湖南省衡阳市衡阳县第四中学2022-2023学年高二下学期期末考试模拟物理试卷（一）（含解析）

衡阳县四中2022-2023学年下学期高二期末模拟卷
物 理 （一）
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
第Ⅰ卷（选择题）
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1．下列叙述中正确的是（　　）
A．卢瑟福的α粒子散射实验证明原子核里有质子
B．汤姆孙发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构
C．普朗克提出组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一个最小能量的整数倍
D．玻尔认为氢原子中的电子能量是量子化的，但轨道是连续的
2．沙尘暴给人们的生活带来了极大不便。假设一团沙尘暴中所含物质种类及每种物质质量均不变，关于这团沙尘暴，以下说法正确的是(　　)
A．该沙尘暴的内能是其中所有空气的气体分子的无规则运动的动能和势能以及其他物质颗粒无规则运动的动能和势能的总和
B．沙尘暴中沙尘颗粒的分子之间存在着相互作用的引力和斥力
C．该沙尘暴从温度较低的内蒙古高原吹到温度较高的黄淮地区，温度逐渐升高、风势逐渐减弱，则其内能逐渐减小
D．沙尘暴中的所有沙尘颗粒所做的无规则运动是布朗运动
3．某种气体在两种不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，则下列说法正确的是（　　）
A．气体分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布
B．高温状态下分子速率的分布范围相对较小
C．图线a对应气体分子平均动能较大的情形
D．某个气体分子在高温状态时的速率一定大于在低温状态时的速率
4．下列关于热现象的描述，正确的是（　　）
A．水黾能浮在水面上是因为它受到了水的浮力
B．随着科学技术的进步，人们可以将热机的效率提高到100%
C．新型材料石墨烯属于液晶，具有光学的各向异性
D．两端开口的细玻璃管竖直插入水银中，稳定后管内的水银面低于管外
5．2021年3月三星堆遗址出土了大量文物，进一步证实了中国历史上商代的存在。考古人员对“祭祀坑”中出土的碳屑样本通过用14C年代检测方法进行了分析，进而推算出商朝年代。14C的衰变方程为C→N＋X，下列说法正确的是(　　)
A．14C发生的是α衰变
B．14C衰变时电荷数守恒，但质量数不守恒
C．14C的半衰期不会受到阳光、温度、气候变化等自然环境因素影响
D．生物体中以CaCO3形式存在的14C半衰期比单质14C的半衰期更长
6．“北斗三号”采用星载氢原子钟，其精度比“北斗二号”的星载铷原子钟提高一个数量级。如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是（　　）
A．处于能级的氢原子可以辐射任意频率的光子
B．欲使处于基态的氢原子被激发，可用的光子照射
C．当氢原子从的状态跃迁到的状态时，要吸收光子
D．用能级跃迁到能级辐射出的光照射金属铂（逸出功为）时不能发生光电效应
7．这次波及全球的新冠病毒的尺寸约为100 nm，由于最短可见光波长约为400 nm，所以我们无法用可见光捕捉病毒的照片。科学家用电子显微镜，即加速电场中的电子，使其表现为波长远小于可见光的波。终于捕捉到了它的图像，正所谓越艳丽越有毒。已知电子的质量为9×10-31 kg，电子的电荷量为1.6×10-19 C，普朗克常量为6.6×10-34 J s，不考虑相对应效应，则下列说法正确的是（　　）

A．电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常长
B．电子显微镜与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低
C．若用相同动能的质子代替电子，不能拍摄到新冠病毒的3D图像
D．德布罗意长为0.2 nm的电子，可由静止电子通过约37.8 V的电压加速得到
8．如图甲所示，一个理想变压器原、副线圈的匝数比为，副线圈两端接三条支路，每条支路上都接有一只灯泡，电路中L为电感线圈、C为电容器、R为定值电阻。当原线圈两端接有如图乙所示的交变电流时，三只灯泡都能发光，如果加在原线圈两端的交变电流的最大值保持不变，而将其频率变为原来的2倍，则对于交变电流的频率改变之后与改变前相比，下列说法中正确的是（　　）
A．副线圈两端电压的有效值均为
B．灯泡Ⅰ变亮
C．灯泡Ⅱ变亮
D．灯泡Ⅲ变亮
9．下列有关四幅图像说法正确的是（　　）
