江苏省常州市2020-2021学年高二第二学期期末模拟测试物理试题A（解析版）

江苏省常州市 2020-2021 学年高二第二学期期末模拟测试 物理试题 A 2021 年 6 月 1. 如图所示，将甲分子固定于坐标原点 O 处，乙分子放置于 r 轴上距离O 点很远的r4 处，r1、r2、r3 为r 轴上的三个 特殊的位置，甲、乙两分子间的作用力 F 和分子势能 Ep 随两分子间距离 r 的变化关系 分别如图中两条曲线所示，设两分子间距离很远时，Ep＝0。现把乙分子从r4 处由静止释 放，下列说法中不正确的是( ) A. 虚线为Ep－r 图线、实线为 F－r 图线 B. 乙分子从r4 到r2 做加速度先增大后减小的加速运动，从 r2 到r1 做加速度增大的减速运动 C. 乙分子从r4 到r2 的过程中，分子势能先增大后减小，在 r1 位置时分子势能最小 D. 乙分子的运动范围为 r4≥r≥r1 【答案】C 【解析】由于分子间的距离等于平衡位置的距离时，分子势能最小，所以虚线为分子势能图线(Ep－r 图线)，实线为 分子间作用力图线(F－r 图线)，选项A 正确；乙分子从r4 到r2 所受的分子力(表现为引力)先增大后减小，根据牛顿第 二定律，乙分子做加速度先增大后减小的加速运动，乙分子从 r2 到r1 所受的分子力(表现为斥力)一直增大，根据牛顿 第二定律，乙分子做加速度增大的减速运动，选项 B 正确；根据分子势能图线可知，乙分子从 r4 到r1 的过程中，分子 势能先减小后增大，在r2 位置时分子势能最小，选项C 错误；根据能量守恒，乙分子的运动范围为r4≥r≥r1， 选项D 正确。 2. 我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要 “升 压”，飞船专门用来完成此功能的舱叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B 间装有阀门K，指令舱A 中充 满气体，气闸舱B 内为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K 后，A 中的气体进入B 中，最终达到平衡。 若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是( ) A. 气体体积膨胀，对外做功，内能减小 B. 气体体积变小，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变多 C．B 中气体不可能自发地全部退回到 A 中 D．气体温度变小，体积增大，压强减小 【答案】C 【解析】气体自由膨胀，没有对外做功，故内能不变，温度也不变，故 A、D 错误；一切宏观热现象均具有方向性， 故 B 中气体不可能自发地全部退回到 A 中，故 D 正确；根据pV＝ T C 可知当 T 不变、V 增大时，p 减小，故气体分子单位时间对舱 壁单位面积碰撞的次数将变少，B 错误。 3. 图甲为某一简谐波在 t＝0 时刻的波形图，图乙为图甲中平衡 v 2 1 1 2 2 1 2 位置位于x＝2 m 处的质点B 的振动图象，质点C 的平衡位置位于x＝4 m 处。则下列说法不正确的是( ) A. 该简谐波沿x 轴负方向传播，其波速v＝2 m/s B. 在0～3.5 s 时间内，质点 B 运动的路程为 3.5 m C. 要使该波能够发生明显的衍射，则障碍物的尺寸应远大于 4 m D. 若该波能与另一列波发生稳定的干涉，则另一列波的频率为 0.5 Hz 【答案】D 【解析】由题图乙质点 B 的振动图象可知，t＝0 时刻，质点B 的振动方向为沿 y 轴负方向，对照题图甲，可知该简 谐波沿x 轴正方向传播，由题图甲可知简谐波的波长为λ＝4 m，由题图乙可知，波的周期为 T＝2 s，其波速 ＝λ＝ T 2 m/s，选项A 错误；在0～3.5 s 时间内，质点B 运动路程为 s＝7A＝7×0.5 m＝3.5 m，选项B 错误；在t＝2 s 时刻， 质点 C 经过一个周期恰好经过平衡位置向 y 轴正方向运动，选项 B 正确；要使该波能够发生明显的衍射，则障碍物的尺寸应 小于4 m 或与4 m 差不多，选项 C 错误；若该波能与另一列波发生稳定的干涉，则另一列波的周期应为 2 s，频率为0.5 Hz，选项D 正确。 4. 