山西省吕梁市2021-2022学年高二下学期期末考试物理试题含解析

吕梁市2021—2022 学年高二年级第二学期期末考试试题 物理 一、单项选择题（本题共8 个小题，每小题3 分，共24 分）在每小题列出的四个选项中，只 有一项是最符合题目要求的，请将正确选项的字母标号在答题卡相应位置涂黑。 1. 如图所示为两分子系统的势能 与两分子间距离r 的关系曲线。下列说法正确的是（ ） A. 当r 等于 时，分子间的作用力表现为引力 B. 当r 等于 时，分子间的作用力表现为斥力 C. 当r 等于 时，分子间的作用力最大 D. 当r 等于 时，两分子系统的势能为0 【答案】B 【解析】 【详解】AB．由图像可知，分子间距离为 时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离， 时分子力为斥力，故当r 等于 时，分子间的作用力表现为斥力。故A 错误，B 正确； C．当r 等于 时，分子间的作用力为零，故C 错误； D．由图可知当r 等于 时，两分子系统的势能不为0，故D 错误。 故选B。 2. 2022 冬奥会使北京成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国 际赛事的城市，奥运直播成为人们关注的焦点。下列关于电磁波的说法正确的是（ ） A. 麦克斯韦预言并用实验证明了电磁波的存在 B. 电磁波在真空中的传播速度是 C. 红外线、紫外线、X 射线、 射线、 射线、 射线均属于电磁波 D. 电磁波只能传播信息不能传播能量 【答案】B 【解析】 【详解】A．麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，选项A 错误； B．电磁波在真空中的传播速度是 ，选项B 正确； C．红外线、紫外线、X 射线、 射线均属于电磁波，而 射线、 射线不是电磁波，选项C 错误； D．电磁波即能传播信息也能传播能量，选项D 错误。 故选B 。 3. 在大型活动现场如果麦克风的位置摆放不当，喇叭会发出刺耳的声音，这个刺耳的声音叫做“啸叫”， 或者叫做“反馈增益”。这个过程是由于麦克风输入信号过强，使放出去的声音失真导致的啸叫。如图所 示，会场上有M、N 两个振动情况完全相同的喇叭，播放麦克风输入的相同频率的声音。空间有a、b、 c、d、e 五个位置，a、e 在MN 连线的中垂线上。试音时发现麦克风放置在e 点喇叭会发出啸叫，判定在 其余四个点中一定会发出啸叫的点为（ ） A. a 点 B. b 点 C. c 点 D. d 点 【答案】A 【解析】 【详解】M、N 是两个振动情况完全相同的喇叭，a、e 是MN 连线的中垂线上的两个点，a、e 到M、N 两 个声源的距离相等，路程差为零，a、e 两点的振动加强，由题意可知麦克风放置在e 点喇叭会发出啸叫， 所以麦克风放置在a 点喇叭也会发出啸叫，故A 符合题意，BCD 不符合题意。 故选A。 4. 一空船静止于水面上，船后舱因有漏洞进水，堵住漏洞后用一水泵把后舱中的水抽往前舱，前后舱用隔 板隔开，如图所示。不计水的阻力，在抽水过程中船的运动情况是（ ） A. 保持静止 B. 持续向前运动 C. 持续向后运动 D. 前后往复运动 【答案】C 【解析】 【详解】不计水的阻力，则系统动量守恒，系统总动量为零，用一水泵把后舱的水抽往前舱，则水的重心 前移，故船将向后运动（等效于人船模型）。 故选C。 5. 如图，线圈L 的自感系数极大，直流电阻忽略不计；D1、D2是两个二极管，当电流从“＋”流向“-”时 能通过，反之不通过；R0是保护电阻，则（ ） A. 闭合S 之后，B 灯慢慢变亮 B. 闭合S 之后，A 灯亮且亮度不变 C. 断开S 瞬时，A 灯闪一下再慢慢熄灭 D. 断开S 瞬时，B 灯闪一下再慢慢熄灭 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】AB．闭合S 瞬间，A 灯二极管正向导通A 灯亮，B 灯二极管正向不能导通，因此不亮，之后线圈 自感阻碍逐渐减小，电流从自感线圈流过的电流逐渐增大，A 灯又熄灭，故AB 错误； CD．断开S 瞬间，线圈L 产生与原电流方向相同的自感电流，可通过D2，故B 灯闪一下再慢慢熄灭，而 不能通过D1，故A 灯不亮，故C 错误，D 正确。 故选D。 6. 如图所示，为一自耦变压器的电路图，其特点是铁芯上只绕有一个线圈，把整个线圈作为原线图，而取 线圈的一部分作为副线圈。原线圈接在电压为U 的正弦交流电源上，电流表 、 ；均为理想交流电流 表。当触头P 向下移动时，下列说法正确的是（ ） A. 读数变小， 读数变小 B. 读数变大， 读数变小 C. R 两端电压变小，变压器输入功率变大 D. R 两端电压变大，变压器输入功率变小 【答案】A 【解析】 【详解】当触头P 向下移动时，次级匝数减小，根据 可知次级电压减小，R 两端电压变小，根据 可知次级电流减小，即 读数变小；根据 可知初级电流减小，即 读数变小，变压器输入功率变小，选项A 正确，BCD 错误； 故选A。 