甘肃省2021-2022高二物理下学期期中试题(含解析)

2021-2022高二物理下学期期中试题（含解析）
一、选择题：（1-10为单选，每题3分，11-15为多选，每题4分）
1.已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是（）
A. t =0时刻线圈平面与中性面垂直
B. t =0.01s 时刻Φ的变化率达最大
C. t =0.02s 时刻感应电动势达到最大
D. 该线圈相应的感应电动势图象如
图乙所示 【答案】B 【解析】
【详解】A.t =0时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，故A 错误；
B.t =0.01s 时刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最大，故B 正确；
C.t =0.02s 时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故C 错误；
D.感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的图象为正弦曲线，D 错误． 2.如图，理想变压器的匝数比n 1 ：n 2：n 3=4：2：1，线圈Ⅱ接两只标有“6 W，6 V”的灯泡且正常发光．线圈Ⅲ接四只额定功率为3W 的灯泡且正常发光，则阻值为3Ω的电阻R l 的实际功率为
A. 3W
B. 6W
C. 12W
D. 24W
【答案】C 【解析】
【详解】由于是理想变压器，所以有:P 1=P 2+P 3；所以P 1=2×6+4×3=24W；又
11
22
U n U n = ，所
以1
12
2
4
612
2
n
U U V V
n
==⨯=；所以原线圈中的电流为1
1
1
24
2
12
P
I A
U
===，所以电阻R消耗的功率为P R=I12•R=22×3W=12W，故选C.
3.氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )
A. 氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B. 氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级辐射光的波长小于656 nm
C. 一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D. 用波长为633 nm的光照射，能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
【答案】C
【解析】
【详解】氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时的能级差大于氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级差，则辐射光子的频率大于从n＝3跃迁到n＝2辐射光的频率，则波长小于656 nm，选项A错误；同理，氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时的能级差大于氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级差，则辐射光子的频率大于从n＝4跃迁到n＝3辐射光的频率，则氢原子从n ＝4跃迁到n＝3的能级辐射光的波长大于656 nm，选项B错误；一群处于n＝3能级上的氢
原子向低能级跃迁时最多产生2
3
3
C=种谱线，选项C正确；氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级，只能吸收波长为656 nm的光子，不能吸收波长为633 nm的光子，选项D错误．4.如图所示是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是
A. 卢瑟福通过α粒子散射实验否定了原子的核式结构模型
B. 放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，电离能力最强
C. 电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
D. 链式反应属于重核的裂变 【答案】D 【解析】
【详解】A.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，选项A 错误 B.放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，电离能力最弱，选项B 错误 C.电压相同时，光照越强，光电流越大，说明光电流和光的强度有关，不能说明遏止电压和光的强度有关，选项C 错误
D.链式反应属于重核的裂变，轻核聚变是通过反应产生高温，使得反应能够持续，选项D 正确
5.下列关于核反应及衰变的表述正确的有（ ）
A. 14171781X+N O+H →，X 表示3
2H B. 2331
1120H+H He+n →是轻核聚变
C. 半衰期与原子所处的化学状态有关
D. β衰变中产生的β粒子实际上是核外电子挣脱原子核的束缚 【答案】B 【解析】
【详解】A ．根据质量数和电荷数守恒，可知14171
781X+N O+H →中，X 的电荷数是2，质量
数是4，故X 表示4
2He ，故A 错误；
B ．轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，故2331
1120H+H He+n →是轻核聚变，故B 正确；
C ．半衰期是一个统计规律，只与放射性元素本身有关，与所处的化学状态无关，故C 错误；
D ．β衰变中产生的β粒子实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D 错误。

