2024-2025学年山东省德州市高二（下）期末物理试卷（7月）（含答案）

这是一份2024-2025学年山东省德州市高二（下）期末物理试卷（7月）（含答案），共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.2023年6月10日，四川省文物考古研究院对外公布：三星堆遗址祭祀区再现两件跨坑拼对成功的大型青铜器。利用衰变的测年技术可进行考古研究，其衰变方程为 614C→714N+X。已知 614C的半衰期为5730年， 614C、 714N、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法正确的是( )
A. 衰变方程中的X是中子
B. 100个 614C经过11460年剩下25个没有发生衰变
C. 全球变暖会导致 614C的半衰期变长
D. 衰变过程中，释放的能量为m1−m2−m3c2
2.利用所学知识，对于下面四副图片及相应的描述，下列说法正确的是( )
A. 图甲是王亚平太空授课中的液桥实验，在太空失重环境下，液体表面不存在表面张力
B. 图乙中制作防水衣时用右管材料的防水效果更好
C. 图丙实验现象说明薄板材料一定是非晶体
D. 图丁中饮水小鸭“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不停地点头“喝”水，此现象违背了能量守恒定律
3.茶道文化起源于中国，是一种以茶修身的生活方式。如图所示，向茶杯中倒入热水，盖上杯盖茶水漫过杯盖，在水面和杯盖间密闭了一部分空气(可视为质量和体积均不变的理想气体)，过一段时间后水温降低。关于泡茶中的物理现象，下列说法正确的是( )
A. 泡茶时，热水比冷水能快速泡出茶香，是因为温度越高每个分子运动的速率越大
B. 水中放入茶叶后，水的颜色由浅变深，是因为茶叶中的色素分子在水中扩散
C. 温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为杯盖与杯子间的分子力变大
D. 温度降低，杯内气体分子单位时间撞击单位面积器壁的平均作用力变小，气体从外界吸热
4.2024年4月，世界上规模最大、效率最高的压缩空气储能站在山东并网发电。如图为压缩空气储能装置示意图，电力系统负荷低谷时，关闭储气室的出气阀门，利用多余电能驱动压缩机，将大气压入储气室。已知储气室的容积为V，初态内部气体压强为2p0，充气结束时储气室压强达到120p0。已知外部大气压强恒为p0，充气过程中，储气室内、外温度相等且不变，则此过程中被压缩进入储气室的外部气体体积为( )
A. 118VB. 120VC. 122VD. 124V
5.我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是( )
A. Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光的波长逐渐变大
B. Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光在真空中传播速度逐渐变大
C. 分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光照射同一个双缝干涉实验装置时，Hδ对应的相邻条纹间距更小
D. 若Hγ照射某金属时发生光电效应，则Hβ照射该金属时一定发生光电效应
6.在图甲所示的电路中，灯泡电阻不变且阻值为R。闭合开关S后，流过两个电流传感器的i−t图像如图乙所示。电源电动势E、内阻r均未知，电流传感器电阻不计。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关S后，电流传感器1中的电流对应图乙中的图线b
B. 线圈L的直流电阻小于灯泡电阻R
C. 断开开关S后，灯泡逐渐熄灭
D. 由图像中的数据和题干条件不能计算出电源的电动势和内阻
7.风力发电绿色环保，截止到2024年5月，我国风电装机5亿千瓦，成为发电主流之一。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图，发电机线圈面积S=1.0m2、匝数N=50匝、电阻不计，线圈处于磁感应强度大小为B= 220πT的匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴匀速转动，转速n=44r/s。升压变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=1:10，输出功率为44kW。降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻r=20Ω，变压器均为理想变压器，用户端工作电压为220V。下列说法正确的是( )
A. 升压变压器副线圈两端电压为2200 2V
