【物理】甘肃省平凉市庄浪县第一中学2019-2020学年高二下学期期中考试试题（解析版） 14页

平凉市庄浪县第一中学2019-2020学年高二下学期 期中考试物理试卷 一、选择题（本题共14小题，46分。其中1-10题为单项选择题，每小题3分；11-14题为多项选择题，每小题4分，选对但不全得2分，有错选得0分）‎ ‎1. 下面是列出的一些核反应方程：,，；以下选项中正确的是 A. X是质子，Y是中子，Z是正电子 B. X是正电子，Y是质子，Z是中子 C. X是中子，Y是正电子，Z是质子 D. X是正电子，Y是中子，Z是质子 ‎【答案】D ‎【解析】核反应方程是遵循质量数守恒、电荷数守恒，由此规律可得，X质量数是0，电荷数是+1，X是正电子，Y质量数是1，电荷数是0，Y是中子，Z质量数是1，电荷数是+1，Z是质子，故D正确，ABC错误。‎ ‎2. 甲、乙光子的能量之比为2 ：1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E1、E2．该金属的逸出功为 A. E1＋E2 B. E1－E2‎ C. E1＋2E2 D. E1－2E2‎ ‎【答案】D ‎【解析】由光子能量公式E＝hf知：E1＝2E0﹣W；E2＝E0﹣W；联立得：W＝E1﹣2E2；故D正确，‎ ‎3. 如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面．若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（　　）‎ A. πBR2 B. πBr‎2 ‎C. nπBR2 D. nπBr2‎ ‎【答案】B ‎【解析】由磁通量的公式，为具有磁场的有效面积为，解得，B对，ACD错．‎ ‎4. 物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是（　　）‎ A. 密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 B. 电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 C. α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的 D. 天然放射现象说明原子核内部是有结构的 ‎【答案】D ‎【解析】A．密立根油滴实验表明电子的电荷量是分立的，波尔提出核外电子的轨道是分立的不连续的，故A错误。‎ B．电子的发现使人们认识到原子具有复杂结构，卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，选项B错误；‎ C．α粒子散射实验的重要发现是原子具有核式结构，密立根油滴实验表明电荷是量子化的，选项C错误；‎ D．天然放射现象说明原子核内部是有结构的，选项D正确。故选D。‎ ‎5. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T，从中性面开始计时，当时，感应电动势的瞬时值为10V，则此交流电电压的有效值为（　　）‎ A. B. 10V C. D. 20V ‎【答案】C ‎【解析】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，从中性面开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为 当 时瞬时值e=10V，代入解得Em=20V 电动势有效值 故选C。‎ ‎6. 如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R．金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下．现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是（　　）‎ A. ab中的感应电流方向由b到a B. ab中的感应电流逐渐减小 C. ab所受的安培力保持不变 D. ab所受的静摩擦力逐渐减小 ‎【答案】D ‎【解析】A．磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律得，ab中的感应电流方向由a到b，A错误；‎ B．由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律得，感应电动势恒定，则ab中的感应电流不变，根据可知电阻R消耗的热功率不变，B错误；‎ C．根据安培力公式知，电流不变，B均匀减小，则安培力减小，C错误；‎ D．导体棒受安培力和静摩擦力处于平衡，，安培力减小，则静摩擦力减小，D正确．‎ ‎7. 2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小．下列说法正确的是（ ）‎ A. 若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 B. 若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 C. 若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 D. 若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 ‎【答案】C ‎【解析】本题考查的是简单逻辑电路的问题．