2023-2024学年安徽省合肥市第一中学高二（下）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年安徽省合肥市第一中学高二（下）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.下列说法正确的是( )
A. 布朗运动观察到的是液体分子的无规则运动
B. 容器内气体压强是分子无规则运动撞击器壁造成的，故与容器形状有关
C. 随着物体运动速度增大，其内能也一定增大
D. 方解石的双折射现象说明其具有各向异性的属性
2.随着社会的不断进步，人类对能源的需求越来越大。核反应释放的能量巨大，可能成为未来的能量来源。下列说法正确的是( )
A. 粒子带正电
B. 该核反应是聚变反应
C. 的结合能是
D. 与的质量之和小于与的质量之和
3.如图所示，表示振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是( )
A. 电容器正在充电 B. 电感线圈中的磁场能正在减小
C. 电感线圈中的电流正在减小 D. 此时自感电动势正在阻碍电流的增加
4.某校实验小组用如图所示的电路研究“光电效应”现象，现用频率为的红光照射光电管，有光电子从极逸出。下列说法正确的是( )
A. 使用蓝光照射比红光照射需要的逸出功更大
B. 仅增大入射光的强度，从极逃逸出的电子的最大初动能可能增大
C. 当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表示数不变
D. 将电源正负极反接后，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表示数可能一直减小
5.如图所示，水平面上放置一个上下表面均为正方形的霍尔元件，载流子的电荷量大小为，电源输出电压为，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为。元件前后表面间电势差为，前表面的电势低于后表面的电势。下列说法中正确的是( )
A. 图中霍尔元件的载流子带负电
B. 若霍尔元件的电源输出电压变大，则霍尔电势差保持不变
C. 利用上述物理量可以计算霍尔元件的电阻率
D. 该霍尔元件中载流子所受的洛仑兹力方向均垂直于电流方向且指向前表面
6.如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为。下列说法正确的是( )
A. 此交流电的频率为
B. 此交流电动势的有效值为
C. 当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D. 当线圈平面转到平行于磁场的位置时磁通量的变化率最大
7.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为：，是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻，其余电阻均不计．从某时刻开始在原线圈、两端加上如图乙所示的正弦交变电压，则下列说法中正确的是( )
A. 当单刀双掷开关与连接时，电压表的示数为
B. 当单刀双掷开关与连接且时，电流表示数为零
C. 当单刀双掷开关由拨向后，原线圈的输入功率变大
D. 当单刀双掷开关由拨向后，副线圈输出电压的频率增大
8.如图甲所示，一高度为的汽缸直立在水平地面上，汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞横截面积为，在缸的正中间和缸口处有固定卡环，活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动。活塞下方封闭有一定质量的理想气体，已知理想气体内能与温度的关系为，为正的常量，重力加速度为。开始时封闭气体温度为，压强等于外界大气压强，现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程，则( )
A. 活塞质量为
B. 从过程，气体对外做功
C. 从全过程，气体内能增加
D. 从全过程，气体吸收的热量小于其内能的增量
二、多选题：本大题共2小题，共10分。
9.如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为，锌板的电子逸出功为，下列说法正确的是( )
A. 用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B. 处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
C. 大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子中有两种不同频率的光子可使锌板产生光电效应现象
D. 大量于能级的氢原子向基态跃迁时所出的光子通过同一双缝干涉实验装置，以直接跃迁到能级发出的光子所形成的干涉条纹最宽
10.如图所示，在平面直角坐标系中，竖直向下，水平。在第一象限空间足够大存在垂直平面向外的磁场区域，磁感应强度沿轴正方向不变，沿轴正方向按照且为已知常数规律变化。一个质量为、边长为的正方形导线框，电阻为，初始时一边与轴重合，一边与轴重合。将导线框以速度沿轴正方向抛出，整个运动过程中导线框的两邻边分别平行两个坐标轴。从导线框开始运动到速度恰好竖直向下的过程中，导线框下落高度为，重力加速度为，则在此过程中，下列说法正确的是( )
A. 导线框受到的安培力总是与运动方向垂直
B. 导线框下落高度为时的速度小于
C. 整个过程中导线框中产生的热量为
