河北省张家口市张垣联盟2023-2024学年高二下学期7月期末考试物理试卷（含解析）

张家口市张垣联盟2023-2024学年高二下学期7月期末考试
物理
注意事项：1．考试时间为75分钟，满分100分。
2．答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡相应的位置。
一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．下列说法中正确的是（ ）
A．晶体的各种物理性质均为各向同性
B．在一定温度下，大量气体分子的速率分布均呈现“中间多、两头少”的规律
C．分子间的距离存在某一值，当时，分子间的斥力为零，分子间作用力表现为引力；当时，分子间引力为零，分子间作用力表现为斥力
D．布朗运动是花粉分子的无规则运动
2，如图所示为氢原子的能级图，大量处于基态的氢原子，吸收一定能量的光子跃迁到某一激发态，向低能级跃迁时，最多可以辐射出三种不同频率的光子，则吸收的光子能量的大小为（ ）
A．13.6eV B．12.09eV C．3.4eV D．1.89eV
3．2022年11月21日中国空间站第三次太空授课中演示了紫色水球从“活跃”到“懒惰”的过程。如图所示，用注射器向水球喷气，水球发生振动。向水球射入一枚质量10g的钢球，钢球留在水球中，再用注射器以相同方式向水球喷气，水球振动幅度减小。则（ ）
A．水球振动中不破裂，是因为在空间站处于完全失重状态
B．水球振动中不破裂，是因为中心的水对外面的水有万有引力的作用
C．钢球射入水球而未穿出，是水的表面张力起了作用
D．在空间站由于完全失重，因此水的表面没有张力
4．2023年6月7日，世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放，减少了核污染。下图为不易裂变的转化为易发生裂变的并裂变的过程示意图。下列说法正确的是（ ）
A．衰变成的核反应中释放的电子是原子核外的电子
B．比多了一个质子
C．的比结合能大于的比结合能
D．的结合能小于的结合能
5．1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。实验基本装置如图所示，单色光源发出的光直接照在光屏上，同时发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个相干光源。设光源到平面镜所在平面的距离和到光屏的距离分别为和，光的波长为。关于光屏上相邻两条亮纹间距的表达式正确的是（ ）
A． B． C． D．
6．如图甲所示，在振荡电路实验中，多次改变电容器的电容并测得相应的振荡电流的周期，如图乙所示，以为横坐标、为纵坐标，将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据，则线圈的自感系数为（ ）
A． B． C． D．
7．1824年法国工程师卡诺创造性地提出了具有重要理论意义的热机循环过程——卡诺循环，极大地提高了热机的工作效率。如图为卡诺循环的图像，一定质量的理想气体从状态开始沿循环曲线回到初始状态，其中和为两条等温线，和为两条绝热线。下列说法正确的是（ ）
A．在等温变化过程中，每个气体分子的速率均不变
B．在过程中从外界吸收的热量等于从过程向外放出的热量
C．过程气体对外界做的功大于过程外界对气体做的功
D．状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比状态少
二、选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8．如图所示为一列沿轴正方向传播的简谐横波在时的波形图，此时平衡位置位于处的质点刚好要起振，质点对应的纵坐标分别为、。已知该波的周期，下列说法正确的是（ ）
A．波速为
B．质点与质点的振动方向一直相反
C．质点和质点相位差为
D．在时，平衡位置位于处的质点从平衡位置向轴正方向运动
9．如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由型半导体和型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为，光速为，则下列说法正确的是（ ）
A．型半导体的电势低于型半导体
B．该材料的截止频率为
C．用光强更强的绿光照射该材料，逸出的光电子的最大初动能变大
D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较大
10．如图所示，竖直轻弹簧两端连接两个小物块，置于水平地面上且处于静止状态，现将小物块从的正上方某位置静止释放，物块与碰后粘连在一起共同运动。已知在以后的运动过程中，当向上运动到最高点时，受地面支持力恰好变为开始的。重力加速度为，弹簧劲度系数为的质量为的质量为的质量为，下列说法正确的是（ ）
