2024-2025学年湖南省衡阳市第八中学高二（下）期末物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年湖南省衡阳市第八中学高二（下）期末物理试卷（含解析），共18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.我国首次利用核电商用堆成功批量生产碳14同位素，标志着我国彻底破解了国内碳14同位素供应依赖进口的难题，实现碳14供应全面国产化。碳14具有放射性，其衰变方程为 614C→714N+X。下列相关说法正确的是( )
A. 原子核 614C的比结合能比 714N的大
B. 此核反应会出现质量亏损，但反应前后总质量数不变
C. 骨骼中以碳酸钙(CaCO3)形式存在的 14C的半衰期比单质 14C的半衰期更长
D. X是氦核，此反应为α衰变
2.夏天的雨后经常可以看到美丽的彩虹，古人对此有深刻认识，唐代词人张志和在《玄真子涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”。从物理学角度看，虹和霓是两束平行太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，人们在地面上逆着光线看过去就可看到霓虹现象。如图甲所示，一束白光水平射入空中一球形的水滴，经过两次折射和一次反射后射出形成光带MN，出射光线与水平面的夹角称为彩虹角。如图乙所示，从球心O的正下方C点射出的某单色光的入射角α=58∘，已知sin58∘=0.85，sin37∘=0.60，则下列说法正确的是( )
A. 该单色光的彩虹角β=37∘
B. 该单色光在水滴内部B点处发生全反射
C. 水滴对该单色光的折射率约为1.42
D. 若分别用图甲中M、N所对应的两种光在同一装置上做双缝干涉实验，则M所对应的光的条纹间距更大
3.图甲为研究光电效应的电路，K极为金属钠(截止频率为5.53×1014Hz，逸出功为2.29eV)。图乙为氢原子能级图。氢原子光谱中有四种可见光，分别是从n=6、5、4、3能级跃迁到n=2能级产生的。下列说法正确的是( )
A. 氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应
B. 大量处于n=5能级的氢原子最多能辐射出8种不同频率的光
C. 仅将图甲中P向右滑动，电流计示数一定变大
D. 仅将图甲中电源的正负极颠倒，电流计示数一定为0
4.如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，其有效值为6V，理想变压器的原线圈上接有定值电阻R0=1Ω，副线圈上接有最大阻值为10Ω的滑动变阻器R，原、副线圈匝数之比n1n2=13，电流表、电压表均为理想电表。初始时，滑动变阻器R的滑片处于正中间位置，电流表、电压表示数分别为I、U，现将滑片逐步上移至最上端，电流表、电压表变化量的绝对值分别为ΔI、ΔU，下列说法正确的是( )
A. 滑片上移过程中电压表、电流表示数均增大
B. ΔUΔI=1Ω
C. 滑动变阻器R的滑片处于正中间位置时，电流表示数为1A
D. 当滑动变阻器接入电路的阻值为9Ω时，变压器输出功率最大且为9W
5.如图所示，匝数为N的矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动，线框面积为S且与理想变压器原线圈相连，原、副线圈匝数比为1:4，图示时刻线框平面与磁感线垂直并以此时刻为计时起点，R1、R2为定值电阻，R为滑动变阻器，电流表和电压表均为理想电表，电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，电压表V1、V2的示数分别为U1、U2。不计线框电阻，下列说法正确的是( )
A. 交流电压表V2的示数为2 2NBSω
B. 从图示位置开始，线框转过180°的过程中，通过线圈的电荷量为0
C. 若只将滑动变阻器的滑片向d端滑动，则电流表A1的示数I1变小
D. 若只将滑动变阻器的滑片向d端滑动，则U1I1变大
二、多选题：本大题共5小题，共25分。
6.相同的电灯A1、A2和自感系数较大的电感线圈L接入如图甲的电路中，电源电动势为E，内阻不计。闭合开关S待电路稳定后开始计时，t1时刻断开开关S，t2时刻整个电路的电流均为零。t1前后通过电灯A2的电流−时间iA2−t图像如图乙，用I1和I2分别表示开关S断开瞬间通过电灯A2的电流大小。下列说法正确的是( )
A. 电感线圈的直流电阻不可忽略
B. 断开开关S后，电灯A1、A2电流大小始终相等
C. 断开开关S后，流过电灯A2的电流方向向左
D. 线圈的自感系数是由线圈本身决定，与是否有铁芯无关
7.气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状气动杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，不计气动杆与汽缸之间的摩擦。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面，椅子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B，此过程温度不变。然后开空调让室内温度降低到某设定温度，稳定后气体状态为C；接着人离开座椅，椅子重新处于另一个稳定状态D。则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图或叙述中正确的有( )

A. 气体的V—T图如图甲
B. 气体的p−1V图如图乙
C. 从状态A到状态D，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功
D. 与状态A相比，处于状态D时，单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数增多
8.如图所示，两电阻为零的光滑导轨水平放置在垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，导轨间距最窄处为一狭缝(狭缝宽度不计)，取狭缝所在处O点为坐标原点，狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为θ，导轨左端通过单刀双掷开关S可以与电容C或电阻R相连，导轨上有一足够长且不计电阻的金属棒与x轴垂直，在外力F(大小未知)的作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，若某时刻开关S接1，外力用F1表示，通过金属棒电流的大小用I1表示；若某时刻开关S接2，外力用F2表示，通过金属棒电流的大小用I2表示。关于外力、电流大小随时间变化的图象关系正确的是( )
