北京市昌平区重点中学2021-2022学年高二下学期期末考试物理试题（Word版含答案）

昌平区重点中学2021-2022学年高二下学期期末考试
物理
第I卷（共42分）
一、选择题（本大题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题所列出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。）
1．下列说法正确的是
A．爱因斯坦提出的光电效应理论，成功解释了光电效应现象
B．玻尔理论成功的解释了氢原子光谱
C．卢瑟福通过α粒子的散射实验发现了质子并预言了中子的存在
D．汤姆孙发现了电子并提出了原子核式结构模型
2．一束光线从折射率为1.5的玻璃射向空气，入射角为45°。下列四幅光路图中正确的是
A B C D
3．如图所示，一束可见光a从玻璃砖射向空气，出射的其中两束单色光为b、c。单色光b和c相比较，下列说法正确的是
A．在相同条件下进行双缝干涉实验，b光的干涉条纹间距较大
B．真空中b光的波长较小
C．玻璃砖中b光的速度较小
D．从玻璃射向空气发生全反射时，b光的临界角较小
4．用甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则
A．通过电流计G的电流方向由d到c
B．电压U增大，光电流I一定增大
C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱无关
D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
5．关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是
A．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
6．下列说法正确的是
A．放射性元素的半衰期与外界压强有关
B．天然放射现象说明原子具有核式结构
C．原子核放出γ射线说明原子核内有光子
D．β衰变的本质是原子核内的1个中子转化为1个质子和1个电子
7．核反应方程表示中子轰击原子核可能发生的一种核反应，该核反应释放出的核能为ΔE。关于这个核反应，下列说法中正确的是
A．该反应属于核聚变 B．中的X为146
C．中含有56个中子 D．该反应的质量亏损为ΔE/c2
8．关于热学中的一些基本概念，下列说法正确的是
A．物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元
B．分子间的斥力和引力总是同时存在的，且随着分子之间的距离增大而增大
C．分子做永不停息的无规则热运动，布朗运动就是分子的热运动
D．宏观物体的温度是物体内大量分子的平均动能的标志
9．下列说法正确的是
A．物体温度升高，每个分子的动能都增加
B．物体体积变化，分子势能可能变大
C．物体从外界吸收热量，物体的内能一定增加
D．外界对物体做功，物体的内能一定增加
10．如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 开始，经历两个过程，先后到达状态 B和 C，A、B和 C 三个状态的温度分别为TA、TB 和 TC。下列说法正确的是
A．TA＝TB，TB＜TC
B．TA＜TB，TB＝TC
C．状态A到状态B的过程中气体分子的平均动能增大
D．状态B到状态C的过程中气体的内能增大
11．一质点做匀加速直线运动，第3s内的位移是2m，第4s内的位移是2.5m，那么以下说法中正确的是
A．这2s内平均速度是2.25m/s
B．第3s末瞬时速度是2.25m/s
C．质点的加速度是0.125m/s2
D．初速度为0
12．一物体静止在光滑的水平桌面上，现对其施加水平力，使它沿水平桌面做直线运动，该物体的速度-时间图像如图所示。根据图像判断下列说法中正确的是
A．0s~6s时间内物体所受水平力的方向始终没有改变
B．2s~3s时间内物体做减速运动
C．1s末物体距离出发点最远
D．1.5s末和2.5s末两个时刻物体的加速度相同
13．如图所示，甲同学用手拿着一把长50cm的直尺，并使其处于竖直状态；乙同学把手放在直尺0刻度线位置做抓尺的准备。某时刻甲同学松开直尺，直尺保持竖直状态下落，乙同学看到后立即用手抓直尺，手抓住直尺位置的刻度值为20cm；重复以上实验，乙同学第二次手抓住直尺位置的刻度值为10cm。直尺下落过程中始终保持竖直状态。若从乙同学看到甲同学松开直尺，到他抓住直尺所用时间叫“反应时间”，取重力加速度g=10m/s2。则下列说法中正确的是
A．乙同学第一次的“反应时间”比第二次长
B．乙同学第一次抓住直尺之前的瞬间，直尺的速度约为4m/s
C．若某同学的“反应时间”大于0.4s，则用该直尺将无法用上述方法测量他的“反应时间”
D．若将尺子上原来的长度值改为对应的“反应时间”值，则可用上述方法直接测出“反应时间”
14．氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较大的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
第II卷（共58分）
二、实验题（本大题共2小题，每空2分，共14分）
