北京市西城区2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版）

这是一份北京市西城区2024-2025学年高二下学期期末物理试卷（解析版），共19页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，论述等内容，欢迎下载使用。
第一部分（选择题共42分）
一、单项选择题（共10个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意。）
1. 关于布朗运动，下列说法正确的是（ ）
A. 布朗运动是液体分子的无规则运动
B. 布朗运动是悬浮微粒的无规则运动
C. 液体温度越低，布朗运动越剧烈
D. 固体颗粒越大，布朗运动越剧烈
【答案】B
【解析】A．布朗运动是悬浮微粒的运动，而非液体分子的运动，故A错误；
B．布朗运动指悬浮在液体中的微粒的无规则运动，故B正确；
C．液体温度越高，分子热运动越剧烈，布朗运动越明显，故C错误；
D．悬浮微粒越大，受分子撞击的合力越趋于平衡，布朗运动越不明显，故D错误。
故选B。
2. 我们通常听到的声音是靠声波来传播的，而手机接收的是电磁波。关于声波和电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. 都是横波
B. 传播都需要介质
C. 从空气到水中，传播速度都变小
D. 都能发生干涉和衍射
【答案】D
【解析】A．声波在空气中是纵波（振动方向与传播方向一致），而电磁波是横波（振动方向垂直于传播方向），故A错误；
B．声波的传播需要介质（如空气、水等），而电磁波可在真空中传播，故B错误；
C．声波在水中传播速度比空气中快（如空气中约340 m/s，水中约1500 m/s），而电磁波（如光波）进入水中速度会减小（因折射率增大），故C错误；
D．干涉和衍射是波的共性，声波（机械波）和电磁波均能发生，故D正确。
3. 分子力随分子间距离的变化如图所示，下列有关分子势能的说法正确的是（ ）
A. 分子间距从到，分子势能先减后增
B. 分子间距从到，分子势能不断减小
C. 分子间距从到，分子势能不断增大
D. 分子间距从到，分子势能先增后减
【答案】B
【解析】AB．分子间距从到，分子力表现为引力，分子距离减小，分子力做正功，分子势能不断减小，故B正确，A错误；
CD．分子间距从到，分子力先表现为斥力后表现为引力，分子距离增大，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，故CD错误。
故选B。
4. 如图，白光经过玻璃三棱镜后出现色散现象，其中、为其折射出的光线中的红光和紫光，比较两种色光，下列说法正确的是（ ）
A. 在玻璃中，红光的折射率比紫光的折射率大
B. 在玻璃中，红光的波速比紫光的波速大
C. 分别从玻璃射入空气发生全反射时，红光的临界角比紫光的小
D. 紫光比红光更容易发生明显衍射现象
【答案】B
【解析】A．根据题图可知紫光的偏折程度更大，则在玻璃中，紫光的折射率比红光的折射率大，故A错误；
B．根据可知在玻璃中，红光的波速比紫光的波速大，故B正确；
C．根据全反射发生的临界条件可知分别从玻璃射入空气发生全反射时，紫光的临界角比红光的小，故C错误；
D．红光频率小，则波长大，红光比紫光更容易发生明显衍射现象，故D错误。
故选B。
5. 观察双缝干涉图样的实验装置如图所示，用绿色滤光片时从目镜中可以看到绿色的干涉条纹，在其他条件不变的情况下，下列操作可以使条纹的间距变大的是（ ）
A. 换成紫色滤光片B. 换成缝宽更大的单缝
C. 换成间距更小的双缝D. 换成双缝到屏的距离更小的遮光筒
【答案】C
【解析】根据公式分析各选项。
A．换成紫色滤光片，波长减小，条纹间距将变小，A错误；
B．换成缝宽更大的单缝，条纹间距不变，B错误；
C．换成间距更小的双缝，条纹间距变大，C正确；
D．换成双缝到屏的距离更小的遮光筒，条纹间距变小，D错误。
故选C。
6. 健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可与外界发生充分的热交换。则下列说法正确的是（ ）
A. 人体快速挤压健身球的过程中，球内气体压强减小