B. 用户获得的功率为36kW
C. 降压变压器原、副线圈匝数比n3:n4=10:1
D. 保持输出功率不变，增大升压变压器副线圈的匝数，用户端得到的功率会减小
8.如图所示，两固定在水平面上的平行金属导轨由宽轨M1N1、M2N2，窄轨O1P1、O2P2两部分组成，宽轨部分间距为2L，窄轨部分间距为L。现将两根材料相同、横截面积相同的金属棒ab、cd分别静置在宽轨和窄轨上。金属棒cd的质量为m，电阻为R，长度为L，金属棒ab的长度为2L，两金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。金属导轨处在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。现给金属棒ab水平向右的初速度v0，此后金属棒ab始终在宽轨磁场中运动，金属棒cd始终在窄轨磁场中运动。已知除金属棒的电阻之外其余电阻不计，宽轨和窄轨都足够长，不计一切摩擦。下列说法正确( )
A. 金属棒cd开始运动后，金属棒cd中的电流方向为d→c
B. 当两金属棒匀速运动时，cd棒的速度为13v0
C. 金属棒ab从开始运动到匀速的过程中，通过金属棒cd的电荷量为mv03BL
D. 金属棒ab从开始运动到匀速的过程中，金属棒cd中产生的热量为29mv 02
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率返回，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是( )
A. 从A端流出的气体温度较高为热端
B. 从B端流出的气体温度较高为热端
C. 单位时间内B端流出气体的内能不一定大于A端流出气体的内能
D. 该装置气体进出的过程违背了热力学第二定律
10.1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，提出了光子说，并成功地解释了光电效应现象。下面四幅图或图像均与光电效应有关，关于这四幅图或图像，下列说法正确的是( )
A. 图甲中，用紫外线灯照射不带电的锌板，会使锌板带正电，验电器的金属片张开
B. 图乙中，若电子的电荷量用e表示，v1、U1、普朗克常量ℎ都已知，则该金属的截止频率为eU1ℎ−v1
C. 图丙中，若v0，E已知，则普朗克常量ℎ=ν0E
D. 图丁中，黄光越强，饱和光电流越大，但遏止电压UC与光强无关
11.一定质量的某种理想气体经历a→b→c→d→a的变化过程，其压强p与温度t的关系图像如图所示，其中ad、bc与p轴平行，ab与cd平行，且ab的延长线与横轴交点的横坐标为−273.15 ∘C，cd的延长线过原点。下列说法正确的是( )
A. a→b过程，气体的内能增加，气体从外界吸热
B. b→c过程，气体的内能不变，气体向外界放热
C. c→d过程，气体的内能减小，气体向外界放热
D. 整个变化过程，气体的内能不变，气体从外界吸热
12. ​90234Tℎ是自然界中存量较为丰富的放射性元素，其衰变方程为： 90234Tℎ→91234Pa+−10e。如图所示，x轴下方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，x轴上方存在沿y轴正方向、电场强度大小为E的匀强电场。静置于点S0,L的 ​90234Tℎ经过衰变可看成电子源，该电子源只能沿x轴正方向发射电子。某个电子经过电场后，以与x轴正方向夹角30 ∘射入磁场，第一次射出磁场时恰好经过坐标原点O。已知电子的质量为m，电荷量为−e，衰变过程中产生的 91234Pa的质量为m0，初动能为Ek，衰变过程中产生的核能全部转化为 91234Pa和电子的动能。已知光速为c，下列说法正确的是( )
A. ​90234Tℎ衰变过程中的质量亏损为Ek+3eELc2
B. 磁场的磁感应强度大小为 mE2eL
C. 该电子从电子源射出时的速度为 6eELm
D. 该电子从初始到第n次射出磁场时，所用的时间为(2n−1) 2mLeE+5nπ mL6eE
三、实验题：本大题共2小题，共20分。
13.某实验小组的同学在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，用移液管量取0.5mL油酸，倒入标注500mL的容量瓶中，再加入酒精后得到500mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的体积恰好为1mL。再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，把带有正方形小方格的玻璃板盖在浅盘上，描画出油膜的轮廓，如图所示。正方形小方格的边长为1cm。
(1)由图可以估算出油膜的面积是 cm2；
(2)由此估算出油酸分子的直径是 m(保留两位有效数字)；
(3)在该实验中，若某同学测出的分子直径结果明显偏小，则可能的原因有 (多选)。
