上海市交大附中2024-2025学年高二（下）期中物理试卷（含解析）

上海市交大附中2024-2025学年高二（下）期中物理试卷
本大题共5小题，共100分。
1.对原子结构的认识不断深入，体现出了人类对未知事物的好奇与探究精神。
卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子______模型，粒子以某一初速度接近金原子核，其运动轨迹如图甲所示。用经典力学角度分析，从到过程中粒子的电势能的变化情况为______选填：“增加”、“减小”、“先增大后减小”、“先减小后增大”，加速度大小的变化情况为______选填：“增加”、“减小”、“先增大后减小”、“先减小后增大”。
粒子散射实验装置如图乙所示。通过该实验，我们可以知道______。
A.该实验证实了汤姆孙的“葡萄干面包模型”是正确的
B.大多数粒子穿过金箔后，其运动方向受到较大的影响
C.占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内
D.原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在其中
关于玻尔的氢原子结构模型，下列说法正确的是______。
A.该模型成功解释了大多数原子的发光机制
B.引入能量量子化与轨道量子化是该模型成功的重要因素
C.用高速电子轰击氢原子时不能使氢原子激发
D.单个处于第能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出种不同频率的光
氢原子经典结构模型图丙：从经典力学角度，我们可以把氢原子的结构看成带电荷量的电子由于受到带电荷量的质子的库仑力作用而围绕质子做匀速圆周运动。若电子质量为，做匀速圆周运动的轨道半径为称之为玻尔半径，静电力常量为，则电子的线速度大小为______；原子发生电离的含义为：其核外电子获得了足够的能量摆脱原子核对其束缚，运动至无穷远处。在此模型下，要使氢原子发生电离，至少需要向氢原子的核外电子提供______能量。忽略量力的影响：以无穷远处为零势能面，电荷量为的点电荷在距离其处的电势为
根据玻尔理论，当氢原子的核外电子由外层轨道跃迁至内层轨道时，该原子的能量______选填：“增加”、“减小”、“不变”，核外电子的动能______选填：“增加”、“减小”、“不变”。
2.宏观世界的规律可以通过分子动理论和能量的角度来理解。
如图四幅图所涉及的物理知识，论述正确的是______。
A.图甲说明晶体都有确定熔点，且熔化过程分子平均动能变大
B.图乙水黾可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力
C.图丙液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的
D.图丁中的酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润
下列与热现象有关的说法正确的是______。
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
C.物体的温度越高，分子的平均动能就越大
D.密闭容器内有一滴的水，蒸发变成了水蒸气，温度仍然是，它的内能保持不变
能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。以下不能体现能量守恒定律的是______。
A.楞次定律
B.动量守恒定律
C.闭合电路欧姆定律
D.热力学第一定律
小明去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了严重的鼓包现象。假设食品袋里密封一定质量的理想气体，全过程温度保持不变。从低海拔地区到高海拔地区的过程，下列分析不正确的是______。
A.袋内气体压强增加
B.大气压强减小
C.袋内气体吸收了热量
D.袋内气体分子的平均动能不变
如图所示，一定质量的理想气体从状态开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态和。下列说法正确的是______。