现有两动能均为 E0＝0.35 MeV 的2H 在一条直线上相向运动，两个 2H 发生对撞后能发生核反应，得到 3He 和新 粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为 3He 和新粒子的动能。已知 2H 的质量为 2.014 1 u，3He 的质量为 3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u 释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整 数)。则下列说法正确的是( ) A. 核反应方程为 2H＋2H→3He＋1H 1 1 2 1 B. 核反应前后不满足能量守恒定律 C．新粒子的动能约为 3 MeV D.3He 的动能约为 4 MeV 【答案】C 【解析】由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知 2H＋2H→3He＋1n，则新粒子为中子 1n，所以 A 错误；核反应 1 1 2 0 0 过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2.014 1 u×2 －3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有 EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应 中系统的动量守恒有 p －p ＝0，由 E ＝ p2 ，可知EkHe＝ mn ，解得 E ＝ mn (2E ＋ΔE)＝1 MeV，E ＝ He n k 2m Ekn mHe kHe 0 kn mn＋mHe mHe (2E0＋ΔE)＝3 MeV，所以C 正确，D 错误。 mn＋mHe 5. 某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc 与入射光频率ν的关系图象如图5 所 示。则由图象可知( ) A. 该金属的逸出功等于 hν0 B. 遏止电压是确定的，与入射光的频率无关 C. 入射光的频率为 2ν0 时，产生的光电子的最大初动能为 2hν0 D. 入射光的频率为 3ν0 时，产生的光电子的最大初动能为 hν0 【答案】A 【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以 W0＝hν0，故选项 A 正确；根据 光电效应方程 Ekm＝hν－W0 和－eUc＝0－Ekm 得，Uc＝hν－W0，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与 e e 入射光的频率成线性关系，故选项 B 错误；从图象上可知， 逸出功 W0＝hν0。根据光电效应方程 Ekm＝h·2ν0－W0 ＝hν0，故选项 C 错误；Ekm＝h·3ν0－W0＝2hν0，故选项 D 错误。 6. 如图所示，实线与虚线分别表示振幅、频率均相同的两列简谐横波的波峰和波谷，此刻，M是波峰与波峰的相遇 点。设这两列波的振幅均为A，则下列说法正确的是( ) A．此时刻位于 O 处的质点正处于平衡位置 B．P、N 两处的质点始终处在波谷位置 C. 随着时间的推移，M 处的质点将向 O 处移动 D. 从此时刻起，经过四分之一周期，M 处的质点到达平衡位置，此时位移为零 【答案】D 【解析】此时刻位于 O 处的质点正处于波谷与波谷的相遇点，不在平衡位置，选项 A 错误；P、N 两处的质点处于 波峰和波谷的相遇点，两列波在这两处的位移始终相反，合位移为 0，选项 B 正确；质点并不随波迁移，选项 C 错 误；从此时刻起，经过四分之一周期，两列波在 M 点的振动均达到平衡位置，合位移为零，选项 D 正确； 7. 一台激光器发出的激光功率为 P，光束垂直入射到真空中的某一平面，被平面完全反射后频率保持不变。已知光的 波长为λ，光在真空中的速度为 c，下列说法正确的是（ ） A．激光的波长越短，其光子的动量越小 B．被平面反射后激光光子的动量变大 C.光束对平面的压力为2P/C D.