河南省商丘市商师联盟2023-2024学年高二下学期期末联考（B）物理试卷（解析版）

这是一份河南省商丘市商师联盟2023-2024学年高二下学期期末联考（B）物理试卷（解析版），共20页。试卷主要包含了 答题前，考生务必用直径0， 本卷命题范围， 氢原子的能级图如图等内容，欢迎下载使用。
考生注意：
1. 本试卷分选择题和非选择题两部分。满分100分，考试时间75分钟。
2. 答题前，考生务必用直径0. 5毫米黑色墨水签字笔将密封线内项目填写清楚。
3. 考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0. 5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
4. 本卷命题范围：选择性必修第二、三册。
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题中只有一项符合题目要求，每小题4分，第8~10题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
1. 衰变为，半衰期约为5730年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变，生命活动结束后，的比例会持续减少。现测量某古木样品中的比例，发现正好是现代植物样品中比例的四分之一。则（ ）
A. 该古木生命活动结束的年代距今约22920年
B. 再过约5730年，该样品中的将全部衰变殆尽
C. 衰变为的本质是原子核内
D. 改变样品测量环境的温度和压强，可以改变的衰变快慢
【答案】C
【解析】A．剩余说明经历2次半衰期，时间为11460年，A错误；
B．每次只有一半数量的原子核发生衰变，B错误；
C．实质为，C正确；
D．半衰期与压强、温度无关，D错误。
故选C。
2. 以下四幅图，图甲是静止在水面上的硬币；图乙是分子间的作用力与距离的关系；图丙是蜡烛燃烧会产生“烛泪”；图丁是食盐晶体结构。下列说法中正确的是（ ）
A. 图甲中，硬币能浮在水面上，主要是因为水的浮力
B. 图乙中，当两个相邻的分子间距离为时，它们间相互作用力为0
C. 图丙中，“烛泪”是由晶体熔化形成的
D. 图丁中，食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的
【答案】B
【解析】A．硬币能浮在水面上，主要是因为水的表面张力，故A错误；
B．由图可知，当两个相邻的分子间距离为时，它们间相互作用力为0，故B正确；
C．蜡烛是非晶体，故C错误；
D．食盐是单晶体，物理性质沿各个方向都是不一样的，故D错误。
故选B。
3. 如图甲所示的LC电路中，保持L不变，改变电容器的电容，回路中电容器两端的电压变化如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 图甲时刻回路中的磁场能正在向电场能转化
B. 曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的2倍
C. 曲线2对应的电容器所带最大电荷量是曲线1对应的电容器所带最大电荷量的4倍
D. 曲线2对应的电流最大时，曲线1对应的电流为零
【答案】C
【解析】A．图甲中对线圈应用安培定则可知，电流从电容器的上极板流出，即电容器正在放电，电场能转化为磁场能，A错误；
B．由图乙可知，曲线2的振荡周期为曲线1的2倍，由LC振荡电路周期公式
曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，B错误；
C．根据电容定义式
可得
由于改变电容器的电容前后电容器两端的最大电压相同，且曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，可知曲线2对应的电容器所带最大电荷量是曲线1对应的电容器所带最大电荷量的4倍，C正确；
D．曲线2对应的电流最大时，电容器两端的电压为0，由图乙可知此时曲线1对应的电容器两端的电压也为0，即曲线1对应的电流也最大，D错误。
故选 C。
4. 如图所示，质量为m，通电电流为I的金属棒ab置于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与宽为L的水平导轨平面夹角为θ，金属棒与导轨垂直，磁场方向与金属棒垂直，金属棒ab处于静止状态。下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒受到的安培力大小为
B. 金属棒受到的支持力大小为
C. 金属棒受到的摩擦力大小为
D. 金属棒受到的合力大小为mg
【答案】C