7. 如图所示，一定质量的理想气体，由状态a 经过ab 过程到达状态b，再经过bc 过程到达状态c，然后经 过ca 过程回到状态a，设气体在状态a、状态b 和状态c 的温度分别为 、 和 ，下列说法正确的是（ ） A. ， 过程放出热量 B. ， 过程放出热量 C. ， 过程吸收热量 D. ，整个过程放出热量 【答案】D 【解析】 【详解】A．从a 到b 是等容变化，由查理定律得 解得 过程W ab=0，温度降低，内能减小，即∆U<0，则根据热力学第一定律可知，Q<0，即气体放出热量， 选项A 错误； B．从b 到c 是等压变化，由盖吕萨克定律得 解得 过程体积变大，对外做功Wbc<0，温度升高，内能增加，则∆U>0，根据热力学第一定律，则Q>0， 即气体吸收热量，选项B 错误； C．由上述可知 过程体积减小，则Wca>0，内能不变，∆U=0，则气体放出热量，选项C 错误； D．由状态a 到b 经过c 再回到a，可知内能不变，根据p-V 图线与坐标轴所围的面积表示功，可知由b 到 c 气体对外做功 W1=-pV0 由c 到a 外界对气体做功 由此可知外界对气体为 根据热力学第一定律 ΔU=Q+W 可知整个过程放出热量，故D 正确。 故选D。 8. 如图所示，一轻弹簧与质量为m 的 物体组成弹簧振子，物体在同一条竖直线上的A、B 间做简谐运动，O 为平衡位置，C 为AO 的中点，已知 ，弹簧的劲度系数为k，某时刻物体恰好以大小为v 的速度经 过C 点并向上运动，则从此时刻开始半个周期的时间内，对质量为m 的物体、下列说法中正确的是（ ） A. 重力势能减少了 B. 回复力做功为 C. 回复力的冲量大小为 D. 通过A 点时回复力的大小为 【答案】C 【解析】 【详解】A．由简谐运动的对称性可知，从C 点开始经过半个周期的时间内，物体运动到C 点关于平衡位 置对称的位置，即到达O 点下方h 处，则重力做功为2mgh，重力势能减少2mgh，故A 错误； B．物体的回复力是重力和弹簧弹力的合力，由于初末速度相等，由动能定理可知，半个周期内回复力做 功为零，故B 错误； C．经过半个周期后，振子的速度反向，取向上为正方向，则由动量定理可知回复力的冲量为 故C 正确； D．回复力时重力和弹力的合力，所以A 点时的回复力大小为 ，故D 错误。 故选C。 二、多项选择题（本题共4 个小题，每小题4 分，共16 分）在每小题给出的四个选项中，至 少有两个选项正确。全部选对的得4 分，选不全的得2 分，有选错或不答的得0 分。 9. “玉兔号”月球车上有一种小型核能电池，以提供月球车长时间处于黑夜工作时需要的电能，核能电池 中核过程方程为 ，下列说法正确的是（ ） A. X 是电子 B. X 的穿透能力比 粒子强 C. 该核过程为重核的裂变 D. 的比结合能比 的比结合能大 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知X 为 粒子（即电子），故A 正确； B． 粒子的穿透能力比 粒子强，故B 正确； C．该过程为重核的 衰变，故C 错误； D．核反应的生成物比反应物稳定，则 比 稳定，所以 的比结合能比 的比结合能 大，故D 正确。 故选ABD。 10. 用单色光a、b、c 分别照射同一光电管，研究产生的光电效应现象，得到光电流I 与光电管两极间所加 电压U 的关系如图所示，下列说法正确的是（ ） A. a、c 单色光的颜色不相同 B. b 照射光电管时，逸出光电子的最大初动能最大 C. 增大b 光的光照强度，逸出光电子的最大初动能增大 D. 若a 光照射某金属发生光电效应，b 光照射该金属一定发生光电效应 【答案】BD 【解析】 【详解】A．由题图知，a、c 照射逸出的光电子遏制电压相等，根据 知a、c 单色光的频率相同，所以颜色相同，A 错误； B．由题图知，b 光照射逸出的光电子的遏制电压最大，由 知，b 的光电子最大初动能最大，B 正确； C．增大b 光的光照强度，可以使单位时间逸出的光电子数量变多，饱和电流增大，而最大初动能不变，C 错误； D．由AB 中分析可知，b 光的频率大于a 和c，若a 光照射某金属发生光电效应，b 光照射该金属一定发生 光电效应，D 正确。 故选BD。 11. 空间存在着匀强磁场，磁场沿水平方向且垂直于xOy 坐标轴所在平面。一带电的小球在重力和磁场的 作用下，从坐标原点O 由静止开始运动。下列四幅图中，可能正确描述该小球运动轨迹的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】B．