2022-2023学年河北省石家庄市辛集市高二（下）期末物理试卷
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
1. 新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门，向下压压杆可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄打开阀门，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度均保持不变，则下列说法正确的是( )
A. 充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加
B. 喷液过程中，储气室内气体对外界做功并吸收热量
C. 充气过程中，储气室内气体内能不变
D. 喷液过程中，储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大
2. 年月日，长征四号乙遥五十一运载火箭将我国首颗降水测量专用卫星风云三号星送入高度、倾角的倾斜预定轨道，成功填补了我国南北纬范围内的降水监测资料。卫星轨道可看做圆，地表重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 卫星的向心加速度小于
B. 卫星的轨道与赤道平面重合
C. 卫星运行速度大于第一宇宙速度
D. 若考虑稀薄大气的阻力，卫星的速度会越来越小
3. 设计了如图所示的探究实验：将透明塑料圆盒装一半水，形成半圆形水柱，水中加少量色素，利用丁达尔效应，让学生可观察到液体中的光路。用激光沿半径方向射到半圆水柱的圆心，并从水面射到空气中。增大入射角，当折射光刚好在水面上方消失时，可读出此时的入射角即为全反射临界角。若在操作时，水略微超过了圆盒容积的一半，激光仍对准圆心入射，则临界角的测量值会( )
A. 偏大 B. 不变 C. 偏小 D. 无法确定
4. 某静电场的电场线与轴重合，电场线上各点的电势与轴上各点位置的变化规律如图所示，一质量为，电荷量为的带正电粒子沿轴在原点两侧做周期性运动，粒子的最大动能为，不计粒子的重力，则( )
A. 轴上各点电场强度方向均向右 B. 粒子在做简谐运动
C. 粒子的运动周期为 D. 粒子在位置的动能不为
5. 梅州的非物质文化遗产有不少，兴宁花灯就是其中一种，它与北京宫灯是一脉相承，始于宋代，流行于明清，是传承了上千年的客家传统习俗。花灯用四条长度相同、承受能力相同的绳子高高吊起，如图所示，绳子与竖直方向夹角为，花灯质量为，则下列说法正确的是( )
A. 每条绳子的拉力均为
B. 绳子拉力的合力方向为竖直方向
C. 增大绳子与竖直方向的夹角，花灯受的合外力增大
D. 绳子长一些更易断
6. 如图所示，有四根垂直纸面且互相平行的长直导线，它们与纸面的交点分别为、、、，四个交点构成正方形，四根长直导线均固定。四根长直导线所通电流大小均相等，方向均垂直纸面向里。下列说法正确的是( )
A. 处导线对处导线的作用力方向由指向
B. 处导线所受磁场力方向由指向
C. 若在正方形中心放置垂直纸面方向的通电直导线，该导线所受磁场力不为零
D. 正方形中心处磁感应强度等于零
7. 如图所示为某小型发电站高压输电示意图。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为和，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为和，升压、降压变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入两个理想交流互感器。两个互感器原、副线圈的匝数比分别为和，图中甲、乙均为理想电表，则下列说法正确的是( )
A. 甲为电流表、乙为电压表
B. 若电压互感器的读数为，电流互感器的读数为，则输送功率为
C. 若保持发电机输出电压一定，仅增加负载，则将不变
D. 若保持发电机输出电压和负载不变，仅将滑片下移，则输电线损耗功率增加
二、多选题（本大题共3小题，共18.0分）
8. 下列说法正确的是( )
A. 图甲是光电效应实验，光电效应反映了光具有粒子性
B. 图乙是汤姆孙通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
C. 图丙是某金属在光的照射下，光电子最大初动能与入射光频率的关系图像，当入射光频率为时产生光电子的最大初动能为
D. 图丁中一个处于激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出种不同频率的光子