A.计算油膜面积时，把所有半格左右的油膜都算成了一格
B.油酸未完全散开
C.做实验之前油酸酒精溶液搁置时间过长
D.求每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL溶液的滴数少计了6滴
14.某实验小组的同学用如图甲所示的实验装置探究一定质量的理想气体温度不变时压强与体积的关系。将导热的注射器前端通过软管和压强传感器相连，通过数据采集器在计算机上记录此时注射器内被封闭气体的压强p，通过注射器壁上的刻度读取气体的体积V。缓慢地推动活塞压缩气体，这样就可以获得不同体积时气体的压强数值。
(1)关于实验的操作，下列说法正确的是 (多选)。
A.活塞上均匀涂抹润滑油主要目的是让气体密封良好
B.操作时应该用手握住注射器推拉活塞
C.操作时应该迅速推拉活塞
D.注射器内部的横截面积没必要测量
(2)两个实验小组在环境温度相同且保持不变的条件下，均利用该装置按正确操作完成了实验，根据他们测得的实验数据作出的V−1p图像，如图乙所示。
①两图像斜率不同的原因是 ；
②两图像都和纵轴相交于同一点，该点数值V0的含义是 。
(3)其中一个小组用此装置测量一粒大豆的体积。他将其装入注射器内，重复上述实验操作，记录注射器壁上的刻度读取气体的体积V和压强传感器读数p，根据实验测量数据，作出如图丙所示的V−1p图像，其纵轴截距为V1，则大豆的体积为 (用题及图中相关物理量的字母符号表示)
四、计算题：本大题共4小题，共40分。
15.如图所示，是某小型交流发电机的原理示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，发电机的矩形金属线圈ABCD全部处在磁场中，图中ABCD分别为矩形线圈的四个顶点。线圈可绕过AD边和BC边中点且垂直于磁场方向的水平轴OO′匀速转动，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷与外电路连接。已知矩形线圈ABCD的匝数为n=200匝，AB边长度为L1=0.5m，BC边长度为L2=0.4m，线圈总电阻为r=2Ω，转动的角速度为ω=50rad/s，外电路定值电阻的阻值为R=8Ω，磁场的磁感应强度大小为B=0.1T。电流表和电压表均为理想交流电表，忽略一切摩擦阻力及空气阻力。求：
(1)定值电阻R的功率P；
(2)矩形线圈从中性面位置转过90 ∘的过程中，通过定值电阻R的电荷量q。
16.如图所示，深度为H、汽缸口有固定卡销的圆柱形汽缸，可以通过底部安装的电热丝加热来改变缸内的温度。先将温度为T0、压强未知的一定质量的理想气体，用活塞封闭在汽缸内。当汽缸竖直放置、活塞静止时，活塞距汽缸底部的距离为H2。现将汽缸缓慢翻转至水平放置，整个过程缸内气体温度恒为T0。已知活塞质量为3p0Sg、横截面积为S，大气压强恒为p0，重力加速度为g，活塞及卡销厚度不计，电热丝体积可忽略，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气。求：
(1)汽缸缓慢翻转至水平放置时，缸内气体的压强；
(2)保持汽缸竖直放置，使活塞到达汽缸口，可以采取以下措施：
(Ⅰ)接通汽缸底部的电热丝给气体加热，活塞缓慢上升，其恰好上升至汽缸口时的温度；
(Ⅱ)若保持汽缸温度不变，使整个装置向下做匀加速直线运动，加速度最小为多少。
17.如图所示，某兴趣小组设计了一个简易的电容式电磁弹射装置。在水平面上固定间距为L的两导轨，其中BE、CH两段由绝缘材料制成，其余部分均为导体，ABCD和EFGH两矩形区域内均存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，轨道左端接有电容为C的电容器和电动势为E的电源，右端接有阻值为3R的定值电阻。一根质量为m，电阻为2R的导体棒放在导轨的AD处，导体棒与导轨垂直且接触良好。单刀双掷开关S先接1，经过足够长的时间后，再把开关S接到2，导体棒先在ABCD区域向右加速运动，在ABCD区域达到最大速度后，然后向右匀速离开ABCD区域，经BEHC区域，最后停在EFGH区域。已知两磁场区域的导轨足够长，导体棒运动的整个过程中，导体棒始终与导轨保持垂直且接触良好，导体棒与导轨间摩擦不计，其余电阻均不计。求：
(1)开关S接2的瞬间导体棒的加速度大小a和导体棒向右匀速离开ABCD区域时的速度大小v；
(2)导体棒向右运动的整个过程中，定值电阻3R产生的总热量Q。