15．在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将6mL的油酸溶于酒精中制成104mL的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1cm，则油酸膜的面积约为________m （保留2位有效数字）。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为________m（保留1位有效数字）。
16．某同学用图甲所示的实验装置研究小车在斜面上的匀变速直线运动。实验步骤如下：
a．安装好实验器材，将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上。
b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每2个打点间隔取一个计数点，如图乙中0、1、2……8点所示。
c．用最小刻度是毫米的刻度尺测量各计数点的刻度数值，分别记作x0、x1、x2……x8。
d．分别计算出打点计时器打下计数点1、2、3……7时小车的瞬时速度v1、v2、v3……v7。
e．以v为纵坐标、t为横坐标，标出v与对应时间t的坐标点，画出v－t图线。
结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
① 表1记录的是该同学测出计数点的刻度数值，其中x5未测定，请你根据图乙将这个测量值填入表1中。
表1：
符 号 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
刻度数值/cm 0 1.12 2.75 4.86 7.49 14.19 18.27 22.03
② 表2记录的是该同学根据各计数点的刻度数值，计算出打点计时器打下各计数点时小车的瞬时速度，请你根据表1中x5和x7计算出v6的值，并填入表2中。
表2：
符 号 v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7
速度数值/(m·s-1) 0.34 0.47 0.59 0.72 0.84 0.98
③ 该同学在图丙中已标出v1、v2、v3、v4、v5和v7对应的坐标点，请你在图中标出v6对应的坐标点，并画出v－t图线。
丙
④ 根据v－t图线可计算出小车的加速度a=___________m/s2。（保留两位有效数字）
⑤ 为验证上述结果，该同学将打点计时器打下相邻计数点的时间间隔记为T，并做了以下的计算：
；；
；。
求出其平均值。你认为a和a′哪个更准确，请说明理由。
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三、计算论述题（本题共44分。要求写出解题过程，重要公式，文字说明等。只有公式和结果不得分）
17．（6分）某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达发出一个无线电脉冲，经Δt1=200 μs后收到反射波；隔t=0.8 s后再发出一个脉冲，经Δt2=198μs收到反射波。求飞机的飞行速度v的速度大小（已知光速为c=3×108m/s）。
18．（6分）某人在距地面h0=25m的高处以v0=20m/s的初速度竖直向上抛出一个小球，设抛出点为计时起点。重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。
（1）求小球到达抛出点上方h1=7.2m处的速度v
（2）求小球从抛出到落到地面的时间t
19．（8分）如图所示，在下端封闭、上端开口的粗细均匀的竖直玻璃管内，用高为h=4cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，气柱长度L0=50cm，玻璃管足够长且导热良好，环境的温度为T0=300K，现从上端开口处缓慢注入高为h1=20cm的水银，大气压强为p0=76cmHg。
（1）求注入水银并稳定后气柱的长度L；
（2）若改变环境温度，使气柱长度恢复到注入水银前的长度，则此时环境的温度T为多少？
20．（12分）
能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的规律，在微观粒子的相互作用过程中也同样适用。
卢瑟福发现质子之后，他猜测：原子核内可能还存在一种不带电的粒子。
（1）为寻找这种不带电的粒子，他的学生查德威克用α粒子轰击一系列元素进行实验。当他用α粒子()轰击铍原子核()时发现了一种未知射线，并经过实验确定这就是中子，从而证实了卢瑟福的猜测。请你完成此核反应方程 。
（2）为了测定中子的质量mn，查德威克用初速度相同的中子分别与静止的氢核与静止的氮核发生弹性正碰。实验中他测得碰撞后氮核的速率与氢核的速率关系是。已知氮核质量与氢核质量的关系是mN=14mH，将中子与氢核、氮核的碰撞视为完全弹性碰撞。请你根据以上数据计算中子质量mn与氢核质量mH的比值。
（3）以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速。在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子。以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由。
