山西省临汾市侯马市第一中学2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题（含解析）

2023-2024学年度高中物理期末考试卷
考试时间：100分钟
注意事项：
1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2．请将答案正确填写在答题卡上
第I卷（选择题）
请点击修改第I卷的文字说明
一、单选题
1．已知阿伏加德罗常数为，下列说法正确的是（　　）
A．若油酸的摩尔质量为M，一个油酸分子的质量
B．若某种气体的摩尔体积为V，单位体积内含有气体分子的个数
C．若某种气体的摩尔质量为M，密度为，该气体分子的直径
D．若油酸的摩尔质量为M，密度为，一个油酸分子的直径
2．下列说法正确的是（　　）
A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
B．在实验室中可以得到-273.15 ℃的低温
C．一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大
D．热量一定是从内能大的物体传送到内能小的物体
3．如图所示的甲、乙两幅图像分别表示两分子间作用力F、分子势能Ep与两分子间距离r的关系图，假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0。下列正确的是（　　）

A．当分子间距时，分子间作用力最大
B．当分子间距时，分子势能最大
C．当分子间距，随着r的增大，F减小，Ep增大
D．当分子间距，随着r的减小，F增大，Ep增大
4．如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下缓慢压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定（　　）
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
5．关于热学知识的理解，下列说法中正确的是（　　）
A．单晶体的某些物理性质呈现各向异性
B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为斥力
C．雨水没有透过雨伞是因为水和伞的不浸润现象
D．在熔化过程中，非晶体要吸收热量，但温度可以保持不变
6．光电效应是一个非常神奇的的现象，由德国物理学家赫兹于1887年在研究电磁波的实验中偶尔发现。下列关于光电效应的叙述，正确的是（　　）
A．遏止电压只与入射光频率有关，与金属种类无关
B．单一频率的光照射金属表面发生光电效应时，所有光电子的速度一定相同
C．入射光频率越大，饱和光电流越大
D．若红光照射到金属表面能发生光电效应，则紫光照射到该金属表面上也一定能发生光电效应
7．关于气体热现象的微观解释，下列说法中正确的是（　　）
A．密闭在容器中的气体，在某一时刻向各个方向运动的气体分子数目一定相等
B．大量气体分子的速率有大有小，但是按“中间多，两头少”的规律分布
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
D．一定质量的理想气体，温度不变，体积减小时，气体的内能一定增大
8．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如图①）。现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图②），这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是（ )
A．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B．自由膨胀前后，气体的温度不变
C．自由膨胀前后，气体的压强不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
9．托卡马克装置主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应的方程为：。已知氘核的质量为，的质量为，下列说法正确的是（　　）
A．核聚变可以在常温下发生
B．X为
C．X的质量为
D．氘的比结合能大于的比结合能
二、多选题
10．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知。下列说法符合事实的是（　　）
A．汤姆孙研究阴极射线发现了电子，并测出电子的电荷量
B．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了质子
11．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝3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．光电管阴极K金属材料的逸出功为7.0eV
B．这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光
C．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左侧为正极
D．氢原子跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象
12．新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助。九江一中为每个班级配备了非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温。高二15班还购置了紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为一中学子健康保驾护航。已知紫外线灯发射的紫外线波长为λ，发射功率为P，c表示真空光速，h为普朗克常量，则（　　）
A．红外线的频率比紫外线的大
B．真空中红外线的波长比紫外线的长
C．紫外线光子能量为
D．紫外线灯每秒发射的光量子数为
13．有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，包含这种原子核的物质被称作慢化剂，常用的慢化剂有重水（核）和石墨（核），若视被碰原子核在碰前是静止的，且视中子与原子核的碰撞为弹性正碰，则对这两种慢化过程的说法中正确的有（　　）
A．与原子核碰撞后，中子速度均会反向
B．与原子核碰撞后，中子速度改变相同
C．与核碰撞后，中子速率改变更大
D．与核碰撞后，中子速率改变更大
14．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历A→B→C→A，完成循环。下列说法正确的是（ ）
A．理想气体从A→B经历的是等温变化过程
B．气体分子在状态A的平均动能小于在状态B的平均动能
C．从A→B，气体吸收的热量大于
D．从B→C，气体从外界吸收热量
第II卷（非选择题）
请点击修改第II卷的文字说明
三、实验题
15．某物理小组利用下图器材探究气体等温变化的规律。
