2023-2024学年北京市丰台区高二（下）期末物理试卷（含答案）

2023-2024学年北京市丰台区高二（下）期末物理试卷
一、单选题：本大题共14小题，共42分。
1.下列说法正确的是( )
A. 光是一种电磁波 B. 光需要介质才能传播
C. 声波只能在空气中传播 D. 在空气中传播的声波是横波
2.圆形铁丝圈蘸一些肥皂液后会形成肥皂膜，将铁丝圈竖直放置，在自然光照射下，肥皂膜呈现出彩色条纹。下列说法正确的是( )
A. 这是光的偏振现象 B. 这是光的衍射现象 C. 彩色条纹为横纹 D. 彩色条纹为竖纹
3.关于卢瑟福粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是( )
A. 绝大多数粒子在实验中几乎不偏转，主要原因是原子内部十分“空旷”
B. 绝大多数粒子在实验中几乎不偏转，是因为原子核质量很大
C. 使粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对粒子的库仑力
D. 使粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对粒子的万有引力
4.夏天由于气温升高，汽车轮胎内的气体压强变大，更容易造成爆胎。假设轮胎不漏气且气体可视为理想气体，与冬天相比，夏天轮胎内的气体( )
A. 分子间斥力更大 B. 分子的平均动能更大
C. 所有分子的运动速率都更大 D. 气体内能更小
5.下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是( )
A. 甲图是分子势能与分子间距离的关系图象，点对应的距离分子间相互作用表现为引力
B. 乙图是模拟气体压强产生机理的实验，实验中要保证每颗豆粒与台秤碰撞时的速率相等
C. 丙图是显微镜下某微粒运动每隔的位置连线，这就是微粒的运动轨迹
D. 丁图是氧气分子分别在和时的速率分布情况，实线对应的是
6.在如图所示的电路中，是自感系数很大、电阻很小的线圈，、是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关后，两灯始终一样亮
B. 闭合开关后，灯泡中电流从右向左
C. 当断开开关时，两灯同时熄灭
D. 当断开开关时，灯泡中电流从右向左
7.如图所示，一定质量的理想气体从状态开始，经历三个过程，沿直线先后到达状态和，最终回到状态。下列说法正确的是( )
A. 从到，气体内能减小 B. 从到，气体从外界吸热
C. A、两状态，气体温度相同 D. B、两状态，气体温度相同
8.位于坐标原点处的波源发出一列沿轴正方向传播的简谐横波。时波源开始振动，经过一个周期时的波形图如图所示，则波源振动的位移随时间变化的关系式为( )
A.
B.
C.
D.
9.手机防窥屏的原理图如图所示，防窥屏可视为某种透明介质，在屏中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于手机屏幕。手机上发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。防窥屏可实现对发光像素单元可视角度的控制。下列说法正确的是( )
A. 防窥屏的厚度越大，可视角度越小 B. 透明介质的折射率越小，可视角度越小
C. 屏障的宽度越大，可视角越小 D. 屏障的高度越大，可视角度越大
10.如图所示，一个理想变压器的原、副线圈的匝数比为：，原线圈两端、接正弦式交流电源。在原线圈前串联一个规格为“熔断电流、电阻”的保险丝，与原线圈并联的电压表的示数稳定为，电压表为理想电表，若电路可以长时间正常工作，下列说法正确的是( )
A. 通过电阻的最大瞬时电流为 B. 电阻增大时，流经保险丝的电流也增大
C. 保证保险丝不断的电阻的最小值为 D. 变压器的输出功率最大值为
11.如图所示，光电倍增管是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，两极间还放置四个倍增电极、、、。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。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，然后在电场作用下射向下一个倍增电极，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，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是( )
A. 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
B. 光电倍增管内阳极接收电子的能量全部来源于照射光
C. 图中标号为偶数的倍增电极电势要高于标号为奇数的电极电势
D. 适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的光信号
12.北京时间年月日时分，太阳爆发了一次射线耀斑，射线耀斑的级别划定通常以地球同步轨道卫星观测到的射线流量来表征。射线流量指在单位时间、单位面积上接收到的射线能量。若太阳均匀地向各个方向辐射射线，设波长为，太阳辐射射线的总功率为。同步卫星探测仪正对太阳的面积为，卫星离太阳中心的距离为，普朗克常量为，光速为，则同步卫星探测仪探测到的射线流量中的光子数为( )
