河南省开封市2024-2025学年高二下学期期末调研考试物理试卷（解析版）

这是一份河南省开封市2024-2025学年高二下学期期末调研考试物理试卷（解析版），共17页。
1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写到相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2．选择题答案必须使用2B铅笔（按填涂样例）正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号在各题目的答题区域内作答、超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。答题卡面清洁、不折叠、不破损。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得了正确的科学认知，进而推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（ ）
A. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
B. 洛伦兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
C. 贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构
D. 卢瑟福用粒子轰击，获得反冲核，发现了中子
【答案】C
【解析】A．汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，并提出“葡萄干布丁”原子模型，而原子核式结构模型是卢瑟福基于α粒子散射实验提出的，故A错误。
B．赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论（如电磁波的存在），洛伦兹的主要贡献是提出带电粒子在电磁场中受力的公式（洛伦兹力），故B错误。
C．贝克勒尔发现天然放射现象，表明原子核内部存在复杂结构（如衰变过程释放α、β、γ射线），故C正确。
D．查德威克用α粒子轰击，得到并发现中子，故D错误。
故选C。
2. 关于下列各图，说法正确的是（ ）

A. 甲图中半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之间有间隙
B. 图乙中液体和管壁表现为不浸润
C. 图丙中对应曲线为同一气体温度较高时的速率分布图
D. 图丁中微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显
【答案】A
【解析】A．甲图中半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之间有间隙，故A正确；
B．图乙中液体和管壁接触面中的附着层中的液体分子间表现为斥力效果，可知液体和管壁表现为浸润，故B错误；
C．图丙中，当温度升高时，分子速率较大的分子数占总分子数的百分比增大，可知对应曲线为同一气体温度较低时的速率分布图，故C错误；
D．图丁中微粒越小，微粒受到液体分子撞击越不平衡，布朗运动越明显，故D错误。
故选A。
3. 2024年10月3日，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器发现了钚元素的一个新同位素，测量发现该新核素的衰变方程为，衰变释放能量约为8191keV，半衰期约为0.78s。下列说法正确的是（ ）
A. 新核素发生的是衰变
B. 的中子数比质子数多181
C. 升高温度或增大压强会缩短半衰期
D. 的比结合能比的比结合能小
【答案】D
【解析】A．新核素衰变释放（α粒子），说明发生的是衰变，而非衰变，故A错误；
B．根据质量数和电荷数守恒，X的电荷数，质量数。中子数为，质子数为92，中子数比质子数多，而非181，故B错误；
C．半衰期仅由原子核内部结构决定，与温度、压强等外界条件无关，故C错误；
D．衰变释放能量说明生成物X的比结合能大于的比结合能，故D正确。
故选D。
4. 气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时使用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱B时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（ ）
A. 在完全失重的情况下，座舱A内的空气对器壁的顶部没有作用力
B. 气体对外做功，平衡后气体内能减小
C. 气体对外做功，气体体积变大，平衡后压强减小
D. 气体对外不做功，气体体积变大，平衡后压强减小
【答案】D
【解析】A．气体压强是大量的气体分子频繁的对容器器壁碰撞的结果，与是否失重无关，则在完全失重的情况下，座舱A内的空气对器壁的顶部仍有作用力，选项A错误；
BCD．因B内为真空，则虽然气体体积变大，但气体不对外做功，系统与外界又没有热交换，则平衡后气体温度不变，内能不变，压强减小，选项BC错误，D正确。
故选D。
5. 如图所示，圆形匀强磁场区域的圆心为O，半径为R，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B。一质量为m、电荷量为q的带电粒子以某一速度从P点沿磁场区域的半径方向射入磁场，从Q点射出，PO与OQ成60°角，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ）
