天津市第一中学2022-2023学年高二下学期期末物理试题
一、单选题
1．物理学知识在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）
A．肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的衍射现象
B．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是运用了光的全反射现象
C．手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率将会发生变化
D．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
2．2022年诺贝尔物理学奖授予了在量子纠缠理论做出贡献的三位科学家。下列关于量子力学发展史说法正确的是（ ）
A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念，提出“光由光子构成”
B．丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它保留了经典粒子的概念
C．爱因斯坦的光电效应理论揭示了光的粒子性
D．卢瑟福的原子核式结构模型说明核外电子的轨道是量子化的
3．用a、b两束单色光照射同一单缝做衍射实验，观察衍射图样发现：a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄，下列说法正确的是（ ）
A．a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，b光的折射角小
B．a、b两束单色光在水下同一深度处，b光照亮水面的面积较大
C．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较大
D．用a光照射某金属，不能发生光电效应，用b光照射有可能发生光电效应
4．在近代物理学发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对世界认识的不断深入。对下列图示的实验描述正确的是（ ）
A．卢瑟福通过甲图所示的实验，发现了质子
B．康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有波动性
C．贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子的核式结构模型
D．戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，证实电子具有波动性
5．2021年4月13日，日本政府的内阁会议上，计划将福岛第一核电站的125万吨污水排入大海。核污染水经二次处理后，仍含难以清除的氚和铯、锶等60多种高污染核素。绿色和平组织核专家指出，核废水在数千年内都存在危险，并可能造成基因损害。已知氚核发生β衰变时的半衰期为12.5年，则下列说法正确的是（ ）
A．通过加压或者是降温的方法，可以改变氚的半衰期
B．10个氚核经过12.5年之后一定还剩下5个
C．氚核衰变放出的β射线是高速电子流，来源于核外电子
D．经过87.5年，氚的含量少于原来的百分之一
6．用两种不同的金属做光电效应的实验，的逸出功大于的逸出功，在同一坐标系中作出它们的遏止电压随入射光频率变化的图像，下列图像中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
7．中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）做燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀（），钚239裂变释放出的快中子被再生区内的铀238吸收，转变为铀239，铀239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（ ）
A．铀239转变为钚239，需要经过1次α衰变
B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量转化为核能释放出去
C．铀239发生衰变的实质是高速氦核流从原子核中飞出
D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能
8．太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氦闪，进入红巨星阶段，电影《流浪地球》就是在此背景下展开，“氦闪”是氦的聚变变成碳的过程，，极不稳定，短时间再结合一个氦变成碳的过程，已知原子核的比结合能-质量数的图像如图，的纵坐标为，的纵坐标为7.69，下列说法中正确的是（ ）
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．一次氦闪放出的核能为7.32MeV
C．氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D．氦4的结合能为
二、多选题
9．下列说法中正确的是（ ）
A．在核反应中满足电荷数守恒，质量守恒
B．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C．钍核（Th）发生一次衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
D．铀（）经多次、衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子
10．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲，大型水电站的发电机组一般都是旋转电枢式
B．图乙，雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备
C．图丙，可以通过往水中丢入石块，借助水波把皮球冲到岸边
D．图丁，说明这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应的光电子最大初动能相等
11．图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，、、、是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从能级跃迁到能级辐射产生的，下列说法正确的是（ ）
A．这四条谱线中，谱线光子频率最小
B．氢原子从能级跃迁到能级要吸收能量
C．若、、、中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
D．用能量为的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁
12．电功率为60W的白炽灯正常发光时，白炽灯消耗的电能有11%产生可见光。已知可见光的平均波长为600nm，普朗克常量。如图所示，白炽灯发出的光通过元件M照射到光屏P上。下列说法正确的是（ ）
A．可见光的平均频率为
B．白炽灯每秒发出的可见光的光子数为个
C．如果M是偏振片，沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度将发生周期性的变化
D．如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，则狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大
三、实验题
13．在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线和。O为直线AO与的交点，在直线AO上竖直地插上、两枚大头针。
（1）该同学接下来要完成的必要步骤有____
A．插上大头针，使仅挡住的像
B．插上大头针，使挡住和的像
C．插上大头针，使仅挡住
D．插上大头针，使挡住和、的像。
（2）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n= 。
