【物理】北京市首都师大附中2019－2020学年高二下学期期末考试试题（解析版）

【物理】北京市首都师大附中2019－2020学年高二下学期期末考试试题（解析版）

首都师大附中2019－2020学年第二学期期末考试 高二物理 第I卷（共 60 分）‎ 一、选择题（本大题共 20 小题，每小题3分，共60分。在每个小题所列出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的。全选对得3分，选对不全得1.5分，有错选不得分。）‎ ‎1. 物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验。下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史实的说法，其中正确的是（　　）‎ A. 卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构 B. 爱因斯坦提出了光子说理论，并成功地解释了光电效应实验 C. 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在 D. 玻尔理论成功地解释了各种原子的发光现象 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核式结构的模型，故A错误；‎ B．爱因斯坦的“光子说”认为光是一种量子化的物质，成功地解释了光电效应现象，故B正确；‎ C．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实其存在，故C正确；‎ D．玻尔理论成功地解释了氢原子的发光现象，故D错误。‎ 故选BC。‎ ‎2. 关于电磁波，下列说法正确的是（　　）‎ A. 电磁波和机械波都可以在真空中传播 B. 电磁波和机械波都能产生多普勒效应 C. 电磁波能够发生偏振现象，说明是纵波 D. 以下三种电磁波按波长由长到短排序为：无线电波、紫外线、γ射线 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．电磁波可以在真空中传播，而机械波不能，需要介质，故A错误；‎ B．多普勒效应是一切波均具有性质，故电磁波和机械波都能产生多普勒效应，故B正确；‎ C．电磁波能够发生偏振现象，说明是横波，故C错误；‎ D．无线电波波长最长，γ射线波长最小，其次为紫外线，故D正确。‎ 故选BD。‎ ‎3. 下列说法中正确的是（　　）‎ A. 光导纤维传送光信号是利用了光的折射现象 B. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的偏振现象 C. 肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹是光的干涉现象 D. 照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A错误；‎ B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，因为空气薄层两表面的反射光，频率相同，能够发生稳定干涉，形成干涉条纹，B错误；‎ C．肥皂泡内外表面反射光频率相同，能够发生稳定干涉，产生彩色的干涉条纹，C正确；‎ D．增透膜的内外表面反射光频率相同，产生干涉，叠加后增强光的强度，利用的是光的干涉现象，D错误。‎ 故选C。‎ ‎4. 如图所示，a、b、c、d四个图是单色光在不同条件下形成的干涉或衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是（　　）‎ A. a 是光的衍射图样 B. b 是光的干涉图样 C. c 是光的干涉图样 D. d 是光的衍射图样 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．是光的双缝干涉图样，条纹间距相等，A错误；‎ B．是光的单缝衍射图样，中央亮条纹最宽，向外条纹变窄，间距变小，B错误；‎ C．是圆孔衍射图样，C错误；‎ D．是泊松亮斑（光照射在小圆盘上却出现中央亮斑），是光衍射图样，D正确。‎ 故选D。‎ ‎5. 一束只含红光和紫光的复色光沿PO方向射入玻璃三棱镜后分成两束光，并沿OM和ON方向射出，如图所示，已知OM和ON两束光中只有一束是单色光，则【 】‎ A. OM为复色光，ON为紫光 B. OM为复色光，ON为红光 C. OM为紫光，ON为复色光 D. OM为红光，ON为复色光 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ON为反射光，应为复色光；而折射后只有一束光线，故有一束光发生了全反射；而红光与紫光相比较，紫光的折射率较大，临界角较小，故紫光发生了全反射；可知OM应为红光．