[物理][期末]山东省枣庄市2023-2024学年高二下学期7月期末考试试题(解析版)

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注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的。
1. 原子处于磁场中时，某些能级会发生劈裂现象。劈裂前的能级，如图甲所示，X代表激发态1，XX代表激发态2，G代表基态；由于能级劈裂，X态劈裂为两支，分别为、两个能级，如图乙所示。①和②为原子劈裂前辐射出的光谱线，③、④、⑤和⑥为劈裂后辐射出的光谱线，下列说法正确的是（ ）
A. 的能级低于的能级
B. ②的波长大于⑥的波长
C. ①和②的频率之和等于③和④的频率之和
D. ⑤和③的频率之差小于④和⑥的频率之差
【答案】C
【解析】A．的能级高于的能级，故A错误；
B．因原子能级跃迁放出的光子的能量等于原子的能级差，由题图可知光子②、⑥对应的能量关系为E⑥＜E②，二光子的能量与频率成正比，与波长成反比，则⑥的波长大于②的波长，故B错误；
C．XX态能级与基态能级差保持不变，由可知①和②的频率之和等于③和④的频率之和，故C正确；
D． XX态能级与基态能级差保持不变，故③④和的频率之和等于⑤和⑥的频率之和，即⑤和③的频率之差等于④和⑥的频率之差，故D错误。
2. 1827年的某一天，英国植物学家布朗在实验室用显微镜观察悬浮在水中上的花粉颗粒，发现这些细小的花粉在做无规则运动，后来他又用上百年的植物标本、无生命的无机物粉末等进行实验，都观察到了微粒的无规则运动，后人把这一现象称为布朗运动。下列关于布朗运动的说法中正确的是（ ）
A. 布朗运动表明花粉颗粒具有生物活性
B. 布朗运动是指固体微粒的无规则运动
C. 温度越高，固体颗粒越大，布朗运动越剧烈
D. 布朗运动是液体分子或气体分子对固体颗粒碰撞不均衡造成的
【答案】BD
【解析】AB．布朗运动是悬浮在液体中颗粒所做的无规则运动，它间接反映了液体分子的无规则运动，不能表明花粉颗粒具有生物活性，故A错误，B正确；
C．温度越高，颗粒越小，布朗运动越明显，故C错误；
D．布朗运动是液体分子或气体分子无规则运动对固体颗粒碰撞不平衡导致的，故D正确。
3. 1932年，美国物理学家安德森在宇宙线实验中发现了正电子。他利用放在强磁场中的云室来记录正电子，并在云室中加入一块厚6mm的铅板，借以减慢正电子的速度。当正电子通过云室内的强磁场时，拍下粒子径迹的照片，如图所示。关于云室中磁场的方向及正电子的运动方向，下列说法正确的是（ ）
A. 如图甲，磁场垂直纸面向外，粒子从N运动到M
B. 如图乙，磁场垂直纸面向外，粒子从M运动到N
C. 如图丙，磁场垂直纸面向里，粒子从N运动到M
D. 如图丁，磁场垂直纸面向里，粒子从M运动到N
【答案】D
【解析】A．粒子在磁场中运动时，若速度减小，则半径减小，图中磁场垂直纸面向外，粒子从N运动到M，半径应减小，与题图不符合，故A错误；
B．磁场垂直纸面向外，粒子从M运动到N，粒子受到向左的洛伦兹力，故B错误；
C．磁场垂直纸面向里，粒子从N运动到M，粒子受到向左的洛伦兹力，故C错误；
D．磁场垂直纸面向里，粒子从M运动到N，粒子的半径减小，故D正确。
故选D。
4. 如图甲所示，三个灯泡完全相同且灯泡电阻不随温度变化而改变。闭合开关S，当电路达到稳定状态后，再断开开关。不计电源内阻及电感线圈L的直流电阻，下列说法中正确的是（ ）
A. 开关S闭合瞬间，灯A1立刻点亮
B. 开关S闭合瞬间，灯A2立刻点亮，稍后变暗
C. 开关S断开瞬间，灯A2闪亮一下再逐渐熄灭
D. 从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯A3的电流保持不变
【答案】B
【解析】A．开关S闭合瞬间，电感线圈L产生自感电动势，阻碍电流的增大，灯A1逐渐点亮，故A错误；
B．开关S闭合瞬间，灯A2立刻点亮，随着流经灯A1电流逐渐增大，流经灯A2电流逐渐减小，A2功率变小，A2稍后变暗，故B正确；