故选B 。

6.下列说法正确的是( )
A. 天然放射性现象表明了原子内部是有复杂的结构
B. 一个氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少
C. 某放射性元素由单质变为化合物后,其半衰期会变短
D. 目前核电站的能量主要来自轻核的聚变 【答案】B 【解析】
【详解】天然放射性现象表明了原子核是有复杂的结构，选项A 错误；根据玻尔理论，一个氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少，选项B 正确；某放射性元素的半衰期与元素所处的化合状态无关，选项C 错误；目前核电站的能量主要来自重核的裂变，选项D 错误；故选B.
7.如图所示，一列简谐横波向右传播，P 、Q 两质点平衡位置相距0.2m ．当P 运动到平衡位置上方最大位移处时，Q 刚好运动到平衡位置下方最大位移处，则这列波的波长可能是（ ）
A. 0.2m
B. 0.4m
C. 0.6m
D. 0.8 m
【答案】B 【解析】
【详解】当P 运动到平衡位置上方最大位移处时，Q 刚好运动到平衡位置下方最大位移处，那么，P 、Q 两质点平衡位置间距离为波长的（n +1
2
）倍，n =0，1，2，3…，故有：0.2m =（n +
12）λ，所以波长为：λ=0.421
n +，n =0，1，2，3…；当n =0时，λ=0.4m ；由于n 是整数，其他值不可能，故B 正确，ACD 错误． 8.核反应
234
23490
91
Th Pa X →
+ 中，放出的能量为E ，下列相关说法中，正确的是
A. X 来自原子核外的电子
B. 该核反应是β衰变，衰变的快慢与物理和化学变化有关
C.
23490
Th 核的比结合能大于23491Pa 核的比结合能
D. 反应中的质量亏损为2E
c
【答案】D 【解析】
【详解】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X 质量数为0，电荷数为-1，则X 为电子，
来自原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，选项A 错误；该核反应是β衰变，衰变的快慢与物理和化学变化无关，选项B 错误；由于在衰变的过程中释放能量，可知23491
Pa 核
的结合能大于23490
Th 核的结合能，由结合能与比结合能的定义可知，23490Th 核的比结合能小
于
23491
Pa 核的比结合能．故C 错误；根据爱因斯坦质能方程可知，在该核反应中质量亏损为
2
E
c ．故D 正确．故选D. 9.关于原子核的衰变，下列说法正确的是
A. β衰变中产生的β射线实质上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
B. 原子核发生衰变时都遵守电荷守恒、质量守恒、能量守恒和动量守恒
C. 发生α衰变时，生成的新核与原来的原子核相比，核内质量数减少4，且常常伴有γ射线产生，γ射线是原子核衰变过程中的质量亏损即减少的质量
D.
23892
U 衰变成20682Pb 要经过6次β衰变和8次α衰变，同时伴有γ衰变
【答案】D 【解析】
【详解】A 、β衰变中产生的β射线是原子核内部的中子转化为质子同时释放出的电子，故A 错误；
B 、原子核发生衰变时伴随着质量亏损，所以不遵守质量守恒，而是遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，故B 错误；
C 、γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，产生的新核具有较大的能量，而处于激发态，在向低能级跃迁时以γ光子的形式辐射出来，故C 错误；
D 、铀核（
238
92
U ）衰变为铅核（20682Pb ）的过程中，α衰变一次质量数减少4个，次数
238206
84
n -=
=，β衰变的次数为8282926n =⨯+-=，要经过8次α衰变和6次β衰变，故D 正确； 故选D ．
10.如图所示电路中，变压器为理想变压器，a 、b 接在电压有效值不变的交流电源两端，R 0为定值电阻，R 为滑动变阻器。

现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A 1的示数增大了0.2 A ，电流表A 2的示数增大了0.8 A ，则下列说法正确的是( )
A. 该变压器起升压作用
B. 电压表V 1示数增大
C. 电压表V 2、V 3示数均增大
D. 变阻器滑片是沿c→d 的方向滑动 【答案】D 【解析】
【详解】A ．观察到电流表A 1的示数增大了0.2A ，电流表A 2的示数增大了0.8A ，即原线圈电流增大量小于副线圈电流增大量，根据电流与匝数成反比，可知原线圈的匝数大于副线圈的匝数，再根据电压与匝数成正比，可知原线圈的电压大于副线圈的电压，所以该变压器起降压作用，故A 错误；
BCD ．观察到电流表A 1的示数增大了0.2A ，电流表A 2的示数增大了0.8A ，即副线圈电流增大，由于a 、b 接在电压有效值不变的交流电源两端，即原线圈两端的电压不变，并且匝数比不变，所以副线圈电压不变，即V 1，V 2示数不变，根据欧姆定律得负载电阻减小，所以变阻器滑片是沿c →d 的方向滑动；由于电流表A 2的示数增大，所以R 0两端电压增大，所以滑动变阻器R 两端电压减小，即电压表V 3示数减小，故BC 错误，D 正确。

故选D 。

二、多选题
11.一矩形线在匀强硬场中转动时产生的电动势250()e t V π=，下列说法正确的是 A. 该交流电的频率为100Hz B. 该交流电的电动势有效值为100V C. t ＝0．1s 时，穿过矩形线圈的磁通量最大
D. 该交波电的电动势有效值比100250()e t V π=交流电的小 【答案】BC 【解析】
【详解】A.由电动势的表达式可知，线圈转动的角速度为：50/rad s ωπ=，所以可得交流
电的频率为：502522f Hz Hz ωπππ
=
==．故A 错误． B.此交流电为正弦式交流电，所以该交流电的电动势的有效值为
1002
1002
2
m u V V =
=
=．故B 正确． C.0.1t s =时，感应电动势为1002sin(500.1)0e V V π=⨯=，所以穿过矩形线圈的磁通量最大．故C 正确．
D.两个交流电的表达式相同，故他们的有效值一定相同．故D 错误．
12.如图所示，甲为演示光电效应的实验装置；乙图为a 、b 、c 三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率关系。