（3）实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的比实际的折射面向外侧平移了一些（如图乙所示），以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n<0），称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。若该材料对于电磁波的折射率n=-1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是____。
A． B．
C． D．
14．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上（如图甲），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。
（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则____。
A．可观察到水平方向的干涉条纹
B．可观察到竖直方向的干涉条纹
C．看不到干涉现象
（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中____。
A．观察不到干涉条纹
B．可观察到明暗相间的白条纹
C．可观察到彩色条纹
（3）若实验中在屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2（已知x1
A．P处可能出现暗条纹
B．不再出现明暗相间的条纹
C．明暗相间的条纹间距变窄
D．原P1处的第一级亮条纹向P点靠近
四、解答题
15．静止的重原子核在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中发生衰变后，产生的粒子的运动轨迹如图所示，已知轨迹2对应粒子的动量大小为p，电荷量大小为q．
（1）发生的是衰变还是衰变？写出衰变方程式（新核用X表示），并判断新核X沿哪个轨迹运动；
（2）求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。
16．2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知在氘核聚变反应中氘核质量为，中子质量为，核的质量为。两个速率相等的氘核以相同的动能对心正碰聚变成核并放出一个中子。
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）求该核反应释放的核能；
（3）若两个氘核发生核聚变时释放出一对向相反方向运动的光子，每个光子的能量为，求生成核的动能。
17．如图所示，沿水平固定的平行导轨之间的距离为L=1m，导轨的左侧接入定值电阻R（大小未知），图中虚线的右侧存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=2T。质量为m=1kg、阻值导体棒PQ垂直导轨放置，由时刻开始在导体棒上施加水平方向F=4N的恒力使导体棒向右做匀加速运动，导体棒进入磁场后立即保持外力的功率不变，经过一段时间导体棒以的速度做匀速直线运动，已知整个过程导体棒的速度随时间的变化规律如图乙所示，导体棒始终与导轨保持良好的接触且没有发生转动。重力加速度g=10m/s2。求：
（1）导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ=？定值电阻的阻值R=？
（2）前8s内导体棒与导轨间因摩擦而产生的热量Q=90J，则该过程中定值电阻R上产生的热量QR为多少？
（3）在第（2）问的前提下，求导体棒减速过程中通过定值电阻R的电量q为多少？前8s内水平外力F对导体棒的冲量IF为多少？
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】生活中的光现象；薄膜干涉；光的衍射；光的偏振现象
【解析】【解答】A． 肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的干涉现象，故A错误；
B．照相机镜头上涂有增透膜，以增强透射光的强度，应用了光的干涉，故Ｂ错误；
C．光的频率由光源本身决定， 所以光线经过钢化膜后，频率不会发生变化，故C错误；
D．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以减弱水面反射的光的干扰，使景像更清晰，故Ｄ正确。
故选Ｄ。
【分析】肥皂膜看起来常常是彩色的，照相机镜头表面涂上增透膜，这均是光的干涉现象；光的频率由光源本身决定； 照相机镜头前加装偏振片，过滤反射光，可以使景像更清晰。本题结合光的干涉，衍射，偏振发生的条件，特点进行分析，从而得到答案。
2．【答案】C
【知识点】原子核的组成；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；黑体、黑体辐射及其实验规律；光电效应
【解析】【解答】A．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了光子的能量是不连续的，是一份一份的传播的，每一份叫能量子，故A错误；
B．丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它引入了量子化的理论，故B错误；
C．爱因斯坦的光电效应理论揭示了光的粒子性，提出了光的传播是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做光子，故C正确；
D．玻尔的原子核式结构模型说明核外电子的轨道是量子化的，故D错误。
故选C。
【分析】普朗克提出了量子的概念；玻尔的结构模型成功之处在于引入了量子化的观念；爱因斯坦证明了光的粒子性的正确；卢瑟福的核式结构模型对电子的运动轨道没有太多的描述。
3．【答案】B
【知识点】光的双缝干涉；光的折射及折射定律；光的全反射；光电效应
【解析】【解答】由于波长越短中央亮条纹的宽度越小，则可知单色光a的波长较短，即，根据，可知a光的频率较大，即。
A．对于同一种介质来说，波长越大折射率越小，则，根据折射定律可知a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，a光的折射角小，故A错误；
B．根据可知，可知折射率小的临界角大，所以a、b两束单色光在水下同一深度处，b光发生全反射时的临界角大，由几何知识可知，b光照亮水面的面积较大，故B正确；
C．根据双缝干涉条纹间距公式，可知用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较小，故C错误；
D．根据可知，a光的能量比b光的能量大，若用a光照射某金属，不能发生光电效应，则用b光照射不可能发生光发生光电效应，故D错误。
故选B。
【分析】根据两图是由同一条单缝照射而形成的图样，且中央宽，故为单缝衍射图样；由于波长越短中央亮条纹的宽度越小，由图样可知单色光b的波长较短，而在真空中波长越长频率越小；光子的能量，如果入射光的能量大于金属的逸出功，就会发生光电效应；对于同一种介质来说，由于波长越大的单色光折射率越小，根据双缝干涉条纹的间距公式比较出两种色光的波长大小，从而比较出频率的大小和折射率的大小。
4．【答案】D
【知识点】康普顿效应；α粒子的散射；粒子的波动性 德布罗意波；天然放射现象
【解析】【解答】 A．卢瑟福通过甲图所示的实验，提出了原子的核式结构模型，并未发现质子，故A错误； B．康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有粒子性而非波动性，故B错误；
C．贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子核具有复杂的结构，并没有提出原子的核式结构模型，故C错误；
D．戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，电子的衍射图样现象证实了电子具有波动性，故D正确。
故选D。
