【物理】北京市第十二中学2019-2020学年高二下学期五月测试题（解析版）

【物理】北京市第十二中学2019-2020学年高二下学期五月测试题（解析版）

北京市第十二中2019-2020第二学期高二五月测试 物理试题 一、选择题 ‎1.我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作，PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，可在显微镜下观察到，它漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会进入血液对人体形成危害，矿物燃料燃烧时废弃物的排放是形成PM2.5的主要原因，下列关于PM2.5的说法中正确的是（ ）‎ A. PM2.5在空气中的运动属于分子热运动 B. 温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈 C. PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈 D. 由于周围大量空气分子对PM2.5碰撞的不平衡，使其在空中做无规则运动 ‎【答案】BCD ‎【解析】‎ ‎【详解】PM2.5是固体小颗粒，不是分子，故A错误；温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故B正确；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故C正确；由于周围大量空气分子对PM2． 5碰撞的不平衡，使其在空中做无规则运动，故D正确．所以BCD正确，A错误．‎ ‎2.下列关于热力学温度的说法中正确的是（　　）‎ A. ‎-33℃‎=240K B. 温度变化‎1℃‎，也就是温度变化1K C. 摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D. 温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了t+273K ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【详解】A．由于 可知，−‎33°C相当于240K，A正确；‎ B．由 可知 即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变化‎1℃‎ ‎，也就是温度变化1K，B正确；‎ C．因为绝对零度不能达到，故热力学温度不可能取负值，而摄氏温度可以取负值，C错误；‎ D．初态温度为，末态温度为，热力学温度也升高了t，D错误。‎ 故选AB。‎ ‎3.两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0．相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（）‎ A. 在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小 B. 在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能减小 C. 在r＝r0时，分子势能最小，动能最大 D. 在r＝r0时，分子势能为零 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】A．r0为分子间平衡距离；大于平衡距离时分子间为引力，小于平衡距离时，分子间为斥力； r大于平衡距离，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，故A正确；‎ B．当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增加，故B错误；‎ C．由以上分析可知，当r等于r0时，分子势能最小，动能最大，故C正确；‎ D．但是由于分子势能的零势能面是人为确定的，故r等于r0时，分子势能不一定为零，故D错误．故选AC．‎ ‎4.关于内能和机械能的下列说法中正确的是（　　）‎ A. 内能和机械能各自包含动能和势能，因此，它们在本质上是一样的 B. 物体的内能和机械能均不可能为零 C. 一个物体的机械能可以为零，但它的内能永远不可能为零 D. 物体的机械能变化时，它的内能可以保持不变 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和，而机械能是物体的动能和重力势能或弹性势能之和，两者本质上不同，A错误；‎ BC．由于分子永不停息的做无规则运动，因此物体的内能不可能为零， 而机械能可能为零，B错误，C正确；‎ D．当物体的位置、运动速度发生变化时，机械能发生变化，而物体内部分子热运动的动能以及分子间的势能可能不变，D正确。‎ 故选CD。