2021-2022学年山东省济宁市高二（下）期末质量检测物理试题（解析版）

2021-2022学年山东省济宁市高二（下）期末质量检测

物理试题（解析版）

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1. 2020年3月2日9时12分，我国具有完全自主知识产权的三代核电“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组热态性能试验基本完成，为后续机组装料、并网发电等工作奠定了坚实基础。该机组正式运行后的核反应方程之一为，下列说法正确的是（　　）

A. 该核反应中，X是质子

B. 该核反应属于热核反应

C. 的比结合能比的比结合能大

D. 该核反应的产物的结合能之和小于反应物的结合能之和

【答案】C

【解析】

【详解】AB．该核反应属于核裂变，不属于核聚变（热核反应），所以反应物中X是中子，故AB错误；

CD．该反应释放核能，则生成物的总结合能大于反应物的总结合能，考虑到中子不具备结合能，所以生成物具备结合能的核子数为233，反应物具备结合能的核子数为235，由此可知的比结合能比的比结合能大，故C正确，D错误。

故选C。

2. 2022年6月5日，神舟十四号载人飞船顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。已知飞船在航天员出舱前要“减压”，在航天员从太空返回航天器后要“升压”。因此飞船专门设计了一个“气闸舱”，其原理如图所示，相通的舱A、B之间装有阀门K，指令舱A中充满气体（视为理想气体），气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，在此过程中，舱A中气体（　　）

A. 对外做功

B. 温度不变

C. 分子势能增大

D. 气体分子单位时间内对单位面积的舱壁碰撞的次数不变

【答案】B

【解析】

【详解】AB．气体自由膨胀，没有对外做功，内能不变，故温度不变，故A错误，B正确；

C．气体分子间作用力忽略不计，所以气体分子间没有势能，故C错误；

D．气体体积变大，温度不变，压强变小，所以气体分子单位时间内对单位面积的舱壁碰撞的次数减小，故D错误。

故选B。

3. 如图所示为氢原子能级示意图，一群处于激发态的氢原子自发地跃迁到较低能级时，发出三种不同波长的光，波长分别为、、。已知氢原子在能级数为n的激发态时能量为，其中E1为基态能量，下列说法正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】AB．由

可得

整理可得

故AB错误。

CD．电子由高能级向低能级跃迁时发出的光子能量为

则有

即

整理可得

故C错误，D正确。

故选D。

4. 一节废旧电池开路电压大约为1V，直接点亮一个需要1.6V电压驱动的发光二极管是不可能的。一种叫“焦耳小偷”的电路，可以“榨干”一节旧电池的能量，其原理如图所示。如果反复快速接通和断开开关S，发光二极管就会闪烁起来。下列说法正确的是（　　）

A. 发光二极管的正极应接在C端

B. 开关断开的瞬间，发光二极管会闪烁发光

C. 开关接通的瞬间，发光二极管会闪烁发光

D. 开关接通的瞬间，A端的电势低于B端的电势

【答案】B

【解析】

【详解】A．由图可知，二极管的正极应接在B，故A错误；

B．开关断开的瞬间，流过线圈的电流减小，线圈产生与电源电动势同向的自感电压，与电源串联，给二极管提供更大的电压，二极管会闪烁，故B正确；

CD．开关接通的瞬间，流过线圈的电流增大，线圈产生与电源电动势相反的自感电压，二极管被短路，不会闪烁，A端的电势高于B端的电势，故CD错误。

故选B。

5. 用普通光源照射金属时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子从金属表面逸出，称为单光子光电效应。如果用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内能吸收多个光子，称为多光子光电效应。某光电效应实验装置如图所示，用频率为普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率的强激光照射阴极K，发生了光电效应；闭合开关S，并逐渐增大电源电压U，当光电流恰好减小到零时，电压为UC。已知W为金属材料的逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量，下列说法可能正确的是（　　）

A. a端为电源的负极

B.

C.

D.