故D正确，ABC错误．故选D.‎ ‎6. 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　）‎ A. 电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B. 变化的电场周围一定产生变化的磁场 C. 变化的磁场周围一定产生恒定的电场 D. 电磁波是电场和磁场相互激发而形成的 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，A错误；‎ B．均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，B错误；‎ C．均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，C错误；‎ D．电磁波是电场和磁场相互激发而形成，D正确。‎ 故选D。‎ ‎7. 在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是 [ ]‎ A. 电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小．‎ B. 回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大 C. 电容器极板上电荷最多时，电场能最大 D. 回路中电流值最小时刻，电场能最小 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．电容器放电完毕时，q=0，i最大，磁场能最大，所以A错误B正确；‎ CD．电流最小i=0时，q最多，极板间电场最强，电场能最大，所以C正确D错误；‎ 故选BC。‎ ‎8. 下列关于无线电广播的叙述正确的是（　　）‎ A. 发射无线电广播信号必须采用调频方式 B. 发射无线电广播信号必须进行调谐 C. 接收无线电广播信号必须进行调制 D. 接收到无线电广播信号后必须进行解调才能由扬声器播放 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．发射无线电广播信号必须经过调制，可以采用调频，也可以采用调幅，AB错误；‎ C．接收无线电广播必须经过调谐（即选台），C错误；‎ D．无线电波中有高频信号，所以需要经过解调将低频信号捡出，才能由扬声器播放，D正确。‎ 故选D。‎ ‎9. 下列关于 α 粒子的说法正确的是（　　）‎ A. α 粒子是氦原子 B. 原子核放出 α 粒子即 α 衰变，α 衰变的核反应方程式为 C. 原子核放出 α 粒子即 α 衰变，这一过程往往还伴随放出 γ 射线 D. 比较 α、β、γ 三种射线，由 α 粒子组成的 α 射线，电离能力最弱、穿透能力最强 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】A．α 粒子是氦原子核，A错误；‎ B．原子核放出 α 粒子即 α 衰变，α 衰变的核反应方程式为，B正确；‎ C．原子核放出 α 粒子即 α 衰变，这一过程往往还伴随放出 γ ‎ 射线（以能量的形式放出），C正确；‎ D．比较 α、β、γ 三种射线，由 α 粒子组成的 α 射线，电离能力最强、穿透能力最弱，D错误。故选BC。‎ ‎10. 有一种放射性元素 X，它的氧化物 X2O 的半衰期为 4 天，X2O 与 F2 能发生如下反应：2X2O+‎2F2=4XF+O2，则下列说法正确的是（　　）‎ A. XF 中 X 的半衰期为 4 天 B. 单质 X 的半衰期为 8 天 C. 升高温度有可能使放射性元素 X 的半衰期缩短 D. 若有 2 个 X2O 分子，经过 4 天就只剩 1 个了 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】ABC．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，因此放射性元素X无论以什么样的状态存在，其半衰期不发生变化，故A正确，BC错误；‎ D．半衰期具有统计规律，仅对大量的原子核适用，对于几个原子核不适用，故D错误。‎ 故选A。‎ ‎11. 氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由内层轨道跃迁到外层轨道时（　　）‎ A. 氢原子释放能量，电子的动能增加，电势能减小 B. 氢原子吸收能量，电子的动能增加，电势能增加 C. 