【分析】卢瑟福通过甲图所示的实验，结合实验现象提出了原子的核式结构模型； 康普顿在乙图所示的实验中，利用碰撞前后粒子的动量守恒，证明了光具有粒子性而非波动性；贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子核具有复杂的结构；戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，根据衍射现象是波具有的特性，证实了电子具有波动性。通过物理学发展史，结合各图的意义判断作答，为基础试题。
5．【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；天然放射现象；α、β、γ射线及特点
【解析】【解答】A．半衰期由放射性元素本身决定，外部条件不可以改变氚的半衰期，故A错误；
B．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，故B错误；
C．射线是高速电子流，来源于核内中子转化为质子时放出的电子，故C错误；
D．经过87.5年后，
即氚核的含量少于原来的百分之一，故D正确。
故选D。
【分析】半衰期由放射性元素本身决定；半衰期是一种统计规律；根据衰变的本质判断；根据半衰期公式计算相关问题。
6．【答案】B
【知识点】光电效应
【解析】【解答】由光电效应方程有
由动能定理有
整理可得
可见图线的斜率
a、b两条图像应平行；a的逸出功大于b的逸出功，则a的极限频率更大。
故选B。
【分析】根据光电效应方程结合图像的斜率的物理意义以及图像的横纵坐标、截距的物理意义作答即可。
7．【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．铀239转变为钚239，质量数不变，质子数增加2，故需要经过1次β衰变，故A错误；
B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量以核能的形式释放出去，故B错误；
C．铀239发生衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，故C错误；
D．钚239裂变生成两个中等质量的核，放出核能，比结合能增大，所以钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，故D正确。
故选 D。
【分析】通过质量数和质子数的变化判断衰变类型；发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子；亏损的质量转化为核能释放出去，并以能量的形式被辐射出去；比结合能越大原子核越稳定，衰变是不稳定的核生成较稳定的新核。
8．【答案】B
【知识点】结合能与比结合能
【解析】【解答】
A ．原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；
B ．一次氦闪放出的核能为
故B正确；
C ．根据题意可知，反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，故C错误；
D ．根据图像可知，氦4的比结合能为7.08MeV，结合能为
4x7.08MeV=28.32MeV
故D错误。
故选 B 。
【分析】原子核的比结合能越大，原子核越稳定；反应过程释放能量，核子有质量亏损，由此得出核子的平均质量的关系；根据图像的特点得出原子核结合能的大小关系。
9．【答案】B,C,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．在核反应中满足电荷数守恒，质量数守恒，而不是质量守恒，故A错误；
B．第一激发态为第二个定态，根据
可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；
C．α粒子是He，根据质量数与电荷数守恒可知，钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少4，电荷数减少2，可知中子数减少了4-2=2，故C正确；
D．若该核反应为
根据质量数与电荷数守恒有
238 =206+4m
92 = 82+2m-n
解得n=6，可知，发生了6次α衰变，即有6个中子转变成质子，故D正确。
故选BCD。
【分析】在核反应中满足电荷数，质量数守恒，质量不守恒，可知选项A错误；根据玻尔理论：原子从高能级向等级跃迁，释放光子，且释放光子的能量满足，可判断B选项正确；根据质量数等于质子数加中子数，且原子核在衰变过程中遵循质量数、电荷数守恒的特点，写出核反应方程，并列出质量数及电荷数守恒的方程分析CD，可知CD正确。
10．【答案】B,D
【知识点】机械波及其形成和传播；交变电流的产生及规律；电磁波的应用；光电效应
【解析】【解答】A．大型水电站的发电机组一般是旋转磁极式的，故A错误；
B．图乙中雷达是利用微波来测定物体的位置的无线电设备，故B正确；
C．由于水只能在其平衡位置上下振动，所以不会把皮球推向岸边，故C错误；
D．由于光电子的最大初动能
所以，由图像可知这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应的光电子最大初动能相等，故D正确。
故选BD。
【分析】由光电效应方程与遏止电压的关系，即可得到 D选项的正确。根据相关的知识，对甲，乙丙作出判断。
11．【答案】A,C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】AC．根据题意，由图乙可知，的波长最小，则频率最大，的波长最大，则频率最小，若，，，中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，故AC正确；
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级为从高能级向低能级跃迁，需放出能量，辐射出光子，故B错误；
D．由能级差公式可知，若用能量为10.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁，有
由图甲可知，氢原子能级中没有能量为-3eV的能级，则假设不成立，即用能量为10.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子不可以发生跃迁，故D错误。
故选AC。
【分析】知道光子频率与波长的关系；氢原子从高能级向等级跃迁，要释放能量，反之，从低能级到高能级，需要吸收能量，且释放或吸收的能量。利用发生光电效应的条件作答C选项。
12．【答案】B,D
【知识点】光的衍射；光的偏振现象；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．根据频率的计算公式可得
则可见光的平均频率为5x1014Hz，故A错误；
B．设白炽灯消耗电能转化为光能的效率为，故
解得
所以每秒发出的可见光的光子数为2x1019个，故B正确；
C．由于灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片，光屏上光的亮度不会变化，故C错误；
D．光通过小孔后发生衍射现象，且光屏上出现了衍射图样，根据衍射规律可知，狭缝变窄时，衍射现象变明显，屏上条纹宽度会增大，故D正确。
故选BD。
【分析】根据频率的计算公式求解可见光的平均频率；根据白炽灯产生的光能与光子的总能量相等，求出每秒发出的可见光的光子数；灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片后光屏上光的亮度不会变化；光通过小孔后发生衍射现象是因为光子经过小孔后到达光屏上各处的概率服从波动规律。
13．【答案】（1）B；D
（2）
（3）偏小
（4）B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】
（1）[1]确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
故选BD正确。
（2）[2]如图甲，光线在bb'面的折射角为，入射角为，则根据折射定律得：该玻璃砖的折射率
为
（3）[3]如图乙，该同学 画出的比实际的折射面向外侧平移了一些 ，这将导致折射角的测量值偏大，可知折射率的测量值将偏小。
（4）[4]根据折射定律，折射率为-1，可知
则折射角等于入射角，且折射光线与入射光线位于法线的同一侧，观察选项图像，故选B.