A. B. C. D.
9.如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ水平固定放置，导轨间存在竖直向上的匀强磁场。两根完全相同的金属棒ab、cd垂直放置在导轨上，两金属棒的长度恰好等于金属导轨的间距。t=0时刻对金属棒cd施加一个水平向右的恒力F，此后两金属棒由静止开始运动，金属棒在运动过程中始终与导轨接触良好，两金属棒的速度大小分别记为va、vc，加速度大小分别记为aa、ac，金属棒cd两端电压记为Ucd，闭合回路消耗的电功率记为P，电路中除金属棒以外的电阻均不计，下列关系图像可能正确的是( )
A. B. C. D.
10.某电磁缓冲装置如图所示，两足够长且间距为L的平行金属导轨置于同一水平面内，导轨左端与一阻值为R的定值电阻相连，导轨BC段与B1C1段粗糙，其余部分光滑，AA1右侧处于磁感应强度大小为B方向竖直向下的匀强磁场中，AA1、BB1、CC1均与导轨垂直，一质量为m的金属杆垂直导轨放置。现让金属杆以初速度v0沿导轨向右经过AA1进入磁场，最终恰好停在CC1处。已知金属杆接入导轨之间的阻值为R，与粗糙导轨间的动摩擦因数为μ，AB=BC=d，导轨电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A. 金属杆经过AA1B1B区域过程，其所受安培力的冲量大小为B2L2dR
B. 在整个过程中，定值电阻R产生的热量为14mv02−12μmgd
C. 金属杆经过BB1的速度小于v02
D. 若将金属杆的初速度加倍，则金属杆在磁场中运动的距离大于4d
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率，准备的器材有玻璃砖、激光笔、刻度尺和白纸。如图是该小组设计的实验方案示意图，下面是该小组的探究步骤：
①用刻度尺测量玻璃砖的直径d；
②把白纸固定在水平桌面上，在白纸上建立直角坐标系xy，将玻璃砖放在白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，再将刻度尺紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置；
③打开激光笔开关，让激光笔发出的激光束始终指向圆心O射向玻璃砖，从y轴开始在xy平面内缓慢移动激光笔，在某一位置时，刻度尺上出现两个清晰的光点，通过刻度尺读取两光点与x轴的距离分别为L1、L2(L1>L2)；
请回答下面问题：
(1)甲同学利用步骤③测得数据计算该玻璃砖的折射率为 (用测得的d、L1、L2表示)；
(2)乙同学在步骤③后继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光点，读取该光点与x轴的距离为L3，计算该玻璃砖的折射率为 (用测得的d、L3表示)；
(3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，你认为 (选填“甲”或“乙”)同学的测量误差更小；
(4)在操作步骤②中，刻度尺没有与x轴严格垂直，而是逆时针偏离垂直x轴位置，则甲同学测得的折射率较真实值是 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
12.某实验小组准备测量一节干电池的电动势和内阻，实验室提供了下列器材：
A.多用电表(电压挡量程2.5V，内阻未知)；
B.毫安表(量程200mA，内阻为1.20Ω)；
C.定值电阻R1=0.6Ω；
D.定值电阻R2=2.0Ω；
E.滑动变阻器R；
F.电键和导线若干。

根据提供的器材，设计电路如图1所示。
(1)将毫安表与定值电阻R1改装成电流表如虚线框中所示，改装后的量程为 _____A；
(2)为了精确测量，图中多用电表的右边表笔P应接到_______处(选填“B”或“C”)；
(3)闭合电键，调节滑动变阻器滑片，多次记录多用电表的示数U、毫安表的示数I。其中一次测量时多用电表示数如图2所示，其读数为_______V。
(4)作U−I图线如图3所示，该干电池电动势E=_______V；内阻r=_______Ω(以上结果均保留三位有效数字)。
四、计算题：本大题共3小题，共39分。