A. 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径等于R
B. 带电粒子在磁场中的运动时间等于
C. 若射入速度变大，粒子运动的半径变小
D. 若射入速度变大，粒子在磁场中的运动时间变短
【答案】D
【解析】AB．粒子运动轨迹如图所示
根据几何关系可得
解得粒子轨迹半径为
根据洛伦兹力提供向心力，有
粒子运动周期为
联立可得
带电粒子在磁场中的运动时间为
故AB错误；
C．根据洛伦兹力提供向心力，有
解得
可知射入速度变大，粒子运动的半径变大，故C错误；
D．粒子在磁场中的运动周期
粒子在磁场中的运动时间
如果只增大粒子的入射速度v，周期不变。根据可知如果只增大粒子的入射速度v，则偏转半径变大，由几何关系可知偏转角变小，则粒子在磁场中的运动时间变短，故D正确。
故选D。
6. 变压器是日常生活中必不可少的重要元器件，小明同学从功率放大器中拆解出一个如图甲所示的环形变压器，该变压器可视为理想变压器，铭牌上显示该变压器原线圈的匝数为880匝，当原线圈接入220V的交流电时，副线圈两端的电压为22V。小明同学在环形变压器原线圈中串入一个理想交流电流表，在副线圈两端接一个铭牌为“2.5V，0.3A”的小灯泡，如图乙所示。当原线圈两端接如图丙所示的正弦交变电压时，小灯泡恰好能正常发光，下列说法正确的是（ ）
A. 变压器副线圈的匝数为88匝
B. 图丙中交流电的频率为100Hz
C. 小灯泡正常发光时电流表的示数为0.03A
D. 图丙中正弦交变电压的峰值
【答案】AC
【解析】A．原线圈接的交流电时，副线圈两端的电压为，根据变压比
解得
故A正确；
B．根据图像可知，周期为0.02s，则频率为
故B错误；
C．小灯泡正常发光时副线圈电流为
根据变流比
可得
即电流表的示数为
故C正确；
D．小灯泡正常发光时副线圈电压为，根据变压比
可得原线圈电压有效值
则正弦交变电压的峰值
故D错误。
故选AC。
7. 图甲为洛伦兹力演示仪的实物图，乙图为其结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈（励磁线圈），通过电流时，两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向内的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪，电子枪发射电子，电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节，磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是（ ）
A. 仅使励磁线圈中电流为零，电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动
B. 乙图中电子发射时向右运动，若要正常观察电子运动径迹，励磁线圈中电流方向应该为逆时针（垂直纸面向里看）
C. 仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的半径将变大
D. 仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的半径将变小
【答案】B
【解析】A．若励磁线圈中电流为零，则磁感应强度为0，电子枪中飞出的电子将做匀速直线运动，故A错误；
B．乙图中电子发射时向右运动，若要正常观察电子运动径迹，根据左手定则可知，电子受到向上的洛伦兹力，所以励磁线圈中电流方向应该为逆时针（垂直纸面向里看），故B正确；
C．电子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力有
所以
由此可知，增大励磁线圈中电流，磁感应强度增大，半径减小，故C错误；
D．电子加速过程，根据动能定理有
所以
若提高电子枪加速电压，粒子圆周运动的线速度增大，则电子做圆周运动的半径将变大，故D错误。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 一定质量的封闭气体可看做理想气体，其状态从a变为状态b、c又回到状态a，用图像表示如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在b→c过程中，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
B. 在c→a过程中，气体对外界做功，气体内能不变，温度不变
C. 在a→b→c过程中，气体放出的热量等于
D. 气体在a→b→c→a循环过程中对外做的功等于图像围成的面积
【答案】BC
【解析】A．在b→c过程中，气体压强不变，体积减小，温度降低，则气体数密度增加，气体分子平均速率减小，可知单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加，A错误；
B．在c→a过程中，气体体积增大，气体对外界做正功，又根据可知，气体温度不变，气体内能不变，B正确；
C．因ac两态温度相同，可知a→b→c过程中，气体内能不变，气体体积减小，外界对气体做功
根据