B. 人体快速挤压健身球的过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大
C. 人体缓慢离开健身球的过程中，球内气体对外放热
D. 人体缓慢离开健身球的过程中，球内气体压强不变
【答案】B
【解析】AB．人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，体积减小，外部对气体做功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，球内气体内能变大，球内温度升高，球内气体分子热运动的平均动能增大，由理想气体状态方程可知，球内气体压强变大，故A错误，B正确；
C．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，体积增大，气体对外做功，内能不变，则球内气体从外界吸热，故C错误；
D．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，由理想气体状态方程可知，当体积变大时球内气体压强变小，故D错误。
7. 图甲、乙为一款高空风车及其内置发电机模型图。其发电原理可简化为图丙，是一单匝矩形导线框，，全部处于磁感应强度为的水平向右的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的水平固定轴以角速度匀速转动。当边与磁场方向的夹角为时，沿固定轴从前向后看线框的侧视图如图丁所示。则（ ）
A. 此时边运动速度与磁感线垂直的速度分量大小为
B. 此时线框中产生的感应电动势瞬时值为
C. 此时线框中电流的方向为
D. 线框能产生的感应电动势最大值为
【答案】B
【解析】A．边的线速度
此时边运动速度与磁感线垂直的速度分量大小为，故A错误；
B．此时线框中产生的感应电动势瞬时值为
代入可得，故B正确；
C．根据右手定则可知此时线框中电流的方向为，故C错误；
D．线框能产生的感应电动势最大值为
其中
联立可得，故D错误。
故选B。
8. 体操运动员在落地时总要屈腿，其目的是通过延长作用时间减少地面对人的冲击力。某运动员所受重力为，落地过程中，双脚与地面间的作用时间为，地面对他的平均冲击力大小为；若运动员以相同的速度落地时，双脚与地面间的作用时间变为，则地面对他的平均冲击力大小变为（ ）
A. B. C. 1.5GD.
【答案】C
【解析】设脚着地瞬间的速度大小为v，取竖直向上为正，穿着平底布鞋时双脚竖直着地过程中，根据动量定理
其中
穿上气垫鞋时双脚竖直着地过程中，根据动量定理有
解得
故选C。
9. 如图某中学放飞“水火箭”的活动中，同学们将静置在地面上的质量为M（含水）的自制“水火箭”释放升空，在极短的时间内，质量为m的水以相对地面v0的速度与水平方向成θ角斜向下喷出。不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 水喷出的过程中，火箭和水机械能守恒
B. 当θ=45°时，火箭飞得最高
C. 火箭的初速度大小为
D. 火箭从射出点到最高点所用时间为
【答案】C
【解析】A．水喷出的过程中，瓶内气体做功，火箭及水的机械能不守恒，故A错误；
B．竖直方向根据，可得飞行高度
可知竖直方向的分速度越大，飞得越高，即当θ=90°时，火箭飞得最高，故B错误；
CD．在水喷出后的瞬间，火箭获得的速度最大，由动量守恒定律有
解得，火箭上升的时间为，故C正确，D错误。
10. 深水波指的是在水深大于半个波长的海域中传播的波浪。为了研究问题的方便，可以将海水看作由很多个“水质点”构成。水质点不仅在平衡位置附近做水平方向的前后振动，也同时在做竖直方向的上下振动，只有这两个振动的周期相同时，才能使海水维持一定的波动形状，形成深水波。对深水波做出以下简化：水质点的上下振动和前后振动皆为简谐运动，振动周期相等、振幅相等，且相位差恰好为。深水波的波长与重力加速度、周期的关系为。关于深水波，下列说法错误的是（ ）
A. 深水波中既有横波又有纵波
B. 水质点在一个振动周期内完成一次圆周运动
C. 在波峰和波谷处，水质点的运动速度为
D. 深水波的传播速率为
【答案】C
【解析】AB．由质点的运动方向有水平、竖直两种情况且两种振动均为简谐运动，相位差为，表明水质点的运动轨迹为圆形，是横波和纵波的组合，故AB正确；
