[物理][期末]北京市石景山区2023-2024学年高二下学期期末考试试卷(解析版)

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本部分共15题，每题3分，共45分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 做功和热传递都可以改变物体的内能。下列说法正确的是（ ）
A. 物体对外做功，内能一定减少
B. 物体吸收热量，内能一定增加
C. 物体吸收热量，同时对外做功，内能一定减少
D. 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
【答案】D
【解析】由热力学第第一定律
A．物体对外做功，如同时从外界吸收热量，且吸收的热量大于物体对外做功，则内能增加，故A错误；
B．物体吸收热量，如同时对外做功，吸收的热量小于物体对外做功，内能减少，故B错误；
C．物体吸收热量，同时对外做功，若吸收的热量大于对外做的功，则内能增加，故C错误；
D．物体放出热量，同时对外做功，则
，
则
内能一定减少，故D正确。
故选D。
2. 分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的。分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示，r0为分子间的平衡位置。下列说法正确的是（ ）
A. 当r = r0时，分子势能最小B. 当r = r1时，分子势能最小
C. 当r = r0时，分子力最大D. 当r = r1时，分子力为0
【答案】A
【解析】A．由r0为分子间的平衡位置可知，当r = r0时，分子间的作用力是零，分子势能最小，A正确；
B．由分子势能Ep与分子间距离r的关系图可知，当r = r1时，分子势能是零，B错误；
C． r0为分子间的平衡位置，所以当r = r0时，分子的引力与斥力平衡，所以分子力是零，C错误；
D．由题图可知，当r = r1时，分子势能是零，可分子力不是零，D错误。
故选A。
3. 如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b两束单色光。比较a、b两束光，可知（ ）
A. 玻璃对光束b的折射率较小
B. 光束b在玻璃中的传播速度较小
C. 从玻璃射向空气，光束b发生全反射的临界角较大
D. 光束b的频率较小
【答案】B
【解析】A D．由光路可知，b光在玻璃中的偏折程度较大，则玻璃对光束b的折射率较大，b的频率较大，故AD错误；
B．根据
玻璃对光束b的折射率较大，光束b在玻璃中的传播速度较小，故B正确；
C．根据
可知，从玻璃射向空气，玻璃对光束a的折射率较小，光束a发生全反射的临界角较大，故C错误。
故选B。
4. 2021年2月10日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。若“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动的轨道半径为r，引力常量为G，火星的质量为M，则“天问一号”环绕火星运动的线速度大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】火星的引力提供“天问一号”探测器绕火星做匀速圆周运动的向心力，则有
解得“天问一号”环绕火星运动的线速度大小为
ABC错误，D正确。
5. 一列沿x轴传播的简谐横波，在t=0时的波形如图甲所示，P、Q是波上的两个质点，此时质点P沿y轴负方向运动。图乙是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是（ ）
A. 该波沿x轴负方向传播
B. 图乙可能为Q点的振动图像
C. t=0.10s时，质点P沿y轴正方向运动
D. 该波的波速为80m/s
【答案】C
【解析】A．因为t=0时刻质点P沿y轴负方向运动，则波沿x轴正方向传播，选项A错误；
B．因为t=0时刻质点Q向上振动，对比振动图像可知，图乙不是Q点的振动图像，选项B错误；
C．t=0.10s=0.5T时，波向右传播半个波长的距离，则此时质点P到达x轴下方与t=0位置对称的位置，则此时质点P沿y轴正方向运动，选项C正确；
D．该波的波速为
选项D错误。
故选C。
6. 1966年科研人员曾在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的实验．实验时，用双子星号宇宙飞船去接触正在轨道上运行的火箭组（可视为质点），接触后，开动飞船尾部的推进器，使飞船和火箭组共同加速，如图所示．推进器的平均推力为F，开动时间Δt，测出飞船和火箭的速度变化是Δv，下列说法正确的是
A. 火箭组的质量应为
B. 宇宙飞船的质量应为
C. 推力F越大，就越大，且与F成正比
D. 推力F通过飞船传递给火箭，所以飞船对火箭的弹力大小应为F
【答案】C
【解析】AB．对飞船和火箭组的整体，加速度为，根据F=Ma可得整体的质量为：
则选项AB错误；
C．推力F越大，则整体的加速度越大，即就越大，因，则与F成正比，选项C正确；
D．对火箭组：
则选项D错误；
故选C.
