2021年湖北省黄冈市高二（下）期末物理试卷
一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，第8-11题有多项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1．（4分）两个完全相同的透明的玻璃杯中，一杯盛有热水、另一杯盛有等质量的冰水。现在向两个玻璃杯中各滴入一滴相同的墨滴，发现玻璃杯中热水比冰水会更快全部变成黑色。造成这一现象的主要原因是（ ）
A．水分子间有间距
B．墨滴中的碳粒比水分子重
C．温度越高水分子热运动越剧烈，墨滴中碳粒的无规则运动也越剧烈
D．温度越高分子间的作用力越大
2．（4分）关于热力学定律下列说法正确的是（ ）
A．气体向真空的自由膨胀是可逆的
B．一定质量的理想气体绝热膨胀时对外做功，气体内能减小
C．空调机既能制热又能制冷，这不遵循热力学第二定律
D．只要技术不断进步，内燃机效率可以达到百分之百
3．（4分）在杨氏双缝干涉实验中，绿色平行光源经过双缝后在光屏中间位置附近形成间距相等、明暗相间的绿色亮条纹，下列操作能减小条纹间距的是（ ）
A．.减小双缝间距
B．换用红色光源
C．.减小光照强度
D．.减小光屏到双缝的距离
4．（4分）下列说法正确的是（ ）
A．电子的衍射现象说明运动的电子具有波动性
B．光的偏振现象说明光具有粒子性
C．能量越小的实物粒子，其德布罗意波长越短
D．光的色散说明光具有粒子性
5．（4分）2021年科学家们利用14C测年法估测出我国三星堆遗址三号坑的大概年份。其测量依据是：大气中的14N在宇宙射线的轰击下转换为14C，其核反应方程为N C X。14C通过光合作用和新陈代谢作用进入生物体内，生物活着的时候其体内12C和14C的比例保持不变，当生物死后，14C发生衰变，其含量逐渐减少，14C的半衰期约为5700年，其衰变方程为C→，下列说法正确的是（ ）
A．X为光子
B．生物活着时体内14C不会发生衰变
C．14C发生的是β衰变
D．生物死后11400年，体内14C将完全衰变成14N
6．（4分）如图所示为氢原子的能级图，基态能级E0＝﹣13.6eV，其他能级的能量满足：En＝E0（n＝2.3.4..），下列说法正确的是（ ）
A．氢原子的发射光谱是连续光谱
B．大量处于不同能级的氢原子向基态跃迁时辐射的光子能量可能为3.10eV
C．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁的过程中可能辐射出能量为1.89eV的光子
D．只有能量值为13.6eV的光子才可以使处于基态的氢原子发生电离
7．（4分）一列简谐横波在t＝0时刻的波形图如图中实线所示，a、b两质点与各自平衡位置的距离相等。虚线为t＝0.1s时的波形图，下列说法正确的是（ ）
A．该波可能以10m/s大小的速度沿x轴负向传播
B．从t＝0至t＝0.2s时间内，质点a运动的路程为6m
C．a、b两质点受到的回复力总是相同
D．a、b两质点平衡位置间的距离为2m
8．（4分）已知处于平衡状态时两个分子之间的距离为r0。若两个分子相距为r（r＜r0），只在它们间的分子力作用下，从静止开始运动（ ）
A．两分子远离过程中，分子间的作用力先表现为斥力，后表现为引力
B．两分子远离过程中，分子势能先减小后增大
C．两分子远离过程中，分子间同时存在的斥力减小、引力增大
D．当r＝r0时，两分子动能最小
9．（4分）容器内一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其压强﹣体积图象如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．从状态A到状态B，每个气体分子的动能都增大
B．A、C两个状态气体内能相等
C．整个过程中气体从外界吸收热量为2×105J
D．C、B两状态下，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数不变
