2023-2024学年天津市河西区高二（下）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年天津市河西区高二（下）期中物理试卷
一、选择题（共48分）
1.一个物体在下述运动中，动量不发生变化的是( )
A. 匀速直线运动 B. 匀速圆周运动 C. 平抛运动 D. 竖直上抛运动
2.如图所示，足够长的固定光滑斜面倾角为，质量为的物体以速度从斜面底端冲上斜面，达到最高点后又滑回原处，所用时间为。对于这一过程，下列判断正确的是( )
A. 斜面对物体的弹力的冲量为零 B. 物体受到的重力的冲量大小为
C. 物体受到的合力的冲量大小为零 D. 物体动量的变化量大小为零
3.如图所示，一个小孩将质量为的石头以大小为、仰角为的初速度抛入一个装有砂子的总质量为的静止的砂车中，砂车与水平地面间的摩擦可以忽略。球和砂车获得共同速度后，砂车底部出现一小孔，砂子从小孔中漏出，则( )
A. 球和砂车的共同速度
B. 球和砂车获得共同速度后漏砂过程中系统动量守恒
C. 砂子漏出后做直线运动，水平方向的速度变小
D. 当漏出质量为的砂子时，砂车的速度
4.某学习小组在探究反冲现象时，将质量为的一个小液化气瓶固定在质量为的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为，如果在的时间内向后喷射的气体的质量为，忽略水的阻力，则喷射出质量为的气体后，小船的速度是( )
A. B. C. D.
5.如图所示，弹簧下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成一个振动系统，用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动，如果钢球做简谐运动，则( )
A. 弹簧对钢球的弹力是钢球做简谐运动的回复力
B. 弹簧弹力为零时钢球处于平衡位置
C. 钢球位于最高点和最低点时加速度大小相等
D. 钢球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变
6.一质点静止在光滑水平面上，现对其施加水平外力，力随时间按正弦规律变化，如图所示，下列说法正确的是( )
A. 第末，质点的动量为零
B. 第末，质点回到出发点
C. 在时间内，质点的加速度一直增大
D. 在时间内，力的冲量为零
7.如图甲所示，弹簧振子以点为平衡位置，在、两点之间做简谐运动。当振子位于点时弹簧处于原长状态。取竖直向上为正方向，振子的质量为，重力加速度大小为。振子的位移随时间变化的关系如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 振子的振动方程为
B. 和时，振子的速度相同
C. 和时，振子的加速度相同
D. 时，振子位于点下方处
8.一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线振幅与驱动力频率的关系如图所示，则( )
A. 此单摆的固有周期约为
B. 此单摆的摆长约为
C. 若摆长增大，单摆的固有频率增大
D. 若摆长增大，共振曲线的峰将向左移动
9.用如图所示的装置验证动量守恒定律，两球的质量分别为、，下列说法正确的是( )
A. 需要用秒表测时间
B. 斜槽轨道必须光滑
C. 可能是质量为的小球的落点
D. 可用验证动量守恒定律
10.下列是日常生活中常见的现象，其中属于波的衍射的是( )
A. 高速列车迎面驶来时，听到的声音越来越尖的现象
B. 挂在同一水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另几个也跟着一起振动起来
C. 水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播
D. 打雷时听见空中雷声会轰鸣一段时间
11.一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看做一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，、、、为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动、、各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传向右端。质点的振动周期为。时质点开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点开始运动。下列判断正确的是
( )
A. 时质点的运动方向向上 B. 时质点的加速度方向向上
C. 质点开始振动时运动方向向下 D. 质点与质点间相距一个波长
12.水力采煤是用高压水枪喷出的水柱冲击煤层而使煤掉下，所用水枪的直径，水速为，水柱垂直射到煤层表面上，水的密度，冲击煤层后自由下落求水柱对煤层的平均冲力( )
