2021-2022学年江苏省苏州市太仓高级中学高二（下）期中物理试卷（附答案详解）.pdf

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1、2021-2022学年江苏省苏州市太仓高级中学高二（下）期中物理试卷一、单 选 题（本大题共10小题，共40.0分）1 .石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构，如图所示，贝 火）A.石墨是非晶体B.石墨研磨成的细粉末就是石墨烯C.单层石墨烯的厚度约3卬nD.碳原子在六边形顶点附近不停地振动2 .某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为E k，已知该金属的逸出功为伍，普朗克常量为九。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率为（）3 .医学治疗中常用放射性核素n 3/n产生y射线，而I 是由半衰期相对较长的i i 3 S n衰变产生的。对于质

2、量为6 0的 S n,经过时间t后剩余的U3 sn质 量 为 其 京-tA.B.C.图线如图所示。从图中可以得到】i 3 sn的半衰期为()67.3dlOl.Od1 1 5.1 dD.1 2 4.9 d4 .如图，一定质量的理想气体从状态a（p。、匕、To）经热力学过程a b、be、c a后又回到状态a。对于a b、be、c a三个过程，下列说法不正确的是（）A.a b过程中，气体始终吸热B.c a过程中，气体始终放热C.be过程中，气体的温度先升高后降低D.be过程中，气体的温度先降低后升高5.一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸

3、面向里，如图所示。一质子（用）以速度火自。点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自。点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（所有粒子均不考虑重力的影响）（）A.以速度4%射入的a粒子&He）B.以速度2%射入的核（：H）C.以速度处射入的电子 送）D.以速度多的射入的正电子（?e）6.如图所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环P,在圆环P的正上方固定一个线圈Q,线圈Q与平行金属导轨相连并与导体棒ab组成闭合回路，金属导轨处于垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，由于导体棒Q。ab的运动，使得圆环P中产生逆时针方向（从上向下看）的感应电流，并且对桌面的压力小于圆环P的重力，下列说法正确

4、的是（）A.导体棒ab向右加速运动B.导体棒ab向左加速运动C.导体棒ab向右减速运动D.导体棒ab向左减速运动7.如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为电荷量为q（q 0）的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为%，离开磁场时速度方向偏转90。；若射入磁场时的速度大小为发2,离开磁场时速度方向偏转60。不计重力。嘴 为（）A.12BTC-TD.V38.如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为名,束速度大小为。的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为导

5、轨平面与水平面夹角第2页，共19页为d两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒帅垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是（）A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，。=嘿 萼B.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，=若 萼B iB2LaC.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，=嘿 券D.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，。=嘿 雪9.如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为八 磁感应强度大小相等、方向交替向上向下，一边长为|/的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动，线框中感应电流i随

6、时间变化的正确图线可能是（）1 0.如图，在平面直角坐标系。x y 的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q 的相同粒子从y 轴上的P(0,V 3 L)点，以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场，设入射速度方向与y 轴正方向的夹角为a(0 a 1 8 0),当a =1 5 0。时，粒子垂直x 轴离开磁场。不计粒子的重力。则下列说法不正确的是()A.粒子一定带正电B.粒子入射速率为旭 里771C.当a =4 5。时，粒子也垂直X 轴离开磁场D.粒子离开磁场的位置到。点的最大距离为3 L二、计算题(本大题共5 小题，共 60.0分)1 1 .硼中子俘

7、获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核C B)吸收慢中子，转变成锂核(i)和a 粒子，释放出y 光 子.已知核反应过程中质量亏损为4僧，Y光 子 的 能 量 为 硼 核 的 比 结 合 能 为 昆，锂核的比结合中 子 为 U 横 a 粒子能为为,普朗克常量为九，真空中光速为c。(1)写出核反应方程并求出y 光子的波长;I；(2)求核反应放出的能量E 及氮核的比结合能邑。1 2 .神舟1 3号航天员从天和核心舱气闸舱出舱时身着我国新一代“飞天”舱外航天服.航天服内密封了一定质量的理想气体，体积约为匕=2 L,压强pi=1.0 x 1 05P a,温度口 =2 7 o(1)打开舱门前

