精品解析：山东省济宁市嘉祥县第一中学2023-2024学年高二下学期5月月考物理试卷

嘉祥一中2023-2024学年度高二实验班5月月考物理试卷 第I卷（选择题） 一、单选题 1. 如图甲所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个体积很小的磁铁，在小磁铁正下方桌面上放置一个闭合铜制线圈。将小磁铁从初始静止的位置向下拉到某一位置后放开，小磁铁将做阻尼振动，位移x随时间t变化的示意图如图乙所示（初始静止位置为原点，向上为正方向，经t0时间，可认为振幅A衰减到0）。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. x＞0的那些时刻线圈对桌面的压力小于线圈的重力 B. x=0的那些时刻线圈中没有感应电流 C. 更换电阻率更大的线圈，振幅A会更快地衰减到零 D. 增加线圈的匝数，t0会减小，线圈产生的内能不变 【答案】D 【解析】 【详解】A．根据“来拒去留”，则x＞0的那些时刻，当磁铁远离线圈向上运动时，磁铁对线圈有向上的作用力，此时线圈对桌面的压力小于线圈的重力；当磁铁靠近线圈向下运动时，磁铁对线圈有向下的作用力，此时线圈对桌面的压力大于线圈的重力，选项A错误； B．x=0的那些时刻磁铁的速度最大，则穿过线圈的磁通量变化率最大，则线圈中有感应电流，选项B错误； C．更换电阻率更大的线圈，线圈中产生的感应电流会变小，线圈中产生的感应电流的磁场变弱，对磁铁的“阻碍”作用变弱，则振幅A会更慢慢地衰减到零，选项C错误； D．增加线圈的匝数，线圈中产生的感应电动势变大，感应电流变大，机械能很快就转化为内能，则t0会减小，由于开始时线圈的机械能不变，则线圈产生的内能不变，选项D正确。 故选D。 2. 1824年法国工程师卡诺创造性地提出了具有重要理论意义的热机循环过程一卡诺循环，极大地提高了热机的工作效率。如图为卡诺循环的p﹣V图像，一定质量的理想气体从状态A开始沿循环曲线ABCDA回到初始状态，其中AB和CD为两条等温线，BC和DA为两条绝热线。下列说法正确的是（　　） A. 在D→A绝热压缩过程中，气体内能减小 B. 一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 C. B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功 D. B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态多 【答案】C 【解析】 【详解】A．D→A绝热压缩过程中，外界对气体做功 ， 根据热力学第一定律 可知 即气体内能增加，故A错误； B．一次循环过程中气体的温度不变，内能不变。p﹣V图像中图线与坐标轴围成的面积表示功。由图知，在一次循环过程中，气体对外界做功，为确保气体的内能不变，则气体一定从外界吸收热量，故一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，故B错误； C．由图知 故B→C过程和D→A过程，温度变化量的大小相等，内能变化量的大小相等，且，可知W大小也必然相等，即B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功，故C正确； D．AB状态温度相同，则状态A和状态B气体分子的平均速率相同，而状态B的体积大，气体的密集程度小，则B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态少，故D错误。 故选C。 3. 以下说法中正确的是（　　） A. 甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的d位置时荧光屏上接收到的粒子数最多 B. 乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时放出了一定能量的光子 C. 丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器的金属杆带正电荷 D. 爱因斯坦在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图 【答案】C 【解析】 【详解】A．甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的d位置时荧光屏上接收到的粒子数最少，故A错误； B．乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时吸收了一定能量的光子，故B错误； C．丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器的金属杆带正电荷，故C正确； D．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图，故D错误。 故选C。 4. 氢原子能级图如图甲所示。某基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光，其中有两种能使乙图中逸出功为2.25eV的K极钾金属发生光电效应，通过乙图实验装置得到这两种光分别实验时的电流和电压读数，绘出图丙①②两根曲线，则下列说法正确的是（　　） A. 不能使K极金属产生光电效应的光是从n＝2跃迁到n＝1时产生的 B. 丙图中②曲线对应的入射光光子能量为12.09eV C. 丙图中①曲线对应的入射光光子能使钾金属产生最大初动能为10.20eV的光电子 D. 丙图中 【答案】B 【解析】 【详解】A．依题意，基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光的光子能量分别为 ，， 可知不能使K极金属产生光电效应的光是从n＝3跃迁到n＝2时产生的。故A错误； BD．根据 可知丙图中②曲线对应的入射光光子能量为光子能量较大的光子即12.09eV。丙图中①曲线的遏制电压为 故B正确，D错误； C．