A．图（1）中线圈中的磁场能在增加
B．图（2）中变化的磁场周围存在电场，与周围有没有闭合电路无关
C．图（3）中若B线圈不闭合，S断开时延时效果将不存在
D．图（3）中电子的衍射实验证明了电子的粒子性
10．装修中用到的某些含有Th(钍)的花岗岩会释放出放射性惰性气体Rn(氡)，核反应方程为：Th→Rn＋xHe＋2y，而氡会继续发生衰变，放出α、β、γ射线，这些射线可能会诱发呼吸道方面的疾病，甚至会导致细胞发生癌变。下列说法正确的是(　　)
A．方程中x＝3，y是电子
B．方程中x＝2，y是中子
C．1000个氡经过一个半衰期后还剩下500个
D．上述核反应方程中，中子总数减少了2个
11．一分子固定在原点O处，另一分子可在x轴上移动，这两个分子间的分子引力和分子斥力大小随其间距x的变化规律如图所示，曲线ab与cd的交点e的坐标为（x0，f0），则(　　)
A．x＝x0时分子力大小为2f0
B．x＜x0的情况下，x越小，分子力越大
C．x＞x0的情况下，x越大，分子力越小
D．x＞x0的情况下，x越大，分子势能越大
12．两个完全相同的绝热活塞A、B把竖直放置的绝热气缸分成体积相等的三部分，在气缸顶部和处有固定卡环，分别限制活塞A、B向上、向下运动，如图所示。初始状态下，甲乙两部分气体的压强均为大气压强p1的1.2倍，温度均为27℃，活塞与气缸壁间的摩擦不计，现用电热丝对甲部分气体缓慢加热，下列说法正确的是(　　)
A．乙中气体的温度有可能不变
B．甲部分气体的温度为75℃时，活塞A已经上升
C．甲部分气体的温度为425℃时，乙部分气体的内能大于初始状态
D．如果甲部分气体的温度不超过75℃，电热丝产生的热量等于甲，乙两部分气体内能增加之和
第Ⅱ卷（非选择题）
二、非选择题：本题共6小题，共52分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．(4分)由图所示可得出结论：质子和中子的质量之和___________（选填“大于”“小于”或“等于”）氘核的质量，氘核分解为质子和中子时要___________（选填“放出”或“吸收”）能量。
14．(6分)一定质量的理想气体按图中箭头所示的顺序变化，图中段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线的一部分，从A到B过程中，单位时间内单位面积上气体分子碰撞器壁的个数___________（填“增大”或“减小”或“不变”）；从B到C过程中，气体分子的平均动能___________（填“增大”或“减小”或“不变”）；从A经过B、C、D又回到A的过程中，气体___________（填“从外界吸热”或“向外界放热”）。
15．(9分)为了进一步探究光电效应的规律，某小组利用甲图所示的电路研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系。若实验测得钠（Na）的遏止电压Uc与照射光频率v的关系图像如图乙所示，已知钠的极限频率为，钙的极限频率为。
（1）下列说法中正确的是_________。
A．需将单刀双掷开关S置于a端
B．需将单刀双掷开关S置于b端
C．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是①
D．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②
（2）从图乙中可以看出两种金属中的_________（选填“钠”或“钙”）更容易发生光电效应。已知普朗克常量，电子的电荷量，那么该实验所用光电管的K极材料钙的逸出功为_________eV。（结果保留两位有效数字）
16．(9分)2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知在氘核聚变反应中氘核质量为，中子质量为，核的质量为。两个速率相等的氘核以相同的动能对心正碰聚变成核并放出一个中子。
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）求该核反应释放的核能；
（3）若两个氘核发生核聚变时释放出一对向相反方向运动的光子，每个光子的能量为，求生成核的动能。
17．(12分)如图所示为一超重报警装置示意图，高为L、横截面积为S、质量为m、导热性能良好的薄壁容器竖直倒置悬挂，容器内有一厚度不计、质量为m的活塞，稳定时正好封闭一段长度为的理想气柱。活塞可通过轻绳连接受监测重物，当活塞下降至位于离容器底部位置的预警传感器处时，系统可发出超重预警。已知初始时环境热力学温度为，大气压强为p0，重力加速度为g，不计摩擦阻力。
（1）求轻绳未连重物时封闭气体的压强；