8、，航天员需将航天服内气压降低到P 2 =4.4x l04pa,此时密闭气体温度变为t 2 =-9 ,则航天服内气体体积彩变为多少？第4页，共19页(2)为便于舱外活动，航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到P3=3.0 x 104pa。假设释放气体过程中温度保持为12=-9 久不变，体积变为匕=2.2L,那么航天服放出的气体与原来气体的质量比为多少？13.加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。劣和。2是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为8 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面

9、位于&盒圆心附近的4处有一个粒子源，产生质量为小、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。(1)求所加交流电源的频率(2)若已知半圆金属盒的半径为R,请估算粒子离开加速器时获得的最大动能取e(3)某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹间距4d是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理，若不合理，请你画出合理的轨迹示意图。|1 4.如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以。为原点、水平向右为正方向建立x轴，在0 x 1.0m区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长L=0.5m、电阻R=0.250的正

10、方形线框a b e d,当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以u=1.0m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起点，在0 W t W 1.0s内磁感应强度B 的大小与时间t的关系如图2所示，在0 S t S 1.3s内线框始终做匀速运动。(1)求外力F 的大小：(2)在1.0s t 1.3s内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系;(3)求在0 t 0,气体体积不变，外界对气体不做功，由热力学第一定律A U =+Q可知：Q =dU-W=4U0,气体始终从外界吸收热量，故A正确；B、由图示图象可知，c a过程气体

11、压强p不变而体积V减小，由一定质量的理想气体状态方程空=C可知，气体温度7降低，气体内能减小，AU 0,由热力学第一定律4 U =勿+Q可知：Q=/U-W0,气体始终向外界放出热量，故8正确；C D、由图示图象可知，儿过程气体压强p与体积U的乘积p H先增大后减小，由一定质量的理想气体状态方程华=C可知，气体温度7先升高后降低，故C正确，O错误；因选错误的故选：D。一定量的理想气体内能由温度决定，温度升高内能增大，温度降低内能减小；气体体积变大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功；根据图示图象分析清楚气体状态变化过程，应用一定质量的理想气体状态方程与热力学第一定律分析答题。本题考查了一

12、定质量的理想气体状态方程与热力学第一定律的应用，根据图示图象分析清楚气体状态变化过程是解题的前提，应用一定质量的理想气体状态方程与热力学第一定律即可解题；应用热力学第一定律解题时注意各物理量正负号的含义。5.【答案】C【解析】解：C”质子）以速度孙自。点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足qv0B=qE解得：v0=J,即质子的速度满足速度选择器的条件；A、以4%速射入的a粒，其速度不满足速度选器的条件，故不能做匀速直线运动，故A错误；B、以速度2%射入的核6”）,所受的洛伦兹力大于电场力，6H）向上偏转，故 B 错误；C.以速度均射入的电子，满足电场

13、力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择器不选择电性而只选择速度，故 C 正确；D 以速度手的射入的正电子（呢），所受的洛伦兹力小于电场力，正电子将向下偏转，故。错误；故选：CoC”质子）以速度火自。点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，洛伦兹力和电场力相等时，粒子做匀速直线运动。速度满足%=9即可通过。本题考查的是速度选择器，解题的关键是粒子速度满足为=9即可通过。D6.【答案】C【解析】解：小 导体棒向右加速做切割磁感线的运动时，根据右手定则，可知，感应电流由b指向a,且大小增大，根据右手螺旋定则，可知，线圈Q中的磁场方向向上，且大小增大，导致穿过P的磁通量向上，且大小增大，那么其

14、感应磁场方向向下，根据右手螺旋定则，可知，线圈P中有顺时针方向感应电流（从上向下看），依据楞次定律，它们之间是相互排斥，导致对桌面的压力大于圆环P的重力，故 A错误。8、导体棒ab向左加速做切割磁感线的运动时，根据右手定则，可知，感应电流由a 指向b,且大小增大，根据右手螺旋定则，可知，线圈Q中的磁场方向向下，且大小增大，导致穿过P的磁通量向下，且大小增大，那么其感应磁场方向向上，根据右手螺旋定则，可知，线圈P中有逆时针方向感应电流（从上向下看），依据楞次定律，它们之间是相互排斥，导致对桌面的压力大于圆环P的重力，故 8 错误。C、导体棒向右减速做切割磁感线的运动时，根据右手定则，可知，感应电