C．在波峰波谷处，水质点的一个方向的分速度为0，另一个简谐运动与其相位差为，恰好处于该分运动的平衡位置处，速度是不为0，故C错误；
D．由波速公式
结合题目中的波长
即可知波速为
故D正确。
本题选择错误的，故选C。
二、多项选择题（本题共4小题，每小题3分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题意的，全部选对得3分，选对但不全得2分，错选不得分。）
11. 如图为某水平弹簧振子中的小球做简谐运动的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A. t=1s时，弹簧振子的弹性势能最大
B. t=2s时，小球的加速度最大
C. 1~2s的过程中，小球的速度与加速度方向相同
D. t=2.5s时和t=3.5s时，小球的位移相同
【答案】ACD
【解析】A．t=1s时，弹簧振子处在位移最大处，弹簧的形变量最大，弹性势能最大，故A正确；
B．t=2s时，小球处在平衡位置，小球的速度最大，加速度为零，故B错误；
C．1~2s的过程中，小球回到平衡位置，速度方向沿y轴负方向，此过程中，弹簧由伸长状态回到原长，弹力方向沿y轴负方向，加速度沿y轴负方向，速度与加速度方向相同，故C正确；
D．根据弹簧振子运动的对称性，如图所示，t=2.5s时和t=3.5s时，小球的位移相同，故D正确。
故选ACD。
12. 如图，小球1、2用不可伸长的等长轻绳悬挂于同一高度，静止时小球恰能接触且悬线平行。在各次碰撞中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。将1号小球拉至高度h释放，第一次碰撞后1球反弹，两球上升最大高度均为0.25h。不计空气阻力，下列判断正确的是（ ）
A. 小球1在第一次碰撞前后的速度大小之比为4∶1
B. 小球1、2的质量之比为1∶3
C. 两小球发生的是非弹性碰撞
D. 两球在最低点发生第二次碰撞
【答案】BD
【解析】A．碰前对小球1，由机械能守恒有
解得碰前小球1速度
碰后对小球1，由机械能守恒有
解得碰后小球1速度
则，故A错误；
B．由于碰后小球1速度
由于两球上升最大高度均为0.25h，同理可知碰后小球2速度
规定向右为正方向，根据动量守恒有
联立解得，故B正确；
C．选择最低点为0势能点，设小球1质量为m，碰撞前系统机械能
碰撞后系统机械能
可知碰撞为弹性碰撞，故C错误；
D．由于两球第一次两球上升最大高度相同，且之后均做圆周运动，运动规律相同，故两球在最低点发生第二次碰撞，故D正确。
13. 图甲是某使用220V正弦交流电的手机无线充电装置，其简化工作原理如图乙所示。其中S为探测开关，如果手机支持无线快充，则S与1接通，此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N2=4∶1，手机两端的电压为10V，给手机的充电功率为30W；若手机不支持快充，则S与2接通，此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N3=5∶1，手机两端的电压为5V，给手机的充电功率为5W。开关1所接电阻为R1，开关2所接电阻为R2，若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A. R1阻值为15Ω
B. R2的阻值为39Ω
C. 快速充电时，送电线圈中的电流为12A
D. 快速充电时，ab间输入功率为165W
【答案】ABD
【解析】A．开关接1时，受电线圈两端电压
此时通过手机电流
则，故A正确；
B．开关接2时，受电线圈两端电压
此时通过手机电流
则，故B正确；
C．由A选项可知，快速充电时，送电线圈中的电流为3A，故C错误；
D．由A选项可知，快速充电时，ab间输入功率为P=U2I=（55×3）W=165W，故D正确。
故选ABD。