【答案】D

【解析】

【详解】A．由题图可知，打出的光电子从阴极K运动到A，光电流能减小到零，说明光电管两端所加电压为反向电压，所以K与电源正极相连，A与电源负极相连，即a端为电源的正极，b端为电源的负极，故A错误；

BCD．依题意知，用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，可知

而换用同频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，说明只有一个电子吸收的光子的能量为时，才能发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程，有

解得

当时，有

故BC错误，D正确。

故选D。

6. 如图所示的电路中，线圈L的电阻不计。开关S先闭合，等电路稳定后再断开开关，从此时开始计时，时电容器下极板带正电，且电荷量第一次达到最大值。下列说法正确的是（　　）

A. t=0.03s时回路中电流最大

B. t=0.04s时线圈L的感应电动势最大

C. t=0.05s时线圈L的磁场能最大

D. t=0.06s时电容器的上极板带正电

【答案】D

【解析】

【详解】LC回路中，在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，线圈及导线电阻均不计，先闭合开关S稳定后，线圈两端没有电压，电容器不带电，线圈具有磁场能，在t=0时刻，断开开关S线圈产生自感电动势，对电容器充电，使下极板带正电，当t=0.02s时，电容器下极板带正电，且电荷量第一次达到最大值，则LC回路的周期为

A．t=0.03s即个周期，电容器正在放电，且未放电结束，回路中电流没有达到最大，故A错误；

B．t=0.04s时电容器放电结束，回路中电流最大，线圈L的感应电动势最小，故B错误；

C．t=0.05s时电容器正在充电，电流沿LC回路顺时针方向，回路中电流没有达到最大，线圈L的磁场能没有达到最大，故C错误；

D．t=0.06s时电容器充电结束，上极板带正电，故D正确。

故选D。

7. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端、接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻的阻值相同。在滑动变阻器的滑片从端滑动到端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（　　）

A. L1先变暗后变亮，L2一直变亮

B. L1先变亮后变暗，L2一直变亮

C. L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗

D. L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】副线圈的总电阻为

解得

则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，副线圈的总电阻选增大后减小，根据等效电阻关系有

则等效电阻先增大后减小，由欧姆定律有

，

先减小后增大，先减小后增大，则先变暗后变亮，根据

，

由于先减小后增大，则副线圈的电压先增大后减小，通过L2的电流为

则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，逐渐减小，副线圈的电压增大过程中 增大；在副线圈的电压减小过程中，通过R0的电流为

逐渐增大，则越来越小，则

则先变暗后变亮，一直变亮；

故选A。

8. 霍尔元件广泛应用于生产生活中，有的电动自行车上控制速度的转动把手就应用了霍尔元件，这种转动把手称为“霍尔转把”。“霍尔转把”内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲所示。开启电动自行车的电源时，在霍尔器件的上下面之间就有一个恒定电流，如图乙所示。将转动转把，永久磁铁也跟着转动，施加在霍尔器件上的磁场强弱就发生变化，霍尔器件就能输出变化的电势差，电势差与车速的关系如图丙所示（图像左右对称）。下列说法正确的是（　　）

A. 若霍尔元件的自由电荷是自由电子，则端的电势高于端的电势

B. 若改变霍尔器件上下面之间的恒定电流的方向，将影响车速控制

C 其他条件不变，仅增大恒定电流，可使电动自行车更容易获得最大速度

D. 其他条件不变，仅对调永久磁铁的N极、S极位置，将影响车速控制

【答案】C

【解析】

【详解】A．若霍尔元件自由电荷是自由电子，根据左手定则，电子受到洛伦兹力向C端相连接的面移动，因此端电势低于端的电势，A错误;

B．当霍尔元件上下面之间的恒定电流的方向改变，从霍尔元件输出的控制车速的电势差正负号相反，但由题中第三张图可知，不会影响车速控制，B错误；

C．设自由电子定向移动的速率为，霍尔元件前后面间的距离为，左右表面间距离为，达到稳定后，自由电荷受力平衡，由

可得

电流的微观表达式

则

可知仅增大电流时前后表面电势差增大，对应的车速更大，电动自行车的加速性能更好，更容易获得最大速度，C正确；

D．其他条件不变，仅对调永久磁铁的N极、S极位置，不影响磁感应强度大小，只是影响电压的正负，不影响车速控制，D错误。

故选C。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9. 一容积不变的容器内封闭一定质量的氮气（视为理想气体），在不同温度下分子速率分布如图所示，纵坐标表示各速率区间的氮气分子数所占总分子数的百分比，横坐标表示分子的速率，图线甲为实线、图线乙为虚线。下列说法正确的是（　　）