丙图中①曲线对应的入射光光子能量为10.20eV，能使钾金属产生光电子最大初动能为 故C错误。 故选B。 5. 如图甲所示，平面直角坐标系xOy的第一象限（含坐标轴）内有垂直平面周期性变化的均匀磁场（未画出），规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正，磁场变化规律如图，已知磁感应强度大小为，不计粒子重力及磁场变化影响。某一带负电的粒子质量为m、电量为q，在时从坐标原点沿y轴正向射入磁场中，将磁场变化周期记为，要使粒子在时距y轴最远，则的值为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】粒子在磁场中做匀速圆周运动，0~时间内，有 解得 周期为 时间内，有 解得 周期为 要求在T0时，粒子距y轴最远，做出粒子运动轨迹如图 根据几何关系，可得 解得 则0~时间内圆周运动转过的圆心角为 可得 联立，解得 故选A。 6. 1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（　　） A. 常量的单位为 B. t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 C. 若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为 D. 若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 【答案】D 【解析】 【详解】A．P0是单位时间从太阳单位面积辐射的电磁波的能量，所以单位为，则 则常量的单位为 故A错误； B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 故B错误； C．辐射到太阳帆的光子的总数 一半光子被吸收，一半反射，则有 其中 联立可得 故C错误； D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则有 可得探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 故D正确。 故选D。 7. 如图所示，在光滑绝缘的水平面上方，有两个方向相反的水平方向的匀强磁场，磁场范围足够大，磁感应强度的大小左边为2B，右边为3B，一个竖直放置的宽为L、长为3L、单位长度的质量为m、单位长度的电阻为r的矩形金属线框，以初速度v垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动，当线框运动到虚线位置（在左边磁场中的长度为L，在右边磁场中的长度为2L）时，线框的速度为，则下列判断正确的是（　　） A. 此时线框中电流方向为逆时针，线框中感应电流所受安培力为 B. 此过程中通过线框截面的电量为 C. 此过程中线框产生的焦耳热为 D. 线框刚好可以完全进入右侧磁场 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A．线框左边切割磁感线相当于电源，由右手定则可知，其下端为正极，同理线框右边其上端为正极，则感应电流方向为逆时针，回路中产生感应电动势为 感应电流为 此时线框所受安培力为 所以A错误； B．由动量定理有 联立解得 所以B错误； D．此过程中通过线框磁通量的变化量为 此过程中通过线框截面的电量为 联立解得 则 当线框全部进入右侧磁场时有 此过程中通过线框截面的电量为 联立解得 由动量定理有 联立解得 所以D正确； C．此过程中线框产生的焦耳热为 所以C错误； 故选D。 8. 霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿方向。则关于这种霍尔材料认识正确的是（　　） A. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反 B. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力都为零 C. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相反 D. 若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为，自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为 【答案】A 【解析】 【详解】A．由题意，恒定电流沿+x方向，则自由电子沿-x方向，空穴沿+x方向，根据左手定则知电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，所以电子产生电流方向沿z轴负方向，空穴产生电流沿z轴正向。设时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数分别为、，设两粒子沿z轴方向的速度为、 则有 则霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面电荷量不再发生变化，即 即在相等时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数相等，则两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反，故A正确； BC．因为电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，霍尔电场沿z轴负方向，所以电子受到霍尔电场的电场力向上，即电子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零。而空穴受到霍尔电场的电场力方向向下，且小于所受的洛伦兹力，故空穴在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零，故BC错误； D．