2023-2024学年北京101中学高二(下)期中物理试卷

2023-2024学年北京101中学高二（下）期中物理试卷一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分；在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意，选对得3分，选错或不答的得0分。）1．（3分）如图所示，光束沿AO方向从空气射向某种介质，折射光线沿OB方向。下列说法正确的是（）A．这束光从空气进入介质后频率会增大 B．这束光从空气进入介质后波长会增大 C．这束光在该介质中的传播速度小于在空气中的传播速度 D．若这束光沿BO方向从介质射向空气，可能会发生全反射现象2．（3分）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子 B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为1.51eV C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收1.51eV的能量 D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量3．（3分）以下现象不属于衍射的是（）A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样 B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样 C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清 D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑4．（3分）如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（）A．当它们在真空中传播时，a光的波长最短 B．当它们在玻璃中传播时，a光的速度最小 C．若它们都从玻璃射向空气，a光发生全反射的临界角最小 D．若它们都能使某种金属产生光电效应，a光照射出光电子的最大初动能最小5．（3分）把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度，用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列推断合理的是（）A．验电器指针的张角会不断变大 B．验电器指针的张角会先变小后变大 C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D．若改用红外线照射锌板一定会使验电器指针的张角变大6．（3分）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．大部分α粒子发生了大角度的偏转 B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量 D．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的7．（3分）如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πtV的交流电源上，副线圈接有R＝11Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，交流电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（）A．电流表的读数为20.0A B．电压表的读数约为156V C．原线圈的输入功率为1100W D．副线圈输出交流电的周期为0.01s8．（3分）研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图象如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（）A．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强 B．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强 C．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强 D．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强9．（3分）2016年9月25日，被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜（简称FAST）在贵州省平塘县落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级（106W）的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为（取真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J•s）（）A．1023 B．1027 C．1031 D．103510．（3分）现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，图乙为真空室的俯视图。当电磁铁线圈通入如图丙所示的正弦式交变电流时，可使电子在真空室中做加速圆周运动。以图甲中所示电流方向为正方向，不考虑相对论效应，在每个周期T内，电子能沿逆时针方向（俯视）做加速圆周运动的时间为（）A． B． C． D．二、不定项选择题（本题共4小题，每题3分，共12分。在每小题给出的4个选项中，至少一项是符合题意的，选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。）（多选）11．（3分）如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（）A．线圈中感应电流的方向为adcba B．线圈中的感应电动势为2nBl2ω C．穿过线圈磁通量随时间的变化率最大 D．线圈ad边所受安培力的大小为（多选）12．（3分）太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10THz（1THz＝1012Hz）、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线．太赫兹波对人体安全，可以穿透衣物等不透明物体，实现对隐匿物体的成像．