河北省石家庄市2024-2025学年高二下学期期末考试物理试卷（解析版）

这是一份河北省石家庄市2024-2025学年高二下学期期末考试物理试卷（解析版），共16页。试卷主要包含了本试卷分选择题和非选择题两部分等内容，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∶人教版必修第一册50%，选择性必修第三册50%。
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，每小题6分，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. 下列关于近代物理相关的历史事实说法正确的是（ ）
A. 汤姆逊通过油滴实验测得了元电荷的数值
B. 卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子
C. 居里夫人从沥青铀矿中分离出了钋（P）和镭（Ra）两种新元素
D. 贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核
【答案】C
【解析】A．汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，并测定了电子的荷质比，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，A错误；
B．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，证实原子中心存在原子核，但未直接证实原子核内存在质子。质子的存在是卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验发现的，B错误；
C．居里夫人从沥青铀矿中分离出钋（P）和镭（Ra）两种新元素，这是其重要科学贡献，C正确；
D．贝克勒尔发现了天然放射性现象，但原子核的存在是卢瑟福通过α粒子散射实验证实的，D错误。
故选C。
2. 钴在人类生活中的应用可以追溯到100多年前：我国古代对钴的应用，最早可见于唐三彩器物中。钴的元素符号是，为银白色铁磁性金属，用于陶器釉料。钴衰变的核反应方程为，其半衰期为5.272年，、、x的质量分别为、、下列说法正确的是（ ）
A. 的中子数是27
B. 核反应方程式中的x是粒子
C. 该核反应中释放的能量为
D. 经过10.544年的时间，原子核中有已经发生了衰变
【答案】D
【解析】A．的中子数是
60-27=33
故A错误；
B．根据质量数守恒，x的质量数为
60-60=0
x电荷数为
27-28=-1
所以核反应方程式中的x是β粒子，故B错误；
C．该核反应中释放的能量为
故C错误；
D．经过10.544年的时间
原子核中还剩下质量为
故有已经发生了衰变，故D正确。
故选D
3. 如图所示，在倾角θ=30°的斜面上静止一质量为0.2kg的手机，若用平行于斜面沿水平方向的力推手机，手机仍能保持静止，重力加速度大小g=10m/2，则手机所受的摩擦力大小是（ ）
A. 1NB. 2NC. 4ND. 8N
【答案】B
【解析】由平衡条件可得
故选B。
4. 真空胎没有内胎，直接在轮胎和轮圈之间封闭着空气，轮胎鼓起时轮胎内表面形成一定的压力，提高了对破口的自封能力，不会像自行车轮胎那样瞬间漏气，从而提高了车辆行驶的安全性。如图所示的真空胎，胎内充入一定质量的理想空气，把电动车开到室外，胎内的温度降低，假设此过程胎内气体的体积不变，下列说法正确的是（ ）
A. 胎内气体的分子密集程度减小
B. 气体的内能减小，从外界吸收热量
C. 分子的平均动能减小，气体的压强减小
D. 速率大区间的分子数增多，分子平均速率减小
【答案】C
【解析】A．因为胎内气体的体积不变，所以胎内气体的分子密集程度不变，选项A错误；
B．气体温度降低，气体内能减小，气体的体积不变，则没有做功，根据热力学第一定律有，
则，气体向外界放出热量，选项B错误；
C．真空胎体积不变，温度降低，根据查理定律可知气体压强减小，选项C正确；