21.（12分）
光子不仅具有能量，而且具有动量。照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的压强，这就是“光压”。光压的产生机理与气体压强产生的机理类似：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力表现为气体的压强。
在体积为V的正方体密闭容器中有大量的光子，如图所示。为简化问题，我们做如下假定：每个光子的频率均为v，光子与器壁各面碰撞的机会均等，光子与器壁的碰撞为弹性碰撞，且碰撞前后瞬间光子动量方向都与器壁垂直；不考虑器壁发出光子和对光子的吸收，光子的总数保持不变，且单位体积内光子个数为n；光子之间无相互作用。已知：单个光子的能量ε和动量p间存在关系ε=pc（其中c为光速），普朗克常量为h。
（1）①推导出单个光子的动量p的表达式（结果用c、h和v表示）；
②求出光压I的表达式（结果用n、h和v表示）；
（2）类比于理想气体，我们将题目中所述的大量光子的集合称为光子气体，把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能。
①求出容器内光子气体内能U的表达式（结果用V和光压I表示）；
②若体积为V的容器中存在分子质量为m、单位体积内气体分子个数为n′的理想气体，分子速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子速度方向都与器壁垂直，且速率不变。求气体内能U′与体积V和压强p气的关系；并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因。
昌平区重点中学2021-2022学年高二下学期期末考试
物理参考答案
一、选择题（本大题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题所列出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。）
1. AB 2. A 3.A 4.C 5.C 6.D 7. D 8. D 9. B 10.C 11. AB
12. D 13. ACD 14. AC
二、实验题（本大题共2小题，每空2分，共14分）
15．（1）1.1×10-2〖2分〗，7.3×10-10～6.7×10-10〖2分〗
16.① 10.60±0.02 2分
② 0.96 2分
③ 答案见下图 2分
④ 3.1±0.1 2分
⑤ a更准确，因为在计算a′的过程中，没有剔除错误数据。 2分
三、计算论述题（本题共44分。要求写出解题过程，重要公式，文字说明等。只有公式和结果不得分）
17．375m/s
18．（1）向上16m/s；向下16m/s （2）t=5s
19．解：初始时气体的压强，
注入水银后气体的压强，
设玻璃管横截面积为，注入水银过程中气体的温度不变，根据玻意耳定律有，
代入数据解得；
封闭气柱长度恢复到注入水银前的长度过程中气体压强保持不变，根据盖吕萨克定律有，
代入数据解得此时环境的温度。
20．（1）
（2）设中子与氢核、氮核碰撞前的速率为v0
中子与氢核发生完全弹性碰撞时
根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
解得碰后氢核的速率
同理可得：中子与氮核发生完全弹性碰撞后，氮核的速率
因此有
解得
（3）仅从力学角度分析，氢核减速效果最好。
中子与质量为m的粒子发生弹性正碰时
根据动量守恒定律、能量守恒定律，碰撞后中子的速率
由于铅核质量比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回。
②由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子将基本不会减速。
③由于中子质量与氢核质量相差不多，碰撞后中子的速率将会减小很多。
说明：其他方法正确同样给分。
21．（1）①光子的能量ε=hν，根据题意可得ε=pc
可得 （5分）
②在容器壁上取面积为S的部分，则在Δt时间内能够撞击在器壁上的光子总数为
设器壁对这些光子的平均作用力为F，则根据动量定理
由牛顿第三定律，这些光子对器壁的作用力
由压强定义，光压 （5分）
（2）①设光子的总个数为N，则光子的内能U=Nε=Vnhν
将上问中的带入，可得U=3IV （4分）
②一个分子每与器壁碰撞动量变化大小为2mv，以器壁上的面积S为底，以vΔt为高构成柱体，由题设可知，柱内的分子在Δt时间内有1/6与器壁S发生碰撞，碰壁分子总数：
对这些分子用动量定理，有
则 ，
由牛顿第三定律，气体对容器壁的压力大小
由压强定义，气压
理想气体分子间除碰撞外无作用力，故无分子势能。所以容器内所有气体分子动能之和即为气体内能，即 （4分）
由上述推导过程可见：光子内能表达式与理想气体内能表达式不同的原因在于光子和气体的能量动量关系不同。对于光子能量动量关系为，而对于气体则为。 （2分）
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高三生物 答题纸第2页