山东省实验中学2023-2024学年高二（下）开学物理试卷（含解析）

2023-2024学年山东省实验中学高二（下）开学物理试卷
一、选择题（本大题共12小题，第1-8题每题3分，第9-12题每题4分，共40分）
1.近年来我国的航空事业迅速发展，战机的超音速飞行已十分普遍。当战机在上空返航时，地面上的人经常会听到一声雷鸣般的巨响，引起房屋门窗的剧烈颤动。这是因为飞机返航加速过程中，当飞机速度接近声速时会使发动机发出的声波波面在飞机的前方堆积形成音障，当飞机加速冲破音障时而发出的巨大响声，称为音爆。关于音障的形成与下列哪种现象的形成原理最为相近( )
A. 音叉周围有些区域声音较强，有些区域声音较弱
B. 敲响一只音叉，不远处的另一只音叉也发出声音
C. 火车进站时鸣笛的音调会变高，出站时会变低
D. 在屋外看不见屋内的人，却能听见屋内人说话
2.做简谐运动的物体，其位移随时间的变化规律为，则下列说法正确的是( )
A. 它的振幅为
B. 它的周期为
C. 它的初相位是
D. 它在周期内通过的路程可能是
3.如图所示为水面上的两列相互干涉的波在某时刻的叠加情况，以波源、为圆心的两组同心圆弧分别表示该时刻两列波的波峰实线和波谷虚线，已知的振幅为，的振幅为，下列说法正确的是( )
A. 质点、在该时刻的高度差为 B. 再过半个周期，质点是振动加强点
C. 质点的振幅为 D. 图中围成的区域为振动加强区
4.井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井水面在井口之下，两井底部各有一只青蛙，则( )
A. 水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B. 枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C. 水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D. 两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
5.如图所示，有一条均匀的弹性绳，、、、、是绳上一系列等间隔的点．现有一列简谐横波沿此绳传播．某时刻，绳上点的位移向上且达到最大值、点的位移为零且向上运动．则再经过个周期，图乙所给弹性绳上某些质点的位置和振动方向只画出其中一段绳上某四个质点的情况的四个图中，可能正确的是( )
A. B.
C. D.
6.一列波长大于的横波沿着轴正方向传播，处在和的两质点、的振动图象如图所示，由此可知( )
A. 波长为
B. 波速为
C. 末、两质点的位移相同
D. 末点的振动速度大于点的振动速度
7.图示为一列沿轴负方向传播的简谐横波，实线为时刻的波形图，虚线为时的波形图，波的周期，则( )
A. 波的周期为 B. 在时，点沿轴正方向运动
C. 经过，点经过的路程为 D. 在时，点到达波峰位置
8.某同学在探究简谐振动的规律时做了如下实验：如图，将弹簧的上端与力传感器相连，下端与一小球连接，小球质量为，静止在点，现让小球做简谐运动，振幅为，以点为坐标原点，竖直向上为正方向，并取小球经过点向上运动时为计时零点，描绘出了小球所受弹力与时间的变化图象，其中正确的是( )
