精品解析：甘肃省兰州第一中学2021-2022学年高二（下）期中物理试题（解析版）

兰州一中2021-2022-2 学期高二年级期中考试试题 物理 第Ⅰ卷（选择题共48 分） 一、选择题（本题共12 小题，每小题4 分，共48 分。其中1-7 题为单选，8-12 题为多选。） 1. 下列说法正确的是（ ） A. 光的波动性是光子之间相互作用的结果 B. 普朗克第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念 C. 光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 D. 氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放光子，核外电子的动能增加，电势能减小 【答案】D 【解析】 【详解】A.光的波动性是由于微观粒子的特性决定的，不是光子之间相互作用的结果，A 错误； B.波尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁到概念，B 错误； C.光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子具有能量，康普顿效应证明了光子具有动量，C 错误； D.根据玻尔理论，氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放一定频率的光子，由于低能级更靠近原 子核，因此电场力做正功，电子的动能增加，电势能减小，D 正确。 故选D。 2. 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 （甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ） A. 甲光的频率大于乙光的频率 B. 乙光的 波长大于丙光的波长 C. 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D. 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据 入射光的频率越高，对应的截止电压 越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等； 故A 错误； B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以乙光的频率小于丙光的频率，乙光的波长大于丙光的波长， 故B 正确； C．同一金属，截止频率是相同的，故C 错误； D．甲光的截止电压小于丙光的截止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动 能。故D 错误。 故选B。 3. 银河系中存在大量的铝同位素 ， 核 衰变的衰变方程为 ，测得 核 的半衰期为72 万年，下列说法正确的是（ ） A. 核的中子数大于 核的中子数 B. 射线是由处于激发态的铝核从较高能级向较低能级跃迁时发射的 C. 将铝同位素 放置在低温、低压的环境中，其半衰期不变 D. 银河系中现有的铝同位素 将在144 万年后全部衰变为 【答案】C 【解析】 【详解】A． 核的中子数为 核的中子数为 所以 核的中子数小于 核的中子数，选项A 错误； B． 射线是由处于激发态的镁核从较高能级向较低能级跃迁时发射的，选项B 错误； C．根据放射性元素的半衰期与元素所处的物理化学状态无关可知，将铝同位素 放置在低温低压的环 境中，其半衰期不变，选项C 正确； D．根据半衰期的物理意义可知，银河系中现有的铝同位素 将在144 万年后有 衰变为 ，选 项D 错误。 故选C。 4. 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 ，保持入射光不变，则 光电子到达A 极时动能的最大值 随电压U 变化关系的图像是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A 极时动能的最大值 可知 图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因 ，则图像C 正确，ABD 错误。 故选C。 5. 氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光的频率为 ，从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光的频率为 ， 已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k 跃迁到能级m，则 （ ） A. 吸收光子的能量为 B. 辐射光子的能量为 C. 吸收光子的能量为 D. 辐射光子的能量为 【答案】D 【解析】 【详解】氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光，说明能级m 高于能级n 而从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光，说明能级k 也比能级n 高 而紫光的频率 大于红光的频率 ，所以 ，因此能级k 比能级m 高，所以若氢原子从能级k 跃 迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为 。 