7. 如图所示，一定量理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系，正确的是（ ）
A. TATCB. TA>TB，TB=TC
C. TA=TC，TB=TCD. TA【答案】A
【解析】过程，压强不变，体积增大，根据盖—萨克定律有
解得
过程，体积不变，根据查理定律有
解得
则有
故选A。
8. 如图所示，真空中两个等量异号的点电荷－Q和＋Q分别位于A点和A′点，以AA′连线中点O为原点建立直角坐标系Oxy，B、C、P是坐标轴上的3个点，且BO＝OC。下列说法正确的是（ ）
A. 沿x轴从B点到C点电势一直保持不变
B. 沿y轴从O点到P点电势一直保持不变
C. B点与C点电场强度大小相等，方向相反
D. P点与O点的电场强度大小相等，方向相反
【答案】B
【解析】A．x轴从B点到C点电场方向一直向右，故电势一直减小，故A错误；B．沿y轴从O点到P点电场方向水平向右，电场力不做功，故电势一直保持不变，故B正确；C．B点与C点的电场强度大小相等，方向相同，故C错误；D．P点与O点的电场强度大小不同，方向相同，故D错误。
9. 如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，沿x轴上各点的电场强度大小和电势分别用E和φ表示．选取无穷远处电势为零，下列关于x轴上各点电场强度的大小E或电势φ随位置x的变化关系图，正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】该题中正电荷Q均匀分布在半径为r的金属球面上，金属球是一个等势体．从金属球到无穷远处的电势降低．AB．金属球是一个等势体，等势体内部的场强处处为0，AB错误；
CD．金属球是一个等势体，等势体内部的电势处处相等，C正确D错误。
故选C。
10. 如图，水平桌面上放置有光滑导轨m和n，在导轨m、n上放置有一对平行导体棒p、q，且始终接触良好。不考虑p、q间的相互作用，重力加速度为g。当一条形磁铁从上方落下的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. p、q相互远离
B. 条形磁铁加速度小于g
C. 导轨对桌面的压力减小
D. 俯视时导轨与导体棒间一定形成逆时针电流
【答案】B
【解析】A．条形磁铁从上方落下的过程中，当磁铁在回路上侧时，穿过回路的磁通量增大，根据楞次定律可知，p、q将相互靠近，故A错误；
B．条形磁铁从上方落下的过程中，回路中感应电流激发出的磁场对磁铁的磁场力阻碍磁铁的相对运动，即方向向上，可知，条形磁铁加速度小于g，故B正确；
C．条形磁铁从上方落下的过程中，当磁铁在回路上侧时，穿过回路的磁通量增大，根据楞次定律可知，导轨在安培力作用下有向下运动的趋势，可知，导轨对桌面的压力增大，故C错误；
D．由于条形磁铁下端是N极还是S极不确定，即穿过回路的原磁场方向不确定，则回路中感应电流的方向也不确定，故D错误。
故选B。
11. 交流发电机的示意图如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e=20sin100tV。下列说法正确的是（ ）
A. 此交流电的频率为100Hz
B. 此发电机电动势的有效值为20V
C. 当线圈平面转到图示位置时磁通量为0
D. 当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为0
【答案】C
【解析】AB．发电机的电动势随时间的变化规律为，则
则交流电的频率为
发电机电动势的有效值为
故AB错误；
CD．图示位置为与中性面垂直的位置，该位置磁通量为0，磁通量的变化率最大，故C正确，D错误；
故选 C。
12. 如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ）

A. P与Q同时熄灭B. P比Q先熄灭
C. Q闪亮后再熄灭D. P闪亮后再熄灭
【答案】D
【解析】由题知，开始时，开关S闭合时，由于L的电阻很小，Q灯正常发光，P灯微亮，断开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流，断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄灭，由于自感，L中产生感应电动势，与P组成闭合回路，故P灯闪亮后再熄灭。
故选D。
13. 如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为10:1，其原线圈两端接入正弦式交变电压u，，副线圈通过电流表与变阻器R相连，若交流电压表和交流电流表都是理想电表，则下列说法正确的是（ ）