A. B.
C. D.
9.如图所示，两列简谐横波分别沿轴正方向和负方向传播。已知两波源分别位于和处，振幅均为，波速均为。时刻，平衡位置处于和的、两质点刚开始振动。质点的平衡位置处于处，以下说法正确的是( )
A. 时，处质点的位移为
B. 时，质点振动方向向上，质点振动方向向下
C. 两列波相遇分开后，各自的振幅、周期均保持不变
D. 时，平衡位置处于之间的质点位移均为
10.一列简谐横波，某时刻的图象如图甲所示，从该时刻开始计时，质点的振动图象如图乙所示，则( )
A. 波沿轴正向传播
B. 波速是
C. 经过，质点通过的路程是
D. 质点比质点先回到平衡位置
11.一列沿轴正方向传播的简谐横波在时刻的波形如图所示，此时波恰好传到平衡位置在处的点。已知平衡位置在处的点在内运动的路程为，则下列说法正确的是( )
A. 点的起振方向沿轴负方向
B. 点振动的周期为
C. 该波的传播速度大小为
D. 质点的振动方程为
12.在点有一波源，时刻开始向上振动，形成向右传播的一列横波。时，距离点为的点第一次达到波峰；时，距离点为的点第一次达到波谷。则以下说法正确的是( )
A. 该横波的波长为
B. 该横波的周期为
C. 该横波的波速为
D. 距离点为的质点第一次开始向上振动的时刻为末
二、非选择题（共60分）
13.用插针法测定透明玻璃的折射率时，为半圆形玻璃砖截面的圆心，使入射光跟玻璃砖的平面垂直，在如图所示的四个图中，、、和是学生实验插针的结果。
在这四个图中，肯定把针插错了的是______。
在这四个图中，可比较准确地测出玻璃折射率的是______。在该图中画出光路图，并标出需要测量的折射角和入射角。计算玻璃折射率的公式是______。
14.某同学用如图甲所示装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。
实验中优先选用的摆球是______。
A.钢球
B.塑料球
C.橡胶球
该同学用毫米刻度尺测得摆线长度为，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图乙所示，则摆球的直径 ______。
该同学通过多次实验得出数据画出摆长和周期图像，如图丙所示，根据图像求出重力加速度 ______取结果保留三位有效数字。
图丙中点不在图线上，导致该点偏离图线的原因不可能是______。
A.实验中将次全振动记为次
B.实验中将次全振动记为次
C.实验中将摆线长作为摆长
D.实验中将摆线长与摆球直径之和作为摆长
15.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示．
从该时刻开始计时，画出处质点做简谐运动的振动图象至少一个周期．
现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为，求鱼群与渔船间的距离忽略船和鱼群的运动．
16.振源在坐标原点，沿轴正、负方向传播的简谐横波，在时轴正方向的波形如图所示，此时，波传播到处的质点，而平衡位置为处的质点正好位于波谷位置。再经，质点恰好第一次到达波峰。求：
该波的波速；
在时，平衡位置为处的质点的位移；
请在坐标系中画出时完整的波形图像。
17.一列简谐横波图像如图所示，时刻的波形如图中实线所示，时刻的波形如图中虚线所示，已知。
这列波的周期可能是多大？
这列波可能的波速表达式是怎样的？
若波向左传播，且，波速为多大？
若波速，则波向哪个方向传播？
18.图为某一报告厅主席台的平面图，是讲台，、是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示。报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫。为了进免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消。已知空气中声速为，若报告人声音的频率为，问
声波的波长是多少？
讲台上的点和点是加强点还是减弱点？
讲台上因干涉而相消的位置有多少个和讲台上因干涉而加强的位置有多少个？
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、音叉周围有些区域声音较强，有些区域声音较弱，这是声音的干涉现象，故A错误；
B、敲响一只音叉，不远处的另一只音叉也发出声音，这是声音的共振现象，故B错误；
C、火车进站时鸣笛的音调会变高，出站时会变低，音调会变低表示远离，音调会变高表示靠近，该现象与音障的形成类似，故C正确；
D、在屋外看不见屋内的人，却能听见屋内人说话，这是声音的衍涉现象，故D错误。
故选：。
由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。由此可知，音障的问题与多普勒效应类似。
音障是一种物理现象，当物体通常是航空器的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。突破音障进入超音速后，从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来这股震波有如爆炸一般，故称为音爆或声爆。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害，对于飞行器本身伸出冲击面之外部分也会产生破坏。
2.【答案】
【解析】解：、位移随时间的变化规律为，则知振幅为，圆频率，则周期为：；当时，是初相位，故AB错误，C正确；
D、当振动的物体在平衡位置附近计时，并且速度先增大再减小的过程中；为方便叙述设简谐运动的方程，设初始时刻为，则从时刻到时刻的路程为：，故此时最大为，最小为；由此类推，本题的在四分之一周期内的最大路程为；故D正确。
故选：。
已知质点简谐振动的方程，读出的最大值即为振幅．读出圆频率，由求出周期．根据初相位和振动的特点分析其路程．
本题知道简谐运动位移的解析式，读出振幅、周期、任意时刻的位移是基本能力，并要掌握速度、加速度与位移的关系．
3.【答案】
【解析】解：、在两列波叠加的区域里，波峰和波峰相遇，波谷和波谷相遇都是振动加强点，波峰和波谷相遇是振动减弱点，是波峰与波峰叠加，是波谷与波谷叠加，是振动的加强点，的振幅，的振幅，质点是处于波峰与波峰叠加位置，在平衡位置上方处，而质点处于波谷与波谷叠加位置，在相对平衡位置下方处，因此质点、在该时刻的高度差为，故A正确；
B、点是振动减弱点，再过半个周期，质点是振动仍是减弱点，故B错误；
C、点是振动减弱点，其振幅为两列波振幅的差，为，故C错误；
D、在区域，只有在、两点是加强点，但并不是整个区域是加强区，故D错误。
故选：。
明确波的叠加规律，知道波峰和波峰相遇，波谷和波谷相遇都是振动加强点，波峰和波谷相遇是振动减弱点，无论加强点还是减弱点，都在参与振动。
本题考查波的叠加规律，知道了振动加强点和减弱点后，还要知道加强点并不是总在波峰或波谷，加强区域的点的位移也是周期性变化的。
4.【答案】
【解析】解：枯井中的青蛙看到井外的范围，根据光的直线传播确定。根据光的直线传播作出青蛙在枯井中的视野范围。
而外界光线斜射到水面时，入射角大于折射角，如图所示，所以枯井中的青蛙觉得井口大些。
根据光线可逆性，故水井中的青蛙看到的范围超出光直线传播看到的范围，即水井中的青蛙看到井外的范围较大。所以晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星；故B正确，ACD错误。
故选：。
外界从同一方向射到青蛙眼中光线的方向相同，由于光的折射，外界光线斜射到水面时，入射角大于折射角，根据光线可逆性，可知水井中的青蛙看到井外的范围较大．
本题关键抓住水在水面会发生折射，根据入射角大于折射角，即可确定青蛙看到井外的范围的大小．
5.【答案】
【解析】解：时刻，绳上点的位移向上且达到最大值、点的位移为零且向上运动，故波形图如图所示：
再经过个周期的波形图如图所示：
故ABD错误，C正确；
故选：．
先画出时刻绳子上面波形图，然后画出再经过个周期的波形图，最后对比即可．
本题关键明确一个周期内波形平移一个波长，画出波形图进行分析即可．
6.【答案】
【解析】解：、、波从向传播，间的距离，，，，由题，波长大于，则只能取，即有，波长，波速为。故A正确，B错误。
C、末、两质点的位移分别为，，位移不同。故C错误。
D、由振动图象读出，末质点的位移，处于波峰，速度最小；质点的位移，处于平衡位置，速度最大，所以末质点的速度小于质点的速度。故D错误。
故选：。
波的传播方向从传到，根据同一时刻两个质点的状态，结合波形，列出、间距离与波长的关系，求出波长．由图读出周期，求出波速．简谐波传播过程中介质中各质点在做简谐运动，加速度的大小与位移大小成正比．根据末两质点的位移关系，分析加速度关系．
本题中振动图象反映质点的振动情况，根据振动图象的信息，能确定两质点在同一时刻的状态，列出距离与波长的通式是关键．
7.【答案】
【解析】【分析】
应用平移法求出波的波长和周期；根据波的传播方向确定质点的振动方向；在一个周期内质点完成一个全振动，运动路程为；后一个质点重复前一个质点的振动，是解决本题的关键．
【解析】
A、根据题意应用平移法可知由实线得到虚线需要将图象沿轴负方向平移，其中、、、、，故由实线传播到虚线这种状态需要，即，解得，其中、、、、，当时，解得，当时，解得，又，故周期为，故A错误；
B、由于波沿轴负方向传播，故时点在平衡位置沿轴负方向运动，，故时点沿轴负方向运动，故B错误。
C、在一个周期内点完成一个全振动，即其运动路程为，而，故点的运动路程为，故C错误；
D、由题意可知波长，则速度，点的横坐标为，由于波沿轴负方向运动，故在的时间内波沿轴负方向传播的距离为，故在时，点振动情况和时距离坐标原点处的质点的振动情况相同，而时距离坐标原点处的质点在波峰，在时，点到达波峰位置，故D正确。
故选：。
8.【答案】
【解析】解：小球做简谐运动，关系为：
重力和弹力的合力提供回复力，有：
回复力表达式为：
故F关系为：，故ACD错误，B正确；
故选：。
弹簧振子做简谐运动，重力和弹力的合力提供回复力，回复力表达式为；再根据简谐运动得到关系；最后得到关系。
本题关键是明确回复力来源，然后结合胡克定律和简谐运动的位移时间关系分析。
9.【答案】
【解析】解：、两列波的周期为：
时，两列波各自向前传播一个波长，由波的叠加原理可知，处质点的位移为，故A正确；
B、由“同侧法”可知，时，质点振动方向向下，质点振动方向向上，故B错误；
C、根据波的独立传播原理可知，两列波相遇分开后，各自的振幅、周期均保持不变，故C正确；
D、时，两列波各自向前传播个波长，则根据波的叠加原理可知，平衡位置处于之间的质点位移均为，故D正确。
故选：。
根据公式可求出两列波的周期，根据叠加原理可求质点位移；
根据“同侧法”可判断质点的振动方向；
两列波相遇分开后，各自的振幅、周期均保持不变；
则根据波的叠加原理可知，平衡位置处于之间的质点位移。
明确两列波在传播过程中各自的特点，并且知道波的叠加原理。
10.【答案】
【解析】解：
A、由乙图知，时刻质点的振动方向沿轴正方向，在甲图上根据波形的平移得知，波沿轴负向传播．故A错误．
B、由甲、乙图分别读出，，，则波速，故B正确
C、，则质点通过路程为故C正确．
D、此时质点正向上运动直接回到平衡位置，所以回到平衡位置比点早．故D错误．
故选BC
由振动图象和波动图象分别读出周期和波长，由波速公式求出波速；从振动图象读出时刻质点的振动方向，要甲图上可以判断波的传播方向；根据简谐运动的特点：一个周期内质点路程为，分析是几倍的周期，可以确定内的路程．根据、的振动方向判断它们回到平衡位置的先后．
本题关键要理解波动图象与振动图象的联系与区别，同时，读图要细心，数值和单位一起读．判断波的传播方向和质点的振动方向关系是必备的能力．
11.【答案】
【解析】解：、简谐横波沿轴正方向传播的，依据波的平移法，那么点的起振方向沿轴正方向，故A错误；
B、时刻波恰好传到点，点在内运动的路程为，由于波长，那么从点传播点，需，而点振动的时间为，因此，且，故B正确；
C、根据，该波的传播速度大小为，故C错误；
D、由题意图象可知，振幅为，质点开始向轴正方向振动，那么点的振动方程为，故D正确。
故选：。
由波的传播方向来判定质点的振动方向；依据波从点传播到点所需要的时间，结合内，及点在内运动的路程为，从而求出周期；根据，即可求解周期；最后由质点做简谐运动，结合振幅，即可求解。
考查波的传播方向与质点的振动方向的判定，理解波长与周期关系式，同时要掌握简谐运动的表达式。
12.【答案】
【解析】解：、根据题意可知，
联立得，，
故A错误，BC正确；
D、根据
可知距离点的质点第一次向上振动需要，故D错误；
故选：。
根据所给信息来求波长、波速、周期等问题，“点第一次达到波峰”的含义是波传到该点时，又向上振动了四分之一周期到达波峰，同理理解“第一次到达波谷的含义”。
在波动过程中，质点都在重复波源的振动，知道波源起振方向，理解“第一次到达”的含义是解题关键。
13.【答案】
【解析】解：四位学生的实验可能光路图如图所示：
、图中可见在圆弧界面入射光线不与法线重合，若有出射光线定会偏折，而图中、、、四个插针排列在一条直线，故肯定是插错了位置；
、图、中，入射光线均不与法线重合，若有出射光线定会远离法线偏折，从图中可见插针位置是可能是正确的。
综上所述，肯定把针插错了位置的是图，故选AB。
由分析及图可知，图把针位置插错了，故不可采用；图入射角和折射角太小，无法准确测量折射率；图的入射角太大，接近临界角，出射光线弱，不易观察，实验误差大，故不采用；图入射角适中，符合实验要求，故图可以比较准确地测定折射率，