D. 导线框速度恰好竖直向下时，左边框的横坐标为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
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；
将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小；
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；
将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
完成下列填空：
上述步骤中，正确的顺序是________；填写步骤前面的数字
将的油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液；测得的油酸酒精溶液有滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是。由此估算出油酸分子的直径为________；结果保留位有效数字
某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏大，可能是由于( )
A.油酸分子未完全散开 计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C.油酸中含有大量酒精 求每滴油酸酒精溶液的体积时，的溶液滴数多计了滴
12.电子秤能够准确地测量物体的质量，其中半导体薄膜压力传感器是其关键的电学元件。半导体薄膜压力传感器在压力作用下会发生微小形变，其阻值随压力变化的图线如图甲所示。某学习小组利用该元件和电流表等器材设计了如图乙所示的电路，尝试用该装置测量物体的质量。已知图乙中电源电动势为内阻未知，电流表的量程为，内阻为。重力加速度取。请回答以下问题：
实验时发现电流表量程偏小，需要将其量程扩大为，应该给电流表_______选填“串联”或“并联”一个阻值为____的电阻；
用改装后的电流表按图乙所示的电路图进行实验，压力传感器上先不放物体，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电流表指针满偏。保持滑片位置不变，然后在压力传感器上放一物体，电流表的示数为，此时压力传感器的阻值为______，则所放物体的质量_______；
写出放到传感器上的物体的质量与电流表的示数满足的函数关系式___________________；表达式中除、外，其余相关物理量均代入数值
使用一段时间后，该电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变。调节滑动变阻器的滑片，电流表指针满偏后进行测量，则测量结果______选填“偏大”“偏小”或“不变”。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，活塞将左侧导热汽缸分成容积均为的、两部分，汽缸部分通过带有阀门的细管与容积为、导热性良好的汽缸相连。开始时阀门关闭，、两部分气体的压强分别为和。现将阀门打开，当活塞稳定时，的体积变为，然后再将阀门关闭。已知、、内为同种理想气体，细管及活塞的体积均可忽略，外界温度保持不变，活塞与汽缸之间的摩擦力不计。求：
阀门打开后活塞稳定时，部分气体的压强；
活塞稳定后，中剩余气体的质量与最初中气体质量之比。
14.如图甲所示，虚线左、右两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小恒为；左侧匀强磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，规定垂直纸面向外为磁场的正方向，一硬质细导线的电阻率为、横截面积为，将该导线做成半径为的圆环固定在纸面内，圆心在上，求：
在内，圆环中产生的焦耳热；
时，圆环受到的安培力。
15.为探测射线，威耳逊曾用置于匀强磁场或电场中的云室来显示它们的径迹。某研究小组设计了电场和磁场分布如图所示，在平面纸面内，在区间内存在平行轴的匀强电场，。在的区间内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，。一未知粒子从坐标原点与正方向成角射入，在坐标为的点以速度垂直磁场边界射入磁场，并从射出磁场。已知整个装置处于真空中，不计粒子重力，。求：
该未知粒子的比荷；
匀强电场电场强度的大小及左边界的值；
若粒子进入磁场后受到了与速度大小成正比、方向相反的阻力，观察发现该粒子轨迹呈螺旋状并与磁场左边界相切于点未画出。求粒子由点运动到点的时间以及坐标的值。
答案解析
1.
【解析】A.布朗运动是悬浮在液体当中的固体颗粒的运动，反映了液体分子的无规则运动，A错误；
B.容器内气体压强是大量气体分子无规则运动撞击器壁造成的，与容器形状无关，B错误；
C.随着物体运动速度增大，其动能增大，可物体的温度不一定增大，其内能不一定增大，C错误；
D.有些晶体的光学性质各向异性，因此方解石的双折射现象说明其具有各向异性的属性，D正确。
故选D。
2.
【解析】A.根据质量数和电荷数守恒可知，为中子，不带电，A错误；
B.此反应为核聚变反应，B正确；
C.是核反应过程释放的能量，不是的结合能，C错误；
D.反应过程中释放能量，因此有能量亏损，故与的质量之和大于与的质量之和，D错误。
故选B。
3.
【解析】根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，项错误；
电容器在放电，所以电流在增加，电场能减小，磁场能增加，自感电动势正在阻碍电流的增加，、项错误，项正确．
4.