GMR在外磁场作用下，电路中的总电阻在减小，电源电压不变的情况下，指示灯的电路电流变小，但由于是非门，所以通过指示灯的电流变大，灯变亮，若将电阻R调大，则经过非门，指示灯越亮，从而提高了该探测仪的灵敏度，答案选C．‎ ‎8. 图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　）‎ A. 图1中，A1与L1的电阻值相同 B. 图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C. 图2中，变阻器R与L2的电阻值相同 D. 图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 ‎【答案】C ‎【解析】A．断开开关S1瞬间，线圈L1产生自感电动势，阻碍电流的减小，通过L1的电流反向通过灯A1，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明 即A错误；‎ B．图1中，闭合S1，电路稳定后，因为 所以，A1中电流小于L1中电流，B错误；‎ C．闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同，说明变阻器R与L2的电阻值相同，C正确；‎ D．闭合S2瞬间，通过L2的电流增大，由于电磁感应，线圈L2产生自感电动势，阻碍电流的增大，则L2中电流与变阻器R中电流不相等，D错误。故选C。‎ ‎9. 如图所示为一理恕变压器，其中a、b、c为三个额定电压相同的灯泡，输入电压u= Umsin100πt(V)．当输入电压为灯泡额定电压的8倍时，三个灯泡刚好都正常发光．下列说法正确的是（ ）‎ A. 三个灯泡的额定电压为Um/8‎ B. 变压器原、副线圈匝数比为9︰2‎ C. 此时灯泡a和b消耗的电功率之比为2︰7‎ D. 流过灯泡c的电流，每0.02s方向改变一次 ‎【答案】C ‎【解析】设灯泡的额定电压为U，根据题意，输入电压，得：，此时原线圈两端的电压为，副线圈两端的电压为，则变压器原、副线圈匝数比为，根据，因为a、b此时都能正常发光，故电压都为额定电压 ，根据，可知a、b消耗的电功率与电流成正比，即此时灯泡a和b消耗的电功率之比为2︰7，由输入电压的表达式，可知角频率，则周期，而变压器不会改变交变电流的周期，故每0.02s电流方向改变两次，故ABD错误，C正确；故选C.‎ ‎10. 如图所示，为一折线，它所形成的两个角和均为,折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直的方向以速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示的位置．以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流—时间（I—t）关系的是（时间以l/v为单位）（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】AC．刚开始时，即如题图中开始所示状态，随着线框的匀速向上运动，上方导体切割长度不变，下方逐渐变小，因此总感应电动势逐渐增大，感应电流逐渐增大，由楞次定律可知，感应电流方向为正，AC错误；‎ BD．当线框全部进入上方磁场时，感应电流突然变为零，当线框离开磁场时，有效切割磁感应线的长度在增大，则感应电动势在增大，因此感应电流增大，当有一半出磁场时，继续离开时，切割长度在减小，则感应电流也减小，由楞次定律可知，感应电流方向为负，故B错误D正确．故选D。‎ ‎11. 下列说法正确的是（　　）‎ A. 如果某放射性元素的半衰期为3小时，则4个该元素的原子核经过6小时之后变成1个 B. 原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生电子从原子核中放射出来，这就是衰变 C. 氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子频率不一定等于入射光的频率 D. 铀核裂变的核反应方程为：‎ ‎【答案】BC ‎【解析】A．半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少量的原子核衰变不适用,选项A错误；‎ B．原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中放射出来，这就是β衰变，选项B正确；‎ C．氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，然后再向低能级跃迁过程中可能放出多种频率的光子，因此放出光子的频率不一定等于入射光子的频率，故C正确； ‎ D．所谓核裂变是指重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程，所以裂变反应的反应物必须要有中子参加，故D错误。故选BC。‎ ‎12. 如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则（　　）‎ A. 电势φb>φa B. 电势φa>φb C. 电流增大时，|φa－φb|增大 D. 其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样 ‎【答案】BC ‎【解析】AB．