【解析】A．由图可知，金属棒ab与磁感应强度方向垂直，则金属棒受到的安培力大小为
故A错误；
BC．对金属棒受力分析，如图所示
根据平衡条件有
解得
故B错误，C正确；
D．由于金属棒处于静止状态，所以金属棒所受合力为零，故D错误。
故选C。
5. 一个电阻为R的单匝矩形金属线圈放在磁场中，磁场与矩形线圈所在的平面垂直，线圈的面积为S，穿过矩形线圈的磁场随时间变化的图像如图所示，图中的最大值和变化的周期T均已知，则该交变电流的电流有效值为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】时间内，根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势为
感应电流为
时间内，感应电动势、感应电流大小与内的相同，及时间内感应电动势、感应电流均为0，则一个周期内产生的热量为
由有效值的定义有
可得交变电流的有效值为
故选D。
6. 伽马刀是一种特殊的治疗手段，主要是利用伽马射线对病变组织，进行大剂量聚集照射，使其产生局灶性的坏死或者是功能改变，因此达到理想的治疗目的．其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和α粒子，释放出γ射线。已知硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，真空中光速为c，下列判断正确的是（ ）
A. 硼核变成锂核和α粒子的核反应是α衰变
B. γ射线带正电，有较强的电离作用
C. 硼核的比结合能大于锂核的比结合能
D. 该核反应释放的核能为
【答案】D
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒，可知核反应方程为
可知该核反应不是衰变。故A错误；
B．射线为频率极高的电磁波，有较强的穿透作用，但电离作用较弱。故B错误；
C．比结合能越大原子核越稳定，锂核（）比硼核（）稳定，则硼核（）的比结合能小于锂核（）的比结合能。故C错误；
D．核反应过程中释放的核能为
故D正确。
故选D。
7. 如图所示为回旋加速器，两半径为R的D形盒间接有周期为T的交流电压，前电压为，后电压为，在垂直于D形盒所在平面加竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小未知，比荷为k的带电粒子由D形盒边缘的O点静止释放，经过一段时间，粒子从回旋加速器的小孔引出，忽略粒子在狭缝间的运动时间以及电场变化产生的磁场。下列说法正确的是（ ）
A. 带电粒子在磁场中的运动周期为
B. 粒子的最大速度为
C. 若电压加倍，则粒子离开回旋加速器时的动能加倍
D. 若电压加倍，粒子在回旋加速器中运动的总时间不变
【答案】B
【解析】A．忽略粒子在电场中加速时间，则交变电场变化周期等于粒子在磁场中圆周运动周期，即带电粒子在磁场中的运动周期为T。故A错误；
B．粒子在磁场中匀速圆周运动
可知速度最大时圆周半径达到最大，等于D形盒半径R，则粒子被加速的最大速度为
故B正确；
C．由
可知，粒子获得的最大动能与加速电压无关。故C错误。
D．粒子每被加速一次，动能增加qU0，所以粒子被加速的次数为
若电压加倍，则粒子被加速的次数会减半，粒子在回旋加速器中运动的总时间也会减半。故D错误。
故选B。
8. 如图所示为远距离输电示意图，电站的原输出电压，输出功率，输电线电阻。则进行远距离输电时，下列说法正确的是（ ）
A. 若电站的输出功率突然减小，则降压变压器的输出电压增大
B. 用户的功率变大，则降压变压器的输入电压不变
C. 输电线损耗比例为4%时，所用升压变压器的匝数比
D. 增大输电电压且输电功率不变，输电线损耗功率变大
【答案】AC
【解析】A．由
知电站的输出功率突然减小，增大，又
故也增大，故A正确；
B．用户的功率变大，输电线的电压变大，则降压变压器的输入电压变小，故B错误；
C．升压变压器的原线圈和副线圈电流为
可得
故C正确；
D．增大输电电压，则减小，由
知也减小，则输电线损耗功率变小，故D错误。
故选AC。
9. 氢原子的能级图如图（a）所示，一群处于能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射如图（b）电路阴极K的金属，只有1种频率的光能使之发生光电效应，产生光电子，测得其电流随电压变化的图像如图（c）所示。电子电荷量为，则下列说法正确的是（ ）
A. 题述氢原子跃迁一共能发出4种不同频率的光子
B. 阴极金属的逸出功为11.15eV
C. 题述光电子不能使处于能级的氢原子电离
D. 若图（c）中饱和光电流为，则1s内阴极K产生光电子数目为个
【答案】BD
【解析】A．题述氢原子跃迁一共能发出
即6种不同频率的光子。故A错误；