A.在过程中气体向外界放热
B.在过程中气体分子的平均动能变大
C.在过程中气体对外界做功
D.在过程中气体分子单位时间内撞击容器壁单位面积的次数不变
一开口向下导热的均匀直玻璃管，通过细绳悬挂在天花板上，玻璃管下端浸没在固定的水银槽中，管内外水银面高度差为，该装置从同一天的中午到夜晚，由于气温下降，下列说法正确的______。
A.相比中午，夜晚细绳的拉力变小
B.相比中午，夜晚细绳的拉力增大
C.相比中午，封闭气体压强增大
D.相比中午，封闭气体内能增大
3.温度计的发明为人类生活带来了便利，让我们探究一下简易温度计。
多选如图甲为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的薄玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的理想气体。下列关于该温度计分析的说法正确的是______。
A.若外界压强不变，发现玻璃管内水面上升，说明外界温度升高
B.若外界压强不变，发现玻璃管内水面上升，说明外界温度降低
C.若外界温度不变，发现玻璃管内水面上升，可能外界气体压强增大
D.若外界温度不变，发现玻璃管内水面下降，可能外界气体压强增大
一个改进后的简易温度计的结构如图乙所示，长直玻璃管竖直固定，上端与玻璃球形容器相连，下端通过软管与柱形开口容器相连，用水银将一定质量的空气封闭在球形容器内。大气压强保持不变，上下移动柱形容器使左右水银面平齐时，长直玻璃管中水银面对应刻度可以表示外界温度。则玻璃管、区间内的刻度可能正确的是______。
某学习小组设计了一个简易温度计，一根细长的均匀玻璃管一端开口，管内用水银柱封闭有一段气柱。如图丙所示，当管口竖直向上时，气柱长度为，当管口竖直向下时，气柱长度为，管内气体可视为理想气体，环境温度。
求玻璃管水平放置时的气柱长度；
当玻璃管水平放置时，环境温度上升了，求水银柱在玻璃管中移动的距离；
请举出一条提高温度计灵敏度的措施越大，装置灵敏度越高。
4.科学研究中，科学家经常通过宏观世界中某些事物遵循的规律来类比研究微观世界。
我们都知道，弹簧振子在只有弹簧弹力做功的情况下，物体的动能和弹簧的弹性势能发生相互转化，系统总机械能保持不变。若弹性势能表达式为弹簧的劲度系数，为形变量。如图所示，一个与已知劲度系数为的轻质弹簧连接的物块，质量为，静止于光滑水平面上，轻质弹簧另一端固定。现将物块拉离平衡位置，然后释放，忽略空气阻力，的运动为简谐运动，求物块在运动过程中获得的最大动能 ______。
如图所示，、为某种双原子分子中的两原子，以原子为坐标原点，沿两原子连线建立直线坐标系。如果选取两个原子相距无穷远时的势能为零，则两个原子之间的势能与它们之间距离的关系图线如图所示。关系图线的切线斜率的绝对值表示______，斜率为负表示______。
由图可知，两原子间距离为时，势能最小，假设原子固定不动，原子在附近的振动近似看作简谐运动，其振动的范围为，其中远小于。已知在点附近随变化的规律可近似写作，式中和均为常量且已知。计算原子在其振动范围内的最大动能 ______用和表示，若某时刻原子的动能为，则此时的势能 ______用、、和表示。
5.安培力和洛伦兹力都属于磁场力，在电磁学中具有重要地位。
两根相同的弹性导线平行放置，分别通有方向相反的电流和，且。下列图像可能正确的是______。
在长直通电螺线管中通入周期性变化的电流，并沿着其中心轴线的方向射入一颗速度为的电子，则此电子在螺线管内部空间的运动情况是______。
A.变速直线运动
B.来回往复运动
C.匀速直线运动
D.曲线运动
不定项将一通有稳定电流的长方体铜块放入匀强磁场中，如图所示。下列说法正确的是______。
A.铜块内的自由电子受到的洛伦兹力方向垂直电流向下
B.铜块所受的安培力就是其内部所有自由电子定向移动时所受的洛伦兹力的合力
C.铜块表面上、两点的电势关系为
D.铜块中的电流越大，、两点的电势差越大
如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。线框在进和出磁场的两过程中，______。
