2023-2024学年湖北省五市州高二（下）期末联考物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1．宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14，核反应方程为。原子核X为（ ）
A． B． C． D．
2．我国国家航天局发布了首颗太阳探测卫星“羲和号”的探日成果，实现了国际首次在轨获取太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，其对应的能级跃迁过程为（ ）
A．从跃迁到 B．从跃迁到
C．从跃迁到 D．从跃迁到
3．如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为，原线圈接在电压为220V的正弦交流电源上，副线圈中接有阻值为的电阻，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈回路中的电流为10A B．副线圈回路中的电流为1A
C．副线圈的输出功率为2200W D．副线圈回路中的电阻上的电压为20V
4．公园喷泉的水池底部安装有彩灯，五彩缤纷。在足够大的水池底部有一点光源S，到水面距离为h，水面上有光射出的区域是一个半径为r的圆面，如图所示，则水的折射率为（ ）
A． B． C． D．
5．如图所示，单匝矩形线圈abcd的一半处于匀强磁场中，线圈对称轴线与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动，时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定沿dcba方向为电流正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．如图所示，质量为m、长为l的直导体棒用两绝缘细线悬挂于O、，并处于竖直方向的匀强磁场中。当导体棒中通以如图所示的电流I，导体棒保持静止时，悬线与竖直方向夹角为，现通过改变磁感应强度的大小，使悬线与竖直方向的夹角从缓慢变为。在这一过程中，下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向竖直向上 B．悬线拉力逐渐减小
C．磁感应强度大小变为原来的3倍 D．磁感应强度大小变为原来的倍
7．霍尔传感器被广泛应用于汽车中的发动机控制、自动变速器控制、车辆稳定性控制、照明控制等领域。如图所示，长为a、宽为b、高为c，载流子为电子的金属霍尔元件，从左向右通过元件的恒定电流为I，垂直前后表面向后的磁感应强度大小为B。下列说法正确的是（ ）
A．元件上表面的电势高于下表面的电势
B．仅增大霍尔元件的高c，上、下表面的电势差不变
C．仅增大霍尔元件的宽b，上、下表面的电势差不变
D．其他条件一定时，磁感应强度越大，上下表面的电势差越小
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8．图甲为某简谐机械横波在的波形图，图乙为平衡位置为处质点的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A．该波沿x轴正方向传播 B．该波的波速为
C．经过6s波上任意质点随波迁移6m D．时处质点受回复力最大
9．石英晶体振荡器的频率稳定性极高，常被用作通信系统和无线电设备的参考频率源，其工作原理与图示的LC振荡电路基本相同。若开始时开关断开，电容器充有一定电荷量，闭合开关即形成振荡电流，则下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关瞬间，电路中电流最大
B．振荡回路发出的电磁波频率与振荡频率不同
C．振荡周期与电容器所带电荷量无关
D．电容器放电完毕瞬间，线圈中磁场能最大
10．如图所示，光滑圆环水平放置并固定，a、b、c为圆环上的三等分点，圆环内有质量为和的小球A和B（）。初始时小球A以初速度沿圆环切线方向运动，与静止的小球B在a点发生碰撞，两小球始终在圆环内运动。若小球A与B之间为弹性碰撞，且所有的碰撞位置刚好位于a、b、c点，则小球的质量比可能为（ ）
A．2 B．3 C．4 D．5
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11．如图1为双缝干涉的实验装置，将双缝干预仪按要求安装在光具座上，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。
（1）调理仪器使分划板的中心刻度瞄准一条亮条纹的中心：
