湖北省武汉市部分重点中学2022-2023学年高一下学期期末联考物理试题

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一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题只有一项符合题目要求，第8-11题有多项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全得2分，有选错得0分。
1. 奇妙莫测的大自然中，有许多美妙的声音，以下关于大自然中的声现象，说法正确的是( )
A. “余音绕梁，三日不绝”体现了声波的衍射现象
B. “空山不见人，但闻人语响”体现了声波的干涉现象
C. “隔墙有耳”体现了声波的衍射现象
D. “姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”体现了声波的干涉现象
【答案】C
【解析】
【详解】A．“余音绕梁，三日不绝”是指声波遇到梁或墙，不断反射，体现了声波反射与干涉，不是声波的衍射现象，故A错误；
B．“空山不见人，但闻人语响”，其原因是声波产生了衍射，即体现了声波的衍射现象，故B错误；
C．“隔墙有耳”，即隔墙能听到声音，其原因是声波产生了衍射，体现了声波的衍射现象，故C正确；
D．“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”体现了声波在介质中的传播和衍射现象，故D错误。
故选C。
2. 质量不计的轻质弹簧一端连接物体，另一端施加恒力F，如图甲所示，物体沿粗糙水平面向右匀速运动，时间t内弹力的冲量大小为，如图乙所示，物体在相同的恒力F作用下沿光滑水平面向右匀加速运动，相同时间t内弹力的冲量大小为，则下列说法正确的是( )

A. B.
C. D. 无法判断和的大小关系
【答案】B
【解析】
【详解】根据题意可知，弹簧弹力大小为
则有
故选B。
3. 如图所示，一定质量的小球以一定初速度从地面竖直上抛，小球运动过程中所受的阻力f恒定，则小球在上升过程中，说法正确的是( )

A. 小球的动量p随时间t的变化率均匀增大
B. 小球动量p随时间t的变化量不变
C. 小球的动量p随时间t的变化量均匀变小
D. 小球动量p随时间t的变化率不变
【答案】D
【解析】
【详解】小球在上升过程中，根据动量定理可得
可得
可知小球的动量p随时间t的变化量均匀变大；小球的动量p随时间t的变化率不变。
故选D。
4. 如图所示，静止轨道卫星Q在轨道上稳定运行，P为赤道平面上的监测站，为实时监测卫星运行状况，卫星Q持续向监测站P发射频率为f的电磁波，则卫星Q从A运行到B的过程中，关于监测站P接收的电磁波频率，下列说法正确的是( )

A. 监测站P接收的电磁波频率先减小后增大
B. 监测站P接收的电磁波频率先增大后减小
C. 监测站P接收电磁波频率一直保持不变
D. 监测站P接收的电磁波频率一直减小
【答案】C
【解析】
【详解】因为卫星Q是地球同步卫星，与地球有相同的角速度，P为赤道平面上的监测站，则PQ相对静止，即卫星Q从A运行到B的过程中，PQ的相对位置不变，根据多普勒效应可知，监测站P接收的电磁波频率不变。
故选C。
5. 将固有频率为的振子A和固有频率为的振子B固定在同一平台上且，给平台提供驱动力使振子A、B同时做受迫振动，振子A的振幅为，振子B的振幅为，现逐渐增大驱动力的频率f，关于两振子做受迫振动的振幅，下列说法正确的是( )
A. 不可能、同时增大
B. 不可能在增大的同时减小
C. 不可能、同时减小
D. 不可能在减小的同时增大
【答案】B
【解析】
【详解】发生受迫振动时，其振幅与驱动力频率的关系图像如图所示

由图像可知，当驱动力的频率小于固有频率时，随着驱动力频率的增加，其振幅增加，当驱动力的频率等于固有频率时，振幅最大，当驱动力的频率大于固有频率时，随着驱动力频率的增加，其振幅减小。又因为振子A和振子B的固有频率之间关系为。当驱动力的频率在小于时，随着其增加，则、同时增加；当驱动力的频率大于时，随着其增加，则、同时减小；当驱动力频率在之间时，随着其增加，则减小，而增大。
故选B。
6. 质量为的小球以从地面竖直向上抛出，小球再次落地后与地面碰撞并以向上弹回，若小球与地面的作用时间为，小球可视为质点，取，不计小球运动过程中的一切阻力，则小球对地面的平均作用力大小为( )