14. 利用磁铁和干簧管，设计一个门开报警装置：门的上沿嵌入一小块永磁体，门框内与永磁体相对的位置嵌入常开型千簧管（磁体靠近时才闭合），并将干簧管接入报警电路。当门被打开时，指示灯亮；当门紧闭时，指示灯灭。下图中H为干簧管，为指示灯，为定值电阻。A、B图中矩形虚线框J为电磁继电器；C、D图中圆形实线框VT为三极管，具有断路和接通的开关作用（当be间的电压较小时，三极管ce处于阻断状态；当be间的电压足够大时，三极管将被导通有沿ce方向的电流）。其中符合题意的电路设计是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】A．图中，当打开门时，永磁体远离干簧管，干簧管断开，线圈中没有电流，线圈没有产生磁场，线圈对开关没有吸引力作用，开关在弹簧作用下同右侧接口连接，右侧电路断开，指示灯熄灭，不符合题意，故A错误；
B．图中，当打开门时，永磁体远离干簧管，干簧管断开，线圈中没有电流，线圈没有产生磁场，线圈对开关没有吸引力作用，开关在弹簧作用下同右侧接口连接，右侧电路闭合，指示灯亮，符合题意，故B正确；
C．图中，当门紧闭时，永磁体靠近干簧管，干簧管闭合，be间直接与电源连接，be间的电压足够大，此时三极管将被导通有沿ce方向的电流，指示灯亮，不符合题意，故C错误；
D．图中，当门紧闭时，永磁体靠近干簧管，干簧管闭合，be间被短路，be间的电压很小时，三极管ce处于阻断状态，指示灯熄灭，符合题意，故D正确。
故选BD。
第二部分（实验、论述和计算题共58分）
三、实验题（本题共2小题，共18分）
15. （1）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，所选用的双缝间距为，双缝到屏的距离为，在屏上得到如图的干涉图样，分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为，则入射的单色光波长的计算表达式为___________。
（2）用油膜法估测油酸分子直径时，由于多倒了一点酒精，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径___________（选填“偏大”或“偏小”）
（3）“测定玻璃的折射率”的实验中，将玻璃砖放置在白纸上，和分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和。下列说法正确的是___________
A. 在插时，同时挡住的像
B. 没有量角器和圆规，利用刻度尺和三角板也可以测出玻璃砖的折射率
C. 光线从矩形玻璃砖上表面入射后，再从下表面射出，可能在下表面发生全反射
（4）在探究气体等温变化的规律的实验中，为了能够最直观地判断出气体的压强与其体积是否成反比，应做出___________（选填“”或“”）图像，在误差允许的范围内，该图像是一条过原点的直线。
（5）某同学用单摆测重力加速度。实验时改变摆长，测出几组摆长和对应的周期的数据，作出图像如图所示，利用、两点的坐标，写出重力加速度的表达式___________。这种用图像测量重力加速度的方法___________（选填“可以”或“不可以”）消除因摆球质量不均匀造成的实验误差。
【答案】（1） （2）偏大 （3）AB （4） （5） 可以
【解析】（1）依题意可知，相邻两条纹的间距为
由
解得；
（2）由于多倒了一点酒精，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了，而我们在计算时，还按原浓度计算，导致算出的油酸体积V偏大，由可知，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径偏大；
（3）A．在插时，同时挡住像，说明和在一条光路上，A正确；
B．折射率为，如图所示，利用刻度尺和三角板，测出相应的边长，即可得到玻璃的折射率，B正确；
C．光线从矩形玻璃砖上表面入射后，折射角β一定小于临界角，故从下表面射出时的入射角一定也小于临界角，所以在下表面一定不会发生全反射，C错误；
（4）因为在误差允许的范围内，该图像是一条过原点的直线，故应选图像；
（5）[1]由
得
依题意可知图线斜率为
解得；
[2]即使摆球质量不均匀，用这种方法得出图线的斜率是不受影响的，故可以消除因摆球质量不均匀造成的实验误差。
16. 用如图所示装置做“验证动量守恒定律”实验。实验中使用的小球1和2质量分别为、，半径分别为、。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重锤线所指的位置。
（1）实验中小球1和2的质量和半径需满足___________
A. B.
C D.