A. B. C. D.
二、非选择题（共42分）
13.图甲是一个单摆振动的情形，是它的平衡位置，、是摆球所能到达的最远位置。设摆球向右方向运动为正方向。图乙是这个单摆的振动图像。根据图像回答：
单摆振动的频率是多大？
开始时刻摆球在何位置？
若当地的重力加速度为，试求这个摆的摆长是多少。
14.如图所示，光滑水平面上有一矩形长木板和静止的滑块，滑块置于的最左端滑块、均可视为质点。若木板和滑块一起以的速度向右运动，与发生时间极短的碰撞后粘在一起已知木板与滑块间的动摩擦因数，且，，，取，求：
长木板与滑块碰后瞬间，滑块的速度大小；
最终与相对静止时速度的大小；
要使滑块不从木板上滑下，木板至少多长？
15.如图所示，光滑圆弧轨道竖直放置，且与水平面平滑连接，其半径为，点是圆弧的最低点，点是圆弧轨道的圆心，，水平面段光滑，点右侧是粗糙、质量为的小球，自点以初速度水平抛出，小球恰好沿圆弧切线从点进入圆弧轨道，并沿轨道运动；小球运动过程中与放在轨道上点的物块相碰，物块质量，物块与点右侧水平粗糙轨道间动摩擦因数，小球和物块可视为质点，忽略空气阻力，，求：
小球在点的速度的大小；
小球在点对轨道的压力；
小球与静止在点的小物块相碰后，物块向右滑动距离的范围。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】
动量，是矢量，动量不变，表示大小和方向都不变，据此分析各项即可。
本题考查动量的性质，要注意掌握动量的大小等于质量与速度的乘积；其方向与速度方向相同，不论是速度方向还是大小，只要有一个变，则动量就变。
【解答】
动量，是矢量，动量不变，表示大小和方向都不变，即速度大小和方向都不变，物体应做匀速直线运动，故A正确，BCD错误；
故选：。
2.【答案】
【解析】解：、斜面对物体的弹力的冲量大小：，弹力的冲量不为零，故A错误；
B、根据冲量的定义式可知，物体所受重力的冲量大小为：，故B正确；
、物体受到的合力大小为，物体受到的合力的冲量大小为，由动量定理得：动量的变化量大小，则合力的冲量和动量的变化量不为零，故CD错误。
故选：。
斜面对物体的弹力、物体的重力和合力都是恒力，直接根据冲量的定义式分析它们的冲量大小；运用动量定理求动量的变化量大小。
本题考查冲量的概念和动量定理的应用，要记住动量的变化等于合力的冲量；要知道恒力的冲量可根据冲量的定义求解。
3.【答案】
【解析】解：、设水平向右为正方向，石头与砂车的共同速度为，石头与砂车组成的系统在水平方向所受合力为零，系统在水平方向动量守恒，由动量守恒定律得：，解得，故A正确；
B、石头和砂车获得共同速度后漏砂过程中系统所受合外力不为零，系统动量不守恒，故B错误；
C、砂子漏出后在水平方向有初速度，只受重力作用，砂子做平抛运动，在水平方向的速度不变，故C错误；
D、系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，系统总质量不变，由动量守恒定律可知，系统在水平方向速度不变，即砂车的速度，故D错误。
故选：。
系统所受合外力不为零，但水平方向合力为零，系统水平方向动量守恒；石头与砂车组成的系统在水平方向动量守恒，应用动量守恒定律求出石头与砂车的速度；根据砂子漏出后的受力情况分析其运动性质。
解决该题关键掌握动量守恒的应用，正确选择研究对象是前提，系统所受合力不为零，但是可以在某一方向所受合力为零即在该方向上系统动量守恒．
4.【答案】
【解析】解：整个装置为一系统，系统所受外力之和为零，系统动量守恒，
取玩具船运动的方向为正方向，由动量守恒定律得
解得，故A正确，BCD错误；
故选：。
根据动量守恒定律即可解答。
本题主要考查了动量守恒定律，解题关键是掌握动量守恒定律的条件，要选正方向。
5.【答案】
【解析】【分析】
振子振动过程中，受到重力和弹簧的拉力，二者的合力提供回复力；简谐振动具有对称性；系统的重力势能、弹性势能与动能相互转化，但系统的机械能守恒．
解决本题的关键有两点：一是看涉及几种形式的能；二是抓住系统的机械能守恒，再进行分析．
【解答】
解：、振子受到重力和弹簧的拉力，二者的合力提供回复力，故A错误；
B、平衡位置是指振子受到的合外力等于的位置，所以在平衡位置处弹簧的弹力与重力大小相等，方向相反，故B错误。
C、简谐振动具有对称性，所以钢球位于最高点和最低点时加速度大小相等，故C正确。
