河南省开封市五校2022-2023学年高二下学期期末联考物理试题（含解析）

开封市五校2022-2023学年高二下学期期末联考
物理
全卷满分110分，考试时间90分钟．
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置．
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑．如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号．回答非选择题时，将答案写在答题卡上．写在本试卷上无效．
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并收回．
4．本卷主要考查内容：选择性必修第一册，选择性必修第二册，选择性必修第三册．
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题只有一个选项正确，第9~12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
1．两端开口的洁净玻璃管竖直插入液体中，管中液面如图所示，则（ ）
A．该液体对玻璃是不浸润的
B．玻璃管竖直插入任何液体中，管中液面都会下降
C．减小管的直径，管中液面会上升
D．液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强
2．如图是一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到．下列说法中正确的是（ ）
A．水下的石头看起来的深度比实际深一些
B．彩虹的成因是光的衍射
C．远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光的干涉所引起的
D．远处水面下景物看不到，是由于光线发生了全反射
3．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示，下列说法正确的是（ ）
A．光电子的最大初动能为
B．光电管阴极金属材料的逸出功为
C．这些氢原子跃迁时共发出6种频率的光
D．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
4．理想环形变压器示意图如图甲所示，原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图乙所示，，副线圈接一“”的电灯，恰好正常发光，图中电表均为理想交流电表．下列说法正确的是（ ）
A．原、副线圈的匝数比为 B．原、副线圈的磁通量变化率之比为
C．时，电压表示数为零 D．电流表的读数为
5．用中子轰击静止的锂核，核反应方程为．已知光子的频率为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为核的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为，下列说法中正确的是（ ）
A．核为核 B．光子的动量
C．释放的核能 D．质量亏损
6．用气压式开瓶器开红酒瓶，如图所示，通过针头向瓶内打几次气，然后便能轻松拔出瓶塞，则（ ）
A．打气后瓶塞末拔出前，气体压强减小 B．打气后瓶塞末拔出前，气体分子的数密度增大
C．快速拔出瓶塞的过程中，气体吸热，内能增大 D．快速拔出瓶塞的过程中，气体放热，内能减小
7．一列简谐横波沿轴正方向传播，时波形如图甲所示，图乙是波上某一质点的振动图像．下列说法正确的是（ ）
A．该波的波速大小为
B．该波能使固有频率为的物体发生共振
C．该波的振幅为
D．在内，该波上的任意振动点运动的路程均为
8．如图所示，小球穿过粗 的竖直杆，轻质弹性绳的左端与小球相连，右端固定在墙上点，弹性绳跨过处的光滑小滑轮，为竖直杆上的一点，在同一水平线上，弹性绳的自然长度和间距离相同．小球从点静止释放，到达最低点后又继续向上运动，为中点．绳中弹力始终遵从胡克定律，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．则小球（ ）
A．从运动至的过程中，受到摩擦力变大
B．第一次运动至点上方某点时，速度最大
C．从点返回的过程中，速度最大的位置在点下方
D．最终可以停在点上方的某一位置
9．用双缝测量某种单色光的波长的实验装置如图甲所示，光屏上某点到双缝的路程差为（如图乙所示），如果用频率为的绿光照射双缝，已知真空中的光速为，下列说法正确的是（ ）
A．该绿光的波长是
B．点出现暗条纹
C．仅将绿光换成红光，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距变小
