2023-2024学年湖南师大附中高二（下）期中物理试卷(含解析）

这是一份2023-2024学年湖南师大附中高二（下）期中物理试卷(含解析），共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.如图所示，甲为演示光电效应的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，丁图是铀核裂变图。以下说法正确的是( )
A. 若b光为绿光，c光可能是紫光
B. 用图甲所示的光电效应实验电路可以测得Uc1、Uc2
C. 若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于n=3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
D. 图丁核反应方程为 92235U+ 01n→ 54140Xe+ 3894Sr+201n，若该过程质量亏损为Δm，则铀核的结合能为Δmc2
2.室内足球运动的某次传球过程，足球在地面位置1被踢出后落到位置3，2为空中达到的最高点，速度大小为vC，则( )
A. 足球在空中的最大水平速度为vC
B. 足球在位置1和位置3的动能相等
C. 与下落过程相比，足球在上升过程中重力势能变化快
D. 若在位置2以大小为vC的速度水平向左抛出，足球将沿原轨迹返回位置1
3.如图所示，坐标原点O左右两边的介质不同，P、Q为两列波的波源，两波源同时起振，某时刻，两列波分别沿x轴传播到点M(−9,0)、点N(3,0)，则下列说法正确的是( )
A. 两列波的起振方向相反
B. 两列波的波动频率相同
C. 两列波在x=−3.5cm处相遇
D. 两列波在x轴负半轴叠加能形成稳定的干涉图样
4.如图甲所示，太阳系中有一颗“躺着”自转的蓝色“冷行星”——天王星，周围存在着环状物质。为了测定环状物质是天王星的组成部分，还是环绕该行星的卫星群，假设“中国天眼”对其做了精确的观测，发现环状物质线速度的二次方即v2与到行星中心的距离的倒数即r−1关系如图乙所示。已知天王星的半径为r0，引力常量为G，以下说法正确的是( )
A. 环状物质是天王星的组成部分
B. 天王星的自转周期为2πr0v0
C. v2−r−1关系图像的斜率等于天王星的质量
D. 天王星表面的重力加速度为v02r0
5.如图所示，一个小型交流发电机输出端连接在理想变压器的原线圈n1上，副线圈n2通过理想二极管接有电容C=2×10−4F的电容器和阻值R=20Ω的电阻，理想变压器匝数比n1：n2=1：2。已知交流发电机内匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，发电机线圈匝数N=10，内阻不计且线圈面积是0.2m2，发电机转动的角速度大小为25rad/s，电压表是理想电表，下列说法正确的是( )
A. 电压表示数为10VB. 电阻R的电功率等于10W
C. 电容器上的电荷量为2 2×10−3CD. 电容器上的电荷量为2×10−3C
6.如图所示，一个半径为R的四分之一光滑球面放置在水平桌面上。球面上置一光滑均匀铁链，其A端固定在球面的顶点，B端恰与桌面不接触，单位长度质量为λ，重力加速度为g。试求铁链A端所受的拉力( )
A. 0.5λgRB. λgRC. 1.5λgRD. 2λgR
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源S，它发出不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)。设b光的折射率为nb，则下列说法正确的是( )
A. 在水中，a光的波长比b光的大
B. 在水中，a光的传播速度比b光的小
C. 复色光圆形区域的面积为S=πh2nb2−1
D. 在同一装置的双缝干涉实验中，a光的干涉条纹相邻亮条纹间距比b光的窄
8.如图所示，立方体ABCD−EFGH的两个顶点A、F分别固定电荷量为q的点电荷，C、H两个顶点分别固定电荷量为−q的点电荷，P是ABCD面的中点，Q是CDFG面的中点，则下列说法中正确的是( )
A. P、Q两点的电场强度相同
