北京市顺义区第一中学2023-2024学年高二下学期期中考试物理试卷（含答案）

顺义一中2023-2024学年度第二学期高二年级期中考试物理试卷
第Ⅰ部分(共42分)
一、单选题(本大题共14小题，每小题3分，共42分。在每个小题所列出的四个选项中，只有一项是正确的。)
1．如图所示，小球在光滑水平面上以O为平衡位置，在A、B之间做简谐运动，下列说法正确的是（ ）
A．小球在A点速度最大 B．小球在O点动能最大
C．小球在B点弹性势能最小 D．小球在O点回复力最大
2．一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．此介质的折射率等于
B．此介质的折射率等于1.5
C．折射角随入射角的增大而增大，入射角和折射角的比值不变
D．光在真空中传播速度为c，则光在该介质中的传播速度为
3．一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则（ ）
A．此刻a的加速度最小
B．此刻b的速度最小
C．若波沿x轴正方向传播，此刻b向y轴正方向运动
D．若波沿x轴负方向传播，a比c先回到平衡位置
4．干涉和衍射都是波特有的现象。图甲为水波的衍射实验，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。图乙为两列频率相同的横波相遇时某一时刻的情况，实线表示波峰，虚线表示波谷。下列说法正确的是（ ）
A．甲图中不管M、N两挡板间的宽度怎样，水波都能发生明显的衍射现象
B．甲图中挡板N向上移动少许，位于挡板后边的P点可能会振动起来
C．乙图中M点是振动加强点，任何时刻M点的位移不可能为零
D．乙图中N点是振动减弱点，但可能一段时间后它就会变为振动加强点
5．某同学将两个完全相同的电热器A、B分别与图1的方波电压和图2的正弦交流电压连接，则两电热器A、B消耗的电功率之比为（ ）
A．2：1 B． C．1：1 D．1：2
6．2023年9月，“天宫课堂”第四课在中国空间站正式开讲，神舟十六号航天员在梦天实验舱内进行授课。航天员用0.3kg的大球与静止的0.1kg的小球发生正碰，某同学观看实验时发现：碰撞后，大球向前移动1格长度时，小球向前移动3格的长度，忽略实验舱内空气阻力的影响。下列说法正确的是（ ）
A．碰撞后大球的动量大于小球的动量 B．碰撞后大球的动能大于小球的动能
C．该碰撞过程有机械能损失 D．大球碰撞前后的速度比为2：1
7．如图是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点2，3，4，…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，相邻编号的质点间距离为2cm。已知t=0时，质点1开始向上运动；t=0.4s时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动。则（ ）
A．这列波传播的周期为0.8s B．这列波传播的速度为0.4m/s
C．T=0.8s时，质点8刚要起振 D．T=1.2s时，质点12的运动方向向上
8．如图所示，开关接a时，理想变压器原、副线圈的匝数比为22：1，b是原线圈的中心抽头，副线圈接理想电压表和理想电流表，在原线圈c、d两端加的交变电压，则（ ）
A．开关与b连接时，滑动变阻器触头P向下移动，电流表示数
B．开关与a连接时，电压表的示数为10V
C．变阻器R不变，将开关由b扳向a，电压表示数变小
D．变阻器R不变，当单刀双掷开关由b扳向a时，输入功率不变
9．一列简谐横波在t=0时刻的波形如图甲所示，图乙所示为该波中x=4m处质点P的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A．此波的波速为0.5m/s B．此波沿x轴正方向传播
C．t=0时，x=2处的质点运动方向向上 D．2.0s时间内质点P沿x轴正向运动距离为4.0m
10．如图甲所示是用沙摆演示振动图像的实验装置，此装置可视为摆长为L的单摆，沙摆的运动可看作简谐运动，若用手拉木板做匀速运动，实验时细沙在木板上留下的情形如图甲所示。某次实验中，手拉木板的速度大小约为0.20m/s，测得图乙所示的一段木板的长度约0.80m，，下列分析正确的是（ ）
A．图中的曲线是沙摆的运动轨迹 B．沙摆的周期会随手拉木板的速度改变而改
C．实验所用沙摆的周期为2.0s D．实验所用沙摆对应的摆长约为0.5m
11．一个有固定转动轴的竖直圆盘如图甲所示，圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统，小球做受迫振动。圆盘静止时，让小球做简谐运动，其振动图像如图乙所示(以竖直向上为正方向)。下列说法正确的是（ ）
A．若圆盘以1.0r/s的转速匀速转动，小球振动达到稳定时其振动的周期为0.4s
B．若圆盘以1.0r/s的转速匀速转动，欲使小球振幅增加，可使圆盘转速适当增大
C．改变圆盘转动快慢，小球运动的周期始终不变
D．改变圆盘转动快慢，小球运动的振幅始终不变