D．仅将单缝靠近双缝，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距不变
10．轿车的悬挂系统是由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成的支持系统．某型号轿车的“车身一悬挂系统”的固有周期是，这辆汽车匀速通过某路口的条状减速带，如图，已知相邻两条减速带间的距离为，该车经过该减速带过程中，下列说法正确的是（ ）
A．当轿车以的速度通过减速带时，车身上下振动的频率为
B．轿车通过减速带的速度大小不同，车身上下振动的幅度大小可能相同
C．当轿车以的速度通过减速带时，车身上下颠箤得最剧烈
D．轿车通过减速带的速度越大，车身上下颠箤得越剧烈
11．如图所示，光滑水平面上有半径相同、质量均为的两个小球，小球以速度向左运动，与静止不动右端粘有一轻弹簧的小球发生碰撞，碰撞后小球与弹簧不粘连，在小球与弹簧接触以后的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．轻弹簧被压缩过程中两球总动量大小为
B．轻弹簧被压缩到最短时两球总动能为
C．弹簧恢复原长时，小球的动量大小为
D．弹簧恢复原长时，小球的动能为
12．如图所示，水平放置的金属导轨由和两部分组成，是以点为圆心、为半径的半圆导轨，为半圆中点，扇形内存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场，金属杆的端与圆弧接触良好，点与点有导线相连，金属杆绕点以角速度在之间做往复运动（导体棒在点换向时间可忽略）．已知导轨左侧接有阻值为的定值电阻，其余部分电阻均不计．下列说法正确的是（ ）
A．金属杆在磁场区域内沿顺时针方向转动时，点电势低于点电势
B．金属杆在磁场区域内转动时，其产生的感应电动势大小为
C．金属杆在磁场区域内转动时，回路中电流的大小为
D．回路中电流的有效值为
二、实验题：本题共2小题，共16分
13．（7分）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中：
（1）在“油膜法”估测分子大小的实验中，体现的物理思想方法是_______________．（填字母）
A．理想模型法 B．控制变量法 C．等效替代法
（2）实验中所用的油酸酒精溶液为溶液中有纯油酸，用量筒测得上述溶液为100滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图甲所示，图中正方形方格的边长为，油膜所占方格数约为80个，可以估算出油膜的面积是_______________（结果保留两位有效数字），由此估算出油酸分子的直径是_______________（结果保留三位有效数字）．
（3）在一次实验中由于痱子粉撒得过多，得到了如图乙所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，你认为测量结果相对真实值会_______________（填“偏大”“偏小”或“无系统误差”）．
14．（9分）某同学用图（a）所示装置测定重力加速度．小球上安装有挡光部件，光电门安装在小球平衡位置正下方．
（1）用螺旋测微器测量挡光部件的挡光宽度，其读数如图（b），则_______________；
（2）让单摆做简谐运动并开启传感器的计数模式，当计数器记录小球全振动的次数为时，单摆运动时间为，则该单摆的周期_______________；
（3）摆线长度大约，该同学只有一把量程为的刻度尺，于是他在细线上标记一点，使得悬点到点间的细线长度为，如图（c）．保持点以下的细线长度不变，通过改变间细线长度以改变摆长，并测出单摆做简谐运动对应的周期．测量多组数据后绘制图像，求得图像斜率为，可得当地重力加速度_______________（用题中所用字母表示）．
三、解答或论述题：本题共4小题，共46分．解答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得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
15．（8分）如图所示，是截面为扇形的透明介质的横截面图，顶角．今有一束单色光线在横截面内从的中点沿垂直的方向射入透明介质，一部分光线经面反射后恰好末从面射出，只考虑两次反射作用．求：
（1）全反射中的临界角；
（2）透明介质的折射率．
16．（10分）一定质量的理想气体从状态变化到状态，再变化到状态，最后变化到状态，其状态变化过程的图像如图所示．已知过程中气体做功的绝对值是过程中气体做功绝对值的2倍，气体在状态时压强为，求：
（1）理想气体在状态时的压强；
（2）理想气体在状态时的压强；