A.动量变化量不相等
B.产生的焦耳热相等
C.安培力的冲量不相等
D.导线横截面的电荷量相等
固定在绝缘水平面上足够长的平行光滑金属导轨，左端按有定值电阻，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，导轨的电阻不计图甲。当导体棒受到撞击，以一定初速度水平向右运动过程中，则其速度、加速度随运动时间或随位移变化的关系图像图乙可能正确的是______。
如图，纸面内直线为两匀强磁场的边界，两匀强磁场的方向均垂直纸面向里，上方磁场的磁感应强度大小为，下方磁场的磁感应强度大小为。初始时质量为、不带电的甲粒子静止在边界上的点。质量为、电荷量为的带正电的乙粒子从上方的点垂直于方向以一定的速度射出，一段时间后沿方向与甲粒子发生弹性碰撞，碰撞时间极短，甲、乙两粒子均可视为质点，且它们碰后带的电荷量相等。、两点间的距离为，不考虑甲、乙两粒子受到的重力及两者间的相互作用。求：
乙粒子从点射出时的速度大小；
甲、乙两粒子发生碰撞后，求乙粒子的速度；
甲、乙两粒子发生碰撞后，求乙粒子做匀速圆周运动的半径和周期。
答案和解析
1.【答案】核式结构，先增大后减小，先增大后减小； ； ； ，； 减小，变大
【解析】解：卢瑟福通过粒子散射实验提出原子的核式结构模型；粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，加速度越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，加速度越来越小，斥力做正功，所以从到过程中粒子的电势能先增大后减小，加速度先增大后减小。
、正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中是汤姆孙的认为，卢瑟福设计了粒子散射证明带正电的那部分物质占原子质量的绝大部分集中在很小的空间范围，从而证明汤姆孙的模型是错误的，故AD错误，C正确；
B、当粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故B错误；
故选：。
玻尔的氢原子结构模型成功解释了氢原子的发光机制，但由于仍保留了一些经典的观念，故对于较为复杂的原子并不能解释清楚，需要借助于量子力学，故A错误；
B.引入能量量子化与轨道量子化是该模型成功的重要因素，故B正确；
C.用高速电子轰击氢原子时也能使氢原子激发，故C错误；
D.单个处于第能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出种不同频率的光子，故D错误。
故选：。
由题意可知，质子对电子的库仑力提供电子做匀速圆周运动所需要的向心力，由牛顿第二定律有
解得电子的线速度大小为：
在此模型下，氢原子的核外电子具有的能量为其中：
，
联立可得：
要使氢原子发生电离，根据能量守恒定律，至少需要向核外电子提供的能量为
由结论知氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，电子轨道半径减小，原子能量减小，电子的动能增大。
故答案为：核式结构，先增大后减小，先增大后减小；；；，；减小，变大。
2.【答案】， ， ， ， ，
【解析】解：晶体都有确定熔点，晶体熔化时吸收热量但温度不变，所以熔化过程分子平均动能不变，故A错误；
B.水黾可以在水面自由活动，是因为水的表面张力，故B错误；
C.液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；
D.从图中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润不浸润液滴会因为表面张力呈球形，故D正确。
故选：。
布朗运动实际上是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，它反映了液体或气体分子的无规则运动，但本身并不是液体分子的运动，故A错误；
B.温度升高确实会使物体内分子的平均动能增大，从而增加分子热运动的剧烈程度，但并不意味着每个分子的速率都会增大。实际上，由于分子运动的随机性，有些分子的速率可能会减小，而有些则会增大，但总体上平均速率是增大的，故B错误；