15、流由b指向a,且大小减小，根据右手螺旋定则，可知，线圈Q中的磁场方向向上，且大小减小，导致穿过P的磁通量向上，且大小减小，那么其感应磁场方向向上，根据右手螺旋定则，可第10页，共19页知，线圈P中有逆时针方向感应电流（从上向下看），依据楞次定律，它们之间是相互排斥，导致对桌面的压力小于圆环P的重力，故 C 正确。、导体棒协 向左减速做切割磁感线的运动时，根据右手定则，可知，感应电流由a指向b,且大小减小，根据右手螺旋定则，可知，线圈Q中的磁场方向向下，且大小减小，导致穿过P的磁通量向下，且大小减小，那么其感应磁场方向向下，根据右手螺旋定则，可知，线圈P中有顺时针方向感应电流（从上向下看），依据

16、楞次定律，它们之间是相互排斥，导致对桌面的压力小于圆环P的重力，故。错误。故选：Co当线圈Q中磁通量发生变化时才能产生感应电流，而穿过线圈Q的磁场是由ab棒切割产生的。按这样的思路分析：导线ab运动时，切割磁感线产生感应电流，由右手定则判断感应电流的方向，根据安培定则判断感应电流产生的磁场方向，根据楞次定律判断线圈P中产生的电流方向，选择题意的选项。考查右手定则、右手螺旋定则，及楞次定律的应用，掌握左手定则与右手定则的区别。7.【答案】B【解析】解：根据题意，粒子两次射入磁场的运动轨迹如图所示：由几何关系可知，两次轨迹圆的半径分别为:Rr=r,R2-rcot30-V3r由洛伦兹力提供向心力可知

17、：qvB m y则粒子的速度：=蟠m则粒子两次的入射速度之比为：=解得：也=4,故 8 正确，AC。错误;廿 2 K2 V2 3故选：B。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，画出粒子的轨迹图，然后由几何关系分别得出两个轨迹圆半径和磁场圆半径之间的关系。由洛伦兹力提供向心力列出等式，得出速度的表达式，从而求出粒子两次的入射速度之比。本题考查带电粒子在磁场中运动，关键是要根据几何关系求出轨迹圆的半径，然后由洛伦兹力提供向心力得出速度的表达式。8.【答案】B【解析】【分析】本题考查了复合场的磁流体发电机模型以及受力平衡之安培力计算的问题，属于综合基础题。两次应用左手定则判断粒子偏转方向和已知安培力方向判

18、断磁场方向，属于易错点。其它物理原理及推导过程较简单。【解答】平行金属板P、Q之间磁感应强度方向由N极指向S极，由左手定则判断，等离子体中的正离子向金属板Q偏转，负离子向金属板P偏转，可知金属板Q带正电荷（电源正极），金属板P带负电荷（电源负极），金属棒助 中电流方向由a流向b,已知磁场为的方向垂直导轨平面，金属棒a b处于静止，由受力平衡条件判断其所受安培力沿导轨平面向上，再由左手定则判断出导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下；金属棒a b恰好静止，由受力平衡可得：B2lL=m g s m e,由闭合电路欧姆定律可得，平行金属板P、Q之间的电压U =/R,金属板P、Q之间电场强度E=*等离子体的

19、正负离子在磁场当中受到电场力与洛伦兹力，稳定后此二力平衡，则：=联立解得 =嘿 若，故B正确，A C O错误。D j 02a9.【答案】D【解析】解：设磁感应强度为B,线圈的速度为以电阻为R；如果某时刻左边位于方向向外的磁场中、右边位于方向向里的磁场中，此时两边都切割磁感应线，产生的感应电动势为：E1=2BLv,根据电流为：=胡 =等，根据右手定则可知电流方向为顺时针：K K当左右两边都处于方向相同的磁场中时，感应电动势为零，感应电流为零；第 12页，共 19页当左边位于方向向里的磁场中、右边位于方向向外的磁场中，此时两边都切割磁感应线,产生的感应电动势为：E2=2BLv,根据电流为：=半，根

20、据右手定则可知电流方向为逆时针。K K故。正确、ABC错误。故选：D。分析线圈前后两边分别处于不同磁场中切割磁感应线的情况，求出感应电动势大小，根据闭合电路的欧姆定律求解感应电流大小，再根据右手定则分析感应电流方向，由此判断。本题主要是考查了法拉第电磁感应定律和右手定则判断感应电流的方向；对于导体切割磁感应线产生的感应电动势可以根据E=来计算；弄清楚线圈所处的位置不同产生的感应电动势不一定相同。1 0.【答案】C【解析】解：4、根据题意可知当a=150。时，粒子垂直x轴离开磁场，根据左手定则可知粒子带正电，故 A 正确；B、当a=150。时，粒子垂直x轴离开磁场，运动轨迹如图1图1粒子运动的半