C．开关S闭合，电路稳定以后，流经灯A1和A2电流相等，开关S断开，灯A2逐渐熄灭，不会闪亮，故C错误；
D．开关闭合瞬间，A1逐渐变亮，即电流逐渐增大，则A3的电流逐渐增大，故D错误。
5. LC振荡电路的原理图如图甲所示。开关先拨到位置“1”，待电容器充电完成后，在时刻将开关拨到位置“2”。若电流从传感器的“+”极流入，电流显示为正，振荡电流i随时间t变化的图线，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 图乙中从到A点对应时刻的时段内电容器的电荷量增加
B. 图乙中从到A点对应时刻的时段内电容器的电压减小
C. 若电阻R的阻值减小，电流的变化情况如图丙中实线所示
D. 若电阻R的阻值减小，电流的变化情况如图丙中虚线所示
【答案】B
【解析】AB．在图乙中A点时刻电流为正且正在增大，可知电容器正在放电阶段，电容器的电荷量减少，电压减小，故A错误，B正确；
CD．若电阻R减小，则电容器放电时最大电流变大，但是振动周期不变，则图丙中实线和虚线描述电流变化都不对，故CD错误。
故选B。
6. 某种交流电的电流i随时间t变化的图像如图中的实线所示，则这种交流电的有效值为（ ）
A B. C. D.
【答案】B
【解析】根据交流电有效值的定义可得
解得
这种交流电的有效值为。
故选B。
7. 2023年诺贝尔物理学奖授予阿秒激光领域的阿戈斯蒂尼等三位科学家，以表彰他们在阿秒光脉冲产生和应用上做出的卓越贡献。阿秒光脉冲的产生，可以在亚原子尺度上研究光电效应。图甲为演示光电效应的实验装置，用光强度相同的红、绿光分别照射阴极K，得到两条关于电流表与电压表读数的关系曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若用光强很弱的紫光照射阴极K，不会发生光电效应
B. 截止电压与光的频率成正比
C. 由红光照射阴极K得到图线为曲线a
D. 向右移动滑线变阻器的滑片，电流表的示数不断增大
【答案】C
【解析】A．根据光电效应方程和动能定理可知
可知入射光的频率越高，越容易发生光电效应，紫光频率大于绿光和红光，故会发生光电效应，故A错误；
B．根据光电效应方程和动能定理可知
变形得
故截止电压与光的频率不成正比，故B错误；
C．因为红光频率低于绿光，所以红光的遏止电压小于绿光，故红光照射阴极K得到图线为曲线a，故C正确；
D．向右移动滑线变阻器的滑片，电压增大，电流表的示数先增大后不变，故D错误；
故选C。
8. 一定质量的理想气体的体积V随温度T的变化关系，如图所示。气体从状态a变化到状态b，从外界吸收热量为Q，该变化过程在V-T图像中的图线ba的延长线恰好过原点O，气体状态参量满足（C为已知常数，压强p未知），下列说法正确的是（ ）
A. 气体对外做功为
B. 气体对外做功为
C. 气体内能变化为
D. 气体内能变化为
【答案】A
【解析】AB．根据题意可知，气体从状态a变化到状态b，气体压强不变，由于气体温度升高，体积增大，所以气体对外做功，内能增大，即
所以
故A正确，B错误；
CD．根据热力学第一定律可得气体内能变化
故CD错误。
故选A。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 下列关于晶体和非晶体的说法正确的是（ ）
A. 具有规则几何形状的固体都是晶体
B. 具有固定熔点的固体都是晶体
C. 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化
D. 某固体在导热方面具有各相同性，一定是非晶体
【答案】BC
【解析】A．具有天然的规则几何形状的固体才一定是晶体，选项A错误；
B．具有固定熔点的固体都是晶体，选项B正确；
C．晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，例如天然石英是晶体，熔化后形成的玻璃是非晶体，故C正确；
D．某固体在导热方面具有各相同性，可能是非晶体，也可能是晶体，选项D错误。
