2023-2024学年福建省福州市福建师范大学附属中学高二（下）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年福建省福州市福建师范大学附属中学高二（下）期末
物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是( )
A. 换用更粗的头发丝
B. 换用红色激光照双缝
C. 增大纸板与墙面的距离
D. 减小光源与纸板的距离
2.声呐是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理对水下目标进行探测和通讯的电子设备，现代军舰多利用声呐探测水下目标。图甲是某舰搭载的声呐发出的一列超声波在时刻的波形图，图乙是质点的振动图像，则下列说法正确的是( )
A. 超声波遇到大尺寸障碍物可以发生明显的衍射现象
B. 舰艇靠近静止的障碍物时，障碍物接收到超声波的频率小于声呐发出的超声波的频率
C. 超声波沿轴正方向传播，波速为
D. 时间内，质点沿轴运动了
3.大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有( )
A. 种
B. 种
C. 种
D. 种
4.为顺利带回月球背面的样品，科研人员为嫦娥六号设计了个阶段的飞行任务。在嫦娥六号探测器的着陆下降阶段，探测器在距离月球某高度时，会在反推力的作用下短暂悬停在月球表面。假设探测器悬停时，在时间内向下喷出的气体质量远小于探测器的质量为，喷出的气体相对于月球表面的速度大小为，则探测器在该位置受到的重力大小为( )
A. B. C. D.
5.如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在面发生全反射。反射光射向面。若逐渐增大。两束光在面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是( )
A. 在面上，红光比绿光更靠近点
B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C. 逐渐增大时，入射光可能在面发生全反射
D. 逐渐减小时，两束光在面折射的折射角逐渐增大
6.一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，过程是等压过程，过程中气体与外界无热量交换，过程是等温过程。下列说法正确的是( )
A. 过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
B. 过程，气体对外做功，内能增加
C. 过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
D. 过程，气体从外界吸收的热量等于过程放出的热量
7.如图甲所示，在光滑水平面上，小球以初动量沿直线运动，与静止的带轻质弹簧的小球发生正碰，此过程中，小球的动量随时间变化的部分图像如图乙所示，时刻图线的切线斜率最大，此时纵坐标为，时刻纵坐标为零。已知小球、的直径相同，则( )
A. 小球、的质量之比为
B. 时刻弹簧的弹性势能最大
C. 小球的初动能和弹簧最大弹性势能之比为
D. 时间内，小球的动量变化量为
二、多选题：本大题共5小题，共20分。
8.下列说法正确的是( )
A. 由于晶体熔化过程中要吸收热量，所以分子的平均动能会变大
B. 在液体表面张力作用下，叶面上的小露珠呈球形
C. 天然水晶和熔化后再凝固的水晶即石英玻璃都是称为水晶，也都是晶体
D. 当液晶中电场强度不同时就显示不同颜色，这是利用了液晶对光的各向异性
9.对图中的甲、乙、丙、丁图，下列说法中正确的是( )
A. 图甲中将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光垂直照射透镜与玻璃板，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环
B. 图乙中单色光进入平行玻璃砖传播，当入射角逐渐增大到某一值后不会再有光线从玻璃砖下表面射出
C. 图丙得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
D. 图丁的、是偏振片，是光屏，当固定不动缓慢转动时，上的光亮度将发生变化，此现象表明光是横波
10.图甲为超声波悬浮仪，其基本原理是让在竖直方向正对的两个相干波源发射的超声波叠加后，会出现振幅几乎为零的点节点，小水珠能在节点处附近保持悬浮状态。图乙中、为平衡位置位于和的两个相干波源，该时刻两列波分别传到了点和点，已知声波传播的速度为。则在两列波相干并稳定后( )
A. 两列超声波信号频率均为
B. 该时刻、两波源的相位相反
C. 小水珠可在图乙中点位置附近悬浮
D. 小水珠可在图乙中点位置附近悬浮
11.如图甲为一玻璃半球的截面图，其半径为，为球心，为直径，现有均匀分布的红光垂直入射到半球的底面。已知球冠不含圆底面的表面积为如图乙，其中为球的半径，为球冠的高，光在真空中传播的速度为，玻璃对红光的折射率为，若只考虑首次射到球面的光，则下面说法正确的
是( )
A. 从半球面射出的光中，在玻璃内的传播时间最短为
B. 整个半球面透光的面积为
C. 所有射入到半球底面的光，有的会发生全反射
D. 若将入射光由红光换成紫光，则半球面透光的面积增大
12.如图所示，质量为的木板静止在光滑水平面上，质量为的物块以初速度滑上木板的左端，物块与木板之间的动摩擦因数为，在物块滑上木板的同时，给木板施加一个水平向右的恒力。当恒力取某一值时，物块在木板上相对于木板滑动的路程为，给木板施加不同大小的恒力，得到的关系如图所示，其中段与横轴平行，段的纵坐标为，若将物块视为质点，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取。则下列说法正确的是( )
A. 若恒力，物块滑出木板时的速度为
B. 点纵坐标为
