上海市曹杨二中2024-2025学年高二（下）期中物理试卷（含解析）

上海市曹杨二中2024-2025学年高二（下）期中物理试卷
本卷共4大题，满分100分
1.“蜻蜓点水”的字面意思是蜻蜓轻轻触碰水面，蜻蜓“点水”会在水面上形成水波。
蜻蜓连续“点水”于平静水面处，形成的水波近似看作简谐横波。时刻水波图样如图所示，图中实线、虚线分别表示波峰、波谷。和是相邻波峰和波谷上的两个质点，两质点振动的平衡位置均在轴上。质点的振动图像如图所示。
若水波的传播速度为，则质点、在轴方向上的距离为______；
质点振动的位移随时间变化的关系是______。
蜻蜓在水面上“点水”飞行。若蜻蜓沿轴正向飞行，其水平飞行速度恰好与水波的传播速度相等，且每次“点水”只形成一个向外扩展的圆形水波波纹，则蜻蜓连续三次“点水”后某时刻水波图样俯视可能是______。
多选平静水面上的处一蜻蜓点水形成一列水波向四周传播可视为简谐波，、、三点与的振动平衡位置在同一条直线上。图示时刻，在波谷与平衡位置的高度差为，、在不同的波峰上。已知波速为，、在水平方向的距离为。下列说法正确的是______。
A.点振动频率为
B.到达第一个波峰的时刻，比滞后
C.从图示时刻起，经过时间，、之间的距离增大
D.从图示时刻开始计时，点的振动方程是
水面开始上下做简谐运动，在水面上激起的水波的波长为。水面上蜻蜓点水处右侧有两片树叶，其振动图像如图甲、乙所示。两片树叶之间的距离可能为______。
A.
B.
C.
D.
2.生活中，光学现象随处可见。同时，光学技术作为一门高精密度的学科，应用在各个领域。
观看电影时需要佩戴特殊的眼镜，此过程利用了光的______选填“折射”或“偏振”现象，这个现象说明光是______选填“横波”或“纵波”。
某些特殊的人工材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧，因此其折射率为负值，称为负折射率材料。空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是______。
多选现有一根圆柱形光纤，光信号从光纤一端的中心进入，并且沿任意方向进入的光信号都能传递到另一端。下列说法正确的有______。
A.光导纤维利用了光的干涉原理
B.光导纤维利用了光的全反射原理
C.光纤材料的折射率可能为
D.光纤材料的折射率可能为
多选光纤中传输的信号是脉冲光信号。一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输，其输出端的光脉冲会变宽，从而降低信号传输质量。考虑各种因素对光脉冲变宽的影响，设光在纤芯中传播的最长时间与最短时间的差为，下列判断正确的是______。
A.长度相同的情况下，光的波长越长，越小
B.长度相同的情况下，纤芯的直径越小，越小
C.长度相同的情况下，纤芯的折射率越大，越小
D.传播时间与纤芯的直径无关
光目前光纤信号传输主要采用以下种波长的激光：、、，均大于红光波长。试写出两种使用激光而不使用可见光来传输信号的理由______、______。
在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，如图所示，光具座放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件。在实验中可以观察到干涉条纹，若增大双缝到屏的距离，则相邻两亮条纹间距将______填“变大”、“变小”或“不变”，若增大单缝与双缝间距，则相邻两亮条纹间距将______填“变大”、“变小”或“不变”。
多选某同学在“测定玻璃的折射率“的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，将长方体玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。为直线与的交点。在直线上竖直插上、两枚大头针，然后在下方合适位置插上大头针，使挡住、的像，插上大头针，使挡住和、的像。过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接、。测量图中角和角的大小，可以计算出玻璃的折射率。下列操作中对折射率的测量一定没有影响的是______。
A.确定玻璃砖的界面后不小心将玻璃砖向下平移了一小段，然后确定界面
B.正确确定玻璃砖的界面和的边界线后，不小心将玻璃砖向上平移了一小段
C.实验操作正确，但玻璃砖的界面和不平行
D.确定玻璃砖的界面后不小心将玻璃砖转动了一个小角度，然后确定界面
观察光的衍射现象的实验装置如图所示，用红色激光照射时得到某衍射条纹，为减小条纹宽度，可______。
A.减小单缝宽度
B.改用绿色激光照射
C.增大单缝与光屏的距离
D.减小激光器与单缝的距离
多选在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，在光源和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，则光屏上的条纹与不加偏振片时相比______。
A.亮度变暗
B.亮度不变
C.条纹间距不变
D.条纹间距变小
泡泡是无色透明的，但在阳光照射下，却呈现出五颜六色，这是光的______现象产生的。图是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，图是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在图上的火焰像上可看到的条纹图样是______。
利用上题原理可检查工件表面的平整度。如图所示，现使透明标准板和待检工件间形成一楔形空气薄层，并用单色光照射，可观察到如图所示的条纹，条纹的弯曲处和对应于和处。从弯曲的条纹可知同一亮条纹上、点对应的薄膜厚度______选填“相同”或“不同”，故判断处缺陷为______选填“凹陷”或“凸起”。当减少薄片的厚度，则相邻的条纹间距会______选填“变大”、“变小”或“不变”。
3.图甲为海上的一种浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图乙所示。浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，水平方向产生辐向磁场。密闭浮桶的内置线圈与桶相对静止，可相对于磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中。浮桶在仅受浮力和重力作用下的振动为简谐运动，浮桶下部始终浸没在海水中，且上部始终没有进入海水中，其外侧圆周的横截面积如图乙中阴影部分所示为，海水密度为，重力加速度为，忽略海水对浮桶的阻力。
浮桶做简谐运动的回复力满足请选择合适的方法确定系数的表达式应为下列选项中的______。
A.