B．依题意，使阴极K发生光电效应的光子能量为
由图（c）可知
根据
联立，解得
故B正确；
C．题述光电子的最大初动能为
可知能使处于能级的氢原子电离。故C错误；
D．若图（c）中饱和光电流为，根据
则1s内阴极K产生光电子数目为
故D正确。
10. 如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距，导轨平面与水平面间夹角，N、Q间连接一个电阻，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度大小，。将一根质量，阻值的金属棒放在导轨的ab位置，导轨的电阻不计．现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数，当金属棒滑至cd处时，其速度大小达到稳定，位置cd与ab之间的距离约（可用于计算）。已知重力加速度大小，。则下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒的最大速度为0.8m/s
B. 从释放到速度最大过程中，通过电阻R的电荷量为0.6C
C. 从释放到速度最大经过的时间为5s
D. 从ab到cd过程中，金属棒上产生的焦耳热为0.184J
【答案】AD
【解析】A．当金属棒滑至cd处时，其速度大小达到稳定，速度达到最大值，设速度为v，感应电流为I，此时金属棒受力平衡，则有
又
解得
故A正确；
B．从释放到速度最大过程中，通过电阻R的电荷量为
故B错误；
C．从ab到cd过程中，根据动量定理有
即
解得
故C错误；
D．设从ab到cd过程中，回路产生的焦耳热为Q，根据能量守恒定律有
解得
根据焦耳定律有
又
解得
故D正确。
故选AD。
二、实验题（本题共2小题，共14分）
11. 某同学用楞次定律判断线圈中导线的缠绕方向。器材有：一个绕向未知的线圈，一个条形磁铁，一只多用电表，导线若干。
（1）在使用多用电表时，该同学应该先调节____（填“a”“b”或“c”），使指针指在左端零刻度线处。然后，该同学想使用10mA的挡位，应该调节____（填“a”“b”或“c”），并将多用电表和线圈按图甲连接。
（2）实验中发现条形磁铁插入得越快，多用电表的指针偏角____（填“越大”或“越小”）；为了使条形磁铁N极向下插入线圈时，多用电表的指针向右偏转，导线的缠绕方向应和图乙中的____（填“A”或“B”）相同。
【答案】（1） （2）越大 B
【解析】（1）[1][2]多用表使用前，应该先进行机械调零，先调节a，使用10mA的挡位，应该调节c。
（2）[1][2]条形磁铁插入得越快，磁通量变化得越快，多用电表的指针偏角越大。将条形磁铁N极向下插入线圈时，线圈中磁通量向下增大，为使此时多用电表的指针向右偏转，即产生从红表笔流人的感应电流，由安培定则和楞次定律可知，导线的缠绕方向应和图乙中的B相同。
12. 在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸1.0mL注入500mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到500mL的刻度为止。摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状；
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上。
（1）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸的酒精溶液含油酸为______，求得的油酸分子直径为______m（此空保留一位有效数字）。
（2）若阿伏加德罗常数为，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为。则下列说法正确的是______。
A. 1kg油酸所含有分子数为B. 油酸所含分子数为
C. 1个油酸分子的质量为D. 油酸分子的直径约为
（3）某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学比较，数据都偏大。对于出现这种结果的原因，可能是由于______。
A. 在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴
B. 计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
C. 水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开
【答案】（1） （2）B （3）AC
【解析】（1）[1]根据题意可得，一滴油酸的酒精溶液含油酸为