10．（4分）1931年中国留美学生叶企孙利用X射线测算出普朗克常量的值，这一结果随后在科学界延用16年之久。利用光电效应也可以测定普朗克常量，图甲为光电效应实验原理图，获取若干对v、U数据，依数据作U﹣v图象如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．普朗克常量可表示为
B．普朗克常量可表示为
C．阴极K的逸出功为eU2
D．阴极K的逸出功为
11．（4分）一振动片以频率f做简谐振动，固定在振动片上的两根相同的细杆同步触动水面上a，b两点，已知a、c、d间的间距均为l，b、e到a的距离均为l，下列说法正确的是（ ）
A．e点一定是振动加强点
B．d点的振动频率为2f
C．在ae连线上，a、e两点间至少存在两个振动加强点
D．水波的传播速度大小可能为
二、非选择题：本题共5小题，共56分
12．（6分）图甲为“用单摆测定重力加速度”的实验装置示意图，实验中改变细线的长度L并测得相应的周期T，根据实验数据绘得如图乙所示的图象
（1）在测量周期时，摆球到达 （填“最高点”或“最低点”）位置时，作为计时的开始时刻和停止时刻较好；
（2）若图乙中图象的斜率为k，纵轴截距为b，则当地的重力加速度可表示为 ，小球的半径可表示为 。
13．（10分）制作近视眼镜时需要控制镜片的厚度。某同学猜想：制作相同度数的眼镜，镜片的厚度与其材料的折射率相关。为探究该猜想，他找来度数相同、镜片厚度不同的两副眼镜（与厚镜片材质相同）和玻璃砖2（与薄镜片材质相同），设计了如下实验：
a.用刻度尺测出半圆形玻璃砖的直径D；
b.在木板上固定一张白纸，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出砖的边界，在纸上标出圆心O、直径AB、AB的垂线OC；
c.将玻璃砖1放在白纸上，使之与边界完全重合，用长直刻度尺MN紧靠A点并与AB垂直放置；
d.调节激光器，使光线沿PO射向圆心O，并使长直尺MN的左右两端均出现亮点1，右侧亮点到A点距离为x0；
e.移走玻璃砖1，将玻璃砖2置于玻璃砖1原来位置，使光线仍沿PO方向射向圆心O.并使长直尺MN的左右两端均出现亮点2。
（1）画出步骤d，e中对应的光路图；
（2）玻璃砖1的折射率可表示为 ；
（3）测得x1＞x2，可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率 （填“大”或“小”）。该实验主要采用的实验方法是 （选填“放大法”“理想实验法”“替代法”）
14．（9分）2021年4月，福清核电厂5号机组正式授牌，这标志着我国核能发电装机容量突破5000万千瓦。核反应方程n→Ba n是反应堆中发生的许多反应中的一种，mU、mB、mK、mn，分别表示U、Ba、，光速为c.
（1）求上述反应中一个U核裂变释放的核能；
（2）若核能转化为电能的效率为50%，假设反应堆中裂变全是上述核反应，已知每次核反应中放出的核能E1＝2.8×10﹣11J，U核的质量约为mU＝3.9×10﹣25kg，估算目前我国核电站平均每天最多消耗的纯净铀的质量（结果保留两位有效数字）。
15．（13分）如图所示，以折射率为的材料制作的三棱镜，底角A为120°，BC边长为l，一束宽度为的平行光垂直于BC面射向三棱镜
（1）通过计算说明光线在三棱镜内部传播过程中在BC面是否有光线射出？
（2）求光束从三棱镜出射时的方向及出射后光束的宽度。（结果可用根式表示）
16．（18分）如图所示，顶端开口、内壁装有卡口、底部侧壁开有小孔的气缸竖直放置，小孔与装有水银的U形玻璃管相通。现将光滑的活塞从气缸顶端开口处密封住缸内气体，使活塞缓慢下移，直到活塞恰好与卡口接触但无压力0＝5cm。已知气缸内底到气缸顶部开口处的距离为L＝64cm，活塞横截面积为S＝0.01m2，缸外大气气压强恒定为p0＝75cmHg，水银的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，假设缸外大气温度保持在T0＝320K不变，气缸导热良好，缸内气体可看作理想气体，卡口厚度不计，U形管两侧直管足够长