B. P、Q两点的电势相等
C. 一个正的点电荷在G点电势能大于在D点电势能
D. 一个负的点电荷在E点电势能小于在B点电势能
9.半径为R、内壁光滑的半圆弧轨道ABC固定在光滑的水平地面上的A点，AC是竖直直径，B是圆心O的等高点，把质量相等小球甲、乙(均视为质点)用长为2R的轻质细杆连接，放置在地面上。现让甲、乙同时获得水平向右的速度v0，乙进入半圆弧轨道ABC并沿着内壁向上运动，且乙能运动到B点，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A. 乙沿着圆弧上升甲在水平面上运动，甲的机械能不守恒
B. 乙沿着圆弧上升甲在水平面上运动，甲、乙组成的整体机械能不守恒
C. 乙运动到B点，甲、乙的速度大小之比为1： 3
D. 乙运动到B点，甲的速度为 2v02−2gR2
10.空间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面。线段MN是屏与纸面的交线，长度为7L，其左侧有一粒子源S，可沿纸面内各个S方向不断发射质量为m、电荷量为q、速率相同的粒子；SP⊥MN，P为垂足，如图所示。已知SP=MP=3L，若MN上所有的点都能被粒子从其右侧直接打中，则粒子的速率可能为( )
A. 5qBLmB. 2 5qBLmC. 5 2qBL2mD. 2 2qBLm
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某同学利用图(a)所示的装置验证碰撞过程中的动量守恒定律。A、B两滑块均带有弹簧片和宽度相同的遮光片，测得滑块A、B(包含弹簧片和遮光片)的质量分别为m1和m2。将两滑块放在气垫导轨上，气垫导轨右侧两支点高度固定，左侧支点高度可调。

(1)实验前，该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，结果如图(b)所示，则d= ______mm。
(2)该同学在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动。此时，应调节左支点使其高度______(填“升高”或“降低”)。
(3)将气垫导轨调节水平后，给滑块A一向右的初速度，使它与滑块B发生正碰。碰前滑块A通过光电门1的遮光时间为t0，A、B碰后分别通过光电门1和光电门2，遮光时间分别为t1和t2，则该同学所要验证的动量守恒定律的表达式为______(用m1、m2、t0、t1和t2表示)。
12.某同学利用如图(a)所示的电路测量未知电阻R0的阻值与电源电动势E和内阻r，R为电阻箱，电流表可视为理想电流表。操作步骤如下：

(1)测量R0的阻值。先闭合开关S1和S2，调节电阻箱，当电阻箱的阻值R为11Ω时，电流表示数为I；接着断开S2，调节电阻箱，当电阻箱的阻值R为5Ω时，电流表示数仍为I，此时则R0的阻值为______Ω；若电流表为非理想电流表，则按照该方法实际测量得到的R0的阻值将______(选填“偏大”“偏小”或者“不变”)。
(2)保持S1闭合、S2断开，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表A的示数I。为了直观地得到I与R的关系，该同学以电阻箱的阻值R为纵轴，以x为横轴作出了如图(b)的图像，则横轴x为______，R= ______(均选用字母E、I、R0和r表示)。
(3)若图(b)中横轴x所表示的物理量的单位为国际单位，由图像可求得电源的电动势E= ______V，内阻r= ______Ω(结果均保留2位有效数字)。
(4)设想用该电源和理想电流表以及无数个电阻R0构成一个电路，则电流的示数为______A。(结果保留2位有效数字)
四、简答题：本大题共3小题，共42分。
13.一容器内部空腔呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为S，管内用一长为h的水银柱封闭着长为l1的空气柱，如图。此时外界的温度为T1。现把容器浸在温度为T2的热水中，水银柱缓慢上升，静止时管内空气柱长度变为l2。已知水银密度为ρ，重力加速度为g，大气压强为p0。