D．根据气体分子速率分布规律可知当温度降低时速率大的分子比例减少，则速率大区间的分子数减少，分子平均速率减小，选项D错误。
故选C。
5. 一定质量的理想气体经历了如图所示的M→N等压状态变化过程，已知此过程中气体压强p=1.0×105Pa，吸收的热量Q=700J，该气体在状态N时的温度和此过程中气体内能的增量分别是（ ）
A. 400K，500JB. 400K， 800J
C. 500K， 500JD. 500K， 800J
【答案】A
【解析】气体状态M为初状态，设其体积和温度为V1、T1，状态N为末状态，设其体积和温度为V2、T2，由盖—吕萨克定律得
代入图中相应数据，解得
在该过程中，气体对外做功
根据热力学第一定律
其中
代入数据
解得
故选A。
6. 如图所示，小球从斜面上的A点以一定的初速度开始下滑，加速度恒为a，小球在B点的速度等于小球从A运动到C的平均速度，且A、B两点间的距离为L1，A、C两点间的距离为L2，则小球从A到C的运动时间为（ ）

A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由题意可知，小球在B点的速度等于小球从A运动到C的平均速度，根据匀变速直线运动中间时刻的速度是全程的平均速度，则小球从A到B的运动时间与小球从B到C的运动时间相等，设这个相等的时间为T，由L2-L1-L1=aT²
解得
小球从A到C的运动时间为
故选D。
7. 如图所示，质量为足够长的小车放在光滑的水平面上，在小车右端放上一个大小不计、质量为的小物块，小物块与小车间动摩擦因数。现在小车右端加一水平拉力，经时间撤去拉力，以下说法正确的是（ ）
A. 在的作用下，小车的加速度大小为
B. 刚撤去时，小物块离小车右端的距离为
C. 最终小车与小物块做匀速运动的速度大小为
D. 最终小物块离小车右端的距离为
【答案】C
【解析】A．假设小车和物块相对静止，则加速度
此时物块与小车间的摩擦力
可知物块与小车间会产生相对滑动，则对小车根据牛顿第二定律可得
解得，选项A错误；
B．撤去之前，小物块只受摩擦力作用，加速度为
刚撤去F时，小物块离小车右端的距离为
解得，选项B错误；
C．刚撤去时，，
撤去后，小车的加速度
最终速度
解得=2.8m/s，选项C正确；
D．在内，小物块和小车的相对位移
解得m
最终小物块离小车右端的距离m。选项D错误。
故选C。
8. 如图所示，物体P置于水平面上，物体Q穿过竖直杆，两物体用质量不计的细线跨过定滑轮后连接，在物体P上施加水平向左的外力，使物体P缓慢地向左移动，此过程中物体P始终未离开水平面，一切摩擦均可忽略。则下列说法正确的是（ ）
A. 外力增大B. 物体P与水平面间的弹力增大
C. 细线的拉力减小D. 物体Q与竖直杆之间的弹力增大
【答案】AD
【解析】CD．设滑轮左侧的细线与竖直方向的夹角为，右侧细线与竖直方向的夹角为，细线的拉力为，对物体、物体受力分析，如图甲、乙所示，对物体由平衡条件在竖直方向上
水平方向
物体向左缓慢移动的过程中，角逐渐增大，则由以上两式可知细线的拉力逐渐增大，物体与竖直杆之间的弹力逐渐增大，故C错误，D正确；
AB．对物体水平方向
竖直方向
由于角逐渐减小，则由以上两式分析可知，外力逐渐增大，地面与物体之间的弹力的变化不能确定，故A正确，B错误。
故选AD。
9. 在足够长的平直公路上，一辆自行车甲匀速运动经过路边的一辆轿车乙，3s后轿车乙启动，两者运动的v—t图像如图所示，则（ ）
A. 乙启动时的加速度大小为2m /s2
B. 0~7 s内甲、乙间的最大距离为15m
C. t=8s时乙追上甲
D. 乙追上甲时的加速距离为36m
【答案】AD
【解析】A．运动的图像的斜率表示加速度，则轿车乙启动时的加速度大小为，故A正确；
B．由图可知内，时刻甲、乙速度相同，此时甲、乙间距离最大，又因为图像与坐标轴所围的面积表示位移，所以最大距离为，故B错误；
C．设时刻乙追上甲，根据位移关系有
解得（另一解不合实际，舍去），故C错误；
D．乙追上甲时的加速距离为，故D正确。
故选AD。