（1）求添加沙子的总质量m以及卡口到气缸底部的距离；
（2）当活塞与卡口接触后，缸外大气温度从T0缓慢降低至T1＝288K，求该过程中U形管右侧直管中液面高度的变化量Δh。
答案
1．解：玻璃杯中热水比冰水会更快全部变成黑色的原因是，温度越高，分子运动越剧烈。
A、扩散现象表明分子是运动的；扩散现象的快慢的主要原因不是水分子之间有间距；
B、产生扩散现象的原因不是墨滴中的碳粒比水分子重；
C、温度越高，扩散现象越明显，故C正确；
D、温度的高低与分子间的作用力大小无关。
故选：C。
2．解：A、根据热力学第二定律知气体向真空的自由膨胀是不可逆的；
B、一定质量的理想气体绝热膨胀时，气体对外做功，结合热力学第一定律可知气体的内能减小；
C、空调机既能制热又能制冷，仍然遵循热力学第二定律；
D、根据热力学第二定律可知，即使对内燃机不断改进，故D错误。
故选：B。
3．解：根据Δx＝λ知，可采取减小双缝到光屏的距离L、或减小入射光的波长λ。
A、减小双缝之间的距离d，故A错误；
B、绿光的波长小于红光的波长，波长λ增大，故B错误；
C、减小光的强度，不影响条纹；
D、减小双缝到光屏之间的距离L，故D正确。
故选：D。
4．解：A、电子的衍射现象说明运动的电子具有波动性；
B、光的偏振现象说明光是横波；
C、根据E＝，能量越小的实物粒子，故C错误；
D、光的色散说明光具有波动性。
故选：A。
5．解：A、根据电荷数守恒，电荷数：z＝7 0﹣2＝1，故A错误；
B、放射性元素的半衰期与外界因素无关14C仍然会发生衰变，故B错误；
C、根据电荷数守恒，电荷数：z＝6﹣4＝﹣1，14C发生的是β衰变，故C正确；
D、经过一个半衰期，经过11400年14C经过了两个半衰期，则剩余的质量：14C将剩余，故D错误。
故选：C。
6．解：A、氢原子的发射光谱是不连续的，故A错误；
B、大量处于不同能级的氢原子向基态跃迁时辐射的光子，能量为10.2eV，故B错误；
C、一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁的过程可能为：n＝7→n＝3→n＝2→n＝6，故C正确；
D、根据氢原子电离的条件可知，故D错误。
故选：C。
7．解：A、由图知该波的波长λ＝4m。
若波沿x轴正向传播，则波速为v＝＝，（n＝0，7，2，3；
若波沿x轴负向传播，则波速为v＝＝，（n＝2，1，2，4
当n＝0时，v＝10m/s，故A正确；
B、因t＝（n ）T＝8.1s，1，4，3，…），所以不能确定质点a在0.7s时间内运动的路程；
CD、t＝0时刻，a，则a，即2m，a，回复力总是等大反向；a，即不是7m，故CD错误。
故选：A。
8．解：A、两分子远离过程中0的过程中，分子力表现为斥力0的过程中，分子力表现为引力；
B、两分子远离过程中5的过程中，分子力表现为斥力，分子势能减小0的过程中，分子力表现为引力，分子势能增大；
C、两分子远离过程中、引力也减小；
D、当r＝r0时，分子引力等于分子斥力，两分子动能最大。
故选：AB。
9．解：A、由图示图象可知，气体压强不变而体积增大，气体的温度升高，并不是每个分子动能都增大；
B、由图示图象可知：pA＝2×105Pa，pC＝4×105Pa，VA＝1m8，VB＝VC＝2m3，
则pAVA＝pCVC，由理想气体状态方程可知：TA＝TC，
一定质量的理想气体内能由温度决定，A、C两状态的温度相等，故B正确；
C、A到B过程气体体积增大AB＝﹣pAΔVAB＝﹣7×105×（2﹣8）J＝﹣2×105J
从B到C过程气体体积不变，外界对气体不做功，WBC＝4，
整个过程外界对气体做功：W＝WAB WBC＝﹣2×105J
由于A、C两状态温度相等，A，从A到C过程气体内能不变，
由热力学第一定律ΔU＝W Q可知：Q＝ΔU﹣W＝﹣W＝﹣（﹣6×105J）＝2×102J，即整个过程中气体从外界吸收热量为2×105J，故C正确；
D、由图示图象可知，B，两状态下气体分子数密度（单位体积内的分子个数）相等，则C状态下单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数小于B状态下单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数。