故选D。 6. 如图1 所示，一矩形线圈位于一随时间t 变化的磁场内，磁场方向垂直于线圈所在平面（纸面），若规 定向里的方向为磁场正方向，则磁感应强度 随t 变化的规律如图2 所示。以表示线圈中的感应电流，以 图1 中线圈上箭头所示方向为电流正方向，则图3 中的 图正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】设线圈匝数为 ，面积为 ，线圈中的感应电动势为 ，根据法拉第电磁感应定律可知 线框的电阻为 ，则 由图可知 和 的电流相同，根据楞次定律可知，线圈中的电流为逆时针，即电流为负值； 和 线圈中磁通量变化量为零，线圈中感应该电流为零； 和 的电流相同，根据楞 次定律可知，线圈中的电流为顺时针，即电流为正值，A 正确，BCD 错误。 故选A。 7. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 ，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈与二 极管（正向电阻为零，相当于导线；反向电阻为无穷大，相当于断路）、定值电阻 、热敏电阻 （阻 值随温度的升高而减小）及报警器 （电流增加到一定值时报警器 将发出警报声）组成闭合电路，电压 表、电流表均为理想电表。则以下判断正确的是（ ） A. 变压器线圈输出交流电的频率为 B. 电压表的示数为 C. 处温度减小到一定值时，报警器 将会发出警报声 D. 报警器报警时，变压器的输入功率比报警前小 【答案】B 【解析】 【详解】A．由题图乙可知 f＝ ＝50Hz 而理想变压器不改变交流电的频率，A 项错误； B．由题图乙可知原线圈输入电压的有效值U1＝220V，则副线圈两端电压有效值 U2＝ U1＝44V 设电压表示数为U，由于二极管作用，副线圈回路在一个周期内只有半个周期的时间有电流，则由有效值 定义有 解得 U＝ ＝22 V B 项正确； C．由题给条件可知，Rt处温度减小时电阻增大，次级电流变小，报警器不会发出警报声，C 项错误； D．因报警器报警时回路中电流比报警前大，副线圈电压不变，由 知报警时副线圈回路的总功率比 报警前大，而输入功率与输出功率相等，D 项错误。 故选B。 8. 氢原子的能级示意图如图所示。开始大量的氢原子均处于基态，用一束光子能量为 的单色 光照射该氢原子，并用发出的光线照射逸出功为 的钠。则下列分析正确的是（ ） A. 发出的光线中有4 种光子能使钠发生光电效应 B. 发出的光线中，能量为 的光子波长最长 C. 发出的光线中，光子的最大能量为 D. 钠发出的光电子的最大初动能为 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．用单色光照射该氢原子后的能级 可知氢原子吸收光子后跃迁到 的能级。则大量氢原子向低能级跃迁时，可释放6 种不同能量的光子。 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为12.75eV； 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为2.55eV； 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为0.66eV； 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为12.09eV； 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为1.89eV； 从 跃迁到 ，辐射的光子能量为10.2eV； 因为金属钠的逸出功为2.29eV，当光子的能量大于或者等于金属的逸出功时，才能发生光电效应，因此只 有4 种光能发生光电效应；A 正确； B．根据 可知从n＝4 跃迁到n＝3 能级辐射的光子能量最小，波长最长，其能量为 B 正确； C．从n＝4 跃迁到n＝1 能级辐射的光子能量最大，光子能量为 C 错误； D．钠发出的所有光电子中最大的初动能为 D 正确。 故选ABD。 9. 在匀强磁场中，一个100 匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁 通量随时间按图示正弦规律变化设线圈总电阻为 ，则 A. 时，线圈平面平行于磁感线 B. 时，线圈中的电流改变方向 C. 时，线圈中的感应电动势最大 D. 一个周期内，线圈产生的热量为 【答案】AD 【解析】 【详解】A．根据图象可知，在t=0 时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，A 正确； B．Φ-t 图象的斜率为 ，即表示磁通量的变化率，在0.5s～1.5s 之间，“斜率方向“不变，表示的感应电 动势方向不变，则电流强度方向不变，B 错误； C．所以在t=1.5s 时，通过线圈的磁 量最大，线圈位于中性面，感应电动势为0，故C 错误； D．感应电动势的最大值为 ，有效值 ，根据焦耳定律可得一个周期产生的热为 ，故D 正确． 10. 