13.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成长为6m的细圆柱棒，如图甲所示。让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时2.5×10−8s在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为3×108m/s。现将这种新材料制成一根半径r=10mm的光导纤维束弯成半圆形暴露于空气中(假设空气中的折射率与真空相同)，半圆形外半径为R，如图乙所示。
(1)求这种新材料的折射率n；
(2)用同种激光垂直于光导纤维的端面EF射入，若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄，求半圆形的半径R。
14.竖直放置的一粗细均匀的U形细玻璃管中，两边分别灌有水银，水平部分有一空气柱，各部分长度如图所示。现将管的右端封闭，从左管口缓慢倒入水银，恰好使水平部分右端的水银全部进入右管中。已知ℎ1=15cm,ℎ2=30cm,L1=4cm,L2=11cm,L3=5cm，大气压强，p0=75cmHg，环境温度不变，左管足够长。求：
(ⅰ)此时右管封闭气体的压强；
(ⅱ)左管中需要倒入水银柱的长度。
15.利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，在xOy平面内存在有区域足够大的方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。位于坐标原点O处的离子源能在xOy平面内持续发射质量为m、电荷量为q的负离子，其速度方向与y轴夹角θ的最大值为60∘，且各个方向速度大小随θ变化的关系为v=v0csθ，式中v0为未知定值。且θ=0∘的离子恰好通过坐标为(L,L)的P点。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。
(1)求关系式v=v0csθ中v0的值；
(2)离子通过界面x=L时y坐标的范围；
(3)为回收离子，今在界面x=L右侧加一定宽度且平行于+x轴的匀强电场，如图所示，电场强度E=2 33Bv0。为使所有离子都不能穿越电场区域且重回界面x=L，求所加电场的宽度至少为多大？
答案解析
1.【答案】B
【解析】A.β衰变释放能量，反应后的原子核更稳定，故 614C 的比结合能比 714N 的小，故A错误；
B.原子核衰变时质量数守恒，但会出现质量亏损，释放能量，故B正确；
C.衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，与化学状态无关，故C错误；
D.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知X为电子，属于β衰变，故D错误。
故选B。
2.【答案】C
【解析】Ｃ.在图乙上标出各角度，如图所示
由几何关系可知4θ=α+90∘
解得θ=37∘
根据折射定律有n=sinαsinθ≈1.42
故C正确；
A.由光路的可逆性可知，光在C点的折射角依然为α，故该单色光的彩虹角为β=90∘−α=32∘
故A错误；
B.该单色光在水滴内发生全反射的临界角C满足sinC=1n≈0.7
又sinθv02，故C错误；
D、由C选项可知，金属杆以初速度v0在磁场中运动有：−B2L2×2d2R−μmgt=0−mv0
金属杆的初速度加倍，设此时金属杆在BB1C1C区域运动的时间为t′，全过程对金属棒分析得
−B2L2x2R−μmgt′=0−2mv0
整理可得：B2L2(x−4d)2R=μmg(2t−t′)
分析可知当金属杆速度加倍后，金属杆通过BB1C1C区域的速度比第一次大，故t′4d，故D正确。
故选：BD。
11.【答案】 4L12+d24L22+d2
4L32+d2d
甲
偏大

【解析】(1)甲同学利用步骤③测得数据计算该玻璃砖的折射率n=sinisinr= 4L12+d24L22+d2;
(2)乙同学利用步骤④测得数据计算该玻璃砖的折射率n=1sinC= 4L32+d2d;
(3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，甲同学的测量误差更小，乙同学方案中“恰好只有一个光斑”的状态确定不够准确；
