山东省烟台市2023-2024学年高二下学期期末诊断物理试卷

2023-2024学年山东省烟台市高二（下）期末诊断物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.下列说法正确的是( )
A. 是核聚变反应方程
B. 射线的电离作用和穿透能力都很强
C. 原子核的结合能越大，原子核越稳定
D. 放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
2.一乒乓球放在室外，若乒乓球内气体可视为理想气体，且其质量和体积保持不变，则在室外环境温度降低的过程中，乒乓球内的气体
A. 吸收热量，内能增加
B. 压强减小，分子平均动能减少
C. 不对外做功，瓶内每个气体分子的速率均减小
D. 压强减小，气体分子对球壁的平均作用力大小不变
3.氢原子能级图如图所示。大量处在能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是
A. 可能辐射出三种不同频率的光
B. 氢原子辐射出能量，电子的动能减少，电势能减少
C. 从能级跃迁到能级时辐射出的光子频率最小
D. 从能级跃迁到能级时辐射出的光子波长最长
4.某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与入射光频率的关系图像如图所示，已知电子电荷量为e，则该光电管的阴极材料的逸出功为( )
A. B. C. D.
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5.如图所示的LC电路中，电容C为，电感L为2 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带电灰尘恰好静止，已知重力加速度为g。闭合开关S，灰尘在电容器内运动，从线圈中电流第一次达到最大时开始计时，经时，电容器内灰尘的加速度大小为( )
A. 0 B. g C. D. 2g
6.甲、乙两质点在同一时刻、从同一地点沿同一方向做匀变速直线运动，两质点在运动过程中的速度v随位置x的变化关系图像如图所示，则乙质点运动到位置处的速度大小为
A. B. C. D.
7.如图为某实验小组模拟远距离输电的实验电路图，已知两理想变压器的匝数，定值电阻、、、的阻值，、为理想交流电流表，当a、b端接入低压交流电源时，下列说法正确的是( )
A. 的示数大于的示数 B. 的功率小于的功率
C. 两端的电压大于两端的电压 D. 两端的电压大于两端的电压
8.如图所示，一辆上表面水平的小车静止在水平面上，小车上竖直固定着内径均匀的U形细管，U形管的左端封闭、右端开口，管内装有水银，小车静止时，U形管左右两端的水银面等高，左端封闭气柱的长度为L，当小车以加速度水平向右做匀加速直线运动时，U形管左右两端的水银面的高度差为，已知重力加速度为g，水银的密度为，大气压强为，封闭气体温度保持不变，则U形管水平部分的长
度为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.下列说法正确的是
A. 液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的
B. 可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机
C. 草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的
D. 在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体
10.如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳左端固定在晾衣架上O点，右端系在a点，光滑小滑轮悬挂一衣服可在轻绳上滑动。先将轻绳右端沿竖直杆缓慢上移到b点，然后再沿水平杆缓慢移至c点，整个过程衣服始终没与地面和杆接触，设轻绳张力为F，滑轮左侧轻绳与竖直方向夹角为，则轻绳右端沿杆
A. 由的过程，F不变，不变，衣服的位置不变
B. 由的过程，F不变，不变，衣服的位置升高
C. 由的过程，F减小，变小，衣服的位置下降
D. 由的过程，F不变，不变，衣服的位置升高
11.某密闭容器内的理想气体自状态A变化至状态B，再变化至状态C，其变化过程的图像如图中的实线所示，已知BC过程图线的延长线过坐标原点，这些气体在状态A时的温度为，内能为，一定质量
的理想气体的内能与其热力学温度成正比，下列说法正确的是
A. 气体自过程中温度的最高值为
B. 气体自的过程中内能增加
C. 整个过程中外界对气体做的总功为
D. 气体自的过程中向外界放热
12.如图所示，足够长的光滑平行导轨由倾角的倾斜部分和水平部分组成，两部分平滑连接，连接点为O、，导轨顶端接有阻值的定值电阻，导轨间距，水平导轨上虚线和之间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场区域Ⅰ，磁感应强度大小为，倾斜导轨上虚线以上区域存在垂直导轨平面向上的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度大小为，和、和之间的距离均为。一金属棒放置在右侧，现使金属棒以初速度向左进入磁场Ⅰ，离开磁场Ⅰ冲上倾斜轨道后进入磁场Ⅱ，最后离开磁场Ⅱ时金属棒的加速度恰好为零，已知金属棒质量、电阻，始终与导轨垂直且接触良好，虚线均与导轨垂直，导轨的电阻不计，重力加速度，下列说法正确的是( )