12．一质量m=2kg的物块静止在光滑的水平面上，从t=0时刻开始，物块受到水平向右的外力F作用，外力F随时间t变化的关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．第4s末物块的动量大小为12kg·m/s B．第2s末物块的速度大小为3m/s
C．第4s末外力的瞬时功率为36W D．第3s内与第4s内物块的动能增加量相等
13．如图(a)所示，轻质弹簧上端固定，下端连接质量为m的小球，构成竖直方向的弹簧振子。取小球平衡位置为x轴原点，竖直向下为x轴正方向，设法让小球在竖直方向振动起来后，小球在一个周期内的振动曲线如图(b)所示，若时刻弹簧弹力为0，重力加速度为g，则有（ ）
A．时间内，回复力冲量为0 B．t=0时刻弹簧弹力大小为mg
C．时间内，小球动能与重力势能之和增大 D．弹簧劲度系数为
14．如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab、cd，与导轨一起构成闭合回路。两根导体棒的质量均为m，长度均为L，电阻均为R，其余部分的电阻不计。在整个导轨所在的平面内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。开始时，两导体棒均在导轨上静止不动，某时刻给导体棒ab以水平向右的初速度，则（ ）
A．导体棒ab刚获得速度v0时受到安培力大小为
B．导体棒ab、cd均做匀变速直线运动
C．两导体棒运动的整个过程中产生的热量为
D．两导体棒最终速度都为零
第Ⅱ部分(共58分)
二、实验题(每空2分，共18分)
15．(每空2分，共10分)用如图所示实验装置做“用单摆测重力加速度”的实验。
(1)在摆球自然悬垂的状态下，用米尺测出摆线长为l，用游标卡尺测得摆球的直径为d，则单摆摆长L为______(用字母l、d表示);用游标卡尺测量摆球直径如图甲所示，摆球直径为______mm
(2)测量出多组周期T、摆长L数值后，画出图像如图乙所示，重力加速度为g，此图线斜率的物理意义是______
A．g B． C． D．
(3)某同学在实验过程中，测量摆长时没有加小球的半径，其他操作无误，那么他得到的实验图像可能是图中的______
A． B． C．
(4)该小组的另一同学没有使用游标卡尺，也测出了重力加速度，他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期，然后把摆线缩短适当的长度，再测出其振动周期，用该同学测出的物理量表示重力加速度为g=______。
16．(1)图甲为教学用的可拆变压器，线圈均由材料和直径相同的导线绕制而成。为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，在图乙中该同学把线圈A与学生电源连接，另一个线圈B与小灯泡连接。其中线圈A应连到学生电源的______(选填“直流”或“交流”)输出端上；
某次实验时，变压器原、副线圈的匝数分别为220匝和110匝，学生电源输出端电压的有效值为6V，考虑变压器实际工作中有能量损耗，则小灯泡两端电压的有效值可能是______。
A．2.8V B．5.6V C．3.0V D．12.0V
(2)某同学用如图所示的装置，通过A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。关于本实验，下列说法正确的是______(填字母代号)；
A．斜槽安装时末端必须保持水平
B．小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放
C．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度
D．实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间
若小球A的质量为，它从斜槽上某点由静止滚下，从斜槽末端平抛的落点为P(称为第一次操作)；小球B的质量为，小球A第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球B碰撞后离开斜槽末端的落点分别为M和N(称为第二次操作)。如果第二次操作时，小球A从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些。如果忽略其他操作的偶然误差，实验将会得到______(选填>、<、=)
三、计算题(本题共4小题，共40分)要求：解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。结果有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。
17．(9分)如图所示，实线是一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形曲线，虚线是这列简谐横波在t=0.20s时刻的波形曲线，求：
(1)x=0处质点在一个周期内走过的路程s；
(2)波在一个周期内沿x轴正方向传播的距离x；
(3)若该列简谐波的周期T>0.2s，求简谐波的波速v。
18．(9分)如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中，其中的c点被磁铁遮挡而未画出。线圈可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动。线圈在转动过程中以如图所示装置保持其两端与定值电阻R连接。
已知矩形线圈ab边和cd边的长度为，bc边和ad边的长度为，匝数为n匝，线圈的总电阻r，线圈转动的角速度为ω，外电路的定值电阻R，匀强磁场的磁感应强度B。电流表和电压表均为理想的交流电表，滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计。求：
(1)发电机线圈在匀速转动过程中产生感应电动势的最大值;
(2)电流表的示数I;
(3)一个周期内，电阻R产生的焦耳热Q。
19．(10分)离子推进器是新一代航天动力装置，它利用加速装置将离子高速喷出以提供反冲力，可用于飞船姿态控制和轨道修正。
它的工作原理如图所示：中性推进剂氙原子注入后，被电子枪射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氙离子，氙离子进入正极栅板的速度大小可忽略不计，在正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出，从而使飞船获得推进或调整姿态的反冲力。
若每个氙离子的质量为m，电量为q，正、负栅板间的加速电压为U，忽略离子间的相互作用力。
(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验，测得单位时间内从喷口喷出的正离子形成的等效电流为I。
a．求氙离子经电场加速后通过喷口的速度v的大小；
b．求单位时间喷出的氙离子的个数n为多少
c．该离子推进器产生的平均推力F为多大
(2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M，现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度，此过程中可认为氙离子仍以第(1)中所求的速度通过喷口。推进器工作时飞船的总质量可视为不变。求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N。
20．(12分)如图甲所示，O点为某一单摆的固定悬点，将力传感器接在摆球(可视为质点)与O点之间。现将摆球拉到A点，释放摆球，摆球将在竖直面内的A、C之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置。图乙表示细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线，图中t=0为摆球从A点开始运动的时刻。当地重力加速度为g。
(1)上述摆球的运动并非一定为简谐运动，单摆当且仅当摆角θ很小时才是简谐运动。(提示：弧度制下，当θ很小时，有sinθ≈θ)
a．请证明当摆角θ很小时，摆球的运动为简谐运动。
b．若图乙中的，则该单摆的周期T为多少 并估算该单摆的摆长。(可认为)
c．若摆球以摆角从A点由静止下落，当摆球运动到B点时，摆绳恰被一图钉挡住(如图丙)，之后摆球继续向左运动，达到的最大摆角为，摆球被图钉挡住前后速度不变，请通过列式分析说明。
(2)如果将摆绳的悬点O固定在一如图丁所示木块的轻杆上，木块的质量为M，放在光滑水平面上。小球质量为m，摆长为L，用手固定木块的同时将小球拉到与o点水平，然后放手并同时由静止释放小球，求小球到达最低点时的速度v。
高二物理期中考试答案
一、单选题(42分)
1．B 2．D 3．C 4．B 5．A 6．AD 7．D 8．C 9．B 10．C 11．B 12．B 13．D 14．C
二、实验题(每空2分，共18分)
15．(10分)(1) 20.6 (2)C (3)A (4)
16．(8分)(1)交流 A (2)AB >
三、计算题(40分)
17．(9分)(1)s=4A=2.0m(3分)
(2)x=λ=20cm(3分)
(3) (3分)
18．(9分)
(1)(3分)
(2)线圈匀速转动过程中，电流表的示数为有效值，则有(1分)
(1分)
则可得，电流表的示数为(1分)
(3)(3分)
19．(10分)(1)a．根据动能定理，可得(2分)
b．(2分)
c．对时间内射出的离子，根据动量定理可得(3分)
(2)根据动量守恒定律有可得(3分)
20．(12分)
(1)a．证明：
在θ足够小时，有
所以有又因为方向与x的方向相反，所以满足所以在θ足够小时，单摆的摆动可看作是简谐运动。(3分)
b．由图可知周期为：(1分)
根据周期公式可得L=1m(2分)
c．设摆球在最低点B速度大小为v，摆球质量为m，摆场分别为和，根据功能关系得
(1分)
(1分)
得
因为，得
所以(1分)
(2)小球与木块组成的系统水平方向动量守恒(1分)
系统机械能守恒：(1分)
两式联立可得(1分)