D、振子在振动过程中，只有重力和弹簧的弹力做功，则振动系统的机械能守恒，但钢球的动能与弹簧的弹性势能之和不守恒，还有重力势能。故 D错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】解：、从图像可以看出，内，力的方向和运动方向相同，结合加速度与力成正比，可知物体先做加速度逐渐增大的加速运动，后做加速度逐渐减小的加速运动，所以末，质点的速度最大，动量最大，故AC错误；
B、该物体在后内受到的力与前内受到力的方向不同，前内做加速运动，后内沿原方向做减速运动，所以物体在内运动方向没有改变，第末，质点没有回到出发点，故B错误；
D、在图像中，与轴所围的面积表示力的冲量，由图可知在和时间内，面积大小相等，一正一负，所以在时间内，力的冲量为零，故D正确。
故选：。
根据力的方向与运动方向的关系，分析质点的运动情况，判断第末质点的速度是否为零，即可知道动量是否为零。根据质点的运动方向是否变化，判断第末质点是否回到出发点。结合牛顿第二定律根据的变化情况分析加速度的变化情况。在图像中，图线与时间轴所围的面积表示力的冲量，由此可分析在时间内冲量大小。
本题的关键要根据牛顿第二定律分析质点的运动情况，要知道图像与时间轴所围的面积表示力的冲量。
7.【答案】
【解析】解：振子振动的圆频率为
振子的振动方程为
故A错误；
B.由图乙可知，由图像斜率表示速度可知，和时，振子的速度相等，故B正确；
C.和时，振子的加速度大小相等，方向相反，故C错误；
D.由于从到平衡位置，振子的速度不断增大，则从到时间内的位移小于振幅的一半，所以时，振子位于点下方大于处，故D错误。
故选：。
根据图象读出振子的周期与振幅，写出质点的振动方程，由图象可知振动的周期和振幅，振子向平衡位置运动的过程中，速度增大，加速度减小，根据振动情况判断出时，振子的位置。
本题考查了弹簧振子的振动图象，会判断振子的速度和加速度的变化，注意振动图象与波动图象的区别，解答的关键是选项的判断要先写出振动方程。
8.【答案】
【解析】解：、由共振曲线可知当频率为的时候振幅最大，即达到了共振，说明单摆的固有频率为，因此单摆的固有周期，故A错误；
B、由单摆的周期公式可得：代入数据可知约为，故B正确；
C、增大摆线长度，则单摆的周期变大，频率变小，故C错误；
D、增大摆线长度，则单摆的周期变大，频率变小，当固有频率等于驱动力频率的时候为共振曲线的波峰，因此向左移动，故D正确。
故选：。
根据驱动力频率与共振频率相近时，单摆的振幅最大可知，摆的周期；由单摆的周期公式可得出摆长，并分析出摆长增大时，周期相应增大频率相应减小。
本题考查共振的性质，可直接由共振曲线得出单摆固有频率，再由单摆周期公式分析出结果。
9.【答案】
【解析】解：、因为平抛运动的时间相等，根据，所以用水平射程可以代替速度，则需测量小球平抛运动的射程间接测量速度，无需测量时间，故A错误；
B、斜槽轨道粗糙不影响实验数据，故B错误；
C、根据实验原理与实验操作可知是碰后的落点，故C错误；
D、碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，根据动量守恒定律可得：
因小球在空中做平抛运动，下落时间相同，因此水平速度与水平位移成正比，则可知：
只要成立即可验证动量守恒定律；故D正确；
故选：。
在验证动量守恒定律的实验中，运用平抛运动的知识得出碰撞前后两球的速度，因为下落的时间相等，则水平位移代表平抛运动的速度。根据实验的原理确定动量守恒的表达式。
该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律，该实验中，虽然小球做平抛运动，但是却没有用到速度和时间，而是用位移来代替速度，成为是解决问题的关键。要注意理解该方法的使用。
10.【答案】
【解析】解：高速列车迎面驶来时，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应，故A错误；
B.挂在同一个水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另几个也跟着一起振动，这种现象是受迫振动，故B错误；
C.水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播，属于波的衍射现象，故C正确。
D.打雷时听见空中雷声会聂鸣一段时间，这是由于雷声经过多次反射造成的，故D错误。
故选：。
，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，衍射现象是波的特有现象，据此分析即可。