【分析】（1）用挡像法确定P3，P4的位置；
（2）根据折射定律，求解玻璃的折射率；
（3）作出光路图，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差；
（4）根据题意结合折射定律分析作答。
14．【答案】（1）B
（2）C
（3）；31.20/31.25/31.30
（4）C；D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】（1）[1]单缝和双缝均沿竖直方向，所以可观察到竖直方向的干涉条纹。
故选B。
（2）[2]取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的。
故选C。
（3）[3][4]根据干涉条纹间距公式，结合图乙可得 该入射的单色光波长的计算表达式为
该游标卡尺是20分度的，其精确度为0.05mm。游标卡尺读数为
31mm +6x 0.05mm =31.30mm
（4）[5]AB．P点到S1、S2的光程差，根据振动加强的条件可知，P始终为加强点，始终出现明条纹，故AB错误；
C．遮光筒装满水后，光的传播速度减小，根据波长、波速与频率的关系可知，光的波长减小；
根据双缝干涉条纹间距公式可知，条纹间距减小，故C正确；
D．根据光产生明条纹的条件(其中 n = 0，1，2，3)可知，减小，因此原P1处的第一级亮条纹向P点靠近，故D正确。
故选CD。
【分析】
（1）单缝是竖直放置，双缝也是竖直放置，故产生的干涉条纹是竖直方向；
（2）白光干涉条纹为彩色的；
（3）根据题中给出的两条条纹间距和条纹间距公式可求波长；游标尺的读数等于主尺读数与游标尺读数之和。
（4）ABD．根据光加强和减弱的条件作答；C．遮光筒装满水后，光的传播速度减小，波长减小，根据双缝条纹间距公式分析作答。
15．【答案】（1）解：静止的在发生衰变的过程中动量守恒，新核X与或的动量等大反向，且新核X的电量大于或的电量，根据
又
可得
可见新核X的半径小于或的半径，新核X带正电对应小圆2。由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动，则或对应大圆1也沿逆时针方向运动，由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电，是，发生衰变，衰变方程式为
（2）解：粒子匀速圆周运动的周期公式为
则有
轨迹2对应粒子即新核X的动量为p，带电量为q，则的动量为p，带电量为，由
可得，
则有
【知识点】原子核的衰变、半衰期；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）衰变后产生的粒子和新核动量相等，根据洛伦兹力提供向心力分析轨迹半径的大小，由此确定衰变情况，由此写出衰变方程；
（2）根据周期公式求解周期之比，根据洛伦兹力提供向心力求解轨迹半径之比。
本题主要是考查带电粒子在磁场中的运动和原子核的衰变，关键是知道衰变过程中动量守恒，掌握带电粒子在磁场中运动情况的处理方法。
16．【答案】（1）解：根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为
（2）解：该核反应的质量亏损为
该核反应释放的核能为
即
（3）解：两个氘核正碰而发生核聚变过程，满足动量守恒，设中子的速度大小为，氦核的速度大小为，由于碰撞前的总动量为零，则有
又
所以
解得
【知识点】质量亏损与质能方程；动量与能量的其他综合应用；核聚变
【解析】【分析】（1）根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒即可判断生成物，从而写出方程；
（2）根据爱因斯坦质能方程可解得质量亏损与释放的能量。
（3）核反应过程中，粒子的运动遵循动量守恒定律，并利用动量与动能的关系作答。
17．【答案】（1）解：根据图像可知，导体棒做匀加速直线运动的加速度为
根据牛顿第二定律可得
解得动摩擦因数为
导体棒刚进入磁场时的拉力功率为
导体棒最终以的速度在磁场中做匀速直线运动，则有
又有，
联立解得R=7Ω
（2）解：前8s内外力做功为
设回路产生的焦耳热为，根据功能关系可得
解得Q总=12J
则前8s内定值电阻上产生的热量为QR=10.5J
（3）解：在第（2）问的前提下，设导体棒减速过程中的位移为x2，则有
其中Q=90J，
解得x2=17.5m
根据
解得导体棒减速过程中通过定值电阻的电荷量为q=4.375C
设前8s内水平外力F对导体棒的冲量为，根据动量定理可得
又由于
联立解得IF=36.75N·s
【知识点】电磁感应中的动力学问题；电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】（1）根据图示v-t图象求加速度，应用牛顿第二定律求出动摩擦因数；最终导体棒做匀速直线运动，应用平衡条件求出电阻阻值。
（2）根据功能关系求出产生的总焦耳热，然后求出R产生的焦耳热。
（3）应用法拉第电磁感应定律、欧姆定律与电流的定义式求出电荷量；应用动量定理求出外力的冲量。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
天津市第一中学2022-2023学年高二下学期期末物理试题
一、单选题
1．物理学知识在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）
A．肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的衍射现象
B．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是运用了光的全反射现象
C．手机屏贴有钢化膜，屏幕射出的光线，经过钢化膜后，频率将会发生变化
D．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
【答案】D
【知识点】生活中的光现象；薄膜干涉；光的衍射；光的偏振现象
【解析】【解答】A． 肥皂膜看起来常常是彩色的，这是光的干涉现象，故A错误；
B．照相机镜头上涂有增透膜，以增强透射光的强度，应用了光的干涉，故Ｂ错误；
C．光的频率由光源本身决定， 所以光线经过钢化膜后，频率不会发生变化，故C错误；
D．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以减弱水面反射的光的干扰，使景像更清晰，故Ｄ正确。
故选Ｄ。
【分析】肥皂膜看起来常常是彩色的，照相机镜头表面涂上增透膜，这均是光的干涉现象；光的频率由光源本身决定； 照相机镜头前加装偏振片，过滤反射光，可以使景像更清晰。本题结合光的干涉，衍射，偏振发生的条件，特点进行分析，从而得到答案。
2．2022年诺贝尔物理学奖授予了在量子纠缠理论做出贡献的三位科学家。下列关于量子力学发展史说法正确的是（ ）