设自由电子沿x轴方向的速度为，则满足 所以自由电子受到洛伦兹力大小为 又因为霍尔电场力为 所以自由电子在z方向上受到的洛伦滋力和霍尔电场力合力大小为 故D错误。 故选A。 二、多选题 9. 光滑水平轨道 abc、ade在a端很接近但是不相连，bc段与de段平行，尺寸如图所示。轨道之间存在磁感应强度为B的匀强磁场。初始时质量为m的杆放置在b、d 两点上，除电阻R外，杆和轨道电阻均不计。用水平外力F将杆以初速度向左拉动，运动过程中保持杆中电流不变，在杆向左运动位移L内，下列说法正确的是（　　） A. 杆向左做变加速运动 B. 杆向左运动位移0.5L的时间为 C. 杆向左运动位移0.5L的时间内电阻产生的焦耳热为 D. 杆向左运动位移L的时间内水平外力 F 做的功为 【答案】ABC 【解析】 【详解】A．运动过程中保持杆中电流不变，则电动势保持不变，根据 根据几何关系可得杆向左运动x时，切割磁感线的长度为 此时杆对应速度为 可知随着的增大，逐渐增大，但加速度不是恒定不变的，所以杆向左做变加速运动，故A正确； B．根据电动势保持不变，即 则杆向左运动位移的时间为 故B正确； C．杆向左运动位移0.5L的时间内电阻产生的焦耳热为 故C正确； D．根据 可得杆向左运动位移L的速度为 设杆向左运动位移L的时间内电阻产生的焦耳热为，根据功能关系可得水平外力做的功为 故D错误。 故选ABC。 10. 某理想自耦变压器构造如图所示，线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上，左端输入正弦交流电压为相同的灯泡，其电阻均为110Ω且恒定不变，定值电阻的阻值为灯泡阻值的。当滑动触头P处于如图所示位置时，AB端与PB端匝数比为4∶1，、闭合时，两灯泡消耗的电功率相同。下列说法正确的是（　　） A. 灯泡的电流为0.4A B. 灯泡消耗的电功率为27.5W C. 均闭合时，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），、均变亮 D. 断开，闭合，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），定值电阻消耗的电功率先变大后变小 【答案】AD 【解析】 【详解】A．闭合时，副线圈电路的阻值 副线圈电路的等效电阻为 则此时流过灯泡的电流 根据左端输入正弦交流电压瞬时值的表达式可得左端输入电压的有效值为 联立解得 故A正确； B．灯泡消耗的电功率为等于的功率 故B错误； C．均闭合时，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），根据以上分析 增大，则变小，因此变小，则流过灯的电流增大，原线圈输入电流变为 副线圈电流变为 根据数学知识可知 此时副线圈电流有最大值，则从AB端与PB端匝数比为4∶1开始转动，副线圈电流先增大后减小，则灯泡二先变亮后变暗，故C错误； D．断开，闭合，则有 将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），增大，则变小，分析可知变小，由逐渐减小为，将灯泡的电阻看作电源的“等效内阻”， 定值电阻消耗的电功率为 当时，的电功率将有最大值，故将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），定值电阻消耗的电功率一定是先变大后变小，故D正确。 故选AD。 11. 如图，间距均为L的光滑水平金属导轨与半径为R的光滑半圆金属导轨平滑连接，半圆导轨在竖直平面内，水平导轨处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。在水平导轨上放置ab、cd两导体棒，两棒长度均为L、质量分别为4m和m、电阻分别为r和2r，两导体棒到半圆导轨底端的距离分别为和，足够大，。现给导体棒ab一大小的初速度，一段时间后导体棒cd通过半圆导轨最高点后，恰好落到其初始位置。cd棒离开导轨前两棒与导轨始终垂直且接触良好，两导体棒间未发生碰撞，导轨电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A. 导体棒cd离开磁场前已与ab棒达到共速 B. 导体棒cd刚进入半圆导轨瞬间，其两端电压 C. 导体棒cd离开半圆导轨前，通过其横截面的电量 D. 导体棒cd离开水平导轨前，导体棒ab上产生的焦耳热 【答案】BD 【解析】 【详解】A．导体棒cd从最高点飞出后做平抛运动，则有， 导体棒cd从最低点运动到最高点过程，根据动能定理有 解得 若ab、cd两导体棒在磁场中达到共速，根据动量守恒定律有 解得 可知，导体棒cd离开磁场前没有与ab棒达到共速，故A错误； B．结合上述，导体棒cd刚进入半圆导轨瞬间，根据动量守恒定律有 解得 则导体棒cd刚进入半圆导轨瞬间，其两端电压 故B正确； C．导体棒cd离刚进入半圆导轨瞬间，由动量定理 其中 联立可得通过其横截面的电量 导体棒cd进入半圆导轨后，通过导体棒cd仍有电荷量，故导体棒cd离开半圆导轨前，通过其横截面的电量 故C错误； D．导体棒cd离开水平导轨前，总的焦耳热 则导体棒ab上产生的焦耳热 解得 故D正确。 故选BD。 12. 半径为的一圆柱形匀强磁场区域的横截面如图所示，磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向外，磁场外有一粒子源，能沿一直线发射速度大小在一定范围内的同种带电粒子。带电粒子质量为，电荷量为。现粒子沿正对中点且垂直于方向射入磁场区域，发现带电粒子仅能从之间的圆弧飞出磁场，不计粒子重力，则（ ） A. 从点飞出的带电粒子的运动时间最短 B. 从点飞出的带电粒子的运动时间最长 C. 粒子源发射粒子的最大速度为 D. 在磁场中运动的时间为的粒子，粒子的速度为 【答案】ABD 【解析】 【详解】AB．由题意可得粒子运动轨迹如左图所示． 由几何关系得，其中从b点出磁场的粒子轨迹半径最大，从d点出磁场的粒子轨迹半径最小，从d点出磁场的粒子轨迹对应圆心角最大，故从d点飞出的带电粒子的运动时间最长，同理从b点飞出的带电粒子的运动时间最短，AB正确； C．