2021-2022学年山东省百校联考(济南一中等校）高二下学期期末物理试题（解析版）

2021-2022学年山东省百校联考(济南一中等校）高二下学期末考试

物理试题

注意事项：

1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。

2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。

3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

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. 2021年5月，中国的“人造太阳”在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒。这标志着我国核聚变研究又获得重大突破，核反应方程是，为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础。下列说法正确的是（　　）

A. 核聚变可以在常温下发生

B. 方程中的X表示中子，中子是查德威克发现的

C. 该核反应前后质量守恒

D. 的比结合能比的比结合能大

【答案】B

【解析】

【详解】A．核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故A错误；

B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，X为中子，中子是查德威克发现的，故B正确；

C．该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，故C错误；

D．核反应方程式中生成物比反应物稳定，生成物的比结合能大，所以的比结合能比的比结合能小，故D错误。

故选B。

2. 如图甲所示，气缸内封闭了一定质量的气体（可视为理想气体），可移动活塞与容器壁光滑接触，开始时活塞处于Ⅰ位置静止，经历某个过程后，活塞运动到Ⅱ位置（图中未标出）重新静止，活塞处于这两个位置时，气缸内各速率区间的气体分子数n占总分子数N的百分比（）与分子速率v之间的关系分别如图乙中Ⅰ（实线）和Ⅱ（虚线）所示，忽略大气压强的变化，则下列说法中正确的是（　　）

A. 气体在状态Ⅰ时温度较高

B. 气体状态Ⅱ时压强较大

C. 在此过程中外界对气体做正功

D. 在此过程中气体从外界吸热

【答案】D

【解析】

【详解】A．由图像乙可知，气体在状态Ⅱ时，速率较大的分子占据的比例较大，则分子平均速率较大，温度较高，选项A错误；

B．气体进行等压变化，则气体在两个状态的压强相等，选项B错误；

C．在此过程中气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误；

D．在此过程中气体对外做功，温度升高，内能变大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，选项D正确。

故选D。

3. 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，系统中的“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，下列说法正确的是（　　）

A. 一个氢原子由基态跃迁到激发态后，该原子的电势能减少

B. 处于能级的氢原子可以吸收的光子跃迁到能级

C. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种不同频率的光子

D. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，发出的光照射逸出功为的钾板，钾板发出光电子的最大初动能为

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据玻尔理论，氢原子由基态跃迁到激发态，核外电子从低轨道跃迁到高轨道，克服库仑力做功，原子的电势能增大，A错误；

B．处于能级的氢原子跃迁到能级需要吸收的光子能量为

B错误；

C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出不同频率的光子数量为

即最多可以辐射出6种不同频率的光子，C正确；

D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，发出的光子最大能量为

根据光电效应方程可得钾板发出光电子的最大初动能为

D错误。

故选C。

4. 某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏加德罗常数。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数约为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为和，一次吸入空气的体积为V，在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸

则有

多吸入的空气分子个数为

数据得

故选B。

5. 关于下列四幅图的说法正确的是（　　）

A. 甲图中话筒应用了磁场对电流的作用

B. 乙图是演示电磁感应现象的实验装置

C. 丙图实验说明磁场能产生电流

D. 丁图的实验所揭示的原理可以制成发电机

【答案】D

【解析】

【详解】A．甲图是动感线圈式话筒，当人对话筒说话时，引起膜片的振动，膜片的振动会引起线圈的运动，切割永磁铁的磁感线而产生相对应的变化的电流，从而在扬声器产生与说话者相同的声音，动圈式话筒是根据电磁感应原理工作的，故A错误；

B．乙图是磁场对电流作用的实验，通电后通电导体在磁场中受到力的作用而运动，故B错误；

C．丙图是奥斯特实验，通电后小磁针偏转，说明了通电导线周围存在磁场，故C错误；

D．丁图是电磁感应实验，根据此原理可以制成发电机，故D正确。

故选D。

6. 如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B，C、D后再回到状态A。其中AB和CD为等温过程，BC为等压过程，DA为等容过程，则在该循环过程中，下列说法正确的是（　　）

A. AB过程中，气体吸收热量

B. BC过程中，气体分子的平均动能不变

C. CD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

D. 若气体在BC过程中内能变化量的数值为2kJ，与外界交换的热量为7kJ，则在此过程中外界对气体做的功为5kJ

【答案】C

【解析】

【详解】A．AB过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体放出热量，选项A错误；

B．BC过程中，压强不变，体积增大，则气体温度升高，则气体分子的平均动能增加，选项B错误；

C．CD过程中，气体温度不变，压强减小，体积变大，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减小，选项C正确；