9. 图为某一简谐横波在时刻的图像，处的质点的振动图像如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该波沿轴负方向传播
B. 该波的波速为
C. 处质点的振动方程为
D. 内，处的质点经过的路程为
10. 如图所示，相距为的两水平虚线分别是水平向里的匀强磁场的边界，磁场的磁感应强度为，正方形线框边长为、质量。将线框在磁场上方高处出静止开始自由释放，当边进入磁场时速度为，边刚穿出磁场时速度也为。从边刚进入磁场到边刚穿出磁场的整个过程中( )
A. 边刚进入磁场时，两端的电势差为
B. 线框有一阶段的加速度为
C. 线框产生的热量为
D. 线框有一阶段做减速运动
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
11. 用如图甲所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒。从高处由静止开始下落，上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点。对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙所示是实验中获取的一条纸带；是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有个点图中未标出，计数点间的距离已标注，打点计时器所接电源频率为。已知，，则计算结果均保留两位有效数字
在纸带上打下计数点时的速度__________。
在打下第“”点到打下第“”点的过程中系统动能的增加量__________，系统势能的减少量__________。当地的重力加速度取
若某同学作出图像如图丙所示，则当地的重力加速度__________。
12. 随着环境问题的日益严重以及电池技术的发展和对电池容量、可靠性、安全性的需求不断提高，同学们对电池产生了浓厚的兴趣。课下通过查找资料自己动手制作了一个电池。制作完成后该同学想测量一下这个电池的电动势和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱最大阻值为，可当标准电阻用、一只电流表量程，内阻和若干导线。
请根据测定电动势和内电阻的要求，自己设计电路图并把下图器材的连接起来_____。
闭合开关，逐次改变电阻箱的阻值，读出与对应的电流表的示数，并作记录。处理实验数据时，首先计算出每个电流值的倒数；再制作坐标图，如图所示，图中已标注出了的几个测量对应的坐标点，在图上把描绘出的坐标点连成图线_____。
请依据电路结构写出的关系式_______。
根据图描绘出的图线可得出这个电池的电动势____，内阻_____。
四、简答题（本大题共3小题，共36.0分）
13. 如图甲所示，横截面积为，质量为的活塞在汽缸内稳定地封闭了一定质量的理想气体。现对缸内气体缓慢加热，气体吸收了热量，温度从升高到，气柱长度增加了，汽缸内壁光滑，外界大气压强为，重力加速度为。
求加热过程中气体内能增加量；
保持缸内气体温度不变，在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，求砝码的质量。
14. 如图所示，直线与水平方向成角，的右上方区域存在磁感应强度大小为、方向水平向外的匀强磁场，的左下方区域存在磁感应强度大小为、方向水平向里的匀强磁场，与两磁场均垂直，在上有相距为的两点、。一粒子源位于上的点，能水平向右发射不同速率、质量为、电荷量为的同种粒子粒子重力不计。为了使所有粒子均能通过上的点，粒子的速率需满足什么条件。已知两侧磁场区域均足够大
15. 如图所示，两根间距为的光滑金属导轨不计电阻，由一段圆弧部分与一段无限长的水平部分组成，其水平部分加有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为，导轨水平部分上面静止放置一金属棒，质量为，电阻为。另一质量为，电阻为的金属棒，从圆弧部分处由静止释放下滑至处进入水平部分，棒与导轨始终垂直且接触良好，且在运动过程中两棒始终未接触。圆弧部分半径为，所对圆心角为，重力加速度为。求：
棒在处进入磁场时的速度是多大此时棒中电流是多少
棒能达到的最大速度是多大
棒由静止到达最大速度过程中，系统所能释放的热量是多少
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.充气过程中储气室内气体分子数增多，但是充气过程中气体温度保持不变，则分子运动剧烈程度不变，所以A错误；
B.喷液过程中，储气室内气体对外界做功 ，喷液过程中温度保持不变，则气体的内能保持不变 ，根据热力学第一定律