A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念，提出“光由光子构成”
B．丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它保留了经典粒子的概念
C．爱因斯坦的光电效应理论揭示了光的粒子性
D．卢瑟福的原子核式结构模型说明核外电子的轨道是量子化的
【答案】C
【知识点】原子核的组成；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；黑体、黑体辐射及其实验规律；光电效应
【解析】【解答】A．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了光子的能量是不连续的，是一份一份的传播的，每一份叫能量子，故A错误；
B．丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，该理论的成功之处是它引入了量子化的理论，故B错误；
C．爱因斯坦的光电效应理论揭示了光的粒子性，提出了光的传播是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做光子，故C正确；
D．玻尔的原子核式结构模型说明核外电子的轨道是量子化的，故D错误。
故选C。
【分析】普朗克提出了量子的概念；玻尔的结构模型成功之处在于引入了量子化的观念；爱因斯坦证明了光的粒子性的正确；卢瑟福的核式结构模型对电子的运动轨道没有太多的描述。
3．用a、b两束单色光照射同一单缝做衍射实验，观察衍射图样发现：a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄，下列说法正确的是（ ）
A．a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，b光的折射角小
B．a、b两束单色光在水下同一深度处，b光照亮水面的面积较大
C．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较大
D．用a光照射某金属，不能发生光电效应，用b光照射有可能发生光电效应
【答案】B
【知识点】光的双缝干涉；光的折射及折射定律；光的全反射；光电效应
【解析】【解答】由于波长越短中央亮条纹的宽度越小，则可知单色光a的波长较短，即，根据，可知a光的频率较大，即。
A．对于同一种介质来说，波长越大折射率越小，则，根据折射定律可知a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，a光的折射角小，故A错误；
B．根据可知，可知折射率小的临界角大，所以a、b两束单色光在水下同一深度处，b光发生全反射时的临界角大，由几何知识可知，b光照亮水面的面积较大，故B正确；
C．根据双缝干涉条纹间距公式，可知用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较小，故C错误；
D．根据可知，a光的能量比b光的能量大，若用a光照射某金属，不能发生光电效应，则用b光照射不可能发生光发生光电效应，故D错误。
故选B。
【分析】根据两图是由同一条单缝照射而形成的图样，且中央宽，故为单缝衍射图样；由于波长越短中央亮条纹的宽度越小，由图样可知单色光b的波长较短，而在真空中波长越长频率越小；光子的能量，如果入射光的能量大于金属的逸出功，就会发生光电效应；对于同一种介质来说，由于波长越大的单色光折射率越小，根据双缝干涉条纹的间距公式比较出两种色光的波长大小，从而比较出频率的大小和折射率的大小。
4．在近代物理学发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对世界认识的不断深入。对下列图示的实验描述正确的是（ ）
A．卢瑟福通过甲图所示的实验，发现了质子
B．康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有波动性
C．贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子的核式结构模型
D．戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，证实电子具有波动性
【答案】D
【知识点】康普顿效应；α粒子的散射；粒子的波动性 德布罗意波；天然放射现象
【解析】【解答】 A．卢瑟福通过甲图所示的实验，提出了原子的核式结构模型，并未发现质子，故A错误； B．康普顿在乙图所示的实验中，证明了光具有粒子性而非波动性，故B错误；
C．贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子核具有复杂的结构，并没有提出原子的核式结构模型，故C错误；
D．戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，电子的衍射图样现象证实了电子具有波动性，故D正确。
故选D。
【分析】卢瑟福通过甲图所示的实验，结合实验现象提出了原子的核式结构模型； 康普顿在乙图所示的实验中，利用碰撞前后粒子的动量守恒，证明了光具有粒子性而非波动性；贝克勒尔研究丙图中的放射线，提出了原子核具有复杂的结构；戴维森和汤姆孙利用电子束穿过铝箔得到的丁图图样，根据衍射现象是波具有的特性，证实了电子具有波动性。通过物理学发展史，结合各图的意义判断作答，为基础试题。
5．2021年4月13日，日本政府的内阁会议上，计划将福岛第一核电站的125万吨污水排入大海。核污染水经二次处理后，仍含难以清除的氚和铯、锶等60多种高污染核素。绿色和平组织核专家指出，核废水在数千年内都存在危险，并可能造成基因损害。已知氚核发生β衰变时的半衰期为12.5年，则下列说法正确的是（ ）
A．通过加压或者是降温的方法，可以改变氚的半衰期
B．10个氚核经过12.5年之后一定还剩下5个
C．氚核衰变放出的β射线是高速电子流，来源于核外电子
D．经过87.5年，氚的含量少于原来的百分之一
【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；天然放射现象；α、β、γ射线及特点
【解析】【解答】A．半衰期由放射性元素本身决定，外部条件不可以改变氚的半衰期，故A错误；
B．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，故B错误；
C．射线是高速电子流，来源于核内中子转化为质子时放出的电子，故C错误；
D．经过87.5年后，
即氚核的含量少于原来的百分之一，故D正确。
故选D。
【分析】半衰期由放射性元素本身决定；半衰期是一种统计规律；根据衰变的本质判断；根据半衰期公式计算相关问题。
6．用两种不同的金属做光电效应的实验，的逸出功大于的逸出功，在同一坐标系中作出它们的遏止电压随入射光频率变化的图像，下列图像中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】光电效应