B.
C.
D.
若某次自由振动中的振幅为，周期为，且时，浮桶位于振动的最高点，以向上为正方向。
这次振动过程的位移与时间的关系式 ______。
在如图中选取合适的刻度，作出浮桶的振动图像至少画出一个周期。
若海浪的周期始终为，浮桶实际随波浪上下运动可视为受迫振动。内置线圈的匝数，固定磁体在线圈所处位置产生的辐向磁场的磁感应强度大小为，线圈直径，总电阻，该线圈与阻值的灯泡相连。取重力加速度，且。
已知浮简做简谐运动的固有周期公式为，其中为振子质量，在国际单位制中的数值为，则当浮桶及线圈的总质量 ______时，该浮桶式波浪发电机的发电功率达到最高；
若振动的速度随时间变化关系可表示为，求灯泡在内消耗的电能。
4.某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果。如图所示俯视，在遥控小车底面安装有单匝矩形金属线框线框与水平地面平行，小车以初速度向右通过竖直向下的有界磁场。已知小车总质量，金属框宽为、长为，电阻，磁场宽度，磁感应强度，不计摩擦。
若，则边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为______；小车的加速度大小为______。
若边刚离开磁场边界时，小车速度恰好为零。
线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向______；
A.均为
B.均为
C.先再
D.先再
定性画出小车运动的速度随时间变化的关系图像；
计算求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量；
论证某同学认为“线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量”，请分析论证该观点。
该小组利用如图所示装置验证感应电动势大小与磁通量变化率之间的关系。线圈匝数和面积均不变，通过调节智能电源在线圈中产生可控的变化的磁场，用磁传感器测量线圈内的磁感应强度，用电压传感器测量线圈内的感应电动势。某次实验中得到的、图像如图所示。
观察图图像，可得：在线圈中产生恒定感应电动势的条件是______；感应电动势的大小与______有关。
为了进一步确定定量关系，可利用图中的信息，做出______。
A.图像
B.图像
C.图像
D.图像
答案和解析
1.【答案】；； ； ；
【解析】解：和是相邻波峰和波谷上的两个质点，则两者距离半个波长，由图可知周期为
则距离为
由题意，正处于波谷，满足振动方程
解得：
由于蜻蜓飞行的速度恰好与水波的传播速度相等，相邻两圆的圆心距离是蜻蜓点水后到下一次点水运动的距离，与此同时，波传播的距离为相邻两圆的半径之差，且蜻蜓沿轴正方向飞，新形成的波应该在轴上右侧，故A正确，BCD错误。
故选：。
由图可知波长为，则点振动频率为
故A正确；
B.由图可知，，则到达第一个波峰的时刻，比滞后
故B错误；
C.、只能竖直方向振动，距离不变，故C错误；
D.质点的振动角频率为
从图示时刻开始计时，点的振动方程是
故D正确。
故选：。
由图像可知树叶振动的周期
则波速为
当波由乙传向甲时，间距
当时有
故B正确；
C.当波由甲传向乙时，间距
当时有
故C正确；
A.当间距为时，结合上述可以解得
故A错误；
D.当间距为时，结合上述可以解得
故D错误。
故选：。
故答案为：；；；；。
2.【答案】；； ； ； ； 激光具有高度的相干性；激光的平行度非常好； ；； ； ； ； 干涉；水平的明暗相间的干涉条纹； ；；
【解析】解：观看电影时需要佩戴特殊的眼镜，此过程利用了光的偏振现象，说明光是横波；
故答案为：；。
根据入射角与折射角依然满足，光线在介质的上表面发生折射时应该有，故BD错误；
光线传播到下表面时，由于两法线互相平行，则在下表面的入射角等于上表面的折射角，下表面折射时仍然满足折射定律，故从下表面射出时的折射角等于，故A错误，C正确；
故选：。
光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传信息的目的，故A错误，B正确；
光的入射角为，折射角为，根据折射定律得：
当趋于时，最大，此时光在侧面的入射角最小，只要能保证此时光在侧面恰好发生全反射，即能保证所有入射光都能发生全反射。即：
联立以上两式，并注意到
可解得：
故C正确，D错误。
故选：。
设光纤的长度为，光沿光纤轴线传输时用时最短，光在光纤中的传播速度
则最短时间
光在内侧面恰好发生全反射时在光线中传播的时间最长，此时
则光通过光纤传播的距离
所用的最长时间为
所以时间差
长度相同的情况下，光的波长越长，则折射率越小，可知时间差越小。纤芯的折射率越大，则时间差越大。根据上述表达式可知与光纤的直径无关，故A正确，BC错误；
D.根据上述分析可知其他条件相同的情况下，纤芯的长度越短，越小，故D正确。
故选：。
光纤信号传输主要采用激光而不使用普通可见光有激光具有高度的相干性及激光的平行度非常好等原因；
根据相邻亮条纹间距公式