C. 随着增大，当外力时，物块恰好不能从木板右端滑出
D. 图像中点对应的外力的值为
三、实验题：本大题共4小题，共16分。
13.在“用油膜法测分子直径”实验中，事先配好的体积浓度为的油酸酒精溶液，用注射器逐滴滴入量筒中，记下滴入溶液的滴数为。
每滴油酸溶液含有的纯油酸体积为______。
将适量爽身粉均匀地撒在水面上，用注射器靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。形成的油膜将_________
A.先扩张后收缩至稳定
B.逐渐扩张至稳定
C.一直缓慢扩张
14.如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，长方体玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。为直线与的交点。在直线上竖直插上，、两枚大头针。
该同学接下来要完成的必要步骤有______。填选项前的字母
A.插上大头针，使仅挡住的像
B.插上大头针，使挡住、的像
C.插上大头针，使挡住和、的像
D.插上大头针，使仅挡住的像
过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接、。测量图中角和角的大小，则玻璃的折射率_____。
15.单摆可作为研究简谐运动的理想模型。
用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图，则摆球直径为________；
若将一个周期为的单摆，从平衡位置拉开的角度释放，忽略空气阻力，摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为，以释放时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡位置的位移与时间的关系为________。
16.用研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示。
下表表格中记录了实验中组数据，表中最后一组数据偏差较大，其可能原因是：________。
实验次数 压强 体积
有甲乙两位同学同时在同一个环境下严格按照实验要求操作实验，他们的实验结果图像在同一坐标中出现了不同的等温线如图所示，可能的原因是在实验开始封闭一定量气体时，甲封闭的气体质量比乙封闭的气体质量________。填“大”或“小”
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
17.某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为，压强为的气体，容器内有一个面积平方米的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：
气体现在的压强；
观测台对气体的压力。
18.如图所示，一实验小车静止在光滑水平面上，其上表面有粗糙水平轨道与光滑四分之一圆弧轨道。圆弧轨道与水平轨道相切于圆弧轨道最低点，一物块静止于小车最左端，一小球用不可伸长的轻质细线悬挂于点正下方，并轻靠在物块右侧。现将细线拉直到水平位置时，静止释放小球，小球运动到最低点时与物块发生弹性碰撞。碰撞后，物块沿着小车上的轨道运动，已知细线长。小球质量。物块、小车质量均为。小车上的水平轨道长。圆弧轨道半径。小球、物块均可视为质点。不计空气阻力，重力加速度取。
求小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小；
求小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小；
为使物块能进入圆弧轨道，且在上升阶段不脱离小车，求物块与水平轨道间的动摩擦因数的取值范围。
19.如图所示，劲度系数的轻弹簧一端固定于水平面上，另一端连接物块，物块置于上不粘连，、质量均为，开始时物块和处于静止状态，物块的正上方高处固定一水平的可在竖直方向上下移动的挡板。现对物块施加方向始终向上、大小为的恒力，使、开始运动，已知、均可视为质点，与挡板、之间的碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，弹簧弹性势能为弹簧的形变量，为弹簧的劲度系数，质量为的质点做简谐运动周期为物体做简谐运动时的比例系数，即弹簧的劲度系数，重力加速度大小。
求刚开始时物块和处于静止状态时弹簧的压缩量；
求、第一次分离时，弹簧的形变量及、的速度大小；
求、第一次分离后，若二者没有发生碰撞，物块上升到最大高度时的加速度大小；
若、第一次分离后，经过一段时间后二者恰好能够在第一次分离位置相碰，求满足的条件。
答案解析
1..
【解析】由干涉条纹间距 ，可知：
A.换用更粗的头发丝，双缝间距变大，则相邻两条亮纹中央间距 变小，故A正确；
B.换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮纹中央间距 变大，故B错误；
C.增大纸板与墙面的距离，则相邻两条亮纹中央间距 变大，故C错误；
D.减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中央间距 ，故D错误。
故选A。
2..
【解析】A.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能发生明显的衍射现象。超声波的波长为，所以遇到大尺寸障碍物不可以发生明显的衍射现象，故A错误；
B.根据多普勒效应，舰艇靠近静止的障碍物时，两者之间距离减小，则障碍物接收到超声波的频率大于声呐发出的超声波的频率，故B错误；
C.由乙图可知 时，质点沿轴负方向振动，根据“同侧法”可得，超声波沿轴正方向传播。由图甲可得波的波长为
由图乙可得，超速波的周期为
则超速波的波速为
故C正确；
D.质点只会沿 轴上下振动，不会轴运动，故D错误。
故选C。
3..