氢原子释放能量，电子的动能减小，电势能减小 D. 氢原子吸收能量，电子的动能减小，电势能增加 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】氢原子的电子由内层轨道跃迁到外层轨道时，即由低能级向高能级跃迁，氢原子吸收能量，电子与原子核之间的库仑力做负功，电势能增加，库仑力提供向心力 轨道半径增大，电子动能减小，ABC错误，D正确。‎ 故选D。‎ ‎12. 关于光谱，下面说法中正确的是（　　）‎ A. 炽热的固体发射线状光谱 B. 太阳光谱中的暗线说明太阳外层大气上含有与这些暗线相应的元素 C. 连续光谱和吸收光谱都可用于对物质成分进行分析 D. 氢原子光谱是由于氢原子发生能级跃迁形成的 ‎【答案】BCD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．炽热的固体发射连续光谱，A错误；‎ B．太阳光谱是吸收光谱，所以太阳光谱中的暗线说明太阳外层大气上含有与这些暗线相应的元素，B正确；‎ C．连续光谱和吸收光谱都能体现元素的特征，所以都可用于对物质成分进行分析，C正确；‎ D．氢原子外层电子在不同能级之间跃迁过程中，会吸收或辐射不同能量的光子，所以氢原子光谱是由于氢原子发生能级跃迁形成的，D正确。‎ 故选BCD。‎ ‎13. 氢原子处于基态时，其能量为 E1=-13.6eV，氢原子的能级如图所示。下面给出一些光子的能量值，处于基态的氢原子可以吸收的光子是（　　）‎ A. 3.4‎‎ eV B. 10.2eV C. 11.0eV D. 16.0eV ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．处于基态的氢原子要跃迁到高能级，吸收光子的能量需要恰好等于两能级差的能量，氢原子从吸收的能量最小，即 A错误，B正确；‎ C．当光子能量为时 无对应能级，氢原子无法吸收该光子能量进行跃迁，C错误；‎ D．因为，氢原子吸收该光子能量后，直接电离，D正确。‎ 故选BD。‎ ‎14. 一环形线圈放在匀强磁场中，设第1s内磁感线垂直线圈平面向里，如图（甲）所示。若磁感强度B随时间t变化的关系如图（乙）所示，那么第3s内线圈中感应电流的大小和方向是（　　）‎ A. 大小恒定，逆时针方向 B. 大小恒定，顺时针方向 C. 逐渐增加，逆时针方向 D. 逐渐增加，顺时针方向 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】在第3s内，磁场的方向垂直于纸面向里，且均匀增大，根据可知电动势恒定，产生恒定的电流，根据楞次定律，感应电流的方向为逆时针方向，故A正确，BCD错误。‎ 故选A。‎ ‎15. 如图所示，一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1。在原线圈两端接入 50Hz 正弦交流电源，在副线圈两端接有“12V、12W”的灯泡。若灯泡恰能正常 发光，则（　　）‎ A. 变压器输入电压的有效值为 120V B. 变压器输入电流的最大值为 ‎‎0.10A C. 变压器输入功率大于 12W D. 变压器输出频率等于 5Hz ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据 灯泡两端的电压是指有效值，因此输出电压的有效值 可得输入电压的有效值 A正确；‎ B．根据 可知输出电流的有效值 根据 解得，输入电流的有效值 因此输入电流的最大值 B错误；‎ C．由于变压器本身不消耗能量，输出功率决定输入功率，因此输入功率等于12W，C错误；‎ D．变压器只改变电压、电流，但不改变频率，因此输出频率仍为50Hz，D错误。‎ 故选A。‎ ‎16. 如图所示，弹簧振子在振动过程中，振子经 a、b 两点的速度相同，若它从 a 经过 O 到 b 历时 0.4s，从 b 再回到 a 的最短时间为 0.6s，则该振子的振动周期为（　　）‎ A. 0.8‎s B. 1.0s C. 1.2s D. 1.4s ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】振子经 a、b 两点的速度相同，则a、b 两点关于O点对称，则从时间为，振子经过点后，到达最远处再返回点，则根据运动的对称性可知振子从到达最远处的时间为，所以振子从到最远处，即个周期时间为，振子的周期为，ABD错误，C正确。‎ 故选C。‎ ‎17. 一列沿 x 轴传播的简谐波，波速为 ‎4m/s，t=0时刻的波形图像如图所示。此时 x=‎8m 处的质点具有正向最大速度，则 t=4.5s 时（　　）‎ A. x=‎0m 处质点具有正向最大加速度 B. x=‎2m 处质点具有负向最大速度 C. x=‎4m 处质点具有负向最大加速度 D. 