本题考查波的衍射，注意波发生明显衍射的条件，波的衍射与反射及干涉的区别。
11.【答案】
【解析】解：、时，质点开始振动，此时质点在平衡位置上方，运动方向向上，故A正确；
B、经过了时，质点开始振动，再经过，质点回到平衡位置，加速度为零，故B错误；
C、根据波动规律可知，质点开始振动时，运动方向向上，故质点开始振动时运动方向向上，故C错误；
D、时质点开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点开始运动，则质点、间的距离为四分之一波长，故质点与质点间相距一个波长，故D错误。
故选：。
本题考查机械波的形成和描述，熟知波的形成和传播特点是解决本题的关键。根据机械波的特点等分析即可。
12.【答案】
【解析】解：取时间内的水研究对象，以初速度方向为正方向，根据动量定理，有：
解得
故A正确，BCD错误；
故选：。
取时间内的水研究对象，注意水冲击到煤壁上时速度变为零；根据动量定理列式求解即可。
本题关键是研究对象的选择，能想到以某段时间内的水作为研究对象进行分析，然后根据动量定理列式求解即可；注意各物理量的矢量性。
13.【答案】解：由图乙所示图象可知，单摆周期，
单摆的频率
由图乙所示图象可知，在时，摆球处于负的最大位移，
摆球向右方向运动为正方向，因此开始时，摆球在处．
由单摆周期公式可知：
代入数据解得，摆长：
答：单摆振动的频率是。
开始时刻摆球在处。
这个摆的摆长是。
【解析】单摆做简谐运动，完成一次全振动的时间为一个周期，图上相邻两个最大值之间的时间间隔为一个周期．由图象求出单摆的周期，然后求出频率．
根据图象所示时摆球的位移确定摆球开始时刻的位置．
已知单摆周期与当地的重力加速度，由单摆周期公式的变形公式可以求出摆长．
本题考查基本的读图能力．对于简谐运动的图象，表示是振动质点相对于平衡位置的位移随时间的变化情况，可直接读出周期、振幅和速度、加速度的方向及其变化情况．
14.【答案】解：、碰撞过程、组成的系统内力远大于外力，系统动量守恒，
以向右为正方向，由动量守恒定律得：
代入数据解得：
最终、、速度相等，系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：
代入数据解得：
滑到的右端时、速度恰好相等，的长度最小，设的最小长度为，
A、相对运动过程，对、系统，由能量守恒定律得：
代入数据解得：；
答：长木板与滑块碰后瞬间，滑块的速度大小是；
最终与相对静止时速度的大小是；
要使滑块不从木板上滑下，木板长度至少是。
【解析】、碰撞过程系统动量守恒，应用动量守恒定律求出、碰撞后的速度。
、、系统动量守恒，应用动量守恒定律求出最终与相对静止的速度大小。
、速度相等时恰好运动到的右端时恰好不从上滑下，根据能量守恒定律求出的最小长度。
本题是一道力学综合题，考查了动量守恒定律的应用，根据题意分析清楚物体的运动过程是解题的前提，应用动量守恒定律、能量守恒定律与动量定理即可解题。
15.【答案】解：小球运动到点的速度，
代入数据解得：；
设小球运动到点时速度为，轨道对小球的支持力为，
从到过程，由动能定理得：，
在点，由牛顿第二定律得：，
代入数据解得：，
由牛顿第三定律得小球在点对轨道的压力：；
当小球与物块发生非弹性碰撞，小球与物块粘在一起时，物块速度最小，设为，滑行距离最小，设为，以向右为正方向，由动量守恒定律得：
，
对，由动能定理得：，
代入数据解得：；
当小球与物块发生弹性碰撞时，设小球速度为，物块速度最大为，
滑行距离最大为，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，
由机械能守恒定律得：，
碰撞后，对，由动能定理得：，
代入数据解得：，
所以物块滑动的范围：；
答：小球在点的速度的大小为；
小球在点对轨道的压力大小为，方向：竖直向下；
小球与静止在点的小物块相碰后，物块向右滑动距离的范围是：。
【解析】小球抛出后做平抛运动，根据题意应用运动的合成与分解求出到达点的速度。
从到过程由动能定理求出小球到达点的速度，应用牛顿第二定律求出轨道对小球的支持力，然后求出小球对轨道的压力。
小球与碰撞过程动量守恒，应用动量守恒定律求出碰撞后的速度，然后应用动能定理求出的滑动范围。
本题考查了动量守恒定律的应用，分析清楚物体运动过程是解题的前提，应用运动的合成与分解、动能定理与动量守恒定律可以解题，解题时注意讨论，否则会出现漏解。
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