A．物块与物块粘连的瞬间加速度为 B．小物块最高点与最低点间的距离为
C．地面受最大压力为 D．物块释放位置距离物块为
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分；有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位。
11．（6分）某实验小组利用单摆测重力加速度，如图甲所示，细线的一端拴一个球，另一端固定在铁架台上，将球拉开一个很小的角度后由静止释放。
（1）在摆球自然下垂的状态下，用毫米刻度尺测得从悬点到摆球最顶端的长度；用游标卡尺测量摆球的直径，示数如图乙所示，则摆球的直径______，摆长为______。
（2）用秒表记录下单摆50次全振动所用时间如图丙所示，其示数为______，周期为______s。
（3）根据单摆周期公式，可得当地的重力加速度______（用题中所给字母表示），代入数据可得当地的重力加速度大小为______（，结果保留两位有效数字）。
12．（8分）某实验小组利用压力传感器制作体重计，已知压敏电阻阻值随压力变化的图像如图a所示。图b为体重计的电路图，其中电源电动势，内阻不计，显示体重的仪表（其实质是毫安表，内阻）。踏板在杠杆中间，踏板和杠杆的质量不计，。实验步骤如下：
步骤a：体重计上不放重物时，闭合开关，毫安表示数为；
步骤b：体重计上放置已知重力的重物，读出此时毫安表示数；
步骤c：换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值；
步骤：将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。
（1）压力传感器电阻与压力的表达式______。
（2）改装后的质量刻度盘的零刻线在电流表______（填电流表读数）处；质量刻度是______（填“均匀的”或“不均匀的”）。
（3）电子秤用久了，电源电动势减小为，其他条件不变，如称得一物体的质量为，则待测重物的真实质量为______。
13．（10分）如图所示，活塞和气缸套在一起，光滑接触且不漏气。将系于天花板上，用手托住，使气缸底部到活塞的高度为，此时它们密封的气体压强与外界大气压相同，均为，气体与大气温度均为27℃。然后让缓慢下沉，当下沉了时松开手，恰好处于静止状态，下沉过程中气体温度保持不变。
（1）求此时气缸内气体的压强；
（2）欲使下沉后的活塞恢复到下沉前的位置，应将温度变为多少？
14．（13分）如图所示，一透明介质的横截面为等腰三角形分别为边上的点，且。一细光束平行于边从点射入透明介质，经边反射后，又从边上的点平行于边射出，光在真空中传播的速度。试求：
（1）透明介质的折射率；
（2）光束在透明介质中传播的时间。
15．（17分）在量子力学诞生以前，玻尔提出了原子结构假说，建构了原子模型：电子在库仑引力作用下绕原子核做匀速圆周运动时，原子只能处于一系列不连续的能量状态中（定态），原子在各定态所具有的能量值叫做能级，不同能级对应于电子的不同运行轨道。电荷量为的点电荷固定在真空中，将一电荷量为的点电荷从无穷远移动到距为的过程中，库仑力做功。在弗兰克一赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁，实验装置如图所示。紧靠电极的点处的质子经电压为的电场加速后，进入两金属网电极和之间的等势区。在区质子与静止的氢原子发生碰撞，氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态。质子在碰撞后继续运动进人减速区，若质子能够到达电极，则在电流表上可以观测到电流脉冲。已知电子质量为，质子质量与氢原子质量均为，元电荷为、静电力常量为、普朗克常量为，规定无穷远处电势能为零。忽略质子在点时的初速度，质子和氢原子只发生一次正碰。
（1）若已知电子运行在半径为的轨道上，请根据玻尔原子模型，求电子的动能及氢原子系统的能级；
（2）假定质子和氢原子碰撞时，质子初动能的被氢原子吸收用于能级跃迁。要出现电流脉冲，求间电压的最大值；
（3）要使碰撞后氢原子从基态（半径为）跃迁到第一激发态（半径为），求的最小值。
2023-2024学年第二学期7月高二期末考试卷
物理答案
1．B 【详解】晶体的某些物理性质为各向同性，A错误；任一温度下，气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律，B正确；分子间的距离存在某一值，当时，分子间引力大于斥力，当时，分子间斥力大于引力，C错误；布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，反映了水分子的无规则运动，D错误。