(1)求温度为T1时封闭气体的压强p1；
(2)求容器的容积V；
(3)若该过程封闭气体的内能增加了ΔU，求气体从外界吸收的热量Q。
14.如图甲所示MN、PQ为足够长的两平行金属导轨，间距L=1.0m，与水平面之间的夹角α=30°，匀强磁场磁感应强度B=0.5T，垂直于导轨平面向上，MP间接有电流传感器，质量m=0.2kg、阻值R=1.0Ω的金属杆ab垂直导轨放置，它与导轨的动摩擦因数μ= 33，如图所示。用外力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，使ab由静止开始运动并开始计时，电流传感器显示回路中的电流I随时间t变化的图像如图乙所示，0～3s，拉力做的功为225J，除导体棒电阻外，其它电阻不计。取g=10m/s2。求：
(1)0～3s内金属杆ab运动的位移；
(2)0～3s内F随t变化的关系。
15.如图所示，倾角为θ的固定斜面的底端安装一个弹性挡板P，质量分别为m和4m的物块a、b置于斜面上，二者初始位置距离挡板足够远，物块a与斜面间无摩擦，物块b与斜面间的动摩擦因数为μ=tanθ。两物块间夹有一个劲度系数很大且处于压缩状态的轻质极短弹簧，弹簧被锁定，锁定时弹簧的弹性势能为10mv02。现给两物块一大小为v0、方向沿斜面向下的初速度的同时，解除弹簧锁定，弹簧瞬间完全释放弹性势能，并立即拿走弹簧。物块a与b、a与挡板P之间的碰撞均为弹性碰撞，重力加速度为g(弹簧长度可以忽略不计)。求：
(1)弹簧解除锁定后瞬间a、b的速度大小；
(2)拿走弹簧后，a与b第一次碰撞后b上升的高度；
(3)b被第一次碰撞后到最终能沿斜面向上运动的最大距离。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：A、由光电效应方程：Ek=hν−W0
据动能定理得：eUc=Ek
联立解得：eUc=hν−W0
可知频率越大，遏止电压越大，由图可知Uc1>Uc2，故若b光为绿光，c光可能是紫光，故A正确；
B、图甲所示的光电效应实验装置负极接光电管的阴极，所以所加的是正向电压，不能测得Uc1，Uc2，故B错误；
C、若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于n=3激发态的氢原子，若氢原子吸收b光光子的能量，则E=−1.51eV+0.66eV=−0.85eV，则这个氢原子吸收b光光子的能量，可以跃迁至n=4激发态，这个氢原子再由n=4能级向低能级跃迁，最多可产生3种不同频率的光，故C错误；
D、若该过程质量亏损为Δm，则该过程中释放的能量为Δmc2，不是铀核的结合能，故D错误。
故选：A。
根据遏止电压比较最大初动能，从而比较光子频率的大小，得出可能的情况；结合玻尔理论，由能级之间的关系判断；根据质能方程分析。
解决本题的突破口在于通过遏止电压比较最大初动能，结合光电效应方程进行分析。
2.【答案】C
【解析】解：A、将足球的运动轨迹与斜抛运动的轨迹相比较，可知足球在运动过程中受到空气阻力的作用，在水平方向上做减速运动，故在初始位置水平速度是最大的，故A错误；
B、因足球在运动过程中受到空气阻力，故机械能不断减少，而足球在位置1和位置3的重力势能相等，则足球在位置1和位置3的动能不相等，故B错误；
C、足球上升过程在竖直方向上存在阻力向下的分力，则竖直方向减速的加速度大于重力加速度；有：mg+f竖1=ma竖1，同理，下降过程在竖直方向上存在阻力向上的分力，则竖直方向加速的加速度小于重力加速度。即足球上升过程竖直方向的加速度大于足球下降过程竖直方向的加速度。足球上升与下降竖直方向的位移大小相等，再根据：x=12αt2，可定性得到由位置1运动到位置2的时间小于由位置2运动到位置3的时间，可知足球在上升过程中重力势能变化较快，故C正确；
D、若在位置2以大小为vC的速度水平向左抛出，则抛出足球的运动情况与题图中位置2到位置3的运动，在水平方向上是对称的，竖直方向上是相同的，故足球的运动轨迹与位置2到位置3的运动轨迹对称，不会沿原轨迹返回位置1，故D错误。
故选：C。
根据足球的运动轨迹知道足球在运动过程中受到空气阻力，机械能不守恒。根据竖直方向受力情况，判断足球上升过程和下降过程竖直方向加速度大小关系，由竖直方向分位移关系判断运动时间关系。
