2023-2024学年天津市红桥区高二(下)期末物理试卷

2023-2024学年天津市红桥区高二（下）期末物理试卷一、选择题（1至5题为单选题，每题只有一个选项是符合题意的，选对得5分，错选或不答的得0分；6至8题为多项选择题，每题给出的四个选项中有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选不全的得3分，有错选或不答的得0分。）1．（5分）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（）A． B． C． D．2．（5分）图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是（）A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹3．（5分）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N+01n→614A．614C发生β衰变的产物是B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起614D．若测得一古木样品的614C含量为活体植物的4．（5分）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b两质点的横坐标分别为xa＝2m和xb＝6m，图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象，下列说法正确的是（）A．质点a在t＝2s时速度为零 B．质点a经过4s振动的路程为4m C．此时刻质点a的速度沿+y方向 D．该波沿+x方向传播，波速为1m/s5．（5分）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（）A． B． C． D．（多选）6．（5分）一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁向外发出不同频率的光子，则（）A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．n＝4向n＝3跃迁发出的光子频率最大 D．n＝4向n＝1跃迁发出的光子频率最大（多选）7．（5分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（）A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能Eka＞Ekb B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距Δxa＞Δxb C．在水中的传播速度va＜vb D．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角Ca＞Cb（多选）8．（5分）图1为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，P、Q为介质中的两个质点，图2为质点P的振动图象，则（）A．t＝0.2s时，质点Q沿y轴负方向运动 B．0～0.3s内，质点Q运动的路程为0.3m C．t＝0.5s时，质点Q的加速度小于质点P的加速度 D．t＝0.7s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离二、实验题（本题共12分）9．（6分）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。①该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图1所示，其中实验操作正确的是。②该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图2所示，则玻璃的折射率n＝（用图中线段的字母表示）。10．（6分）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝②某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为nm（结果保留3位有效数字）。三、计算题（共48分，写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）11．（14分）如图，一长木板在光滑的水平面上以速度v0向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离。12．（16分）某游乐园中过山车进入停车区时利用磁力进行刹车，磁力刹车原理可以简化为如图所示模型：水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，金属棒MN沿导轨向右运动的过程，对应过山车的磁力刹车过程，假设MN的运动速度代表过山车的速度，MN所受的安培力代表过山车所受的磁场作用力。已知过山车以速度v0进入磁场区域，过山车的质量为m，平行导轨间距离为L，整个回路中的等效电阻为R，磁感应强度大小为B；已知刹车过程中轨道对过山车的摩擦阻力大小恒为f，忽略空气阻力，求：（1）刚进入磁场区域时，过山车的加速度a；（2）若磁力刹车直至速度减为0的过程所用时间为t，求此过程中摩擦力对过山车做的功W。13．（18分）足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为θ＝37°（sin37°＝0.6），间距为1m。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4T，P、M间所接电阻的阻值为8Ω。质量为2kg的金属杆ab垂直导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25。金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8m/s，取g＝10m/s2，求：（1）求恒力F的大小；（2）当金属杆的速度为4m/s时，金属杆的加速度大小；（3）当金属杆沿导轨的位移为15.0m时（已达最大速度），通过电阻R的电荷量q及发热量Q。