【解析】【解答】由光电效应方程有
由动能定理有
整理可得
可见图线的斜率
a、b两条图像应平行；a的逸出功大于b的逸出功，则a的极限频率更大。
故选B。
【分析】根据光电效应方程结合图像的斜率的物理意义以及图像的横纵坐标、截距的物理意义作答即可。
7．中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）做燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀（），钚239裂变释放出的快中子被再生区内的铀238吸收，转变为铀239，铀239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（ ）
A．铀239转变为钚239，需要经过1次α衰变
B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量转化为核能释放出去
C．铀239发生衰变的实质是高速氦核流从原子核中飞出
D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能
【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．铀239转变为钚239，质量数不变，质子数增加2，故需要经过1次β衰变，故A错误；
B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量以核能的形式释放出去，故B错误；
C．铀239发生衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，故C错误；
D．钚239裂变生成两个中等质量的核，放出核能，比结合能增大，所以钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，故D正确。
故选 D。
【分析】通过质量数和质子数的变化判断衰变类型；发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子；亏损的质量转化为核能释放出去，并以能量的形式被辐射出去；比结合能越大原子核越稳定，衰变是不稳定的核生成较稳定的新核。
8．太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氦闪，进入红巨星阶段，电影《流浪地球》就是在此背景下展开，“氦闪”是氦的聚变变成碳的过程，，极不稳定，短时间再结合一个氦变成碳的过程，已知原子核的比结合能-质量数的图像如图，的纵坐标为，的纵坐标为7.69，下列说法中正确的是（ ）
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．一次氦闪放出的核能为7.32MeV
C．氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D．氦4的结合能为
【答案】B
【知识点】结合能与比结合能
【解析】【解答】
A ．原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；
B ．一次氦闪放出的核能为
故B正确；
C ．根据题意可知，反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，故C错误；
D ．根据图像可知，氦4的比结合能为7.08MeV，结合能为
4x7.08MeV=28.32MeV
故D错误。
故选 B 。
【分析】原子核的比结合能越大，原子核越稳定；反应过程释放能量，核子有质量亏损，由此得出核子的平均质量的关系；根据图像的特点得出原子核结合能的大小关系。
二、多选题
9．下列说法中正确的是（ ）
A．在核反应中满足电荷数守恒，质量守恒
B．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C．钍核（Th）发生一次衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
D．铀（）经多次、衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子
【答案】B,C,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．在核反应中满足电荷数守恒，质量数守恒，而不是质量守恒，故A错误；
B．第一激发态为第二个定态，根据
可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；
C．α粒子是He，根据质量数与电荷数守恒可知，钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少4，电荷数减少2，可知中子数减少了4-2=2，故C正确；
D．若该核反应为
根据质量数与电荷数守恒有
238 =206+4m
92 = 82+2m-n
解得n=6，可知，发生了6次α衰变，即有6个中子转变成质子，故D正确。
故选BCD。
【分析】在核反应中满足电荷数，质量数守恒，质量不守恒，可知选项A错误；根据玻尔理论：原子从高能级向等级跃迁，释放光子，且释放光子的能量满足，可判断B选项正确；根据质量数等于质子数加中子数，且原子核在衰变过程中遵循质量数、电荷数守恒的特点，写出核反应方程，并列出质量数及电荷数守恒的方程分析CD，可知CD正确。
10．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲，大型水电站的发电机组一般都是旋转电枢式
B．图乙，雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备
C．图丙，可以通过往水中丢入石块，借助水波把皮球冲到岸边
D．图丁，说明这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应的光电子最大初动能相等
【答案】B,D
【知识点】机械波及其形成和传播；交变电流的产生及规律；电磁波的应用；光电效应
【解析】【解答】A．大型水电站的发电机组一般是旋转磁极式的，故A错误；
B．图乙中雷达是利用微波来测定物体的位置的无线电设备，故B正确；
C．由于水只能在其平衡位置上下振动，所以不会把皮球推向岸边，故C错误；
D．由于光电子的最大初动能
所以，由图像可知这两束光分别照射同一光电管时发生光电效应的光电子最大初动能相等，故D正确。
故选BD。
【分析】由光电效应方程与遏止电压的关系，即可得到 D选项的正确。根据相关的知识，对甲，乙丙作出判断。
11．图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，、、、是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从能级跃迁到能级辐射产生的，下列说法正确的是（ ）