D．根据热力学第一定律，若气体在BC过程中气体内能增加，数值为2kJ，气体体积变大，对外做功，则气体吸收热量，若吸收的热量为7kJ，则在此过程中气体对外做的功为5kJ，选项D错误。

故选C。

7. 理想变压器与额定电压均为12V的四个相同灯泡连接成如图所示的电路，开关S断开时，灯泡L1、L2、L3都正常发光，忽略灯泡电阻随温度的变化。下列说法正确的是（　　）

A. 理想变压器原、副线圈的匝数比为3：1

B. 理想变压器原线圈所接交流电源的电压为24V

C 闭合开关S，灯泡L1、L2、L3仍能正常发光

D. 闭合开关S，灯泡L1可能烧毁

【答案】D

【解析】

【详解】A．开关S断开时，灯泡L1、L2、L3都正常发光，则原线圈的电流为I，副线圈的电流为2I，由变压器原副线圈电流与匝数成反比，则变压器原副线圈匝数比为2：1，所以A错误；

B．变压器的输出电压为U2=12V，由变压器原副线圈电压与匝数成正比，所以变压器的输入电压U1=24V，则理想变压器原线圈所接交流电源的电压为U=U1+U2=36V，所以B错误；

D．利用等效法，把副线圈看成一个电阻串联在原线圈中，闭合开关S，等效电阻变小，则原线圈中的电流会变大，所以灯泡L1可能烧毁，则D正确；

C．利用等效法，把副线圈看成一个电阻串联在原线圈中，闭合开关S，等效电阻变小，则原线圈中的电流会变大，则灯泡L1分的电压变大，所以原线圈的输入电压U1变小，则副线圈的电压U2也变小，所以灯泡L1、L2、L3不能正常发光，都会变暗的，则C错误；

故选D。

8. 角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示。当系统绕光滑的轴转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统静止时滑片P位于B点，当系统以角速度转动时，下列说法正确的是（　　）

A. 电路中电流随角速度的增大而增大

B. 电路中电流随角速度的增大而减小

C. 弹簧的伸长量为

D. 输出电压U与ω的函数式为

【答案】D

【解析】

【详解】AB．滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻，故电路中的电流不随角度的变化而变化，故AB错误；

C．由牛顿第二定律得

所以

故C错误；

D．输出电压

代入可得

故D正确。

故选D。

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. 下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(    )

A. 图甲：每种原子都有自己的特征谱线，故光谱分析可鉴别物质

B. 图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的

C. 图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子

D. 图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性

【答案】AB

【解析】

【详解】图甲：每种原子都有自己的特征谱线，故光谱分析可鉴别物质，故A正确；图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故B正确；图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误；图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故D错误；故选AB．

10. 内径均匀的“”形细玻璃管竖直放置，管内有被水银封闭的理想气体Ⅰ和Ⅱ，竖直管上端与大气相通，各部分长度如图所示。已知环境温度为，大气压强。现只对理想气体Ⅰ加热，直到竖直玻璃管中的水银与管口相平，此时（　　）

A. 理想气体Ⅰ的温度为 B. 理想气体Ⅰ的温度为

C. 理想气体Ⅱ长度变为 D. 理想气体Ⅱ长度变为

【答案】BC

【解析】

【详解】CD．以理想气体Ⅱ为对象，初状态有

根据玻意耳定律可得

解得

C正确，D错误；

AB．以理想气体Ⅰ为对象，初状态有

其中

根据理想气体状态方程可得

解得

B正确，A错误；

故选BC。

11. 单匝闭合矩形线框电阻为，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间的关系图像如图所示．下列说法正确的是（ ）

A. 时刻线框平面与中性面垂直

B. 线框的感应电动势有效值为

C. 线框转一周外力所做的功为

D. 从到过程中线框的平均感应电动势为

【答案】BC

【解析】

【详解】由图像可知时刻线圈的磁通量最大，因此此时线圈处于中性面位置，因此A错误；由图可知交流电的周期为T，则，由交流电的电动势的最大值为，则有效值为，故B正确，线圈转一周所做的功为转动一周的发热量，，故C正确；从0时刻到时刻的平均感应电动势为，故D错误．