[2]根据题意可知，方格纸每个小格的面积为
根据不足半格舍掉，多于半格算一格的原则，可得面积为
油酸分子直径为
（2）A．根据题意，质量为的油酸，所含有分子数为
故A错误；
B．体积为的油酸，所含分子数为
故B正确；
C．1个油酸分子的质量为
故C错误；
D．根据可知，一个油酸分子的体积为
设分子的直径为d，则有
联立解得
故D错误。
故选B。
（3）A．根据题意，由公式可知，油酸分子直径和大多数同学的比较，数据都偏大的原因可能时V偏大或S偏小，在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴，则V偏大，直径偏大，故A正确；
B．计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则S偏大，直径偏小，故B错误；
C．水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，则S偏小，直径偏大，故C正确。
故选AC。
三、计算题（本题共3小题，共计40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13. 如图所示，匝矩形线圈abcd的面积，放在磁感应强度的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁场的轴以的转速匀速转动，线圈电阻，外电路电阻，时线圈平面与磁场平行。求：
（1）感应电动势的瞬时值表达式；
（2）线圈转一圈外力做的功。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）根据题意
线圈的角速度
题图位置的感应电动势最大，其大小为
感应电动势的瞬时值表达式为
（2）电动势有效值
且又有
由功能关系可得，线圈转一圈外力做的功
14. 如图所示，具有一定导热性能的柱形汽缸竖直放置，外界温度保持 不变。一定质量的理想气体被横截面积为的轻质活塞（活塞质量不计）封闭在汽缸内，此时活塞距汽缸底部的距离为，汽缸内气体温度为 。先用外力缓慢地拉动活塞上升的距离后被挡块A、B 挡住，再通过电热丝对汽缸内气体快速加热，缸内气体吸收热量后，温度升高到，此时撤去外力并停止加热，经过足够长时间，活塞缓慢回到初始位置。已知大气压强，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，该理想气体经历的三个过程的p—V图如图2所示。
（1）请在图3中画出该理想气体经历的三个过程的V—T图；
（2）在电热丝加热的过程中，汽缸内气体内能变化了多少？
（3）撤去外力后汽缸内气体放出多少热量？
【答案】（1）见解析；（2）内能增大200J；（3）气体放出300J热量
【解析】（1）根据图2可知，为等温过程，温度为300K，为等容过程，体积为，过程为等压过程，压强为，在图3中作出图像，如图所示
（2）通过电热丝对汽缸内气体快速加热过程，气体体积不变，则气体与外界之间不做功，即有
根据热力学第一定律有
解得
即气体内能增大了200J。
（3）撤去外力并停止加热之后，当气体放出热量后，气体温度下降至，之后，气体温度不变，气体内能一定，则有
轻质活塞缓慢下降，此过程气体压强始终等于大气压强，外界对气体做功
解得
根据热力学第一定律有
解得
则撤去外力后汽缸内的气体放出热量
解得
即则撤去外力后汽缸内的气体放出300J热量。
15. 如图甲所示为一种质谱仪的工作原理图，带正电的粒子从静止经加速电压加速后恰好从轴上点射出（加速电场大小可忽略），后在点垂直边进入区域，轴上方锥型区域内存在电场或磁场。与轴正方向夹角均为点与点关于原点对称，静电力常量为。
（1）若原点存在一点电荷电场源，所有发射的粒子经电场后均能够到达点（区域外无电场），求该点电荷所带电荷的性质和电荷量；
（2）若区域只存在垂直纸面向外的匀强磁场（区域外无磁场），磁感应强度大小为，该粒子经点垂直边进入磁场后到达点，求该粒子的比荷；
（3）在第（2）问基础上，若紧靠边加一组带电平行金属板，如图乙所示，形成偏转电场，，大小可调，极板中轴线与重合。若加速电场可沿方向移动，要使该粒子经两电场和磁场后仍到达点，求平行金属板的长度满足的条件。
【答案】（1）负电荷，；（2）；（3）
【解析】（1）设某一正粒子的质量为，电荷量为，有
进入后，库仑力提供向心力做匀速圆周运动，则半径为，有
联立解得
且为负电荷；
（2）若要到达点，则在磁场中做匀速圆周运动的半径为，则根据牛顿第二定律
解得
（3）设经电场偏转后进入磁场区域的粒子速度与初速度的夹角为并从点进磁场，则
设极板长度为，粒子要汇聚则圆心一定在轴上，在中由正弦定理得
解得：
则极板中点到的距离为
由对称性可知经过磁场后汇聚位置刚好是点，故满足条件。