A. B. C. D.
13.如图所示，弹性小球和叠放在一起，从距地面高度为处自由落下，落地瞬间，先与地面碰撞，后与碰撞，远大于两小球直径，小球的质量远大于小球质量。假设所有的碰撞均为竖直方向内弹性碰撞，且碰撞时间均可忽略不计，不考虑空气阻力，则下列判断中正确的是( )
A. 下落过程中与之间存在相互作用
B. 小球与地面碰撞后，小球的速度为零
C. 与第一次碰后小球弹起的最大高度约为
D. 与第一次碰后小球弹起的最大高度约为
14.如图甲所示，通过电流加热，热阴极中的电子克服逸出功离开阴极，之后被加速电场加速撞击阳极，在撞击阳极原子的过程中，电子以极大的加速度减速，损失的能量则以射线的形式辐射出去。大部分电子经历多次碰撞而减速，因此辐射的能谱是连续谱，图乙为不同加速电压下测量到的射线能谱，横轴为射线波长，纵轴为相应波长的射线强度。电子从阴极逸出时的速度忽略不计，下列推断不正确的是( )
A. 随加速电压增大，射线强度的极大值向频率更高的方向移动
B. 当电子撞击阳极被瞬间减速到时，辐射的射线波长最短
C. 只改变阳极材料，射线的最短波长也会随之变化
D. 若用加速电压加速电子，产生的射线的最短波长约为
二、实验题：本大题共2小题，共18分。
15.某小组做“用双缝干涉测量光的波长”实验。
将实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示，则在甲图中、、处分别应该安装的器材是______。
A.单缝、滤光片、双缝
B.单缝、双缝、滤光片
C.滤光片、单缝、双缝
D.双缝、滤光片、单缝
如图乙所示，测量头中分划板上的刻度线先后处于、位置，位置的读数为，位置的示数如图丙所示，读数为______；根据、位置读数，得到相邻亮条纹的间距 ______结果保留三位小数；已知双缝间距为，双缝到毛玻璃屏的距离为，此单色光波长的表达式 ______用、、、表示。
16.两个实验小组做“探究气体等温变化规律”实验。
一组同学利用如图甲所示的装置进行实验，注射器中密封了一定质量的空气。通过刻度尺读取空气柱的长度，从与注射器内空气柱相连的压力表读出空气柱的压强。
实验过程中，下列操作正确的是______。填选项前字母
A.在柱塞上涂抹润滑油可以提高装置的气密性
B.应快速推拉柱塞并迅速读数，以避免气体与外界发生热交换
C.推拉柱塞时，手不可以握住整个注射器
一组同学在不同温度下用同一空气柱进行实验，测出两条等温线，如图所示，则 ______填写“”或“”。
一组同学在某次实验中，以压强为纵轴，以体积的倒数为横轴，把采集的各组数据在坐标纸上描点。如图发现图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一现象的可能原因是______。答一种情况即可
二组同学用气体压强传感器做实验。实验装置如图乙所示，研究对象是注射器中的密闭气体。气体压强传感器通过塑料管与注射器相连。由注射器壁上的刻度可以读出气体的体积；由压强传感器测得的压强值在计算机屏幕上可以实时显示。
二组同学正确操作实验后，获得不同体积时气体压强的数值。利用计算机作出气体的图像，发现图线不过坐标原点，如图所示，图中的物理含义是______。
二组同学在同一环境温度下进行了两次实验。根据他们测得的数据，分别作出的图像如图所示，图线与分别对应两次实验数据，图线斜率大于图线斜率的可能原因是______。答一种情况即可
三、计算题：本大题共4小题，共40分。
17.如图所示，一束激光沿半径方向射入空气中截面为半圆形的玻璃砖，点是玻璃砖的圆心。已知光线的入射角，它的反射光线与折射光线的夹角为。
画出反射和折射光路图，并标出折射角；
求这种玻璃的折射率；
分析说明当入射角时，是否会发生全反射现象。
18.如图所示，坐标原点处有一质点做振幅的简谐运动，形成一列自左向右传播的简谐横波，在时刻处质点刚开始振动。质点、平衡位置的坐标分别是、，已知在时，质点第一次位于波峰。求：
这列波的周期和传播速度；
画出时的波形图；
从时刻起，质点第一次位于波峰所经历的时间及通过的路程。
19.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量。根据狭义相对论，光子的能量与其动量的关系为，其中为真空中光速。
推导波长为的单色光光子的动量表达式为普朗克常量；
在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，电子会带走一部分能量和动量。假设入射光子与静止的自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向垂直。已知入射光波长为，散射后波长为。
画出碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图在图中标出光子碰前、碰后的动量大小；
分析比较入射光波长与散射后波长的大小关系。
