n；
(2)质量亏损为3.13×10−29kg；
(3)氚核的比结合能为2.78MeV。
【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒，可得“人造太阳”核反应方程；
(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可得质量亏损；
(3)10n结合能为零，结合能等于比结合能与核子数的乘积，根据核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能的差可得氚核的比结合能。
本题考查了结合能和比结合能，解题的关键是理解结合能和比结合能的区别，比结合能越大，原子核越稳定，结合能等于比结合能与核子数的乘积。
16.【答案】解：(1)猎豹达到最大时速所需要的时间为：
t1=v1ma1=306s=5s
根据位移—时间公式：
x1=12a1t12=12×6×52m=75m
(2)猎豹在第5−8s时的位移为：
x2=v1m(8−t1)=30×(8−5)m=90m
则猎豹在前8s的总位移为：
x3=x1+x2=75m+90m=165m
羚羊达到最大时速需要的时间为：
t2=v2ma2=255s=5s
羚羊在前8s中有3s的反应时间，故羚羊在0−8s内先静止，后做匀加速运动至最大时速，所以羚羊的位移为：
x4=12a2t22=12×5×52=62.5m
则第8s后，猎豹与羚羊之间的位移为：
Δx1=190m−(x3−x4)=190m−(165−62.5)m=87.5m
(3)按题意分析，猎豹只有在最高时速达到极限时间前或者在做减速运动时与羚羊的最大时速相同前追上羚羊才能捕猎成功，其他情况均不能成功。故先分析在猎豹极限时间前是否可以捕猎成功，猎豹在前20s的位移为：
x′1=75m+30×20m=675m
羚羊在前20s的位移为：
x′2=62.5+25x17=487.5m
则在猎豹达到极限时间时猎豹与羚羊之间的距离为：
Δx2=190−(x′1−x′2)=190m−(675−487.5)m=2.5m
所以猎豹在极限时间内未能追上羚羊，再计算分析猎豹做减速运动时的情况。
猎豹减速时与羚羊同速度时需要的时间为t′1=v1m−v2ma3=30−255s=1s
根据x′′1=v1m+v2m2t′1
解得猎豹的位移为x′′1=27.5m
羚羊的位移为：x′′2=v2mt′1=25×1m=25m
则此时猎豹与羚羊之间的距离为：
Δx3=2.5m−(27.5−25)m=0m
可知猎豹能追上羚羊，此次捕猎能成功。
答：(1)猎豹在其加速过程中所用的时间为5s，位移为75m；
(2)猎豹开始追击羚羊捕猎后第8s末，猎豹与羚羊之间的距离为87.5m；
(3)此次捕猎能成功。
【解析】(1)根据匀变速直线运动的速度—时间公式和位移—时间公式求解猎豹在其加速过程中所用的时间与位移；
(2)根据位移—时间公式求出猎豹的位移，根据羚羊的运动状态结合位移与时间关系求解羚羊的位移，再用猎豹的位移和羚羊的位移之差求出猎豹与羚羊之间的距离；
(3)豹只有在最高时速达到极限时间前或者在做减速运动时与羚羊的最大时速相同前追上羚羊才能捕猎成功，其他情况均不能成功。故先分析在猎豹极限时间前是否可以捕猎成功即可。
本题考查匀变速直线运动规律的运用和追及相遇问题的过程分析，一定要紧扣速度相同时这个重要的状态分析，结合对公式的熟练程度解题。
17.【答案】(1) p=hλ ， n=Pλthc ；(2) v=Ptmc
【解析】(1)光子的动量
p=hλ
由
Pt=nhν
ν=cλ
得
n=Pλthc
(2)光子与物体系统动量守恒有
np=mv
p=hλ
得
v=Ptmc
1.根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是金原子核对α粒子的( )
A. 库仑斥力B. 库仑引力C. 万有引力D. 核力
2.“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为 94238Pu→92XU+24He，则( )
A. 衰变方程中的X等于233B. 24He的穿透能力比γ射线强
C. 比 92XU的比结合能小D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大
3.2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X+1225Mg→1326Al，已知X、 1225Mg、 1326Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是( )
A. X为氘核 12HB. X为氚核 13H
C. E=(m1+m2+m3)c2D. E=(m1+m2−m3)c2
4.实验发现用频率低于截止频率的强激光照射金属时也能发生光电效应，这说明在强激光照射下，一个电子在极短时间内能吸收多个光子而从金属表面逸出。若某金属的截止频率为ν0，普朗克常量为h，则用频率为35ν0的强激光照射该金属时，光电子的最大初动能可能为( )
A. 95hν0B. 85hν0C. 75hν0D. 65hν0
5.某快递公司推出了无人机配送快递业务。某次快递员操作无人机竖直向上由地面向5楼阳台配送快递，无人机飞行过程的x−t图像如图所示，忽略空气阻力。该无人机( )
A. 在0∼20s内做曲线运动
B. 在0∼20s内的平均速度比40∼60s内小
C. 在0∼60s内的平均速度为零
D. 在20∼40s内位移30米
