天津市和平区2022-2023学年高二（下）期末物理试题

天津市和平区2022-2023学年高二下学期期末物理试题

一、单选题

1. 下面关于几幅物理图示说法正确的是（　　）

A. 图甲说明发生光电效应时，频率大的光对应的饱和电流一定大

B. 图乙的实验发现了绝大多数α粒子发生了大角度偏转

C. 图丙说明氡原子核衰变时的规律是，每过3.8天原子核发生衰变的概率下降一半

D. 图丁可以判断出原子核比原子核 更稳定

【答案】D

【解析】

【详解】A．图甲说明发生光电效应时，频率大的光对应的遏止电压比较大，故A错误；

B．图乙的实验发现了绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生了大角度偏转，故B错误；

C．图丙说明氡原子核衰变时的规律是，每过3.8天氡的质量与t=0时质量的比值为，故C错误；

D．比结合能越大，原子核越稳定，图丁可以判断出原子核比原子核 更稳定，故D正确。

故选D。

2. 原子钟是利用特定原子的能级跃迁为电磁波校准频率来实现对时间的高精度测量的。 我国自主研发的氢原子钟已搭载于北斗导航系统中。如图为氢原子的能级图，若大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠，下列说法正确的是（　　）

A. n=3 跃迁到 n=1 放出的光子频率最小

B. 有三种频率的光子会使金属钠产生光电效应

C. 逸出光电子的最大初动能为 9.80eV

D. 用 0.54eV 的光子照射，氢原子会跃迁到 n=5 激发态

【答案】C

【解析】

【详解】A．n=3 跃迁到 n=1 放出的光子能量最大，由可知频率最大，故A错误；

B．n=3 跃迁到 n=1 放出的光子能量为，n=3 跃迁到 n=2 放出的光子能量为，n=2跃迁到 n=1 放出的光子能量为，所以有两种频率的光子会使金属钠产生光电效应，故B错误；

C．n=3 跃迁到 n=1 放出的光子照射金属钠发生光电效应时逸出光电子的初动能最大

故C正确；

D．从n=3 跃迁到 n=5能级时需要吸收的能量为

故D错误。

故选C。

3. 消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。图示的消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。频率为f的声波沿水平管道自左向右传播，在声波到达a处时，分成上下两束波，这两束波在b处相遇时可削弱噪声。设上下两束波从a运动到b的时间差为Δt，不考虑声波在传播过程中波速的变化。关于该消声器的工作原理及要达到良好的消声效果必须满足的条件，下列说法正确的是（　　）

A. 利用了波的干涉，Δt是的奇数倍

B. 利用了波的衍射，Δt是的偶数倍

C. 利用了波的干涉，Δt是的奇数倍

D. 利用了波的衍射，Δt是的偶数倍

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】根据干涉特点知，两相干波源的距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，要减弱声音，所以满足距离差

为半波长的奇数倍，而波长λ=vT，整理可得为的奇数倍。

故选A。

4. 某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd共有N匝，总电阻为r。线圈处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈以角速度绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动，图乙是线圈转动过程中产生的磁通量随时间变化的图像，则（　　）

A. 时刻线圈处于中性面位置

B. 时刻电流表示数为0，时刻电流表的示数最大

C. 时刻到时刻这段时间通过电阻R的电荷量为

D. 线圈转动一圈，外力对它所做的功为

【答案】C

【解析】

【详解】A．由图乙可知，时刻穿过线圈的磁通量为0，则线圈与中性面垂直，故A错误；

B．根据题意可知，电流表测量的是有效值，根据公式

可知，线圈产生的感应电动势的最大值为

有效值为

则电流表的读数为

故B错误；

C．根据法拉第电磁感应定律有

感应电流为

流过电阻的电荷量为

联立解得

故C正确；

D．根据公式可得，线圈转动一周的时间为

线圈转动一周产生的热为

即线圈转动一周安培力做功为

由动能定理可得，外力对它所做的功为，故D错误。

故选C。

5. 科学团队在地球表面进行探测器悬停实验，为未来探测器在更遥远的天体安全着 陆做准备。当探测器向下喷出气体时，探测器悬停在地表上空。已知探测器竖直向下喷射的气体密度为ρ，横截面积为S，喷出时的速度大小为v，重力加速度为g。若近似认为喷射气体的重力忽略不计，探测器的质量保持不变，不计空气阻力，则 （　　）