A. 图线甲对应的氮气压强较大

B. 图线甲对应的氮气分子的平均动能较大

C. 由图像能直接求出任意速率区间内氮气分子数目

D. 同一温度下，氮气分子的速率呈现“中间多，两头少”的分布规律

【答案】ABD

【解析】

【详解】AB．温度越高，速率大的分子所占比例越大，所以图线甲的温度高，对应的氮气压强较大，氮气分子的平均动能较大故AB正确；

C．由图像可求出定量的氮气各速率区间的分子数所占总分子数的百分比，不能求出任意速率区间内氮气分子数目，故C错误；

D．由图可知，同一温度下，氮气分子的速率呈现“中间多，两头少”的分布规律，故D正确。

故选ABD。

10. 如图所示，水平面内有相距为0.4m的两平行固定金属导轨，导轨左端接有电动势为3V、内阻为的电源，金属导轨电阻不计。质量为0.1kg的金属棒ab跨接在金属导轨上，与两金属导轨垂直并接触良好，棒ab接入电路部分的电阻为。整个装置处于磁感强度大小为1T的匀强磁场中，磁场方向与棒ab垂直且与水平面的夹角为，棒ab始终静止于导轨上。重力加速度g取10m/s2，，，下列说法正确的是（    ）

A. 棒ab所受的安培力方向水平向左

B. 棒ab所受的安培力大小为0.4N

C. 棒ab所受的摩擦力大小为0.32N

D. 棒ab所受的支持力大小为0.24N

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．由于导体棒ab与磁场方向垂直，因此棒ab所受安培力大小为

根据左手定则可知，导体棒ab所受安培力的方向与磁场方向垂直，指向左上方，故A错误，B正确；

C．根据平衡条件，做出导体棒受力分析截面图，如图所示

由平衡条件可知，棒ab所受摩擦力水平向右，大小为

故C正确；

D．导体棒在竖直方向上受力平衡

因此

D错误。

故选BC。

11. 如图所示，一“凸型”线框的总电阻为R，其中ab=bc=cd=de=fg=gh=ha=l，ef=3l。线框在外力作用下以恒定速度v垂直磁场通过两个宽均为l的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反。取逆时针方向电流为正，安培力水平向左为正。若，，，从图示时刻开始计时，则线框中产生的电流i和整个线框受到的安培力F随时间t变化的图像中，正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】AC

【解析】

【详解】0-t0，ab切割磁感线，根据右手定则可知，感应电流方向逆时针方向，大小为

根据左手定则可知，安培力向左，大小为

t0-2t0，gh、cd切割左侧磁场磁感线，ab切割右侧磁场磁感线，根据右手定则可知，叠加后的感应电流方向逆时针方向，大小为

根据左手定则可知，安培力向左，大小为

2t0-3t0，gh、cd切割右侧磁场磁感线，ef切割左侧磁场磁感线，根据右手定则可知，叠加后的感应电流方向顺时针方向，大小为

根据左手定则可知，安培力向左，大小为

3t0-4t0，ef切割磁感线，根据右手定则可知，感应电流方向逆时针方向，大小为

根据左手定则可知，安培力向左，大小为

故AC正确，BD错误。

故选AC。

12. 在电子技术中，科研人员经常通过在适当的区域施加磁场控制带电粒子的运动。如图所示，圆心为O、半径为R的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场（图中未画出），、是两条相互垂直的直径，圆形区域左侧有一平行于、关于对称放置的线状粒子源，可以沿平行于的方向发射质量为、电荷量为、速率均为的带正电的粒子，粒子源的长度为，从粒子源上边缘发射的粒子经磁场偏转后从点射出磁场。不计粒子重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　）

A. 匀强磁场的方向垂直纸面向里

B. 粒子源发射的粒子均从点射出磁场

C. 匀强磁场的磁感应强度大小为

D. 粒子在磁场中运动的最长时间为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．带正电的粒子向下偏转，根据左手定则可知匀强磁场的方向垂直纸面向外，故A错误；

C．如图所示

设粒子的运动半径为，根据几何关系可得

解得

根据洛伦兹力提供向心力

解得

故C错误；

D．所有粒子在磁场中运动半径都相等，运动的圆弧越长，在磁场中运动的时间越长，如图所示，从Ｇ点射入的粒子在磁场中运动时间最长；由几何关系可得粒子在磁场中运动转过的角度为135°，粒子在磁场中运动的周期

