2022-2023学年河北省石家庄高级中学高一（下）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年河北省石家庄高级中学高一（下）期末物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共7小题，共28分）
1. 如图所示是研究光的双缝干涉的示意图，挡板上有两条狭缝、，由和发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为，屏上的点到两缝和的距离相等，如果把处的亮条纹记作第号亮条纹，由向上数，与号亮条纹相邻的亮条纹为号亮条纹，与号亮条纹相邻的亮条纹为号亮条纹，则处的亮条纹恰好是号亮条纹。设直线的长度为，的长度为，则等于( )
A. B. C. D.
2. 装有砂粒的试管竖直静立于水面，如图所示，将管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动．若取竖直向上为正方向，则如图所示描述试管振动的图象中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
3. 如图所示，有一半径为、密度均匀的球体，在距离球心为的地方有一质点，球体和该质点间的万有引力大小为。现从球体中心挖去半径为的球体，则球体的剩余部分对该质点的万有引力大小为( )
A. B. C. D.
4. 某机械波沿轴正方向传播，在时刻波形如图所示。已知该波的周期，则该波( )
A. 波长 B. 此时点的运动方向向下
C. 在内，质点通过的路程是 D. 在时，点正好处在平衡位置
5. 如图所示，一束单色光从一折射率为的平板玻璃砖的上表面点以入射角射入，经过时间穿过玻璃砖从下表面射出．若把玻璃砖取走，该单色光将通过点，且从到的时间为则与比较，正确的是( )
A. B. C. D. 以上情况都有可能
6. 年月日蹦床世锦赛在保加利亚结束，中国蹦床队夺得女子网上团体金牌。假设队员胡译乘的质量为，从离水平网面高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面高处。若该队员与网接触的时间为，重力加速度取，不计空气阻力，规定竖直向下为正方向，下列说法正确的是( )
A. 该队员与网刚分离时的动量为
B. 该队员与网接触的这段时间内动量的改变量为
C. 网对该队员的平均作用力大小
D. 在整个过程中该队员所受重力的冲量为
7. 年月日，北京冬奥会冰壶比赛在“冰立方”拉开帷幕，比赛场地如图所示。比赛时运动员在点将冰壶用力推出，作用时间极短可忽略不计，冰壶运动至营垒中的点刚好停下，、两点之间的距离。假设冰壶与冰面之间的动摩擦因数为，冰壶的质量为，取，则下列说法正确的是( )
A. 运动员给冰壶的初速度为
B. 摩擦力的平均功率为
C. 整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比为：
D. 整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比为：
二、多选题（本大题共3小题，共18分）
8. 木星有颗卫星是伽利略发现的，称为伽利略卫星，其中木卫一、木卫二的公转周期之比为：。若两颗卫星各自仅受木星引力作用，且运行轨道均为圆周，下列说法正确的是( )
A. 木卫一和木卫二的轨道半径之比为
B. 木卫一和木卫二的轨道半径之比为
C. 木卫一和木卫二的线速度大小之比为
D. 木卫一和木卫二的线速度大小之比为
9. 如图所示，竖直固定一半径为表面粗糙的四分之一圆弧轨道，其圆心与点等高。一质量的小物块在不另外施力的情况下，能以速度沿轨道自点匀速率运动到点，圆弧与圆弧长度相等，重力加速度，，下列说法正确的是( )
A. 在从到的过程中重力对小物块做功功率先增大后减小
B. 小物块经过点时，重力的瞬时功率约为
C. 小物块在段和段摩擦力的功率之比：

D. 运动到点时，小物块对圆弧轨道的压力大小约为
10. 如图所示，实线是沿轴传播的一列简谐横波在时刻的波形图，虚线是这列波在时刻的波形图。已知该波的波速是，则下列说法正确的是( )
A. 这列波的波长是
B. 这列波的周期是
C. 这列波可能是沿轴正方向传播的
D. 时，处的质点速度沿轴负方向
E. 时，处的质点速度沿轴负方向
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共16分）
11. 某同学利用单摆测量重力加速度的装置如图甲所示。