2．B 【详解】大量处于能级的氢原子向低能级跃迁可以产生3种能量的光子，因此基态的氢原子吸收跃迁到能级，B正确。
3．C 【详解】水球振动中不破裂，钢球射入水球而未穿出，是水的表面张力起了作用，C正确。
4．D 【详解】释放电子的过程是衰变，实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子，故A错误；比多了一个中子，B错误；衰变成过程中释放能量，的比结合能小于的比结合能，的结合能小于的结合能，故C错误，D正确。
5．A 【详解】从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看做双缝干涉，光源和像之间的距离为，而光源到光屏的距离可以看做双孔屏到像屏距离，双缝干涉的相邻条纹之间的距离为，所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离为，A正确。
6．B 【详解】由，得，由图像的斜率可以计算得到线圈自感系数，经计算可得，选项B正确。
7．D 【详解】在等温变化过程中，气体的平均动能不变，但单个气体分子的速率可能变化，A错误；在过程气体对外做的功大于过程中外界对气体做的功，等温变化，气体内能不变，在过程中从外界吸收的热量大于从过程向外放出的热量，B错误；由图知，故过程和过程，温度变化量的大小相等，内能变化量的大小相等，且，可知大小也必然相等，即过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功，故C错误；状态温度相同，则状态和状态气体分子的平均速率相同，而状态的体积大，气体的密集程度小，则状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比状态少，故D正确。
8．ABC 【详解】波速为，A正确；质点的振动比质点的振动落后半个周期，因此质点与质点的振动方向一直相反，B正确；质点和质点相位差为，C正确；时，平衡位置位于处的质点开始起振，向轴负方向运动，D错误。
9．BD 【详解】自由电子向型一侧移动，型半导体聚集负电荷，电势更低，A错误；发生光电效应时该材料的截止频率为，B正确；光电子的最大初动能与光照强度无关，C错误；用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，因为蓝光频率较小，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，故D正确。
10．BC 【详解】初始时，由平衡条件可知弹簧处于压缩状态，弹力与的重力等大反向，物块与物块碰后粘连共同向下运动过程中，刚碰瞬间弹簧弹力不能突变，整体合力向下，，故A错误；初始时，弹簧处于压缩状态，对A由平衡条件可知，对B由平衡条件可知，当向上运动到最高点时，受地面支持力恰好变为开始的，可得，对B由平衡条件可得，解得，弹簧处于伸长状态，在平衡位置，对整体分析得，解得，小物块做简谐运动的振幅为，小物块最高点与最低点间的距离为，故B正确；在最高点，对整体分析得，解得，根据简谐运动的对称性可知，在最高点和最低点的加速度大小相等，在最低点有，解得，对B由平衡条件，可得，根据牛顿第三定律可知，地面受最大压力为，故C正确；C与A碰前，有与发生完全非弹性碰撞，有从与相碰到最低点整个过程由能量守恒有，解得，故D错误。
11．（1）18.8 920.0 （2）96.1 1.922 （3） （每空1分）
【详解】
（1）用游标卡尺测量摆球的直径，示数如图乙所示，则摆球的直径为
摆长为
（2）小盘的读数加上大盘的读数即可，周期
（3）根据单摆周期公式
解得
代入数据可得当地的重力加速度值
12．（1） （2）20 不均匀的 （3）60（每空2分）
【详解】（1）由图像可得
（2）不放重物时电流表的读数为
任意重物放上后电流表的读数，可知质量刻度不均匀。
（3）电源电动势为时，质量为的物体对应的电流为
，电源电动势为时，电流为对应的质量为，可解得
13．（1）；（2）或
【详解】（1）设两者横截面积为，根据玻意耳定律得
解得
（2）根据盖-吕萨克定律得
其中
解得
则温度变为
14．（1） （2）
【详解】（1）作点关于边的对称点，过点作边的垂线，连接，使，作出如图所示的光路图
根据几何关系可得
从射出的折射角为
根据折射定律，透明介质对光的折射率为
（2）根据几何关系可知是平行四边形，
光在透明介质中的传播速度
传播时间
解得
15．【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设电子在轨道上运动的速度大小为，根据牛顿第二定律有
电子在轨道运动的动能
电子在轨道运动的势能
氢原子的能量即动能和势能之和
（2）质子做匀加速运动，由动能定理得，
由动量和能量守恒得
质子再做匀减速运动，要出现电流脉冲则满足
（3）由动量能量守恒得
当时，损失的能量最多