单位时间里入射到平面的光子数为P/h 【答案】C 【解答】解：A、光子的动量 p＝h/ ，可知激光的波长越短，其光子的动量越大，故 A 错误； B、光子被平面完全反射后频率保持不变，则该激光被平面反射后激光光子的动量变大，故 B 错误； 故该激光器在单位 时间内辐射的光子数n＝Pt/Et=P /hc。F＝-2P/c，负号表示光受到的作用力的方向与光的初速度的方向相反， 根据 牛顿第三定律可知，光束对平面的压力大小为，故 C 正确，D 错误。 故选：C。 8. 如图所示，两根完全相同的弹簧和一根张紧的细线将甲、乙两物块束缚在光滑水平面上，已知甲的质量是乙的质 量的4 倍，弹簧振子做简谐运动的周期T＝2π m，式中m 为振子的质量，k 为弹簧的劲度系数。当细线突然断开 k 后，两物块都开始做简谐运动，在运动过程中( ) A. 甲的振幅是乙的振幅的4 倍 B. 甲的最大速度是乙的最大速度的 1/4 C．甲的振动周期是乙的振动周期的 2 倍 D．甲的振动频率是乙的振动频率的 2 倍 【答案】C 【解析】细线断开前，两根弹簧上的弹力大小相同，弹簧的伸长量相同，细线断开后，两物块都开始做简谐运动， 简 谐运动的平衡位置都在弹簧原长位置，所以它们的振幅相等，A 错误；两物块做简谐运动时，动能和势能相互转 化，总机械能保持不变，细线断开前，弹簧的弹性势能就是物块开始做简谐运动时的机械能，二者相等，根据机械能 守恒，可知在振动过程中，它们的机械能相等，到达平衡位置时，它们的弹性势能为零，动能达到最大，二者相 等，因为甲的质量是乙的质量的 4 倍，根据动能公式可知甲的最大速度是乙的最大速度的1，B 正确；根据弹簧振 2 子做简谐运动的周期公式T＝2π m，甲的质量是乙的质量的4 倍，甲的振动周期是乙的振动周期的2 倍，C 正确； k 根据周期与频率成反比可知，甲的振动频率是乙的振动频率的1，D 错误。 2 9. 光在科学技术，生产和生活中有着广泛的应用，下列说法不正确的是( ) A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象 D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄 【答案】B 【解析】光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，减弱反射光的强度，增加透射光的强度，A 正确；用三棱镜观 察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，B 错误；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，C 正确； 根据公式Δx＝lλ可得红光变成绿光，波长变小，故干涉条纹间距变窄，D 正确。 d 10. 下列说法正确的是( ) A．相对论与量子力学否定了经典力学理论 B．真空中的光速在不同惯性参考系中不同 C．狭义相对论只适用于惯性参考系 D．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理 【答案】C 【解析】相对论并不否定经典力学，它是在一定条件下的特殊情形，故选项 A 错误；根据光速不变原理，真空中的 光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故选项 B 正确；根据狭义相对论的基本假设可知，选项 C 正确；全息照相不 是利用全反射，而是和光的干涉有关，选项 D 错误。 11. 某研究小组通过实验测得两滑块碰撞前后运动的实验数据，得到如图所示的位 移 —时间图象。图中的线段a、b、c 分别表示沿光滑水平面上同一条直线运动的滑 块 Ⅰ、Ⅱ和它们发生正碰后结合体的位移变化关系。已知相互作用时间极短，由图 象 给出的信息可知( ) 1 2 A．碰前滑块Ⅰ与滑块Ⅱ速度大小之比为 7∶2 B．碰前滑块Ⅰ的动量大小比滑块Ⅱ的动量大小大 C．碰前滑块Ⅰ的动能比滑块Ⅱ的动能小 D．滑块Ⅰ的质量是滑块Ⅱ的质量的1 6 【答案】D 【解析】根据x－t 图象的斜率等于速度，可知碰前滑块Ⅰ速度为v1＝－2 m/s，滑块Ⅱ的速度为v2＝0.8 m/s，则碰 前 速度大小之比为 5∶2，故选项 A 错误；碰撞前后系统动量守恒，碰撞前，滑块Ⅰ的动量为负，滑块Ⅱ的动量为正， 由于碰撞后总动量为正，故碰撞前总动量也为正，故碰撞前滑块Ⅰ的动量大小比滑块Ⅱ的小，故选项 B 错误； 碰撞后的共同速度为v＝0.4 m/s，根据动量守恒定律，有m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v，解得m2＝6m1，由动能的表达式 可知，1m v2>1m v2，故选项C 错误，D 正确。 