近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一．由上述信息可知，太赫兹波（）A．其光子的能量比红外线光子的能量小 B．比微波更容易发生衍射现象 C．比紫外线更难使金属发生光电效应 D．比X射线穿透性更强（多选）13．（3分）下列说法正确的是（）A．光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性 B．光的偏振现象说明光是横波 C．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性 D．汤姆孙发现电子说明原子具有核式结构模型14．（3分）如图所示，某同学设计了一个加速度计：较重的滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接；R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定联接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将此加速度计固定在运动的物体上，物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是（）A．当物体向右加速时，电压表的指针将向右偏 B．电压表的示数不变，说明物体做匀速直线运动 C．电压表的示数增大，说明物体的速度一定增大 D．电压表表盘上各刻度对应加速度的值是均匀的三、实验题（本题共2小题，每空3分，共15分。）（多选）15．（3分）如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（）A．大头针P4须挡住P3及P1、P2的像 B．入射角越小，折射率的测量越准确 C．利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率 D．如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q'，折射率的测量值将偏小16．（12分）现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。（1）在组装仪器时单缝和双缝应该相互放置（选填“垂直”或“平行”）；（2）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。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1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为1.16mm；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图所示，则读数为mm。已知双缝间距d＝2.00×10﹣4m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L＝0.800m，所测光的波长λ＝nm。（保留3位有效数字）；（3）为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx。下列实验采用了类似方法的有。A．“探究求合力的方法”的实验中合力的测量B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量C．“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中单摆的周期的测量四、计算题（本题共5小题，共43分。要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位。）17．（9分）如图所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈，边长L1＝0.40m、L2＝0.25m，其匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0Ω，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和R＝3.0Ω的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动，角速度ω＝2.0rad/s．求：（1）电阻R两端电压的最大值（2）从线圈通过中性面（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）开始计时，经过周期通过电阻R的电荷量。（3）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热。18．（9分）直流电动机是一种使用直流电流的动力装置，其简化模型如图1所示，固定于水平面的U形导线框处于竖直向下、磁感应强度为B0的匀强磁场中，导线框两平行导轨间距为l，左端接一电动势为E0、内阻不计的电源。一质量为m、电阻为r的导体棒MN垂直导线框放置并接触良好。闭合开关S，导体棒从静止开始运动。忽略摩擦阻力和导线框的电阻，平行轨道足够长。（1）在图2中画出速度v随时间t变化的示意图；（2）求导体棒的最大速度；（3）求导体棒达到最大速度的过程中电源释放的总能量。19．（8分）1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907﹣1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的为电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这一数值e为基本电荷。如图所示，两块完全相同的金属极正对着着水平放置，板间的距离为d。当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U（上极板的电势高）时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为g。（1）判断上述油滴的电性，要求说明理由；（2）求上述油滴所带的电荷量Q；（3）多次改变油滴带电量Q的大小，并记录下多组的测量值如下图所示（单位：10﹣19C）请同学们对数据进行分析并总结出结论。6.418.019.6511.2312.8314.4820．（8分）一个单色光源向四周均匀地发射能量，功率为P，在离光源距离R处，正对光源放置一小块钾箔，钾的逸出功为W0，假设入射光的能量是连续平稳地传给钾箔，单色光的波长为λ，普朗克常量为h，光在真空中的速度为c。