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高二年级2023-2024学年第二学期期末调研（物理学科）

一、单选题（每小题4分，共44分）

1. 放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料器作为燃料，其原理为发生衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为，以和分别表示的电荷数和中子数，下列判断正确的是（　　）

A. ， B. ，

C. ， D. ，

【答案】C

【解析】

【详解】根据质量数守恒和电荷守恒定律，可知的电荷数为92，质量数为234，电荷数等于质子数，质量数等于质子数加中子数，所以中子数为142，即

，

故选C。

2. 以下说法中正确的是（　　）

A. 甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的d位置时荧光屏上接收到的粒子数最多

B. 乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时放出了一定能量的光子

C. 丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器的金属杆带正电荷

D. 爱因斯坦在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图

【答案】C

【解析】

【详解】A．甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的d位置时荧光屏上接收到的粒子数最少，故A错误；

B．乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时吸收了一定能量的光子，故B错误；

C．丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器的金属杆带正电荷，故C正确；

D．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图，故D错误。

故选C。

3. 如图所示，用可拆变压器探究原、副线圈电压与匝数的关系。A线圈“0”“8”对应接线柱间的匝数为800，通过导线a、b接e＝24sin(100πt) V的正弦交流电；B线圈“0”“4”对应的匝数为400，通过导线c、d接交流电压表，该表读数可能为（  ）

A 9.6V B. 12.0V C. 24.0V D. 36.0V

【答案】A

【解析】

【详解】原线圈电压有效值为

若为理想变压器，根据变压比，副线圈电压即交流电压表读数为

本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，所以副线圈的电压小于理论值。

故选A。

4. 某同学用如图所示的装置探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系，下列说法正确的是（    ）

A. 该实验必须保证良好的密封性

B. 该实验必须测量柱塞的直径

C. 应快速移动柱塞，以减少气体向环境中放热

D. 为方便操作，可用手握住注射器再推拉柱塞

【答案】A

【解析】

【详解】A．该实验要使研究气体对象质量一定，所以必须保证良好的密封性，故A正确；

B．实验中要验证

由于推拉柱塞前后柱塞横截面积不变，因此只需验证

所以不需要测量柱塞的横截面积，即不需要测量柱塞的直径，故B错误；

CD．为了保证气体温度不变，应缓慢移动柱塞，不可以手握住注射器再推拉柱塞，故CD错误。

故选A。

5. 光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的图线，、表示遏止电压。下列说法中正确的是（　　）

A. 甲、乙、丙三束光的光子动量

B. 若甲光能使处于基态的氢原子电离，则丙光也一定能

C. 分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距窄

D. 甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能大

【答案】B

【解析】

详解】A．根据光电效应方程

根据动能定理

联立可得

利用图像遏止电压的值可知

而光子动量

因此光子动量之间的关系为

故A错误；

B．由于

可知甲光的光子能量小于丙光的光子能量，若甲光能使处于基态的氢原子电离，则丙光也一定能，故B正确；

C．光的双缝干涉实验中，相邻干涉条纹的宽度为

由于甲光的频率小于丙光的频率，则甲光的波长大于丙光的波长；分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距宽，故C错误；

D．根据动能定理可得

由图可知，甲光对应的遏止电压小于丙光对应的遏止电压，则甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小，故D错误。

故选B。

6. 如图甲所示，在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环，磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。规定磁场竖直向上为正，导体环中电流沿顺时针方向（俯视）为正，导体环中感应电流随时间变化的图像正确的是（　　）

A. B.

C. D.

【答案】D

【解析】

【详解】根据楞次定律，在0~2s内线圈中电流为沿顺时针方向，即正方向；根据法拉第电磁感应定律可得，感应电动势为

感应电流为

不变；在2~4s内线圈中电流为沿逆时针方向，即负方向；电流大小

不变。

故选D。

7. 某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为，下列说法正确的是（　　）

A. 中央亮纹最亮最宽

B. 测得单色光的波长

C. 将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度不变

D. 将屏向远离双缝的方向移动，可以增加从目镜中观察到的条纹个数

【答案】C

【解析】

【详解】A．中央亮纹最亮，但是中央亮纹宽度与其他亮纹宽度相同，所以A错误；

B．从第1条暗条纹中心到第n条暗条纹共有个条纹，根据干涉条纹的宽度与波长的关系可知

解得

B错误；

C．根据

可知，条纹的宽度与单缝、双缝间的距离无关，C正确；

D．将屏向远离双缝的方向移动，即变大，根据

可知，条纹的宽度增大，可观察到的条纹数目减小，D错误。

故选C。

8. 如图所示，粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在水杯中。将木筷竖直提起一段距离，然后由静止释放并开始计时，木筷就在水中上下振动，在一段时间内木筷在竖直方向可近似看做简谐运动。若取竖直向上为正方向，图中描述木筷振动的图像正确的是（　　）。

