北京市重点中学2022-2023学年高二下学期期末考试物理试题（无答案）

北京市重点中学2022-2023学年高二下学期期末考试
物理选择性必修Ⅲ（选考）
一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分）
1．2020年12月4日，新一代"人造太阳"装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并首次实现利用核聚变放电，上述核聚变反应的方程是（ ）
A． B．
C． D．
2．如图所示的粒子散射实验中，少数粒子发生大角度偏转的原因是（ ）
A．粒子与原子中的电子发生碰撞
B．正电荷在原子中均匀分布
C．原子中带正电的部分和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
3．关于热现象，下列说法正确的是（ ）
甲 乙 丙 丁
A．甲图中的酱油蛋是布朗运动的结果
B．乙图中的水黾可以停在水面，是因为水具有表面张力
C．丙图中酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润
D．丁图中电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律
4．如图所示，一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分。已知a内有一定量的理想气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（ ）
A．气体对外界做功，内能减少 B．外界对气体做功，内能增加
C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变
5．一列简谐横波沿x轴正方向传播，在时的波形如图甲所示，L、M、N是波上的三个质点，图乙是其中一个质点在此后一段时间内的振动图像。下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A．图乙是质点N的振动图像 B．时，质点M的加速度比质点N的小
C．时，质点M沿y轴正方向运动 D．质点L和质点N的相位总是相同
6．如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则（ ）
甲 乙
A．0.5~1ms内，电容器的上极板带负电荷 B．0.5~1ms内，电容器C正在放电
C．1~1.5ms内，Q点比P点电势低 D．1~1.5ms内，电场能正在增加
7．某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了、两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A．图甲中
B．图乙中
C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
8．光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，从而可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（ ）
A．单位时间内阳极接收到的电子个数与入射光的强度无关
B．单位时间内阳极接收到的电子个数与入射光的频率有关
C．单位时间内阳极接收到的电子能量与倍增电极间的电压有关
D．光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应
9．如图所示，将两块平面镜边缘对齐，之后分别倾斜微小的角度，在右侧有一竖直光屏，单色光源S刚好位于两平面镜夹角的角平分线上，D为半圆形遮光板，使光源S发出的光不能直接照射到光屏上。用光源S照射平面镜，在光屏上会出现明暗相间的条纹，则下列说法正确的是（ ）
A．光屏上出现的条纹是光线衍射的结果 B．若增大入射光的频率，屏上条纹间距减小
C．把光屏向右移，屏上条纹间距减小 D．把光源S向右移，屏上条纹间距增大
10．如图甲为一种检测油深度的油量计，竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量，图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，则下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A．透明塑料的折射率应小于 B．油量增加时，亮区范围变小
C．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区 D．透明塑料的折射率应该要大于油的折射率
二、多项选择题（共6小题，每小题至少有两个选项正确，每小题3分，共18分）
11．图中B为理想变压器，接在原线圈上的交变电压有效值保持不变。灯泡和完全相同（阻值恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表，开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数变大 B．电流表的示数变小
C．电流表的示数变大 D．灯泡的亮度变亮
12．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射图乙电路中的阴极K，其中只有a、b两种频率的光能使之发生光电效应。分别用这两种频率的光照射阴极K，测得图乙中电流表随电压表读数变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
甲 乙 丙
A．题中的氢原子跃迁共能发出4种不同频率的光子
B．a光是从的能级向的能级跃迁产生的
C．a光的波长大于b光的波长
D．a光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比b光照射时的小
13．如图所示，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为，与外界热交换量的绝对值为；从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为，与外界热交换量的绝对值为，下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态a与状态b的温度之比
B．
C．
D．
14．某同学根据查阅到的某种热敏电阻的特性曲线（如图1），设计了图2所示的恒温箱温度控制电路。图2中，为热敏电阻，为可变电阻，控制系统可视作的电阻，电源的电动势，内阻不计。当通过控制系统的电流小于2mA时，加热系统将开启，为恒温箱加热；当通过控制系统的电流等于2mA时，加热系统将关闭。下列说法正确的是（ ）
图1 图2
A．若要使恒温箱内温度保持20℃，应将调为
B．若要使恒温箱内温度升高，应将增大
C．若恒温箱内温度降低，通过控制系统的电流将减小
D．保持不变，通过控制系统的电流大小随恒温箱内的温度均匀变化
