2023-2024学年甘肃省兰州第一中学高二（下）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年甘肃省兰州第一中学高二（下）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列说法正确的是( )
A. 只要对内燃机不断进行革新，总有一天它可以把气体的内能全部转化为机械能
B. 产生布朗运动的原因是大量水分子做无规则运动对花粉颗粒各个方向撞击作用的不均衡性
C. 康普顿研究石墨对射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D. 根据黑体辐射实验规律可知，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向着频率较低的方向移动
2.已知铜的摩尔质量为，铜的密度为，阿伏加德罗常数为。下列判断正确的是( )
A. 个铜原子的体积为 B. 铜中所含的原子数为
C. 铜中所含的原子数为 D. 个铜原子的直径为
3.如图为某单摆的振动图像，重力加速度取，下列说法正确的是( )
A. 摆长为，起始时刻速度最大 B. 摆长为，起始时刻速度为零
C. 摆长为，、点的速度相同 D. 摆长为，、点的速度相同
4.空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为，温度为，加热一段时间后气体温度升高到，此过程中气体吸收的热量为，则( )
A. 升温后所有气体分子的动能都增大
B. 升温后胆中气体的压强为
C. 此过程胆中气体的内能增加量为
D. 此过程中由于气体对外界做功小于气体吸收的热量，则气体内能增加
5.分子间作用力与分子间距的关系如图所示。某空间有、两个分子，假设分子固定在坐标原点处，分子从无穷远以某一初速度向分子运动。规定两分子相距无穷远时分子势能为零。仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是( )
A. 分子从到的运动过程中，分子间作用力先增大再减小
B. 分子从到的运动过程中，分子势能先增大再减小
C. 分子从到的运动过程中，分子的分子动能先增大再减小，时动能最大
D. 分子从到的运动过程中，分子先做加速度增大的加速运动再做加速度减小的减速运动
6.如图所示，一定质量的理想气体，由状态经状态变化到状态，下列说法正确的是( )
A. 状态的温度低于状态的温度
B. 由状态到状态的过程，气体对外界做正功
C. 由状态到状态的过程，气体放出热量
D. 由状态到状态的过程，单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数增大
7.在夏天的高温天气下，一辆家用轿车的胎压监测系统显示一条轮胎的胎压为是指个标准大气压、温度为。由于胎压过高会影响行车安全，故快速时间很短放出了适量气体，此时胎压监测系统显示的胎压为、温度为，设轮胎内部体积始终保持不变，气体视为理想气体，则下列说法正确的是( )
A. 由于轮胎内部体积不变，则气体不做功
B. 此过程中放出的气体质量是原有气体质量的
C. 由于温度降低轮胎内每个气体分子的速率都变小
D. 轮胎内的气体分子单位时间内撞击轮胎的次数可能不变
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
8.关于固体、液体，下列说法正确的是( )
A. 烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母是晶体
B. 把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于水的表面存在表面张力
C. 当液体与固体的相互作用小于液体分子之间的相互作用时，则此时表现为浸润
D. 液晶像液体一样具有流动性，但其光学性质具有各向异性
9.图甲为一列简谐横波在时刻的波形图，是平衡位置为处的质点，是平衡位置为处的质点，图乙为质点的振动图像。则下列说法正确的是( )
A. 该机械波向轴正方向传递
B. 该机械波的速度为
C. 从到，质点通过的路程为
D. 在时，质点的加速度方向沿轴负方向
10.太阳能电池板是利用光电效应将光能转化为电能的设备，如图所示是研究制作电池板的材料发生光电效应的电路图。用波长为的光照射阴极，保持滑动变阻器的下滑片不动，调节滑动变阻器的上滑片，测得流过灵敏电流计的电流与之间的电势差满足如图乙所示的规律，已知电子的电荷量大小为，阴极材料的逸出功为，下列说法正确的是( )
A. 用图甲实验电路研究光电效应，要测量遏止电压，滑片应向端滑动
B. 将滑动变阻器的滑片由端向右移动的过程中电流逐渐增大
C. 若用波长为的光照射阴极，则遏止电压将变为
D. 不改变入射光的波长，只增加入射光的光照强度，饱和电流不变
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。
在组装仪器时单缝和双缝应该相互_____放置。选填“垂直”或“平行”
测量过程中，下列说法正确的是______。
A.换用间距更大的双缝，相邻两条亮条纹中心的距离增大
B.把红色滤光片换成绿色滤光片，相邻两条亮条纹中心的距离增大
C.把屏向靠近双缝的方向移动，相邻两条亮条纹中心的距离减小
某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的读数为，已知双缝间距，测得双缝到毛玻璃屏的距离，所测光的波长的表达式______。用题目给出的物理量表达
12.小明同学在“油膜法估测油酸分子大小”的实验中，具体操作如下：
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
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
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
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，根据油酸酒精溶液的浓度再计算出一滴纯油酸的体积