在这 4.5s 内，x=‎6m 处质点通过的路程为 ‎‎18cm ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．在时刻，处质点向上运动，根据同侧法可知该波沿轴负方向传播；该波的周期为 经过，处的质点位于正向位移最大处，具有负向的最大加速度，A错误；‎ B．处的质点位于平衡位置，具有负向的最大速度，B正确；‎ C．处的质点位于负向位移最大处，具有正向的最大加速度，C错误；‎ D．处的质点经过的路程为 D正确。‎ 故选BD。‎ ‎18. 用图示光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光 a照射光电管阴极 K，电流计 G 的指针发生偏转。而用另一频率的单色光 b照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针不发生偏转，那么（　　）‎ A. 用 a 光照射光电管阴极 K，若将滑动变阻器的滑动触头移到 a 端时，电流表中仍有电流通过 B. 只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大 C. 增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转 D. 用 a 光照射光电管阴极 K，滑动变阻器的滑动触头由a 端向 b 端滑动的过程中，电流表的示数一定会持续增大 ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【详解】A．若将滑动变阻器滑动触头移到 a 端时，从K中逸出的光电子仍能运动至A，在闭合回路中形成电流，所以电流表中仍然有电流流过，A正确；‎ B．只增加 a 光的强度，从K中逸出的光电子数目增大，所以通过电流计 G 的电流增大，B正确；‎ C．根据电路结构可知光电管右边电势高，为正极板，说明光不能使金属发生光电效应，根据光电效应方程可知增加光照强度不能发生光电效应，金属板中仍然无光电子逸出，电流表无示数，C错误；‎ D．滑动变阻器的滑动触头由a 端向 b ‎ 端滑动的过程中，可能在某一位置，光电管中的电流达到饱和光电流，此后电流便不再变大，所以电流表示数先增大后不变，D错误。‎ 故选AB。‎ ‎19. 匀强磁场中有一个静止的放射性同位素铝核放出α粒子（即）后，产生的反冲核 Y（即）和α粒子分别做匀速圆周运动，不计粒子所受的重力及粒子间的相互作用。则反冲核 Y 和 α 粒子（　　）‎ A. 做匀速圆周运动的半径之比为 11:2 B. 做匀速圆周运动的速率之比为 6:1‎ C. 做匀速圆周运动的周期之比为 12:11 D. 做匀速圆周运动的动能之比为 1:6‎ ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．从静止衰变后，产生的两原子核动量守恒，即 洛伦兹力提供向心力 解得 则 A错误；‎ B．二者动量大小相等，根据可知 B错误；‎ C．粒子运动的周期为 则 C正确；‎ D．动能与动量的关系表示为 则 D正确。‎ 故选CD。‎ ‎20. 英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球,已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　 　)‎ ‎ ‎ A. 0 B. r2qk/‎2 ‎C. 2πr2qk D. πr2qk ‎【答案】D ‎【解析】‎ 试题分析：磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，故感应电动势；根据楞次定律，感应电动势的方向为顺时针方向；小球带正电，小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是：W=qU=πr2qk，故选D．‎ 考点：法拉第电磁感应定律；楞次定律 第II卷（共 40分）‎ 二、实验题（每空4分，共12分）‎ ‎21. 在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。‎ ‎（1）如图所示，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其它元件，其中a、b、c、d 各装置的名称依次是下列四个选项中的_________；‎ ‎ ‎ A．a 滤光片、b 单缝、c 双缝、d 光屏 B．a 双缝、b 单缝、c 滤光片、d 光屏 C．a 滤光片、b 双缝、c 单缝、d 光屏 D．