故选BC。
10. 市面上流行一种发光钥匙链，主体部分为玻璃荧光管，管内密封少量氚气。放射性元素氚的半衰期为12.5年，核反应方程为：，衰变过程发出的电子与荧光涂层作用，从而发出有颜色的光。下列说法正确的是（ ）
A. 的比结合能比大
B. 衰变产生的β射线用一张薄纸就可以挡住
C. 核反应产生的电子来自于核内中子的转化
D. 经过25年，荧光管内的氚核全部发生衰变
【答案】AC
【解析】A．该反应过程要释放出能量，所以生产核比反应核更加稳定，则的比结合能大于的比结合能，故A正确；
B．衰变产生的β射线比α射线的穿透能力更强，不可以用薄纸挡住，故B错误；
C．衰变释放出的电子是核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子从核内被抛射出去，形成高速的电子流，故C正确；
D．氚的半衰期为12.5年，经过25年，即两个半衰期，荧光管内的氚核有四分之三发生衰变，故D错误。
故选AC。
11. 在如图所示的电路中，理想变压器的匝数比，定值电阻滑动变阻器R的最大阻值为3Ω，电流表为理想电表。在c、d两端输入正弦式交流电，电压的表达式为。在滑片P从a端滑到b端的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 电阻的功率一直增大
B. 通过R的电流的频率增大
C. 电流表的示数最小值为1A
D. 电阻的最大功率为4W
【答案】AD
【解析】A. 电压有效值为8V，设原线圈电压为，副线圈电压为，由理想变压器
由电路欧姆定律得
整理得
随的变大，电阻的电流变大，功率变大。故A正确；
B. 通过R的电流的频率与c、d两端电压的频率相同保持不变，故B错误；
C. 电流表的电流为
所以当时，电流最小为
故C错误；
D. 当电阻时，电流最大时，此时最大电流为
电阻的最大功率为
故D正确。
故选AD。
12. 如图所示，电阻不计的固定直角金属导轨POQ的两边，导轨平面内角度为45°的“”形均匀金属杆可绕转动，转动过程中金属杆与导轨接触良好。最初“”形金属杆的a段恰好与导轨的P端接触，b段恰好与导轨接触在O点，整个空间存在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场。“”形金属杆从图示位置以恒定角速度ω沿顺时针方向转过的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 穿过回路的磁通量先减小后增大
B. 回路中感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向
C. 回路中感应电动势的最大值为
D. “”形金属杆a、b两段中产生的焦耳热相等
【答案】BCD
【解析】AB．“”形金属杆从图示位置以恒定角速度ω沿顺时针方向转动45°的过程中，闭合电路在磁场中的面积先增大后减小，所以穿过回路的磁通量先增大后减小；由楞次定律可知回路中感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，故A错误，B正确；
C．在开始时a、b两金属棒的长度差最大，回路中感应电动势最大，回路中感应电动势的最大值为，故C正确；
D．“”形金属杆从图示位置以恒定角速度ω沿顺时针方向转动45°的过程中电路中感应电动势先减小后增大，开始时的电动势与最后的电动势大小相等；“”形金属杆a、b两段的电流相等，由于运动中电动势的对称性及电阻的对称性可知，金属杆a、b两段产生的焦耳热相等，故D正确。
三、非择题：本题共6小题，共60分。
13. 在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
（1）下列说法正确的是（ ）
A. 在水中加入红墨水混合均匀后，滴入一滴油酸酒精溶液可以清楚的看出油膜的轮廓
B. 测量一滴油酸酒精溶液的体积时，可以滴出一滴溶液后，观察注射器上刻度的变化