(1)利用控制变量法进行研究。用注射器选取一段空气柱为研究对象，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的 不变；另一方面，让空气柱的 变化不要太快，保证 不发生明显的变化。
(2)需要测量空气柱的长度和空气柱的压强，具体操作如下：空气柱的长度可以通过刻度尺读取，空气柱的长度与横截面积的 就是它的体积；空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的 读取。
(3)把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强的几组数据。若绘制的图像类似于双曲线，进一步通过图像来检验这个猜想，再以p为纵坐标，以 为横坐标，
把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明 。
16．做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)下列实验步骤的正确顺序是 （填写实验步骤前的序号）。
a．往边长约为的浅盘里倒入约深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上
b．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定
c．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小
d．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积
e．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上
(2)实验中，所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积，用注射器和量筒测得体积的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为a，则油酸薄膜的面积 ；可求得油酸分子的直径为 （用、n、S表示）。
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为___________。
A．油膜中含有大量未溶解的酒精
B．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
D．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴
四、解答题
17．如图所示，用质量为m，横截面积为S的活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，不计活塞厚度及活塞和汽缸之间的摩擦。开始时活塞距汽缸底的高度为h且汽缸足够高，气体温度为T0，外界大气压强为P0，重力加速度为g，其中求∶
（i）封闭气体的压强；
（ii）在活塞上面放置一个物体，物体的质量也为m，再次平衡后，发现活塞距汽缸底的高度为h，则此时气体。的温度为多少。
18．如图所示，左端封闭、右端开口且粗细均匀的U形管竖直放置，左端用水银封闭着长为L的某理想气体柱，当温度为T0时，左、右两管水银面的高度差为，设外界大气压强为p0，水银的密度为ρ，重力加速度为g。求：
（1）左端被封闭气体的压强；
（2）为使左、右两管的水银面相平，可给左端封闭的理想气体加热，需要加热达到的温度T。
19．如图，在一个空的铝制易拉罐中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易“温度计”，已知大气压强是1.0pa，易拉罐的容积是300cm3，均匀吸管内部的横截面积为0.2cm2，吸管露出的长度为20cm，当温度为27°C时，油柱刚好在吸管和易拉罐的接口处。缓慢升高环境温度，易拉罐中气体从外界吸热10J，油柱恰好到达吸管管口，求：
(1)此时环境温度T；
(2)易拉罐中气体内能的变化△U。
参考答案：
1．B
【详解】A．分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，则有一个油酸分子的质量为
A错误；
B．某种气体的摩尔体积为，单位体积气体的摩尔数为
则含有气体分子的个数为
B正确；
CD．由于油酸分子间隙小，所以分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，则有一个油酸分子的体积为
将油酸分子看成立方体形，立方体的边长等于分子直径，则得
代入得
由于气体分子间距很大，所以一个分子的体积
则分子直径
CD错误；
故选B。
2．C
【详解】A．当分子间作用力表现为斥力时，距离增大，则分子力做正功，分子势能减小，A选项错误；
B．无论是自然界还是实验室的温度只能无限靠近-273.15℃但却不能达到这个温度，B选项错误；
C．一定质量的理想气体经等温压缩后，根据理想气体方程得其压强一定增大，否则如果温度降低，压强不一定增大，C选项正确；
D．发生热传递的条件是两物体有温度差，高温物体的内能转移到低温物体，使高温物体降温，低温物体升温，直到两者温度相同，热传递才停止。与两物体比热、体积、内能的大小均无关，D选项错误。
故选C。
3．D
【详解】AB．由图像可知，当分子间距时，分子力为0达到最小值、分子势能为负的最小值，故AB错误；
C．当分子间距，随着r的增大，F先增大后减小，一直增大，故C错误；
D．当分子间距，随着r的减小，F增大，增大，故D正确。
故选D。
4．C
【详解】BD．由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以温度不变，气体内能不变，所以BD错误；
AC．由热力学第一定律
在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中为正，又气体内能不变
所以为负，即气体向外界放热，所以C正确，A错误。
故选C。
5．A
【详解】A．单晶体的某些物理性质呈现各向异性，A正确；
B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力，B错误；
C．雨水没有透过雨伞是因为液体表面张力，C错误；
D．在熔化过程中，非晶体要吸收热量，温度升高，D错误。
故选A。
6．D
【详解】A．根据动能定理和爱因斯坦光电效应方程综合可得
由上式可知遏止电压Uc和入射光频率以及金属的逸出功（由金属种类决定）均有关，故A错误；
B．单一频率的光照射金属表面发生光电效应时，所有光电子的最大初速度一定相同，但光电子从金属表面逸出时不仅要克服金属的逸出功，还有可能受到某些其他外界因素影响而损失能量，所以光电子的速度不一定相同，故B错误；
C．饱和光电流与入射光强度有关，入射光强度越大，饱和光电流越大，而与入射光频率无关，故C错误；
D．紫光的频率比红光的频率大，若红光照射到金属表面能发生光电效应，则紫光照射到该金属表面上也一定能发生光电效应，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】A．气体分子做无规则运动，在密闭在容器中的气体，在某一时刻向各个方向运动的气体分子数目基本相等，但不能说一定相等，A错误；
