湖南省郴州市2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版）

这是一份湖南省郴州市2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版），共15页。试卷主要包含了本试卷分试题卷和答题卡，答题前，考生务必将自己的姓名等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1、本试卷分试题卷和答题卡。试题卷共6页，有四道大题，共15道小题，满分100分。考试时间75分钟。
2、答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号写在答题卡和该试题卷的指定位置上，并认真核对答题卡上的姓名、准考证号和科目。
3、考生作答时，选择题和非选择题均须作答在答题卡上，在本试题卷上答题无效。考生在答题卡上按答题卡中注意事项的要求答题。
4、考试结束后，将本试题卷和答题卡一并交回。
一、单选题（本题共6小题，每小题4分，共24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. 在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。下列叙述与事实相符合的是（ ）
A. 卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，发现了质子
B. 汤姆孙发现了电子，并提出原子的核式结构模型
C. 麦克斯韦认为，均匀变化的磁场可以产生均匀变化的电场
D. 爱因斯坦提出的光电效应理论，可以很好地解释光电效应实验中的各种现象
【答案】D
【解析】A．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，而发现质子是他在1919年用α粒子轰击氮核的实验成果，并非源于α散射实验本身，故A错误；
B．汤姆孙发现了电子，但提出核式结构模型的是卢瑟福，汤姆孙提出的是“葡萄干布丁”模型，故B错误；
C．麦克斯韦理论指出，均匀变化的磁场会产生恒定的电场（如法拉第定律中，磁场均匀变化时，感生电场不随时间变化），而非均匀变化的电场，故C错误；
D．爱因斯坦基于光子假设提出光电效应方程，成功解释了截止频率、光电子动能与频率关系等实验现象，故D正确。
故选D。
2. 下列说法正确的是（ ）
A. 气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大
B. 船浮于水面上，是由于液体的表面张力造成的
C. 根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D. 单晶体的各种物理性质都具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的
【答案】C
【解析】A．温度升高时，气体分子的平均动能增大，但并非所有分子的动能都增大，个别分子动能可能减小，故A错误；
B．船浮于水面是由于浮力（阿基米德原理），而非表面张力。表面张力主要解释小尺度现象（如水珠形成），故B错误；
C．热力学第二定律的克劳修斯表述明确指出，热量不能自发从低温物体传到高温物体，故C正确；
D．单晶体仅在特定物理性质（如导热性、导电性）上表现各向异性，并非所有性质；多晶体和非晶体宏观上各向同性，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，为玻尔原子理论下的氢原子能级图，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则下列说法正确的是（ ）
A. 处于n=1能级的氢原子可以吸收11.0eV的光子并跃迁到更高的能级
B. 在玻尔理论中，电子的轨道是量子化的
C. 氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时会辐射出红外线
D. 一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁过程中可能辐射出6种频率的可见光
【答案】B
【解析】A．因−13.6eV+11.0eV=−2.6eV不等于任何能级的能量值，可知处于n=1能级的氢原子不可以吸收11.0eV的光子并跃迁到更高的能级，故A错误；
B．在玻尔理论中，电子的轨道是量子化的，故B正确；
C．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时会辐射出光子的能量为（−1.51eV）−（−3.4eV）=1.89eV，则为可见光，不是红外线，故C错误；