可知 ，则气体吸收热量，所以B正确；
C.充气过程中，储气室内气体内能增大，因为气体的质量增大，分子数增大，总动能增大，则内能增大，所以C错误；
D.喷液过程中，根据等温变化，可知气体的体积增大，压强减小，则储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小，所以D错误；
故选B。
2.【答案】
【解析】A.设卫星到地面距离为，根据
可得
该卫星的向心加速度小于，A正确；
B.该卫星轨道为倾角的倾斜预定轨道，卫星的轨道与赤道平面不重合，B错误；
C.由公式
得
可知，卫星绕地球运做匀速圆周运动时，半径越小，速度越大，近地卫星的运行速度，也就是第一宇宙速度，是最大的运行速度，该卫星轨道高于近地卫星，所以速度小于第一宇宙速度，C错误；
D.由于稀薄大气的影响，如不加干预，在运行一段时间后，卫星的速度减小，引力大于向心力，做近心运动，半径变小，引力做正功，其速度变大，D错误。
故选A。
3.【答案】
【解析】根据题意，作出光路图如图所示
入射光线的方向不变，由图可得，发生全反射的临界角相等，即临界角的测量不变。
故选B。
4.【答案】
【解析】A.图像的负半轴的电势沿轴方向不断降低，所以负半轴的电场方向为轴正方向，正半轴的电势沿轴增加，所以正半轴的电场方向为轴负方向，故A错误；
B.图像斜率的绝对值表示场强的大小，图线为倾斜直线，所以两部分电场均为匀强电场，粒子受电场力大小不变，所以粒子不是做简谐运动，故B错误；
D.由图可以看出，在处，粒子的动能最大，且最大动能为，粒子在此处的电势能为零，因为粒子只受电场力，所以动能与电势能的和不变，在位置的电势能为 ，所以动能为，故D错误；
C.由以上分析可知，粒子在和位置处的速度为零，由动能与动量的关系可知
由动量定理可知
可得
粒子在点左右运动时间相同，所以粒子的运动周期为
故C正确。
故选C。
5.【答案】
【解析】A.小球受重力、拉力的作用，故A错误；
B.若绳子断了，小球将做平抛运动，故B错误；
C.小球的受力如图所示
小球受拉力为
故C正确；
D.根据牛顿第二定律可得
可得
小球转速加快，则角速度增大， 增大，绳子的拉力增大，故D错误。
故选C。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查平行通电导线间的作用力，通电导线周围的磁场以及磁感应强度的叠加，基础题。
根据平行通电导线间的作用力同向相吸、反向相斥，结合矢量合成法则，即可求解。
【解答】
A.根据平行通电导线间的作用力同向相吸可知，处导线对处导线的作用力方向由指向，故A错误；
B.根据平行通电导线间的作用力同向相吸可知，、、导线对处导线都有吸引力，再根据力的合成可知，处导线所受磁场力方向由指向，故B错误；
根据通电导线周围的磁场，以及磁场的叠加可知，正方形中心处磁感应强度等于零，所以在正方形中心放置垂直纸面方向的通电直导线，该导线所受磁场力为零，故C错误、D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】A.电表甲所在互感器原线圈比副线圈匝数多，且原线圈并联在输电线路两端，所以该互感器是将输电的高电压降低至电表甲可测量的范围内，是电压互感器，即电表甲为电压表；电表乙所在互感器原线圈比副线圈匝数少，且原线圈串联在输电线路中，所以该互感器是将输电的高电流降低至电表乙可测量的范围内，是电流互感器，即电表乙为电流表，故A错误；
B.对电压互感器有
解得
对电流互感器有
解得
所以输送功率为
故B错误；
C.对升压变压器有
设负载总电阻为，输电线路电阻为，对降压变压器，可知
其中
联立以上五式可得
若保持发电机输出电压一定，仅增加负载，即减小，则将减小，故C错误；
D.若保持发电机输出电压和负载不变，仅将滑片下移，则增大，则将增大，根据
可知，输电线损耗功率增加，故D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】A.图甲是光电效应实验，光电效应实验证明光具有粒子性，故A正确；
B.卢瑟福通过 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B错误；
C.根据光电效应方程
可知光子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，当 时
当 时
所以入射光频率为 时最大初动能为
故C正确；
D.一个处于 激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出种不同频率的光子，即种，故D错误。