因为从b点出磁场的粒子轨迹半径最大，即从b点出磁场的粒子速度最大，如中图所示，当粒子从b点飞出时，设其轨道半径为，对应的圆心角为，由几何关系可知．在三角中，由正弦定理得 解得 由牛顿第二定律得 解得 C错误； D．若要使粒子在磁场中运动的时间为四分之一周期，对应的轨迹圆心角应为，设其半径为，轨迹圆心为，如右图所示，设，由几何关系得 即 解得 由牛顿第二定律得 求得 D正确。 故选ABD。 第II卷（非选择题） 三、实验题 13. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。 （1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是 ；（填字母） A. 绝缘的硅钢片叠成 B. 整块不锈钢铁芯 C. 绝缘的铜片叠成 D. 整块硅钢铁芯 （2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数不同，如果作为降压变压器使用，副线圈的导线较 。 A. 粗且匝数多 B. 粗且匝数少 C. 细且匝数多 D. 细且匝数少 （3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母） A. B. C. D. （4）为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过 ；（填字母） A. B. C. 2V （5）实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为，则原线圈的输入电压可能为 ；（填字母） A. B. C. （6）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 。（填字母） A. 等效替代法 B. 控制变量法 C. 整体隔离法 【答案】（1）A （2）B （3）AD （4）B （5）A （6）B 【解析】 【小问1详解】 变压器的铁芯，它的结构和材料是由绝缘的硅钢片叠成。 故选A。 【小问2详解】 如果作为降压变压器使用，根据 则 又 ， 副线圈匝数少，副线圈电流大，应选用粗导线。副线圈的导线较粗且匝数少。 故选B。 【小问3详解】 A．本实验需要用到的是交流电源，可用学生电源交流输出挡，A正确； B．干电池为直流电源，本实验不需要，B错误； C．直流电压表本实验不需要，C错误； D．本实验用多用电表交流电压挡测电压，D正确。 故选AD。 【小问4详解】 为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过12V。 故选B。 【小问5详解】 若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系 若变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接线“0；4”接线柱，可知原副线圈的匝数比为2∶1，则若由副线圈电压为3.0V，那么原线圈的电压为 考虑到不是理想变压器有漏磁等现象，则原线圈所接电源电压大于6V，可能为7.0V。 故选A。 【小问6详解】 本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法。 故选B。 14. 某同学用如图所示实验装置探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。将注射器活塞移动到体积最大的位置，接上软管和压强传感器，记录此时注射器内被封闭气体的压强p和体积V；推动活塞压缩气体，记录多组气体的压强和体积。 （1）为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，下列说法正确的是________。 A. 要尽可能保持环境温度不变 B. 实验过程中应缓慢地推动活塞 C. 实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞 D. 实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油 （2）分别在环境温度为T1、T2（T1<T2）时完成上述探究活动。下列各图能正确且直观地反映实验过程中，气体压强p随体积V变化规律的是________。 A. B. C. D. （3）若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，从理论上讲图像可能接近的是________。 A. B. C. D. （4）该同学用此装置测量大米的密度。他取少许大米，先用天平测出其质量，再将其装入注射器内，重复上述实验操作，记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，根据实验测量数据，作出V-图像可能是图中的________（选填“A”“B”或“C”）。 （5）该同学用第（4）问中图线与纵轴交点坐标（或坐标的绝对值）作为大米的体积，由此求出大米的密度比真实值________（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。 【答案】（1）AB （2）BD （3）D （4）A （5）偏大 【解析】 【详解】（1）A. 保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，环境温度不变，故A正确； B.实验过程中应缓慢地推动活塞，使气体温度始终与环境温度相同，故B正确； C.实验过程中用手握紧注射器并快速推拉活塞，气体温度将升高，故C错误； D.在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油的作用是不漏气，不能保证温度不变，故D错误。 故选AB。 （2）AB. 对于一定质量的理想气体，当温度一定时pV为定值，且温度越高，pV越大，故A错误，B正确； CD.对于一定质量的理想气体，当温度一定时p与成正比，斜率即pV的乘积，故斜率越大温度越高，故C错误，D正确。 