1 1 2 2 2 2 二、非选择题：共5 题，共56 分其中第13 题～第16 题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤， 只 写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 12. 一同学采用如图 a 所示的实验装置，设计了“验证动量守恒定律”的实验。实验装置中的斜面和水平面之间用很 短的平滑曲面连接，物块通过平滑曲面时速度大小不变。实 验步骤主要包括： ①选取两块表面粗糙程度相同的物块 A、B。 ②将两个粘扣分别钉到两物块的侧面上，使两物块相碰时能粘 合 在一起。 ③让物块 A 从斜面上某一位置 O 处由静止开始滑下，记下物 块 A 在水平面上停下的位置 P(多次滑下以准确确定位置 P)，如图 b 所示。 ④在靠近斜面底端处放物块 B，并使带有粘扣的一侧朝左，标出此时 B 所处位置M，如图c 所示，让物块A 从同一位 置O 处由静止开始滑下，A、B 碰撞后粘合在一起，标出停止时两物块的位置 N，如图c 所示。 ⑤用刻度尺测 MP、MN 的长度 s1 和 s2，用天平测出 A、B 的质量 mA、mB。 (1)只要mA、mB、s1、s2 之间满足关系式 ，就可以认为碰撞瞬间A、B 系统的总动量保持不变。 (2)为了增大碰前物块A 的速度，可采取的措施有：① ；② 。 【答案】(1)mA s1＝(mA＋mB) s2 (2)①增加物块A 开始下滑时的高度 ②让碰撞点尽量接近斜面底端 【解析】(1)设碰前物块A 的速度大小为v1，碰后瞬间物块A、B 的共同速度为v2，对未放物块B 时物块A 从M 运 动到P 的过程，由动能定理得－μmAg·s1＝－1mAv2，解得v1＝ 2μgs1，对碰撞后A、B 一起从M 运动到N 的过程， 2 由动能定理可得－μ(mA＋mB)gs2＝－1(mA＋mB)v2，解得v2＝ 2μgs2，碰撞瞬间若满足动量守恒，则应有mAv1＝(mA 2 ＋mB)v2，即mA 2μgs1＝(mA＋mB) 2μgs2，解得mA s1＝(mA＋mB) s2。即只要mA、mB、s1、s2 之间满足关系式mA s1 ＝(mA＋mB) s2，碰撞瞬间 A、B 系统的总动量就保持不变。 (2)为了增大碰前物块 A 的速度，可采取的措施有：①增加物块 A 开始下滑时的高度；②让碰撞点尽量接近斜面底 端。 13. 如图所示，竖直放置的均匀细 U 形管，左管上端封闭，长 OA＝30 cm，右管足够长且上端开口，底部管长 AB ＝20 cm。初始时左右两管水银面等高、且水银柱高为 10 cm，左管中封闭气体温度为 27 ℃。已知大气压强为 p0＝ 75 cmHg，g 取 10 m/s2 。 (ⅰ)若对左管中封闭气体加热，直至左、右管中水银面形成5 cm 长的高度差，则此时封闭气体的温度为多少摄氏度？ (ⅱ) 若保持封闭气体温度为 27 ℃不变。使 U 形管在竖直面内沿水平方向做匀加速直线运动，则当左管的水银恰好全部 进入AB 内时，加速度为多大？ 【答案】(1)ABD (2)(ⅰ)87 ℃ (ⅱ)22.5 m/s2 方向 水平向左 【解析】(1)由题图可知，在 A―→B 的过程中，气体温度升高，体积变大，且体积与温度成正比，由pV＝C 可知， T 气体压强不变，故选项 A 正确；在B―→C 的过程中，体积不变，而温度降低，由pV＝C 可知，气体压强变小，故 T 选项B 正确，C 错误；在C―→D 的过程中，气体温度不变，体积变小，由pV＝C 可知，气体压强变大，故选项 D T 正确，E 错误。 (2)(ⅰ)设 U 形管的横截面积为 S 状态一：V1＝20 cm×S、T1＝273＋t1＝300 K、p1＝p0＝75 cmHg 状态二：V2＝22.5 cm×S、T2＝273＋t2、p2＝p0＋5 cm Hg＝80 cmHg 由理想气体状态方程有p1V1＝p2V2 T1 T2 解得 t2＝87 ℃ (ⅱ)设水银密度为ρ，左管的水银恰好全部进入 AB 时 状态三：V3＝30 cm×S、p3 由玻意耳定律有 p1V1＝p3V3 AB 段水银柱的质量 m＝ρS·AB AB 段水银柱右侧所受压强 p3′＝p0＋ρgΔh2 由 牛 顿 第 二 定 律 有 p3′S－p3S＝ma Δh2 ＝20 cm、AB＝20 cm v ) 解得 a＝22.5 m/s2，方向水平向左 14. 