A. B. C. D.

【答案】A

【解析】

【详解】木筷在水中做简谐运动，位移随时间图像是正弦或余弦曲线，木筷竖直提起一段距离，然后由静止释放并开始计时，取竖直向上为正方向，则初始时刻，木筷的位移为正向最大。

故选A。

9. 图甲是一列简谐横波在t=0.1s时刻的波形图，P是平衡位置在x=1.5m处的质点，Q是平衡位置在x=12m处的质点；图乙为质点Q的振动图像，下列说法正确的是（　　）

A. 这列波沿x轴负方向传播

B. 在t=0.25s时，质点P的位置坐标为

C. 从t=0.1s到t=0.25s的过程中，质点Q的位移大小为30cm

D. 从t=0时刻开始计时，质点P在时（n=0、1、2…）到达波峰

【答案】B

【解析】

【详解】A．根据图乙，t=0.1s时，质点Q向下振动，根据图甲，这列波沿x轴正方向传播，故A错误；

BD．如图所示，振幅为

周期为

波长为

波速为

由于波从质点P传播到质点Q用时

由图乙可知，质点Q的振动方程为

从t=0开始计时质点P的振动方程为

在t=0.25s时，质点P坐标为，故B正确；

t=0时刻开始计时，质点P到达波峰的时刻，即为的时刻，解得

（n=0、1、2…）

故D错误；

C．从t=0.1s到t=0.25s的过程中，历时，质点Q运动到波峰，其位移大小为10cm，故C错误。

故选B

10. 如图所示，在竖直向下的匀强磁场B中，将一根水平放置的金属棒ab以某一水平速度抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平且未离开磁场区域，不计空气阻力，下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的是（　　）

A. 机械能保持不变

B. 感应电动势越来越大

C. a点电势比b点电势高

D. 所受重力的功率保持不变

【答案】A

【解析】

【详解】A．金属棒做平抛运动中，只有重力做功，因此机械能保持不变，A正确；

B．金属棒做平抛运动中，水平方向的分速度不变，因而金属棒在垂直切割磁感线的速度不变，由电磁感应定律公式可得

可知，金属棒产生的感应电动势大小保持不变，B错误；

C．由右手定则可知，金属棒ab切割磁感线产生感应电动势，相当于电源，因此b点电势高，即a点电势比b点电势低，C错误；

D．金属棒做平抛运动中，速度逐渐增大，由功率公式可得

可知所受重力的功率逐渐增大，D错误。

故选A。

11. 下图为理想LC振荡电路工作中的某时刻，电容器两极板间的场强E的方向与线圈内的磁感应强度的方向如图所示，M是电路中的一点。下列说法中正确的是（　　）

A. 电路中的磁场能在增大 B. 流过M点的电流方向向右

C. 电路中电流正在减小 D. 电容器所带电荷量正在减少

【答案】C

【解析】

【详解】根据电容器中电场方向可知上极板为正极板，由安培定则可知电路中电流方向为逆时针，所以该时刻电容器正在充电。电路中的电场能在增大，流过M点的电流方向向左，电路中电流正在减小，电容器所带电荷量正在增大。故ABD错误；C正确。

故选C。

二、实验题（12分）

12. 某实验小组用单摆测重力加速度。

（1）下列悬挂单摆的装置中最合理的是__________。

A. B.

C. D.

（2）单摆固定在铁架台上，刻度尺竖直放置，0刻度与单摆悬挂点对齐并靠近单摆，如下图。测得单摆的摆长__________cm（结果保留小数点后2位）。

（3）由于悬挂点松动，单摆实际摆长比测量值大，则测量出的重力加速度比实际值__________（填“偏大”、“偏小”或“准确”）。

（4）另一组同学测出了摆线长度L和摆动周期T，如图a所示。通过改变悬线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以为纵轴、L为横轴画出函数关系图像如图b所示。由图像可知，当地重力加速度__________（结果用含π的表达式）。