关于实验操作，下列说法正确的是______ 。
A.摆线要选择较细且伸缩性较小的，并且尽可能长一些
B.摆球尽量选择质量较大且体积较小的
C.为使单摆的周期大一些，开始时要让摆角尽可能大
D.用刻度尺测量摆线的长度作为单摆的摆长
实验时，测量摆长和周期，改变摆长，测出几组摆长和对应的周期的数据，作出图像如图乙所示。
利用、两点的坐标求得的重力加速度表达式 ______ ；
利用图像计算重力加速度，可以消除因摆球质量分布不均匀而造成的测量误差，请简要说明理由______ 。
12. 某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车的前端粘有橡皮泥，推动小车使之做匀速运动，然后与原来静止的小车相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，装置如图所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为，长木板垫着小木片以平衡摩擦力。
纸带上各计时点间距如图，点为起点，则应选________段计算碰前的速度，且________；应选________段来计算碰后的共同速度，且________。所有结果保留三位有效数字
两个小车的质量分别为和，若相碰前后的动量守恒，其表达式可以表示为_________________________。物理量用符号表示
四、计算题（本大题共3小题，共38分）
13. 年香港中文大学校长高锟在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递，引发了光导纤维的研发热潮，年康宁公司最先发明并制造出世界第一根可用于光通信的光纤，使光纤通信得以广泛应用。被视为光纤通信的里程碑之一，高锟也因此被国际公认为“光纤之父”。如图为某种新型光导纤维材料的一小段，材料呈圆柱状，半径为，长度为，将一束光从底部中心点以人射角射入，已知光在真空中的速度为。
若已知这种材料的折射率为，入射角，求光线穿过这段材料所需的时间；
这种材料的优势是无论入射角为多少，材料侧面始终不会有光线射出，求材料的折射率的最小值。
14. 如图所示，质量为的滑块，在水平力作用下静止在倾角为的光滑斜面上，斜面的末端与水平传送带相接物块经过此位置滑上皮带时无能量损失，传送带的运行速度为，长为今将水平力撤去，当滑块滑到传送带右端时，恰好与传送带速度相同．已知滑块与传送带间的动摩擦因数为求：
水平力撤去后，滑块在斜面上的加速度大小；
滑块下滑的高度；
若滑块进入传送带时速度大于，则滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量为多少．
15. 如图所示，段是长为的粗糙水平轨道，段是半径为的光滑竖直半圆形轨道，两段轨道在点处平滑连接，质量均为的滑块和滑块分别静止于点和点。现用力对滑块施加一水平向右的瞬时冲量，使其以的初速度沿轨道运动，与滑块发生碰撞，碰后二者立即粘在一起沿轨道运动并通过点。已知两滑块与水平轨道间的动摩擦因数，半圆形轨道的直径沿竖直方向，重力加速度为，滑块和均可视为质点。求：
力对滑块所做的功；
滑块和滑块组成的系统在碰撞过程中损失的机械能；
滑块和滑块经过点时对轨道压力的大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
当光屏上的点与双缝的路程差等于波长的整数倍时，出现亮条纹，根据该关系求出的大小。
解决本题的关键知道当路程差是波长的整数倍，光屏上出现亮条纹，当路程差等于半波长的奇数倍，光屏上出现暗条纹。
【解答】
当路程差等于波长的整数倍时，出现亮条纹，可知，第号亮纹到达双缝的路程差等于。故B正确，ACD错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题关键明确简谐运动的图象是正弦或余弦曲线，找出计时起点的位移即可，基础题．
试管的运动是简谐运动，其位移时间关系图象是正弦或余弦曲线，计时起点位置在平衡位置上方最大位移处．
【解答】
根据题中规定的正方向，开始计时时刻位移为正的最大值，由于简谐运动的图象是正弦或余弦曲线，可知D正确．
故选D．
3.【答案】
【解析】解：设质点的质量为，挖去小球前，根据万有引力定律，球与质点万有引力大小
设挖去球体质量为，球体密度为，则有，
联立可得
根据万有引力定律，被挖部分对质点的引力大小为
则剩余部分对质点的万有引力大小，故D正确，ABC错误。
故选：。