则粒子在磁场中运动的最短时间

故D正确；

B．任意一点射入磁场，粒子的运动半径等于，如图所示

由几何关系可知恒为一个菱形，，所以所有的粒子都从F点射出，故B正确。

故选BD。

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13. 某实验小组探究“一定质量的气体在温度不变时，压强与体积的关系”时，设计了如下实验：用注射器封闭一部分气体并连接装置，如图甲所示，从注射器上读出封闭气体的体积V，由计算机显示出压强p，改变气体体积，根据实验数据画出的图像如图乙所示。

（1）实验操作中，柱塞上均匀涂抹润滑油，主要目是______________；

（2）关于该实验操作，下列说法正确的有_________；

A．应缓慢推拉柱塞

B．用手握紧注射器推拉柱塞

C．若压强传感器与注射器之间的软管脱落，应立即重新接上，继续实验

（3）若该实验的误差仅由注射器与传感器之间细管中的气体体积导致，由图乙得大小为_________。（结果保留l位小数）

【答案】    ①. 封闭气体，防止漏气    ②. A    ③. 1.0##0.9##1.1

【解析】

【详解】（1）[1]在活塞上涂润滑油既可以减小摩擦，又可以封闭气体，防止漏气；

（2）[2] A．应缓慢推拉柱塞，是封闭气体与外界温度保持一致，故A正确；

B．用手握紧注射器推拉柱塞会改变封闭气体的温度，所以不能用手握注射器，故B错误；

C．若压强传感器与注射器之间的软管脱落，气体质量变化，应重新实验，故C错误。

故选A。

（3）[3]由

可得

结合图线可知大小为

14. 某物理兴趣小组利用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器零部件如图甲所示，组装后的变压器如图乙所示。

（1）下列说法正确的是_______。

A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数

B．变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”

C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响

D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量

（2）一位同学实验时，观察两个线圈的导线，发现粗细不同。他选择的原线圈为800匝，副线圈为400匝，原线圈接学生电源的正弦交流输出端，所接电源为“”挡位，测得副线圈的电压为。则下列叙述中可能符合实际情况的一项是___________。

A．原线圈导线比副线圈导线粗

B．学生电源实际输出电压大于标注的“”

C．原线圈实际匝数与标注“800”不符，应大于800匝

D．副线圈实际匝数与标注“400”不符，应小于400匝

（3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当______（选填“大于”、“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比。

【答案】    ①. CD#DC    ②. B    ③. 大于

【解析】

【详解】（1）[1] A．为了确保实验安全，应该使用降压变压器，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；

B．变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故B错误；

C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，由

可知，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；

D．测量副线圈电压时，为防止损坏电表，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确。

故选CD。

（2）[2]A．原线圈匝数多，电压大电流小，故原线圈导线细，故A错误；

B．由

可知，测得的副线圈电压偏高，可能是因为学生电源实际的输出电压大于标注的8V，故B正确；

C．由以上分析可知，如果原线圈实际匝数与标注“800”不符，应小于800匝，测得的副线圈电压才偏高，故C错误；

D．同理，副线圈实际匝数与标注“400”不符，应大于400匝，测得的副线圈电压才偏高，故D错误；

故选B。

（3）[3]由于变压器工作时有能量损失，所以副线圈的实际电压略小，故实验测得的原、副线圈的电压比应大于原、副线圈的匝数比。

15. 如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其矩形线框ABCD处于磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动。线框匝数n＝100匝，面积，电阻r＝10Ω，角速度。线框通过滑环与理想变压器相连，原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，副线圈与R＝10Ω的电阻相接，电流表为理想电表。从线框转至中性面位置开始计时，求：

（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；

（2）电流表的示数I。

【答案】；（2）2A

【解析】

【详解】（1）从线框转至中性面位置开始计时，产生正弦交流电，电动势最大值为

则线框中感应电动势的瞬时值表达式

（2）设变压器输入端电压有效值为，输出端电有效值为，电流有效值为，根据闭合电路欧姆定律有

根据理想变压器电压、电流与匝数比关系，有

联立以上式子，代入数据求得电流表的示数

16. 如图所示，潜水艇的高压气瓶与水箱相连，阀门K可以控制高压气瓶的排气量。当高压气瓶中的部分空气压入水箱后，推动活塞使水箱中的水通过通海口向外排出，可使潜水艇浮起。潜水艇高压气瓶贮有容积为V1=2m3、压强为p1=2×107Pa的压缩空气。在一次上浮操作前，活塞处于水箱的最右端，利用高压气瓶内的压缩空气将水箱中体积为V=10m3的水排出，此时高压气瓶内剩余空气的压强为p2=1.0×107pa，设在排水过程中压缩空气的温度不变，不计高压气瓶与水箱之间连接管道内气体的体积，不计活塞与水箱之间的摩擦力，求：