电流方向向右，则电子流动方向向左，根据左手定则，电子向b板一侧偏转，则b板聚集较多的电子，a板带正电，所以a板的电势高于b板的电势，即φa>φb，故A错误，B正确；‎ C．仅电流增大时，电子的运动速度增加，受到的洛伦兹力增大，根据 知U=Bdv 则电势差增大，即|φa﹣φb|增大．故C正确；‎ D．其他条件不变，只将铜板改为NaCl水溶液时，根据左手定则知，正负离子都向下偏，不产生霍尔效应，两板电势相等．故D错误。故选BC。‎ ‎13. 如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是，用等效总电阻是的两条输电线输电，输电线路中的电流是，其末端间的电压为，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为。则（　　）‎ A. 用户端的电压为 B. 输电线路上损失的电功率为 C. 用户得到的功率为 D. 理想变压器输入功率为 ‎【答案】ABC ‎【解析】A．根据变压器输入功率等于输出功率相等可得 解得用户端的电压 选项A正确；‎ B．根据焦耳定律可知，输电线路上损失的电功率为，选项B正确； ‎ C D．理想变压器的输入功率为，用户得到的功率等于变压器的输入功率，为，选项C正确，D错误。故选ABC。‎ ‎14. 如图a所示在光滑水平面上用恒力F拉质量m的单匝均匀正方形铜线框，边长为a，在1位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时t＝0，若磁场的宽度为b（b＞‎3a），在3t0时刻线框到达2位置速度又为v0并开始离开匀强磁场．此过程中v﹣t图象如图b所示，则（　　）‎ A. t＝0时，线框右侧边MN的两端电压为Bav0‎ B. 在t0时刻线框的速度为 C. 线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度大 D. 线框从1位置进入磁场到完全离开磁场位置3过程中，线框中产生的电热为2Fb ‎【答案】BD ‎【解析】A.t＝0时，MN边切割磁感线相当于电源，线框右侧边MN的两端电压为外电压，感应电动势：E＝Bav0 外电压U外EBav0，故A项不合题意.‎ B.根据图象可知在t0～3t0时间内，线框做匀加速直线运动，合力等于F，则在t0时刻线框的速度为v＝v0-a•2t0＝v0 故B项符合题意 C.因为t＝0时刻和t＝3t0时刻线框的速度相等，进入磁场和穿出磁场的过程中受力情况相同，故线框完全离开磁场时的速度与t0时刻的速度相等，故C项不合题意.‎ D.因为t＝0时刻和t＝3t0时刻线框的速度相等，进入磁场和穿出磁场的过程中受力情况相同，故线框完全离开磁场时的速度与t0时刻的速度相等，进入磁场克服安培力做的功和离开磁场克服安培力做的功一样多.线框在位置1和位置2时的速度相等，从位置1到位置2过程中外力做的功等于克服安培力做的功，即有Fb＝Q，所以线框穿过磁场的整个过程中，产生的电热为2Fb，故D项符合题意.‎ 二、实验题（本题共2小题，10分）‎ ‎15. 一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图甲是由某材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为10mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．‎ ‎(1)电流刻度较大处对应的温度刻度________(选填“较大”或“较小”)；‎ ‎(2)若电阻箱阻值R′＝90 Ω，当电流为10 mA时对应的温度数值为________℃．‎ ‎【答案】 (1). （1）较大 (2). （2）50‎ ‎【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律得：，所以电流较大，则较小，根据电阻R随摄氏温度t变化的图象，可知温度较大 ‎（2）若电阻箱阻值R′＝90 Ω，当电流为10 mA时可求得：‎ ‎，根据电阻R随摄氏温度t变化的图象可知电阻随温度的关系为：，当，代入解得：‎ ‎16. “探究感应电流的产生条件”的实验电路如图所示。实验表明：当穿过闭合电路的________发生变化时，闭合电路中就会有电流产生。在闭合开关S前，滑动变阻器滑片P应置于________（选填“a”或“b”）端。开关S闭合后还有多种方法能使线圈C中产生感应电流，试写出其中的两种方法：(1)_______________；(2)______________。‎ ‎【答案】 (1). 磁通量 (2). a (3). 将线圈A插入线圈C或者从线圈C中拔出 (4). 让滑动变阻器的滑片P在ab间滑动 ‎【解析】[1]当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会有电流产生。‎ ‎[2]在闭合开关S前，滑动变阻器滑片P应置于电阻最大的a端。‎ ‎[3]开关S闭合后能使线圈C中产生感应电流的两种方法：‎ ‎(1)将线圈A插入线圈C或者从线圈C中拔出；(2)让滑动变阻器的滑片P在ab间滑动。‎ 三、计算题（本题共5小题，44分）‎ ‎17. 一个静止的铀核（原子质量为）放出一个粒子（原子质量为）后衰变成钍核（原子质量为），已知相当于的能量结果保留三位有效数字。‎ ‎（1）写出铀核的衰变反应方程；‎ ‎（2）算出该衰变反应中释放出的核能；‎ ‎（3）若释放的核能全部转化为新核的动能，则粒子的动能为多少？