（1）求该单色光使钾箔产生光电子的最大初动能；（2）按照经典电磁理论，电子若持续累积吸收足够的能量就可以逃逸出钾箔，假设一个电子收集能量的圆形截面半径为r，求：①电子被逐出的最短时间表达式；②取P＝2.2W，W0＝2.2eV，R＝1m，r＝1.0×10﹣10m，通过数据论证经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理？谈谈你的看法。21．（9分）氢原子是一种简单原子，核外仅有一个电子，其电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，普朗克常量为h，光在真空中的速度为c，不考虑相对论效应。（1）按照经典电磁理论，氢原子中核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，辐射电磁波的频率等于圆周运动的频率，以离核无限远处电势能为0，电子的电势能为。求：①电子绕核圆周运动时辐射电磁波的频率；②氢原子的能量E（电子动能与势能的总和）。（2）瑞士科学家巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长符合n＝3，4，5，…式中R∞为里德伯常量，设基态氢原子的原子半径r1，电子在第n轨道运行时的半径，根据玻尔的氢原子结构模型，并结合（1）②中得出的结论：①试用玻尔理论解释氢原子在可见光区的四条谱线形成的可能原因；②求里德伯常量R∞。

2023-2024学年北京101中学高二（下）期中物理试卷参考答案与试题解析一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分；在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意，选对得3分，选错或不答的得0分。）1．（3分）如图所示，光束沿AO方向从空气射向某种介质，折射光线沿OB方向。下列说法正确的是（）A．这束光从空气进入介质后频率会增大 B．这束光从空气进入介质后波长会增大 C．这束光在该介质中的传播速度小于在空气中的传播速度 D．若这束光沿BO方向从介质射向空气，可能会发生全反射现象【考点】光的折射及折射定律；全反射；波长、频率和波速的关系．【答案】C【分析】由v＝可判断出光在介质中和空气中传播速度的大小关系；光传播中频率不变，根据光的可逆性分析D项。【解答】解：ABC、光从空气进入介质后频率不变，根据v＝，可知光速减小，根据v＝λf，可知光的波长会变小，故AB错误，C正确；D、根据光传播的可逆性可知，若这束光沿BO方向从介质射向空气，不会发生全反射现象，故D错误；故选C。2．（3分）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子 B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为1.51eV C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收1.51eV的能量 D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量【考点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁．【答案】D【分析】一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为；利用公式hν＝Em﹣En计算辐射出去的光子频率，然后比较频率大小；n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量。【解答】解：A、大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1多可辐射出＝3种不同频率的光子，故A错误；B、根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为E3﹣E1＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，故B错误；C、根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E4﹣E3＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV，故C错误；D、根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为﹣1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D正确。故选：D。3．（3分）以下现象不属于衍射的是（）A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样 B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样 C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清 D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑【考点】光的衍射；生活中的光现象；光的双缝干涉．【答案】B【分析】光的衍射为光绕过障碍物照到阴影里去，常见的有泊松亮斑，单缝衍射等。【解答】解：A、白光经过狭窄的单缝得到彩色图样，是光的衍射现象，故A正确；B、阳光下肥皂膜呈现出彩色条纹是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉现象，故B错误；C、白光照射刀片，阴影轮廓模糊不清是光的衍射现象造成的，故C正确；D、光照射到不透明的圆盘中出现亮斑，这是泊松亮斑，是光的衍射现象造成的，故D正确；此题选不属于衍射的是，故选：B。4．（3分）如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（）A．当它们在真空中传播时，a光的波长最短 B．当它们在玻璃中传播时，a光的速度最小 C．若它们都从玻璃射向空气，a光发生全反射的临界角最小 D．若它们都能使某种金属产生光电效应，a光照射出光电子的最大初动能最小【考点】光的折射及折射定律；全反射；光电效应．【答案】D【分析】根据光线的偏折程度比较出各种色光的折射率，从而得出频率的大小，根据v＝λf得出波长的长短，根据v＝比较在三棱镜中的传播速度大小，根据sinC＝，知比较发生全反射的临界角大小。由光电效应方程，可知光电子的最大初动能最小。