2023-2024学年天津市红桥区高二（下）期末物理试卷参考答案与试题解析一、选择题（1至5题为单选题，每题只有一个选项是符合题意的，选对得5分，错选或不答的得0分；6至8题为多项选择题，每题给出的四个选项中有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选不全的得3分，有错选或不答的得0分。）1．（5分）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（）A． B． C． D．【考点】原子的核式结构模型．【答案】D【分析】双缝干涉实验、光电效应实验、电磁波的发射和接收实验都和原子核式结构无关；英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。【解答】解：A、此实验为双缝干涉实验，和原子核式结构无关，故A错误。B、此实验为光电效应实验，和原子核式结构无关，故B错误。C、此实验为电磁波的发射和接收实验，和原子核式结构无关，故C错误。D、此实验为α散射实验，卢瑟福通过这个实验提出了原子的核式结构模型，故D正确。故选：D。2．（5分）图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是（）A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹【考点】气泡室．【答案】D【分析】该题通过带电粒子在磁场中运动，考查三种射线的特性，α射线带正电荷，在磁场中根据左手定则判定向右偏转；β射线带负电荷，偏转的方向与α射线相反；γ射线不带电，不偏转，由此可以判定．【解答】解：射线在磁场中向右运动时，带正电荷射线，根据左手定则可以判断它将向上偏转，带负电荷射线，可以判断它将向下偏转，不带电射线，不偏转，由此可以判定a、b带正电，c、d带负电，所以ABC错误，D正确。故选：D。3．（5分）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N+01n→614A．614C发生β衰变的产物是B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起614D．若测得一古木样品的614C含量为活体植物的【考点】β衰变的特点、本质及方程．【答案】D【分析】根据核反应方程书写规律：电荷数守恒和质量数守恒；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关；根据剩余质量与半衰期的关系判断；根据β衰变的本质判断【解答】解：A、614C能自发进行β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，其衰变方程为：6B、β衰变产生的电子是β衰变过程中中子转化为一个质子同时放出一个电子形成的，故B错误；C、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，温度变化不能改变碳14的半衰期，故C错误；D、测得一古木样品的614C含量为活体植物的14故选：D。4．（5分）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b两质点的横坐标分别为xa＝2m和xb＝6m，图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象，下列说法正确的是（）A．质点a在t＝2s时速度为零 B．质点a经过4s振动的路程为4m C．此时刻质点a的速度沿+y方向 D．该波沿+x方向传播，波速为1m/s【考点】振动图像与波形图的结合．【答案】A【分析】AC.根据振动图像和波动图像找出波长、周期结合质点的振动情况判断对应时刻质点的位置和速度；B.根据振动时间和对应时间路程与振幅的关系确定计算；D.根据同侧原理法判断波的传播方向，结合波速公式计算波的传播速度。【解答】解：AC.根据图甲，可知波长为λ＝8m，根据图乙，可得周期为T＝8s，t＝2s=14T，t＝0时刻质点b开始向上振动，则质点a向下振动，经过B.质点a经过4s=1D.根据t＝0时刻b质点向上振动，结合同侧原理法可知，波沿﹣x方向传播，波速大小为v=λ故选：A。5．（5分）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（）A． B． C． D．【考点】爱因斯坦光电效应方程；光电效应现象及其物理物理意义．【答案】C【分析】由光电效应方程即动能定理得：Ekm＝eU+hν﹣hν0，逸出功是金属的固有属性，不同金属逸出功不同，入射光的频率相同，遏止电压大的，金属的逸出功小。【解答】解：由光电效应方程：hν=12mvm又W0＝hν0，光电子到达A极板过程，由动能定理：eU＝Ekm−12m联立知，光电子到达A板时动能的最大值Ekm＝eU+hν﹣hν0，可见Ekm﹣U图像的斜率为e，纵截距为hν﹣hν0。由题知，1材料的截止频率小于2材料的截止频率，即ν1＜ν2，且入射光相同，则hν﹣hν1＞hν﹣hν2，可见用材料1和2进行光电效应实验得到的Ekm﹣U图线相互平行，且用材料1进行光电效应实验得到的Ekm﹣U图像的纵截距较大。故C正确，ABD错误。故选：C。（多选）6．（5分）一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁向外发出不同频率的光子，则（）A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．n＝4向n＝3跃迁发出的光子频率最大 D．n＝4向n＝1跃迁发出的光子频率最大【考点】分析能量跃迁过程中的能量变化（吸收或释放光子）；分析能级跃迁过程中释放的光子种类．【答案】BD【分析】根据玻尔理论分析可能的跃迁方式；氢原子从高能级向低能级跃迁释放能量；由E＝En﹣Em即可求出跃迁释放的能力；根据跃迁的规律，结合可能的跃迁的不同路径分析可能的种类即可。【解答】解：A、氢原子从第4激发态跃迁到基态需要释放光子，对外释放能力，故A错误；B、一群处于在n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数最多为C4CD、根据E＝En﹣Em，可知n＝4向n＝1跃迁发出的光子能量最大，光频率最大，故C错误，D正确；故选：BD。（多选）7．（5分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（）A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能Eka＞Ekb B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距Δxa＞Δxb C．在水中的传播速度va＜vb D．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角Ca＞Cb【考点】爱因斯坦光电效应方程；光的折射与全反射的综合问题；光的波长与干涉条纹间距的关系．【答案】BD【分析】光线经过玻璃三棱镜后，由于玻璃对a、b的折射率不同而形成色散现象，偏折角越大，折射率越大，该光的频率越高，波长越长；由光电效应方程分析光电子的最大初动能；由公式Δx=Ldλ分析条纹间距大小；v=【解答】解：由图看出，a的偏折角小，则玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长；A、a的频率小，由光电效应方程：Ek＝hν﹣W可知照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能Eka＜Ekb，故A错误；B、a的波长较长，根据Δx=Ldλ可知相邻暗条纹间距a光的较大，即ΔxaC、a光的折射率小，由v=cD、a光的折射率小，根据sinC=1n，可知a光对应的临界角大于b光的临界角，即Ca＞C故选：BD。