【解析】A.同种材料的逸出功相同，与入射光的颜色无关，是由材料本身的性质决定的，故A错误；
B.由爱因斯坦光电效应方程
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，故B错误；
C.光电管两端所加电压为正向电压，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，正向电压不断增大，可能滑片滑到最右端时电流尚未达到饱和电流，此过程中电流表示数一直增大，故C错误；
D.将电源正负极反接后，所加电压为反向电压，逸出的光电子要克服电场力做功才能到达板形成电流，可能滑动变阻器的滑片滑到最右端时电流表的示数还未减小到零，此过程中电流表示数一直减小，故D正确。
故选D。
5.
【解析】A、若霍尔元件的载流子带负电，则载流子定向移动的方向与电流方向相反，由左手定则知，载流子所受的洛仑兹力方向垂直于电流方向且指向前表面，则载流子将偏向前表面，前表面带负电，其电势比后表面低，与题设相符，即假设成立，故A正确；
、设霍尔元件上表面的边长为，高为，电荷定向移动的速度为，单位体积的载流子数为，霍尔元件的电阻率为。当霍尔电势差稳定时，载流子所受的电场力和洛伦兹力平衡，则，又，，，联立知，，可见若霍尔元件的电源输出电压变大，霍尔电势差变大；霍尔元件的电阻率，由于未知，则利用上述物理量不能计算霍尔元件的电阻率，故BC错误；
D、只有霍尔元件中载流子的速度与电流方向共线时，载流子所受的洛仑兹力方向才垂直于电流方向且指向前表面，故D错误。
6.
【解析】A.根据可知交流电压的最大值，角速度，故交流电的频率，故A错误；
B.交流电的有效值，故B错误；
C.图示位置，线圈位于中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电动势为零，故C错误；
D.当线圈平面转到平行于磁场的位置时，此时穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故D正确。
故选：。
线圈在磁场中转动产生感应电动势，根据瞬时感应电动势的表达式判断出产生的感应电动势的最大值和角速度，即可求得有效值和频率，明确中性面的特点即可判断产生的感应电动势的大小和磁通量的变化率。
7.
【解析】 由图象可知，电压的最大值为，交流电的周期为，所以交流电的频率为，
A、交流电的有效值为，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压为，故A错误；
B、当单刀双掷开关与连接时，副线圈电压为，所以副线圈电流为，电流表示数为电流的有效值，不随时间的变化而变化，
所以当时，电流表示数为，故B错误；
C、当单刀双掷开关由拨向时，原线圈的匝数变小，所以副线圈的输出的电压要变大，电阻上消耗的功率变大，原线圈的输入功率也要变大，故C正确；
D、变压器不会改变电流的频率，所以输出电压的频率不变，故D错误．
故选：．
8.
【解析】A.气体在等压膨胀过程中由受力平衡，有
解得
故A错误；
B. 图像斜率不变时体积不变，只有在 过程中气体对外做功
故B错误；
C.在 全过程中，由理想气体状态方程，有
，
由题目条件可知气体内能的变化量
故C正确；
D.从 全过程，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于其内能的增量，故D错误。
故选C。
9.
【解析】A、若基态的氢原子吸收的能量等于的光子，则能量值为：，氢原子没有该能级，所以处于基态的氢原子不能吸收的光子，故A错误；
B、紫外线光子的最小能量为，处于级的氢原子的电离能为，故紫外线可以使处于能级的氢原子电离，故B正确；
C、处于能级向基态跃迁时发射出光的能量为，大于锌板的电子逸出功，因此能产生光电效应，电子在能级再次向基态跃迁发射出光子的能量为则可以产生光电效应，处于能级向基态向跃迁时发射出的光的能量为，小于锌板的电子逸出功，所以不能产生光电效应，故有两种不同频率的光产生光电效应，故C正确；
D、双缝干涉实验装置，在光屏上相邻亮条纹间距，由直接跃迁到能级发出的光子的频率最大，则波长最短，所以形成的干涉条纹最窄，故D错误。
故选：。
解决本题的关键知道什么是电离，以及能级的跃迁满足，注意吸收光子是向高能级跃迁，释放光子是向低能级跃迁，同时掌握吸收或释放能量要正好等于能级之差。紫外线的频率大于，判断能级的氢原子可以吸收紫外线后，能量是否大于，即可知是否电离；氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量与锌板的逸出功的关系判断是否发生光电效应现象；根据干涉条纹的宽度与光的波长的关系判断。
10.