故选BD。 （3） 在软管内气体体积V0不可忽略时，被封闭气体的初状态的体积为V0＋V。由 pV＝C 可知 p（V＋V0）＝C 即 设x＝，原式变形为 p＝x 图线的斜率为，随着x的增大，斜率逐渐变小。故D正确，ABC错误。 故选D。 （4） 设大米的体积为V0，由理想气体状态方程得 p（V－V0）＝C 得 V＝C＋V0 故是图中的A。 （5） 因为软管的存在，故V0偏小，由密度 ρ＝ 得密度偏大。 四、解答题 15. 气钉枪是一种广泛应用于建筑、装修等领域的气动工具，工作时以高压气体为动力，如图甲所示是气钉枪和与之配套的气罐、气泵。图乙是气钉枪发射装置示意图，汽缸通过细管与气罐相连。射钉时打开开关，气罐向汽缸内压入高压气体推动活塞运动，活塞上的撞针将钉子打入物体，同时切断气源，然后阀门自动打开放气，复位弹簧将活塞拉回原位置。气钉枪配套气罐的容积，汽缸有效容积，气钉枪正常使用时气罐内压强范围为，为大气压强，当气罐内气体压强低于时气泵会自动启动充气，压强达到时停止充气。假设所有过程气体温度不变，已知气罐内气体初始压强为，。 （1）使用过程中，当气罐内气体压强降为时气泵启动，充气过程停止使用气钉枪，当充气结束时，求气泵共向气罐内泵入压强为的空气体积； （2）充气结束后用气钉枪射出100颗钉子后，求此时气罐中气体压强p。 【答案】（1）20L；（2） 【解析】 【详解】（1）充气之前，气罐内气体的压强为，充气后气罐内气体的压强为，充气过程为等温变化，所以有 解得 （2）设发射第一个钉子有 解得 发射第二个钉子有 解得 发射第三个钉子有 解得 由此类推，则发第100个钉子后，有 将题中数据带入，解得 16. 如图甲的空间直角坐标系中，有一边长为的立方体区域，该区域内（含边界）有沿轴正方向的匀强磁场，磁感应强度。质量为、电荷量为的带电粒子以初速度从点沿轴正方向进入立方体区域，不计粒子的重力。求： （1）粒子离开立方体区域时位置坐标； （2）若在该区域再加一个沿轴负方向的匀强电场，粒子仍从点以初速度沿轴正方向进入该区域后从之间某点离开，求所加电场的电场强度以及粒子离开立方体区域时的速度大小（结果不必化成小数，保留根式）； （3）撤去原来的电场和磁场，在该区域加方向沿轴负方向的磁场和沿轴正方向的磁场，磁感应强度、的大小随时间周期性变化的规律如图乙所示。时刻，粒子仍从点以初速度沿轴正方向进入该区域，要使粒子从平面离开此区域，且速度方向与轴正方向的夹角为，求磁感应强度的可能取值（，）。 【答案】（1）（，，）；（2），；（3）（，1，2……） 【解析】 【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 粒子离开立方体区域时位置坐标为（0，L，） （2）加电场后，粒子在复合场中运动，可分解为沿轴负方向的匀加速直线运动和沿平行于平面的匀速圆周运动，粒子沿轴负方向的加速度为，由牛顿第二定律有 设运动时间为，则有 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为 由粒子从之间某点离开知，粒子在平行平面内的运动轨迹为二分之一圆周，则有 联立解得 由于洛伦兹力不做功，对粒子，由动能定理可得 解得 （3）沿y轴负方向看，设粒子在平行于平面内运动了n个完整，粒子射出时与z轴正方向夹角为53°，下图为的情况 设粒子运动半径为r，则满足 （，1，2……） 这一过程，粒子沿轴负方向下降距离为 （，1，2……） 由于，所以粒子能到达平面，符合题意。洛伦兹力提供向心力 解得 （，1，2……） 17. 运动的合成与分解告诉我们一个复杂合运动可看成几个简单分运动同时进行，比如平抛运动：如果我们想直接得到它的轨迹方程就比较困难，为方便处理，我们将合运动分解成一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动同时进行。这种思想方法得到了广泛的应用。如图所示，一人工转变核反应的反应区A，内有α粒子以速率v′轰击静止的铍核（），单位时间发射大量α粒子，发生核反应生成碳核（碳12）和另一个核子，三者速度在同一直线上，且碳核速度与α粒子入射速度同向。反应区A的大小忽略不计，碳核仅在如图所示的竖直平面内，从反应区A限定角度内可以沿各个方向按平面机会均等地射出，其速率为（θ为碳核与水平方向的夹角，θ最大为75°）。整个空间处于一个向右的场强为B的匀强磁场中，距离反应区右侧d位置处有一个圆屏，圆心O与反应区A的连线垂直于圆屏。（不考虑粒子重力作用及生成物间的相互作用）。已知电子电荷量大小为e，中子和质子质量均为m，于是各粒子的质量和电荷量均可表示，求： （1）写出核反应方程式，书写时请推断出核反应生成的另一核子，并计算θ=0时另一核子的速率； （2）若单位时间内数量的碳核打到圆屏上，求圆屏的半径； （3）若已知圆屏的半径为R，求单位时间内打到圆屏上碳核的数目占总生成碳核的百分比。 【答案】（1），；（2）；（3）a.当时k=50%；b.当时 【解析】 【详解】（1）核反应方程式为 反应前后动量守恒，有 当θ=0时，解得 （2）生成碳核速度v分解成水平方向与竖直方向，水平分速度为，水平方向做匀速运动，竖直面内，竖直分速度，做匀速圆周运动，则有 ， 圆周运动周期为 向左射出的碳核不能达到圆屏所在的竖直面，只有向右射碳核才能到达竖直面，向右射出的碳核从反应区到圆屏平面的时间为 解得 即碳核正好转过个圆周，对应圆心角β=120°，碳核做圆周运动的半径为 θ为碳核与水平方向的夹角，θ最大为75°，单位时间内数量的碳核打到圆屏上，则θ=60°。由几何关系可得 （3）综上分析，圆屏的半径为R，碳核的数目占总生成碳核的百分比为k，当θ最大为75°时，碳核打到圆屏上的位置距离圆心 a.当时，向右射出的碳核粒子能够全部打到圆屏上，k=50%； b.当时，碳核做圆周运动的半径 则 及 18. 如图所示，水平面内足够长的两光滑平行金属直导轨，左侧有电动势E＝36V的直流电源、C＝0.1F的电容器和R＝0.05的定值电阻组成的图示电路。右端和两半径r＝0.45m的竖直面内光滑圆弧轨道在PQ处平滑连接，PQ与直导轨垂直，轨道仅在PQ左侧空间存在竖直向上，大小为B＝1T的匀强磁场。