A. 金属棒向左刚离开磁场Ⅰ时速度大小为
B. 金属棒在磁场Ⅱ中运动的加速度始终减小
C. 金属棒从进入磁场Ⅱ到离开磁场Ⅱ所经历的时间为
D. 金属棒在沿倾斜轨道上滑过程中回路产生的焦耳热为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
13.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，实验装置如图甲所示，实验步骤如下：
①将弹簧左端固定，水平放置并处于自然状态，右端与细绳连接，使细绳与水平桌面平行，将毫米刻度尺的零刻度线与弹簧左端对齐，弹簧的右端附有指针，此时指针的位置如图乙所示；
②在绳下端挂上一个砝码每个砝码质量，系统静止后，记录指针的位置；
③逐次增加砝码个数，并重复步骤②保持弹簧在弹性限度内，记录砝码的个数n及指针位置l；
④用获得的数据作出图像，如图丙所示，图线斜率用a表示。
回答下列问题：
图乙所示读数为__________cm；
弹簧的劲度系数表达式__________用砝码质量m、重力加速度g和图线的斜率a表示。若g取则本实验中__________结果保留3位有效数字。
考虑弹簧与桌面、细绳与滑轮间有摩擦，则弹簧劲度系数的测量值与真实值相比将__________选填“偏大”、“偏小”或“相等”。
14.光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，照射光较强如白天时电阻几乎为0；照射光较弱如黑天时电阻接近于无穷大。为了节能和环保，有一种路灯就利用光敏电阻的这种特性制作电磁开关，自动控制路灯的接通与断开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱连接励磁线圈，3、4两接线柱相当于路灯的开关，分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于200 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当励磁线圈中电流小于200 mA时，3、4接通。
现有以下器材：励磁线圈电源、路灯电源、路灯灯泡L、励磁线圈限流保护电阻箱、光敏电阻、电磁开关、导线开关等。
某实验小组利用以上器材设计一个自动控制路灯的电路，电路原理图如图所示。
请根据提供的实验器材将未完成的电路原理图画好。画电路图时，光敏电阻的符号为，电阻箱的符号为，其他器材使用规范的电路符号。
若励磁线圈电源为220 V，内阻不计，励磁线圈的电阻为，起初电路中电阻箱的阻值如图乙所示，则__________，光敏电阻随光照强度的变化规律如图丙所示，若要使光照强度为时，路灯亮起，则电阻箱的阻值应调为__________。
为了节约用电，要求光照强度降低到时路灯才亮起，则电阻箱的阻值要调__________选填“大”或“小”。
四、计算题：本大题共4小题，共40分。
15.图甲是某发电机的示意图，边长为L的正方形金属线框的总电阻为r，其两端与两个半圆形金属滑环相连，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕垂直于磁感应强度方向的轴转动。阻值为R的电阻与两个半圆形金属滑环相连，R两端电压如图乙所示，电压的最大值为。其它电阻不计，在金属线框转动一周的过程中，求：

流过电阻R的电荷量；
电阻R上产生的焦耳热。
16.如图所示，放在水平地面上的半圆柱体的曲面光滑，可视为质点的小球质量为m，轻绳OA一端拴接小球置于半圆柱曲面上的A点，另一端与竖直轻绳系于O点，O点位于半圆柱体横截面圆心的正上方，OA与半圆柱体的曲面相切且与竖直方向夹角。倾角的斜面体固定在水平面上，轻绳OB一端拴接一个放在斜面体上的小物块，另一端也与竖直轻绳系于O点，OB与斜面体的上表面平行，小物块与斜面间的动摩擦因数为，整个装置始终处于静止状态。已知重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：
半圆柱体受到水平地面摩擦力的大小；
小物块质量的取值范围。
17.如图所示，一竖直放置的足够长的导热汽缸由A、B两部分构成，厚度不计的绝热活塞a、b可以上下无摩擦地移动，汽缸连接处有小卡销，使活塞b不能通过连接处进入气缸A。现将活塞a和活塞b用一轻质细弹簧拴接，两活塞之间封闭有一定量的理想气体，刚开始时，活塞a位于气缸A底端，系统处于静止状态，此时两活塞间气体的温度为，压强等于大气压强。已知活塞a、b的质量分别为2m、m，横截面积分别为2S、S，弹簧原长为，劲度系数为，大气压强为，重力加速度为g。现缓慢加热两活塞间的气体。
求活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度；
求当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度；
两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，封闭气体的内能增加了，求该过程中封闭气体从外界吸收的热量。