（3）整个过程中理想气体与外界交换的热量．
17．（12分）如图甲所示，在光滑水平面上有三小球，两球分别用水平轻杆通过光铰链链与球连接，两球间夹有劲度系数足够大、长度可忽略的压缩轻弹簧，弹簧与球不相连．固定住球，释放弹簧，球与弹簧分离瞬间杆中弹力大小．已知两球的质量均为球的质量，杆长，弹簧在弹性限度内．
（1）求弹簧释放的弹性势能；
（2）若球不固定，求释放弹簧后球的最大速度．
18．（16分）如图所示，在平面内，有两个半圆形同心圆弧，与坐标轴分别交于点和点，其中圆弧的半径为．两个半圆弧之间的区域内分布着辐射状的电场，电场方向由原点向外辐射，其间的电势差为．圆弧上方圆周外区域，存在着上边界为的垂直纸面向里的足够大匀强磁场，圆弧内无电场和磁场．点处有一粒子源，在平面内向轴上方各个方向，射出质量为、电荷量为的带正电的粒子，带电粒子射出时的速度大小均为，被辐射状的电场加速后进入磁场，不计粒子的重力以及粒子之间的相互作用，不考虑粒子从磁场返回圆形区域边界后的运动．求：
（1）粒子被电场加速后的速度；
（2）要使粒子能够垂直于磁场上边界射出磁场，求磁场的磁感应强度的最大值；
（3）当磁场中的磁感应强度大小为第（2）问中的倍时，求能从磁场上边界射出粒子的边界宽度．
开封市五校2022-2023学年高二下学期期末联考
物理
参考答案、提示及评分细则
1．A根据图像可知，液体与玻璃的附着层沿固体表面收缩，则该液体对玻璃是不浸润的，A正确；玻璃管与其他液体有可能浸润，B错误；不浸润液体中，减小管的直径，管中液面会进一步下降，C错误；在不浸润现象中，液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用弱，D错误．
2．D 水下石头反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得石头位置变浅了，所以水下的石头看起来的深度比实际浅一些，故A错误；彩虹的成因是光的折射，故B错误；远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光在水面上发生反射所引起的，故C错误；远处水面下景物的光线射到水面上，入射角很大，当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故D正确．
3．C 由图甲可知光子的能量为，由图丙可知遏止电压为，所以光电子的初动能为，所以金属材料的逸出功为，故A、B错误；这些氢原子跃迁时共发出种频率的光，故C正确；光电子由阴极向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故D错误；
4．A 原线圈两端电压的有效值，线圈的匝数比，A正确；根据，原、副线圈的磁通量变化率之比为，B错误；电压表测的为副线圈两端电压的有效值，即始终为，C错误；通过副线圈的电流，电流表的读数为，D错误．
5．D 根据质量数和电荷数守恒可知核为核，故A错误；光子的频率为，可知光子的动量，故B错误；由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为，故C错误；质量亏损为，故D正确．
6．B 打气后瓶塞末拔出前，气体压强增大，故A错误；打气后瓶塞末拔出前，单位体积内的分子数增加，故B正确；快速拔出瓶塞的过程中，气体体积变大，对外做功，由于是快速拔出瓶塞，可认为该过程没有发生热传递，根据热力学第一定律可知，气体内能减少，故CD错误．
7．B 由图甲可得，该波的波长，由图乙可得，质点振动的周期，故该波的波速，A错误；该波的频率，所以该波能使固有频率为的物体发生共振，B正确；由图乙可得，波源的振幅为，C错误；是周期的10倍，则在内，该水波上的任意振动点运动的路程，D错误．
8．C 设弹性绳与竖直方向的夹角为，弹性绳的弹力为（为弹性绳与滑轮所在点及杆上点构成的直角三角形的斜边长），当小球从点沿着杆下降的过程中，对小球做受力分析可得受力分析如图所示，弹性绳的弹力在水平方向的分力大小为，由几何关系可知始终等于的长度，因此可知弹性绳的弹力在水平方向的分力大小始终不变，而，可知小球在竖直杆上滑动的过程中摩擦力始终不变，故A错误；对小球在点向点运动的过程中竖直方向上受力分析可得，其中始终等于小球从点下落的距离设为，则有，重力和摩擦力为恒力，以上等式关系可类比弹簧振子在最大位移处竖直向下做简谐振动时合力的变化，而为的中点，则可知小球第一次运动至点时速度最大，故错误；从点返回的过程中，摩擦力向下，竖直方向有，类比小球第一次下降的过程，若合力不变，则小球仍然在上升至点时速度达到最大，但实际上在小球第一次从最低点上升的过程中，竖直向下的力增大了，则小球需要克服阻碍其运动的力而做的功增加了，因此从能量的角度考虑，小球从点返回的过程中，速度最大的位置一定在点的下方，故C正确；由以上分析可知，小球每次下降后再上升的过程中其平衡位置都在下降，由此可知，当小球最终停止时一定停在点下方的某一位置处，故D错误．