A. 1.2NB. 1.8NC. 2ND. 3.2N
【答案】D
【解析】
【详解】由于不计一切阻力，可知小球落地瞬间的速度大小为，小球与地面作用过程，以竖直向上为正方向，根据动量定理可得
解得地面对小球的平均作用力大小为
可知小球对地面的平均作用力大小为。
故选D。
7. 为研究机械波特点，小明模拟出一列沿x轴正方向传播的简谐横波后再将图像打印出来，但由于墨盒故障，只打印出时刻的部分波形图像如图所示，根据图中所给数据，下列判断正确的是( )

A. 由于波形图缺失，无法确定该波的波长
B. 虽然波形图缺失，但根据计算可确定该波的波长为8m
C. 虽然波形图缺失，但根据计算可确定该波的波长为10m
D. 虽然波形图缺失，但根据计算可确定该波的波长为12m
【答案】D
【解析】
【详解】由图中波形图可知，该波的波长满足
由图可知
(，，)
联立可知，只能取，则该波的波长为
故选D。
8. 如图甲所示，振子在光滑水平面A、B间做简谐运动，平衡位置为O，时刻起振子开始运动，其振动图像如图乙所示，以向右为正方向，不计一切阻力，则下列说法中正确的是( )

A. 时振子的速度方向向左
B. 时振子的加速度方向向左
C. 时振子的加速度最大
D. 至的时间内，振子加速度大小逐渐减小
【答案】AC
【解析】
【详解】A．由振动的位移时间图像的切线斜率表示速度，可知在时振子的速度是负值，速度方向向左，故A正确；
B．由图乙可知，时振子的位移是负值，由，可知加速度为正值，方向向右，故B错误；
C．时振子在负方向的最大位移处，由可知，此时刻振子的加速度最大，故C正确；
D．由图乙可知，在至的时间内，振子位移逐渐增大，由可知，振子加速度大小逐渐增大，故D错误。
故选AC。
9. 如图甲所示，可视为质点的两滑块A、B用轻弹簧连接并置于光滑水平面上，已知滑块B的质量为4kg，初始时刻，弹簧处于原长，滑块A获得一定初速度向右开始压缩弹簧，不计运动过程中的一切阻力，经测量可得A、B两滑块在开始运动后的一段时间内速度大小、满足如图乙所示的关系，则由图像可知( )

A. 弹簧第一次恢复原长时，滑块A的速度最小
B. 滑块A的质量为3kg
C. 滑块A的初速度为
D. 滑块A压缩弹簧过程中，弹簧所获得的最大弹性势能为12J
【答案】ABC
【解析】
【详解】A．由题意可知，滑块A以一定初速度向右开始压缩弹簧时，A做减速运动，B做加速运动，当弹簧被压缩量最大时，A、B达到共速，以后弹簧要恢复原长，A继续做减速运动，B继续做加速运动，弹簧第一次恢复原长时，滑块A的速度达到最小，A正确；
BC．由图乙可知，B的最大速度是3m/s，则B的动量是12kg∙m/s，由A、B两滑块组成的系统动量守恒可知，滑块A的最大动量是12kg∙m/s，最大速度是4m/s，则滑块A的质量为3kg，BC正确；
D．滑块A压缩弹簧过程中，弹簧的压缩量最大时，弹簧所获得有最大弹性势能，由动量守恒定律可得
解得
由机械能守恒定律，可得弹簧的最大弹性势能为
D错误。
故选ABC。
10. 月湖之畔，汉江之滨的琴台音乐厅是武汉的艺术殿堂，音乐厅的“穹顶”安装有消音设备，能够削弱高速气流产生的噪声。原理如图所示，一定波长的声波从A端输入，在S点分成两列声波，分别通过直径和半圆通道到达声波输出端B，将消音设备的半径调整为时，可以使声波在输出端B起到“消声”效果，则由此可知该声波的波长可能为( )(计算结果保留2位有效数字)

A. 0.92mB. 0.46mC. 0.30mD. 0.15m
【答案】BD
【解析】
【详解】由，则有，半圆弧长为，在输出端B起到“消声”效果，则有两波在B端相遇时，两波传播的路程差为
(n=0，1，2，3，⋯)
则有
(n=0，1，2，3，⋯)
解得
(n=0，1，2，3，⋯)
当n=0时
当n=1时
当n=2时
因此该声波的波长可能为0.46m或0.15m，AC错误，BD正确。
故选BD。
11. 某货物输送装置如图所示，弹射器固定在水平面上，弹射器最右端可以放置质量不同的物体被弹射出去，弹射器正前方某一位置P处放置另一质量为0.5kg的物体B，P左侧光滑，右侧粗糙且动摩擦因数，弹射器提供恒定的弹性势能，物体A获得全部弹性势能后被弹射出去，A在P点和B发生碰撞，碰撞时间极短且碰后A、B结合成一个整体，整体向右运动到某一点Q静止，设被弹射物体质量为，P、Q间的距离为x，A、B均可以看成质点，取，下列说法正确的是( )