D．若一群氢原子从n=4能级向低能级跃迁过程中最多能辐射出6种频率的光，而一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁过程中最多只能辐射出3种频率的光，所以一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁过程中不可能辐射出6种频率的可见光，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，一束复色光从两面平行的玻璃砖上表面O点射入，进入玻璃砖后分成两束单色光a、b。下列说法正确的是（ ）
A. a光的折射率小于b光的折射率
B. a光的频率大于b光的频率
C. a光在玻璃中的传播速度大于b光
D. 调节图中角，b光可能在玻璃砖的下表面发生全反射
【答案】B
【解析】A．如图所示可知
由
解得，A错误；
B．光的折射率越大，频率越大，故
，B正确；
C．由
解得，C错误；
D．玻璃砖上下表面平行，光线在下表面第二次折射时的入射角等于光线在上表面第一次折射时的折射角，而光线在上表面第一次折射时的折射角一定小于光线发生全反射时的临界角，故无论如何调节图中角，光都不可能在玻璃砖的下表面发生全反射，D错误。
故选B。
5. 如图所示，一定质量的理想气体的循环由下面4个过程组成：a→b为等压过程，b→c为绝热过程，c→d为等压过程，d→a为绝热过程。下列说法正确的是（ ）
A. a→b过程中，气体内能增加
B. b→c过程中，气体内能不变
C. c→d过程中，气体吸收热量
D. d→a过程中，气体温度不变
【答案】A
【解析】A．a→b过程中，气体等压膨胀，根据可知，温度升高，则内能增加，故A正确；
B．b→c过程中，气体体积变大，对外做功，而气体绝热，则根据热力学第一定律可知气体内能减小，故B错误；
C．c→d过程中，压强不变，根据可知，体积减小，则温度降低，外界对气体做功，内能减小，则根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故C错误；
D．d→a过程中，气体体积减小，外界对气体做功，气体绝热，则气体内能增加，即温度增加，故D错误。
故选A。
6. 如图所示，电源的电动势恒定，内阻不可忽略，L是一个自感系数较大的线圈，且其自身的电阻不可忽略，A、B是两个相同的小灯泡。闭合开关S，电路稳定后A、B均可发光。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关时，A、B两灯功率相同
B. 断开开关S，A会闪亮一下，然后逐渐熄灭
C. 断开开关S，流过B的电流方向与原来相同
D. 闭合开关S，通过灯泡A的电流始终不变
【答案】C
【解析】A．闭合开关时，因线圈有电阻，则两个支路的电流不相等，可知A、B两灯功率不相同，故A错误；
B．电路稳定时，A灯所在支路电阻为灯泡电阻，B灯所在支路电阻为灯泡电阻与线圈电阻之和，两支路并联电压相同，根据欧姆定律，通过A灯的电流应大于通过B灯的电流，则断开开关S瞬间原来通过A灯的电流立刻消失，因线圈产生自感电动势阻碍电流减小，则线圈相当电源与AB灯重新组成回路，因为电路稳定时通过A灯的电流大于B灯的电流，则A不会闪亮，故B错误；
C．断开开关S，流过B的电流方向与原来相同，故C正确；
D．闭合开关S，开始时由于线圈产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当断路，此时通过A灯电流较大；随着B电流增加，通过A的电流逐渐减小，则通过灯泡A的电流不是始终不变的，故D错误。
故选C。
二、多选题（本题共4小题，每小题5分，共20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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
7. 氚是最简单的放射性元素，某夜光手表是利用氚核衰变产生的射线激发荧光物质发光。氚核发生衰变过程中产生粒子和新核，并放出一定的能量。氚核的半衰期为12.5年，下列说法正确的是（ ）
A. 衰变方程为
B. 此衰变过程中，发生了质量亏损
C. 氚与氧反应生成的化合物没有放射性
D. 若有质量为的氚核，经过25年后，剩余氚核的质量为
【答案】AB
【解析】A．根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为，故A正确；
B．此衰变过程中，放出一定的能量，发生了质量亏损，故B正确；
C．氚核具有放射性与自身原子核结构有关，氚与氧反应生成的化合物具有放射性，故C错误；
D．氚核的半衰期为12.5年，若有质量为的氚核，经过25年后，即经过2个半衰期，剩余氚核的质量为，故D错误。
故选AB。
8. 如图甲所示，矩形线圈切割磁感线产生交变电流。图乙中，交流电源，两个标有“”的灯泡均能正常发光。且变压器为理想变压器，电流表为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A. 在图甲中的所示时刻，穿过线圈磁通量变化最快
B. 变压器原线圈输入电压有效值为
C. 原、副线圈的匝数比为