C.温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大，意味着分子热运动越剧烈，故C正确；
D.虽然水的温度没有变化，但在蒸发过程中，水从液态变为气态需要吸收热量，这部分热量转化为水蒸气的内能，使得水蒸气的内能比同温度的水要大，故D错误。
故选：。
、楞次定律是分析机械能转化为电能的过程，体现了能量守恒定律，故A错误；
B、动量守恒定律无法体现能量守恒，故B正确；
C、闭合电路的欧姆定律，电源的功率等于输出功率与内阻功率之和，直接体现了能量守恒，故C错误；
D、热力学第一定律：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变，故D错误。
故选：。
、温度不变，根据
体积增大，食品袋里压强减小，故A错误；
B、大气压强随高度的增加而减小，故B正确；
C、温度不变，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律有可知，袋内空气从外界吸收热量，故C正确；
D.温度不变，袋内气体分子的平均动能不变，故D正确。
本题选错误的，故选：。
由图可知，在过程中气体体积减小，外界对气体做功，根据
可得
可知，气体的温度不变，即气体分子的平均动能不变，内能不变，根据热力学第一定律
可知，气体放出热量，故A正确，B错误；
C、由图可知，在过程中气体体积减小，外界对气体做功，故C错误；
D、由图可知，在过程中气体压强不变，温度降低，气体分子的平均动能减小，体积减小，分子数密度增大，则气体分子单位时间内撞击容器壁单位面积的次数增加，故D错误。
故选：。
、设封闭气体的压强为，玻璃管质量为，对玻璃管受力分析可知
即绳子的拉力等于管的重力和管中高出液面部分水银的重力，相比中午，夜晚环境温度降低，封闭气体的压强减小，根据
可知，增大，故绳子拉力增大，故AC错误，B正确；
D、相比中午，夜晚环境温度降低，封闭气体内能减小，故D错误。
故选：。
故答案为：，，，，，。
3.【答案】； ； 玻璃管水平放置时的气柱长度为；水银柱在玻璃管中移动的距离为；增加，可提高灵敏度
【解析】解：、设玻璃泡中气体压强为，外界大气压强为，则，且玻璃泡中气体与外界大气温度相同。液柱上升，气体体积减小，由理想气体的状态方程可知，减小，减小，则一定减小，故A错误，B正确；
C、若外界温度不变，则管内气体温度不变，发现玻璃管内水面上升，气体体积减小，根据理想气体的状态方程，可知管内气体压强一定增大，根据，可知，外界气体压强一定增大；但是，若只是把玻璃泡整体向上拔出，液柱也会上升，所以水面上升可能是因为外界压强增大，也可能是其他原因，故C正确；
D.若外界温度不变，则管内气体温度不变，发现玻璃管内水面下降，气体体积增大，根据理想气体的状态方程，可知管内气体压强一定减小，根据可知，外界气体压强一定减小，故D错误。
故选：。
因为大气压强保持不变，所以球形容器内气体做等压变化，则其体积与热力学温度成正比，由此可知，温度越高，体积越大，则玻璃管、区间内的刻度越靠下，对应温度越高，又因为摄氏温度与热力学温度差值不变，则、区间内的刻度分布均匀，故A正确，BCD错误；
故选：。
设大气压强为水银柱长度为，管内横截面积为。由玻意耳定律可知，当玻璃管从平放到管口竖直向上时，有
当玻璃管从平放到管口竖直向下时，有
联立可得：，代入数据得：
当玻璃管水平放置时，原来环境温度，环境温度上升了，由盖吕萨克定律有：
可得：
由于与成正比，可知在大气压强一定时温度计的标度是均匀的；
由以上分析得：
故可封闭更多的气体，这样增大，增大，可提高测量灵敏度。
故答案为：；；玻璃管水平放置时的气柱长度为；水银柱在玻璃管中移动的距离为；增加，可提高灵敏度。
温度计不是根据液体的热胀冷缩原理制成的，它是靠气体作为膨胀物质，液体的受热膨胀忽略不计，当外界大气的压强或温度变化时，根据理想气体的状态方程也可以判定；
因为大气压强保持不变，所以球形容器内气体做等压变化，结合题意及摄氏温度与热力学温度的关系；