21、径为r=二匕cos60洛伦兹力提供向心力：qvB=my解得粒子入射速率u=旭 些，故 B 正确;mC、若a=45。，粒子运动轨迹如图2根据几何关系可知粒子离开磁场时与久轴不垂直，故c错误；、粒子离开磁场距离。点距离最远时，粒子在磁场中的轨迹为半圆，如图3图3根据几何关系可知(2r)2=(V 3 L)2+解得=3 V 5L,故D正确。本题选择错误选项；故选：C o根据左手定则判断粒子电性，做出粒子在磁场中的运动轨迹，根据几何知识求解其做圆周运动的半径，根据洛伦兹力提供向心力求解粒子进入磁场时的初速度大小，粒子离开磁场距离。点距离最远时，粒子在磁场中的轨迹为半圆。解决该题关键能正确做出粒子在磁场中

22、的运动迹，根据几何知识与洛伦兹力提供向心力解得半径从而进行解答。11.【答案】解：(1)根据质量数和电荷数守恒，可知生成的新核是笳核，核反应方程式:g B+，n W Ll+He；根据9可得y光子的波长：4=竽；(2)根据质能方程可得核反应放出的能量E =A m c2根据能量关系可得：E=7E2+4 E3-IOEI解得：=胆 出 迫 二名0 4第1 4页，共1 9页答：(1)核反应方程为铲加e,y光子的波长为箓c0(2)核反应放出的能量为/7 nc 2,氮 核 的 比 结 合 能 为 些 立 些 出。4【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程式，根据E。=中可得y光子的波长；(2)根据

23、质能方程可得核反应放出的能量，根据能量关系求解氮核的比结合能。本题主要是考查核反应方程的书写、爱因斯坦质能方程以及比结合能，关键是掌握核反应方程的书写方法，比结合的计算方法。1 2.【答案】解：(1)对航天服内的封闭气体为研究对象，根据理想气体状态方程可得：P1V1 _ P22代入数据解得：V2=4 L(2)气体缓慢放出的过程中气体的温度不变，设需要放出的气体体积为4 V则 P i V =P 3(%+/V)航天服放出的气体与原来气体的质量比为：AVY-V3+AV联立解得：4=6 7%答：(1)航天服内气体的体积为4 L；(2)航天服放出的气体与原来气体的质量比为6 7%。【解析】(1)分析出航

24、天服内的封闭气体变化前后的状态参量，结合公式pU =C 7完成分析；(2)先根据公式计算出体积的变化量，同时理解pU的大小与气体的质量成正比并完成解答。本题主要考查了一定质量的理想气体的状态方程，解题的关键点是分析出气体变化前后的状态参量并结合公式pv =c r完成计算，同时要开理解在等温条件下pv的乘积与气体的质量成正相关。1 3.【答案】解：(1)粒子在电场中运动时间极短，因此高频交变电流频率要等于粒子回旋频率，因为丁 =警回旋频率：/=2nmy(2)根据洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得：q为B=解得：%=若。最大动能：Ek m=北 警(3)由能量守恒得粒子在n次加速后的速度满足：=

25、nqU粒子在n次加速后：qvnB=等Kn则：R L吧1 =L呼qB B N q由图左侧第一个间距为经过一次加速后直径与经过两次加速后的直径的差，则：4 d =2R2-2%=1 (V 2 -1)左侧第二个间距为经过三次加速后直径与经过四次加速后的直径的差，则：A d=2R4-左侧第三个间距为经过五次加速后直径与经过六次加速后的直径的差，则：M =同理，右侧的各间距也满足同样的公式，则可以写出经过几次加速与n+1次加速后的间距:A dn=,(V n+1 V n)可知相邻轨迹间距A d是不相等的，越往外，间距越小，如图。LK-.X-.答：(1)所加交流电源的频率f为 黑；(2)粒子离开加速器时获得的