‎ ‎【答案】（1）；（2）；（3）‎ ‎【解析】（1）铀核的衰变反应方程是 ‎（2）质量亏损 ‎（3）衰变前后系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等、方向相反，即 由动能和动量的关系得 由能量守恒得 所以粒子获得的动能 ‎18. 如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直。线圈匝数n=40，电阻r=0.1Ω，长l1=‎0.05m，宽l2=‎0.04m，角速度ω=100rad/s，磁场的磁感应强度B=0.2T，线圈两端外接电阻R=9.9Ω的用电器和一个交流电流表。求：‎ ‎(1)线圈中产生的最大感应电动势；‎ ‎(2)电流表的读数；‎ ‎(3)用电器上消耗的电功率。‎ ‎【答案】（1）线圈中产生的最大感应电动势为1.6V；（2）电流表的读数为‎0.11A；（3）用电器上消耗的电功率为0.12W ‎【解析】（1）线圈切割磁感线做匀速圆周运动，所以，当线圈平面与磁感线平行时感应电动势最大。此时最大感应电动势为 代入数据解得V 所以线圈中产生的最大感应电动势为1.6V；‎ ‎（2）由题可知，线圈起始位置在中性面，该线圈切割磁感线产生的电流为正弦交变电流，所以电路中感应电动势的有效值 由题图可知，线圈为电源，电源与电流表、电阻R串联，所以电路的电流有效值根据闭合电路欧姆定律有 联立以上两式解得AA 电路中电流表测量的是电路的电流有效值，所以，电流表的示数为‎0.11A；‎ ‎（3）因为该用电器是纯电阻，所以电阻上消耗的电功率为W 所以，用电器上消耗的电功率为0.12W。‎ ‎19. 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速。已知某单色光的频率为，波长为λ，该单色光光子的能量，其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度，推导该单色光光子的动量；‎ ‎【答案】见详解 ‎【解析】光子的能量为 E=mc2‎ 根据光子说有 光子的动量p=mc 可得 ‎20. 相互平行的两根足够长的金属导轨固定于水平面上，导轨光滑，间距为d，导轨的左端连接有阻值为R的电阻，导轨自身电阻不计，垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为B，现有一质量为m，电阻不计的金属棒垂直置于导轨上。‎ ‎(1)若给金属棒以向右的初速度v0，求在金属棒整个运动过程中电阻R上的焦耳热Q1；‎ ‎(2)若给金属棒施加一水平向右的恒力F，已知金属棒从静止开始运动到匀速运动的过程中，电阻R上的焦耳热为Q2，求此过程中流过R的电量q。‎ ‎【答案】(1) mv02 ；(2) ‎ ‎【解析】(1)由能量的转化和守恒可知，金属棒的动能会全部转化为电阻上的焦耳热，若给金属棒以向右的初速度v0，在金属棒整个运动过程中电阻R上的焦耳热Q1为：Q1＝mv02‎ ‎(2)达到稳定时安培力与F等大反向，设此时导体棒的速度为v，位移为x，由此可得 解得 此过程中拉力做功转化为电阻上的焦耳热和金属棒的动能Fx＝Q2+mv2‎ 由 ‎ ‎ 可得感应电量的表达式 解得 ‎21. 汤姆孙测定电子比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C沿中心轴线OP1进入到两块水平正对放置的极板D1、D2间的区域，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点；若在极板间施加偏转电压U，则电子将打P2点，P2与P1点的竖直间距为b，水平间距可忽略不计。若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），则电子在荧光屏上产生的光点又回到P1点。已知极板的长度为L1，极板间的距离为d，极板右端到荧光屏间的距离为L2.‎ 忽略电子的重力及电子间的相互作用。‎ ‎(1)求电子进入极板D1、D2间区域时速度的大小；‎ ‎(2)推导出电子的比荷的表达式；‎ ‎(3)若去掉极板D1、D2间的电压，只保留匀强磁场B，电子通过极板间的磁场区域的轨迹为一个半径为r的圆弧，阴极射线射出极板后落在荧光屏上的P3点。不计P3与P1点的水平间距，求P3与P1点的竖直间距y。‎ ‎【答案】(1) ；(2) ；(3) ‎ ‎【解析】(1)电子在极板D1、D2间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动，即受力平衡，设电子的进入极板间时的速度为v．‎ 由平衡条件有 evB=Ee 两极板间电场强度 ‎ 解得 ‎ ‎(2)极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间 电子在竖直方向做匀加速运动，设其加速度为a．由牛顿第二定律有 F=ma 解得加速度 ‎ 电子射出极板时竖直方向的偏转距离 电子射出极板时竖直方向的分速度为 ‎ 电子离开极板间电场后做匀速直线运动，经时间t2到达荧光屏 ‎ 电子在t2时间在竖直方向运动的距离 ‎ 这样电子在竖直方向上的总偏移距离 b=y1+y2‎ 解得电子比荷 ‎(3)极板D1、D2间仅有匀强磁场时，电子做匀速圆周运动，射出磁场后电子做匀速直线运动，如图所示．‎ ‎ 则 穿出磁场后在竖直方向上移动的距离 则 ‎ 解得