以下说法正确的是（ ）
A. 若b 光为绿光，c 光可能是紫光
B. 若a 光为绿光，c 光可能是紫光
C. 若b 光光子能量为2.81 eV ，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n ＝3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
D. 若b 光光子能量为2.81 eV ，用它直接照射大量处于n ＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光 【答案】BC 【解析】 【分析】
考查光电效应方程，能级跃迁，光电效应实验规律。

【详解】AB．由光电效应方程：
E k＝hν－W0
及
eU＝E k
联立解得：
eU＝hν－W0
即光束照射同一块金属的时候，只要遏止电压一样，说明入射光的频率一样，遏止电压越大，入射光的频率越大，因此可知b光和c光的频率一样且均大于a光的频率，故A错误，B正确；
C．用光子能量为2.81 eV的b光照射由金属铷构成的阴极，产生的光电子的最大初动能为：
E k＝hν－W0＝2.81 eV－2.13 eV＝0.68 eV
大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，这些氢原子吸收能量：
ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV
＝6从而跃迁到n＝4能级，当大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可向外辐射C2
4
种频率的光，C正确；
D．氢原子只能吸收光子的能量恰好为能级之差的光子，若用b光光子直接照射氢原子，2.81 eV不满足氢原子第2能级与其他更高能级间的能级差，因此b光光子不被吸收，不会自发辐射其他频率的光，D错误。

故选BC。

13.如图所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，下列说法中正确的是( )
A. 只有A球、C球振动周期相等
B. A球、B球、C球振动周期相等
C. C球的振幅比B球大
D. C球的振幅比B球小
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．由题意，A做自由振动，其振动周期就等于其固有周期，而B、C在A产生的驱动力作用下做受迫振动，受迫振动的周期等于驱动力的周期，即等于A的固有周期，所以三个单摆的振动周期相等，则B正确，A错误；
CD．由于C、A的摆长相等，则C的固有周期与驱动力周期相等，产生共振，其振幅比B摆大．所以C正确，D错误．
14.如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则由图可知 ( )
A. 波速v＝20m/s
B. 质点振动的周期T＝0.2s
C. 因一个周期质点运动0.8m，所以波长λ＝0.8m
D. 从该时刻起经过0.15s，波沿x轴的正方向传播了3m
【答案】ABD
【解析】
【详解】由甲可知，波长为λ=4m，由乙图可知T=0.2s，则波速
4
/20/
0.2
v m s m s T
λ
===，
故AB正确；一个周期内质点的运动的路程和波传播的距离是两个不同的物理量，则选项C 错误；从该时刻起经过0.15s，波沿x轴的正方向传播了x=vt=20×0.15m=3m，选项D正确．15.一列简谐横波沿x轴正方向传播，t时刻的波形图如图中的实线所示，此时波刚好传到P 点，t+0.6s时刻，这列波刚好传到Q点，波形图如图中的虚线所示，a、b、c、P、Q为介质中的质点，则下列说法正确的是( )
A. 这列波的波长为40m
B. 这列波的波速为16.7m/s
C. 质点c 在这段时间内通过的路程一定为30cm
D. 从t 时刻到1
3
t +s 时刻，质点a 恰好第一次到达平衡位置 【答案】AD 【解析】
【详解】AB ．由图可知，该波的波长为λ=40m ；波从P 传到Q 的距离为
x =90m-60m=30m
所用时间t =0.6s ，则波速为
x v t
=
代入数据解得
v =50m/s
故A 正确，B 错误； C ．根据
T v
λ
=
代入数据解得这列波的周期T =0.8s ，波从P 传到c 的时间为14
T =0.2s ，在0.6s 时间内质点c 振动了半个周期，通过的路程等于2A =20cm ，故C 错误； D ．从t 时刻开始计时，质点a 的振动方程为
2sin 6y A t T ππ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭cm 10sin 2.56t ππ⎛
⎫=+ ⎪⎝
⎭cm
当y =0时，则有
2.56
t π
ππ+
=
解得
1
3
t =
s 故在1
3
t +
s 时刻质点a 第一次到达平衡位置，故D 正确。