6.如图所示，某司机正驾驶汽车以10m/s的速度匀速驶向某干道红绿灯路口，当汽车的车头距离停车线为16m时发现有人正在通过人行横道，司机经过一定的反应时间后，立即以大小为5m/s2的加速度减速行驶，最后汽车车头刚好停在停车线处，该司机的反应时间是( )
A. 0.2sB. 0.3sC. 0.5sD. 0.6s
7.当今时代，无线通信技术已经融入了我们生活的方方面面。星闪技术作为中国原生的新一代近距离无线连接技术，与传统的蓝牙无线连接技术相比，具有传输快、覆盖广、延迟低等诸多优点。现甲乙两位同学利用手机星闪连接技术配对成功，实时通信。t=0s时，甲以2m/s的初速度、1m/s2的加速度，乙以1m/s的初速度、2m/s2的加速度并排(相距较近)从百米赛道起点处加速起跑，甲加速到最大速度6m/s，乙加速到最大速度7m/s后均能以各自最大速度跑至终点。已知星闪技术能实现连接的最大距离为10m，则甲乙能实现通信的时间为( )
A. 10sB. 11sC. 12sD. 13s
8.如图所示，一本书重约10N，书本正面朝上。一张A4纸夹在书本间，将书本分为等质量的两部分，且能够覆盖几乎整个书页。若将A4纸抽出，至少需用约2.5N的拉力。不计A4纸的质量，则A4纸和书之间的摩擦因数最接近( )
A. 0.25B. 0.30C. 0.40D. 0.50
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc。则( )
A. λb=λa+λcB. 1λb=1λa+1λcC. λb=λaλcD. Eb=Ea+Ec
10.人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()
A. 在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏
B. 由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C. 由图可知，原子核D比原子核Fe更稳定
D. 在核反应堆的铀棒之间插入镉棒为了加快核裂变反应的速度
11.在一种杂技表演中，让同一竖直线上的小球A和小球B，从距水平地面高度为kh(k>1)和h处同时由静止释放，如图所示．设小球A、B的质量分别为2m和m，小球与地面碰撞后以原速率反弹，忽略碰撞时间和空气阻力，将两小球视为质点．若要小球B在第一次上升过程中能与正在下落的小球A相碰，则k可以取下列哪些值
A. 6B. 4C. 3D. 2
12.在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为v0的光，射向离地面高为H(远小于地球半径)的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为v。
方法一：根据光子能量E=hν=mc2(式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速)和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率v。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率ν=ν0 1−2GMc2R 1−2GMc2(R+H)。式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。
下列说法不正确的是( )
A. 由方法一得到ν=ν01−gHc2，g为地球表面附近的重力加速度
B. 由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C. 若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D. 通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.用图(甲)所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。
(1)实验的主要步骤：
①安装实验装置；
②测量挡光片的宽度d；
③用刻度尺测量挡光片的中心A点到光电门中心所在位置B点之间的水平距离x；
④滑块从A点静止释放(已知砝码落地前挡光片已通过光电门)；
⑤读出挡光片通过光电门所用的时间t，由此可知滑块的加速度表达式为a=____________；(用测量的物理量：d、x、t字母表示)。
⑥用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度_________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)
⑦用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如下图乙所示，可读出其读数为________cm。
(2)根据以上实验测得的数据，以x为横坐标，1t2为纵坐标，在坐标纸中作出1t2−x图线如图丙所示，再利用⑦测得的d值，求得该物体的加速度是__________________(本题计算结果保留两位有效数字)
14.如图所示为光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过：
(1)当变阻器的滑片P向_________(填“左”或“右”)滑动时，通过电流表的电流将会减小；
