安徽省合肥市重点中学2023-2024学年高二上学期素质拓展八（月考）物理试卷（含解析）

合肥市重点中学2023-2024学年高二上学期素质拓展八物理
一、选择题：本题共10小题，共46分。1-7题为单选题，每小题4分；8-10题为多选题，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1.下列有关光现象的说法中正确的是( )
A.在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越短，衍射现象越明显
B.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波
2.“香炉初上日，瀑水喷成虹”是孟浩然在《彭蠡湖中望庐山》的描述彩虹的诗句，彩虹的形成原理可简化为如图，阳光由空气射入球形水滴后，可分成颜色不同的单色光，其中a、b是射出的两束单色光，则下列说法正确的是( )
A.彩虹的形成是光的干涉现象 B.a光在水滴中的折射率大于b光
C.在真空中，a光的波长大于b光 D.在水中，a光的传播速度大于b光
3.为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是( )
A.在水中a光波速大于b光
B.a光的频率小于b光
C.用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小
D.若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光也一定能发生明显衍射现象
4.一列简谐横波沿x轴正方向传播，从某时刻开始计时，在t=6s时的波形如图(a)所示。在x轴正向距离原点小于一个波长的A质点，其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是( )
A.A质点在t=3s与t=7s时刻速度方向相反
B.A点的平衡位置离原点的距离为x=0.25m
C.t=9s时，平衡位置在x=1.7m处的质点加速度方向
D.t=13.5s时，平衡位置在x=1.4m处的质点位移为正值
5.将一个质量为m的小球从某一高度以速度竖直向上抛出，落回抛出点的速度大小为，在运动过程中，小球受到的阻力大小与速度大小成正比()。小球从抛出点到回到抛出点的过程中，下列说法正确的是( )
A.阻力的冲量为0 B.重力的冲量大小为
C.小球上升过程的时间大于下降过程的时间 D.小球在这个过程中运动的总时间大于
6.如图所示，平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子和粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子和粒子的质量之比为1：4，电荷量之比为1：2，则下列判断中正确的是( )
A.两种粒子进入偏转电场时的动能相等 B.两种粒子在偏转电场中的运动时间相等
C.粒子射出电场时速度的偏角之比为1：2 D.偏转电场的电场力对两种粒子做功之比为1：2
7.在x轴上一带正电的粒子(重力不计)仅在电场力作用下以原点О为中心，沿x轴做往返运动，x轴上各点电势如图所示。若该粒子的质量为m，电荷量为q，其运动过程中电势能与动能之和为，则下列说法正确的是( )
A.粒子在往返运动过程中能通过处
B.粒子在时其动能为且大于电势能
C.粒子沿x轴往返运动，一个周期内的路程为
D.原点О与之间的电场为匀强电场，电场强度大小为
8.一质量为1kg、带电量为+1C的小球，以初速度10m/s冲上一质量为4kg，半径为1m的四分之一绝缘光滑圆槽。整个空间置于竖直向下，电场强度为10N/C的匀强电场中。所有接触面均光滑，则从小球开始冲上圆槽到上升到最高点过程中，下列说法正确的是( )(重力加速度g=10m/s2)
A.小球和槽组成系统机械能守恒 B.小球和槽之间的弹力对槽做正功
C.整个过程小球的电势能增加了21J D.小球离开槽后继续上升的高度为1m
9.光纤主要由折射率不同的纤芯与外套组成，在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况会降低信号传输质量。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同((如图)，沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时较长。为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为，外套折射率为。在入射端，光脉冲宽度(即光持续时间)为，在接收端光脉冲宽度(即光持续时间)为，( )
A.外套材料的折射率变小，与的差值不变
B.内芯材料的折射率越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出
C.入射光波长变短，与的差值不变
D.光纤的直径变小，与的差值不变
10.如图，一光滑斜面固定在水平地面上，斜面倾角为45°，其底端固定一轻质弹簧，将质量为m的物块从斜面顶端由静止释放，顶端距弹簧上端距离为l，弹簧的劲度系数为k，弹簧的最大压缩量为，已知，弹簧弹性势能为，其中x是形变量，简谐运动周期，则下列说法正确的是( )
A.速度最大时的压缩量为
B.物块的最大动能为
C.物块的最大加速度为
D.从静止释放到压缩量最大的时间为
二、实验题(本题共9分，每空3分)