A. 探测器对喷射气体的冲量大小大于喷射气体对探测器的冲量大小

B. 探测器与喷射气体两者的动量变化量大小相等，方向相反

C. 探测器单位时间内喷出气体的质量为

D. 探测器的质量为

【答案】D

【解析】

【详解】C．探测器单位时间内喷出气体的质量为

选项C错误；

A．根据牛顿第三定律可知，探测器对喷射气体的力等于气体对探测器的力，作用时间相同，根据I=Ft可知探测器对喷射气体的冲量大小等于喷射气体对探测器的冲量大小，选项A错误；

B．当探测器向下喷出气体时，探测器悬停在地表上空，动量变化为0，而气体获得速度，动量变化不为0，所以两者的动量变化量大小不等，选项B错误；

D．设探测器对气体的力为F，根据动量定理有

解得

根据牛顿第三定律可知气体对探测器的力

探测器悬停在地表上空，则有

解得

选项D正确。

故选D。

二、多选题

6. 新冠肺炎疫情中，志愿者用红外体温计为人们监测体温，防控人员用紫外线灯发出的紫外线消杀病毒，医务人员用X射线拍摄人体内部器官为病人进行诊断，那么，下述说法正确的是（　　）

A. 红外体温计是依据体温计能发射红外线来测温的

B. 紫外线具有较高能量，足以破坏细胞核中物质，因此可以灭菌消毒

C. X 射线是一种超声波，因为频率高穿透能力强，可以探测人体

D. 在水中红外线的传播速度大于紫外线的传播速度

【答案】BD

【解析】

【详解】A．红外体温计是依据人体能发射红外线来测温的，选项A错误；

B．紫外线具有较高能量，足以破坏细胞核中物质，因此可以灭菌消毒，选项B正确；

C．X射线是电磁波，不是超声波，因为频率高穿透能力强，可以探测人体，选项C错误；

D．紫外线的频率、折射率都大于红外线，根据

知红外线在水中的传播速度大于紫外线在水中的传播速度，故D正确。

故选BD。

7. 如图甲所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，如图乙所示。金属棒始终保持静止，则在时间内（　　）

A. 中的感应电流方向从a到b B. 中的感应电流大小不变

C. 中的感应电流逐渐减小 D. 所受的安培力保持不变

【答案】AB

【解析】

【详解】A．由题意可知，穿过闭合回路的磁通量逐渐减小，根据楞次定律可知，中的感应电流方向从a到b，选项A正确；

BC．根据

可知，ab中的感应电流大小不变，选项B正确，C错误；

D．所受的安培力

F=BIL

因B逐渐减小，IL不变，则安培力逐渐减小，选项D错误。

故选AB

8. 在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含 a、b 两种单色光的细光束从介质射入气 泡，A为入射点，之后a、b 色光分别从 C 点、D点射向介质，如图所示。已知 A 点的入射角为30°，a 色光的偏向角（C点出射光线与A点入射光线的夹角）为 30°，CD 弧所对的圆心角为 5°，则（　　）