小球在重力作用下，初速度方向向下，若磁场方向垂直纸面向里，小球带正电，根据左手定 则，可判断出向y 轴负方向运动的小球同时受到沿x 轴正方向的洛伦兹力，故带电小球向x 轴正方向偏转， 运动的过程中重力对带电小球做功，小球速度大小发生变化，小球所受的洛伦兹力方向始终与速度方向垂 直，从开始到带电小球偏转再次运动到x 轴时，重力做功为0，洛伦兹力不做功，故带电小球再次回到x 轴 时的速度为0，随后受重力作用再次进入第一象限重复向右偏转，故B 正确； ACD．无论磁场方向如何，小球所带电性如何，因洛伦兹力不做功，只有重力做功，能量守恒，所以不可 能出现ACD 三个选项的情况，故ACD 错误。 故选B。 12. 一列简谐横波某时刻的波形如图甲所示，从该时刻开始计时，图中质点A 的振动图像如图乙所示，则 下列说法中正确的是（ ） A. 这列波沿x 轴负方向传播 B. 经9 秒时间质点A 沿x 轴传播225m，并且在波峰位置 C. 若此波遇到另一列频率为1.25Hz 的波能发生稳定干涉现象 D. 若此波遇到一个大小为10m 的障碍物不能发生明显的衍射现象 【答案】AC 【解析】 【详解】A．由振动图像可知，该时刻后，A 质点先向上振动，由“前一质点带动后一质点”可知这列波 沿x 轴负方向传播，故A 正确； B．波的传播过程中，质点并不“随波逐流”，故B 错误； C．该波的周期为0.8s，所以频率为 故此波遇到另一列频率为1.25Hz 的波能发生稳定干涉现象，故C 正确； D．该波的波长为20m，大于10m，故此波遇到一个大小为10m 的障碍物能发生明显的衍射现象。故D 错 误。 故选AC。 三、实验题（本大题共2 个小题，其中13 题6 分，14 题10 分，共16 分） 13. 物理兴趣小组在实验室做“用单摆测量重力加速度的大小”的实验。 （1）下列最合理的装置是___________； A. B. C. D. （2）该小组同学根据实验数据，利用计算机拟合得到单摆周期T 与摆长L 的关系方程为： 。由此可以得出当地重力加速度 ___________ （ 取3.14，结果保留3 位有 效数字），从方程中可知 与L 没有成正比关系，其原因可能是___________ A.开始计时时，小球可能在最高点 B.小球摆动过程中，可能摆角太大 C.计算摆长时，可能多加了小球的半径 D.计算摆长时，可能少加了小球的半径 【答案】 ①. D . ②9.76 . ③C 【解析】 【详解】（1）[1]单摆摆动过程中，摆线要求长度不变，摆线应该选择弹性小的细丝线，且摆球应选择密 度大的铁球，以减小阻力的影响，为了防止摆球摆动时摆长变化，则应该用铁夹夹住上端，故选D； （2）[2] [3]根据单摆周期公式 有 而T2=4.04L-0.05，从方程中可知 解得 从方程中可知T2与L 没有成正比，图像在L 轴正方向有截距，即可能多加了小球半径，即以悬点到摆球下 端长度做为 了摆长，与计时点以及摆角无关。 故选C。 14. 如图所示，用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量 关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的 实验步骤如下： 步骤1：不放小球B，让小球A 从斜槽上G 点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆， 把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置； 步骤2：把小球B 放在斜槽前端边缘位置，让小球A 从G 点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用 与步骤1 同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置； 步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N 离O 点的距离，即线段OM、OP、ON 的长度。 （1）上述实验除需测量线段OM、OP、ON 的长度外，还需要测量小球的质量，为了防止碰撞后A 球反弹， 应保证A 球的质量 ___________B 球质量 （选填“大于”、“等于”或“小于”）。 （2）请由图乙读出碰撞前A 球的水平射程OP 为___________cm。 （3）若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为___________。（用题中给出的字母 表示） （4）实验中造成误差的可能原因有___________。 A.用刻度尺测量线段OM、OP、ON 的长度值 B.轨道不光滑 C.轨道末端不水平 D.轨道末端到地面的高度未测量 （5）若测得各落点痕迹到O 点的距离： ， ，OP 使用（2）中数据，并知小 球的质量比为 ，则系统碰撞前总动量p 与碰撞后总动量 的百分误差 ___________%（结果保留一位有效数字）。 