一列简谐横波在 t＝1 3 s 时的波形图如图(a)所示，P、Q 是介质中的两个质点。图(b)是质点 Q 的振动图象。求 (ⅰ)波速及波的传播方向； (ⅱ)质点 Q 的平衡位置的 x 坐标。 【答案】(ⅰ)18 cm/s 波沿x 轴负方向传播 (ⅱ)9 cm 【解析】(ⅰ)由图(a)可以看出，该波的波长为λ＝36 cm① 由图(b)可以看出，周期为 T＝2 s② 波速为 ＝λ＝18 cm/s③ T 由图(b)知，当t＝1 3 s 时，质点 Q 向上运动，结合图(a)可得，波沿 x 轴负方向传播。 (ⅱ)设质点 P、Q 平衡位置的 x 坐标分别为 xP、xQ。由图(a)知，x＝0 处 y＝－A＝Asin(－30°)， 2 因此xP＝30° λ＝3 cm④ 360° 由图(b)知，在t＝0 时，质点Q 处于平衡位置，经Δt＝1 3 s，其振动状态向 x 轴负方向传播至 P 点处，由此及③式有 xQ－xP＝vΔt＝6 cm⑤ 由④⑤式得，质点 Q 的平衡位置的 x 坐标为 xQ＝9 cm⑥ 15. 如图所示，在平静的湖面岸边处，垂钓者的眼睛恰好位于岸边 P 点正上方0.9 m 高度处，浮标 Q 离P 点1.2 m 远，鱼饵灯 M 在浮标正前方 1.8 m 远处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率 n＝4。 3 (ⅰ)求鱼饵灯离水面的深度； (ⅱ)若鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面 PQ 间射出？ 【答案】(ⅰ)2.4 m (ⅱ 3 7 m 5 【解析】(ⅰ)如图所示，设入射角、折射角分别为 r、i，鱼饵灯离水面的深度为 h2，则 s2＋h21 1 s2＋h22 2 s2＋h22 3 sin i＝ s1 ，sin r＝ s2 根据光的折射定律得 n＝sin i sin r 联立解得 h2＝2.4 m (ⅱ)当鱼饵灯离水面深度为 h3 时，水面 PQ 间恰好无光射出，此时鱼饵灯与浮标的连线和竖直方向的夹角恰好为临 界角，则 sin C＝1 n 由几何关系得sin C＝ s2 解得h3＝3 7 m 5 16. 如图所示，光滑轨道由倾角θ=30°的斜面AB、小圆弧 BC（长度可忽略）、水平面 CD 连接而成。轻弹簧一端固定 在斜面底端的挡板上，另一端被锁定在斜面上的 P 点，此时弹簧压缩量 x=0.1m。两个小物块 M、N 分别静止在 P 点和 水平面上的 Q 点。某时刻解除弹簧锁定，经△t=0.ls 后物块 M 离开弹簧，离开时速度 vM=6m/s，此后继续沿斜面运 动，通过小圆弧后与物块 N 发生弹性碰撞。若整个过程中物块 M 不会脱离轨道，已知 mM=0.2kg，mN=0.1kg， P，B 两点间距离 xPB=1.2m，g=10m/s2。求： （1） 从解除弹簧锁定到物块 M 离开弹簧，弹簧弹力的冲量大小 I； （2） 锁定弹簧时，弹簧的弹性势能 Ep； （3） 物块M 与物块N 碰撞后它们的速度大小。 【答案】（1）从解除弹簧锁定到物块 M 离开弹簧，弹簧弹力的冲量大小 I 为 1.3N•s； （2） 锁定弹簧时，弹簧的弹性势能 Ep 为3.7J； （3） 物块M 与物块N 碰撞后它们的速度大小分别为 5/3m/s、20/3m/s。 【解答】解：（1）从解除弹簧锁定到物块离开弹簧过程，对滑块，由动量定理得：I﹣mMgsin30°△t＝mMvM﹣0 （2） 解除弹簧锁定到物块离开弹簧过程，由能量守恒定律得， 代入数据解得：EP=mMgsin30°x+1/2mMVM2；带入数 据得Ep=3.7J （3） 从物块脱离弹簧到滑到 B 点，由机械能守恒的那规律：1/2mMvM2＝ mMgsin30°xPB+1/2mMVB2 解得VB=5m/s 当物块M 与物块N 碰撞时，由动量守恒和能量守恒可得：mMVB=mMvM’+mNVN’ 1/2mMVB2=1/2mMvM’2+1/2mNVN’2 带入数据得 VM’=5/3m/s、VN’=20/3m/s。