C. 向水面撒爽身粉时，需要一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手轻轻拍打
（2）某次实验中将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，测得80滴溶液的体积为1mL，将1滴这样的溶液滴入浅盘中，最终形成的油膜面积约为，则油酸分子的直径约为___________m（结果保留一位有效数字）。
（3）若实验中使用是长时间放置的油酸酒精溶液，由于酒精挥发导致测得的油酸分子的直径___________（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。
【答案】（1）C （2）7×10-10 （3）偏小
【解析】（1）A．测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，使用爽身粉才能看出油膜的轮廓，在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓，故A错误；
B．测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积，然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，故B错误；
C．向水面撒爽身粉时，需要一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手轻轻拍打，使得爽身粉分布均匀，故C正确。
（2）一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为
分子直径为
（3）若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，在溶液中的油酸浓度会偏大，实际计算时仍按原来的浓度计算，则计算得到的油酸分子直径将偏小。
14. 有一种路灯自动控制装置，用光敏电阻作为传感器，自动控制路灯的接通与断开。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，照射光较强（如白天）时电阻很小；照射光较弱（如黑天）时电阻很大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱连接励磁线圈，3、4两接线柱相当于路灯的开关，分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当励磁线圈中电流小于某个值时，3、4接通。现有以下器材：励磁线圈、电源E1、路灯电源E2、路灯灯泡L、定值电阻R0、光敏电阻R1、滑动变阻器R2、电磁开关、导线、开关S等。
（1）根据电路图甲连接实物图乙________，其中光敏电阻符号是，电磁开关符号是。
（2）定值电阻R0的作用是___________。
（3）原来天完全黑下来时灯才亮，现在想黄昏时灯就亮，可以通过___________来实现。（选填“增大R2的值”或“减小R2的值”）
（4）小明想用这套装置用来控制走廊灯，要求：白天，无论有无声音，灯都不亮；夜晚，有声音时才亮。他用一个声音传感器（声音越大，电阻越小）与光敏电阻R1串联或并联来实现这一设想，试分析说明能否实现___________（选填“能”或“不能”）。
【答案】（1） （2）保护光敏电阻 （3）增大R2的值 （4）不能
【解析】（1）根据电路图连接实物图，如图所示
（2）当光照较强时，光敏电阻阻值减小，定值电阻R0起保护作用。
（3）原来天完全黑下来时灯才亮，即光敏电阻的阻值较大，使得励磁线圈中电流较小，3、4接通路灯亮，要想让路灯黄昏亮，即光敏电阻比天黑时小，要想让励磁线圈中的电流达到能使3、4接通的电流，则必须增大R2的值。
（4）若用这套装置来控制走廊灯，且保证白天无论有无声音，灯都不亮；夜晚，有声音时才亮，即白天线圈中的电流较大，夜晚有声音时线圈中的电流较小，由于声音传感器声音越大，电阻越小，不论其与光敏电阻串联还是并联，当有声音时，总电阻均减小，经过线圈的电流均增大，不满足3、4接通的要求，所以该设想不能实现。