A．示数如图所示，其读数为________mm。移着手轮至另一条亮条纹的中心；
B．读出其读数为。
（2）写出计算波长的表达式___________________（用、、L、d表示）。
（3）若将滤光片由绿色换成红色，其余条件不变，则屏上干预条纹的间距将______。（填“增大”“减小”或“不变”）
12．某物理学习小组设计了如图所示的实验装置，测定重力加速度，验证动量守恒定律。
（1）将小球A静止悬挂，使其轻触桌面与桌面无作用力，测量悬点到球心的距离为L。
（2）桌上不放B球，用手将A球拉开一个小角度后释放，小球过最低点开始计时并计数为0，直到小球第n次通过最低点测得所用时间为t，则单摆的周期_________，利用单摆的周期公式求得重力加速度_________。（用L、n、t表示）
（3）用天平测出A、B两球的质量、，将小球B放在水平桌面边缘，把A球向左拉开角度后释放，碰撞后A向左摆起的最大角度为。小球B落在水平地面P点，测出桌面边缘离地的高度为h，。计算出A球碰前的速度大小为，碰后的速度大小为，B球碰后的速度大小为，则：
①_________、_________、_________；（用g、x、h、L、、表示）
②若满足关系式_______（用、、、、表示），则A、B两球碰撞过程中动量守恒。
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
13．如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形绝热容器内用质量分别为m、2m的绝热活塞a、b密封两段理想气体A、B，活塞横截面积为S，均能无摩擦地滑动。初始时容器内气体A、B的温度为27℃，气柱的高度分别为L和2L。现通过电热丝加热气体B，使B气体温度缓慢升高至127℃。大气压强恒为，汽缸足够长，重力加速度大小为g。求：
（1）初始状态下A、B两部分气体的压强、；
（2）B气体升温至127℃的过程中，a活塞上升的距离h。
14．如图所示，边长为L的等边三角形abc区域外分布范围足够大的匀强磁场，磁场方向垂直abc平面向里，磁感应强度大小B未知。P、Q为ab边界的三等分点，M、N是ac边界的三等分点。带负电的甲、乙两粒子在abc平面内从a点同时垂直磁场方向入射，已知甲、乙粒子入射速度大小相同均为，甲粒子沿ca方向射入磁场，恰能从Q点第一次进入三角形abc区域，乙粒子沿垂直ca方向射入磁场，恰能从P点第一次进入三角形abc区域，不计带电粒子重力及粒子间的相互作用力。求：
（1）甲、乙粒子在磁场中圆周运动的轨道半径、；
（2）甲、乙粒子在磁场中圆周运动的周期、；
（3）甲、乙粒子第一次运动至N点的时间、。
15．如图所示，倾角为、绝缘、光滑、无限长的斜面上相距为的水平虚线MN、PQ间有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，“日”字形闭合导体线框沿斜面放置，ab边平行于PQ边，线框宽ab为L，cd到MN的距离为，将金属框由静止释放，cd边和ef边都恰好匀速通过磁场。已知ab、cd、ef边的电阻分别为R、R、3R，其它部分电阻不计，运动中线框平面始终与磁场垂直，ab边始终平行PQ，不计空气阻力，重力加速度大小为g。求：
（1）cd边和ef边通过磁场的速度大小之比；
（2）cd边刚进入磁场到ef边刚离开磁场的过程，重力的冲量大小；
（3）整个线框穿过磁场过程中，ab段电阻中产生的焦耳热。
答案和解析
1．【答案】C
【解析】解：设原子核的质量数为M，质量数为N，根据质量数守恒可知，；根据电荷数守恒可得，
解得：，，故X为质子，故C正确，ABD错误。
故选：C。
已知核反应方程，根据核反应中质量数守恒，电荷数守恒列式即可确定X的质量数和电荷数。
解决本题的关键理解核反应方程中的质量数与质子数守恒规律的应用。
2．【答案】D
【解析】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。
故选D。
3．【答案】B
【解析】【分析】
详细解答和解答过程见【答案】
【解答】
D、由，可知副线圈能量电压，故D错误；
AB、副线圈电流，故A错误，B正确；
C、输出功率，故C错误。
故选B。
4．【答案】C
【解析】【分析】
详细解答和解答过程见【答案】
【解答】
设临界角为C，由，而，则，故选C。
故选C。
5．【答案】A
【解析】从时刻开始经过，由楞次定律可知线圈内电流为正方向，时间内，线圈内电流为负方向，线圈产生的感应电动势表达式为
感应电流表达式为
可知感应电流为正弦交变电流。
故选A。
6．【答案】C
【解析】A、由三力平衡结合左手定则可知水平向右，则磁场方向竖直向下，故A错误；