可知气体放出的热量等于
C正确；
D．气体在a→b→c→a循环过程中对外做功，即为图像围成的面积，可知选项D错误。
故选BC。
9. 如图所示是研究光电效应的实验装置。大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子能量为12.09eV，用此光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（ ）
A. 要使微安表示数恰好为零，滑片P应由图示位置向a端移动
B. 不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
C. 若10.2eV为另一光子能量，则能发生光电效应的光子共有2种
D. 从图示位置滑动滑片P，微安表的读数可能不变
【答案】AC
【解析】A．要使微安表的示数恰好为零，光电管应接入反向电压，即K板电势高于A板电势，则滑片P应由图示位置向a端移动，故A正确；
B．根据，可知不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是不同的，故B错误；
C．用光子能量为12.09eV照射到光电管电极K上，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零，可知遏止电压为7V，根据
可得逸出功为
由于逸出功小于10.2eV，大于1.89eV，可知能发生光电效应的光子共有2种，故C正确；
D．图示电压趋近于零，未能达到饱和电流，所以从图示位置滑动滑片P，微安表的读数会变化，故D错误。
10. 如图所示，两根足够长的粗糙平行金属导轨间距为，其电阻不计，两导轨及其所在平面与水平面的夹角均为，上端连接一阻值为的电阻，整个装置处于方向垂直于导轨平面的匀强磁场中。将一质量为、电阻不计的金属棒放在导轨上，无磁场时金属棒恰好处于静止状态。从时刻开始，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化关系如图所示（令垂直导轨平面向下为正方向），已知金属棒与导轨间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取，，。在时，导体棒恰好运动，则（ ）
A. 金属棒与导轨间的动摩擦因数为0.75
B. 时，从上方俯视整个回路，回路中感应电流的方向沿顺时针
C. 时，金属棒受到的安培力大小为6N
D. 时刻，金属棒与导轨顶端的距离为3m
【答案】AD
【解析】A．没有磁场时，对金属棒，由平衡条件有
解得
故A正确；
B．0~2s内，闭合回路中的磁通量增大，由楞次定律和安培定则可知，从上方俯视整个回路，感应电流的方向沿逆时针，故B错误；
C．时，对金属棒由平衡条件有
解得
故C错误；
D．由法拉第电磁感应定律有
又
解得
故D正确。
故选AD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. “用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤如下：
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓中的方格数（正方形小方格的边长为2cm），求油膜面积S（如图所示）
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在盘上，用彩笔将薄膜的形状画在玻璃板上
C.向浅盘中装入约2cm深的水，并撒上痱子粉或细石膏粉
D.用所学公式求出油膜厚度，即油酸分子的直径
E.在1mL纯油酸中加入酒精，至油酸酒精溶液总体积为1000mL，
F.用注射器或滴管将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，测得60滴溶液体积为1mL。
（1）上述实验步骤的合理顺序是：______；
（2）根据上述数据，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL；（保留2位有效数字）
（3）根据上述数据及图中的面积，估测出油酸分子的直径是________cm；（保留2位有效数字）
（4）该实验体体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有______。
A. 油酸不溶于水
B. 把油酸分子视为球形
C. 油酸分子是紧挨着的没有空隙
D. 油酸在水面上充分散开形成单分子油膜
（5）某次实验，发现油膜的形状如图所示，你认为形成这一现象的主要原因是______。
【答案】（1）EFCBAD （2） （3） （4）BCD （5）撒入的痱子粉过多
【解析】（1）根据实验操作过程可知，上述实验步骤的合理顺序是EFCBAD。
（2）根据上述数据，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是
（3）根据图示油膜轮廓，利用数格子的原则，估算出有60格，则油酸薄膜面积为
由于分子是单分子紧密排列的，因此分子直径为
（4）该实验体体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有把油酸分子视为球形、认为油酸分子是紧挨着的没有空隙、认为油酸在水面上充分散开形成单分子油膜。
（5）根据图示可知，油膜没有充分散开，形成这一现象的主要原因是撒入的痱子粉过多。