将质量为、电阻为的金属棒M静置在水平直导轨上，图中棒长和导轨间距均为L＝1m，M距R足够远，金属导轨电阻不计。开始时，单刀双掷开关断开，闭合开关，使电容器完全充电；然后断开，同时接“1”，M从静止开始加速运动直至速度稳定；当M匀速运动到与PQ距离为d＝0.27m时，立即将接“2”，并择机释放另一静置于圆弧轨道最高点、质量为的绝缘棒N，M、N恰好在PQ处发生第1次弹性碰撞。随后N反向冲上圆弧轨道。已知之后N与M每次碰撞前M均已静止，所有碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，M、N始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度，，求： （1）电容器完成充电时的电荷量q和M稳定时的速度； （2）第1次碰撞后绝缘棒N在离开圆弧轨道后还能继续上升的高度； （3）自发生第1次碰撞后到最终两棒都静止，金属棒M的总位移。 【答案】（1），；（2）；（3） 【解析】 【详解】（1）根据求得 金属棒M最终匀速直线时 对金属棒M应用动量定理可得 即 其中 联立求得 （2）在开关接2时，对金属棒M应用动量定理 即 又由 联立求得 绝缘棒N滑到圆周最低点时，由动能定理可得 求得 金属棒M，绝缘棒N弹性碰撞 求得 对绝缘棒N由机械能守恒可得 求得 （3）发生第一次碰撞后，金属棒M向左位移为，根据动量定理可得 即 又由 联立求得 由题可知，绝缘棒N第二次与金属棒M碰前速度为，方向水平向左，碰后速度为，金属棒的速度为，由弹性碰撞可得 求得 金属棒M向左的位移 求得 同理可知，金属棒M与绝缘棒N第三次碰撞后的瞬时速度 金属棒M向左的位移 求得 以此类推，金属棒M与绝缘棒N第次碰撞后的瞬时速度 金属棒M向左的位移 发生第1次碰撞后到最终两棒都静止，金属棒M的总位移 当趋于无穷大时 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 嘉祥一中2023-2024学年度高二实验班5月月考物理试卷 第I卷（选择题） 一、单选题 1. 如图甲所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个体积很小的磁铁，在小磁铁正下方桌面上放置一个闭合铜制线圈。将小磁铁从初始静止的位置向下拉到某一位置后放开，小磁铁将做阻尼振动，位移x随时间t变化的示意图如图乙所示（初始静止位置为原点，向上为正方向，经t0时间，可认为振幅A衰减到0）。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. x＞0的那些时刻线圈对桌面的压力小于线圈的重力 B. x=0的那些时刻线圈中没有感应电流 C. 更换电阻率更大的线圈，振幅A会更快地衰减到零 D. 增加线圈的匝数，t0会减小，线圈产生的内能不变 2. 1824年法国工程师卡诺创造性地提出了具有重要理论意义的热机循环过程一卡诺循环，极大地提高了热机的工作效率。如图为卡诺循环的p﹣V图像，一定质量的理想气体从状态A开始沿循环曲线ABCDA回到初始状态，其中AB和CD为两条等温线，BC和DA为两条绝热线。下列说法正确的是（　　） A. 在D→A绝热压缩过程中，气体内能减小 B. 一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 C. B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功 D. B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态多 3. 以下说法中正确的是（　　） A. 甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的d位置时荧光屏上接收到的粒子数最多 B. 乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时放出了一定能量的光子 C. 丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器的金属杆带正电荷 D. 爱因斯坦在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图 4. 氢原子能级图如图甲所示。某基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光，其中有两种能使乙图中逸出功为2.25eV的K极钾金属发生光电效应，通过乙图实验装置得到这两种光分别实验时的电流和电压读数，绘出图丙①②两根曲线，则下列说法正确的是（　　） A. 不能使K极金属产生光电效应的光是从n＝2跃迁到n＝1时产生的 B. 丙图中②曲线对应的入射光光子能量为12.09eV C. 丙图中①曲线对应的入射光光子能使钾金属产生最大初动能为10.20eV的光电子 D. 丙图中 5. 如图甲所示，平面直角坐标系xOy的第一象限（含坐标轴）内有垂直平面周期性变化的均匀磁场（未画出），规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正，磁场变化规律如图，已知磁感应强度大小为，不计粒子重力及磁场变化影响。某一带负电的粒子质量为m、电量为q，在时从坐标原点沿y轴正向射入磁场中，将磁场变化周期记为，要使粒子在时距y轴最远，则的值为（　　） A. B. C. D. 6. 1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（　　） A. 常量的单位为 B. t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 C. 若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为 D. 若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 7. 