D. 通过电流表的电流方向每秒变化100次
【答案】CD
【解析】A．图甲中所示时刻为中性面，此时线圈平面与磁场方向垂直，线圈的上下两根导线的速度没有垂直于磁场的分量，于是看作是没有在切割磁场线，线圈中磁通量的改变量可近似认为是零，磁通量的变化率也最小，故A错误；
B．图乙中，交流电源为
则交流电源有效值为
原线圈中标有“”的灯泡与线圈串联，且能正常发光，则变压器原线圈输入电压有效值为，故B错误；
C．副线圈中标有“”的灯泡能正常发光，可知副线圈电压为
则原、副线圈的匝数比为，故C正确；
D．由于交流电源
则交流电源频率为
由于正弦式交流电一个周期内通过电流表的电流方向变化2次，所以通过电流表的电流方向每秒变化100次，故D正确。
故选CD。
9. 一圆筒的横截面如图所示，半径为R，筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场。粒子与圆筒碰撞后，始终以等大反向的速率反弹，且电荷量保持不变。在圆筒的P点有一小孔，从P处垂直磁场方向对准圆心入射速度为、电荷量为q、质量为m的带正电的粒子，且不计粒子重力。该粒子与圆筒经过两次碰撞后，恰好能从P点射出，下列说法正确的是（ ）
A. 磁感应强度为
B. 磁感应强度为
C. 粒子在磁场中的运动时间为
D. 粒子在磁场中的运动时间为
【答案】BD
【解析】AB．由题意，粒子运动轨迹如图所示，根据几何关系，知，
洛伦兹力提供向心力，有
解得，故A错误，B正确；
CD．粒子在磁场中运动的周期
粒子在磁场中运动的时间，故C错误，D正确。
故选BD。
10. 如图所示，两段足够长的光滑平行金属导轨水平放置，导轨左右两部分的间距分别为L、；空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，质量分别为m、的导体杆a、b均垂直导轨放置，接入电路的电阻分别为R、，导轨电阻忽略不计；a、b两杆同时分别以的初速度向右运动，a总在左边窄导轨上运动，b总在右边宽导轨上运动，从开始运动到两杆稳定的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. a杆安培力方向与b杆安培力方向相反
B a杆加速度与b杆加速度大小相等
C. 电路中a杆上产生的焦耳热为
D. 稳定时a杆和b杆的速度相等，即为
【答案】ABC
【解析】AB．a杆、b杆和金属轨道组成闭合回路，感应电流大小相等，根据牛顿第二定律有，
可知，加速度大小相等，根据右手定则可知，从上往下看，感应电流方向沿顺时针方向，根据左手定则可知，a受到的安培力方向向右，b受到的安培力方向向左，安培力方向相反，故AB正确；
CD．稳定时，感应电流为0，回路总的感应电动势为0，则有
对a杆，根据动量定理有
对b杆，根据动量定理有
解得，
回路产生的总的焦耳热
电路中a杆上产生的焦耳热
解得，故C正确，D错误。
故选ABC。
三、实验题（本题共2小题，每空2分，共18分）
11. 如图甲所示，利用双缝干涉测量光的波长的实验中，双缝中心间的距离，双缝到光屏的距离，实验时，调整仪器，从目镜中可以观察到干涉条纹。
（1）相邻两个亮条纹间的距离__________（用题中符号d、L、表示）。
（2）某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图乙所示，分划板的中心刻线与A条纹的中心对齐时，此时手轮上的读数如图丙所示，__________ ；与B条纹的中心对齐时，手轮上的读数，该单色光的波长__________（波长的计算结果保留三位有效数字）。
（3）在该实验中，仅改用波长更长的光照射双缝，则屏上观察到的条纹个数__________（选填“增加”“减少”或“不变”）。
【答案】（1） （2）3.870##3.869##3.871 467 （3）减少
【解析】（1）相邻两个亮条纹间的距离为
（2）[1]螺旋测微器的精确值为，由图可知手轮上的读数为
[2]相邻两个条纹间的距离为
根据，可得该单色光的波长为
（3）在该实验中，仅改用波长更长的光照射双缝，根据，可知相邻两个条纹间的距离变大，则屏上观察到的条纹个数减少。
12. 某同学用热敏电阻设计高温报警器。实验器材如下：热敏电阻、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡、保护电阻（阻值未知）、变阻箱、电池组两组、多用电表、铁架台、导线开关等。
（1）该同学首先用多用电表测量保护电阻的阻值，完成基本操作后将多用电表的选择开关置于“”挡，进行__________（选填“机械调零”或“欧姆调零”），测量的阻值，示数如图（甲）所示，对应的读数是__________。
（2）如图（乙）所示是该热敏电阻的图像，可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而__________（选填“减小”、“不变”或“增大”）。