如同大量气体分子与器壁频繁碰撞产生压力一样，当光照射到物体表面时，也将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。有科学家设想利用太空中阻力很小的特点，可以在宇宙飞船上安装太阳帆，利用光压推动飞船前进，实现星际旅行。若将一个材质很轻、面积足够大的太阳帆完全展开，调整帆面方向，使其与太阳光照方向垂直。已知帆面处单位面积接收的太阳光辐射功率为，其中被太阳帆表面反射的光占入射光比例为，其余的入射光均被太阳帆面吸收，不考虑光子被反射前后的能量变化。推导太阳帆受到的光压光的表达式。
20.利用如图所示的装置来研究光电效应。真空中一对半径均为的圆形金属板、，圆心正对平行放置，两板距离为，板中心镀有一层半径为的圆形锌金属薄膜。两金属板、之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。当板受到频率为的单色光持续照射后，只有锌金属薄膜发生光电效应，光电子向各方向逸出。假设保持光照条件不变，单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为，调节金属板、两端电压，当微安表示数恰好为零时，测得遏止电压为；进一步实验发现，当金属板、两端电压大于或等于某一电压值时，微安表示数始终为最大值。两板带电时板间的电场可视为匀强电场，不考虑平行板的边缘效应；忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用。已知普朗克常量为，电子的电荷量为，电子质量为求：
锌薄膜的逸出功；
微安表示数最大值和电压值；
某同学进一步查阅资料，获得了以下信息：
原子半径大小的数量级为，普朗克常量；
某普通光源，发光的频率为，其在内垂直照射到面积上光的能量约为；
电子吸收一个光子后若能量不足以使其脱离金属表面，会在不超过的时间内将能量释放给周围原子而恢复到原状态。
请结合以上信息，估算说明在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。
参考答案
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16. 装置漏气 塑料管内的气体体积 两组实验气体质量不同
17.解：根据题意作图如图
反射角为，根据题意可知折射角
根据折射定律有
根据全反射临界角公式有
当入射角为时有
则会发生全反射。
18.解：简谐波向右传播，则点向上运动，在时，质点第一次位于波峰，则
解得
由图可知波长为，则波速为
解得
时的波形图如图
当的振动传递到点时，点位于波峰，则有
时刻的质点向下振动，则点的起振方向向下，路程为
答：这列波的周期和传播速度；
时的波形图如图
从时刻起，质点第一次位于波峰所经历的时间，通过的路程。
19.解：根据
解得
根据，碰前光子的动量为
碰后光子的动量为
根据动量守恒定律，碰撞后，光子的动量与碰后电子的动量的矢量和等于碰前入射光子的动量，矢量图如图所示；
根据能量守恒定律，碰后光子的能量变小
解得
散射后波长大于入射光波长；
一小段时间内，太阳帆接收的光子数为
取光子初速度方向为正方向，根据动量定理得
光产生的压强为
解得
答：见解析；
碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图如图所示
入射光波长与散射后波长的大小关系。
太阳帆受到的光压的表达式。
20.解：当板受到频率为的单色光持续照射后，根据爱因斯坦光电效应方程
遏止电压为，则
解得
由于单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为，则有
当板中心的圆形锌金属薄膜边缘部分的射出的以平行于极板的最大速度射出的光电子恰好到达板边缘时，所有光电子均能够达到板，对该光电子，根据类平抛规律有
根据牛顿第二定律有
其中，根据动能定理
解得
某普通光源，光子的能量为
在内垂直照射到原子上的光的能量约为
其中
则内照射到一个原子范围的光子个数
假设光子流密度均匀，相邻两个光子到达同一个原子范围内的时间为
代入数据联立，解得
即原子将能量释放给周围原子而恢复到原状态时下一个光子还未到达，所以，在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。
答：锌薄膜的逸出功；
微安表示数最大值，电压值；
用在内垂直照射到原子上的光的能量除以某普通光源一个光子的能量可以求解内照射到一个原子范围的光子个数，进一步可以求解相邻两个光子到达同一个原子范围内的时间，与比较，进而解释在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。
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