A．这四条谱线中，谱线光子频率最小
B．氢原子从能级跃迁到能级要吸收能量
C．若、、、中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
D．用能量为的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁
【答案】A,C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】AC．根据题意，由图乙可知，的波长最小，则频率最大，的波长最大，则频率最小，若，，，中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，故AC正确；
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级为从高能级向低能级跃迁，需放出能量，辐射出光子，故B错误；
D．由能级差公式可知，若用能量为10.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以发生跃迁，有
由图甲可知，氢原子能级中没有能量为-3eV的能级，则假设不成立，即用能量为10.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子不可以发生跃迁，故D错误。
故选AC。
【分析】知道光子频率与波长的关系；氢原子从高能级向等级跃迁，要释放能量，反之，从低能级到高能级，需要吸收能量，且释放或吸收的能量。利用发生光电效应的条件作答C选项。
12．电功率为60W的白炽灯正常发光时，白炽灯消耗的电能有11%产生可见光。已知可见光的平均波长为600nm，普朗克常量。如图所示，白炽灯发出的光通过元件M照射到光屏P上。下列说法正确的是（ ）
A．可见光的平均频率为
B．白炽灯每秒发出的可见光的光子数为个
C．如果M是偏振片，沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度将发生周期性的变化
D．如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，则狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大
【答案】B,D
【知识点】光的衍射；光的偏振现象；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．根据频率的计算公式可得
则可见光的平均频率为5x1014Hz，故A错误；
B．设白炽灯消耗电能转化为光能的效率为，故
解得
所以每秒发出的可见光的光子数为2x1019个，故B正确；
C．由于灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片，光屏上光的亮度不会变化，故C错误；
D．光通过小孔后发生衍射现象，且光屏上出现了衍射图样，根据衍射规律可知，狭缝变窄时，衍射现象变明显，屏上条纹宽度会增大，故D正确。
故选BD。
【分析】根据频率的计算公式求解可见光的平均频率；根据白炽灯产生的光能与光子的总能量相等，求出每秒发出的可见光的光子数；灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片后光屏上光的亮度不会变化；光通过小孔后发生衍射现象是因为光子经过小孔后到达光屏上各处的概率服从波动规律。
三、实验题
13．在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线和。O为直线AO与的交点，在直线AO上竖直地插上、两枚大头针。
（1）该同学接下来要完成的必要步骤有____
A．插上大头针，使仅挡住的像
B．插上大头针，使挡住和的像
C．插上大头针，使仅挡住
D．插上大头针，使挡住和、的像。
（2）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n= 。
（3）实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的比实际的折射面向外侧平移了一些（如图乙所示），以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n<0），称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。若该材料对于电磁波的折射率n=-1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是____。
A． B．
C． D．
【答案】（1）B；D
（2）
（3）偏小
（4）B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】
（1）[1]确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
故选BD正确。
（2）[2]如图甲，光线在bb'面的折射角为，入射角为，则根据折射定律得：该玻璃砖的折射率
为
（3）[3]如图乙，该同学 画出的比实际的折射面向外侧平移了一些 ，这将导致折射角的测量值偏大，可知折射率的测量值将偏小。
（4）[4]根据折射定律，折射率为-1，可知
则折射角等于入射角，且折射光线与入射光线位于法线的同一侧，观察选项图像，故选B.
【分析】（1）用挡像法确定P3，P4的位置；
（2）根据折射定律，求解玻璃的折射率；
（3）作出光路图，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差；
（4）根据题意结合折射定律分析作答。
14．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上（如图甲），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。
（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则____。
A．可观察到水平方向的干涉条纹
B．可观察到竖直方向的干涉条纹
C．看不到干涉现象
（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中____。
A．观察不到干涉条纹
B．可观察到明暗相间的白条纹
C．可观察到彩色条纹
（3）若实验中在屏上得到的干涉图样如图乙所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图乙中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2（已知x1
A．P处可能出现暗条纹
B．不再出现明暗相间的条纹
C．明暗相间的条纹间距变窄
D．原P1处的第一级亮条纹向P点靠近
【答案】（1）B
（2）C