12. 如图甲，绝缘水平面上有一“<”型光滑金属导轨，Oa与Ob夹角为；将质量为m的长直导体棒PQ放在导轨上并与Oa垂直，除轨道Ob上的电阻R外，其余电阻不计，导体棒与导轨接触良好。空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。时刻导体棒与O点间的距离为2L，棒在外力作用下，向左做直线运动，其速度的倒数随位移x变化的关系如图乙所示，导体棒从PQ向左运动距离L到达MN的过程中（　　）

A. 流过导体棒的电流恒为 B. 导体棒运动的时间为

C. 通过回路电荷量为 D. 外力做功为

【答案】ABD

【解析】

【详解】由图乙可知，导体棒运行的速度与位移的关系为

A．由于Oa与Ob夹角为，则

当位移为x时，回路中产生的感应电动势

代入数据可得

回路中的电流

A正确；

B．在图像中，图线与横轴围成的面积等于所用时间，可知

B正确；

C．通过回路的电荷量

C错误；

D．根据能量守恒可知，外力做的功一部分转化为导体棒的动能，一部分转化为焦耳热，即

D正确。

故选ABD。

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13. 如图为“研究电磁感应现象”的实验装置。

（1）将图中所缺的导线补接完整__________；

（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：

①将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________；

②原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针________；

（3）在做“研究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线圈电路中将__________。

A．因电路不闭合，无电磁感应现象

B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势

C．不能用楞次定律判断感应电动势方向

D．可以用楞次定律判断感应电动势方向

【答案】    ①.     ②. 向右偏    ③. 向左偏    ④. BD

【解析】

【详解】（1）[1]电路图为

（2）①[2]电键闭合时，电流表指针右偏，表明在磁场方向不变的情况下，增大磁通量，电流表右偏，所以将原线圈迅速插入副线圈时，磁通量增大，灵敏电流计指针将向右偏。

②[3] 原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电路的阻值变大，则螺线管中电流减小，磁场减弱，磁通量减小，灵敏电流计指针将向左偏。

（3）[4]在副线圈中磁通量发生变化时，即使副线圈不闭合，副线圈中也有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势，同样可以利用楞次定律判断感应电动势方向，AC错误，BD正确。

故选BD。

14. 某班级各实验小组利用如图甲所示装置进行“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验，实验步骤如下：

①把注射器活塞移至注射器中间某位置，将注射器与导气管、压强传感器逐一连接；

②移动活塞，记录注射器的刻度值同时记录对应的由压强传感器显示的气体压强值p；

③用图像处理实验数据。

（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是___________；为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是___________和___________；

（2）如果实验操作规范，某小组描绘图线如乙图所示，则图中的代表_____；

（3）另一小组所做的实验中，画出的图像如图丙所示，则图线发生弯曲的原因可能是___________；

A.各组的V、取值范围太小

B.实验过程中气体温度降低

C.实验过程中有漏气现象

D实验过程中气体温度升高

【答案】    ①. 在注射器活塞上涂一些润滑油    ②. 注意手不能握住注射器的封闭气体部分    ③. 缓慢推动活塞    ④. 注射器与压强传感器连接处的气体体积    ⑤. BC

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1][2][3]为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂一些润滑油，这样可以保持气密性；为了保持封闭气体的温度不变，实验中要注意手不能握住注射器的封闭气体部分，缓慢推动活塞，这样能保证装置与外界温度一样；

（2）[4]根据理想气体状态方程

可知如果实验操作规范正确，根据实验数据画出的图线是过坐标原点的直线。但如图所示的图线不过原点，该图线的方程为

说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距V0代表：注射器与压强传感器连接处的气体体积。

（3）[5]A．各组的V、取值范围太小，不会使图像发生弯曲，A错误；

B．实验过程中气体温度降低，则pV值减小，则图像向下弯曲，选项B正确；

C．实验过程中有漏气现象，则pV值减小，则图像向下弯曲，选项C正确；

D．实验过程中气体温度升高，则pV值变大，则图像向上弯曲，选项D错误。

故选BC。

15. 某科研团队为了研究深海濒危鱼类保护工作，把某种生活在海面下800m深处濒危鱼类从海里移到如图所示的两层水箱中，为使鱼存活，须给它们创造一个类似深海的压强条件。在一层水箱中有一条鱼，距离二层水箱水面的高度h＝50m，二层水箱水面上部空气的体积V＝30L，与外界大气相通。外界大气压po＝1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，g取10m/s2。（水箱内气体温度恒定）