26、最大动能E k m为遣型；2m(3)该同学认为相邻轨迹间距4 d是相等的，这种分析不合理，画出合理的轨迹示意图如图。【解析】(1)根据粒子在磁场中运动的周期公式，结合频率与周期的关系即可求出；(2)由洛伦兹力提供向心力求的半径最大时的速度和动能；(3)先写出粒子加速n次时半径的通式，然后写出粒子的轨迹之间的间距的通式，最后做第 16页，共 19页出判断即可0解决本题的关键知道回旋加速器利用磁场偏转和电场加速实现加速粒子，最大速度决定于。形盒的半径。14.【答案】解：(1)根据图2可得，在t =0时=0.2 5 7。回路电流/B0Lv安培力FA=B0IL根据平衡条件可得F=FA联立解得尸=0.0

27、 6 2 5/V o(2)匀速出磁场，电流为0,磁通量不变，则有叫=中。t j=1.0 s时，B1=0.5 7,磁通量%=t时刻，磁通量0 =BLL-v(t-tx)得8 =六(7)。(3)根据法拉第电磁感应定律，q =/t =t=等,可得0 W t W 0.5 s电荷量qi=-=0.2 5 C0.5 s t l,0 s电荷量总电荷量为q =q i +Q 2 =0.5 C o【解析】(1)根据图2可得在t =0时的磁感应强度大小，再根据平衡条件结合安培力的计算公式求解拉力；(2)匀速出磁场，电流为0,磁通量不变，则有：%=6由此得到磁感应强度与时间的关系；(3)根据法拉第电磁感应定律可得出q =

28、9求出0 t 0.5 s电荷量和0.5 s t 1.0 s电荷量，再求出总电荷量。本题主要是考查电磁感应现象与图像问题、力学问题的综合，根据受力情况结合平衡条件求解力；如果涉及电荷量问题，常根据电荷量的经验公式或根据动量定理结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律列方程进行解答。15.【答案】解(1)粒子从P点到。点做类平抛运动，设匀强电场电场强度的大小为E,则有：沿X轴方向做匀加速直线运动，则有：!=vx=at沿y轴方向做匀速直线运动，则有：R=vot由牛顿的第二定律得：q E =m a解得：E=翳，vx=v0(2)设粒子从。点进入磁场的速度大小为2方向与x轴夹角为。tand=1,可得：Q

29、-4 5 vxv=-=V 2 v0COS45 0粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则：qvB=m 解得：B审可见B与圆周运动的半径成反比，当粒子轨迹经过a点时其半径最小(设为r j,对应磁感应强度当最大；当粒子轨迹经过b点时其半径最大(设为上)，对应磁感应强度为最小，粒子经过a、b的轨迹如图1所示。经过Q点轨迹恰好经过0 1，由几何关系得：2 rl=&R,可得：6=殍/?可得：Bn =一m vqri2 7 7 1 V0qR经过b点轨迹圆心恰好为a点，由几何关系得：七二四氏可得：2=肃=黑则磁感应强度大小的取值范围为：若 B W 鬻qK CJK(3)粒子从a点与b点之间的劣弧的中

30、点(设为点c)射出磁场的轨迹如图2,圆弧轨迹的圆心为。2,轨迹半径为治,由几何关系可知四边形。0遥。2为菱形，则有：&=R,轨迹圆心角为4 0 0 2 c =1 8 0。-4 5 =1 3 5 第1 8页，共1 9页粒子在磁场中运动周期：T=V%可得粒子在磁场中运动时间为：t i =芸7=等史3 6 0 OVQ答：(1)匀强电场电场强度的大小为华；qR(2)磁感应强度大小的取值范围为：登W B W 鬻;(3)粒子在磁场中运动的时间为平坐。【解析】(1)粒子在偏转电场中做类平抛运动，将运动分解处理，沿y轴方向做匀速最小运动，沿x轴方向做匀加速最小运动，根据牛顿第二定律结合运动学公式求解；(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动，作出满足条件的临界圆周轨迹，由几何关系求得满足条件的最小半径和最大半径，由洛伦兹力提供向心力求得磁感应强度的最大值和最小值；(3)由几何关系作出粒子运动轨迹，确定轨迹的圆心角和半径，结合运动周期求解时间。本题考查了带电粒子在电磁场中运动问题，在匀强电场中加速与偏转属于基础问题，处理粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动，前提能正确利用几何关系作出粒子轨迹。