（多选）8．（5分）图1为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，P、Q为介质中的两个质点，图2为质点P的振动图象，则（）A．t＝0.2s时，质点Q沿y轴负方向运动 B．0～0.3s内，质点Q运动的路程为0.3m C．t＝0.5s时，质点Q的加速度小于质点P的加速度 D．t＝0.7s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离【考点】波长、频率和波速的关系；机械波的图像问题；简谐运动的表达式及振幅、周期、频率、相位等参数．【答案】CD【分析】根据振动图象确定传播方向，根据图2得到的周期，再根据给出的时间确定P和Q的位置，由此分析。【解答】解：A、t＝0时刻的质点P向上振动，则波沿﹣x方向传播，根据图乙可知该波的周期T＝0.4s，t＝0.2s时，质点Q刚好振动半个周期，此时Q沿y轴正方向运动，故A错误；B、0～0.3s内，质点Q运动0.30.4T=34C、t＝0.5s＝114T时，质点P位于波峰处，质点Q不是处于最大位移，根据a=−D、t＝0.7s＝134故选：CD。二、实验题（本题共12分）9．（6分）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。①该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图1所示，其中实验操作正确的是D。②该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图2所示，则玻璃的折射率n＝ACBD【考点】测量玻璃的折射率．【答案】（1）D；（2）ACBD【分析】（1）分别做出光路图，分析符合条件的光路图即可；（2）根据折射率的定义计算。【解答】解：（1）因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角一定小于入射角；实验作出的入射角一定大于折射角；并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行，分别画出入射光线和出射关系，如下图可以看出只有D符合要求，故ABC错误，D正确。故选：D。（2）折射率n=根据图中的几何关系有sini=sinr=联立解得n=故答案为：（1）D；（2）ACBD10．（6分）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可B；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝②某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为630nm（结果保留3位有效数字）。【考点】用双缝干涉测量光的波长．【答案】①B；②630【分析】①根据条纹间距公式分析屏和双缝距离、双缝间距对条纹间距的影响；②根据读数计算出条纹间距，由条纹间距公式计算波长。【解答】解：①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，就要减小条纹间距，由Δx=L故选：B。②条纹间距为：Δx=由Δx=Ld故答案为：①B；②630三、计算题（共48分，写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）11．（14分）如图，一长木板在光滑的水平面上以速度v0向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离。【考点】无外力的水平板块模型．【答案】（1）它们的共同速度大小23（2）此时滑块到木板最右端的距离为7v【分析】（1）根据木板与小滑块组成的系统动量守恒求解；（2）由功能关系可得，摩擦力在相对位移上所做的功等于系统动能的减少量列出等式求解。【解答】解：（1）取向右为正方向，滑块与木板组成的系统满足动量守恒，则有2mv0＝（2m+m）v解得滑块相对木板静止时，它们的共同速度大小为v=2（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，设滑块的速度为v1，则木板的速度为2v1，取向右为正方向，根据动量守恒可得2mv0＝2m•2v1+mv1解得v1根据能量守恒可得μmgs=1解得滑块与木板的相对位移为s=7可知此时滑块到木板最右端的距离为7v答：（1）它们的共同速度大小23（2）此时滑块到木板最右端的距离为7v12．（16分）某游乐园中过山车进入停车区时利用磁力进行刹车，磁力刹车原理可以简化为如图所示模型：水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，金属棒MN沿导轨向右运动的过程，对应过山车的磁力刹车过程，假设MN的运动速度代表过山车的速度，MN所受的安培力代表过山车所受的磁场作用力。已知过山车以速度v0进入磁场区域，过山车的质量为m，平行导轨间距离为L，整个回路中的等效电阻为R，磁感应强度大小为B；已知刹车过程中轨道对过山车的摩擦阻力大小恒为f，忽略空气阻力，求：（1）刚进入磁场区域时，过山车的加速度a；（2）若磁力刹车直至速度减为0的过程所用时间为t，求此过程中摩擦力对过山车做的功W。【考点】电磁感应过程中的能量类问题．【答案】（1）刚进入磁场区域时，过山车的加速度B2（2）此过程中摩擦力对过山车做的功−f(m【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律，求得刚进入磁场区域时金属棒MN产生的感应电动势，根据闭合电路欧姆定律、安培力公式，牛顿第二定律求解；（2）对MN的减速过程应用动量定理求得运动位移，根据力做功的定义求解摩擦力对过山车做的功。【解答】解：（1）刚进入磁场区域时，产生的电动势为E＝BLv0回路的电流为I=E过山车受到的安培力大小为F安＝BIL根据牛顿第二定律可得F安+f＝ma联立解得过山车的加速度大小为a=B方向与运动方向相反。（2）减速过程，对过山车，取向右为正方向，由动量定理得−BI又q=I解得x=(m则摩擦力对过山车做的功为W=−fx=−f(m答：（1）刚进入磁场区域时，过山车的加速度B2（2）此过程中摩擦力对过山车做的功−f(m13．（18分）足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为θ＝37°（sin37°＝0.6），间距为1m。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4T，P、M间所接电阻的阻值为8Ω。质量为2