【答案】 ①. 大于 ②. 8.60 . ③mAOP=mAOM+mBON . ④AC##CA . ⑤2 【解析】 【详解】（1）[1]为了防止碰撞后A 球反弹，应保证A 球的质量 大于B 球质量 。 （2）[2]用尽量小的圆将各个落点圈起来，圆心即为平均落地点，则由图乙读出碰撞前A 球的水平射程OP 为8.60cm。 （3）[3]由于两球从同一高度开始下落，且下落到同一水平面上，故两球下落的时间相同；根据动量守恒 定律可得在水平方向有 mAv0=mAv1+mBv2 故 mAv0t=mAv1t+mBv2t 即 mAOP=mAOM+mBON （4）[4]A.用刻度尺测量线段OM、OP、ON 的长度值可造成偶然误差，选项A 正确； B.轨道不光滑对实验无影响，只要到达底端时的 速度相同即可，选项B 错误； C.轨道末端不水平，则小球不能做平抛运动，则对实验会造成误差，选项C 正确； D. 两球从同一高度开始下落，则下落的时间相等，即轨道末端到地面的高度未测量对实验不会造成误差， 选项D 错误。 故选AC 。 （5）[5]设AB 两球的质量分别为2m 和m，则 四、计算题（本大题共4 个小题，15 小题9 分，16 小题9 分，17 小题12 分，18 小题14 分， 共44 分）解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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。 15. 为建设“最美城市”打造宜居环境。在城市中心花园建设一人工湖，湖的形状像一个正立的碗，截面 为半圆形，如图所示，半径 ，在湖底A 处放一单色LED 灯，将湖内注满水。已知水对该单色光 的折射率 ，光在真空中的传播速度 ，不计湖底对光的反射。求： （1）从LED 灯发出的单色光射出水面所需的最短时间t？ （2）要使在湖的周围和上方均能看到LED 灯发出的光，LED 灯需要移动到距水面的最小距离约为多少？ 【答案】（1） ；（3） 【解析】 【详解】（1）光在介质的传播速度 所以从LED 灯发出的单色光射出水面所需的最短时间 （2）当光射向湖的边缘C 点时恰好发生全反射时，则 由几何分析知 所以要使在湖的周围和上方均能看到LED 灯发出的光，LED 灯需要移动到距水面的最小距离约为 。 16. 如图所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在 两处设有限制装置,使活塞只能在 之 间运动, 左面汽缸的容积为 , 之间的容积为 ,开始时活塞在 处,缸内气体的压强为 ( 为大气压强),温度为 ,现缓慢加热汽缸内的理想气体,直至 .求: （1）活塞刚离开 处时的温度； （2）缸内气体最后的压强. 【答案】(1)330K (2) 【解析】 【详解】（1）活塞离开B 处前缸内气体发生等容变化,由查理定律有 其中的 、 、 解得活塞刚离开B 处时的温度 （2）当活塞到达A 处时,温度升高,缸内气体又发生等容变化． 气体由开始状态到最终状态,由气态方程有 ， 解得缸内气体最后的压强 17. 如图甲，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为 的正方形金属框的一个顶点上。金 属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线每边的 电阻为 ；在 到 时间内，磁感应强度大小随时间的变化关系如图乙所示。求： （1） 时金属框所受安培力的大小； （2）在 到 时间内金属框产生的焦耳热。 【答案】（1） ；（2）0.25J 【解析】 【详解】（1）金属框的总电阻为 金属框中产生的感应电动势为 金属框中的电流为 t=2.0s 时磁感应强度为 ，金属框处于磁场中的有效长度为 此时金属框所受安培力大小为 （2） 内金属框产生的焦耳热为 18. 如图所示，光滑水平面上质量为 ， 的A、B 两物块用轻质弹簧连接，一起以 的速度向右匀速运动，与静止在水平面上质量 的物块C 发生碰撞，碰撞时间极短， 弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦阻力。 （1）若物块B 与C 发生弹性碰撞，求碰后C 的速度大小； （2）若物块B 与C 碰撞后粘合在一起运动。 ①求碰后C 的速度大小； ②求此后弹簧能获得的最大弹性势能。 【答案】（1） ；（2） ， 【解析】 【详解】（1）物块B 与C 发生弹性碰撞，则BC 整体由动量守恒和能量守恒有 ， 解得 ， （2）①若物块B 与C 碰撞后粘合在一起运动，则BC 由动量守恒有 解得 ②BC 碰撞后的共同速度为3m/s，A 的速度为 ，所以BC 将加速，A 将减速，当A 的速度与BC 的速 度相等时，弹簧的弹性势能最大，ABC 系统由动量守恒有 解得 则碰撞后由机械