如图所示，在光滑绝缘的水平面上方，有两个方向相反的水平方向的匀强磁场，磁场范围足够大，磁感应强度的大小左边为2B，右边为3B，一个竖直放置的宽为L、长为3L、单位长度的质量为m、单位长度的电阻为r的矩形金属线框，以初速度v垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动，当线框运动到虚线位置（在左边磁场中的长度为L，在右边磁场中的长度为2L）时，线框的速度为，则下列判断正确的是（　　） A. 此时线框中电流方向为逆时针，线框中感应电流所受安培力为 B. 此过程中通过线框截面的电量为 C. 此过程中线框产生的焦耳热为 D. 线框刚好可以完全进入右侧磁场 8. 霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿方向。则关于这种霍尔材料认识正确的是（　　） A. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反 B. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力都为零 C. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相反 D. 若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为，自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为 二、多选题 9. 光滑水平轨道 abc、ade在a端很接近但是不相连，bc段与de段平行，尺寸如图所示。轨道之间存在磁感应强度为B的匀强磁场。初始时质量为m的杆放置在b、d 两点上，除电阻R外，杆和轨道电阻均不计。用水平外力F将杆以初速度向左拉动，运动过程中保持杆中电流不变，在杆向左运动位移L内，下列说法正确的是（　　） A. 杆向左做变加速运动 B. 杆向左运动位移0.5L的时间为 C. 杆向左运动位移0.5L的时间内电阻产生的焦耳热为 D. 杆向左运动位移L的时间内水平外力 F 做的功为 10. 某理想自耦变压器构造如图所示，线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上，左端输入正弦交流电压为相同的灯泡，其电阻均为110Ω且恒定不变，定值电阻的阻值为灯泡阻值的。当滑动触头P处于如图所示位置时，AB端与PB端匝数比为4∶1，、闭合时，两灯泡消耗的电功率相同。下列说法正确的是（　　） A. 灯泡的电流为0.4A B. 灯泡消耗的电功率为27.5W C. 均闭合时，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），、均变亮 D. 断开，闭合，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），定值电阻消耗的电功率先变大后变小 11. 如图，间距均为L的光滑水平金属导轨与半径为R的光滑半圆金属导轨平滑连接，半圆导轨在竖直平面内，水平导轨处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。在水平导轨上放置ab、cd两导体棒，两棒长度均为L、质量分别为4m和m、电阻分别为r和2r，两导体棒到半圆导轨底端的距离分别为和，足够大，。现给导体棒ab一大小的初速度，一段时间后导体棒cd通过半圆导轨最高点后，恰好落到其初始位置。cd棒离开导轨前两棒与导轨始终垂直且接触良好，两导体棒间未发生碰撞，导轨电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A. 导体棒cd离开磁场前已与ab棒达到共速 B. 导体棒cd刚进入半圆导轨瞬间，其两端电压 C. 导体棒cd离开半圆导轨前，通过其横截面的电量 D. 导体棒cd离开水平导轨前，导体棒ab上产生的焦耳热 12. 半径为的一圆柱形匀强磁场区域的横截面如图所示，磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向外，磁场外有一粒子源，能沿一直线发射速度大小在一定范围内的同种带电粒子。带电粒子质量为，电荷量为。现粒子沿正对中点且垂直于方向射入磁场区域，发现带电粒子仅能从之间的圆弧飞出磁场，不计粒子重力，则（ ） A. 从点飞出的带电粒子的运动时间最短 B. 从点飞出的带电粒子的运动时间最长 C. 粒子源发射粒子的最大速度为 D. 在磁场中运动的时间为的粒子，粒子的速度为 第II卷（非选择题） 三、实验题 13. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。 （1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是 ；（填字母） A. 绝缘的硅钢片叠成 B. 整块不锈钢铁芯 C. 绝缘的铜片叠成 D. 整块硅钢铁芯 （2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数不同，如果作为降压变压器使用，副线圈的导线较 。 A. 粗且匝数多 B. 粗且匝数少 C. 细且匝数多 D. 细且匝数少 （3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母） A. B. C. D. （4）为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过 ；（填字母） A. B. C. 2V （5）实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为，则原线圈的输入电压可能为 ；（填字母） A. B. C. （6）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 。（填字母） A. 等效替代法 B. 控制变量法 C. 整体隔离法 14. 