（2）实验时，先不放小球2，让小球1从斜槽上某一点由静止滚下，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程。再把小球2静置于斜槽轨道末端，让小球1仍从处由静止滚下，与小球2碰撞，并多次重复，分别找到小球1与小球2相碰后平均落地点的位置M、N，测量平抛射程。要验证两球碰撞前后动量守恒，需验证的关系式为___________。
【答案】（1）AD （2）
【解析】（1）为了使小球1碰后不反弹，且保证两球为对心碰撞，应使两球的体积相同，球1的质量大于球2的质量。
故选AD。
（2）为了验证小球碰撞前后动量守恒，则有
由于两球均从同样高度抛出，因此两球的运动时间相等，则有
即验证成立即可。
四、论述、计算题（本题共4小题，共40分）解答要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。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。
17. 一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为，如图所示。他发现只有当大于时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，已知：，，光在空气中的传播速度为。请用a，b，c表达下列物理量：
（1）水折射率；
（2）光在水中的速度；
（3）当他以向水面发射激光时，折射角的正弦值。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）根据题意可知，临界角
根据折射率与临界角的关系有
解得
（2）根据折射率与光速的关系有
结合上述解得
（3）以向水面发射激光时，水中的入射角
根据折射定律有
解得
18. 如图甲所示，运动员正在用战斗绳进行训练，他右手持绳的一端上下甩动形成的绳波可简化为简谐横波，手的平衡位置在x=0处，手从平衡位置开始甩动时开始计时，图乙是t=0.3s时的波形图，此时波刚好传播到x=6m处。

（1）由波形图像，判断运动员手持此绳端在t=0s时运动的方向是向上还是向下；
（2）求波的周期T和传播波速v的大小；
（3）当x=6m处的质点第一次到达波谷时，x=3m处的质点振动了多长时间？走过的路程是多少？
【答案】（1）向上 （2）T=0.3s，v=20m/s （3）0.375s，1m
【解析】（1）已知该波正在沿x轴正方向传播，在t=0.3s时x=6m处的质点刚起振，根据“上下坡”法可判断x=6m处的质点此时向上振动，所以波源即运动员手持此绳端在t=0s时运动的方向是向上。
（2）由图乙可知，在t=0.3s内该横波传播的距离为x=6m，正好为一个波长的长度，所以该横波的周期为
波长为
所以该横波的波速为
（3）根据题意可知当x=6m处的质点第一次到达波谷时，波一共传播了个周期，在这段时间里x=3m处的质点振动的时间为个周期，即
走过的路程是五个振幅，即
19. 如图所示，在竖直放置的导热的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时密闭气体的温度为T0（低于环境温度），活塞与容器底的距离为h0。当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后，密闭气体与外界达到热平衡。
（1）活塞上升过程中，气体的压强保持不变，求气体压强的大小；
（2）求外界环境的温度；
（3）求在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）对活塞做受力分析，有
得
（2）根据盖−吕萨克定律，有
得
（3）根据热力学第一定律，内能的变化
20. 2025年4月30日13时08分，神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在距离地表约高度打开降落伞，速度减至后保持匀速向下运动。在距离地面的高度约时，如图，返回舱底部配备的4台着陆反推发动机开始点火竖直向下喷气，使返回舱的速度在内由降到。假设反推发动机工作时主伞与返回舱之间的绳索处于松弛状态，此过程返回舱的质量变化和受到的空气阻力均忽略不计。返回舱的总质量为，g取。
（1）求反推发动机工作过程中返回舱的动量变化量；
（2）估算反推发动机工作过程中返回舱受到的平均推力大小；
（3）若已知反推发动机喷气过程中返回舱受到的对时间平均的推力大小为，喷出气体的密度为，4台发动机喷气口的直径均为，喷出气体的重力忽略不计，喷出气体的速度远大于返回舱运动的速度。请推导：喷出气体的速度大小，以及每台发动机提供功率的表达式。
【答案】（1），方向竖直向上 （2） （3），
【解析】（1）取竖直向下为正方向，则有
解得
即大小为，方向竖直向上。
（2）设返回舱受到的平均推力大小为，取竖直向下为正方向，根据动量定理有
解得
（3）很短的时间内，以喷出的气体为研究对象，喷气质量
根据牛顿第三定律，返回舱对气体的平均推力大小为，方向竖直向下，取竖直向下为正方向，根据动量定理有
解得
根据动能定理有
每台发动机提供的功率
解得