B、夹角变为，则由平衡条件可知拉力变大，故B错误；
CD、时，，时同理，则，故C正确，D错误。
故选C。
7．【答案】B
【解析】由于载流子为电子，即负电荷，由左手定则可知上表面会聚集负电荷，则上表面电势低于下表面，A错误；
由电流微观表达式，，，可知，则U与c无关，增大宽度b时，U减小，B越大时，U越大，B正确，CD错误。
故选B。
8．【答案】AB
【解析】解：A．由题图乙看出，时刻，处质点沿y轴负方向运动。在甲图上，由“上下坡”法可知，这列波沿x轴正方向传播，故A正确；
B．由甲图知，由乙图知，波速，故B正确；
C．质点不会随波迁移，故C错误；
D．时处质点回到平衡位置，受到的回复力为0，故D错误。
故选：AB。
9．【答案】CD
【解析】A．由电磁振动规律可知，闭合开关瞬间电流最小，故A错误；
B．振动回路发出的电磁波频率与振荡频率相同，故B错误；
CD．由振荡周期公式可知振荡周期与电荷量无关。放电完毕瞬间回路电流最大，线圈中磁场能最大，故CD正确。
故选CD。
10．【答案】AD
【解析】两球碰后速度分别为、
，
联立解得：，
因为所有的碰撞位置刚好位于等边三角形的三个顶点，
①若第二次碰撞发生在图中的b点，则从第一次碰撞到第二次碰撞之间，A、B通过的路程之比为
，，
得：，两质量均为正数，故，即
对第二次碰撞，设A、B碰撞后速度大小分别为、，
联立解得，，
故第三次碰撞发生在b点、第四次碰撞发生在c点，以此类推，满足题意。
②若第二次碰撞发生在图中的c点则从第一次碰撞到第二次碰撞之间，A、B通过的路程之比为；
所以，得：，
两质量均为正数，故即，
根据①的分析可证，，满足题意。
综上可知或。
11．【答案】①11.2；②；③增大。
【解析】【解答】
①由图乙所示可知，游标尺是10分度，其精确度为0.1mm；
游标卡尺读数是主尺+游标尺，即示数为：。
②根据双缝干涉条纹的间距公式，知。
③将滤光片由绿色的换成红色的，波长变长，根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距增大。
故答案为：①11.2；②；③增大。
【分析】
①游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺的示数。
②根据双缝干涉条纹的间距公式，求出波长的表达式。
③根据双缝干涉条纹的间距公式比较干涉条纹的间距变化。
本题考查实验用双缝干涉测光的波长，解决本题需要掌握游标卡尺的读数方法，注意游标卡尺读数，没有估计值，而螺旋测微器的读数需估读。同时掌握双缝干涉条纹的间距公式的应用，注意绿光与红光的波长长短。
12．【答案】 ##
【解析】（2）[1]则单摆的周期为
[2]根据单摆的周期公式
解得
（3）①[3]根据机械能守恒定律得
解得
[4]根据机械能守恒定律得
解得
[5]根据平抛运动
解得
②[6]根据动量守恒定律得
若满足关系式，则A、B两球碰撞过程中动量守恒。
13．【答案】（1），；（2）
【解析】（1）初始状态下A、B两部分气体的压强分别为、，根据平衡条件可得
联立解得
，
（2）气体B初始温度
加热后温度
加热后气体A状态参量不变，活塞a与活塞b上升距离相同，设为，气体B做等压变化
解得
则a活塞上升的距离为
14．【答案】（1）设甲、乙粒子在磁场中圆周运动的轨道半径分别为、，由几何关系可知，
联立可得，
（2）甲粒子再次回到a点的轨迹如图
设甲粒子在磁场中圆周运动的周期为
解得
乙粒子在磁场中运动的周期为，
解得
（3）甲粒子第一次到达N点时间为，
解得
乙粒子轨迹如图
乙粒子第一次运动至Q点时间为，
解得
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15．【答案】（1）cd边进入磁场时速度大小为，cd边中电流大小为，①
设线框质量为m，对线框有②
联立①②得：，
ef边进入磁场时速度大小为，ef边中电流大小为，③
对线框④
联立③④得：，得：。
（2）对线框，从静止下滑至cd边刚进入磁场过程，线框加速度大小为a，
⑤
⑥
得：，，，
cd边和ef边通过磁场时间分别为和，
⑦
⑧
得：，，
cd边刚出磁场到ef边刚进入磁场过程时间为，
⑨，得：，
整个线框穿过磁场过程中，重力的冲量大小I，⑩，得：。
（3）cd边、ef边穿过磁场过程中，回路中产生的焦耳热相同设为Q，
，
联立①③⑧⑨得：，cd边穿过磁场和ef边穿过磁场过程过程，ab边产生的焦耳热分别为和，
整个线框穿过磁场过程中，ab中产生的焦耳热， ，
联立① 得：。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