某同学用如图所示实验装置探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。将注射器活塞移动到体积最大的位置，接上软管和压强传感器，记录此时注射器内被封闭气体的压强p和体积V；推动活塞压缩气体，记录多组气体的压强和体积。 （1）为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，下列说法正确的是________。 A. 要尽可能保持环境温度不变 B. 实验过程中应缓慢地推动活塞 C. 实验过程中要用手握紧注射器并快速推拉活塞 D. 实验前要在活塞与注射器壁间涂适量的润滑油 （2）分别在环境温度为T1、T2（T1<T2）时完成上述探究活动。下列各图能正确且直观地反映实验过程中，气体压强p随体积V变化规律的是________。 A. B. C. D. （3）若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，从理论上讲图像可能接近的是________。 A. B. C. D. （4）该同学用此装置测量大米的密度。他取少许大米，先用天平测出其质量，再将其装入注射器内，重复上述实验操作，记录注射器上的体积刻度V和压强传感器读数p，根据实验测量数据，作出V-图像可能是图中的________（选填“A”“B”或“C”）。 （5）该同学用第（4）问中图线与纵轴交点坐标（或坐标的绝对值）作为大米的体积，由此求出大米的密度比真实值________（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。 四、解答题 15. 气钉枪是一种广泛应用于建筑、装修等领域的气动工具，工作时以高压气体为动力，如图甲所示是气钉枪和与之配套的气罐、气泵。图乙是气钉枪发射装置示意图，汽缸通过细管与气罐相连。射钉时打开开关，气罐向汽缸内压入高压气体推动活塞运动，活塞上的撞针将钉子打入物体，同时切断气源，然后阀门自动打开放气，复位弹簧将活塞拉回原位置。气钉枪配套气罐的容积，汽缸有效容积，气钉枪正常使用时气罐内压强范围为，为大气压强，当气罐内气体压强低于时气泵会自动启动充气，压强达到时停止充气。假设所有过程气体温度不变，已知气罐内气体初始压强为，。 （1）使用过程中，当气罐内气体压强降为时气泵启动，充气过程停止使用气钉枪，当充气结束时，求气泵共向气罐内泵入压强为的空气体积； （2）充气结束后用气钉枪射出100颗钉子后，求此时气罐中气体压强p。 16. 如图甲的空间直角坐标系中，有一边长为的立方体区域，该区域内（含边界）有沿轴正方向的匀强磁场，磁感应强度。质量为、电荷量为的带电粒子以初速度从点沿轴正方向进入立方体区域，不计粒子的重力。求： （1）粒子离开立方体区域时位置坐标； （2）若在该区域再加一个沿轴负方向的匀强电场，粒子仍从点以初速度沿轴正方向进入该区域后从之间某点离开，求所加电场的电场强度以及粒子离开立方体区域时的速度大小（结果不必化成小数，保留根式）； （3）撤去原来的电场和磁场，在该区域加方向沿轴负方向的磁场和沿轴正方向的磁场，磁感应强度、的大小随时间周期性变化的规律如图乙所示。时刻，粒子仍从点以初速度沿轴正方向进入该区域，要使粒子从平面离开此区域，且速度方向与轴正方向的夹角为，求磁感应强度的可能取值（，）。 17. 运动的合成与分解告诉我们一个复杂合运动可看成几个简单分运动同时进行，比如平抛运动：如果我们想直接得到它的轨迹方程就比较困难，为方便处理，我们将合运动分解成一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动同时进行。这种思想方法得到了广泛的应用。如图所示，一人工转变核反应的反应区A，内有α粒子以速率v′轰击静止的铍核（），单位时间发射大量α粒子，发生核反应生成碳核（碳12）和另一个核子，三者速度在同一直线上，且碳核速度与α粒子入射速度同向。反应区A的大小忽略不计，碳核仅在如图所示的竖直平面内，从反应区A限定角度内可以沿各个方向按平面机会均等地射出，其速率为（θ为碳核与水平方向的夹角，θ最大为75°）。整个空间处于一个向右的场强为B的匀强磁场中，距离反应区右侧d位置处有一个圆屏，圆心O与反应区A的连线垂直于圆屏。（不考虑粒子重力作用及生成物间的相互作用）。已知电子电荷量大小为e，中子和质子质量均为m，于是各粒子的质量和电荷量均可表示，求： （1）写出核反应方程式，书写时请推断出核反应生成的另一核子，并计算θ=0时另一核子的速率； （2）若单位时间内数量的碳核打到圆屏上，求圆屏的半径； （3）若已知圆屏的半径为R，求单位时间内打到圆屏上碳核的数目占总生成碳核的百分比。 18. 如图所示，水平面内足够长的两光滑平行金属直导轨，左侧有电动势E＝36V的直流电源、C＝0.1F的电容器和R＝0.05的定值电阻组成的图示电路。右端和两半径r＝0.45m的竖直面内光滑圆弧轨道在PQ处平滑连接，PQ与直导轨垂直，轨道仅在PQ左侧空间存在竖直向上，大小为B＝1T的匀强磁场。将质量为、电阻为的金属棒M静置在水平直导轨上，图中棒长和导轨间距均为L＝1m，M距R足够远，金属导轨电阻不计。开始时，单刀双掷开关断开，闭合开关，使电容器完全充电；然后断开，同时接“1”，M从静止开始加速运动直至速度稳定；当M匀速运动到与PQ距离为d＝0.27m时，立即将接“2”，并择机释放另一静置于圆弧轨道最高点、质量为的绝缘棒N，M、N恰好在PQ处发生第1次弹性碰撞。随后N反向冲上圆弧轨道。已知之后N与M每次碰撞前M均已静止，所有碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，M、N始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度，，求： （1）电容器完成充电时的电荷量q和M稳定时的速度； （2）第1次碰撞后绝缘棒N在离开圆弧轨道后还能继续上升的高度； （3）自发生第1次碰撞后到最终两棒都静止，金属棒M的总位移。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $