山西省朔州市仁怀县第一中学2023-2024学年高二下学期4月期中物理试题（含解析）

2023~2024学年怀仁一中高二年级下学期期中考试
物理试题
（时间：75分钟 满分：100分）
一、单项选择题：本题共7小题，每小题1分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.下列有关光的现象说法正确的是（ ）
A.沙漠中的“蜃景”现象是光发生衍射引起的
B.光导纤维传递光信号是利用光的折射原理
C.光的偏振现象说明光是一种横波
D.太阳光在树荫下形成的圆形光斑就是泊松亮斑
2.如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上分别得到了图乙、图丙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法不正确的是（ ）
A.图乙是光的双缝干涉图样，图丙是光的衍射图样
B.遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将增大
C.照射双缝时，仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D.照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是暗条纹
3.如图所示，一根质量不计的细线和一根很轻的硬杆连接一个小球组成“杆线摆”，小球可以绕着固定轴OO'来回摆动。摆球的运动轨迹被约束在一细线个倾斜的平面内，这相当于单摆在光滑斜面上来回摆动，轻杆长为L，摆角很小时，细线与轻杆间的夹角为α，轻杆与水平面间的夹角为θ，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A.单摆的等效摆长为Lsinθ B.单摆的等效摆长为
C.等效重力加速度为gsinα D.等效重力加速度为gsinθ
4.两个弹簧振子甲、乙沿水平方向放置.其振动图像如图所示，则（ ）
A.甲、乙两弹簧振子的频率之比为1∶2
B. t=2s时甲具有负向最大加速度
C. t=2s时乙具有正向最大加速度
D. t=1s时甲、乙两弹簧振子的速度方向相反
5.某简谐横波沿x轴传播，在t=0时刻的波形如图所示，此时介质中有三个质点B、C和D，B的横坐标为0，C的纵坐标为0，D与C间沿x轴方向的距离为波长的倍，质点B的振动方程为。下列说法正确的是（ ）
A.该波沿x轴正方向传播
B.该波的波长为11m
C.该波的波速大小为12m/s
D. t=0时刻起，质点D回到平衡位置经过的最短时间为1.5s
6.在如图所示的电路中，将开关S掷于b给电容器充电，稳定后将S掷于a，线圈与电容器构成的回路产生电磁振荡。若电磁振荡的周期为T，从S掷于a时开始计时，则（ ）
A. 时，a点的电势低于d点的电势
B.在到时间段内，线圈中的电流在逐渐增加
C. 时，电路中的电流方向从a经线圈流向d
D.在到时间段内，电场能正在转化为磁场能
7.均匀介质中，波源S产生沿x轴方向传播的简谐横波，如图甲所示，A、B、C为x轴上的质点，质点C（图中未画出）位于x=10m处，波源在A、B之间。t=0时刻，波源开始振动，从此刻开始A、B两质点振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A.波源S位于x=1m处 B.波速大小为2m/s
C. C质点起振后，其振动步调与A质点相反 D. t=5.5s时，C质点位于波峰
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18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.
8.如图所示，长方形ABCD为柱状中空透明物体的横截面，长边a=3cm，短边b=2cm，截面圆的圆心O在长方形对角线的交点，半径为R=1cm，圆心O处有一单色点光源。已知光在真空中传播的速度为3×108m/s，材料的折射率n=2。不考虑光的反射，下列说法正确的是（ ）
A.长方形ABCD四边有光线射出的区域的总长度为
B.长方形ABCD四边有光线射出的区域的总长度为
C.在从长方形ABCD四边射出的光线中，光从O点到ABCD边传播所用的最长时间为
D.在从长方形ABCD四边射出的光线中，光从O点到ABCD边传播所用的最长时间为
9.如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光I、II、III。下列有关这三束光的判断正确的是（ ）
A.光束I仍为复色光，光束II、III为单色光
B.光束II在玻璃中的传播速度比光束III小
C.增大α角且α<90°，光束II、III会远离光束I
D.改变α角且α<90°，光束II、III一定与光束I平行
10.如图甲所示的电路，已知电阻R1=R2=R，和R1并联的D是理想二极管（正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大），在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压（电压为正值时，UAB>0）由此可知（ ）
甲 乙
A.在A、B之间所加交变电压的周期为2s B. t=0.015s时R2两端的瞬时电压为V
C.加在R1上电压的有效值为V D.加在R2上电压的有效值为V
三、非选择题：共54分。
11.（6分）一同学利用如图所示装置来测定当地的重力加速度。已知光滑圆弧凹槽ABC的半径为R，B为圆弧轨道最低点，A、C等高，θ很小。钢球的半径为r，当钢球经过圆弧轨道最低点B时，钢球的球心恰好经过光电门（图中未画出）。现钢球从A点由静止释放，沿凹槽ABC自由往复运动，当光电门第一次被挡光时计数为“0”并开始计时，之后每挡光一次计数增加1，当计数为20时，计时为t。
（1）钢球往复运动的周期为 ；
（2）钢球在圆弧轨道上的运动与单摆运动相似，根据“用单摆测量重力加速度”实验原理，可得当地的重力加速度的表达式为g= 。
（3）由于在计数时误将“19”计为“20”，由此测得重力加速度值与真实值相比是 （选填“偏大”或“偏小”）。
12.（10分）某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲所示，并在入射光线AO上插上大头针P1、P2，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
（1）确定P3位置的方法正确的是 ；
A.透过玻璃砖，P3挡住P2的像
B.先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C.透过玻璃砖观察，使P5挡住P1、P2的像
（2）在图甲中作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角；
（3）经过多次测量作出的图像如图乙，玻璃砖的折射率为 （计算结果保留三位有效数字）；
（4）若该同学在确定P1位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P1位置画的偏左了一些，则测出来的折射率 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）；
（5）该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图丙中右边的插针应该是 。
A. P3、P6 B. P3、P8 C. P5、P6 D. P7、P8
13.（12分）如图所示，一特制玻璃砖的截面由等边三角形ABC和以O为圆心，BC为直径的半圆组成。一束宽度等于BO且平行于AO的单色光射到AB面上，折射光线恰与AC平行。已知，不考虑半圆面的反射光。求：
（1）玻璃砖的折射率；
（2）半圆面上有光射出的部分所对应的圆心角。
14.（12分）如图所示，在xOy平面内有两个点波源S1、S2分别位于x轴上x1=0、x2=10m处，它们在同一均匀介质中均从t=0开始沿y轴正方向做简谐运动。波源S1的振动方程为，波源S2的振动方程为，质点P位于x轴上x3=1m处，已知质点P在t=0.1s时开始振动。
（1）求这两列波在介质中的波长；
（2）两列波在P点发生叠加后，通过计算判断P点是振动加强点还是振动减弱点；
（3）求在t=0至t=1.3s内质点P通过的路程。
15.（14分）光伏发电可以有效解决偏远农村地区用电难的问题，相对于传统发电机，光伏发电系统更为便捷，电池板只需安装在屋顶上，就可直接将太阳能转化为电能供应，完全不受供电通道的限制。如图，某户农家将输出电压U0=220V交流电的光伏发电系统接到变压器上，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12V 1.5A”的灯泡和一台电动机供电，电动机线圈电阻r=1.0Ω，原线圈上所接灯泡L的额定电压U1=40V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都正常工作，光伏发电系统的输出功率P0=440W，电压表的示数为36V，变压器为理想变压器，求：
（1）原线圈上所接灯泡L消耗的功率P；
（2）变压器原线圈的匝数n1；
（3）电动机输出的机械功率P机。
2023~2024学年怀仁一中高二年级下学期期中考试
物理答案
1.C [沙漠中的“蜃景”现象是光发生折射与全反射引起的，故A错误；光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，故B错误；偏振是检验横波的依据，光的偏振现象说明光是一种横波，故C正确；太阳光在树荫下形成的圆形光斑是光的直线传播引起的，没有发生明显衍射，因此不是泊松亮斑，故D错误。]
2.C [双缝干涉图样的相邻亮条纹或暗条纹的间距不变，故题图乙为双缝干涉图样，而衍射图样的条纹为中间宽两侧窄，故题图丙为光的衍射图样，故A正确；
狭缝越小，衍射的范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度减小，其他条件不变，则衍射现象增强，题图丙中亮条纹宽度将增大，故B正确；
根据双缝干涉条纹间距公式，可知当仅增加L时，题图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，故C错误；照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波在P点发生相互削弱，即为暗条纹，故D正确。]
3.D [根据题图可知等效重力加速度沿斜面向下，则等效重力加速度为，单摆的等效摆长为杆长L。故选D。]
4.D [甲的周期为T甲=4s，乙的周期T乙=8s，，由关系式，得甲、乙两弹簧振子的频率之比为，故A错误；t=2s时，甲在平衡位置处，回复力为零，得加速度为零，故B错误；t=2s时，乙速度为零，在正向最大位移处，具有负向最大加速度，故C错误；t=4s时，甲、乙都处于平衡位置，具有最大的速度，但甲在下一时刻位移为正，即甲向正向运动，此时速度方向为正，而乙在下一时刻位移为负，即乙向负向运动，此时速度方向为负，得甲、乙两弹簧振子的速度方向相反，故D正确。]
5.A [由，得t=0时，，经过极短的时间，，即t=0时质点B沿y轴正方向振动，结合图像知，该波沿x轴正方向传播，A正确；质点振动的周期，设t时刻，质点B第一次到达平衡位置处，即，解得，即波再传播质点B处于平衡位置，如图中虚线所示，则，解得，B错误；波速，C错误；t=0时刻起，质点D回到平衡位置经过的最短时间为，D错误。]
6.D [时，电容器放电完成，电荷量为零，电容器两极板间电势差为零，a点的电势等于d点的电势，A错误；在到时间段内，此过程磁场能转化为电场能，线圈中的电流逐渐减少，B错误；时，电容器反向充电结束，线圈电流为0，C错误；在到时间段内，电容器反向放电，电场能转化为磁场能，D正确。]
7.B [由题图可知A、B两质点开始振动的时刻为，，由于在同种介质中则波速v相同，故有，则，故波源S位于x=2m处，且波速v=2m/s，故A错误、B正确；C质点开始振动的时刻为，由题图可知，波源起振方向为y轴正方向，在tC=4s时A质点也沿y轴正方向，则C质点起振后，其振动步调与A质点相同，故C错误；根据以上分析tC=4s时C质点开始振动，振动周期T=4s，则t=5.5s时，C质点已振动了，则t=5.5s时，C质点位于波谷，故D错误。]
8.BD [设AB中点为M，BC中点为N，如图所示，若沿OE方向射到MB面上的光线刚好发生全反射，因为临界角满足，即C=30°，则∠MOE=30°，同理沿OF方向射到BN面上的光线刚好发生全反射，则∠NOF=30°，根据几何关系可得，，则长方形ABCD四边有光线射出的区域的总长度为，故A错误，B正确；由上述分析可知沿OF射出的光线，光程最大，时间最长，根据几何关系可知，光在介质中的传播速度为，则时间为，解得，故C错误，D正确。]
9.ABD [由题意画出如图所示的光路图，可知光束I是反射光线，所以仍是复色光，而光束II、III由于折射率的不同导致偏折后分离，所以光束II、III是单色光，故A正确；由于光束II的偏折程度大于光束III，所以玻璃对光束II的折射率大于对光束III的折射率，根据可知，光束II在玻璃中的传播速度比光束III小，故B正确；当增大α角且α<90°，即入射角减小时，光束II、III会靠近光束I，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上、下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束II、III一定与光束I平行，故D正确。]
10.BD [由题图乙可得交变电压的周期为T=0.02s，故A错误；电压的最大值为，交变电压的瞬时值表达式为，故t=0.015s时，UAB<0，B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1、R2串联，故R2两端的瞬时电压为，故B正确；交变电压有效值为，当UAB>0，A点电势高于B点电势时，二极管导通，即R1被短路，此时加压R1上电压的有效值为0；当UAB<0，B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1、R2串联，此时加在R1上电压的有效值为，根据有效值定义可得，解得加在R1上电压的有效值为，故C错误；当UAB>0，A点电势高于B点电势时，二极管导通即R1被短路，R2电压为电源电压，即，当UAB<0时，B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1、R2串联，此时R1上电压为，根据有效值定义可得，解得加在R2上电压的有效值为，故D正确。]
11.（1）（2分） （2）（2分） （3）偏大（2分）
解析（1）根据题意可得t=10T
解得钢球往复运动的周期为
（2）根据题意可知，单摆的摆长
结合单摆周期公式有
解得
（3）由于计数失误使测量的周期偏小，根据上述可知，测得重力加速度值与真实值相比是偏大。
12.（1）C（2分） （2）见解析图（2分） （3）1.50（2分） （4）偏小（2分） （5）C（2分）
解析（1）确定P3位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像，故选C。
（2）光路图如图所示
（3）根据
可知，图像的斜率表示折射率，由题图乙可知玻璃砖的折射率为n=1.50
（4）若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则P4P3的连线与bb'的交点偏右，测得的折射角θ2偏大，则根据，可知，测出来的折射率偏小。
（5）光路图如图所示
根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏折，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，所以在图中右边的插针应该是P5、P6。故选C。
13.（1） （2）71°
解析（1）根据题意，光在AB面发生折射时，入射角为60°，折射角为30°，
根据折射定律可得
（2）若折射光线在BE圆弧面恰好发生全反射，如图所示
根据临界角与折射率的关系可得
解得C临界=35.5°
若恰好在E点发生全反射，则
若恰好在D点发生全反射，则
所以半圆面上有光射出的部分所对应的圆心角为α+β=71°
14.（1）4m （2）加强点 （3）72cm
解析（1）由题意知
波速
则波长
（2）P点到两波源的路程差
即路程差为半波长的偶数倍，故P点是振动加强点。
（3）0~0.1s内，P不振动；
0.1~0.9s内，P只参与由波源S1产生的振动，故
0.9~1.3s内，P同时参与由波源S1和S2产生的振动且振动加强，故
综上所述，在t=0至t=1.3s内质点P通过的路程。
15.（1）80W （2）900 （3）155W
解析（1）根据题意，设原线圈上的电流为I1，则有
解得
（2）根据题意，设原线圈匝数为n1，则有
解得n1=900匝
（3）根据题意，设副线圈n3上的电流为I3，则有
又有
联立解得P机=155W。