【解析】A.根据楞次定律可知，导线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，由于上下两边磁场相同，故上下两边所受安培力平衡，而左边框所受安培力方向向右，右边框所受安培力方向向左且大于左边框安培力的大小，故合力方向水平向左，故A错误；
B.导线框在竖直方向只受重力作用，故竖直方向做自由落体运动，而水平方向受到大小变化的安培力，故水平方向减速，则竖直方向下落高度为时，根据，可得竖直速度，而水平速度减为，故合速度为，故B错误；
C.在水平方向上安培力做功大小为，故导线框产生热量为，故C正确；
D.在导线框运动时间内，导线框内磁通量的变化量为，感应电流，线框所受安培力的合力为，根据动量定理有，故导线框速度恰好竖直向下时左边框的横坐标为，故D正确。
故选CD。
11. ；；。
【解析】“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：
配制酒精油酸溶液测定一滴酒精油酸溶液的体积题中的准备浅水盘形成油膜描绘油膜边缘测量油膜面积计算分子直径
正确的顺序是；
计算步骤：
先计算一滴油酸酒精溶液中油酸的体积一滴酒精油酸溶液的体积配制比例
再计算油膜面积，最后计算分子直径；
油酸未完全散开，偏小，故得到的分子直径将偏大，故A正确；
C.计算时利用的是纯油酸的体积，酒精的作用是更易于油酸平铺成单层薄膜，自身溶于水或挥发掉，使测量结果更精确，故C错误；
B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，将偏小，故得到的分子直径将偏大，故B正确；
D.求每滴体积时，的溶液的滴数误多记了滴，由可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误。
故选AB。
故答案为： ；；。
12.并联； ； 不变
【解析】由电流表的并联分流原理可知，需要将其量程扩大，需给电流表并联一个电阻，由并联分流原理可得被并联的电阻的阻值：，此时该大量程电流表的内阻为：；
设电源的内阻为：。由甲图可知，压力传感器上先不放物体，其阻值为：，此时由闭合电路欧姆定律：；
保持滑片位置不变，然后在压力传感器上放一物体，由闭合电路欧姆定律可得：，此时，联立解得此时压力传感器的阻值为：；由甲图随压力变化的图线：可得，此时所放物体对传感器的压力为：，可得物体的质量为；
由以上表达式联立可得放到传感器上的物体的质量与电流表的示数满足的函数关系式：；
由实验误差分析可知，由于使用一段时间后，该电源电动势不变，内阻变大，而其他条件不变，由于此时可调节滑动变阻器的滑片，电流表指针满偏后进行测量，故仍能使回路中除传感器外的其它总电阻不变，故不会影响实验结果，即测量结果不变。
13.初始时对活塞有
得到
打开阀门后，活塞稳定时，对气体有
对活塞有
所以得到
设未打开阀门前， 气体的压强为 ，
对 、 两气体整体有
得到
所以， 中剩余气体的质量 与最初 中气体质量 之比

【解析】本题主要考查了一定质量的理想气体的状态方程，解题的关键点是理解变化前后的气体状态参量。
根据玻意耳定律和受力平衡结合合适的研究对象联立等式得出部分气体的压强；
根据玻意耳定律得出体积的变化量，根据体积的比值关系得出质量的比值关系。
14.根据法拉第电磁感应定律可得圆环中产生的感应电动势
由题图乙可知
根据闭合电路的欧姆定律有
根据电阻定律有
在 内，根据焦耳定律可得
时，圆环受到的安培力大小为
联立解得
由左手定则知，方向垂直于向左。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.粒子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得
又
联立解得粒子的比荷为
粒子的轨迹如图所示
粒子在电场中可逆向看成做类平抛运动，则有
联立解得匀强电场电场强度大小为
由几何关系可得
解得
若粒子进入磁场后受到了与速度大小成正比、方向相反的阻力，粒子在磁场的运动轨迹如图所示
由
可得
即角速度为一定值，又可知粒子与磁场左边界相切时转过的弧度为 ，则有
取一小段时间 ，对粒子在 方向上列动量定理如图
两边同时对过程求和
可得
即
其中
则有
结合
可得
故有

【解析】本题考查带电粒子在组合场中的运动。解决问题的关键是清楚粒子在电场和磁场中的受力情况和运动规律，利用牛顿第二定律、圆周运动的知识，抛体运动的规律动量定理分析计算。
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