A. 被弹射物体越小，则整体运动的距离x越大
B. 被弹射物体，则整体运动的距离x最大，最大距离为
C. 被弹射物体，则整体运动的距离
D. 被弹射物体，则整体运动距离
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．由动能与动量的关系式
可得
弹射物体被弹出过程有
由动量守恒定律可得
解得
由动能定理可得
则有
由上式可得
由上式可知当时，x有最大值，最大值为
A错误；
B．被弹射物体，由上式则有
B正确；
C．被弹射物体，则整体运动的距离
C正确；
D．被弹射物体，则整体运动的距离
D正确。
故选BCD。
二、非选择题：本题共5小题，共56分。
12. 为测量武汉地区的重力加速度，小明在家找到一个表面部分磨损且凸凹不平的小钢球做成一个单摆，具体操作如下：
①小明用刻度尺测量两悬点OP间细线的长度L，将小钢球拉开一个大约5°的角度静止释放；
②从小钢球摆至最低处开始计时且记次数为第1次，当小钢球第N次通过最低处时，停止计时，显示时间为t；
③由于不能准确确定钢球的重心位置，小明改变两悬点OP间细线的长度先后完成两次实验，记录细线的长度及单摆对应的周期分别为、和、。根据小明的操作步骤，回答以下问题：

(1)根据实验操作，在步骤②中，小钢球的摆动周期为T=________。
(2)根据步骤③记录的数据得出武汉地区的重力加速度为g=_______(用、，， 表示)。
【答案】 ①. ②.
【解析】
【详解】(1)[1] 从小钢球摆至最低处开始计时且记次数为第1次，当小钢球第N次通过最低处时，停止计时，显示时间为t，可知小钢球摆动一个周期经最低点两次，则有
解得周期为
(2)[2]设摆线末端距小钢球重心的距离为r，由单摆的周期公式可得
解得
13. 学习小组利用如下实验装置研究两小球弹性碰撞过程中的动量守恒。如图所示，斜槽固定在水平桌面上且末端切线水平，距槽末端一定距离的位置固定着一个竖直挡板，A、B两小球直径相同且发生弹性碰撞，不计斜槽转折点的能量损耗和空气阻力，实验步骤如下：
①将白纸、复写纸固定在竖直挡板上，用来记录实验中小球与竖直挡板的撞击点；
②用水平仪确定竖直挡板上与小球圆心O等高的点并记录为P；
③让入射小球A单独从斜槽固定挡板处静止自由释放，记录小球在竖直挡板上的撞击点；
④将被碰小球B静止放置在水平轨道的末端，让入射球A再次从斜槽固定挡板处静止释放，A、B两球在斜槽末端碰后均向右水平抛出，记录A、B两小球在竖直挡板上的撞击点；
⑤重复③④操作多次，确定两小球各次的平均撞击点Q、M、N；
⑥测得、、
根据该实验小组的实验，回答下列问题：

(1)关于该实验，下列说法正确的是________
A.该实验要求斜槽必须尽可能光滑
B.该实验无需要求斜槽光滑
C.入射小球A的质量应大于被碰小球B的质量
D.入射小球A的质量应小于被碰小球B的质量
(2)根据实验操作，3个撞击点P、Q、M、中，入射小球A单独释放后在竖直挡板上的撞击点为______点，A、B碰撞后A的撞击点为________点，A、B碰撞后B的撞击点为________点。
(3)该实验由于没有天平无法测出小球A、B的质量，实验小组认为只要测出、、，且满足_______(写出、、关系式)，则在误差允许范围内，小球A、B发生弹性碰撞过程中的动量守恒。
【答案】 ①. BC##CB ②. M ③. N ④. Q ⑤.
【解析】
【详解】(1)[1]AB．小球做平抛运动，所以要求斜槽轨道末端必须水平，斜槽不必光滑，故A错误，B正确；
CD．为了防止入射小球反弹，所以入射小球的质量应大于被碰小球的质量，故C正确，D错误。
故选BC。
(2)[2][3][4]小球离开斜槽后做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，有
水平方向做匀速直线运动，有
而根据动量守恒有
由因为入射小球的质量大于被碰小球的质量，即，根据之前的解析式，可以推知
而小球离开斜槽后做平抛运动，而由题意可知，其小球的水平位移相等，所以水平速度越大，则运动时间越短，其竖直高度越低，所以，入射小球A单独释放其撞击点为M点；A、B碰撞后，A球的撞击点为N点，B球的撞击点为Q点。
(3)[5]设OP的距离为x，小球离开斜槽做平抛运动，竖直方向做自由落体，有
水平方向做匀速直线运动，有
整理有
由题意可知，、、整理得
又因为动量守恒，所以有
又因为是弹性碰撞，所以有
以上式子联立，整理有
即
14. 如图所示，可视为质点的两木块A、B质量均为2kg，用轻弹簧连接在一起放在水平地面上，用外力将木块A压下一段距离后静止不动，撤去外力，A上下做简谐运动，弹簧始终竖直且未超过弹性限度，不计一切阻力，取，则：
(1)若施加的外力，求撤去外力后在木块A运动过程中木块B对地面最小压力的大小；
(2)撤去外力后，要使木块B恰好不离开地面，求将木块A下压至静止时外力的大小。