(2)由乙图I−U图像可知光电子的最大初动能为__________________；
(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能_________(填“增加”“减小”或“不变”)。
四、简答题：本大题共2小题，共28分。
15.2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿摄氏度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核并释放出一个粒子，同时释放17.6MeV的能量，已知氘核的比结合能为1.09MeV，氦核的比结合能为7.03MeV，则
(1)写出“人造太阳”核反应方程；
(2)求出质量亏损(结果用kg表示)(结果保留3位有效数字)；
(3)求出氚核的比结合能。
16.猎豹是一种广泛生活在非洲大草原上的大型猫科肉食性动物，捕猎时能达到最大速度30m/s.在一次捕猎过程中，猎豹发现它的正前方190m的地方有一只羚羊，开始以加速度a1=6m/s2加速至最大时速追击羚羊，羚羊在3s后察觉有天敌追击自己，就以加速度a2=5m/s2加速至最大速度25m/s向正前方逃跑。现为了简便处理不考虑现实中猎豹和羚羊存在的转弯动作，两者均可看作质点且只做直线运动。
(1)求猎豹在其加速过程中所用的时间和位移；
(2)求猎豹开始追击羚羊捕猎后第8s末，猎豹与羚羊之间的距离；
(3)若猎豹以最大时速追捕猎物的生理极限时间为20s，后筋疲力尽以5m/s2做减速运动，羚羊一直按照最高时速逃跑，根据所学知识计算分析本次猎豹是否能捕猎成功。
五、计算题：本大题共1小题，共10分。
17.激光器发光功率为P，所发射的一束水平平行光束在空气中的波长为λ，光束的横截面积为S，垂直射到放在光滑水平面上的理想黑色物体的竖直表面上，光被完全吸收，光束的照射时间为t，物体的质量为m，空气中光速为c，普朗克常量为h，求：
(1)光子的动量是多少？物体在t时间内接受到的光子数目；
(2)物体获得的速率v多少？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但因为电子的质量只有α粒子质量的17300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，只有是原子核对α粒子的库仑斥力，其力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，所以A正确，BCD错误
故选：A。
这是因为原子核带正电荷且质量很大，α粒子也带正电荷，由于同种电荷相互排斥库仑力和α粒子被质量较大的原子核弹回。
本题考查的是α粒子散射实验。对这个实验要清楚两点：一是α粒子散射实验的实验现象；二是对实验现象的微观解释--原子的核式结构。
2.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了原子核衰变、半衰期、比结合能等知识点。对于这部分知识很多是属于记忆部分的，因此需要注意平时记忆与积累。
【解答】
A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为 94238Pu→92234U+24He；即衰变方程中的X=234，故A错误；
B. H24He 是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C.比结合能越大越稳定，由于 P94238Pu 衰变成为了 U92234U ，故 U92234U 比 P94238Pu 稳定，即 P94238Pu 比 U92234U 的比结合能小，故C正确；
D.半衰期由原子本身的特点决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。
故选：C。
3.【答案】D
【解析】解：AB、根据电荷数守恒可知，X的电荷数为1，根据质量数守恒可知，X的质量数为1，则X表示质子 11H，故AB错误；
CD、这个核反应中释放的核能为：E=(m1+m2−m3)c2，故C错误，D正确；
故选：D。
根据质量数守恒和电荷数守恒得出X的类型；根据质量亏损的定义和质能方程完成分析。
本题主要考查了爱因斯坦质能方程，熟悉电荷量守恒和质量数守恒，结合质能方程即可完成分析。
4.【答案】C
【解析】由光电效应方程可知光电子的最大初动能
Ekm=nh35ν0−hν0=hν035n−1 (n=2、3、4……)
当n=4时
Ekm=75hν0
故选C。
5.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查x−t图像，图像表示位移随时间的变化规律，平均速度等于位移与时间的比值。
【解答】
A.在0−20s内无人机从地面竖直向上运动，为直线运动，故A错误；
B.在0−20s内的无人机的位移为15m，在40−60s内的无人机的位移为 −15m ，根据v=xt可知在0−20s内无人机的平均速度与40−60s内的平均速度大小相等，方向相反，故B错误；
C.在0−60s内无人机的位移为零，根据v=xt可知在0−60s内无人机的平均速度为零，故C正确；
D.在20−40s内无人机悬停，位移为零，故D错误。
故选C。
6.【答案】D
【解析】已知 v0=10m/s ， x=16m ， a=5m/s2 ，则由运动学公式得汽车减速位移大小
x′=v022a=10m
司机的反应时间为
Δt=x−x′v0=0.6s
故选D。