18.某兴趣小组为探究光电效应和光电子在电磁场中的运动规律，设计装置如图所示，频率为ν=1.06×1015Hz的激光照射在竖直放置的金属板K的中心位置O1点，其右侧有一足够大金属板M，M上正对O1点有一小孔O2，并在两金属板M、K间加电压U=10V，两极板间电场可视为匀强电场。在M板右侧平行板器件中存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小B1=5×10−2T，方向垂直纸面向里，电场强度大小E1=1.0×105V/m，方向竖直向下。坐标系xOy紧靠平行板的右侧边缘，第一象限内有与y轴正方向成45°的边界线OA，边界线上方有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B2=2.5×10−5T，边界线下方包含第四象限有竖直向下的匀强电场，电场强度大小E2=5.0×102V/m。发生光电效应的光电子，从金属板K的O1点发出，部分具有最大动能的光电子从O2点射入平行板间，沿中线O2O3做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为(0,0.9m)的Q点垂直y轴射入磁场区，并多次穿越边界线OA。已知普朗克常量ℎ=6.6×10−34J⋅s，电子质量为m=9.0×10−31kg，电子电荷量为e=−1.6×10−19C，π=3。不计光电子重力及光电子间的相互作用。求：
(1)金属板的逸出功W0；
(2)光电子从进入磁场B2到第二次穿越边界线OA所用的时间；
(3)光电子第四次穿越边界线OA的位置坐标。
参考答案
1.D
2.B
3.B
4.A
5.C
6.C
7.B
8.D
9.BC
10.AD
11.AD
12.ACD
13.64/63/65；1.6×10−9；AC

14.AD；注射器内封闭气体的质量不同；软管内气体的体积；V1+V0

15.(1)感应电动势最大值 Em=nBωL1L2
电动势有效值 E=Em 2
电流有效值 I=ER+r
定值电阻R的功率 P=I2R
联立解得 P=1600W
(2)线圈从中性面位置转过 90 ∘ 的过程中，平均电动势为 E=nΔΦΔt
平均电流为 I=ER+r
又 ΔΦ=BL1L2
通过定值电阻R的电荷量 q=It
联立解得 q=0.4C

16.(1)设开始时封闭气体的压强为 p1 ，活塞质量为m。取活塞为研究对象，由平衡条件得 p1S=p0S+mg
假设汽缸水平放置时，活塞可以到达汽缸口，全过程气体为等温变化 p1V1=p2V2
解得 p2=2p0
由 p2>p0 可知假设正确。汽缸缓慢翻转至水平放置时，缸内气体的压强为 2p0 。
(2)(Ⅰ)取汽缸内封闭气体为研究对象，由等压变化得 V1T1=V2T2
解得气体的温度 T2=2T0
(Ⅱ)整个装置向下以最小加速度做匀加速直线运动时，汽缸口卡销对活塞没有力的作用，由以上分析可知，活塞恰好在汽缸口时，汽缸内气体的压强为 p2=2p0
取活塞为研究对象，由牛顿第二定律得 p0S+mg−p2S=ma
解得汽缸向下做匀加速直线运动最小加速度为 a=23g

17.(1)开关S接2的瞬间，金属棒中电流 I=E2R
金属棒受到的安培力 F安=BIL
由牛顿第二定律 F安=ma
解得 a=BEL2mR
导体棒在ABCD轨道运动过程中，由动量定理
BILΔt=mv−0
即 BLΔq=mv−0
根据电容定义式
Δq=CΔU
由电路有
ΔU=E−U
导体棒产生的感应电动势为
U=BLv
联立解得 v=BLCEB2L2C+m
(2)整个过程中定值电阻3R上产生的总热量为 Q=35Q总
由能量守恒定律得 Q总=12mv2
联立解得 Q=3mB2L2C2E210B2L2C+m2

18.(1)光电子在平行板器件中做匀速直线运动，由平衡条件得
eE1=evB1
由爱因斯坦光电效应方程得
Ek0=ℎν−W0
由动能定理得
eU=12mv2−Ek0
解得 W0=4.996×10−19J
(2)光电子进入磁感应强度为B2的磁场中做匀速圆周运动，有
evB2=mv2r
解得 r=0.45m
光电子的运动轨迹交边界线OA于C点
光电子在磁感应强度为B2的磁场中运动的轨迹对应圆心角为90°，其运动时间为
t1=14T=142πmeB2=3.375×10−7s
光电子过C点速度方向竖直向下，平行于电场线进入电场做匀减速直线运动，加速度为
a=E2em=89×1014m/s2
光电子在电场E2中返回边界线上的C点时间为t2，由匀变速直线运动规律知
t2=2va=0.45×10−7s
光电子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所用的时间
t=t1+t2=3.825×10−7s
(3)光电子第二次穿越边界线OA的位置为C点，坐标为(xC,yC)，则
xC=r=0.45m
yC=OQ−r=0.45m
光电子第三次穿越边界线OA的位置为D点，坐标为(xD,yD)，则
xD=r+r=0.9m
yD=0.9m
光电子垂直进入电场做类平抛运动，垂直电场线位移为x，沿电场线位移y，则
x=vt3
y=12at32
tan45 ∘=yx
光电子第四次穿越边界线OA的位置为E点，坐标为(xE，yE)，由几何关系得
xE=xD+x=0.99m
yE=yD+y=0.99m
即光电子第四次穿越边界线OA的位置坐标为(0.99m,0.99m)。