【答案】(1)10N；(2)40N
【解析】
【详解】(1)设劲度系数为k，撤去外力后木块A以原平衡位置上下做简谐运动，当木块A运动到最高点时，由在撤去外力瞬间，合外力等于撤去的外力，可知木块A的加速度大小为
当木块A运动到最高点时，加速度方向向下，此时木块B对地面有最小压力，对A由牛顿第二定律可得
可得此时弹簧的弹力大小
方向向下，对B则有
方向向上，由牛顿第三定律可知，木块B对地面最小压力的大小为10N。
(2)撤去外力后，木块A以原平衡位置上下做简谐运动，当木块B恰好不离开地面时，对B则有
此时木块A处于最高位置，加速度最大，为
由简谐运动的对称性，当木块A运动到最低点时，加速度最大，仍为2g，方向竖直向上，在撤去外力瞬间，合外力等于撤去的外力，由牛顿第二定律，可得
15. 位于坐标原点O的波源S产生的简谐横波向右传播，波的振幅，波速，设时刻波刚好传到处，部分波形如图所示，P是在波的传播方向上的质点，求：
(1)波源S开始振动的方向和该波的周期T；
(2)时刻波源S的位置坐标；
(3)从时刻起，处的质点第一次到达波谷的时间。

【答案】(1)沿轴正方向，；(2)；(3)
【解析】
【详解】(1)根据波形平移法可知，时刻处质点的起振方向沿轴正方向，则波源S开始振动的方向沿轴正方向；根据波形图可知波长为，则该波的周期为
(2)从波源S传到所用时间为
可知时刻，波源S已经振动了，则波源S的位置坐标为
(3)从传到所用时间为
由于质点的起振方向沿轴正方向，则从时刻起，处的质点第一次到达波谷的时间为
16. 如图所示，水平地面M点左侧光滑，右侧粗糙且动摩擦因数为，在M点左侧某位置放置质量为的长木板，质量为的滑块A置于长木板的左端，A与长木板之间的动摩擦因数也为，在M点右侧依次放置质量均为的滑块B、C、D，现使滑块A瞬间获得向右的初速度，当A与长木板刚达到共速时，长木板恰好与滑块B在M点发生弹性碰撞，碰后立即将长木板和滑块A撤走，滑块B继续向前滑行并和前方静止的C发生弹性碰撞，B、C碰后C继续向前滑行并与前方静止的D发生弹性碰撞，最终滑块D停在水平面上的P点，已知开始时滑块B、D间的距离为，重力加速度为，滑块A、B、C、D均可看成质点且所有弹性碰撞时间极短，求
(1)开始时，长木板右端与滑块B之间的距离；
(2)长木板与B碰后瞬间B的速度；
(3)滑块D最终停止的位置P与D开始静止时的距离。

【答案】(1)；(2)；(3)
【解析】
【详解】(1)A在长木板上滑行，当A与长木板刚达到共速时，长木板恰好与滑块B在M点发生弹性碰撞，由于M点左侧光滑，可知A与长木板组成系统满足动量守恒，则有
解得
以长木板为对象，根据动能定理可得
解得长木板右端与滑块B之间的距离为
(2)长木板与B发生弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒可得
解得长木板与B碰后瞬间B的速度为
(3)设B与C碰撞前瞬间的速度为，B与C发生弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒可得
解得
，
可知发生弹性碰撞后B与C速度发生交换，同理可知发生弹性碰撞后C与D速度发生交换，则根据能量守恒可得
解得