‎ ‎5.气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是 A. 减小20 J B. 增大20 J ‎ C. 减小220 J D. 增大220 J ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】由热力学第一定律得：△U=W+Q=-100J+120J=20J 则气体内能增加了20J 故选B。‎ ‎6.图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是 （ ）‎ A. 电流表的示数为‎10A ‎B. 线圈转动的角速度为50πrad/s C. 0.01s时线圈平面与磁场方向平行 D. 0.02s时电阻R中电流的方向自右向左 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】由题图乙可知交流电电流的最大值是=‎ A，交流电的周期T=0.02s，电流表的示数为交流电的有效值即=‎10A，选项A正确； 线圈转动的角速度rad/s，选项B错误；0.01s时流过线圈的感应电流达到最大，线圈中产生的感应电动势最大，磁通量的变化率最大，则穿过线圈的磁通量为0，即线圈平面与磁场方向平行，选项C正确；由楞次定律可知0.02s时流过电阻的电流方向自左向右，选项D错误．本题选AC．‎ ‎7.如图，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是（　　）‎ A. 只将线圈的转速减半 B. 只将线圈的匝数减半 C. 只将匀强磁场的磁感应强度减半 D. 只将线圈的边长减半 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】线圈在磁场中转动时，产生的感应电动势的最大值为 回路中最大电流 A．若只将转速减半，则减半，电动势的最大值减半，电流的最大值减半，A正确；‎ B．若只将线圈的匝数减半，电动势的最大值减半，但是电阻也会减半，因此电流的最大值不变，B 错误；‎ C．若只将匀强磁场的磁感应强度减半，电动势的最大值减半，电流的最大值减半，C正确；‎ D．若只将线圈的边长减半，线圈面积减为原来的，电动势的最大值减为原来的，而电阻减半，因此电流的最大值减半，D正确。‎ 故不可行的是B。‎ ‎8.如图所示是“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验装置，下列说法正确的是（　　）‎ A. 与灯泡连接的线圈叫原线圈 B. 测量变压器输出电压要用直流电压表 C. 若只增加副线圈的匝数，变压器的输出电压变大 D. 若只增加副线圈的匝数，变压器的输出电压变小 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．与电源连接的线圈叫原线圈，A错误；‎ B．测量变压器输出电压要用交流电压表，B错误；‎ CD．若只增加副线圈的匝数，根据 可知，变压器的输出电压变大，C正确，D错误。故选C。‎ ‎9.一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为；若该电阻接到正弦交流电源上，在个周期内产生的热量为，该电阻上电压的峰值均为，周期均为T，如图甲、乙所示。则等于（　　）‎ A. B. C. 2∶1 D. 1∶2‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】根据焦耳定律知，而正弦交流电压的有效值等于峰值的，所以 可得 故C正确，ABD错误。故选C。‎ ‎10.一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图象记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图象如图乙所示.则关于发电机先后两次的转速之比na∶nb，交流电b的最大值正确的是(　　)‎ A. 3∶2，V B. 3∶2，V C. 2∶3，V D. 2∶3，V ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】由图可知，a的周期为0.4s；b的周期为0.6s，则由n=可知，转速与周期成反比，故曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2；曲线a表示的交变电动势最大值是10V，根据Em=nBSω得曲线b表示的交变电动势最大值是V；故B正确，ACD错误．‎ ‎11.物体做简谐运动时，下列叙述正确的是（　　）‎ A. 平衡位置就是回复力为零的位置 B. 处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态 C. 物体到达平衡位置时，合力一定为零 D. 