10. 如图甲所示，倾角为37°、长度为2.5m的传送带逆时针以大小为v0的速度匀速转动，小滑块（可视为质点）以平行传送带的初速度v1从底端滑上传送带，物块与传送带速度的平方与位移的关系图像如图乙所示，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8，下列说法正确的是（ ）

A. 对乙图，0至0.5m的过程中，物块的图像的斜率表示物块的加速度
B. 0至0.5m的过程中，物块对传送带的摩擦力沿着传送带向上
C. 物块在传送带上运动的时间为
D. 物块与传送带之间的动摩擦因数为
【答案】BD
【解析】A．由
可得v²-x关系图像的斜率表示物块加速度的2倍，A错误；
B．0至0.5m的过程中，物块的速度大于传送带的速度，物块对传送带的摩擦力沿着传送带向上，B正确；
C．由乙图分析可知
v1=4m/s、v0=2m/s，x1=0.5m
则有
则物块在传送带上运动的时间为
C错误；
D．由
可得
a=-12m/s2
对物块进行受力分析，由牛顿第二定律可得
解得
D正确。
故选BD。
二、非选择题∶本题共5小题，共54分。
11. 用如图甲所示装置来验证物体在运动过程中的牛顿第二定律。在水平气垫导轨上放置滑块，一不可伸长的细绳跨过轻质定滑轮，两端分别与滑块和悬挂物连接，滑块和滑轮间的细绳与导轨平行。由静止释放滑块，测得滑块上遮光条通过光电门1、2的遮光时间。已知遮光条的宽度为，定滑轮下方细绳上安装的拉力传感器的示数为，滑块与遮光条的总质量为m，回答下列问题∶
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度，对应的示数如图乙所示，则遮光条的宽度为d= ______cm。
（2）实验过程中测得遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为、，则滑块通过光电门1、2时的速度分别为______、______（用题中所给的符号表示）。
（3）若遮光条从光电门1运动到光电门2的时间为，则验证牛顿第二定律的方程式为______（用题中所给字母表示）；若光电门1、2中心间的距离为，则验证牛顿第二定律的方程式为______（用题中所给字母表示）。
【答案】（1）0.52 （2） （3）
【解析】（1）根据游标卡尺读数规律可知，该读数为
（2）[1][2]根据光电门测速原理可知，滑块通过光电门1时的速度为
通过光电门2时的速度为
（3）[1]由加速度的定义有
由牛顿第二定律可得
综合可得验证牛顿第二定律的方程式为
[2]由匀变速直线运动规律有
由牛顿第二定律可得
综合可得验证牛顿第二定律的方程式为
12. 某实验小组的同学为了探究光电效应现象，设计了如图所示的电路图。已知普朗克常量为h，电子的电量为e。
（1）阴极为________；
（2）若a为电源的正极、b为电源的负极，用频率为ν的光照射阴极，同时滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，则阴极材料的逸出功为________；
（3）仅将电源的正负极对调，重复第（2）问中的操作，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数________，当电压表示数为时，光电子到阳极的最大动能为________；
（4）在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，换用频率更大的光照射阴极，电流表的示数________（选填“增大”“不变”或“减小”）。
【答案】（1）K （2） （3）先变大后不变 （4）减小
【解析】（1）由电路图可知，K阴极、为阳极。
（2）由爱因斯坦的光电效应方程得
当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，遏止电压为
则有
解得逸出功为
（3）[1]仅将电源的正负极对调，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数先逐渐增大，当达到饱和电流后，电流表的示数再保持不变；
[2]由（2）可知光电子的最大初动能为