A. 介质对单色光 a 折射率为 3

B. b 色光的偏向角为25°

C. 若逐渐增大 A 点的入射角，空气泡中率先消失的是 a 色光

D. a 色光比b色光更容易发生明显的衍射现象

【答案】BC

【解析】

【详解】A．a 色光的偏向角为，在A点的入射角为、折射角为 ，由

解得

所以

故A错误；

B．AD圆弧对应的圆心角为

所以b色光在A点的折射角为

则b 色光的偏向角

故B正确；

C．b色光的折射率为

当发生全反射时由可知

所以若逐渐增大 A 点的入射角，空气泡中率先消失的是 a 色光，故C正确；

D．a色光的折射率大，所以a光的频率大波长小，则b 色光比a色光更容易发生明显的衍射现象，故D错误。

故选BC。

三、实验题

9. 用如图所示装置，通过 A、B 两球的碰撞可以来验证动量守恒定律。

（1）实验中必须满足的条件是________。

A．斜槽轨道尽量光滑以减小误差

B．斜槽轨道末端的切线必须水平

C．两球的材质必须相同

D．两球半径必须相同

（2）测量所得入射球 A的质量为mA，被碰撞小球B的质量为mB，图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的某一位置多次由静止释放，找到其平均落点的位置 P，测得平抛射程为 xOP ；再将入射球 A 从斜轨上相同位置多次由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为xOM和 xON，在误差允许范围内，当所测物理量满足表达式_______时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果两球的碰撞为弹性碰撞，还要满足的表达式为_______ 。（请用题中物理量表示）

【答案】    ①. BD    ②.     ③.

【解析】

【详解】（1）[1]

A．该实验中，通过平抛运动规律求解小球碰撞前后的速度，对斜槽轨道是否光滑没有要求，故A不符合题意；

B．要保证小球离开轨道做平抛运动，所以斜槽轨道末端的切线必须水平，故B符合题意；

C．两球的材质是否相同没有要求，故C不符合题意；

D．要保证两小球发生正碰，所以两球半径必须相同，故D符合题意。

故选BD。

（2）[2]若两球碰撞动量守恒，则有

又，且由 可知时间相等，所以

[3]两球的碰撞为弹性碰撞，则碰撞中能量守恒

由，时间相等可得

10. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示，

（1）针对该实验，下列做法正确的是______。

A．为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V

B．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测

C．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数多

D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈

（2）在实验中将电源接在原线圈的“100”和“400”两个接线柱上，用电表测得副线圈的“200”和“800”两个接线柱之间的电压为7.6V，若为理想变压器输入电压的值应为_______ V，但我们发现实际的电源电压比这个值_______ （选填“偏大”、“相同”、“偏小”）

（3）探究此实验后，同学们又找来实验器材继续研究由该变压器组成的电路。如图所示， 原线圈接入交流电源，电源电压保持不变。副线圈电路中、为定值电阻，是滑动 变阻器，V1和V2是交流电压表，示数分别用和表示；A1和A2是交流电流表，示数分别用 和表示；忽略电表和变压器非理想化引起的误差，则在滑片 P 向下滑动过程中，实验结果应为______。

A．和均保持不变

B．增大，变小

C．电源的输出功率减小

D．保持不变

【答案】    ①. AB##BA    ②. 3.8    ③. 偏大    ④. BD##DB

【解析】

【详解】（1）[1]

A．变压器改变的是交流电压，为了人身安全，原线圈只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，用直流电压变压器不能工作，A正确；

B．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测 ，再选用恰当的挡位进行测量，B正确；

C．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理可知

可知匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少，C错误；

D．变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，D错误。

故选AB。

（2）[2]在实验中将电源接在原线圈的“100”和“400”两个接线柱上，用电表测得副线圈的“200”和“800”两个接线柱之间的电压为7.6V，根据理想变压器电压比等于匝数比

若为理想变压器输入电压的值应为

[3]考虑到变压器不是理想变压器，有漏磁等现象，则实际的电源电压比这个值偏大。

（3）[4]

A．在滑片 P 向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路阻值变小，副线圈总电阻变小，电源电压保持不变，可知原线圈输入电压不变，即电压表示数不变，由于匝数不变，副线圈输出电压不变，根据欧姆定律可知，副线圈总电流增大，可知定值电阻两端电压增大，定值电阻两端电压减小，即电压表示数减小，A错误；