（2）求刚好触发超重预警时所挂重物的质量M；
（3）在（2）条件下，若外界温度缓慢降低1%，气体内能减少，求气体向外界放出的热量Q。
18．(12分)如图甲所示，两足够长的光滑平行导轨固定在水平面内，处于磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为L，一端连接一定值电阻R。质量为m、长度为L、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，与导轨始终接触良好。在金属棒的中点对棒施加一个平行于导轨的拉力，棒运动的速度v随时间t的变化规律如图乙所示的正弦曲线。已知在0~的过程中，通过定值电阻的电量为q；然后在时撒去拉力。其中v0已知， T 未知， 不计导轨的电阻。求：
（1）电阻R上的最大电压U；
（2）在0~的过程中，拉力所做的功W；
（3）撒去拉力后，金属棒的速度v随位置x变化的变化率k（取撤去拉力时棒的位置x＝0）。

参考答案及解析
1．【答案】C
【解析】卢瑟福的α粒子散射实验得出了原子的核式结构理论，不能证明原子核里有质子，A错误；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，B错误；普朗克提出组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一个最小能量的整数倍，C正确；玻尔认为氢原子中的电子能量是量子化的，轨道也是不连续的，D错误。
2．【答案】B
【解析】该沙尘暴的内能是其中所有空气的气体分子的无规则运动的动能和势能以及其他物质颗粒内分子无规则运动的动能和势能的总和，不包含物质颗粒运动的宏观的动能和势能，故A错误；沙尘暴中沙尘颗粒的分子之间存在着相互作用的引力和斥力，故B正确；该沙尘暴从温度较低的内蒙古高原吹到温度较高的黄淮地区，温度逐渐升高、则其内能逐渐增大，故C错误；沙尘暴中的所有沙尘颗粒所做的无规则运动是风力作用下的定向移动，不是布朗运动，故D错误。
3．【答案】A
【解析】气体分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布，A正确；高温状态下中等分子占据的比例更大，分子速率的分布范围相对较大，B错误；图线a“腰细”，中等速率的分子较小，则对应气体分子平均动能较小的情形，C错误；某个气体分子在高温状态时的速率不一定大于在低温状态时的速率，D错误。
4．【答案】D
【解析】水黾能浮在水面上是因为液体表面张力的原因，故A错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热而使之完全转化成有用的功而不产生其他变化，即能量的利用率不能达到100%，实际上热机在工作过程中，即使燃料充分燃烧，但在利用过程中，始终会有部分能量耗散，故B错误；新型材料石墨烯属于晶体，具有光学的各向异性，故C错误；水银与玻璃不浸润，附着层分子分布稀疏，内部液体分子对附着层分子的引力作用整体向下，使管中的水银向下运动，当管中的水银下降到一定高度时，液面的压力差与液面边缘使它向下的力平衡，最终达到稳定状态，因此两端开口的细玻璃管竖直插入水银中，稳定后管内的水银面低于管外，故D正确。
5．【答案】C
【解析】14C衰变时电荷数和质量数都守恒，由此可知X为e，所以14C发生的是β衰变，故AB错误；半衰期是由核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件均无关，故C正确，D错误。
6．【答案】B
【解析】处于能级的大量氢原子只能辐射出等于能极差能量频率的光子，所以能级的大量氢原子最多可以辐射3种频率的光子，故A错误；1能级与2能级的能量之差为，所以可用的光子照射使处于基态的氢原子可以被激发，故B正确；当氢原子从的状态跃迁到的状态时，从高能级往低能级跃迁要辐射光子，故C错误；用能级跃迁到能级辐射出的光的能量为，该光子的能量大于了金属铂的逸出功，所以去照射金属铂（逸出功为）时能发生光电效应，故D错误。
7．【答案】D
【解析】影响电子显微镜分辨率的直接因素是光源的波长，波长越短，加速电压越高，分辨率越高，故AB错误；相同动能的质子和电子，根据，，联立解得，因质子质量大于电子质量，所以质子的波长小于电子的波长，波长越短，分辨率越高，所以，更能“拍摄”到新冠病毒的3D影像，故C错误；由动能定理，电子动量，联立解得，代入数据得，故D正确。
8．【答案】D
【解析】由乙图可知原线圈输入电压最大值为，则原线圈输入电压有效值为36V，根据电压与匝数成正比可知副线圈两端电压为，故A错误；当交流电频率增大后，对电阻没影响，线圈阻碍更大，而电容阻碍更小，所以灯泡Ⅰ亮度不变，灯泡Ⅱ变暗，灯泡Ⅲ变亮，故BC错误，D正确。