7.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查匀变速直线运动的多过程问题。解决问题的关键是结合题意画出甲乙加速跑的v−t图像，结合图像利用匀变速直线运动的规律分析求解。
【解答】
由题意可得甲乙加速跑的v−t图像如下图：
设用时t1甲乙速度等大，由v0甲+a甲t1=v0乙+a乙t1得t1=1s，此过程甲比乙多跑x1=v0甲t1+12a甲t12−(v0乙t1+12a乙t12)=0.5m，v共=v0甲+a甲t1=3m/s。再经过t2乙先达到最大速度7m/s，t2=vm乙−v共an=7−32s=2s，此时甲速度v甲=v共+a甲t2=5m/s，此过程乙比甲多跑x2=v共t2+12a乙t22−(v共t2+12a甲t22)=2m。再经过t3甲达到最大速度6m/s，t3=vm甲−v甲a甲=6−51s=1s，此过程乙比甲多跑x3=vm乙t3−(v甲t3+12a甲t22)=1.5m。再经过t乙比甲多跑10m，t4=10−(x2+x3−x1)vm乙−vm甲=7s。故甲乙能实现通信的时间t=t1+t2+t3+t4=11s，故B正确，ACD错误。
8.【答案】A
【解析】解：设书质量为M，则有Mg=10N，令F=2.5N，设A4纸和书之间的摩擦因数为μ，若将A4纸抽出，则所用拉力最小应为A4纸上下两面所受最大静摩擦力(设为f)之和，则有
2f=F
f=μM2g
联立方程，代入数据解得：μ=0.25
故A正确，BCD错误。
故选：A。
抽动A4纸过程中，A4纸上下两面均受到摩擦力作用，若将A4纸抽出，则所用拉力最小应为A4纸上下两面所受最大静摩擦力之和。
解答本题，关键要明确A4纸上下两面均受到摩擦力作用。
9.【答案】BD
【解析】【分析】根据吸收或辐射光子的能量等于两能级间的能级差判断光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc的关系。
解决本题的关键知道吸收或辐射光子的能量等于两能级间的能级差，即Em−En=hν。
【解答】D．Ea=E3−E2，Eb=E3−E1，Ec=E2−E1，所以Eb=Ea+Ec，D正确;
ABC.由ν=cλ得λa=hcE3−E2，λb=hcE3−E1，λc=hcE2−E1，取倒数后得到1λb=1λa+1λc，B正确，A、C错误。
10.【答案】AB
【解析】【详解】A.在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏，故 A
正确;
B.由图可知，A核子的平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B
和C时会有质量亏损，要放出核能，故 B正确
C.原子核D比原子核Fe的核子平均质量大，原子核Fe比原子核D更稳定，故 C错误;
D.在核反应堆的轴棒之间插入铜棒是为了控制核反应速度，当反应过于激烈时，将铜棒插
入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故 D错误。
故选AB。
根据图象判断出各原子核质量关系，然后判断发生核反应时质量变化情况，最后根据质能方程分析答题；原子核的平均质量越小，越稳定；为了控制核反应速度，常在铀棒之间插入镉棒；为了防止核泄漏常在在核反应堆的外面修建很厚的水泥层。
解决本题的关键知道重核裂变和氢核聚变都有质量亏损，都释放能量，根据原子序数判断稳定性，难度不大。
11.【答案】BCD
【解析】【分析】要想在B上升阶段两球相碰，临界情况是B刚好反跳回到出发点时与A相碰，据此求出A球的最大高度。
巧妙利用图象，增强直观性，本题难度较大，对学生的思维有挑战。
【解答】要想在B上升阶段两球相碰，临界情况是B刚好反跳到出发点时与A相碰，两物体的v−t图象如图：
阴影部分面积之和就是A的下落高度和B的反跳高度之和kh，
v02=2gh，由图知kh=5h，故k=5，
故k可以取小于等于5的数，故BCD正确，A错误。
故选：BCD。
12.【答案】CD
【解析】A.由能量守恒定律可得
hν+mgH=hν0
由于
hν0=mc2
解得
ν=ν01−gHc2
故A正确；
B.根据光的频率表达式
ν=ν0 1−2GMc2R 1−2GMc2(R+H)
可知
ν<ν0
根据
λ=cν
可知，接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，故B正确；
C.若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，故C错误；
D.由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，故D错误。
此题选择不正确的，故选CD。
13.【答案】(1) d22xt2 偏小 1.87(2)5.7
【解析】(1)⑤[1]根据运动学速度与位移关系公式
v2−v02=2ax
得
a=v22x=(dt)22x=d22xt2
⑥[2]上述方法是利用很短时间内的平均速度代替位移中点的瞬时速度(此处位移大小为挡光片的宽度d)，而匀加速直线运动中，位移中点的瞬时速度大于这段时间内的平均速度，所以用以上方法测量计算出来的加速度比真实的加速度偏小。
⑦[3]读数为
d=1.8cm+0.1×7mm=1.87cm
(2)根据表达式整理得
1t2=2ad2x
故斜率
k=2ad2
整理代入数据得加速度为
a=5.7m/s2
14.【答案】(1)右；(2)2eV；(3)不变