故选：BC。
10．解：AB.根据光电效应方程可得
eU＝Ekm＝hγ﹣W0
逸出功：W0＝hγ6
联立可得
U＝
由图像可知
解得
h＝
故A错误，B正确；
CD.阴极K的逸出功为
W＝hγ0＝
或者由于
则阴极K的逸出功为
W＝hγ4＝eU2
故C正确，D错误。
故选：BC。
11．解：A.因e点到两振源的距离之差为零，则e点一定是振动加强点；
B.两振源的振动频率为f，则d点的振动频率为f；
D.因为
bd＝＝
d点是振动加强点，则
1﹣＝＝nλ
当n＝1时，λ＝
v＝＝λf＝
故D正确；
C.过e点做ab的垂直平分线，则该直线上的点都是振动加强点的点到ab的距离之差为，是振动加强点的点到ab的距离之差为，也是振动加强点，即ae连线上，a，故C正确。
故选：ACD。
12．解：（1）由于摆球在最低点时速度最大，为了减小时间测量的误差。
（2）根据单摆的周期公式T＝，其中L为摆线的长2＝，结合图象的斜率和纵截距有：k＝，联立解得：g＝。
故答案为：（1）最低点；（2）、
13．解：
（1）光路图如下图
（2）玻璃砖1的折射率可表示为
＝
（3）根据
n1＝
可知因两次实验中x0相同，x1越大，折射率越小2＞x2，可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率小，该实验主要采用的实验方法是替代法。
故答案为：（1）见解析（2）（3）小
14．解：（1）一个U核裂变的质量亏损m＝mU﹣mB﹣mK﹣2mn
由爱因斯坦质能方程可知，释放的核能E＝mc2＝（mU﹣mB﹣mK﹣7mn）c2
（2）目前每天的核电能量为E0＝Pt＝2.32×1015J
则每天消耗的核能为E总＝＝8.64×1015J
则每天发生核反应的U核个数N＝
每天消耗的纯净铀质量为M＝NmU
代入数据解得：M＝1.2×103kg
答：（1）一个U核裂变释放的核能（mU﹣mB﹣mK﹣2mn）c2；
（2）目前我国核电站平均每天最多消耗的纯净铀的质量是5.2×102kg。
15．解：（1）其中一条光线传播情况如图所示：
在AB面反射遵循反射定律，入射角和反射角大小相等，
根据几何关系可得：∠B＝＝＝30°
光线在AB面的入射角和反射角均为30°
光线射到BC面上时入射角与反射角大小相等，由几何关系可得：
∠O4O2H2＝∠O8O2H2＝90°﹣∠B＝90°﹣30°＝60°
在BC面光线发生全反射的临界角为C，则有：sinC＝＝
则光线在BC面发生全反射，不能从BC面射出玻璃砖；
（2）由几何关系可得光线在AC面入射角为：∠O2O4H3＝∠ACB＝30°
由折射定律可得：n＝
解得：∠NO3H4＝60°
所以从AC面出射光线与BC面平行，则出射光线的宽度为：
d＝tan30°＝＝l。
答：（1）光线在三棱镜内部传播过程中在BC面没有有光线射出；
（2）光束从三棱镜出射时的方向与BC面平行，出射光线的宽度为l。
16．解：（1）设U形管两侧水银面高度差h0＝5cm＝5.05m时气缸内被封闭气体的压强为p1，则p1＝p5 ρgh0
设沙子的总质量为m，活塞恰好无压力停在卡口处时，
由平衡条件得：mg p0S＝p7S
代入数据解得：m＝6.8kg
设卡口到气缸底部的距离是L4，往活塞上加沙子过程，气缸内被封闭气体的温度不变，
由玻意耳定律得：p0SL＝p1SL3
代入数值解得：L1＝60cm
（2）缸外大气从T0缓慢降到T5过程，气缸内被封闭气体的压强不变，
由盖﹣吕萨克定律得：
代入数据解得：p2＝72cmHg
设温度为T8＝288K时U形管两侧液面差为h1，则p2＝p6﹣ρgh1
代入数据计算：h1＝4cm
U形管右侧直管中液面高度的变化量Δh＝cm＝4cm
答：（1）添加沙子的总质量m是6.4kg，卡口到气缸底部的距离是60cm；
（2）该过程中U形管右侧直管中液面高度的变化量Δh是4cm。
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