【解答】解：A、由光路图可知，a光的偏转程度最小，则a光的折射率最小，频率最小，根据v＝λf可知，a光的波长最长，故A错误；B、光的折射率最小，根据v＝，a光在玻璃中传播的速度最大，故B错误；C、根据sinC＝知，a光的折射率最小，则a光发生全反射的临界角最大，故C错误；D、a光频率最小，由光电效应方程hγ＝Ekm+W0，可知a光照射出光电子的最大初动能最小，故D正确。故选：D。5．（3分）把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度，用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列推断合理的是（）A．验电器指针的张角会不断变大 B．验电器指针的张角会先变小后变大 C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D．若改用红外线照射锌板一定会使验电器指针的张角变大【考点】光电效应．【答案】B【分析】发生光电效应时，锌板会而失去电子，锌板的带电量会发生相应的变化；发生光电效应的条件为入射光的频率大于锌板的极限频率，用红外线照射，不一定产生光电效应。【解答】解：ABC．用紫外线灯照射锌板会从锌板中逸出光电子，则锌板带的负电减小，与锌板连接的验电器指针的张角会变小，当锌板上带的负电荷全部逸出后，紫外线灯继续照射锌板，则锌板带正电，所带电荷量越来越大，与锌板连接的验电器指针的张角变大，故AC错误，B正确；D．若改用红外线照射锌板时不一定会逸出光电子，则锌板所带电荷量不一定发生变化，所以验电器指针的张角不一定发生变化，故D错误。故选：B。6．（3分）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．大部分α粒子发生了大角度的偏转 B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量 D．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的【考点】α粒子散射实验．【答案】C【分析】α粒子散射实验的现象为：α粒子穿过原子时，只有当α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α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，从而即可得出原子的核式结构模型，并能估计原子核半径的数量级是10﹣15m。【解答】解：A、当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α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α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A错误；B、α粒子大角度散射是由于它受到原子核库仑斥力的作用，而不是与电子发生碰撞，故B错误；C、从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，故C正确；D、α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。故选：C。7．（3分）如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πtV的交流电源上，副线圈接有R＝11Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，交流电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（）A．电流表的读数为20.0A B．电压表的读数约为156V C．原线圈的输入功率为1100W D．副线圈输出交流电的周期为0.01s【考点】变压器的构造和原理；电功和电功率；交变电流的图像和函数表达式；交变电流的峰值、有效值、平均值和瞬时值．【答案】C【分析】根据理想变压器原线圈电压的瞬时值的表达式求出最大值、频率，再根据理想变压器原副线圈电压与匝数成正比，电流与匝数成反比分析答题。【解答】解：AB、由变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式可知，原线圈输入电压的最大值Um＝220V有效值U1＝由理想变压器的变压比得：代入数据解得：U2＝110V电压表示数为110V，由欧姆定律可知，副线圈电流I2＝由理想变压器的变流比得：，代入数据解得：I1＝5A，电流表读数为5A，故AB错误；C、副线圈输出功率P2＝U2I2＝110×10W＝1100W，理想变压器原线圈输入功率P1＝P2＝1100W，故C正确；D、由原线圈输入电压瞬时值表达式可知，交流电源的ω＝100πrad/s，周期T＝s＝0.02s，变压器副线圈输出电压的周期与原线圈输入电流周期相等，是0.02s，故D错误。故选：C。8．（3分）研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图象如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（）A．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强 B．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强 C．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强 D．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强【考点】爱因斯坦光电效应方程．【答案】C【分析】根据eU截＝Ek＝hν﹣W逸，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。同种光，光强越大光电流越大，由此分析。【解答】解：黄光的频率小于蓝光的频率，根据光电效应方程Ek＝hν﹣W逸，再根据动能定理可得eUc＝Ek，即Uc＝；可见频率越大则对应的截止电压越大，截止电压相等，则光的频率相等，故2为蓝光，1和3为黄光；根据光电流的大小与光强成正比，可知1的光强大于3的光强。故C正确，ABD错误。故选：C。9．（3分）2016年9月25日，被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜（简称FAST）在贵州省平塘县落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级（106W）的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为（取真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J•s）（）A．