a 双缝、b 滤光片、c 单缝、d 光屏 ‎（2）已知该装置中双缝间距 d=‎0.50mm，双缝到光屏的距离 L=‎0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图甲所示，分划板在图中 A 位置时游标卡尺如图乙所示，则其示数为下列选项中的_________；‎ A．‎111.10mm B．‎11.12mm C．‎110.2mm D．‎‎11.2mm ‎（3）在 B 位置时游标卡尺如图丙所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长。下列选项中的数据最接近正确实验结果的是____________。‎ A．6.0×10‎-7 m B．6.4×10‎-7 m C．6.8×10‎-7 m D．7.2×10‎‎-7 m ‎【答案】 (1). A (2). A (3). B ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)［1］为获取单色线光源，白色光源后面要有a 滤光片、b 单缝、c 双缝、d 光屏，故A正确，BCD错误。‎ ‎(2)［2］根据游标卡尺的读数规则结合图乙可知，主尺的读数应在‎110mm左右，游标尺的读数应是小数点后面两位，故A符合题意，BCD不符合题意。‎ ‎(3)［3］B位置的读数约为‎115.50mm，A位置的读数为‎111.10mm，则 根据双缝干涉条纹的间距公式 代入数据解得 故B符合题意，ACD不符合题意。‎ 三、计算题（本大题共 2 小题，共 28 分）‎ 要求：解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不 能得分。结果有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。‎ ‎22. 如图所示，MN 和PQ为固定在水平面上的平行金属轨道，轨道间距为‎0.2m。质量为 ‎0.1kg的金属杆 ab 置于轨道上，与轨道垂直。整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度 B=0.5T。现用F=2N的水平向右的恒力拉ab杆由静止开始运动。电路中除了电阻 R=0.04Ω之外，ab 杆的电阻 r=0.01Ω，其余电阻不计。设轨道光滑。求：‎ ‎(1)判断流过电阻 R 的电流方向；‎ ‎(2)ab 杆可以达到的最大速度；‎ ‎(3)ab杆的速度达到‎5m/s 时两端的电压；‎ ‎(4)当 ab杆达到最大速度后撤去外力 F，此后电阻 R还能产生多少焦耳热。‎ ‎【答案】(1)方向为；(2)，方向水平向右；(3)；(4)‎ ‎【解析】 (1)根据右手定则可知导体棒中的电流方向为，则流过的电流方向为。‎ ‎(2)金属杆做加速度减小的加速运动，当杆加速度为0时，速度最大，安培力为 根据平衡条件 解得 方向水平向右。‎ ‎(3)当杆速度为时，感应电动势为 金属杆两端电压为路端电压，即 ‎(4)撤去外力后，在安培力的作用下减速至0，根据能量守恒定律得全电路的焦耳热为 根据焦耳定律可知 解得 ‎23. 现代科学研究表明，太阳可以不断向外辐射能量，其来源是它内部的核聚变反应，其中主要的核反应方程是 4 个质子和 2 个负电子聚合在一起，并释放核能。在地球上与太阳光垂直的表面上，单位面积接收到的太阳能辐射功率为P。已知普朗克常量 h，光速 c，太阳到地球之间的距离为 r0。若太阳“释放的核能”最后都以可见光的形式辐射，其平均频率为 v，球面面积公式 S=4πr2。求：‎ ‎（1）写出太阳的核聚变反应方程；‎ ‎（2）太阳发出的光子的平均动量大小；‎ ‎（3）地球上与太阳光垂直且面积为 S 的平面，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数；‎ ‎（4）每年太阳由于核聚变所减少的质量。（设一年的时间为 t0）‎ ‎【答案】(1) +释放的核能 (2) (3) (4) ‎ ‎【解析】 (1)根据质量数和核电荷数守恒，可得核反应方程为 ‎+释放的核能 ‎(2)光子的动量为 速度为 联立可得平均动量大小为 ‎(3) 设每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数为N，根据题设条件可知 ‎ E0=Pt1=Nhv 所以 地球上与太阳光垂直且面积为 S 的平面，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数为 ‎(4) 设1s内太阳辐射能量为E1，1年内太阳辐射的能量为E，每年太阳由于发光减少的质量为m． 根据题设条件可知 根据质量亏损和质能关系可知 E=△E=△mc2‎ 所以每年太阳由于发光减少的质量