（1）高压气瓶压入水箱的空气质量与高压气瓶中的原有空气质量m的比值；

（2）排水后水箱内气体的压强p。

【答案】（1）；（2）p=2.0×106Pa

【解析】

【详解】（1）设压强p1=2×107Pa、体积V1=2m3的压缩空气都变成压强p2=1.0×107Pa压缩气体，其体积为V2。

由玻意尔定律

p1V1=p2V2

排水过程中排出压强p2=1.0×107Pa的压缩空气的体积为

高压气瓶压入水箱的空气质量与高压气瓶中的原有空气质量m的比值

（2）压强p2=1.0×107Pa、体积为的压缩空气，变成压强为p的空气的体积为V=10m3。

由玻意尔定律

解得

p=2.0×106Pa

17. 如图所示，两光滑平行导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，顶端接有的电阻，导轨电阻不计、间距为。导轨倾斜部分的倾角为，且ABCD区域有垂直导轨平面向上的磁场，磁感应强度为，该区域沿轨道方向的长度为。导轨水平部分区域有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为（不考虑处的边界效应，可认为磁场在处立即变为竖直向上），该区域沿轨道方向的长度为。将一金属棒放在倾斜轨道某处，由静止释放后，可匀速通过磁场区域，穿过磁场区域后继续向左运动，金属棒与轨道接触良好且始终与轨道垂直。金属棒的质量为、电阻为，重力加速度为，求：

（1）金属棒在区域中做匀速运动的速度大小；

（2）金属棒穿过区域后速度的大小；

（3）金属棒从开始下滑至滑到过程中，电阻上产生的焦耳热。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）金属棒在区域中做匀速运动，则有

，，

根据受力平衡可得

联立解得

（2）金属棒穿过区域过程，根据动量定理可得

又

联立解得

（3）金属棒从开始下滑至滑到过程中，根据能量守恒可得回路产生的总焦耳热为

电阻上产生的焦耳热为

18. 如图所示，在平面直角坐标系xoy的第一、四象限内，有一直线MN（图中未画出）与y轴平行，在直线MN与y轴正半轴之间存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，在直线MN与y轴负半轴之间存在着磁感应强度大小为2B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，在第二象限内存在着沿x轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子从x轴上P（，0）点以初速度v0垂直于x轴射入电场，而后经y轴上的Q点沿与y轴正方向成60°角进入磁场。粒子重力忽略不计，MN与y轴之间的距离为d（d>2L）。

（1）求匀强电场的电场强度E的大小；

（2）要使粒子不从y轴正半轴飞出磁场，求磁感应强度B的大小范围；

（3）若磁感应强度大小，求：

①带电粒子第二次经过x轴的正半轴的位置坐标x2；

②要使粒子能够垂直于边界飞出磁场，与轴间的距离d的可能值。

【答案】（1）；（2）；（3）①;②（）

【解析】

【详解】（1）带电粒子在电场中做类平地运动，分解Q点的速度可得

沿轴方向做匀加速运动

由牛顿第二定律得

解得

（2）要使粒子不从轴正半轴飞出磁场，需要带电粒子能够进入轴下方的磁场，临界态为偏转轨迹与轴相切，设此时轨迹的半径为，进入磁场的速度

Q点的纵坐标为

由几何关系

由洛伦兹力提供向心力

解得

若使粒子不从轴正半轴飞出磁场，磁感应强度大小

（3）粒子得轨迹如图所示

由几何关系可知

带电粒子在第一象限运动的半径

带电粒子在第四象限运动的半径

带电粒子第二次经过x轴的正半轴的位置坐标

由几何关系可知粒子在第一象限先完成半个圆的偏转，粒子要垂直边界飞出应满足关系式

（）

即

（）