若增大双缝到屏的距离，则相邻两亮条纹间距将变大；若增大单缝与双缝间距，则相邻两亮条纹间距将不变；
故答案为：；。
项中的操作会使折射角的测量值偏大，如图所示
由折射率
导致玻璃砖折射率的测量值偏小，故A错误；
B.项中的操作折射角的测量值不变，如图所示
对玻璃砖折射率的测量值没有影响，故B正确；
C.项中的操作对玻璃砖折射率的测量值没有影响，如图所示
故C正确；
D.项中的操作可能会对玻璃砖折射率的测量值产生影响，如图所示
对于从射出的光线，若在出射点左侧光线是出射光线会使玻璃砖折射率的测量值偏小，若中间光线是出射光线则玻璃砖折射率的测量值准确，若在出射点右侧光线是出射光线会使玻璃砖折射率的测量值偏大，故D错误。
故选：。
减小单缝宽度，条纹宽度增大，故A错误；
B.绿光的波长比红光的短，因此改用绿光照射，条纹宽度减小，故B正确；
C.增大单缝与光屏间距离，条纹宽度增大，故C错误；
D.由于激光器发出的是平行光，因此减小微光器与单缝间距离，条纹宽度不变，故D错误。
故选：。
加偏振片不会改变光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式
可知，条纹间距不变化；光经过偏振片后光的强度会减弱，干涉条纹亮度要变暗，故BD错误，AC正确。
故选：。
泡泡是无色透明的，但在阳光照射下，却呈现出五颜六色，这是光的干涉现象产生的；往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹；
薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，故、点对应处的薄膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知处凹陷，处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知处凸起，当减少薄片的厚度，即减小空气薄层的宽度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会变大。
故答案为：；；；；；激光具有高度的相干性；激光的平行度非常好；；；；；；干涉；水平的明暗相间的干涉条纹；；；。
3.【答案】
【解析】解：根据题意，设浮桶及线圈的总质量为，在水面平衡时，排开水的体积为，则有：
设浮桶及线圈相对平衡位置的位移是，可得：
可得回复力系数为：，故BCD错误，A正确。
故选：。
设振动方程为：，其中振幅，周期
已知当时，，代入解得：
可得这次振动过程的位移与时间的关系式为：
依据，作出浮桶的振动图像如下图所示：
简谐运动的周期为：
结合回复力系数：，可得浮桶与线圈做简谐运动的固有周期为：
海浪的周期始终为，则二者周期相等，即时该浮桶式波浪发电机的发电功率达到最高，解得：
由速度与时间关系可知最大速度为
发电的最大电动势为：
电流的有效值为：
灯泡在内消耗的电能为：
故答案为：；；见解答；；灯泡在内消耗的电能。
4.【答案】 随时间发生变化 的变化率
【解析】解：根据法拉第电磁感应定律，
由欧姆定律，联立解得；
根据安培定则，
由牛顿第二定律，联立解得；
根据楞次定律可知，线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向应为先再，故D正确，ABC错误；
故选：。
根据
联立解得
线框向右运动过程，安培力阻碍线框进入磁场，因此线框的速度从逐渐减小，根据可知，线框向右运动第一个过程，线框做加速度减小的减速运动；
线框完全进入磁场后，线框的磁通量不变，没有感应电动势，没有感应电流，安培力为零，加速度为零，可知线框向右运动第二个过程，线框做匀速运动；
线框穿出磁场过程中，根据可知，线框向右运动第三个过程，线框做加速度减小的减速运动，直到速度变为零；由以上即可画出小车运动的速度随时间变化的关系图像；即为
线框进入磁场的过程中感应电流的平均值为
通过线框截面的电量
答：线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量为；
由可知，线框进入磁场过程中的平均加速度大于穿出磁场中的平均加速度，安培力，可知线框进入磁场过程中的平均安培力大于穿出磁场中的平均安培力，进磁场和出磁场过程的位移相等，由可知，进磁场过程中克服安培力做功多，因此线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量。
根据图可知，当磁感应强度随着时间均匀变化时即可产生恒定的电动势，即：随时间发生变化；电动势的大小与磁感应强度随着时间均匀变化快慢有关；即：的变化率；
根据实验中得到的、图像，进过分析可知，感应电动势的大小与图像的斜率大小一致，因此为了进一步确定定量关系，可利用图中的信息，做出图像，故C正确，ABD错误；
故选：。
故答案为：，；；见解析；通过线框截面的电量；见解析；随时间发生变化，的变化率；。
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