B．大量气体分子的速率有大有小，但是按“中间多，两头少”的规律分布，B正确；
C．温度升高，分子热运动加快，分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数不知如何变化，所以气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数不一定增多，C错误；
D．温度是分子平均动能的标志，一定质量的理想气体，温度不变，则气体的内能不变，D错误。
故选B。
8．B
【详解】A．分子时刻做无规则的热运动，不可能只做定向运动，故A错误；
BC．自由膨胀过程中由于不受阻力作用，不做功，由于容器绝热，因此
由，可知气体的内能不变，因此温度也不变，膨胀后气体的体积增大，由理想气体状态方程可知压强减少，故B正确，C错误；
D．根据热力学第二定律可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故D错误。
故选B。
9．B
【详解】A．核聚变反应，必须在高温条件下才可能发生，故A错误；
B．根据核反应的质量数和电荷数守恒可得，X为，故B正确；
C．因为核聚变反应会将部分质量转化成能量，因此根据爱因斯坦质能方程可得
解得
X的质量为，故C错误；
D．核聚变生成物的比结合能大于反应物的比结合能，因此氘的比结合能小于的比结合能，故D错误。
故选B。
10．BC
【详解】A．汤姆孙发现了电子，密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量，A错误；
B．据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，B正确；
C．波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，C正确；
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，证明了原子核具有复杂结构，D错误。
故选BC。
11．BC
【详解】A．由图甲可知处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率最大的光子的能量
E＝－1.51eV－（－13.6eV）＝12.09eV
由图丙可知遏止电压为7V，所以光电子的最大初动能
Ekm＝eU＝7eV
所以金属材料的逸出功
W＝E－Ek＝5.09eV
故A错误；
B．由排列组合的规律可知，处于n＝3激发态的氢原子跃迁时能够发出3种频率的光，故B正确；
C．光电子由阴极K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C正确；
D．只要光子的能量大于5.09eV，就可以使阴极K发生光电效应，由图甲可知满足要求的有2种频率的光子，分别对应3→1，2→1的跃迁，故D错误。
故选BC。
12．BCD
【详解】AB．真空中红外线与紫外线相比，波长较大，频率较小，A错误，B正确；
C．紫外线光子能量为
C正确；
D．由题意，紫外线灯的功率为
则紫外线灯每秒发射的光量子数为
D正确。
故选BCD。
13．AD
【详解】A．设中子质量为m，原子核质量为M，则有
由
和
可得
故与原子核碰撞后，中子速度均会反向，故A正确；
B．中子速度的变化量为
故M不同时，中子速度的改变不同，故B错误；
CD．中子速率的改变量为
故被碰原子核质量M越小，越大，故C错误，D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】A．由图可知状态A变化到状态B，压强与体积均增加，根据理想气体状态方程，有
易知温度必定升高。故A错误；
B．由A选项分析，A→B温度升高，分子的平均动能增大。故B正确；
C．状态A变化到状态B，压强的平均值为
气体对外界做功为
根据热力学第一定律
又
所以从A→B，气体吸收的热量大于。故C正确；
D．从B→C，气体体积不变，不做功，有
根据查理定律，可得
气体压强减小，其热力学温度降低，内能减小。所以气体向外界释放热量。故D错误。
故选BC。
15．(1) 质量 体积 温度
(2) 乘积 压力表
(3) 被封闭气体的压强与气体的体积成反比
【详解】（1）[1][2][3]实验目的是探究气体等温变化的规律，那么在实验过程中需要保证空气柱内气体的质量不变，另一方面，为了保证气体的温度不发生明显的变化，所以空气柱的体积不能变化太快。
（2）[1][2] 空气柱的长度与横截面积的乘积就是被封闭气体的体积，空气柱的压强可以从与注射器内空气柱相连的压力表上读取。
（3）[1][2] 若绘制的图像类似于双曲线，进一步通过图像来检验这个猜想，再以p为纵坐标，为横坐标，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如果图像中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明被封闭气体的压强与气体的体积成反比，即pV乘积为一常数。
16．(1)dabec
(2)
(3)BC
【详解】（1）实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。
（2）[1]根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为71格，则油膜总面积为
[2]由于所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积，则溶液的浓度为
用注射器和量筒测得体积为的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为
油酸分子直径为
联立解得
（3）根据
A．油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积测量值偏大，则油酸分子直径测量值偏小，故A错误；
B．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故B正确；
C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故C正确；
D．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏小，故D错误。
故选BC。
17．（i）；（ii）
【详解】（i）以活塞为研究对象，由平衡条件得
得
（ii）对活塞由平衡条件可知
，，
由理想气体方程得
解得
18．（1）；（2）
【详解】（1）设左端被封闭气体的压强为p，左端高度为的水银柱产生的压强为
由平衡条件得
联立得
（2）设玻璃管的横截面积为S，当温度为T0（初态）时，压强为
体积为
当温度为T（末态）时，压强为
体积为
由理想气体的状态方程得
解得
19．(1)304K；(2)9.6J
【详解】(1)由于气体做等压变化
带入数据可得
解得T=304K；
(2)等压变化，气体对外做功
由热力学第一定律