12. 某热敏电阻的阻值R随温度t变化的图像如图甲所示，某同学用该热敏电阻制作的简易火灾自动报警器电路图如图乙所示。请回答以下问题：
（1）为使温度在升高到报警温度时，报警器响起，单刀双掷开关C应该接____________（选填“a”或“b”）。
（2）为实现温度升高到60℃时报警器响起的目的，该同学先把热敏电阻放入60℃的恒温水中，然后调节滑动变阻器的电阻，直到报警器响起。在闭合两开关，之前，该同学还应将滑动变阻器的滑片滑至最____________（选填“左端”或“右端”）。
（3）已知直流电源电动势，内阻不计。若继电器线圈ed电阻忽略不计，流过继电器线圈的电流才会报警，欲使温度升高到60℃时报警器响起，则滑动变阻器接入电路的阻值应该是____________Ω。
【答案】（1）a （2）左端 （3）1220
【解析】（1）[1]由图甲可知，热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在温度升高的过程中图乙中电流增大，螺旋管的磁感应强度增大，铁片受到的作用力增大将向左移动，要使报警器响起，单刀双掷开关C应该接a；
（2）[2]在闭合开关前，应使滑动变阻器接入电路的阻值最大，即应将滑动变阻器的滑片滑至最左端；
（3）[3]由图甲可知，温度升高到60℃时热敏电阻的阻值为580，由闭合电路欧姆定律得
解得
13. 图甲为市面上常见的气压式升降椅，它通过汽缸的上下运动支配座椅升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与座椅固定连接，横截面积的柱状支架与底座固定连接，可自由移动的汽缸与支架之间封闭一定质量的理想气体。质量的工作人员坐在座椅上（两脚悬空离地），稳定后封闭气体柱长度，已知汽缸与座椅的总质量，大气压强，室内温度。工作人员坐在座椅上打开空调，室内气温缓慢降至，汽缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦，g取。
（1）求降温过程座椅高度的变化量；
（2）若降温过程封闭气体内能变化了1.4J，求气体吸收或放出的热量。
【答案】（1）0.4cm （2）放出热量5J
【解析】（1）汽缸内气体压强一定，由盖—吕萨克定律得
即
解得
则
可得
降温过程座椅下降了0.4cm
（2）人坐在座椅上，由平衡条件得
气体温度下降，内能减小；外界对缸内气体所做的功
即
根据热力学第一定律
代入数据得
此过程气体放出热量为5J
14. 如图所示，一对半径均为r的光滑竖直圆弧型金属导轨，其右端与一对足够长平行且光滑的水平金属导轨平滑连接成固定轨道，水平导轨的右端接入阻值为R的电阻，且水平导轨处于竖直向下的匀强磁场中。现有一质量为m、长度为L、电阻为的导体棒从圆弧轨道上高处由静止释放，若已知固定导轨间的距离为L，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，金属导轨电阻忽略不计，运动过程中导体棒始终与导轨垂直且接触良好。求：
（1）导体棒恰好到达圆弧导轨底端时对轨道的压力大小；
（2）整个过程中，电阻R上产生的焦耳热；
（3）整个过程中，导体棒在水平轨道上向右运动的距离。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）由机械能守恒定律得，解得
根据牛顿第二定律有，解得
根据牛顿第三定律可知，导体棒刚到达圆弧导轨底端时对轨道的压力大小为
（2）根据能量守恒定律，回路产生的总热量
电阻R上产生的焦耳热为
联立解得
（3）整个过程中，通过导体棒的电荷量
以向右为正方向，根据动量定理可得
根据法拉第电磁感应定律
根据闭合电路的欧姆定律可得通过R的电流
联立解得导体棒在水平轨道上向右移动的距离
15. 某离子注入工艺原理如图所示。离子源产生的离子经小孔进入加速电场，初速度可忽略不计。加速后的离子竖直向上进入速度选择器，该区域存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场；通过速度选择器的离子射出后从小孔进入电场分析器，电场分析器内为圆弧辐射状电场，离子沿半径为（未知）的圆弧做匀速圆周运动；随后离子从小孔射出并沿水平方向进入磁场分析器，该区域存在垂直纸面向外的圆形匀强磁场（未画出），离子偏转后沿的方向竖直向下射入水平向左的匀强偏转电场，最终打在水平放置的晶圆（硅片）上。已知加速电场两水平极板间的电压为U，速度选择器电场、电场分析器内离子所经位置的电场强度大小均为E；速度选择器、磁场分析器中的磁感应强度大小均为B；偏转电场的上下边界MN和PQ间距为L，水平方向足够宽。晶圆半径为R，圆心为O，其上表面到PQ边界的距离为d。不计重力及离子间相互作用，忽略边缘效应，求：
（1）通过速度选择器离子的比荷；
（2）离子在电场分析器中运动轨迹的半径及运动时间t；
（3）磁场分析器中“圆形匀强磁场”区域的最小面积S；
（4）若离子需恰好打在晶圆上表面的边缘处，求偏转电场的电场强度大小。
【答案】（1） （2）， （3） （4）
【解析】（1）在速度选择器中，由
可知
在加速电场中，由
解得离子的比荷为
（2）在电场分析器中，由
解得
在电场分析器中，由
离子在电场分析器中运动的时间
（3）在磁场分析器中，由
由几何关系可知，当匀强磁场面积最小时，其半径
由
可得
（4）在偏转电场中，竖直方向
水平方向
由几何关系可得
解得