B．根据变压器电流与匝数关系

由于副线圈总电流增大，可知原线圈电流增大，由于定值电阻两端电压减小，可知通过定值电阻的电流减小，即电流表示数减小，B正确；

C．电源的输出功率为

由于电源电压保持不变，电流增大，可知电源的输出功率增大，C错误；

D．根据变压器电流与匝数关系

对于副线圈有

联立可得

由于副线圈输出电压不变，变压器匝数、不变，为电阻电阻，可知图像为一条倾斜直线，故保持不变，D正确。

故选BD。

四、计算题

11. 一列简谐横波在均匀介质中沿x轴方向传播，图甲是这列波在t=0时刻的波形图，已知x=1.0m处P质点的振动方程为y=0.2sin(t)m。

（1）求出这列波的波速v大小；

（2）请判断这列波的传播方向（x轴正方向传播或x轴负方向传播）；

（3）请在图乙中画出这列波在t′=0.6s时刻的波形图（至少画出一个波长范围）。

【答案】（1）2.5m/s；（2）x轴正方向传播；（3）

【解析】

【详解】（1）由图甲可知该波的波长为

根据P质点的振动方程可知简谐运动的圆频率为

则该波的周期为

所以波速为

（2）根据质点P的振动方程可知t=0时质点P沿y轴正方向运动，此时质点P应位于波传播方向波形的下坡，所以这列波沿x轴正方向传播。

（3）0~0.6s时间内，波沿x正方向传播的距离为

将t=0时的波形沿x轴正方向平移1.5m即可得到t′=0.6s时刻的波形如图所示。

12. 如图所示，足够长的 U型金属框架质量，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数，相距的、相互平行，不计电阻。电阻 的垂直于。质量，电阻，长度 的光滑导体棒横放在金属框架上。棒左侧被固定在水平面上的两个小立柱挡住。整个装置处于竖直向上的空间足够的匀强磁场中，磁感应强度。现对金属框架施加垂直于水平向左的恒力，金属框架从静止开始运动。运动过程中棒与金属框架始终保持良好接触，重力加速度。

（1）求金属框架运动的最大速度的大小；

（2）从金属框架开始运动到最大速度的过程中，上产生的焦耳热，求该过程框架位移的大小棒所受的安培力的冲量的大小。

【答案】（1）；（2），s

【解析】

【详解】（1）金属框受拉力开始运动，ab 棒有小立柱挡住而始终处于静止，受力分析如图所示

对金属框由牛顿第二定律有

随着框加速运动，所受安培力逐渐增大，加速度逐渐减小，当加速度减为零时框的速度达到最大，有

联立各式代入数据解得

（2）从金属框架开始运动到最大速度的过程中，由动能定理有

而安培力做负功回路产生焦耳热，有

，

联立解得

金属框和棒串联，所受安培力大小相等，则棒所受的安培力的冲量大小等于金属框所受安培力的冲量，大小为

而通过电路截面的电量为

联立解得

13. 如图所示，质量为M的小车置于足够长的水平地面上，小车的左侧与竖直墙壁接触。小车的上表面由半径为R的四分之一圆弧面和水平面组成，圆弧面的最低点B与水平面平滑相接。车的右端固定一个连有轻弹簧的挡板，弹簧左端自然伸长至C点，一质量为m的滑块从圆弧最高处A无初速下滑，不计一切摩擦，重力加速度为g，在接下来的运动过程中弹簧不会超出弹性限度，求

（1）弹簧的最大弹性势能Ep；

（2）物块第二次到达C点时的速度大小v1；

（3）物块返回到AB圆弧面上时上升的最大高度h。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）当滑块运动到B点时，根据机械能守恒定律有

当弹簧压缩量最大时滑块和小车的速度相等，此时弹簧的弹性势能最大，选水平向右为正方向，根据动量守恒定律有

根据能量守恒定律有

联立解得

（2）当物块第二次达到C点时，根据动量守恒定律有

根据能量守恒定律有

联立解得

（3）物块返回到AB圆弧面上，且到达最高点时，物块和小车的速度相等，则根据动量守恒定律和能量守恒有

联立解得