如图所示为变压器工作电路示意图，其中T 为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同 且阻值不变．现保持变压器T 的输入电压不变，滑片P 处于图中位 置，开关S 断开，该状态下灯L1正常发 光，则下列说法正确的是 A. 仅闭合开关S，灯L1会变亮 B. 仅闭合开关S，r 消耗的功率会变大 C. 仅将滑片P 下移，r 消耗的功率会变小 D. 仅将滑片P 上移，电流表示数会变小 【答案】BC 【解析】 【详解】A 项：闭合s，副线圈的电阻变小，副线圈的电压不变，所以副线圈中电流增大， 上损失的电压 增大，灯泡两端的电压变小，所以灯 变暗，故A 错误； B 项：由A 项分析可知，副线圈中的电流增大，由公式 可知， 消耗的功率会变大，故B 正确； C 项：仅将滑片P 下移，副线圈的匝数变小，副线圈中两端的电压变小，副线圈中的电流变小，所以 消 耗的功率会变小，故C 正确； D 项：仅将滑片P 上移，副线圈的匝数变大，副线圈两端电压变大，所以原线圈中的电流变大，即电流表 示数变大，故D 错误． 11. 如图所示的竖直平面内，水平条形区域I 和Ⅱ内有方向垂直竖直面向里的匀强磁场，其宽度均为d，I 和Ⅱ之间有一宽度为h 的无磁场区域，h>d．一质量为m、边长为d 的正方形线框由距区域I 上边界某一高 度处静止释放，在穿过两磁场区域的过程中，通过线框的电流及其变化情况相同．重力加速度为g，空气 阻力忽略不计．则下列说法正确的是 A. 线框进入区域I 时与离开区域I 时的电流方向相同 B. 线框进入区域Ⅱ时与离开区域Ⅱ时所受安培力的方向相同 C. 线框有可能匀速通过磁场区域I D. 线框通过区域I 和区域Ⅱ产生的总热量为Q=2mg(d+h) 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】A．线框进入区域I 时磁通量增加，离开区域I 时磁通量减少，所以由楞次定律判断知，线框进入 区域I 时与离开区域I 时感应电流方向相反，故A 错误． B．根据楞次定律：感应电流阻碍导体与磁场的相对运动，可知线框进入区域Ⅱ时与离开区域Ⅱ时所受安 培力的方向相同，均竖直向上．故B 正确． C．在穿过两磁场区域的过程中，因为通过线框的电流及其变化情况相同，由 ，知线圈刚进入两个 磁场时的速度相同，运动情况相同，而在两个磁场之间，线圈要做匀加速运动，所以线圈在磁场Ⅰ中只能 减速运动，故C 错误． D．研究线框刚进入Ⅰ磁场到刚要磁场Ⅱ，由于动能不变，所以由能量守恒得产生的热量为mg（d+h）， 而线圈通过磁场区域Ⅱ时产生的热量也为mg（d+h），所以总热量为2mg（d+h），故D 正确． 故选BD． 12. 如图所示，均匀金属圆环的总电阻为4R，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过圆环。金属杆OM 的长 为l，阻值为R，M 端与环接触良好，绕过圆心O 的转轴以恒定的角速度ω 顺时针转动。阻值为R 的电阻 一端用导线和圆环最下端的A 点连接，另一端和金属杆的转轴O 处的端点相连接。下列判断正确的是（ ） A. 金属杆OM 旋转产生的感应电动势恒为 B. 通过电阻R 的电流的最小值为 ，方向从Q 到P C. 通过电阻R 的电流的最大值为 D. OM 两点间电势差绝对值的最大值为 【答案】AD 【解析】 【详解】A．M 端线速度为v＝ωl，OM 切割磁感线的平均速度为 OM 转动切割磁感线产生的感应电动势恒为 故A 正确； B．当M 端位于最上端时，圆环两部分电阻相等，并联电阻最大，电路的总电阻最大，通过R 的电流最小， 因 R 并= ×2R=R 通过电阻R 的电流的最小值为 根据右手定则可知电流方向从Q 到P，故B 错误； C．当M 位于最下端时圆环被短路，此时通过电阻R 的电流最大，为 故C 错误； D．OM 作为电源，外电阻增大，总电流减小，内电压减小，路端电压增大，所以外电阻最大时，OM 两点 间电势差的绝对值最大，其最大值为 U=Imin·2R＝ 故D 正确。 故选AD。 第Ⅱ卷（非选择题共52 分） 二、填空题（本题共18 分，每空2 分，请把答案填在答题卡相应的横线上。） 13. 在某次光电效应实验中，得到的遏制电压 与入射光的频率 的关系如图所示，若该直线的斜率和截 距分别为 和 ，电子电荷量的绝对值为，则普朗克常量可表示为_______，所用材料的逸出功可表示为 _______． 【答案】 ①. . ② 【解析】 【详解】光电效应中，入射光子能量 ，克服逸出功 后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压 ；整理得 ，斜率即 ，所以普朗克常量 ，截距为 ，即 ， 所以逸出功 【 考点定位】光电效应 【名师点睛】根据光电效应写出数学表达式，按照数学里面的截距和斜率解决问题．数学的工具作用不可 忽视． 14. 原子核 经放射性衰变①变为原子 ，继而经放射性衰变②变为原子核 ，再经放射性衰 变③变为原子核 ，则放射性衰变①、②和③依次为属于__________、__________、__________。 【答案】 ①. α 衰变 ②. β 衰变 ③. β 衰变 【解析】 【详解】[1]根据电荷数和质量数守恒可知，原子核 衰变为原子 ，电荷数减了2，质量数减了 4，所以是α 衰变； [2]原子 衰变为原子核 ，电荷数增加1，质量数没变，所以是β 衰变； [3] 衰变为原子核 ，电荷数增加1，质量数没变，所以是β 衰变。 