（3）；31.20/31.25/31.30
（4）C；D
【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】（1）[1]单缝和双缝均沿竖直方向，所以可观察到竖直方向的干涉条纹。
故选B。
（2）[2]取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的。
故选C。
（3）[3][4]根据干涉条纹间距公式，结合图乙可得 该入射的单色光波长的计算表达式为
该游标卡尺是20分度的，其精确度为0.05mm。游标卡尺读数为
31mm +6x 0.05mm =31.30mm
（4）[5]AB．P点到S1、S2的光程差，根据振动加强的条件可知，P始终为加强点，始终出现明条纹，故AB错误；
C．遮光筒装满水后，光的传播速度减小，根据波长、波速与频率的关系可知，光的波长减小；
根据双缝干涉条纹间距公式可知，条纹间距减小，故C正确；
D．根据光产生明条纹的条件(其中 n = 0，1，2，3)可知，减小，因此原P1处的第一级亮条纹向P点靠近，故D正确。
故选CD。
【分析】
（1）单缝是竖直放置，双缝也是竖直放置，故产生的干涉条纹是竖直方向；
（2）白光干涉条纹为彩色的；
（3）根据题中给出的两条条纹间距和条纹间距公式可求波长；游标尺的读数等于主尺读数与游标尺读数之和。
（4）ABD．根据光加强和减弱的条件作答；C．遮光筒装满水后，光的传播速度减小，波长减小，根据双缝条纹间距公式分析作答。
四、解答题
15．静止的重原子核在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中发生衰变后，产生的粒子的运动轨迹如图所示，已知轨迹2对应粒子的动量大小为p，电荷量大小为q．
（1）发生的是衰变还是衰变？写出衰变方程式（新核用X表示），并判断新核X沿哪个轨迹运动；
（2）求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。
【答案】（1）解：静止的在发生衰变的过程中动量守恒，新核X与或的动量等大反向，且新核X的电量大于或的电量，根据
又
可得
可见新核X的半径小于或的半径，新核X带正电对应小圆2。由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动，则或对应大圆1也沿逆时针方向运动，由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电，是，发生衰变，衰变方程式为
（2）解：粒子匀速圆周运动的周期公式为
则有
轨迹2对应粒子即新核X的动量为p，带电量为q，则的动量为p，带电量为，由
可得，
则有
【知识点】原子核的衰变、半衰期；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）衰变后产生的粒子和新核动量相等，根据洛伦兹力提供向心力分析轨迹半径的大小，由此确定衰变情况，由此写出衰变方程；
（2）根据周期公式求解周期之比，根据洛伦兹力提供向心力求解轨迹半径之比。
本题主要是考查带电粒子在磁场中的运动和原子核的衰变，关键是知道衰变过程中动量守恒，掌握带电粒子在磁场中运动情况的处理方法。
16．2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知在氘核聚变反应中氘核质量为，中子质量为，核的质量为。两个速率相等的氘核以相同的动能对心正碰聚变成核并放出一个中子。
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）求该核反应释放的核能；
（3）若两个氘核发生核聚变时释放出一对向相反方向运动的光子，每个光子的能量为，求生成核的动能。
【答案】（1）解：根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为
（2）解：该核反应的质量亏损为
该核反应释放的核能为
即
（3）解：两个氘核正碰而发生核聚变过程，满足动量守恒，设中子的速度大小为，氦核的速度大小为，由于碰撞前的总动量为零，则有
又
所以
解得
【知识点】质量亏损与质能方程；动量与能量的其他综合应用；核聚变
【解析】【分析】（1）根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒即可判断生成物，从而写出方程；
（2）根据爱因斯坦质能方程可解得质量亏损与释放的能量。
（3）核反应过程中，粒子的运动遵循动量守恒定律，并利用动量与动能的关系作答。
17．如图所示，沿水平固定的平行导轨之间的距离为L=1m，导轨的左侧接入定值电阻R（大小未知），图中虚线的右侧存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=2T。质量为m=1kg、阻值导体棒PQ垂直导轨放置，由时刻开始在导体棒上施加水平方向F=4N的恒力使导体棒向右做匀加速运动，导体棒进入磁场后立即保持外力的功率不变，经过一段时间导体棒以的速度做匀速直线运动，已知整个过程导体棒的速度随时间的变化规律如图乙所示，导体棒始终与导轨保持良好的接触且没有发生转动。重力加速度g=10m/s2。求：
（1）导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ=？定值电阻的阻值R=？
（2）前8s内导体棒与导轨间因摩擦而产生的热量Q=90J，则该过程中定值电阻R上产生的热量QR为多少？
（3）在第（2）问的前提下，求导体棒减速过程中通过定值电阻R的电量q为多少？前8s内水平外力F对导体棒的冲量IF为多少？
【答案】（1）解：根据图像可知，导体棒做匀加速直线运动的加速度为
根据牛顿第二定律可得
解得动摩擦因数为
导体棒刚进入磁场时的拉力功率为
导体棒最终以的速度在磁场中做匀速直线运动，则有
又有，
联立解得R=7Ω
（2）解：前8s内外力做功为
设回路产生的焦耳热为，根据功能关系可得
解得Q总=12J
则前8s内定值电阻上产生的热量为QR=10.5J
（3）解：在第（2）问的前提下，设导体棒减速过程中的位移为x2，则有
其中Q=90J，
解得x2=17.5m
根据
解得导体棒减速过程中通过定值电阻的电荷量为q=4.375C
设前8s内水平外力F对导体棒的冲量为，根据动量定理可得
又由于
联立解得IF=36.75N·s
【知识点】电磁感应中的动力学问题；电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】（1）根据图示v-t图象求加速度，应用牛顿第二定律求出动摩擦因数；最终导体棒做匀速直线运动，应用平衡条件求出电阻阻值。
（2）根据功能关系求出产生的总焦耳热，然后求出R产生的焦耳热。
（3）应用法拉第电磁感应定律、欧姆定律与电流的定义式求出电荷量；应用动量定理求出外力的冲量。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