根据玻意耳定律求玻璃管水平放置时的气柱长度；
气体温度不变，发生等温变化，应用玻意耳定律可以求出水银柱产生的压强；
求出玻璃管管口竖直向下放置时气体的压强，应用玻意耳定律可以求出稳定时气柱的长度。
4.【答案】； 分子力的大小；分子间为斥力； ；
【解析】解：根据机械能守恒定律，弹簧为原长时弹性势能最小，动能最大，可得
由
图像的斜率的绝对值表示分子力的大小，斜率为正值表示分子间为引力，斜率为负值表示分子间为斥力。由题意可知，当原子处于处时，系统的动能最大，设为，系统的势能最小，设为，则有
当原子处于处时，系统的动能为，系统的势能最大，设为，则有
根据能量守恒定律可得
联立解得
若某时刻原子的动能为，则此时的势能
故答案为：；分子力的大小；分子间为斥力；；。
5.【答案】； ； ； ； ；
乙粒子从点射出时的速度大小为；
甲、乙两粒子发生碰撞后，乙粒子的速度为；
甲、乙两粒子发生碰撞后，乙粒子做匀速圆周运动的半径为和周期为
【解析】解：根据题意，由右手安培定则可知，方向向下的电流在方向向上的电流处磁场垂直纸面向外，根据左手定则可知，通电流的导线受力向右，同理可以判断，通电流导线受力向左，即两导线相互排斥，由牛顿第三定律可知，两力大小相等，方向相反，根据题意可知，两根相同的弹性导线形变量相同，故C正确，ABD错误。
故选：。
电流周期性变化，所产生的磁场周期性变化，根据右手螺旋定则，可知螺线管内的磁场与电子运动方向平行，电子不受洛伦兹力，因此电子做匀速直线运动。故选：。
电流方向水平向右，则铜块内的电子水平向左运动，由左手定则可知，洛伦兹力方向向上，铜块表面上的点带负电，铜块表面下的点带正电，则有
故AC错误；
B.铜块所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，铜块所受的安培力等于其内部所有电荷定向移动时所受的洛伦兹力的合力，故B正确；
D.根据电流的微观表达式
可得电子定向移动的速度
稳定时，洛伦兹力和电场力平衡，即
联立可得
所以电流越大，、两点的电势差越大，故D正确。
故选：。
线框在进和出磁场的过程中通过导线横截面的电荷量为
解得
线框在进和出磁场的过程中磁通量变化量相同，线框在进和出磁场的过程中通过导线横截面的电荷量相等，以水平向右为正方向，根据
解得
线框在进和出的过程中通过导线横截面的电荷量相等，所以线框在进出磁场过程动量变化量相等，故A错误，D正确；
B.线框产生的焦耳热大小等于线框克服安培力所做的功，即
线框中的感应电流为
线框在进磁场的过程中的平均速度大于线框在出磁场的过程中的平均速度，则线框在进磁场过程中产生的焦耳热大于出磁场过程中产生的焦耳热，故B错误；
C.线框在进出磁场过程动量变化量相等，由
可知，安培力冲量相等，故C错误。
故选：。
导体棒向右运动过程中，根据左手定则可知，导体棒受到向左的安培力，则
所以导体棒向右做减速运动，加速度大小为
由于速度减小，则加速度减小，所以图线切线的斜率应减小，故A错误；
B.导体棒向右运动过程中，以水平向右为正方向，根据动量定理可得
所以
所以图线为倾斜直线，故B正确；
C.根据
可知，速度变化越来越慢，则加速度减小的越来越慢，即图线切线的斜率不断减小，故C错误；
D.由于与成线性关系，则与成线性关系，故D错误。
故选：。
乙粒子在上方磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力
且乙粒子从点射出到与甲粒子碰撞时运动了圆周，如图
则
解得
代入解得
甲、乙两粒子发生弹性碰撞，设碰撞后乙粒子速度为，甲粒子速度为，以的方向为正方向，根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律
解得
它们碰后带的电荷量相等，故乙碰后带的电荷量为，在下方磁场做匀速圆周运动，则有
解得
乙碰后在下方磁场做匀速圆周运动，运动周期
故答案为：；；；；；
乙粒子从点射出时的速度大小为；
甲、乙两粒子发生碰撞后，乙粒子的速度为；
甲、乙两粒子发生碰撞后，乙粒子做匀速圆周运动的半径为和周期为。
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