【解析】大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的种类为
辐射出光子的能量分别为
其中
， ，
所以辐射不同频率的紫外光有种。
故选B。
4..
【解析】设探测器推力为 ，根据动量定理知
由题意知，探测器悬停，则
联立解得
故选A。
5..
【解析】【解答】在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。
A.由折射定率可知，入射角相同，折射率越小，折射角越大，则在面上，红光比绿光更远离点，故A错误；
B.根据可知，红光的临界角较大；而折射光束在面上红光的入射角角度较小，则逐渐增大时，红光的全反射现象先消失，故 B正确；
C.入射光在面由光疏介质到光密介质，不可能发生全反射，故C错误；
D.由折射定率可知，逐渐减小时，两束光在面折射的折射角逐渐减小；故D错误。
6..
【解析】A.过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功，由盖吕萨克定律可知，即内能增大， ，根据热力学第一定律 可知 过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；
B. 过程中气体与外界无热量交换，即，又由气体体积增大可知 ，由热力学第一定律 可知气体内能减少。
C. 过程为等温过程，可知，根据热力学第一定律可知 过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；
D.根据热力学第一定律结合上述解析可知： 一整个热力学循环过程 ，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得，故 过程气体从外界吸收的热量 不等于 过程放出的热量 ，D错误。
故选C。
7..
【解析】B. 时刻图线的切线斜率最大，则小球的动量变化率最大，根据
可知小球的速度变化率最大，即加速度最大，根据牛顿第二定律
可知此时弹簧弹力最大，由胡克定律可知，此时弹簧形变量最大，则此时弹簧的弹性势能最大，故B错误；
A. 时刻两小球共速，设速度大小均为，则小球的质量
根据动量守恒有
则小球的质量
由此可知两小球的质量之比为
故A错误；
C.根据机械能守恒有
小球的初动能和弹簧最大弹性势能之比
故C正确；
D. 时间内，小球的动量变化量
故D错误。
故选C。
8..
【解析】A.晶体融化过程中，其温度不升高，分子的平均动能与温度有关，温度不变，其分子的平均动能不变，所以晶体融化过程中分子的平均动能不变，故A项错误；
B.叶面上的小露珠呈球形是由于液体的表面张力作用下表面收缩的结果，故B项正确；
C.天然水晶是单晶体，熔化后在凝固的水晶石英玻璃是非晶体，故C项错误；
D.由液晶各向异性可知，对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化，故D项正确。
故选BD。
9..
【解析】【分析】图甲中，圆心附近处明暗相间同心圆环的条纹较宽；图乙中，入射角逐渐增大折射角逐渐增大，由于折射角小于入射角，不论入射角如何增大，玻璃砖中的光线都不会消失，故肯定有光线从面射出；图丙中，根据薄膜干涉原理，当光程差为波长的整数倍时，出现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时，出现暗条纹；图丁中，光的偏振现象表明光是一种横波。
本题要知道薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的。以及知道薄膜干涉是一种等厚干涉，理解平行板玻璃砖的光学特性，知道光是一种横波，本题涉及的知识点较多，掌握基础知识即可解题，平时要注意对基础知识的学习与积累。
【解答】牛顿环是由曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触构成的，用单色光垂直照射图甲中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环，圆心附近处明暗相间同心圆环的条纹较宽，随离中心点的距离增加条纹的宽度逐渐变窄，A正确；
B.图乙中单色光进入平行玻璃砖传播，当入射角逐渐增大，折射角逐渐增大，由于折射角小于入射角，所以不论入射角如何增大，都不会产生全反射，玻璃砖中都会有光线，由于射向玻璃砖的光线与射出光线为平行光线，因此可知一定有光线从面射出，B错误；
C.由干涉条纹的特点可知，同一级条纹上的光程差相等，条纹向空气薄膜较薄处弯曲，说明此处空气薄膜变厚，由此可知弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的，C错误；
D.经偏振片会产生偏振现象，图丁的、是偏振片，是光屏，当固定不动缓慢转动时，上的光亮度将发生变化，故光是横波，D正确。
故选AD。
10..
【解析】A.由图可知超声波的波长为，则两列超声波信号频率均为
故A错误；
B.由图可知，该时刻质点、的振动方向相反，可知、两波源的相位相反。故B正确；
C.因点到两波源、的距离之差为
而两波源振动反相，可知点振动加强，振幅不为零，可知小水珠不能在图乙中点位置附近悬浮。故C错误；
D.因为 点到两波源、的距离之差为
而两波源振动反相，可知该点振动减弱，振幅为零，小水珠可在图乙中 点位置附近悬浮。故D正确。
故选BD。
11..