9．BD 绿光的波长为，选项A错误；由于，故点是振动的减弱点，点出现暗条纹，选项B正确；根据，在其他条件不变的情况下，光的波长增大，相邻两亮条纹的中心间距变大，选项C错误；在其他条件不变的情况下，单缝靠近双缝，相邻两亮条纹的中心间距不变，选项D正确．
10．BC 当轿车以的速度通过减速带时，车身上下振动的周期为，则车身上下振动的频率为，故A错误；车身上下振动的频率与车身系统的固有频率越接近，车身上下振动的幅度越大，所以当轿车通过减速带的速度大小不同时，车身上下振动的幅度大小可能相同，B正确、D错误；当轿车以的速度通过减速带时，车身上下振动的频率为，车身系统的固有频率为
，此时所以车身发生共振，颠簸得最剧烈，C正确．
11．BD 和组成的系统所受的外力之和为零，动量守恒，初始总动量为，则轻弹簧被压缩过程中两球系统总动量仍然为，选项A错误；轻弹簧被压缩到最短时和的速度相等，由动量守恒有，可得，则此时两球总动能为，选项B正确；和在相对靠近压缩弹簧和相对远离弹簧恢复原状的过程中，和及轻弹簧组成的系统满足动量守恒和机械能守恒，则弹簧恢复原长时，有，可得，选项C错误；弹簧恢复原长时，，小球的动能为，选项D正确．
12．BD 金属杆在磁场区域内沿顺时针方向转动时，由右手定则可知，点电势高于点电势，A项错误；金属杆位于磁场区域时，其产生的电动势，B项正确；金属杆位于磁场区域时，回路中电流的瞬时值，C项错误；金属杆运动一个周期时，只有一半时间在切割磁感线产生感应电流，根据有效值的定义有，解得回路中电流，D项正确．
13．（1）A （2）0.032（2分，也可得分） （3）偏大
解析：（1）在油膜法估测分子大小的实验中，让一定体积的纯油酸滴在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的，估算出油膜面积，从而求出分子直径，用到的方法是理想模型法．
（2）在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形，由图示油膜可知，油膜的面积：；每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积；油酸分子的直径为．
（3）由图可知该次实验中痱子粉撒太多，油膜未能充分展开，此时所测油膜面积偏小，所以油酸分子的直径测量结果相对真实值偏大．
14．（1）2.332（2.331~2.333） （2） （3）
解析：（1）由图可知；
（2）由题意可知，解得；
（3）设点以下的细线长度为，根据单摆周期公式得，化简得图像的斜率为，则，解得．
15．解：（1）从点垂直射入的光路如图所示
因点为的中点，所以人射角
设临界角为
解得全反射中的临界角
（2）光在面恰好发生全反射，则
解得透明介质的折射率
16．解：（1）由图可知，理想气体从状态到状态为等容变化过程，在状态时理想气体温度．
由查理定律有
解得
（2）由图可知，理想气体从状态到状态为等温变化过程，在状态时理想气体体积．
由玻意耳定律有
解得
（3）由状态经状态回到状态，设外界对理想气体做的总功为，从状态到状态，发生等压变化，
外界对理想气体做功为
过程中理想气体做功的大小是过程中理想气体做功的大小的2倍，则过程中理想气体对外做功
从状态到状态，由图线知为等容过程，外界对理想气体不做功，所以整个过程中外界对理想气体做功
整个过程中理想气体内能增加量为
设理想气体从外界吸收的热量为，由热力学第一定律
解得，即理想气体从外界吸收热量
17．解：（1）由对称性可知球与弹簧分离时球的速度相等，设为
对球，由牛顿第二定律有
由系统机械能守恒定律得
解得
（2）三个球在一条直线上时，球速度与杆垂直，加速度等于0，速度最大，球速度分别为由对称性可知
由系统动量守恒定律可知
由系统机械能守恒定律得
解得
18．解：（1）设粒子被电场加速后速度为
由动能定理可得
解得
（2）垂直磁场上边界射出的粒子的圆心必在磁场上边界上，设该粒子做匀速圆周运动的轨道半径为，满足磁感应强度有最大值，即有最小值，又因为
当有最小值时，取最小值，最小值为点到磁场上边界的距离
故
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
联立解得
（3）当时，根据
可得带电粒子在磁场中的运动半径
由几何知识可知，当粒子从沿轴正方向进入磁场，粒子从磁场上边界的射出点，为粒子能够到达上边界的最右端，粒子能够到达上边界的最右端轴的距离
当粒子与磁场上边界相切时，切点为粒子能够到达上边界的最左端，如图
由几何关系可知，粒子能够到达上边界的最左端距轴的距离为
可知粒子能从磁场上边界射出粒子的边界宽度