（1）该类濒危鱼类所需生活环境的压强为多少？

（2）为保证该濒危鱼类正常存活，须将二层水箱关闭前再打进压强为Po、体积为多少的空气？

【答案】（1）；（2）L

【解析】

【详解】（1）鱼在深海处的压强

代入数据解得

Pa

（2）为使一层水箱压强达到,二层水箱中的气体压强为

带入数据解得

Pa

将外界压强为,体积的空气注入一层水箱,根据波意耳定律,有:

代入数据解得

L

16. 在研究放射性元素时，约里奥·居里夫妇首次发现衰变时能放出一个正电子。如图所示，一个运动的以某一初速度沿MO垂直磁场方向进入匀强磁场，运动到O点时发生上述衰变，生成的新粒子中较大的原子核沿ON方向运动，若弧MO对应的半径为，弧ON对应的半径为，且。求下列问题：

（1）写出发生衰变的核反应方程；

（2）求生成的两个新核的动量之比。

【答案】（1）；（2）2:1

【解析】

【详解】（1）衰变过程遵守电荷数守恒、质量数守恒，则发生衰变的核反应方程为

（2）衰变前后两原子核运动的两段弧都沿顺时针方向，说明生成的核与原来的核的速度方向相同，设衰变前核动量大小为p1，衰变后和正电子的动量分别为p2和p3，核、核在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，半径分别为r1、r2

，

，

又由

可得

衰变过程中动量守恒得

可得

以上各式可解得

p2: p3=2:1

17. 如图所示，在一圆形管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分。温度都为T0＝300 K，上部气体M压强为p0＝1.0×105 Pa，活塞A产生的压强有（S为活塞横截面积）。现保持下部分气体N温度不变，只对上部分气体M缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时（不计摩擦），求：

（i）上部分气体的温度；

（ii）保持上下部分M、N气体温度不变，释放一部分M气体，稳定后活塞A又回到了原来的位置，则释放气体质量与M气体原有质量之比。

【答案】（i）； （ii）。

【解析】

【详解】（i）对下部分气体N，做等温变化，初状态压强为

体积为

末状态:压强为p2，体积为

根据玻意耳定律有

对上部分气体M，当活塞A移动到最低点时，对活塞A受力分析可得出两部分气体的压强

初状态：压强为p0，温度为T0，体积为V0

末状态：压强为，温度，体积为

根据理想气体状态方程，有

代入数据解得

（ii）设上部分气体M，等温变化，压强回到p0时体积为V3，根据玻意耳定律有

代入数据解得

对应释放气体的等效体积为

释放气体与原气体质量m0之比为

18. 如图所示，甲、乙两水平面高度差为2h，甲水平面内有间距为2L的两光滑金属导轨平行放置，乙水平面内有间距分别为2L、L的光滑金属导轨平行放置，光滑的绝缘斜导轨紧挨甲、乙两个平面内的水平轨道放置，斜轨道的倾角为53°，斜轨道底端有一小段高度可忽略的光滑圆弧与金属导轨平滑连接。水平面甲内轨道左端连接一充满电的电容器C，右边缘垂直轨道放置长度为2L，质量为m，电阻为R的均匀金属棒ab，在水平面乙内垂直间距为L的轨道左端放置与ab完全相同的金属棒cd，导轨与、与均足够长，所有导轨的电阻都不计。所有导轨的水平部分均有竖直向下的、磁感应强度为B的匀强磁场，斜面部分无磁杨。闭合开关S，金属棒αb迅速获得水平向右的速度做平抛运动，刚好落在斜面底端，没有机械能损失，之后沿着水平面乙运动。已知重力加速度为g，，。求：

（1）金属棒ab做平抛运动的初速度v0；

（2）电容器C释放的电荷量q；

（3）从金属棒ab开始沿水平面乙内的光滑轨道运动起，至匀速运动止，这一过程中金属棒ab、cd上产生的热量。

【答案】（1）；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）金属棒ab落到斜面底端时，在竖直方向上有

解得

由几何关系

解得

（2）金属棒ab弹出瞬间，根据动量定理得

又

联立解得电容器C释放的电荷量

（3）金属棒ab落在水平轨道时，根据动能定理有

解得

最终匀速运动时，电路中无电流，所以金属棒ab和金属棒cd产生的感应电动势相等，即

此过程中，对金属棒ab根据动量定理得

对金属棒cd分析，根据动量定理得

解得

该过程中ab、cd产生的总热量为

解得

则棒ab上产生的热量

棒cd上产生的热量