18.用密度为、电阻率为、横截面积为S的金属条制成边长为L的闭合正方形框abcd。如图所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为金属方框的ad边和bc边都处在磁极间，极间磁感应强度大小均为B，磁场区域在竖直方向足够长。将金属方框由静止开始释放，其平面在下落过程中始终保持水平，不计空气阻力。
求金属方框下落的最大速度；
当金属方框下落的加速度为时，求金属方框的发热功率P；
已知金属方框由静止开始下落高度h时其速度达到，若在此过程中方框内产生的热量与一恒定电流在相同时间内在该框中产生的热量相同，求恒定电流的大小。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
A.是核聚变反应方程，故A正确；
B.射线是能量很高的电磁波，它的穿透能力很强，电离本领很差，故B错误；
C.在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故C错误；
D.放射性元素的半衰期是其本身的属性，与温度无关，故D错误。
2.【答案】B
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【解答】
【解答】
解：在室外环境温度降低的过程中，乒乓球内气体放出热量，内能减小，故A错误;
B.温度降低，分子平均动能减少，体积不变，则压强减小，故B正确;
C.温度降低，分子平均动能减少，但不是每个分子的速率均减小，故C错误;
D.温度降低，分子平均动能减少，体积不变，则压强减小，气体分子对球壁的平均作用力大小减小，故D错误。
故选B。
3.【答案】D
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【解答】
【解答】
解：A、大量处于能级的氢原子，当它们向较低能级跃迁时可辐射种不同频率的光子，故A错误;
B、氢原子辐射出能量，能量减小，轨道半径减小，根据玻尔理论知电子动能增大，而其电势能减小，故B错误;
CD、从能级跃迁到能级时辐射的光子能量最大，频率最大，波长最短，从能级跃迁到
能级时辐射出的光子能量最小，频率最小，波长最长。故C错误、D正确;
故选：D。
4.【答案】D
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【解答】
【解答】
根据光电效应方程可得，根据动能定理可得，
联立两式可得，
代入题图数据联立方程可得：，
解得，故D正确、ABC错误。
故选：D。
5.【答案】A
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
开关S断开时，极板间有一带电灰尘恰好静止，则，
由电磁振荡的周期公式可得：，则从线圈中电流第一次达到最大时开始计时，当时，电容先反向充电，接着放电，再充电完成后，此时电场力方向向上且，可得：，故A正确BCD错误。
6.【答案】A
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【解答】
【解答】
解：由图可知，甲做初速度为0的匀加速直线运动
乙做的匀减速直线运动
设交点坐标为、，速度时乙的位移为
将和分别代入联立可得：①
将和分别代入联立可得：②
联立①②得：
将代入，解得：，则乙的运动学公式为
乙质点运动到位置处的速度大小为，故A正确、BCD错误。
故选：A。
7.【答案】C
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
设a、b两端电压为U，，变压器原、副线圈数比为，则；
A.表的示数，
对于变压器电路，升压变压器副线圈两端的电压为：，
设通过的电流为I，则，，，
又：，
联立解得：，，，；
比较，可知：由于，，所以，即的示数小于的示数，故A错误；
B.的功率：，的功率：，
比较，可知：由于，所以，则，即的功率大于的功率，故B错误；
C.两端的电压：，两端的电压：；由于，所以，即两端的电压大于两端的电压，故C正确；
D.两端的电压：，两端的电压：，
由于，，所以，即两端的电压小于两端的电压，故D错误。
8.【答案】B
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
以密封气体为研究对象，设U型管横截面积为S，对小车静止时和有加速度时根据玻意耳定律有，解得密封气体后来压强，设U型管水平部分液柱长度为，对U型管水平部分根据牛顿第二定律有，将代入解得 ，B正确。
9.【答案】CD
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
A.液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故 A错误;
B.根据热力学第二定律，可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机是不可能的，故 B错误;
C.草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的，故 C正确;
D.在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体，例如天然石英是晶体，熔融过的石英却是非晶体，把晶体硫加热熔化温度超过再倒进冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故 D正确。