11.(1)“测量玻璃的折射率”的实验中，某同学在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图甲所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“*”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4，在插P3和P4时，应使_________。(选填正确选项前的字母)
A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
D.插上大头针P4，使P4仅挡住P3
(2)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，下列说法正确的是__________。(选填正确选项前的字母)
A.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
B.如果光在界面aa′的入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖
C.不论光以什么角度从aa′射入，经一次折射后到达界面bb'都能射出
(3)另一位同学在“测量玻璃的折射率"实验中，为了防止笔尖碰到玻璃砖面而损伤玻璃砖，该同学画出的玻璃砖界面aa′、bb'如图乙所示。其他操作均正确，该同学测得的折射率与真实值相比_________。(填“偏大”“偏小”或“不变”)
三、计算题(本大题共3小题，共45分，每题15分)
12.如图甲，神舟十六号从空间站返回的第一步动作在大约h=390公里的高度完成，飞船通过两次调整姿态后，变成推进舱在前，返回舱在后，主发动机点火开始制动减速。现把制动减速过程简化为如图乙所示，设返、推组合体减速前的总质量为m0(包括发动机喷出的气体)，减速前的速度大小为(相对地球)，主发动机点火后推进舱喷气，在t(很短)时间内推进舱把质量为0.1m0的气体以速率(相对地球)喷出。由于减速制动时间短，可认为返、推组合体减速前、后速度及的方向均在同一直线上，除了组合体与喷出气体间的作用外，不考虑其他力的影响。
(1)分析说明的方向；
(2)求减速制动后瞬间返、推组合体的速度大小；
(3)求减速制动过程返、推组合体受到的平均作用力。
13.如图所示，矩形abcd为一棱镜的横截面，M为ad边的中点，ab的长度为2L。一束光自M点射入棱镜，入射角为i=45°，已知该光在棱镜中折射率n=，真空中光速为c，求：
(1)折射角r和光在棱镜中发生全反射的临界角C；
(2)改变入射角，当光垂直ad入射时，光从端面ad第一次传播到bc的时间t。
14.如图所示，竖直平面内有一固定绝缘轨道ABCDP，由半径r=0.5m的圆弧轨道CDP和与之相切于C点的水平轨道ABC组成，圆弧轨道的直径DP与竖直半径OC间的夹角θ=37°。质量m1=0.2kg的不带电绝缘滑块以初速度=6m/s沿轨道向右运动，与静止在B点的带正电小球发生弹性正碰，小球质量m2=0.4kg、电荷量q=1×10-5C，碰后小球沿轨道运动，小球的右侧空间存在水平向右的匀强电场。小球到达Р点时恰好和轨道间无挤压且所受合力方向指向圆心。小球和滑块均视为质点，碰撞过程中小球的电荷量不变，不计一切摩擦。(取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8)
(1)求碰后瞬间小球的速度大小；
(2)求匀强电场的电场强度大小E及小球到达Р点时的速度大小；
(3)求B、C两点间的距离x。
参考答案
1.C
【详解】A.根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A错误；
B.根据可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B错误；
C.光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确；
D.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。故选C。
2.B
【详解】A.彩虹的形成是光的折射现象，A错误；
BC.由图可知当从空气射入水滴中时，入射角相同，a光的折射角大于b光，根据光的折射定律，故a光的折射率大于b光，a光的频率大于b光，a光的波长小于b光，B正确、C错误；
D.由波速公式，a光的波速小于b光，选项D错误。故选B。
3.C
【详解】AB.做出光路图，如图所示
在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，根据可知a光的折射率较大，由可得，知a光在水中的传播速度比b光小，a光的频率高于b光，A错误，B错误；
C.由上述分析可知a光波长短，又由双缝干涉条纹间距公式A，可知用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，C正确；
D.单缝的尺寸小于光波的波长，或与波长差不多能发生明显的衍射，由于a的波长小于b的波长，所以若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光不一定能发生明显衍射现象，D错误。
故选C。
4.C
【详解】A.由图a可知，波长为=2m，由图b可知周期为T=4.0s，则波速=0.5m/s。
故3s和7s时刻相差一个周期时间，运动情况相同，速度方向相同，故A错误；
B.由b图可知，t=6.0s时质点的位置与t=10.0s时相同，位移为
再结合a图中可知A点的平衡位置离原点的距离为x=1.25m
故B错误；
C.根据t=9s与t=6s的时间差为=9s-6s=3s=，则平衡位置在x=1.7m处的质点在波形图上再振动的时间，x=1.5m的质点处于平衡位置，x=2.0m的质点处于波峰，则x=1.7m处的质点正在正的位移处向平衡位置振动，故加速度为沿着y轴负方向，故C正确；