故选C。
根据折射定律有
故答案为：；；
光线通过玻璃砖后，会发生折射，光线方向可能发生改变。
要比较准确地测定折射率，折射角不能太大，也不能太小。根据折射定律写出计算折射率的公式。
解决本题的关键知道用插针法测量折射率，关键得出入射光线和折射光线，运用折射定律求解折射率，注意折射角不能太大，也不能太小。
14.【答案】
【解析】解：实验中优先选用的摆球是钢球，因为钢球密度大，空气阻力影响较小。故A正确，BC错误；故选：。
该游标卡尺的精确度为，根据游标卡尺的读数规则，小球直径为；
根据单摆周期公式
可得
结合图像的斜率可得
解得
图丙中点不在图线上，由图可知，导致该点偏离图线的原因可能是摆长测量值偏大或周期测量值偏小。
A.实验中将次全振动记为次，则周期测量值偏小，故A正确，不满足题意要求；
B.实验中将次全振动记为次，则周期测量值偏小，故B正确，不满足题意要求；
C.实验中将摆线长作为摆长，则摆长测量值偏小，故C错误，满足题意要求；
D.实验中将摆线长与摆球直径之和作为摆长，则摆长测量值偏大，故D正确，不满足题意要求。
故选C。
故答案为：；；；。
根据单摆简谐振动要求阻力小的需要选择摆球；
根据游标卡尺读数规则完成读数；
根据单摆的周期公式和的斜率的物理意义进行计算解答；
根据图像分析偏差的原因。
考查单摆的周期，游标卡尺的读数，会根据题意计算重力加速度，分析误差原因。
15.【答案】解：
该波的周期为 ，由波动图象知，此时 处的质点位于负的最大位移处，所以，从该时刻开始计时，该质点的振动图象，如图所示：

由波形图读出波长 ，由波速公式得
鱼群与渔船的距离为：
联立式，代入数据得．
【解析】本题考查理解振动图象和波动图象联系的能力和作图能力．波在同一介质中认为是匀速传播的．
由图读出振幅为，波长为 ，由频率求出周期，此时 处的质点位于负的最大位移处，画出振动图象．
由频率和波长求出波速，根据信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为，求出鱼群与渔船间的距离．
16.【答案】从波谷经第一次到达波峰，则，，
波传到点的时间，当时，点从平衡位置向上振动了，所以点的位移
时，波分别向轴正、负方向传播了，波形如图所示：
答：该波的波速是；
在时，平衡位置为处的质点的位移是；

【解析】利用从波谷经第一次到达波峰，求得周期，然后利用公式求出速度。先求出波传到的时间，然后利用周期性分析点在时的位置。利用波的传播特点画出波形图。
波的图象往往先判断质点的振动向和波的传播方向间的关系。同时，熟练要分析波动形成的过程，分析物理量的变化情况。要注意的是在周期内质点通过的路程不等于半个振幅。
17.【答案】解：若波向右传播，根据波形的周期性，有

则周期为
，
若波向左传播，根据波形的周期性，有

则周期为
，
由图知波长
若波向右传播，波速为
，
若波向左传播，波速为
，
若波向左传播，且，对照可知，取
则波速为
若波速，波在内传播的距离为

故波向右传播。
答：若波向右传播，周期是，；若波向左传播，周期为，。
若波向右传播，波速为，；若波向左传播，波速为，。
若波向左传播，且，波速为。
若波速，则波向右传播。
【解析】由波形的周期性得到波传播时间与周期的关系，得到周期的通项。简谐横波可能向右传播，也可能向左传播，分两种情况解答。
根据波形图读出波长，再求解波速的通项。
若波向左传播，且，根据向左传播的波速通项求解波速的值。
由求出波在内传播的距离，结合波形的平移法确定波传播的方向。
本题是两个时刻的波形问题，关键要理解波的周期性和双向性，根据题设条件得到周期和波速的通项，要注意多解性。
18.【答案】解：相应于声频的声波的波长是，
在图中，是的中点，是上任一点，将表示为式中为实数，当，，，时，从两个喇叭来的声波因干涉而加强；当，，，时，从两个喇叭来的声波因干涉而相消；由此可知，是干涉加强点。对于点，则有，所以，点也是干涉加强点
因而、之间有两个干涉相消点，由对称性可知，上有个干涉相消点；上有个干涉加强点。
答：声波的波长是，
讲台上的点和点都是加强点，
讲台上因干涉而相消的位置有个和讲台上因干涉而加强的位置有个。
【解析】波的干涉，要知道波程差是半个波长的偶数倍时振动加强，波程差是半个波长的奇数倍时振动减弱。然后结合数学分析即可。
关于波的干涉要明确干涉条件，并能正确利用振动加强和减弱条件计算。
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