【解析】A.若光在球面恰好发生全反射，此时光在玻璃中传播时间最短，根据几何关系有
根据临界角与光速的关系有
则光从半球面射出的光中，在玻璃内的传播时间最短为
解得
故A正确；
B.结合上述，透光部分的球冠的高度为
结合上述解得整个半球面透光的面积为
解得
故B错误；
C.结合上述可知
故C正确；
D.若将入射光由红光换成紫光，临界角减小，则半球面透光的面积减小，故D错误。
故选AC。
12..
【解析】A.由图知，段为物块从木板右侧滑出去，段为物块没有从木板上滑出去，段为物块从木板左侧滑出去。当恒力 时， ，即木板长度为 ，设物块滑出木板时的速度为 ，对应木板的速度为 ，根据动量守恒有
能量守恒有
解得 ， 舍去 ，
故A项错误；
图中点对应位物块和木板达到共同速度之后一起加速，且一起加速时物块的加速度达到最大，有
物块和木板一起加速时，对整体有
解得
从物块滑到木板上到它们共速的过程对木板有
从物块滑到木板上到它们共速的过程对物块有
该阶段速度有
又有
其有
解得 ， ， ，
图中、两点横坐标相同，都为，故BD正确；
C.图中点对应物块恰好不能从木板右端滑出，且物块到达木板右端时它们恰好共速，共速前根据动力学公式有
对于物块有
其速度有
对于板有
则恰好滑下有
解得
故C项错误。
故选BD。
13..

【解析】一滴油酸溶液中含有的油酸体积为
将适量爽身粉均匀地撒在水面上，用注射器靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，形成的油膜将先扩张后收缩至稳定。
故选A。
14..； 。
【解析】该同学接下来要完成的必要步骤有：确定大头针的位置，方法是插上大头针，使能挡住、的像；确定大头针的位置，方法是插上大头针，使能挡住和、的像，故BC正确，AD错误。
故选BC。
根据折射定律可得玻璃的折射率为。
15..


【解析】游标卡尺的精确度为，则其读数为
该单摆的角速度为
由于单摆的周期公式有
整理有
由于单摆的摆角为 ，所以其摆球运动的圆弧可以看成直线，圆弧的弧长可认为与摆球的位移大小相等，所以振幅为
由于初始时刻从最大位移处开始，所以其关系式为
16..针筒内气体漏出
大

【解析】由表格中的数据可得，在误差允许范围内，一定质量的理想气体，温度不变时，压强与体积成反比。表中最后一组数据偏差较大，即 值偏小，由 可知，值由气体质量决定，其可能原因是气体质量减小，即实验时注射器内的空气向外有泄漏。
甲乙两位同学同时在同一个环境下严格按照实验要求操作实验，说明气体的温度相同，由 图可知，在相同体积下，甲的压强更大，说明甲气体分子的密度更大，即甲的质量更大，即甲封闭的气体质量比乙封闭的气体质量大。
17..解：封闭气体做等容变化，根据查理定律有
其中，，
解得
气体对观测台的压力大小，方向垂直观测台向下
根据牛顿第三定律知观测台对气体的压力大小为，方向垂直观测台向上
【解析】详细解答和解析过程见.
18..解：对小球摆动到最低点的过程中，由动能定理
解得
在最低点，对小球由牛顿第二定律
解得，小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小为
小球与物块碰撞过程中，由动量守恒定律和机械能守恒定律
、
解得小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小为
若物块恰好运动到圆弧轨道的最低点，此时两者共速，则对物块与小车整体由水平方向动量守恒
由能量守恒定律
解得
若物块恰好运动到与圆弧圆心等高的位置，此时两者共速，则对物块与小车整体由水平方向动量守恒
由能量守恒定律
解得
综上所述物块与水平轨道间的动摩擦因数 的取值范围为

【解析】详细解答和解析过程见.
19..设开始时弹簧的压缩量为，根据平衡条件有
解得
设、第一次分离时，弹簧的形变量为，此时、之间弹力为零，加速度、速度大小设为均相同，又因为恒力与的重力大小相等、方向相反，所以此时的加速度均为，则的加速度也为，则有
解得
对从开始到、第一次分离的过程，根据功能关系有
解得
、第一次分离后，若二者没有发生碰撞，则做简谐运动，由于分离时的加速度为，所以刚好位于平衡位置，设的振幅，对从平衡位置上升到最大高度的过程，根据机械能守恒定律有
解得
设上升到最大高度时的加速度大小为，根据牛顿第二定律有
解得
、第一次分离后，由于受力平衡，所以向上做匀速直线运动，且由于与挡板发生的是弹性碰撞，所以碰撞后速度大小不变，仍为。从平衡位置开始向上做简谐运动，周期为
根据简谐运动的对称性可知，再次经过第一次分离位置时速度大小仍为 为使、在此处能够发生碰撞，此时一定向上运动，所以若、第一次分离后，经过一段时间后二者恰好能够在第一次分离位置相碰，应满足

解得

【解析】详细解答和解析过程见.
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