故选AC。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查简谐运动的振动图像，波的图像，以及波速、波长和周期间的关系，解题关键是掌握振动图和波形图的区别和联系。
【解答】
A.由图可知时，的质点向轴正方向振动，由图可知该波沿轴负方向传播， 故A正确
B.由题图知波长，由题图知周期，所以波速，故 B正确
C.处质点的振动方程 ， 故C错误
D.时，处质点的纵坐标，内，处的质点经过的路程为
， 故 D正确。
10.【答案】
【解析】A.线框在磁场上方高 处出静止释放，当 边进入磁场时有
解得
边产生的感应电动势为
两端的电势差为路端电压，即
故A错误；
B.线框完全在磁场中运动时，没有感应电流产生，线框不受安培力，只受重力，加速度为，故B正确；
C.边进入磁场到边刚穿出磁场的过程，动能不变，根据能量守恒定律可得线框产生的热量为
故C错误；
D.线框刚进入磁场时的速度是，完全进入磁场后做匀加速直线运动，而 边刚穿出磁场时的速度也是，由此可判断线框离开磁场的过程做减速运动，故D正确。
故选BD。
11.【答案】；
；；
【解析】
【分析】
根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可以求出打下记数点时的速度大小；
根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量，根据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量，比较动能增加量和重力势能减小量之间的关系可以得出机械能是否守恒；
推导出的关系式可知，由图象的斜率与重力加速度的关系求出重力加速度。
本题全面的考查了验证机械能守恒定律中的数据处理问题，要熟练掌握匀变速直线运动的规律以及功能关系，增强数据处理能力。
【解答】
根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打点时的速度为：
；
物体的初速度为零，所以动能的增加量为：
，
重力势能的减小量等于物体重力做功，故：
；
本题中根据机械能守恒可知，
，
即有：，
所以：图象中图象的斜率表示重力加速度的一半，由图可知，斜率，故当地的实际重力加速度为：。
故答案为：；
；；
。
12.【答案】
【解析】本实验利用安阻法测量电源电动势和内阻，故电路如图所示
将各点用直线进行拟合，连线时不能连成折线；为减小偶然误差，个别偏离太远的点舍去，得到图像
根据闭合电路欧姆定律可知
整理可知
由图可知，图线的斜率
图线的截距
解得
13.【答案】解：对活塞，由平衡条件得：
加热过程气体对外界做功
外界对气体做功
根据热力学第一定律得：
解得：
设气体初状态的体积为，则末状态体积为
气体发生等压变化，由盖吕萨克定律得：
加砝码后，对活塞与砝码整体，由平衡条件得：
气体温度不变，由玻意耳定律得：
解得：
答：加热过程中气体内能增加量是；
砝码的质量是。
【解析】对活塞进行受力分析，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，根据平衡条件可求出缸内气体压强。由于气体发生等压变化，气体对活塞的压力不变，根据功的计算公式计算出气体对外界做的功，再根据热力学第一定律，求解热量。
保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，缸内气体发生等温变化，由平衡条件求出缸内气体的压强，再由玻意耳定律求解即可。
此题是理想气体状态方程和热力学第一定律的结合，关键要准确分析气体作何种变化，再选择相应的规律解答，根据平衡条件求解封闭气体的压强是惯用的思路，要加强训练，熟练掌握。
14.【答案】 或者
【解析】粒子运动过程只受洛伦兹力作用，故在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则在右上方磁场时有
则粒子在右上方磁场中做圆周运动的轨道半径
同理，在左下方磁场中做圆周运动的半径为
作出运动轨迹，如图所示
由几何关系可知，所有圆心角均为，则图中所有三角形都为等边三角形，若粒子偏转偶数次到达点，一种情况为
解得
故速度为
另一种情况为
解得：
15.【答案】 ， ； ；
【解析】棒由下滑到过程中，根据机械能守恒定律得
解得
进入磁场区瞬间感应电动势
回路中电流强度
棒在安培力作用下做减速运动，棒在安培力作用下做加速运动，当两棒速度达到相同速度时，电路中电流为零，安培力为零，达到最大速度。根据动量守恒定律得
解得
系统释放的热量应等于系统机械能的减少量
解得
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