【解析】解：(1)由图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流变小．
(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得，eU=12mvm2，则光电子的最大初动能为2eV．
(3)根据光电效应方程知，Ekm=hν−W0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变．
故答案为：(1)右；(2)2eV；(3)不变。
光电管两端所加的电压为反向电压，根据动能定理求出光电子的最大初动能，根据光电效应方程判断光电子最大初动能的变化。
解决本题的关键知道光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，光的强度影响单位时间内发出光电子的数目。
15.【答案】解：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得“人造太阳”核反应方程为：21H+31H→42He+10n
(2)有质量亏损，则核反应释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知ΔE=Δmc2
代入数据可得：Δm=3.13×10−29kg
(3)10n只有一个核子，所以其结合能为零，设氚核的比结合能为E，根据核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能的差，则有：17.6MeV=7.03MeV×4−1.09MeV×2−3E，可得E=2.78MeV
答：(1)“人造太阳”核反应方程为21H+31H→42He+10n；
(2)质量亏损为3.13×10−29kg；
(3)氚核的比结合能为2.78MeV。
【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒，可得“人造太阳”核反应方程；
(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可得质量亏损；
(3)10n结合能为零，结合能等于比结合能与核子数的乘积，根据核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能的差可得氚核的比结合能。
本题考查了结合能和比结合能，解题的关键是理解结合能和比结合能的区别，比结合能越大，原子核越稳定，结合能等于比结合能与核子数的乘积。
16.【答案】解：(1)猎豹达到最大时速所需要的时间为：
t1=v1ma1=306s=5s
根据位移—时间公式：
x1=12a1t12=12×6×52m=75m
(2)猎豹在第5−8s时的位移为：
x2=v1m(8−t1)=30×(8−5)m=90m
则猎豹在前8s的总位移为：
x3=x1+x2=75m+90m=165m
羚羊达到最大时速需要的时间为：
t2=v2ma2=255s=5s
羚羊在前8s中有3s的反应时间，故羚羊在0−8s内先静止，后做匀加速运动至最大时速，所以羚羊的位移为：
x4=12a2t22=12×5×52=62.5m
则第8s后，猎豹与羚羊之间的位移为：
Δx1=190m−(x3−x4)=190m−(165−62.5)m=87.5m
(3)按题意分析，猎豹只有在最高时速达到极限时间前或者在做减速运动时与羚羊的最大时速相同前追上羚羊才能捕猎成功，其他情况均不能成功。故先分析在猎豹极限时间前是否可以捕猎成功，猎豹在前20s的位移为：
x′1=75m+30×20m=675m
羚羊在前20s的位移为：
x′2=62.5+25x17=487.5m
则在猎豹达到极限时间时猎豹与羚羊之间的距离为：
Δx2=190−(x′1−x′2)=190m−(675−487.5)m=2.5m
所以猎豹在极限时间内未能追上羚羊，再计算分析猎豹做减速运动时的情况。
猎豹减速时与羚羊同速度时需要的时间为t′1=v1m−v2ma3=30−255s=1s
根据x′′1=v1m+v2m2t′1
解得猎豹的位移为x′′1=27.5m
羚羊的位移为：x′′2=v2mt′1=25×1m=25m
则此时猎豹与羚羊之间的距离为：
Δx3=2.5m−(27.5−25)m=0m
可知猎豹能追上羚羊，此次捕猎能成功。
答：(1)猎豹在其加速过程中所用的时间为5s，位移为75m；
(2)猎豹开始追击羚羊捕猎后第8s末，猎豹与羚羊之间的距离为87.5m；
(3)此次捕猎能成功。
【解析】(1)根据匀变速直线运动的速度—时间公式和位移—时间公式求解猎豹在其加速过程中所用的时间与位移；
(2)根据位移—时间公式求出猎豹的位移，根据羚羊的运动状态结合位移与时间关系求解羚羊的位移，再用猎豹的位移和羚羊的位移之差求出猎豹与羚羊之间的距离；
(3)豹只有在最高时速达到极限时间前或者在做减速运动时与羚羊的最大时速相同前追上羚羊才能捕猎成功，其他情况均不能成功。故先分析在猎豹极限时间前是否可以捕猎成功即可。
本题考查匀变速直线运动规律的运用和追及相遇问题的过程分析，一定要紧扣速度相同时这个重要的状态分析，结合对公式的熟练程度解题。
17.【答案】(1) p=hλ ， n=Pλthc ；(2) v=Ptmc
【解析】(1)光子的动量
p=hλ
由
Pt=nhν
ν=cλ
得
n=Pλthc
(2)光子与物体系统动量守恒有
np=mv
p=hλ
得
v=Ptmc
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