15. 在一端开口的细长直玻璃管内由一段水银柱封闭着一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时，空气柱长度；当玻璃管水平放置时，空气柱长度，已知大气压强为。求：
（1）玻璃管内水银柱的长度；
（2）当玻璃管开口向上竖直放置时，空气柱长度。
【答案】（1）6.8cm；（2）27.5cm
【解析】（1）当玻璃管开口向下竖直放置时，封闭空气的压强为
当玻璃管水平放置时，封闭空气的压强为
根据玻意耳定律可得
联立解得，
（2）当玻璃管开口向上竖直放置时，封闭空气的压强为
根据玻意耳定律可得
解得空气柱的长度为
16. 如图所示，竖直平面内匝数为的正方形线圈PQMN边长，在磁感应强度的水平方向匀强磁场中，绕其中心轴以角速度匀速转动。已知发光二极管的正向电压不低于时才能发光，不计线圈直流电阻。求：
（1）线圈中产生的瞬时电动势的最大值；
（2）当MN边与磁场方向的夹角为时，线圈中电动势的大小；
（3）10min内，发光二极管的发光时间。
【答案】（1）2V；（2）1.6V；（3）100s
【解析】（1）线圈中产生的瞬时感应电动势的最大值为
（2）从图示位置开始计时，感应电动势的表达式为
当MN边与磁场方向的夹角为时，可得
（3）线圈转动的周期为
当二极管两端电压为时，有
解得线圈转过的角度为30°，则在一个周期内二极管发光的时间为
所以10min内，发光二极管的发光时间
17. 如图所示，在光滑的水平面内，一个·□□”形的金属线框，，其中CD、JK、MN边的电阻均为，CM、DN边的电阻不计。线框以的速度冲进宽度为l的有界匀强磁场，MN边恰好能穿出磁场。已知匀强磁场的方向垂直于水平面向下，磁感应强度的大小，忽略空气阻力。求：
（1）线框的MN边刚进磁场时所受安培力的大小；
（2）线框运动的过程中通过CD边的电荷量；
（3）若线框以更大的初速度冲进磁场，最终整个线框恰好能穿出磁场，该过程中整个线框产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）导体进入磁场切割感应电动势为
回路的总电阻为
流过导体的电流大小为
故线框的MN边刚进磁场时所受安培力的大小为
（2）线框运动的过程中通过干路的电流
又
故通过干路的电荷量
根据题意知，两支路电流相同，通过的电荷量相同，故通过CD边的电荷量为
（3）线框以的速度冲进宽度为l的有界匀强磁场，MN边恰好能穿出磁场，MN边在切割磁感线，根据动量定理
…
整理后得
解得
线框以更大的初速度冲进磁场，最终整个线框恰好能穿出磁场，同理
解得，此时冲进去的速度为
根据能量守恒定律
解得整个线框产生的焦耳热
18. 如图甲所示，在水平面内建立xy坐标系，区域内有竖直向上匀强磁场。一个质量为m、电荷量大小为q的带负电荷的粒子，从x轴上的P点以垂直于磁场的速度v射入第一象限，从y轴上某点垂直于y轴射出磁场区域。已知速度v与x轴正方向的夹角，不计粒子的重力，P点与原点O之间的距离为a。
（1）求磁感应强度B的大小；
（2）若将粒子速度的大小改为，θ角可变，求粒子在磁场中运动的最短时间。
（3）如图乙所示，过O点竖直向上建立z轴，速度大小为v的粒子从P点斜向上射入磁场，速度方向在xy平面内的投影沿PD方向，PD与x轴正方向夹角为，若使粒子恰好不离开磁场，求粒子经过yz平面时的坐标。
【答案】（1）；（2）；（3）（0，，）
【解析】（1）粒子在磁场中运动轨迹如图，则由几何关系
根据
可得
（2）若将粒子速度的大小改为，则粒子在磁场中运动的轨道半径变为
当时间最短时，弦最短，即此时粒子从O点射出，此时圆心角为60°，最短时间
（3）设速度v的方向与xy平面的夹角为α，则速度沿z轴正向的分量
在xy平面的分量
粒子在xy平面内做匀速圆周运动，同时沿z轴正向做匀速运动，因粒子恰不离开磁场，则由几何关系
解得
由于
联立可得
运动时间
则粒子沿z轴方向的位移
则粒子经过yz平面时的坐标（0，，）。