物体到达平衡位置时，回复力不一定为零 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A．平衡位置就是回复力为零的位置，A正确；‎ BCD．单摆摆动经过平衡位置时，虽然回复力为零，但合力不为零，而是合力指向圆心，提供圆周运动的向心力，不处于平衡状态，BCD错误。‎ 故选A。‎ ‎12. 一个质点做简谐运动的图像如图示，下列叙述中正确的是(　　)．‎ A. 质点的振动频率为4 Hz B. 在10 s内质点经过的路程为‎20 cm C. 在5 s末，质点做简谐运动的相位为π D. t＝1.5 s和t＝4.5 s两时刻质点的位移大小相等，都是cm ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 由振动图像可直接得到周期T＝4 s，频率f＝＝0.25 Hz，故选项A是错误的．一个周期内做简谐运动的质点经过的路程是‎4A＝‎8 cm,10 s为2.5个周期，故质点经过的路程为‎20 cm，选项B是正确的．由图像知位移与时间的关系为x＝Asin(ωt＋φ0)＝0.02sinm.当t＝5 s时，其相位ωt＋φ0＝×5＝π，故C不正确．在1.5 s和4.5 s两时刻，质点位移相同，由位移与时间关系式得x＝0.02 sinm＝cm，故D正确．‎ ‎13.如图所示，一质量为M的木质框架放在水平桌面上，框架上悬挂一劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧下端拴接一质量为m的铁球。用手向下拉一小段距离后释放铁球，铁球便上下做简谐运动，则（　　）‎ A. 弹簧处于原长时的位置是铁球做简谐运动的平衡位置 B. 在小球从最高点向平衡位置运动的过程中小球的位移逐渐减小，回复力、加速度先减小后增大 C. 若铁球的振动周期恰好等于以铁球平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期，则该铁球的周期 D. 若弹簧振动过程的振幅可调，则当框架对地面的压力为零时，弹簧的压缩量为 ‎【答案】C ‎【解析】A．当弹簧的弹力等于重力时，小球所受的合力为零，该位置才是平衡位置，A错误；‎ B．在小球从最高点向平衡位置运动的过程中，小球的位移逐渐减小，回复力、加速度逐渐减小，B错误 C．在平衡位置时，弹簧的伸长量 由题可知，单摆的振动周期 C正确；‎ D．若弹簧振动过程的振幅可调，则当框架对地面的压力为零时，弹簧的压缩量为，D错误。故选C。‎ ‎14.某同学在学校实验室采用甲、乙单摆做实验时得到的振动图象分别如下图中甲、乙所示，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 甲、乙两单摆的摆长相等 B. 两摆球经过平衡位置时，速率可能相等 C. 乙单摆的振动方程是 D. 在任意相同时间内，两摆球的位移之比为10:7‎ ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】A．两个单摆的振动周期相同，都是2s，根据振动周期公式 可知两个单摆的摆长相等，A正确；‎ B．因为两个单摆的振幅不同，因此经过平衡位置时的速率不同，B错误；‎ C．由于乙的振幅为‎7cm，振动周期为2s，由图像可知振动方程为 C正确；‎ D．虽然振幅之比为10：7，但振动过程中，位移有时可能甲大，有时可能乙大，不能确定，D错误。故选AC。‎ 二、实验题 ‎15.利用“油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想，也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法．‎ ‎（1）某同学的操作步骤如下：‎ A．取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；‎ B．在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；‎ C．在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；‎ D．在浅盘上覆盖带方格的透明玻璃板，描出油膜形状，算出油膜的面积．‎ 该同学上述实验步骤中有问题的是________（填字母代号）．‎ ‎（2）若该同学计算出滴在水面上油酸酒精溶液中油酸的体积为V，测得单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径D=________．‎ ‎【答案】 (1). BC (2). V/s ‎【解析】‎ ‎【详解】①步骤B中在量筒中滴入N滴该溶液，测出它含有的油酸的体积；步骤D中为了测量油膜的面积，应撒入痱子粉，再滴入油酸溶液．‎ ‎②油酸分子直径为 ；‎ ‎16.一位同学做“用单摆测定重力加速度”的实验。‎ ‎(1)下列是供学生自主选择的器材。你认为应选用的器材是___________。