1023 B．1027 C．1031 D．1035【考点】光子及其动量．【答案】C【分析】求出每个光子的能量，每秒内发出的光子数与每个光子能量的乘积是天眼每秒做的功，每个光子的能量E＝hγ＝h。【解答】解：126cm＝1.26m每个光子的能量为：E＝hγ＝h，设每秒（t＝1s）天眼发出的光子数是n，则：Pt＝nE，即：P＝nh，得：n＝代入数据可得：n≈6.3×1030个；则C选项1031最接近，故C正确，ABD错误故选：C。10．（3分）现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，图乙为真空室的俯视图。当电磁铁线圈通入如图丙所示的正弦式交变电流时，可使电子在真空室中做加速圆周运动。以图甲中所示电流方向为正方向，不考虑相对论效应，在每个周期T内，电子能沿逆时针方向（俯视）做加速圆周运动的时间为（）A． B． C． D．【考点】电磁感应现象中的感生电场；质谱仪．【答案】D【分析】根据图中电流的变化，结合安培定则可判断电子在真空室中的运动情况。【解答】解：通电螺线管内部的磁场与电流大小成正比，且变化的磁场产生电场。电子在真空室中沿逆时针方向做加速圆周运动时，涡旋电场的方向应沿着顺时针方向，又洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，根据左手定则可知磁场方向应竖直向上，根据右手螺旋定则可知，只有在0～、～T时间内磁感应强度方向竖直向上，其中0～时间内，根据楞次定律可知，产生涡旋电场沿着逆时针方向，不符合题意，～T时间内，根据楞次定律可知，产生涡旋电场沿顺时针方向，符合题意。故ABC错误，D正确。故选：D。二、不定项选择题（本题共4小题，每题3分，共12分。在每小题给出的4个选项中，至少一项是符合题意的，选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。）（多选）11．（3分）如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（）A．线圈中感应电流的方向为adcba B．线圈中的感应电动势为2nBl2ω C．穿过线圈磁通量随时间的变化率最大 D．线圈ad边所受安培力的大小为【考点】交流发电机及其产生交变电流的原理；安培力的计算；右手定则．【答案】ACD【分析】根据右手定则判断感应电流的方向；图示时刻ad、bc两边垂直切割磁感线，根据感应电动势公式求解线圈中的感应电动势；图示时刻线圈中产生的感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律分析磁通量的变化率；由安培力公式F＝BIL求出安培力大小。【解答】解：A．根据右手定则，当线圈转至图示位置时线圈中感应电流的方向为adcba，故A正确；B．设导体棒bc边的线速度为v，线圈中的感应电动势为：E＝2nBl2v，其中v＝ω解得：E＝nBl1l2ω，故B错误；C．当线圈转至图示位置时，线圈中产生的感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律分析可知穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，故C正确；D．设线圈中的电流为I，由闭合电路欧姆定律得：线圈ad边所受安培力的大小为：F＝nIBl2联立解得：F＝，故D正确。故选：ACD。（多选）12．（3分）太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10THz（1THz＝1012Hz）、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线．太赫兹波对人体安全，可以穿透衣物等不透明物体，实现对隐匿物体的成像．近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一．由上述信息可知，太赫兹波（）A．其光子的能量比红外线光子的能量小 B．比微波更容易发生衍射现象 C．比紫外线更难使金属发生光电效应 D．比X射线穿透性更强【考点】α、β、γ射线及特点；电磁波谱．【答案】AC【分析】根据爱因斯坦的光子说E＝hν判断；根据明显衍射的条件判断；根据光电效应发生的条件判断；根据太赫兹辐射的频率判断。【解答】解：A、因为太赫兹波的频率高于微波，低于红外线，根据爱因斯坦的光子说E＝hν可知，它的光子的能量比红外线光子的能量更小，故A正确；B、它的频率大于微波，根据公式c＝λν，可知波长小于微波，而发生衍射现象的条件是尺度或孔径小于波长，但是它的波长比微波还小，所以很难有物体的尺度能达到这么小，故比微波不容易发生衍射现象，故B错误；C、由于它的频率比紫外线更小，所以它的能量小于紫外线，故比紫外线更难使金属发生光电效应，故C正确；D、由于太赫兹波频率低于X射线，故它比X射线穿透性更弱，故D错误。故选：AC。（多选）13．（3分）下列说法正确的是（）A．光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性 B．光的偏振现象说明光是横波 C．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性 D．汤姆孙发现电子说明原子具有核式结构模型【考点】光的波粒二象性；光的偏振现象；光电效应；光的双缝干涉．【答案】ABC【分析】根据光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，光的偏振说明光是横波即可。【解答】解：A、光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性，故A正确；B、光的偏振现象说明光是横波，故B正确；C、光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故C正确；D、卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，故D错误。故选：ABC。14．（3分）如图所示，某同学设计了一个加速度计：较重的滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接；R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定联接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将此加速度计固定在运动的物体上，物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是（）A．