故选AD 。

三、实验题
16.在用“单摆测重力加速度”的实验中：
（1）有下列备选器材中，需选用哪些器材较好（）
A．长1m左右的粗一点结实棉线 B．长1m左右的细棉线
C．带细孔的直径2cm左右的铁球 D．带细孔的直径2cm左右的橡胶球E．时钟 F．秒表 G．学生用刻度尺 H．最小刻度是毫米的米尺
（2）甲同学先用米尺测得摆线长，再用游标卡尺测得摆球直径如图甲所示为_______cm，然后用秒表记录单摆完成50次全振动所用的时间如图乙所示，则单摆的周期为________s（保留三位有效数字）
【答案】 (1). BCFH (2). 0.97 (3). 1.50
【解析】
【详解】（1）单摆的摆线应该选择长1m左右的细棉线，故选B；摆球选择体积小质量较大的带细孔的直径2cm左右的铁球，故选C；用秒表记录时间，故选F；另外还要选择最小刻度是毫米的米尺测量摆长，故选H；
（2）摆球直径为：0.9cm+0.1mm×7=0.97cm；秒表读数为：60s+15.2s=75.2s，则单摆的周
期：
75.2
1.50
5050
t
T s s ===
四、解答题
17.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1Ω，在外力的作用下，绕垂直于磁感线的对称轴OO`匀速转动，角速度ω=2π rad/s，电阻R=4Ω．求：
（1）写出流过电阻R 的电流的瞬时值表达式； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过7.25秒时，线圈产生的感应电动势的值；
（3）由图示位置转过300角的过程中，通过电阻R 的电量；
（4）电压表的示数；
（5）线圈转动一周过程中，外力做的功．
【答案】（1）i=0.2πcos2πt（A ）（2）0（3）0.05C （4）1.78A （5）0.99J
【解析】
【详解】（1）根据E m =NBωS ，可得感应电动势的最大值：E m =100×0.5×0.12×2πV=πV； 则通过电阻R 电流的最大值：0.241m Rm E i A R r ππ=
==++ 则流过电阻R 的电流的瞬时值表达式：0.22()i cos t A ππ=
（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过7.25秒时，线圈转过的角度为
=27.2514.5t rad θωππ=⨯=，此时线圈平面与磁场垂直，则产生的感应电动势的值为0；
（3）由图示位置转过30°角的过程中，通过电阻R 的电量：
22sin 301000.50.10.50.055
N NBL q C C r R r R ∆Φ⨯⨯⨯====++ ； （4）电压表的示数 1.782()52
m ER U V V R r R r ====++ （5）线圈转动一周过程中，外力做的功等于产生的电功率：
22(
)220.9910m E P T W W R r ππ====+. 18.如图所示，一列简谐横波沿x 轴传播，实线和虚线分别表示前后间隔△t ＝0.2s 的两个时刻的波形图，图中a 点是实线与x 轴的交点．
（1）如果波是向x 轴正方向传的，周期是多少？
（2）如果波是向x 轴负方向传播的，且该波的周期大于0.2s ，则
a ．波速是多少?
b ．画出图中a 质点的振动位移y 随时间t 变化的y-t 图像，（要求至少画出一个周期内的图像，图像包含必要的基础信息）
【答案】(1)1(0,1,2,...)5 1.25T s n n ==+；(2)a.2.25m/s ， b
【解析】
【详解】（1）由波形图可知波长0.6m λ=
由题意波向x 轴正方向传播，可得1
()(0.60.15)4
x n n m λ∆=+=+ 则波速(30.75)/x v n m s t
∆=
=+∆ （n=0,1,2…） 周期15 1.25T s v n λ==+ （n=0,1,2…） （2）a 由波形图可知波长0.6m λ=，
由题意波向x 轴负方向传播，可得3
()(0.60.45)4
x n n m λ∆=+=+ 则波速(3 2.25)/x v n m s t
∆=
=+∆ （n=0,1,2…） 周期15 3.75
T s v n λ==+ （n=0,1,2…） 因0.2T s >，故415T s = 波速 2.25/v m s T λ
==
b.a 点的振动图像如图
19.一列简谐横波，在t ＝0时刻的波形如图所示，质点振动的振幅为20cm ．P 、Q 两点的坐标分别为－1m 和－5m ，波由右向左传播已知t ＝0．5s 时，P 点第一次出现波谷试计算：
①这列波的传播速度多大；
②从t ＝0时刻起，经多长时间Q 点第一次出现波谷
③当Q 点第二次出现波峰时，P 点通过的路程为多少
【答案】（1）10m/s （2）0.9s （3）180cm
【解析】
【详解】①由图可知，波长为：4m λ=，质点的起振方向竖直向上 又：3
0.524T t s T ==+
解得：0.4T s = 由波速公式10m v s T λ
==；
②当波峰传到Q 点时，需要1.5T ，Q 再经四分之三周期第一次到达波谷，则有： 3
1.50.94t T T s =+=；
③从波从P 点传到Q 点再到Q 点第二次出现波峰的总时间为：5
9
44t T T T
=+= 则P 通过的路程为：9
4201804L cm cm =⨯⨯=．。