‎ A.约‎1m长的细线 B.约‎0.3m长的铜丝 C.约‎0.8m长的橡皮筋 D.直径约‎1cm的实心木球 E.直径约‎1cm的实心钢球 F.直径约‎1cm的空心铝球 ‎(2)该同学在安装好如图所示的实验装置后，测得单摆的摆长为L，然后让小球在竖直平面内小角度摆动。当小球某次经过最低点时开始计时，在完成N次全振动时停止计时，测得时间为t。请写出测量当地重力加速度的表达式g=___________。（用以上测量的物理量和已知量的字母表示）‎ ‎(3)在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致通过计算所得的重力加速度的数值________。（选填“偏大“偏小”或“不变”）‎ ‎(4)为减小实验误差，该同学又多次改变摆长，测量多组对应的单摆周期，准备利用T2—L的关系图线求出当地重力加速度值。相关测量数据如下表：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ L/m ‎0.800‎ ‎0900‎ ‎1.000‎ ‎1.100‎ ‎1.200‎ T/s ‎1.79‎ ‎1.90‎ ‎2.01‎ ‎2.11‎ ‎2.20‎ T2/s2‎ ‎3.22‎ ‎3.61‎ ‎4.04‎ ‎4.45‎ ‎4.84‎ 该同学在下图中已标出第1、2、3、5次实验数据对应的坐标，请你在该图中用符号“+”标出与第4次实验数据对应的坐标点______，并画出T2—L关系图线_______。‎ ‎(5)根据绘制出T2—L关系图线，可求得g的测量值为___________m/s2。（计算结果保留2位效数字）‎ ‎(6)用多组实验数据做出T2—L图像，也可以求出重力加速度g。已知三位同学做出的T2—L图线的示意图如图中的a、b、c、d所示，其中a、b和d平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b，下列分析正确的是________（选填选项前的字母）。‎ A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次 C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值 D.出现图线d的原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长L ‎【答案】 (1). AE (2). (3). 偏小 (4). 见解析 见解析 (5). ‎9.5m/s2~‎9.9m/s2 (6). B ‎【解析】 ‎ ‎(1)[1]选质量轻，不可伸长的细线做为摆线，选体积小质量大的做为摆球，因此选AE。‎ ‎(2)[2]单摆的振动周期 根据单摆的振动周期公式 联立可得当地重力加速度 ‎(3)[3]由于松动后，摆长变长，因此摆长的测量值偏小，因此测得当地重力加速度偏小。‎ ‎(4)[4] [5]描点，连线，如图所示 ‎ (5)[6]根据 可知图象的斜率 根据图像的斜率求得当地重力加速度 ‎(6)[7]A．图线a中摆长为零时就已出现了振动周期，一定是摆长测量短了，原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长L，A错误；‎ B．出现图线c 时，相同摆长情况下，周期测量值变小，原因可能是误将49次全振动记为50次，B正确；‎ C．图线c斜率比图线b小，根据斜率 可知图线c对应的g值大于图线b对应的g值，C错误；‎ D．图线d中摆长有了一定的摆长时，振动周期还是零，一定是摆长测量长了，原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L，D错误。‎ 故选B。‎ 三、解答题 ‎17.如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，转动周期为6.28×10-2s，线圈的匝数n=100、电阻r=10Ω，面积S=‎0.1m2‎。线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。磁场的磁感应强度为0.2T。（π取3.14）求：‎ ‎(1)交流发电机产生的电动势的最大值；‎ ‎(2)写出从图示位置开始计时，通过R的电流瞬时表达式；‎ ‎(3)电路中交流电压表的示数。‎ ‎(4)线圈转动1分钟电阻R上产生的热。‎ ‎【答案】(1)200V；(2) ； (3) ； (4) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1) 电动势的最大值 ‎(2)电流的最大值 角速度 由于从垂直于中性面位置开始转动，因此电流的瞬时值表达式 ‎(3)电压表测量的是路端电压的有效值，为 ‎(4) 电流有效值为，1分钟电阻R上产生的热 ‎18.如图所示，劲度系数为k的轻质弹簧上端悬挂在天花板上，下端连接一个质量为M的物体A，A下面用细线悬挂一质量为m=‎0.5kg的物体B，此时系统处于静止状态。