当物体向右加速时，电压表的指针将向右偏 B．电压表的示数不变，说明物体做匀速直线运动 C．电压表的示数增大，说明物体的速度一定增大 D．电压表表盘上各刻度对应加速度的值是均匀的【考点】闭合电路的欧姆定律；弹力的大小、胡克定律；牛顿第二定律．【答案】D【分析】根据滑块的移动方向判断P、Q两端电势的高低，即可判断电压表的指针偏转方向；根据加速度与电压关系分析。【解答】解：A、当物体具有向右的加速度a时，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动，根据顺着电流方向电势降低，可知a端的电势低于b点的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转，故A错误；B、电压表的示数不变，说明物体做匀速直线运动或者静止状态，故B错误；C、电压表的示数增大，说明物体的加速度在变大，物体的速度增大有可能加速度不变，故C错误；D、设系统加速度为a，滑块向左移动的距离为x，则：对滑块根据牛顿第二定律得：2kx＝ma；设电阻器单位长度的电阻为r，则电路中的电流为：I＝，电压表的示数为：U＝Ixr由以上各式解得：a＝，分析加速度与电压的关系可知，U与a成正比，所以表盘的刻度应均匀，故D正确；故选：D。三、实验题（本题共2小题，每空3分，共15分。）（多选）15．（3分）如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（）A．大头针P4须挡住P3及P1、P2的像 B．入射角越小，折射率的测量越准确 C．利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率 D．如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q'，折射率的测量值将偏小【考点】测量玻璃的折射率．【答案】ACD【分析】根据实验原理掌握正确的实验操作，同时结合折射率的定义得出对应的数值。【解答】解：A、确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，故A正确；B、入射角适当大一些，能使折射率的测量准确，故B错误；C、利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率n＝，故C正确；D、如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，则折射角i2将偏大，折射率的测量值将偏小，故D正确。故选：ACD。16．（12分）现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。（1）在组装仪器时单缝和双缝应该相互平行放置（选填“垂直”或“平行”）；（2）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。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1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为1.16mm；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图所示，则读数为15.02mm。已知双缝间距d＝2.00×10﹣4m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L＝0.800m，所测光的波长λ＝693nm。（保留3位有效数字）；（3）为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx。下列实验采用了类似方法的有C。A．“探究求合力的方法”的实验中合力的测量B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量C．“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中单摆的周期的测量【考点】用双缝干涉测量光的波长．【答案】（1）平行；（2）15.02；693；（3）C【分析】（1）根据实验原理掌握正确的装置安装方式；（2）理解游标卡尺的读数规则，结合公式计算出波长的大小；（3）根据实验原理学会不同实验的迁移。【解答】解：（1）只有保证单缝和双缝互相平行，这样才能在屏上出现明暗相间的条纹。（2）游标卡尺的游标尺为50分度，精度为0.02mm，固定刻度读数为15mm，游标尺上第1个格对齐，故读数为0.02×1mm＝0.02mm所以最终读数为15mm+0.02mm＝15.02mm由于第1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为x1＝1.16mm；第6条亮纹中心对齐，测量头的读数x2＝15.02mm；所以Δx＝m＝2.772×10﹣3m根据λ，知λ＝代入数据得λ＝m≈6.93×10﹣7m＝693nm（3）A．“探究求合力的方法”的实验中合力的测量采用的是等效替代法。故A错误；B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量属于测多次取平均值，故B错误；C．“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中单摆的周期的测量，属于放大测量取平均值，故C正确。故选C。故答案为：（1）平行；（2）15.02；693；（3）C四、计算题（本题共5小题，共43分。要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位。）17．（9分）如图所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈，边长L1＝0.40m、L2＝0.25m，其匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0Ω，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和R＝3.0Ω的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0T，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动，角速度ω＝2.0rad/s．