15．1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907~1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这一数值e为基本电荷，如图所示，两块完全相同的金属极板正对着水平放置，板间的距离为d，当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为；当两板间加电压U（上极板喷雾器的电势高）时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间内运动的距离与在时间内运动的距离相等。忽略空气浮力，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．根据上板电势高时观察到油滴竖直向上做匀速运动的现象可以判定油滴带负电
B．密立根根据实验数据计算出油滴所带的电荷量大约都是
C．根据不加电压和加电压时两个匀速运动过程的数据可求出油滴所带的电荷量
D．根据两板间加电压U（上极板的电势高）时观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，可以计算出油滴的电荷量
16．我国首艘攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为0.025eV的热中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其它铀235。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，假设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，则（ ）
A．该反应的核反应方程式为
B．一个速度为的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的速度大小约为
C．一个动能为的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能约为1.25MeV
D．若一个动能为E的快中子每次均与静止的碳原子碰撞，碰撞n次后的动能为
三、实验题（本题共2小题，共9分）
17．用图甲所示的实验装置探究气体等温变化的规律。
甲图 乙图 丙图
（1）关于该实验下列说法正确的有________。
A．该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B．实验时应快速推拉柱塞
C．为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞
D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
（2）测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，以p为纵坐标，以为横坐标在坐标系中描点作图。小明所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的________（选填“①”或“②”）。
（3）为更准确地测出气体的压强，小华用压强传感器和注射器相连，得到某次实验的图如图丙中AB线段所示，究其原因，是温度发生了怎样的变化________。
A．一直下降 B．先上升后下降 C．先下降后上升 D．一直上升
18．用油膜法估测油酸分子直径大小的实验中，配制的酒精油酸溶液的浓度为溶液中有纯油酸6mL，用注射器测量得到1mL该溶液有50滴。
（1）现将1滴配制好的溶液滴入盛水的浅盘中，待水稳定后，在水面上形成了油酸的________（选填“单层分子油膜”或“多层分子油膜”）；
（2）把带有方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描绘出油膜的边界轮廓，形状如图所示。已知坐标方格边长为2cm，则得出油酸薄膜的面积约是________；
（3）根据相关数据可算出油酸分子直径大小约为________m；
（4）若实验时痱子粉撒得太厚，则所测的分子直径会________（选填“偏大”或“偏小”）；
（5）本实验中油膜的形成是分子力的作用效果。图甲为分子力F随分子间距r的变化图线，图乙为某同学参照图甲所做的分子势能随分子间距r的变化图线。请你指出图乙的两个不合理处。
四、计算题（本题共4小题，共43分）
19．一列简谐横波在时的波形如图所示。介质中处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为。
（1）由图确定这列波的波长与振幅A；
（2）求出这列波的波速v；
（3）判定这列波的传播方向。
20．交流发电机的原理如左下图所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如右下图所示，已知线圈的电阻为，负载电阻。求：
（1）写出负载两端电压u随时间t变化的函数关系式；
（2）线圈电阻上产生的电热功率是多少；
（3）保持线圈匀速转动，1分钟内外界对线圈做的功是多少？
21．激光由于其单色性好、亮度高、方向性好等特点，在科技前沿的许多领域有着广泛的应用。光子的能量E、动量p以及光在真空中的传播速度为c满足关系：。
（1）科研人员曾用强激光做过一个有趣的实验：一个水平放置的小玻璃片被一束强激光托在空中。已知激光竖直向上照射到质量为m的小玻璃片上后，全部被小玻璃片吸收，重力加速度为g，光在真空中的传播速度为c。求激光照射到小玻璃片上的功率；
（2）激光冷却和原子捕获技术在科学上意义重大，特别是对生物科学将产生重大影响。所谓激光冷却就是在激光的作用下使得做热运动的原子减速，其具体过程如下：一质量为m的原子沿着x轴负方向运动，波长为的激光束迎面射向该原子。运动着的原子就会吸收迎面而来的光子从基态跃迁，而处于激发态的原子会立即自发地辐射光子回到基态。在回到基态过程中，原子向各方向辐射光子的可能性可认为是均等的，因而辐射不再对原子产生合外力的作用效果，并且可认为原子的质量没有变化。已知普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c。
①设原子单位时间内与n个光子发生相互作用，求运动原子做减速运动的加速度a的大小；
②假设该基态原子以速度沿着x轴负方向运动，当该原子吸收一个波长为的光子的能量后跃迁到了第一激发态，且原子的速度大小发生了变化，但方向未变，请列出求该原子的第一激发态与其基态的能级差的力学方程（或方程组）。（只列方程不求解，且不需考虑相对论效应）
22．简谱振动是物理学中很重要的一种运动形式，不同的简谱振动现象各异，但却遵循着相似的规律。例如，一个质量为m，劲度系数为k的弹簧振子，其位移x随时间t按正余弦规律做周期性变化，周期公式是：，同时在振子周期性运动的过程中其动能和能相互转化，但总能量保持不变，即：，其中E为系统的总能量，为振子位移为x时的瞬时速度。
结合简谐振动的上述知识，通过类比的方法分析下面几个问题。
图1 图2 图3
（1）如图1所示，在LC振荡电路中，电容器极板上的带电量q与电路中的电流随时间t都是按正余弦规律做周期性变化的。同时线圈储存的磁场能和电容器储存的电场能相互转化，但总能量E保持不变，即：。其中L为线圈的自感系数，C为电容器的电容。类比弹簧振子中的各物理量，电容器极板上的带电量q相当于弹簧振子中的哪个物理量？并类比简谐振动公式写出LC振荡的周期公式；
（2）如图2所示，摆长为L，小球质量为m的单摆，当最大偏角较小时，摆动过程中其摆角随时间也是按正余弦规律变化的。写出单摆摆角为、小球角速度为时系统总能量的表达式，并类比弹簧振子的规律求出单摆摆动的周期；（已知很小时，）
（3）如图3所示，长为L的轻杆（质量不计），一端可绕固定在O点的光滑轴承在竖直平面内转动，在距点为和L处分别固定一个质量为m、可看作质点的小球。类比弹簧振子的规律求出系统在竖直平面内做小角度摆动时的周期。