刻度尺逆时针偏离垂直x轴位置，则L1偏大，L2偏小，测量结果偏大。
12.【答案】(1)0−0.6；(2)B；(3)1.14−1.17；(4)1.45；1.56
【解析】【解答】
(1)毫安表的满偏电压为U0=I0r0=0.24V，则改装后的最大量程为IA=I0+U0R1=0.6A，所以改装后的量程为0−0.6A。
(2)由于改装后的电流表的内阻已知，为了精确测量，图中多用电表代替的电压表应为电源的“内接法”，即右边表笔P应接到“B”处。
(3)读数为1.15V；
(4)由(1)分析可知，电路中电流为毫安表示数的3倍。改装后的电流表的内阻为RA=U0IA=0.4Ω，根据欧姆定律E=U+3I(r+R2+RA)，整理可得U=−3(r+R2+RA)I+E，可得U−I图线的斜率的绝对值为k=1.45−0.580×10−3=3(r+R2+RA)，截距为b=1.45V=E，所以E=1.45V，r=1.56Ω。
13.【答案】解：(1)光在细圆柱棒中传输有 v=lt
解得传播速度为 v=2.4×108m/s
材料的折射率为 n=cv
解得 n=1.25
(2)当入射光线越接近E点时，则光在光纤中的入射角越大，就越容易发生全反射，因此激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在光导纤维束内侧面发生全反射，临界光路图如图所示
根据几何关系可得 sinC=R−2rR
又因为 sinC=1n
联立解得 R=10r=100mm

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】解：(i)对右管中的气体研究，初始时p1=75cmHg，V1=30S，
末状态时体积V2=(30−5)S=25S，
根据玻意尔定律p1V1=p2V2，
解得p2=90cmHg
(ⅱ)对水平管中的气体，初态压强p=p0+15cmHg=90cmHg，V=11S，
末状态p′=p2+20cmHg=110cmHg，
根据玻意尔定律pV=p′V′，
解得V′=9S，
水平管中气柱的长度变为9cm，此时，原来左侧19cm水银柱已有11cm进入到水平管中，所以左侧管中倒入水银产生的长度为L=(110−75−8)cm=27cm。

【解析】本题考查液柱类问题，此类问题一般要选择封闭气体为研究对象，分析理想气体发生的是何种变化，根据平衡条件分析初末状态的压强，并结合题意分析初末状态气体的体积、温度，利用理想气体状态方程或者气体实验定律列等式求解。
15.【答案】解：(1)由于 θ=0∘ 的离子恰好通过坐标为( L ， L )的 P 点，此时离子的速度为 v0 ，运动半径为r0=L
由牛顿第二定律得qv0B=mv02r0
解得v0=qBLm
(2)对于任意的速度方向与 y 轴成 θ 角的离子，设其在磁场中的运动半径为 r ，如图所示
由牛顿第二定律得qvB=mv2r
且有v=v0csθ
解得r=Lcsθ
故所有离子做圆周运动的轨道圆心均在界面 x=L 上，且速度方向垂直于界面 x=L
当 θ=60∘ 时rm=2L
故离子通过界面 x=L 时 y 坐标的最小值为ymin=rm−rmsin60∘=2− 3L
y 坐标的最大值为ymax=rm+rmsin60∘=2+ 3L
则离子通过界面 x=L 时 y 坐标的范围为2− 3L≤y≤2+ 3L
(3)须保证最大速度为 2v0 的离子不能穿越电场区域。
解法一：设离子在进入电场时，除了有垂直于界面的初速度 2v0 ，还有两个大小相等、方向相反的沿界面的速度 v1、v2 ，如图所示
令Bqv1=Eq
可得v1=v2=2 33v0
则该离子做圆周运动的速度V= 2v02+v22=4 33v0
与水平方向的夹角sinα=v1V=12
则该离子做圆周运动时满足qVB=mV2R
可得R=4 33L
则所求电场的最小宽度d=R−Rsinα=2 33L
解法二：恰好能重回界面 x=L 的离子到达右边界的速度方向与界面平行，设其为 vt ，对该离子竖直方向运用动量定理有Bqvx⋅Δt=mΔvy−0
求和得Bqd=mvt
又由动能定理得−Eqd=12mvt2−12m2v02
综合可得电场的最小宽度为d=2 33L

【解析】本题考查带电粒子在组合场中的运动。解决问题的关键是清楚粒子在电场和磁场中的受力情况和运动规律，利用牛顿第二定律、圆周运动的知识，动量定理分析计算。