（3）如图（丙）是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置。根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻达到设定温度时，电磁继电器自动吸合，报警装置报警。已知控制电路电池组电动势为（内阻可忽略不计），实测电磁继电器正常吸合时的电流至少为，继电器线圈电阻为，如果设置报警温度为，应将变阻箱的电阻R调节到__________（保留两位有效数字）。若要报警器在时报警，需要__________（选填“增大”“减小”或“不变”）变阻箱的电阻。
【答案】（1）欧姆调零 5##5.0##5.1 （2）减小 （3）74 减小
【解析】（1）[1]多用电表的选择开关置于“×1”挡，进行欧姆调零；
[2]欧姆表指针指在刻线5.0位置，则保护电阻R0的阻值为。
（2）由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（3）[1]如果设置报警温度为，由图像可知该温度对应的热敏电阻阻值为
根据闭合电路欧姆定律可得
可得至少应将变阻箱电阻R调节到
[2]要报警器在时报警，说明报警时热敏电阻的阻值比原来大，为了使电流达到电磁继电器正常吸合时的电流，需要减小变阻箱的电阻。
四、计算题（本大题共3小题，共38分，其中第13题12分，第14题12分，第15题14分，写出必要的推理过程，仅有结果不得分。）
13. 如图所示，向一个空的铝制饮料罐中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知饮料罐的容积是，吸管内部粗细均匀，横截面积为，吸管的有效长度为，当温度为时，油柱离管口，取大气压为。
（1）当温度变化时，油柱可在吸管内缓慢移动，该过程为等压变化还是等容变化？
（2）求这个气温计能测量的最高温度（用摄氏温度表示）；
（3）已知气温计的温度从缓慢上升到最大值的过程中，气体从外界吸收的热量，求此过程中气体内能的增加量。
【答案】（1）等压变化 （2） （3）
【解析】（1）当温度变化时，油柱可在吸管内缓慢移动，饮料罐中的压强保持不变，所以该过程为等压变化。
（2）初始状态
测量温度最高时
由盖吕萨克定律得
解得
即
即气温计测量的最高温度为
（3）气温计的温度从缓慢上升到最大值的过程中，体积膨胀，气体对外做功
由热力学第一定律得
可得
即内能增加量为。
14. 如图所示，两条互相平行、水平放置的固定光滑导轨间距l=1m。ab、cd是两根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属棒，两棒的质量分别为1kg和2kg，ab的电阻忽略不计，cd的电阻r=1Ω。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为1T。cd左侧为绝缘导轨，cd右侧为金属导轨，已知导轨足够长且电阻不计。在导轨的右侧，连接一个R=3Ω的电阻。某时刻金属棒ab获得水平向右、v0=3m/s的初速度，当运动到cd时，与静止的金属棒cd发生弹性碰撞。求：
（1）碰后金属棒ab与cd的速度大小；
（2）在金属棒cd运动过程中，电阻R上产生的焦耳热；
（3）金属棒cd在导轨上运动的位移大小。
【答案】（1）， （2） （3）
【解析】（1）对金属棒碰撞过程用动量守恒定律和机械能守恒定律有，
得，
（2）由能量守恒定律可知，金属棒cd及右侧电阻R上产生的焦耳热
电阻R上产生的焦耳热，解得
（3）对碰后金属棒cd在金属导轨上运动的过程有
安培力
由动量定理
金属棒cd在导轨上运动的位移大小
解得
15. 人们通常利用带电粒子在电场和磁场中受力的特点，来控制带电粒子的运动，或对带电粒子进行分析，如回旋加速器、质谱仪、人造太阳等。如图所示，在平面直角坐标系的第一、四象限内存在磁感应强度大小为B（未知）的匀强磁场，方向如图所示，第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场。一带电量为，质量为m的粒子（不计重力）从x轴上的A点沿y轴正方向以初速度进入第二象限，经电场偏转后从y轴上的M点进入第一象限，然后从x轴上的N点进入第四象限。求：
（1）匀强电场的场强大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度大小B；
（3）把原磁场撤去，在第一象限某区域只需要加一磁感应强度为原磁场3倍的矩形磁场，即可使带电粒子与x轴正方向成角斜向下穿过x轴。求该矩形磁场区域的最小面积S。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在电场中做类平抛运动，有 ，
其中
得
（2）设带电粒子运动到M点时，水平分速度为，则有
得

设速度方向与x轴正方向的夹角为，
即
在磁场中，由几何关系
得
又
得
（3）当磁感应强度为时，有
得
使带电粒子与x轴正方向成角向下经过x轴，即粒子速度偏转，圆弧圆心角为，由几何关系，矩形的长边
矩形的短边
最小面积