9．【答案】BC
【解析】如图所示，电容器下极板带正电，结合电流方向可知，电容放弃处于充电阶段，则电场能增加，磁场能减小，A错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场周围存在电场，与是否有闭合电路无关，B正确；若B线圈不闭合，S断开时不存在闭合回路，不会产生自感电流的磁场，延时效果不存在，C正确；电子的衍射实验证明电子的波动性，D错误。
10．【答案】AD
【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，因He质量数为4，电荷数为2，可判断方程中x＝3，y是电子，该反应为衰变方程，不可能出现中子，A正确，B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适应，C错误；上述核反应为Th→Rn＋3He ＋2e，反应前中子数为234－90＝144，反应后中子数为(222－86)＋3(4－2)＝142，即中子总数减少了2个，D正确。
11．【答案】BD
【解析】分子引力与分子斥力方向相反，x＝x0时分子引力与分子斥力恰好平衡，分子力为零，x＜x0的情况下，分子斥力比分子引力变化得快，分子力表现为斥力，x越小，分子力越大，A错误，B正确；x＞x0的情况下，分子力表现为引力，x从x0开始逐渐增大，分子力先增大后减小，C错误；x＞x0的情况下，x越大，分子力做的负功越多，分子势能越大，D正确。
12．【答案】AD
【解析】设活塞质量为m，对活塞A受力分析可知，活塞B刚想离开卡环时对活塞B受力分析可知，甲部分气体的压强，由查理定律，得，即甲部分气体的温度升高到77℃时，活塞开始上升，B错误；在此之前，气体体积不变，做功W＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知D正确；如果继续升温，直到活塞A刚好到达上端卡环处，对甲部分气体由盖吕萨克定律，得T2＝700 K，即甲部分气体的温度升高到427℃时，活塞A刚好到达上端卡环处，在此之前，乙部分气体体积一直保持不变，C错误；甲部分气体的温度升高到427℃之前，乙部分气体W＝0，Q＝0，故ΔU＝0，由于不确定末状态温度，故A正确。
13．【答案】大于 吸收
【解析】由图可以看出，氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的，因此两个核子质量之和大于氘核的质量。
14．【答案】减小 不变 从外界吸热
【解析】从A到B过程中，压强不变，体积增大，可知温度升高，分子运动剧烈，单位时间内单位面积上气体分子碰撞器壁的个数减小；从B到C过程中，温度不变，气体分子的平均动能不变；从A经过B、C、D又回到A的过程中，内能不变，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热。
15．【答案】（1）AD 钠 （2）3.2
【解析】（1）本实验是研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系，所以电源正极应与阴极相连，故A正确，B错误；根据光电效应方程及动能定理得，不同材料的图像的斜率相同，故C错误，D正确。
（2）因为钙的横截距较大，故逸出功较大，所以钠更容易发生光电效应。实验所用光电管的K极材料钙的逸出功。
16．【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为
。
（2）该核反应的质量亏损为
该核反应释放的核能为
即。
（3）两个氘核正碰而发生核聚变过程，满足动量守恒，设中子的速度大小为，氦核的速度大小为，由于碰撞前的总动量为零，则有
又
所以
解得。
17．【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）轻绳未连重物时对活塞受力分析得
解得。
（2）刚好触发超重预警时，对活塞受力分析得
由玻意耳定律得
解得。
（3）由盖-吕萨克定律得
其中
解得
则
此过程外界对气体做的功为
由热力学第一定律有
可知。
18．【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）当金属棒的速度最大时，棒中的感应电动势为E＝B0Lv0
回路中的电流
电阻上的电压为。
（2）由于感应电动势为
类比与单匝线圈在磁场中转动产生的电动势，则的过程中，通过定值电阻的电量与线圈从中性面转过90°通过定值电阻的电量相同
，
则有
电动势的有效值为
在时间内，产生的焦耳热为
根据功能关系，有
解得。
（3）撤去拉力时，对导体棒根据动量定理有
感应电流的平均值为
由于
解得
可知。