求：（1）电阻R两端电压的最大值（2）从线圈通过中性面（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）开始计时，经过周期通过电阻R的电荷量。（3）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热。【考点】交变电流的峰值、有效值、平均值和瞬时值．【答案】见试题解答内容【分析】（1）根据E＝nBSω求出感应电动势的最大值，结合内外电阻，即可求解R两端的最大电压值。（2）根据法拉第电磁感应定律结合闭合电路欧姆定律求出平均感应电流，根据q＝Δt求出通过电阻R的电荷量。（3）根据E＝nBSω求出感应电动势的最大值，从而求出感应电动势的有效值，根据欧姆定律求出感应电流的有效值，根据焦耳定律可求得转动一周过程中电阻R上产生的热量；【解答】解：（1）线圈中感应电动势的最大值Em＝nBSω，其中S＝L1L2Em＝nBSω＝nBL1L2ω＝20V线圈中感应电流的最大值Im＝＝5.0A电阻R两端电压的最大值Um＝ImR＝15V（2）设从线圈平面通过中性面时开始，经过周期的时间Δt＝＝此过程中线圈中的平均感应电动势′：E＝n＝n通过电阻R的平均电流：＝＝，通过电阻R的电荷量：q＝＝；代入数据，解得：q＝2.5C（3）线圈中感应电流的有效值I＝＝A线圈转动一周的过程中，电流通过整个回路产生的焦耳热：Q热＝I2（R+r）T＝50πJ≈157J答：（1）电阻R两端电压的最大值15V；（2）经过周期通过电阻R的电荷量2.5C；（3）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热157J。18．（9分）直流电动机是一种使用直流电流的动力装置，其简化模型如图1所示，固定于水平面的U形导线框处于竖直向下、磁感应强度为B0的匀强磁场中，导线框两平行导轨间距为l，左端接一电动势为E0、内阻不计的电源。一质量为m、电阻为r的导体棒MN垂直导线框放置并接触良好。闭合开关S，导体棒从静止开始运动。忽略摩擦阻力和导线框的电阻，平行轨道足够长。（1）在图2中画出速度v随时间t变化的示意图；（2）求导体棒的最大速度；（3）求导体棒达到最大速度的过程中电源释放的总能量。【考点】电磁感应中的能量类问题；闭合电路的欧姆定律；导体切割磁感线时产生的感应电动势．【答案】（1）见解析；（2）导体棒的最大速度为；（3）导体棒达到最大速度的过程中电源释放的总能量为。【分析】（1）闭合开关S，导体棒受到安培力向右做加速运动，切割磁感线产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求出电路中电流，结合牛顿第二定律和安培力公式列式，分析导体棒的加速度变化情况，从而判断出速度的变化情况，再画出v﹣t图像。（2）当加速度减为0时，导体棒的速度达到最大，此时导体棒切割磁感线产生的感应电动势与电源的电动势相等，由E0＝B0lvm求解最大速度。（3）导体棒达到最大速度的过程中，根据动量定理求出该过程通过导体棒的电荷量q，由E总＝qE0求电源释放的总能量。【解答】解：（1）闭合开关S，线框与导体棒组成的回路中有电流通过，导体棒受到安培力开始向右做加速运动，假设某一时刻导体棒的速度为v，此时导体棒切割磁感线产生的感应电动势为E′＝B0lv开始阶段有E′＜E0则回路中的电流为导体棒受到的安培力为根据牛顿第二定律可得导体棒的加速度为随着v增大，a减小，可知导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度减为0时，导体棒的速度达到最大，导体棒开始做匀速直线运动，则导体棒的速度v随时间t变化图线如图所示。（2）当加速度减为0时，导体棒的速度达到最大，此时有E0＝B0lvm解得导体棒的最大速度为：（3）导体棒达到最大速度的过程中，取向右为正方向，根据动量定理得该过程通过导体棒的电荷量为联立可得：则电源释放的总能量为答：（1）见解析；（2）导体棒的最大速度为；（3）导体棒达到最大速度的过程中电源释放的总能量为。19．（8分）1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907﹣1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的为电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这一数值e为基本电荷。如图所示，两块完全相同的金属极正对着着水平放置，板间的距离为d。当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U（上极板的电势高）时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为g。（1）判断上述油滴的电性，要求说明理由；（2）求上述油滴所带的电荷量Q；（3）多次改变油滴带电量Q的大小，并记录下多组的测量值如下图所示（单位：10﹣19C）请同学们对数据进行分析并总结出结论。6.418.019.6511.2312.8314.48【考点】带电粒子在重力场和电场复合场中的运动；带电粒子在电场中的运动综合．【答案】（1）油滴带负电；（2）油滴所带的电荷量Q为。（3）见解析。【分析】（1）当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，油滴受到的电场力竖直向上，根据电场力方向与板间电场的方向关系，判断该油滴的电性。（2）当不加电场时，重力和阻力平衡，由平衡条件列方程。当两板间加电压U时，再根据平衡条件列方程，联立求解油滴所带的电荷量Q；（3）如果存在基本电荷，则油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数（或油滴带电量之差的最大公约数）为基本电荷e。由此分析。【解答】解：（1）当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电。（2）设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系为f＝kv当不加电场时，设油滴以速率v1匀速下降，受重力和阻力而平衡，即mg＝kv1当极板加电压U时，设油滴以速率v2匀速上升，受电场力、重力和阻力，即QE＝mg+kv2其中E＝根据题意有v1t1＝v2t2解得Q＝（3）如果存在基本电荷，那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数（或油滴带电量之差的最大公约数）为基本电荷e。由于Q2﹣Q1＝1.60×10﹣19CQ3﹣Q2＝1.64×10﹣19CQ4﹣Q3＝1.58×10﹣19CQ5﹣Q4＝1.60×10﹣19CQ6﹣Q5＝1