【答案】（1）D    （2）    

（3）偏小    （4）

【解析】

【小问1详解】

实验中单摆的摆长不能发生变化，不能使用弹性棉绳，可以使用细丝线，摆球要使用质量大体积小的铁球。

故选D。

【小问2详解】

刻度尺的最小刻度为1mm，单摆的摆长为

【小问3详解】

由于悬挂点松动，单摆实际摆长比测量值大，根据单摆周期公式

可知测量出的重力加速度比实际值偏小。

【小问4详解】

根据单摆周期公式有

整理得

根据图像斜率有

解得

三、解答题（13题8分，14题8分，15题13分，16题15分）

13. 如图所示，直角三角形ABC为三棱镜的横截面，，C=90°，真空中一束与BC边成θ=30°角的单色光线从BC边的中点O射入棱镜，在AC边反射后从AB边射出。已知BC边长为，光在真空中传播的速度，棱镜对该光的折射率为。求：

（1）光在AC边的反射角；

（2）光在三棱镜中的传播时间。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）依题意，根据

可得

可画出光路图如图所示，利用光的反射定律

i=60°

（2）根据几何关系可得，，则光在三棱镜中的传播时间为

代入相关已知数据解得

14. 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的热力学温度为450K，求图示热力学过程中：

（1）该气体在状态B时的热力学温度；

（2）该气体从状态A到状态C全程是吸热还是放热？与外界交换的热量是多少。

【答案】（1）150K；（2）吸热，200J

【解析】

【详解】（1）气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有

解得

T_B＝150 K

气体从状态B到状态C做等压变化，由盖－吕萨克定律有

解得

T_C＝450 K

（2）因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得

Q＝－W

在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，因此

W＝－p_BΔV＝－200 J

即

Q＝－W＝200 J

是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量

Q＝200 J

15. 如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈在磁场中可绕过边和边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动。为了便于观察，图中发电机的线圈只画出了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况。线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻连接。已知矩形线圈边和边的长度，边和边的长度，匝数匝，线圈转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度。线圈的总电阻，外电路的定值电阻，其余电阻不计。电流表和电压表均为理想电表，滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计，图示位置线圈平面和磁场方向垂直。求：

（1）线圈从图示位置开始转过30°时的瞬时感应电动势；

（2）线圈匀速转动过程中电流表的示数；

（3）线圈从图示位置转过180°的过程中流过电阻的电荷量。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）感应电动势最大为

瞬时感应电动势

线圈从图示位置开始转过30°时

（2）线圈匀速转动过程中，电流表的示数为有效值，则有

则电流表的示数为

（3）线圈由如图位置转过180°过程中，通过的电量为

代入数据解得

16. 在高能物理研究中，粒子回旋加速器起着重要作用，如图甲为它的示意图．它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条窄缝．两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压．图乙为俯视图，在D型盒上半面中心S处有一正离子源，它发出的正离子，经狭缝电压加速后，进入D型盒中．在磁场力的作用下运动半周，再经狭缝电压加速．如此周而复始，最后到达D型盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出．已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R．每次加速的时间很短，可以忽略不计．正离子从离子源出发时的初速度为零，求

（1）为了使正离子每经过窄缝都被加速，求交变电压的频率；

（2）求离子能获得的最大动能；

（3）求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。

【答案】（1）；（2）；（3）（n =1, 2, 3 ……）

【解析】

【详解】（1） 使正离子每经过窄缝都被加速，交变电压的频率应等于离子做圆周运动的频率

正离子在磁场中做匀速圆周运动，由洛仑兹力提供向心力

，

解得

所以

（2）当离子从D盒边缘离开时速度最大，此时离子做圆周运动的半径为D盒的半径有　

离子获得的最大动能为

（3）离子从S点经电场加速1次后，以速度v₁第1次进入下半盒，由动能定理

解得

离子从S点经电场加速3次后，以速度v₃第2次进入下半盒

解得

离子经电场加速（2n－1）次后，第n次进入磁场，同理可得

所以

（n = 1 2, 3 ……）