15. 如图所示，边长为 的正方形单匝线圈 ，其电阻为 ，外电路的电阻为 ， 的中点和 的中 点的连线 恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为 。若线圈从图示位置开始以角速度 绕轴 匀速转动，则： （1）图示位置线圈中的感应电动势为__________； （2）闭合电路中感应电动势的 瞬时值表达式为__________； （3）线圈从图示位置转过 的过程中，流过电阻 的电荷量为__________； （4）线圈转动一周的过程中，电阻 上产生的热量为__________。 【答案】 ①. 0 . ② . ③ . ④ 【解析】 【详解】（1）[1]图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，感应电动势为 零； （2）[2]当线圈与磁场平行时感应电动势最大，最大值为 瞬时值表达式为 （3）[3]线圈从图示位置转过180°的过程中，穿过线圈磁通量的变化量大小为 流过电阻R 的电荷量为 （4）[4]感应电动势的有效值为 感应电流有效值为 R 产生的热量为 联立解得 三、计算题（本题共4 小题，满分34 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步 骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。） 16. 利用太阳能电池这个能量转换器件将太阳能转变为电能的系统又称光伏发电系统。有一台太阳能发电 机，供给一个学校照明用电。如图所示，升压变压器匝数比为 ，降压变压器匝数比为 ，输电线的 总电阻 ，全校共22 个班，每班有“220V40W”灯6 盏，若全部电灯正常发光，求： （1）降压变压器的输入电压U3； （2）输电线总电阻R 两端的电压； 【答案】（1） ；（2） 【解析】 【详解】（1）由题意可知 根据 解得 （2）降压变压器副线圈的功率为 根据 解得 则输电线总电阻R 两端的电压 17. 如图甲所示，轻质绝缘细线吊着一质量为 、边长为 ，匝数为20 匝的正方形闭合线圈，其总 电阻为 。在线圈的中间位置以下区域存在垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示， 重力加速度 取 。求： （1） 内通过导线横截面的电荷量和线圈产生的焦耳热； （2）在 时细线的 拉力大小。 【答案】（1）q3C、Q=3J；（2）T0 【解析】 【详解】（1）由图乙可知 由法拉第电磁感应定律得产生的感应电动势为 则线圈中的感应电流为 根据 得 内通过导线横截面的电荷量为 内线圈产生的焦耳热为 （2）由图乙可知 时，磁感应强度大小为 则线框所受安培力的大小为 由楞次定律知，安培力方向向上，则由平衡条件得 解得 18. 如图所示，足够长的金属导轨固定在水平面上，金属导轨宽度L=1.0m，导轨上放有垂直导轨的金属杆 P，金属杆质量为m=0.1kg，空间存在磁感应强度B=0.5T、竖直向下的匀强磁场。连接在导轨左端的电阻 R=3.0Ω，金属杆的电阻r=1.0Ω，其余部分电阻不计，某时刻给金属杆一个水平向右的恒力F，金属杆P 由静止开始运动，图乙是金属杆P 运动过程的v－t 图像，导轨与金属杆间的动摩擦因数μ=0.5，在金属杆 P 运动的过程中，第一个2s 内通过金属杆P 的电荷量与第二个2s 内通过P 的电荷量之比为3∶5，g 取 10m/s2，求： （1）水平恒力F 的大小； （2）金属杆运动的最大加速度的大小； （3）前4s 内电阻R 上产生的热量。 【答案】（1）0.75N；（2）2.5m/s2；（3）1.8J 【解析】 【详解】（1）由图乙可知金属杆P 先做加速度减小的加速运动，2s 后做匀速直线运动当t=2s 时， v=4m/s，此时感应电动势 E=BLv 感应电流 安培力 根据牛顿运动定律有 F－F′－μmg=0 解得 F=0.75N （2）刚开始运动时加速度最大，根据牛顿运动定律有 F－μmg=ma 解得 a=2.5m/s2 （3）通过金属杆P 的电荷量 其中 所以 q= ∝x（x 为P 的位移） 设第一个2s 内金属杆P 的位移为x1，第二个2s 内P 的位移为x2，则 ΔΦ1=BLx1 ΔΦ2=BLx2=BLvt 又由于 q1∶q2=3∶5 联立解得 x2=8m x1=4.8m 前4s 内由能量守恒定律得 其中 Qr∶QR=r∶R=1∶3 解得 QR=1.8J 19. 如图所示，平行导轨CD、EF 固定在倾角为37°的斜面上，平行光滑导轨FM、DN 水平故置，导轨在 D、F 处平滑连接，导轨间距均为 m。斜面部分存在垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 1T，水平部分存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为2T。现将金属棒b 垂直放置在水平导轨上锁定使其不动，金属棒a 从倾斜导轨上由静止释放，释放位置到底端DF 的距离 m，金属棒a 滑至DF 前已开始匀速运动，且滑至DF 时解除对金属棒b 的锁定，金属棒a、b 沿 水平