故选CD。
10.【答案】BC
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
如图所示，两段绳子与竖直方向夹角是相等的。
假设绳子的长度为L，则，绳子一端在上下移动的时候，绳子的长度不变，两杆之间的距离不变，则角度不变，由，可知拉力不变，衣服位置升高；
绳子由b移动到c过程，d减小，角减小，拉力T减小，衣服位置下降，故BC正确。
11.【答案】AD
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
由题可知，该定质量气体在从 A到B状态变化过程中沿直线变化，则可得p是V的一次函数，即，，代入理想气体状态方程：为常量得，可知T为V
的二次函数，抛物线开口向下有最大值，且当时有最大值，由图像可知B点横坐标为2V0，故AB段函数关系式为0，即斜率，截距0，故当0时即B点处温度取极值，对AB两个位置，根据，解得温度的最高值，A正确，
B.一定质量的理想气体的内能与其热力学温度成正比，可知气体自的过程中内能从增加到，故内能增加，B错误；
C.图像中面积代表外界对气体做功，AB过程气体体积变大，由图像面积知外界对气体做功为，BC过程中气体体积变次奥，由图像面积知外界对气体做功为，故整个过程外界对气体做的总功为，C错误；
D.设气体自的过程中向外界放热为Q，对AC两个位置有，解得，故从B到C内能由变为，内能改变量故根据热力学第一定律有，解得，D正确；
12.【答案】ABC
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
A、由动量定理，，得，A正确；
BC、进入磁场Ⅱ时瞬间速度设为，由，，得，
进入磁场区域Ⅱ时，受安培力沿轨道向下，重力分力沿轨道向下，，金属棒减速，随速度减小，安培力减小，做加速度减小的减速运动，直到减速为0，此时加速度向下，大小为，向下运动时安培力向上，随速度增大安培力增大，，加速度逐渐减小，直到加速度为0，则有，得，
对此过程应用动量定理，其中，得，BC正确；
D、金属棒在倾斜部分磁场中运动，由能量守恒，由于上升过程安培力大于下降过程安培力，距离相同，所以上升过程回路产生的焦耳热，D错误。
13.【答案】 ，或偏大
【解析】本题考查胡克定律，结合图像分析求解。
图乙所示读数为；
根据胡克定律有，整理得，斜率，弹簧的劲度系数表达式；
代入数据可得；
考虑弹簧与桌面、细绳与滑轮间有摩擦，对真实值得测量有，对比测量值对应式子可知，测量值大于真实值。则弹簧劲度系数的测量值与真实值相比将偏大。
14.【答案】；
，；
小。
【解析】由题意可知，电流大于200 mA时，电磁铁吸合铁片，结合光敏电阻特性知，将其串联进控制电路，再将电阻箱串联保护电路，如图：
；
电阻箱读数为，由丙图知光照强度为时光敏电阻为，
由得；
光照强度降低到时光敏电阻阻值增大，要使电流不变，电阻箱阻值调小。
15.【答案】解：金属框转动的过程中，
的过程中流过电阻R的电荷量为，
金属框转动一周的过程中，流过电阻的电荷量为。
设金属框转动的角速度为，则有，
金属框中电动势最大值，
金属框转动的周期为，
根据焦耳定律可得电阻产生的焦耳热为，
解得。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
16.【答案】解：对小球受力分析如图，
轻绳OA拉力大小，
解得，
以小球和半圆柱体整体为研究对象，可知半圆柱体所受的摩擦力方向水平向左，大小等于拉力 T沿水平向右方向的分力，
即，
。
以结点O为研究对象，对其受力分析如图，
由平衡关系得，
代入数据解得，
以B为研究对象，当静摩擦力沿斜面向上达到最大值时有，
解得，
当静摩擦力沿斜面向下达到最大值时有，
解得，
物块B质量的取值范围为。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
17.【答案】解：设初始状态弹簧的伸长量为，活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度，
对活塞，
，
活塞a刚要开始向上运动时，
对活塞，
对活塞，
解得：，
，
设此时弹簧伸长量为，
有，
，
对活塞间气体由理想气体状态方程，
解得：。
当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度为，活塞a运动后，活塞间气体压强保持不变，
由盖-吕萨克定律，
。
设该过程外界对气体做的功为W，
，
，
根据热力学第一定律：，
解得：。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
18.【答案】解：方框质量，方框电阻，
方框下落速度为v时，产生的感应电动势，感应电流，
方框下落过程，受到重力 G及安培力F，，方向竖直向下，
，方向竖直向上，
当时，方框达到最大速度，即，则，
方框下落的最大速度；
方框下落加速度为时，有，则，
方框的发热功率；
设下落高度h的时间为t，由能量守恒定律，有，，
由动量定理，有，
即，
求和得，解得，
解得恒定电流。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】