A. 电压表示数为31.1V
B. 滑动变阻器的滑片向上滑动，电压表的示数增大
C. 滑动变阻器的滑片向上滑动，电流表的示数减小
D. 滑动变阻器的滑片向上滑动，变压器的输入功率增大
【答案】C
【解析】A．交流电的电压有效值为
根据
解得
可知电压表的示数为22V，A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向上滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电流表的示数减小，C正确；
D．根据P=UI可知当滑动变阻器的滑片向上滑动时，滑动变阻器消耗的功率减小，因此变压器的输入功率减小，D错误。
故选C。
14. 如图所示平面内，在通有图示方向电流I的长直导线右侧，固定一矩形金属线框，边与导线平行。调节电流I使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（ ）
A. 线框中产生的感应电流方向为
B. 线框中产生的感应电流逐渐增大
C. 线框边所受的安培力大小恒定
D. 线框整体受到的安培力方向水平向右
【答案】D
【解析】A．根据安培定则可知，通电直导线右侧的磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度随时间均匀增加，根据楞次定律可知线框中产生的感应电流方向为
A错误；
B．线框中产生的感应电流为
空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，故线框中产生的感应电流不变，B错误；
C．线框边感应电流保持不变，磁感应强度随时间均匀增加，根据安培力表达式，故所受的安培力变大，C错误；
D．线框所处空间的磁场方向垂直纸面向里，线框中产生的感应电流方向为，根据左手定则可知，线框边所受的安培力水平向右，线框边所受的安培力水平向左。通电直导线的磁场分部特点可知边所处的磁场较大，根据安培力表达式可知，线框整体受到的安培力方向水平向右，D正确。
故选D。
15. 笔记本电脑在合上及打开时，屏幕会自己熄灭及亮屏，这是因为其内部含有磁铁和霍尔传感器。霍尔传感器类似于如图装置，当合上屏幕时，屏幕上的磁铁N极会面向下并产生近似磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，A、B为两个竖直放置且相距d=0.05mm的平行极板（足够长），并都连接在电脑内的电压传感器，一侧不断有电子（重力不计）以速度v=0.1m/s平行且从两极板中央射入，当监测到某一恒定电压值时，电脑就会熄屏。由此可知（ ）
A. 极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏
B. 极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3V时，电脑屏幕熄屏
C. 极板B带正电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏
D. 极板B带负电；当电压传感器监测到电压为2.5×10-3mV时，电脑屏幕熄屏
【答案】D
【解析】根据左手定则，电子受到的洛伦力打在B极板，故B极板带负电。
当电路稳定后有
电场强度为
电压传感器监测到电压为
故选D。
第二部分
16. 用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径___________。
【答案】
【解析】[1]油酸分子的直径为。
17. 采用图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率。

（1）实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在___________（填“M”或“N”）端。
（2）按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为________（填“a”“b”或“c”）。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有___________。

【答案】（1）M （2）b 移动滑片时，电压表和电流表的示数为0
【解析】（1）[1]实验时，闭合开关S前，为保护电路，滑动变阻器滑片P应处在最大阻值处，滑动变阻器的滑片P应处在M端。
（2）[2][3]滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器下端两接线柱与电源相连，故b导线接错；该错误带来的问题是移动滑片的过程中电压表和电流表的示数为0。