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，根据一滴纯油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小
上述实验步骤的正确顺序是_____填写实验步骤前的序号。
实验中，小明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滴，则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为_____；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，测得油酸薄膜的面积为，则可求得油酸分子的直径为_____用、、、、表示；若根据实验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，则油酸薄膜的面积_____。
小明同学通过实验得到的油酸分子的直径和查阅资料所得数据相比，测量结果偏大。可能是因为______。
A.油膜中仍然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少记录了几滴
四、计算题：本大题共3小题，共41分。
13.如图所示，一个足够大的水池盛满清水，水池底部中心有一点光源，其中一条光线斜射到水面上距为的点时，它的反射光线与折射光线恰好垂直。光线在水中的折射率为，求：
水池的深度；
水面上被光源照亮部分的面积。用、、写出表达式
14.如图所示，某超市两辆相同的手推购物车静置于水平地面上，质量均为。第二辆车前方是瓷砖墙，已知当其受冲击力超过会发生碎裂。为节省收纳空间，工人给第一辆车一个水平初速度，沿直线运动距离后与第二辆车相碰，且在极短时间内相互嵌套结为一体，再以共同的速度运动距离到达瓷砖墙。购物车与墙壁碰撞后，以碰前速度大小的一半弹回，与墙壁的作用时间。购物车与地面的摩擦力为其重力的倍，忽略空气阻力，取重力加速度。
求购物车与瓷砖墙壁碰前的速度大小；
购物车与墙壁碰撞时忽略地面摩擦力的影响，请计算在保证瓷砖不会碎裂的前提下，工人给第一辆车的水平初速度的最大值。
15.如图，上端开口的竖直汽缸由小、大两个同轴圆筒组成，两圆筒高均为。两圆筒中各有一个厚度不计的活塞，小活塞的横截面积为、质量为；大活塞的横截面积为、质量为。两活塞用长为的刚性杆连接，两活塞间充有氧气，大活塞下方充有氮气。小活塞的导热性能良好，汽缸及大活塞绝热，开始时，氮气和外界环境的温度均为，大活塞处于大圆筒的中间位置，且刚性杆上恰无弹力。重力加速度用表示，外界的大气压强恒为，氧气和氮气均可看做理想气体。
开始时氮气的压强是多少？
通过电阻丝缓慢加热氮气，当大活塞刚上升时，氮气的温度是多少？
当大活塞刚上升时，设平均每个氮气分子对容器壁撞击力为，继续加热氮气，当氮气的温度上升到时，设平均每个氮气分子对容器壁撞击为，试分析比大还是小？
答案解析
1.
【解析】A.根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，可知内燃机不可能将气体的内能全部转化为机械能，故A错误；
B.布朗运动是固体微粒的无规则运动，产生布朗运动的原因是大量水分子做无规则运动对花粉颗粒各个方向撞击作用的不均衡性，故B正确；
C.康普顿研究石墨对射线散射时，发现散射后含有波长大于原波长的射线成分，故C错误；
D.根据黑体辐射实验规律可知，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向着频率较高的方向移动，故D错误。
故选B。
2.
【解析】A.摩尔铜原子的体积为 ，则个铜原子的体积为 ，选项A错误；
B. 铜的物质的量为 ，则其中所含的原子数为 ，选项B错误；
C.铜的物质的量为 ，其中所含的原子数为 ，选项C错误；
D.将铜原子看做球体，则个铜原子的体积
解得个铜原子的直径为
选项D正确。
故选D。
3.
【解析】由单摆的振动图像可知振动周期为 ，由单摆的周期公式 得摆长为
，图像的斜率代表速度，故起始时刻速度为零，且、点的速度相同，、点的速度大小相同，方向不同。
故选：。
4.
【解析】A.升温后气体分子的平均动能增大，并不是所有气体分子的动能都增大，故A错误；
B.根据题意可知，气体的体积不变，气体为等容变化，气体可视为理想气体，根据查理定律可得
代入数据可得
故B错误；
由于气体的体积不变，气体做功
气体吸收的热量为
根据热力学第一定律有
故C正确，D错误。
故选C。
5.
【解析】A.根据图像可知，分子从 到 的运动过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，故A错误；
B.分子从 到 的运动过程中，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小再增大，故B错误；
C.分子从 到 的运动过程中，分子力先做正功后做负功，分子的分子动能先增大再减小， 时，动能最大，故C正确；
D.分子从 到 的运动过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，分子先做加速度增大的加速运动，后做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，故D错误。
故选C。
6.
【解析】A.由图可知，由状态到状态的过程，理想气体的压强不变，体积减小，根据
可知状态的温度高于状态的温度。故A错误；
B.同理可知由状态到状态的过程，体积减小，外界对气体做正功。故B错误；
C.由图可知，由状态到状态的过程，理想气体体积保持不变，与外界没有做功，压强增大，由
可知理想气体热力学温度升高，则其内能增大，根据热力学第一定律
可知
即气体吸收热量。故C错误；
D.根据选项分析可知，由状态到状态的过程，体积减小，分数数密度增加，温度降低，分子的平均动能减小，而压强保持不变，则单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数增大。故D正确。
故选D。
7.