现剪断细线使B自由下落，当物体A向上运动第一次到达最高点时，弹簧对A的拉力大小恰好等于mg。已知k=100N/m，g=‎10m/s2且A、B可视作质点。求：‎ ‎(1)物体A的质量M是多少？‎ ‎(2)A做简谐运动的振幅是多少？‎ ‎【答案】(1)‎1kg；(2)‎‎5cm ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)剪断细线的瞬间，M做简谐振动，根据运动的对称性，在最高点和最低点时受力情况大小相等，方向相反，即 可得 ‎(2)在最低点时物体受到的合力为mg，因此振幅 ‎19.科学精神的核心是对未知的好奇与探究。小君同学想寻找教科书中“温度是分子平均动能的标志”这一结论的依据。她以氦气为研究对象进行了一番探究。经查阅资料得知：第一，理想气体的模型为气体分子可视为质点，分子问除了相互碰撞外，分子间无相互作用力；第二，一定质量的理想气体，其压强p与热力学温度T的关系式为p=nkT，式中n为单位体积内气体的分子数，k为常数。‎ 她猜想氦气分子的平均动能可能跟其压强有关。她尝试从理论上推导氦气的压强，于是建立如下模型：如图所示，正方体容器静止在水平面上，其内密封着理想气体—氦气，假设每个氦气分子的质量为m，氦气分子与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子的速度方向都与器壁垂直，且速率不变。请根据上述信息帮助小君完成下列问题：‎ ‎(1)设单位体积内氦气的分子数为n，且其热运动的平均速率为v。‎ ‎①求一个氦气分子与器壁碰撞一次受到的冲量大小I；‎ ‎②求该正方体容器内氦气的压强p；‎ ‎③请以本题中的氦气为例推导说明：温度是分子平均动能（即）的标志。‎ ‎(2)小君还想继续探究机械能的变化对氦气温度的影响，于是进行了大胆设想：如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，若氦气与外界不发生热传递，请你推断该容器中氦气的温度将怎样变化？并求出其温度变化量。‎ ‎【答案】(1) ①；②；③见解析；(2) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1) ‎ ‎①根据动量定理可得，碰撞一次受到的冲量大小 ‎②设立方体一个侧面的面积为S，在时间内，体积为 内的分子有（假设向各个方向的分子数相等）与该侧面相撞，因此与该面碰撞的分子数 这些分子受到的总冲量 根据动量定理 ‎ 代入数据，整理得 根据牛顿第三定律，该侧壁受到的平均压力 压强大小 ‎①‎ ‎③由于 p=nkT②‎ 将①②联立可得 由于分子的平均动能与热力学温度T成正比，与其它因素无关，故温度是分子平均动能的标志。‎ ‎(2)设立方体内有N个氦气分子，当氦气随容器匀速运动时，整个气体机械运动的动能为 设此时的温度为T1，气体分子的总内能为 突然停止后，设此时的温度为T2，则总内能为 根据能量守恒，这此分子机械运动的动能全部转化为内能 则升高的温度 代入数据，整理得 ‎20.研究分子势能是研究物体内能的重要内容。已知某物体中两个分子之间的势能Ep与两者之间距离r的关系曲线如图所示。‎ ‎(1)由图中可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小，并定性说明曲线斜率绝对值的大小及正负的物理意义；‎ ‎(2)假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为r1时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为Ep1，系统的动能与分子势能之和为E。请在如图所示的Ep—r曲线图象中的r轴上标出r1坐标的大致位置，并求出此时两分子之间的分子作用力大小。‎ ‎【答案】(1)当r=r0时两分子间相互作用力0，曲线斜率绝对值的大小表示分子间作用力的大小，曲线斜率为正时，分子力表现为引力，曲线斜率为负时，分子力表现为斥力；(2)见解析，此时两分子之间的分子作用力大小为 ‎【解析】 (1)分子力包括分子引力和分子斥力，这两个力的合力就是分子间相互作用力，有 根据能量守恒，分子势能的减少量等于分子作用力做的功，即 图像斜率为 由图象可知，分子间距离为时，分子势能最小，；当小于时，分子势能随的增大而减小，作用力表现为斥力，此时图像斜率为负，当大于时，分子势能随的增大而增大，作用力表现为引力，此时图像斜率为正，当时，分子间作用力为零，此时图像斜率为零；根据上述分析，曲线斜率绝对值的大小表示分子间作用力的大小，曲线斜率为正时，分子力表现为引力，曲线斜率为负时，分子力表现为斥力。‎ ‎(2)由于做的是匀速圆周运动，分子作用力表现应该是引力，此时分子的加速度最大，即分子力最大，故在势能与两者之间距离的关系曲线中，在右边曲线斜率最大的点上，如下图所示 由题意可知 联立解得