解决本题的关键要正确分析足球的受力情况，运用运动的分解法分析竖直方向加速度关系，判断运动时间关系。
3.【答案】C
【解析】解：A.利用波形图和同侧法可知，M点的起振方向为y轴正方向，N点的起振方向也为y轴正方向，而且MN点与波源的起振方向相同，故两列波的起振方向相同，故A错误；
B.两列波在不同介质中波速不同，由图知两波的波长相等均为6m，根据
f=vλ
可知两列波的波动频率不同，故B错误；
C.在相同时间内，两波分别传播了6m和9m，故在不同介质的波速之比为：
v1v2=23
当Q波传到O点时，P波传到(−7,0)，等Q波传播到x轴负半轴后速度与P波相同，则两波都再传播3.5cm，所以两列波在x=−3.5cm处相遇，故C正确；
D.因为两波的频率不同，故两列波不能形成稳定的干涉图样，故D错误。
故选：C。
利用波形图和同侧法可以判断质点的振动方向；由波形图可以读出波长，利用公式可以求得频率和周期，据此分析即可；先计算两波的在不同介质中的速度之比，确定Q波传至O点时，两列波的距离，最后确定两列波相遇的坐标，根据波的干涉条件分析判断。
本题属于利用波形图象分析波长，求频率周期等物理量问题，要注意两列波干涉的条件是频率相等，注意分析波在介质中的传播过程。
4.【答案】D
【解析】解：AB.若环状物质是天王星的组成部分，则环状物质与天王星是同轴转动，角速度相同且是定值，由v=ωr可得：v∝r，根据题中图线的特点可知v2∝r−1，说明环状物质不是天王星的组成部分，也无法求出天王星的自转周期，故AB错误；
C.若环状物质为该行星的卫星群，根据万有引力提供圆周运动的向心力有GMmr2=mv2r，可得v2=GMr−1，则有v2∝r−1，根据题中图线的特点可知v2∝r−1，说明环状物质是天王星的卫星群，v2−r−1关系图像的斜率等于GM，不是天王星的质量M，故C错误；
D.由v2−r−1关系图像可知，r−1的最大值为r0−1，则天王星的卫星群的最小半径为r0，即天王星的半径为r0，卫星贴天王星表面飞行的线速度为v0，天王星表面的重力加速度即卫星贴天王星表面飞行的向心加速度为v02r0，故D正确；
故选：D。
AB.假设环状物为卫星的组成部分，根据共轴转动特点结合图像进行判断以及分析自转周期；
C.根据牛顿第二定律推导相应表达式结合图像斜率分析求解；
D.根据图像的相关数据进行分析解答。
考查万有引力定律的应用，会根据题意进行准确的分析和解答。
5.【答案】B
【解析】解：A.发电机产生的电动势峰值Em=NBSω=10×0.2×0.2×25V=10V
电压表示数为有效值，且E有=Em 2=10 2V=5 2V
即电压表示数为5 2V，故A错误；
B.电阻R两端的电压U2=U1n1n2，解得U2=10 2V
故电阻R的电功率P=U22R=(10 2)220W=10W，故B正确；
CD.由于二极管的单向导电性，电容器只充电不放电，故电容器两端的电压最大值为交流电峰值，由变压器的匝数比关系可知电阻R两端的电压最大值为20V，此即电容器两端的电压最大值。故电容器上的电荷量Q=CU=2×10−4×20C=4×10−3C，故CD错误。
故选：B。
理想二极管单向导电，导致电容器只能充电不能放电。所以电容器的电荷量会随着其两端电压的增大而增大。当两端电压达到最大时，其电荷量为最大值，也是最终值。
学生在解答本题时，应注意对理解理想变压器的原理以及理想二极管的作用。
6.【答案】B
【解析】解：如图所示
我们使用虚位移的考虑思路，设想存在作用力F作用在链条A端，将会使链条做出一个非常小，趋近于零的虚位移Δx→0，而这个过程的作用效可以等效于处于链条B端的，一段长为Δx的链条移到A端，因此，计算出这一段势能的增加即可计算出F所做的功，因此
F⋅Δx=λΔxgR
所以F=λgR，故B正确，ACD错误。
故选：B。
通过虚位移的思想，利用假设法将A点的位移等效与B点的位移，从而计算出F所做的功。
学生在解答本题时，应注意对于假设法的利用，并能够根据等效的思想分析题目。
7.【答案】AC
【解析】解：A.因为a光的单色光区域比复色光区域大，所以a光发生全反射的临界角比b光发生全反射的临界角大，根据sinC=1n可知na