当电压表示数为U0时，电场力做正功，则由动能定理得
解得
（4）在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，照射光的频率增大，则单位时间到达阴极的光子数目减少，单位时间从阴极表面逸出的光电子数目减少，则光电流减小，电流表的示数减小。
13. 如图甲所示，导热性能良好的汽缸放在水平面上，且开口向上，现用质量为（未知）、截面积为且厚度不计的活塞封闭一定质量的理想气体，平衡时活塞距离气缸底部的距离为，此时缸内气体的温度为，已知外界大气压强恒为，重力加速度为，且，忽略一切摩擦。求：
（1）如果保持环境温度不变，将气缸沿顺时针方向缓慢转动到图乙，气缸边缘与水平面的夹角为，平衡时活塞距离气缸底部的距离为，则为多少？
（2）在图甲状态下，缓慢升高环境的温度，当温度为时活塞距离气缸底部的距离为，此时在活塞上放一质量为的物体，当温度为时活塞距离气缸底部的距离仍为，则、分别为多少？
【答案】（1） （2）；
【解析】（1）图甲状态下，封闭气体的体积为，压强为
又，则
图乙状态下，封闭气体体积为
对活塞受力分析，如图所示，
封闭气体的压强为
解得
由玻意耳定律得
解得
（2）活塞升高到距离气缸底部时，封闭气体的体积为
从温度升高到活塞距离气缸底部的过程，气体做等压变化，由盖—吕萨克定律
解得
当活塞上放上质量为的物体时，封闭气体的压强为
活塞回到距离气缸底部的过程中，气体做等容变化。
由查理定律得
解得
则
14. 某人站在高为的塔顶由静止释放小球，同时在正下方有另一人将小球自塔底以初速度竖直上抛，忽略空气阻力，重力加速度为。
（1）如果两球恰好在上抛的最高点相遇，那么上抛初速度为多大？
（2）如果要使两球在下落过程中相遇，那么球初速度应满足什么条件？
【答案】（1） （2）当；两球相遇时B正在空中下落
【解析】（1）若B球正好运到到最高点时相遇，则B球速度减为零所用的时间为
A运动的位移为
B运动的位移为
位移关系为
联立解得
（2）当、B两球恰好在落地时相遇，则有
此时的位移
解得
由上综合（1）分析知：若，两球在B上升途中相遇；
若，B球正好到最高点相遇；
若则B球正好运动到地面时相遇。
所以由此可得，当，两球相遇时B正在空中下落。
15. 根据玻尔理论，电子绕氢原子核运动可以看作是仅在库仑引力作用下的匀速圆周运动，已知电子的电荷量为e，质量为m，电子在第1轨道运动的半径为，静电力常量为k。
（1）电子绕氢原子核做圆周运动时，可等效为环形电流，试计算电子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运动的周期及形成的等效电流的大小；
（2）氢原子在不同的能量状态，对应着电子在不同的轨道上绕核做匀速圆周运动，电子做圆周运动的轨道半径满足，其中n为量子数，即轨道序号，为电子处于第n轨道时的轨道半径。电子在第n轨道运动时氢原子的能量为电子动能与“电子-原子核”这个系统电势能的总和。理论证明，系统的电势能和电子绕氢原子核做圆周运动的半径r存在关系：（以无穷远为电势能零点）。请根据以上条件完成下面的问题。
①试证明电子在第n轨道运动时氢原子的能量和电子在第1轨道运动时氢原子的能量满足关系式
②假设氢原子甲核外做圆周运动的电子从第2轨道跃迁到第1轨道的过程中所释放的能量，恰好被量子数的氢原子乙吸收并使其电离，即其核外在第4轨道做圆周运动的电子脱离氢原子核的作用范围。不考虑电离前后原子核的动能改变，试求氢原子乙电离后电子的动能。
【答案】（1）；；（2）①见解析，②
【解析】（1）设电子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运动的周期为T1，形成的等效电流大小为I1，根据牛顿第二定律有
有
又因为
有
（2）①设电子在第1轨道上运动的速度大小为v1，根据牛顿第二定律有
电子在第1轨道运动的动能
电子在第1轨道运动时氢原子的能量
同理，电子在第n轨道运动时氢原子的能量
又因为
rn=n2r1
则有
命题得证．
②电子在第4轨道运动时氢原子的能量
设氢原子电离后电子具有的动能为，根据能量守恒有
解得