根据体积关系，求出挖去部分的质量。用没挖之前球对质点的万有引力，减去被挖部分对质点的万有引力，就是剩余部分对质点的万有引力。
掌握割补思想是解决本题的主要入手点，掌握万有引力定律公式是解题的基础。
4.【答案】
【解析】
【分析】
由图得到波长；根据质点位置得到运动方向；根据运动时间和周期的关系，由振幅求得路程；根据传播方向得到质点振动方向，从而根据振动周期得到质点振动。机械振动问题中，一般根据振动图或质点振动得到周期、质点振动方向；再根据波形图得到波长和波的传播方向，从而得到波速及质点振动，进而根据周期得到路程。
【解答】
解：、由图可得：波长，故A错误；
B、根据质点在波峰位置可得：质点的速度为零，故B错误；
C、根据周期可得：在内，质点通过的路程是，故C错误；
D、由图可得：时，质点在平衡位置；故在时，点正好处在平衡位置，故D正确；
故选：。
5.【答案】
【解析】
【分析】
作出光路图，由折射定律求出折射角，设玻璃砖的厚度为，由数学知识求出光线在玻璃砖内传播的路程，由求出光线在玻璃砖内传播的速度，再求出再与比较．
本题是折射率公式和光速公式的综合应用，作出光路图是基础．
【解答】
设玻璃砖的厚度为，由，；
作出光路图，由折射定律得，，解得，折射角，
光线在玻璃砖内传播的路程为，由得，光线在玻璃砖内传播的速度为．
则所以．
故选B
6.【答案】
【解析】解：、刚与网分离时的速度大小，此时的动量大小，方向竖直向上，故A错误；
B、下到网面时的速度，此时的动量大小，方向竖直向下，这段时间动量的改变量的，故B错误；
C、，可得力的大小，故C正确；
D、下降到网面的时间，从网面上升到最高点所用的时间，运动员整个过程中所用的时间为，重力的冲量，故D错误。
故选：。
将下落到网面的速度，反弹离开网面的速度分别算出来，然后利用动量，冲量，动量定理来计算，
利用动量定理时，一定要注意方向不能搞错。
7.【答案】
【解析】解：、从到，根据动能定理可得：，解得，故A错误；
B、在整个运动过程中的平均速度为，受到的摩擦力，故摩擦力的平均功率为，故B正确；
、在整个过程中，根据动能定理可得：，解得，故整个过程中摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比为：，故CD错误；
故选：。
从到根据动能定理求得初速度，冰壶做匀减速直线运动，根据运动学公式求得平均速度，由求得平均功率，在整个运动过程中根据动能定理求得摩擦力对冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功之比。
本题主要考查了动能定理和平均功率的计算，抓住，当为平均速度时，计算出的功率为平均功率。
8.【答案】
【解析】解：、根据万有引力提供向心力有：
解得：
木卫一、木卫二的公转周期之比约为：所以木卫一和木卫二的轨道半径之比约为，故A错误，B正确；
、根据
解得
可知木卫一和木卫二的线速度大小之比为，故C正确，D错误；
故选：。
研究卫星绕木星做匀速圆周运动，根据万有引力提供圆周运动所需的向心力，列出等式表示出线速度、周期，结合轨道半径的比例关系解答。
要比较两个物理量大小，我们应该把这个物理量先表示出来，再进行比较．向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用．
9.【答案】
【解析】解：在从至的过程中，小物块速率大小不变，速度在坚直方向的分速度越来越小，根据
可知重力对小物块做功的瞬时功率减小，故A错误；
B.小物块经过点时，重力的瞬时功率为，故B正确；
C.由动能定理可知，小物块在段摩擦力所做的功
小物块在段摩擦力所做的功
小物块做匀速运动，在段与在段运动时间相等，可得，故C正确；
D.在点由牛顿第二定律有，解得
根据牛顿第三定律可知运动到点时，小物块对圆弧轨道的压力大小约为，故D正确。
故选：。
物体做匀速圆周运动，合力提供向心力，不做功，根据求得瞬时功率，从到和从到根据动能定理求得摩擦力做功，在点根据牛顿定律求得与轨道的相互作用。
本题主要考查了向心力，动能定理，关键是正确地选取研究过程，利用动能定理求得克服摩擦力做功，在点求得物体对轨道的压力时需要结合牛顿第三定律判断。
10.【答案】
【解析】解：、从图中可以看出波长等于，故A正确；
B、由已知得波速，则周期为，故B正确；
C、经过即经过周期，经过一个周期知道回到原位置，即只看经过周期的振动情况即可，根据波形的平移法可得知，该波轴负方向传播，故C错误；
由于该波向左传播，所以根据振动和波动关系可知时刻，处的质点的质点速度沿沿轴正方向，时刻，处的质点速度沿轴负方向，故D错误，E正确。
故选：。