18. 某实验小组的同学用如图所示的装置做“用单摆测量重力加速度”实验。
（1）实验时除用到秒表、刻度尺外，还应该用到下列器材中的_______（选填选项前的字母）。
A. 长约1m的细线
B. 长约1m的橡皮绳
C. 直径约1cm的匀质铁球
D. 直径约10cm的匀质木球
（2）组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示。这样做的目的是 。
A. 保证摆动过程中摆长不变
B. 可使周期测量更加准确
C. 需要改变摆长时便于调节
D. 保证摆球在同一竖直平面内摆动
（3）某同学做实验时，测量摆线长l后，忘记测量摆球直径，画出了T2-l图像，该图像对应下列图中的 图。
A. B.
C. D.
（4）某同学居家学习期间，注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。_______
【答案】（1）AC （2）AC （3）B （4）见解析
【解析】（1）AB．为了使摆长不变，选择长约1m的细线，A正确，B错误；
CD．为了减小空气阻力的影响，选择体积小、密度大的小球，所以选择直径约1cm的匀质铁球，C正确，D错误。
故选AC。
（2）组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示。这样做的目的是：保证摆动过程中摆长不变，需要改变摆长时便于调节，AC正确，BD错误。
故选AC。
（3）根据单摆的周期公式得
解得
忘记测量摆球直径，画出了T2-l图像，该图像对应B图。
（4）根据自由落体公式得
又因为
解得
需要测量物理量：水滴下落的高度h和下落的时间t。测量h的方法：用刻度尺测量水龙头出水口到地面的高度，多次测量取平均值；测量t的方法：调节水龙头阀门，使一滴水开始下落的同时，恰好听到前一滴水落地时发出的清脆声。用手机测量n滴水下落的总时间tn，重力加速度为
19. 如图所示，质量为m的小球A用一不可伸长的轻绳悬挂在O点，在O点正下方的光滑桌面上有一个与A完全相同的静止小球B，B距O点的距离等于绳长L。现将A拉至某一高度，由静止释放，A以速度v在水平方向和B发生正碰并粘在一起。重力加速度为g。求：

（1）A释放时距桌面的高度H；
（2）碰撞前瞬间绳子的拉力大小F；
（3）碰撞过程中系统损失的机械能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）A释放到与B碰撞前，根据动能定理得
解得
（2）碰前瞬间，对A由牛顿第二定律得
解得
（3）A、B碰撞过程中，根据动量守恒定律得
解得
则碰撞过程中损失的机械能为
20. 导体棒在磁场中切割磁感线可以产生感应电动势。
（1）如图1所示，一长为l的导体棒ab在磁感应强度为B的匀强磁场中绕其一端b以角速度ω在垂直于磁场的平面内匀速转动，求导体棒产生的感应电动势。
（2）如图2所示，匀强磁场的磁感应强度为B，磁感线方向竖直向下，将一长为l、水平放置的金属棒以水平速度v0抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平，不计空气阻力。求金属棒在运动过程中产生的感应电动势。
（3）如图3所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动。从图示位置开始计时，求感应电动势随时间变化的规律。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律
时间内磁通量变化量
解得
（2）导体棒切割磁感线的速度为水平速度，电动势为
（3）从图示位置开始计时，感应电动势随时间变化的规律为
21. 如图所示，电子从灯丝K发出（初速度不计），在KA间经加速电压加速后，从A板中心小孔射出，进入由M、N两个水平极板构成的偏转电场，M、N两板间的距离为d，电压为，板长为L，电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直，射出时没有与极板相碰。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子的重力及它们之间的相互作用力。求：
（1）电子穿过A板小孔时的速度大小v；
（2）电子从偏转电场射出时垂直极板方向偏移的距离y；
（3）电子从偏转电场射出时的速度方向。
【答案】（1）；（2）；（3）速度方向与水平方向夹角，斜向右下方
【解析】（1）根据动能定理
解得
（2）进入偏转电场后做类平抛运动
联立解得
（3）设速度与水平方向夹角为θ，则
则
斜向右下方。
22. 某物理兴趣小组通过以下装置对火车速度和加速度进行测量。如图A所示，在火车头下方安装一枚磁体，并在铁轨下埋设相距r的两个5匝线圈，每匝都为四边封闭的矩形，且都与测量仪器相连。其原理如图B所示，磁体下表面附近的磁感应强度，线圈材质为铜制（其表面有绝缘漆），长度，宽度为，铜丝直径，线圈与测量仪器间的线路阻值及测量仪器内阻忽略不计，测量数据如图C所示。已知常温下铜的电阻率，最终结果保留2位有效数字。
（1）求火车在处时的速度v1大小和在处时的速度v2大小；
（2）若火车做匀加速直线运动，求火车加速度大小。
【答案】（1）11m/s，13m/s；（2）0.31m/s2
【解析】（1）由电阻定律知，线圈1、2阻值
当火车经过线圈上方时，线圈中的感应电动势
由图C可知，在处，感应电流
则
解得
在处，感应电流
则
解得
（2）由匀加速直线运动知
解得加速度大小