D.根据t=13.5s与t=6s的时间差为=13.5s-6s=7.5s=
则平衡位置在x=1.4m处的质点在波形图上再振动超过的时间，x=1.0m的质点处于波谷，x=1.5m的质点处于平衡位置，则x=1.4m的质点位移为负，故D错误。
故选C。
5.A
【详解】A.设竖直向下为正方向，根据冲量得表达式可知阻力的冲量为，所以从抛出点到回到抛出点的过程中位移为零，阻力的冲量为零，故A正确；
BD.根据动量定理可知，所以小球在这个过程中运动的总时间为，故BD错误；
C.在位移相同处，上升小球的速度大于下降小球的速度，上升的位移合下降的位移相等，所以上升过程的时间小于下降过程的位移，故C错误；
故选A。
6.D
【详解】A.在加速电场中有
两个粒子的带电量不同，所以两种粒子进入偏转电场时的动能不相等，故A错误；
B.由，可得
粒子在偏转电场中的运动时间
两个粒子比荷不同，所以在偏转电场中的运动时间不相等，故B错误；
CD.在偏转电场中有，，，联立可得，，
则粒子射出电场时速度偏角的正切
所以粒子射出电场时速度的偏角之比为1：1，偏转电场的电场力对两种粒子做功
可得偏转电场的电场力对两种粒子做功之比为1：2，故C错误，D正确。故选D。
7.C
【详解】AC.因为电势能与动能之和为，当动能为零时，电势能为，则此时其所处电势，由图像可知，向右最多可达到处，向左最多可达到处，故一个周期内的路程为
，故A错误，C正确；
B.根据图像可知，粒子在时，其电势能为
此时动能为，故B错误;
D.图像斜率表示电场强度，由图知，原点О与之间的电场为匀强电场，强度大小为，故D错误。故选C。
8.BD
【详解】A.小球和槽组成系统除了重力做功之外，还有电场力做功，所以机械能不守恒。故A错误；B.小球对槽的弹力斜向右下，地面光滑，槽的位移水平向右，所以该弹力对槽做正功。故B正确；C.整个过程电场力对小球做功为=-10J
可知小球的电势能增加了10J。故C错误；
D.小球开始冲上圆槽到上升到最高点过程，系统水平方向动量守恒，可得
设小球离开槽后继续上升的高度为h，由能量守恒，可得
联立，解得h=1m故D正确。故选BD。
9.BD
【详解】B.根据，可知内芯材料的折射率越大，全反射的临界角C越小，越容易发生全反射，则光脉冲将越不容易从外套“漏”出，故B正确；
ACD.设光纤的长度为L，则光通过光纤轴线传输用时最短，光在光纤中的速度
则最短时间有
设光从左端面以入射，折射角为，在侧面发生全反射时的入射角和反射角为，如图所示：
如果就是光在光导纤维全反射的临界角C，则光在介质中的传播时间为最长，则
所以光通过光导纤维所用的最长时间为
故
所以外套材料的折射率变小，与的差值变大，选用波长更短的光时，频率越大，折射半越大，越大，与的差值变大，而的表达式与光纤的直径无关，AC错误，D正确。
故选BD。
10.ABD
【详解】A.速度最大时合力为零，则
得，A正确；
B.根据机械能守恒
得，B正确；
C.弹簧压缩量最大时，根据牛顿第二定律，
得最大加速度为，C错误；
D.从释放到与弹簧接触的过程中，加速度为
时间为
振幅为
压缩弹簧到平衡位置的过程中，位移为振幅的，时间为
从平衡位置到压缩量最大的时间为
从静止释放到压缩量最大的时间为
得，D正确。
故选ABD。
11.BC/CB；AC/CA；偏小
【详解】(1)[1]大头针P1、P2、P3、P4理论上都应在同一光路上，所以该同学接下来要完成的必要步骤有：插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像，接着插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
故选BC；
(2)[2]A.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故A正确；
B.全反射必须是光由光密介质射向与光疏介质的交界面时才能发生，所以即使光在界面aa′的入射角大于临界角，光也不会发生全反射，而一定会折射进入玻璃砖，故B错误；
C.根据光路的可逆性可知，光在aa′的入射角为β，根据折射定律有
不论光以什么角度从aa′射入，经一次折射后到达界面bb′时的入射角都会小于全反射临界角，所以都能射出，故C正确。
故选AC；
(3)[3]如图所示
实线为实际的光路图，虚线为实验中作出的折射光线，可知作出的折射光线相比实际折射光线沿逆时针转动了一个角度，所以折射角α的测量值大于真实值，而由于玻璃砖上表面与aa′平行，所以入射角β的测量值等于真实值，因此玻璃砖折射率的测量值比真实值偏小。
12.(1)见解析；(2)；(3)
【详解】(1)返、推组合体要减速制动，根据牛顿运动定律可知，推进舱主发动机喷气的方向与的方向相同，即向前喷气。
(2)返、推组合体喷气获得的反推力沿切线方向，在此方向上，根据动量守恒定律定律有
解得
(3)减速制动过程，以发动机喷出气体为研究对象，根据动量定理有
解得
根据牛顿第三定律有，返、推组合体受到的平均作用力.
13.(1)r=30°，C=45°：(2)
【详解】(1)由折射定律
可得
可得折射角为r=30°
该棱镜全反射临界角C满足，
解得C=45°.
(2)当光垂直ad入射时，如图所示
光在该棱镜中传播的速度为
光由ad到bc的路程为Sab=2L
则时间为
14.(1)4m/s；(2)3×105N/C，2.5m/s；(3)0.85m
【详解】(1)滑块与小球发生弹性正碰，设碰后滑块、小球的速度大小分别为、，则由动量守恒定律得
由能量守恒得
联立解得
=4m/s=
(2)小球到达Р点时，受力如图所示
则有
解得E=3×105N/C
小球所受重力与电场力的合力大小为
小球到达Р点时，由牛顿第二定律有
解得=2.5m/s
(3)对小球碰后运动到Р点的过程，根据动能定理有
解得=0.85m