从图象中可以知道波长为，根据波速可以求出周期，然后根据波动、振动进一步确定波的传播方向．
本题给出两个时刻的波形图，让从中获取信息求解，题意新颖，有一定难度．在解题是可以通过特殊点来确定，如平衡位置、波峰、波谷等．
11.【答案】 图象的斜率不变
【解析】解：、为保持摆长不变减小实验误差，摆线要选择较细且伸缩性较小的，并且尽可能长一些，故A正确；
B、为减小空气阻力对实验的影响，摆球尽量选择质量较大且体积较小的，故B正确；
C、单摆在摆角小于时的运动是简谐运动，单摆摆角不能太大，故C错误；
D、摆线长度与摆球半径之和是单摆摆长，故D错误。
故选：。
由单摆周期公式可知：，图象的斜率，解得：
摆球质量分布不均匀，设摆球重心到摆线与摆球结点的距离为，摆线长度为，则单摆摆长，
由单摆周期公式可知：，图象的斜率不变，可以消除实验误差。
故答案为：；； 图象的斜率不变。
根据实验原理与实验注意事项分析答题。
根据单摆周期公式求出图像的函数表达式，根据图示图像求出重力加速度；
根据图像法处理实验数据的的原理分析摆球质量分布不均匀对实验的影响。
理解实验原理是解题的前提，根据单摆周期公式求出图象的函数表达式即可解题。
12.【答案】；；；；
【解析】
【分析】
本题考查了验证动量守恒定律实验，分析清楚小车运动过程，运用速度公式、动量计算公式即可正确解题，要掌握根据纸带求速度的方法。
【解答】
，推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；
碰前小车的速度为：
碰撞过程是一个变速运动的过程，而和碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度；
碰后小车的共同速度为：
根据动量守恒定律，表达式为。
故答案为：；；；； 。

13.【答案】解：如图所示
由折射定律可得
解得
根据几何关系，光在圆柱体中的路程为
又
传播时间为
解得，光线穿过这段材料所需的时间为
如图所示
若将逐渐增大，图中也将不断增大，而光线在侧面的入射角将不断减小。当趋近于时，由折射定律及全反射可知，图中将趋于临界角，而此时光线射到侧面处时的入射角将达到最小，若此时刚好发生全反射，则所有到达侧面的光线将全部发生全反射，不会从侧面射出。因此可得
联合以上各式解得折射率的最小值为
答：光线穿过这段材料所需的时间为；
这种材料的优势是无论入射角为多少，材料侧面始终不会有光线射出，材料的折射率的最小值为。
【解析】作出光路图，根据折射定律结合求出光在玻璃中传播速度，由几何关系求出光传播的路程，再求出时间；
根据光路图，结合几何关系分析，根据全反射临界角可解得折射率范围。
本题是几何光学问题，要能熟练运用光的折射定律、反射定律，还要利用光的几何特性，来寻找角与角的关系，从而算出结果。
14.【答案】解：滑块受到重力和支持力处于匀加速直线运动状态，根据牛顿第二定律，有：
解得：
设滑块从高为处下滑，到达斜面底端速度为，下滑过程机械能守恒：
解得：；
若滑块冲上传送带的速度小于传送带速度，则滑块在传送带上由于受到向右的滑动摩擦力而做匀加速运动，根据动能定理有：
联立解得：；
若滑块冲上传送带时的速度大于传送带的速度，则滑块由于受到向左的滑动摩擦力而做匀减速运动，根据动能定理：
解得：
故滑块下滑的高度可能为，也可能为；
设滑块在传送带上运动的时间为，则时间内传送带的位移：
由机械能守恒可知：
解得：
对滑块由运动学公式知：，且
联立解得：
滑块相对传送带滑动的位移
相对滑动生成的热量．
【解析】本题考查了动能定理及机械能守恒，在研究传送带问题时，要注意传送带与滑块速度间的关系，从而确定出滑块的运动情况；注意热量一般由摩擦力乘以相对位移求出．
15.【答案】解：根据动能定理可得：；
设和碰撞前的速度大小为，从到运动过程中，根据动能定理可得：
解得：
取向右为正方向，根据动量守恒定律可得：
解得：
碰撞过程中损失的机械能
联立解得：；
设二者达到点的速度大小为，从到根据动能定理可得：
在点，取向下为正分向，根据牛顿第二定律可得：
联立解得：，方向向下；
根据牛顿第三定律可得对轨道压力的大小，方向向上。

【解析】本题主要是考查了动量守恒定律、动能定理、竖直方向的圆周运动以及能量守恒定律等；对于动量守恒定律，其守恒条件是：系统不受外力作用或某一方向不受外力作用或合外力为零；解答时要首先确定一个正方向，利用碰撞前系统的动量和碰撞后系统的动量相等列方程，再根据能量关系列方程求解。
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