【解析】A.气体温度快速降低是因为气体与外界无热交换的情况下对外界做了功，故A错误；
B.根据
解得
则此过程中放出的气体质量是原有气体质量的
故B正确；
C.温度降低轮胎内气体分子的平均速率减小，但不是每个气体分子的速度都变小，故C错误；
D.轮胎内的气体压强减小，温度降低，分子平均速率减小，质量减小，体积不变，分子数密度减小，单位时间内撞击轮胎的次数变少了，故D错误。
故选B。
8.
【解析】A.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，表明云母具有各向异性，说明云母是晶体，故A正确；
B.表面张力具有引力效果，把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于水的表面存在表面张力，故B正确；
C.当液体与固体的相互作用小于液体分子之间的相互作用时，则此时表现为不浸润，故C错误。
D.液晶是一种特殊的物质形态，液晶像液体一样具有流动性，但其光学性质具有各向异性，故D正确。
故选ABD。
9.
【解析】解：、由图乙可知，时刻质点沿轴负方向振动，由图甲结合波形平移法可知，该机械波向轴负方向传播，故A错误；
B、由图甲可知该机械波的波长为，由图乙可知周期为，则该机械波的波速为，故B正确；
C.从到，经历时间，由于时刻质点不是处于平衡位置或者最大位移处，则从到，质点通过的路程，故C错误；
D、机械波向轴负方向传播，可知时刻质点沿轴正方向振动，在时，即经过时间，质点处于平衡位置上方，质点的加速度方向沿轴负方向，故D正确。
故选：。
由乙图读出点在时刻的振动方向，由甲图判断出波的传播方向；分别由两图读出波长和周期，从而求出波速；根据时间与周期的倍数分析质点通过的路程；在时，根据时间与周期的关系确定质点的位置，判断其加速度方向。
本题的关键是会根据质点的振动方向来判断波的传播方向，抓住振动图像和波动图像之间的内在联系，并能理解波的形成过程，根据时间与周期的关系分析质点的状态。
10.
【解析】A.滑动变阻器中电流由到，电势逐渐降低，要测量遏止电压，应在光电管两端加载反向电压，应使处于低电势，所以要将向端滑动，故A正确；
B.端电势高，端电势低，将滑动变阻器的滑片由端向右移动的过程中，加在光电管两端的正向电压逐渐增大，则流过灵敏电流计的电流逐渐增大，当达到饱和电流时，电流保持不变，故B错误；
C.根据爱因斯坦光电效应方程得
若用波长为 的光照射阴极，有
联立，可得遏止电压将变为
故C正确；
D.不改变波长，只增加入射光的光照强度，相当于增加了入射光单位时间内的光子个数，则单位时间逸出的光电子的个数增加，饱和电流 将增加，故D错误。
故选 AC。
11.平行


【解析】只有保证单缝和双缝互相平行，才能在屏上出现明暗相间的条纹。
根据
可知换用间距更大的双缝，相邻两条亮条纹中心的距离减小。故A错误；
B.同理，把红色滤光片换成绿色滤光片，入射光的波长变短，相邻两条亮条纹中心的距离减小。故B错误；
C.同理，把屏向靠近双缝的方向移动，相邻两条亮条纹中心的距离减小。故C正确。
故选C。
依题意，相邻亮条纹间距为
又
联立，解得
12.


【解析】实验步骤为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，根据油酸酒精溶液的浓度再计算出一滴纯油酸的体积，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，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，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，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，根据一滴纯油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。
上述实验步骤的正确顺序是。
一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
油酸分子的直径为
根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为格，则油膜总面积为
计算油酸分子直径的公式
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 体积溶液滴数时少记录了几滴，导致油酸体积测量值 偏大，则油酸分子直径测量值偏大，故D正确。
故选BCD。
13.设射向点的光线的入射角与折射角分别和，由题意得
由题知
水的折射率
解得
设射向水面的光发生全反射的临界角为，则有
圆形光斑的半径
圆形光斑的面积
解得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.设第辆车与第辆车碰前速度为 ，则有
由牛顿第二定律得
两车相碰过程中，由动量守恒定律得
设嵌套后与墙壁碰前速度为 ，则有
联立代数解得
购物车与墙壁碰撞过程中，由动量定理得
根据速度与位移的关系式有
两车相碰过程中，由动量守恒定律得
根据速度与位移的关系式有
联立代数解得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.以两活塞和杆为整体受力分析可得
对上方小活塞受力分析可得
联立可得，氮气的压强为
对于氧气，温度不变，初状态 ，
末状态设压强为 ，体积为
根据玻意耳定律知
代入数据解得
以两活塞和杆为整体受力分析可得
可得
根据理想气体状态方程知
代入数据解得
当大活塞刚上升 后，继续增加温度，氮气的体积不变，氮气做等容变化，根据
可得
可知温度为 时的压强为温度为 的倍，但由于氮气气体分子的温度升高，平均速率变大，所以单位时间内撞击容器壁的次数变多，所以每一次的撞击力小于倍，即 大于 。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
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