[物理]山西省朔州市怀仁市2023-2024学年高二下学期5月期中试题(解析版)

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物理
一、选择题：本题共8小题，每题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求。
1. 电磁波按波长由大到小排列正确的是（ ）
A. 无线电波、红外线、紫外线、射线
B. 射线、红外线、紫外线、无线电波
C. 红外线、无线电波、射线、紫外线
D. 紫外线、无线电波、射线、红外线
【答案】A
【解析】电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线。
故选A。
2. 如图所示的交变电流，每个周期的前三分之一周期按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定，则该交变电流的电流有效值为（ ）
A AB. A
C. 6AD. A
【答案】B
【解析】取交流电的一个周期进行分段，则在T内，产生的热量
解得
故选B。
3. 如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是（ ）

A. I变大，U变大B. I变大，U变小
C. I变小，U变大D. I变小，U变小
【答案】D
【解析】当R2处出现火情时，的阻值减小，电路总电阻减小，根据
可知干路电流增大，则电源内电压
增大，而电源电动势不变，则路端电压
减小；因为干路电流增大，则两端电压增大，所以与并联的两端电压减小，故电流表示数I变小。
故选D。
4. 如图甲所示，弹簧振子以点为平衡位置，在水平面上两点之间做简谐运动。取向右为正方向，振子的位移随时间的变化图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A. 时，振子的回复力最大
B. 该振子的频率为
C. 到的时间内，振子通过的路程为
D. 该振子的振幅为
【答案】D
【解析】A．由图像可知，时，振子处于平衡位置，回复力为0，故A错误；
BD．由图像可知，该振子的振幅为，该振子的周期为
则频率为
故B错误，D正确；
C．越接近平衡位置，振子的速度越大，又
可知到的时间内，振子通过的路程大于一个振幅，即大于，故C错误。
故选D。
5. 如图所示，竖直弹簧上端固定，质量为的小球在竖直方向做振幅为A的简谐运动。当小球振动到最高点时弹簧恰好为原长，重力加速度为，则小球在简谐运动过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
B. 小球最大动能等于
C. 弹簧最大弹性势能等于
D. 小球在最低点时弹簧的弹力大小为
【答案】D
【解析】A．小球和弹簧组成的系统机械能守恒，因此弹簧的弹性势能和小球的动能、重力势能之和保持不变，A错误；
B．小球在平衡位置的速度最大，动能最大，根据
解得
即小球的最大动小于，B错误；
C．由于小球在竖直方向做振幅为A的简谐运动，当小球振动到最高点时，弹簧正好为原长，则小球运动到最低点时，小球下降的高度为2A，减小的重力势能全部转化为弹性势能，即弹簧的最大弹性势能等于，C错误；
D．当小球振动到最高点时，弹簧正好为原长，则在最高点小球仅仅受到重力作用，加速度为
a=g
根据简谐运动的对称性可知小球在最低点时有
解得
D正确。
故选D。
6. 如图所示，一单摆悬于O点，摆长为L，若在O点正下方O'点钉一个光滑钉子，使OO'= ，将单摆拉至A处由静止释放，小球将在A、B、C间来回摆动，若摆动中摆线与竖直方向的夹角小于5°，则此单摆的周期为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据单摆的周期公式
可得此单摆的周期为
故选C。
7. “水袖功”是中国古典舞中用于表达情感的常用技巧，舞者通过手把有规律的抖动传导至袖子上，营造出一种“行云流水”的美感。某次演员抖动水袖时形成一列沿x轴传播的简谐横波，其在某一时刻的波形图如图甲所示，P和Q是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻（设为）起质点Q在一段时间内的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 该列简谐横波沿x轴负方向传播，波速大小1m/s
B. 该列简谐横波与频率为2Hz的简谐横波可发生稳定干涉
C. 在时，质点P的加速度为零
D. 从到，质点Q通过的路程为2.4m
【答案】A
【解析】A．时刻，质点Q振动方向向上，根据同侧法可判断出该波沿x轴负方向传播，从图像可读出
，
可得波速为
A正确；
B．该波的频率为
频率相同的两列波才能发生的稳定的干涉，B错误；
C．已知
所以质点P在时位于负向最大位移处，加速度为正向最大，C错误；
D．已知
质点Q通过的路程为
D错误。
故选A。
8. 如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法有：①增大波源的频率；②减小波源的频率；③将N板向上移动一些；④将N板向下移动一些。以上方法正确的是（ ）
A. ①④B. ②③C. ①③D. ②④
【答案】B
【解析】根据题意可知，测得A点没有振动，说明波没有发生明显的衍射现象，原因是MN间的缝太宽或波长太小，因此若使A处质点振动，可采用N板上移减小间距或增大波的波长，即减小波源频率，故②③正确，①④错误。
故选B。
二、选择题：本题共4小题，每题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
9. 如图（a）所示，在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈可绕与磁感线垂直的中心轴OO'，匀速转动，线圈两次以不同的转速转动产生的正弦式交变电动势图像如图（b）中图线甲、乙所示，则（ ）
A. 两次t=0时刻线圈平面均与磁场方向平行
B. 图线甲、乙对应的线圈转速之比为2：1
C. 将转轴移至与线圈ab边共线，则相同转速下交变电动势的峰值不变
D. 若线圈电阻为0.1Ω，则线圈电动势按图线乙规律变化时的发热功率为10W
【答案】BC
【解析】A．两次t=0时刻，感应电动势均为零，通过线圈的磁通量最大，线圈平面均与磁场方向垂直，故A错误；
B．由图可知
，
根据
可知图线甲、乙对应的线圈转速之比为
故B正确；
C．交变电动势的峰值为
可知将转轴移至与线圈ab边共线，则相同转速下交变电动势的峰值不变，故C正确；
D．由图可知
根据
可得
则
乙线圈感应电动势的有效值为
线圈电动势按图线乙规律变化时发热功率为
故D错误。
故选BC。
10. 如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动。开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2Hz。现匀速转动摇把，转速为240r/min。则（ ）。
A. 当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5s
B. 当振子稳定振动时，它的振动频率是4Hz
C. 当转速增大为300r/min时，弹簧振子的振幅增大
D. 当转速减小为180r/min时，弹簧振子的振幅增大
【答案】BD
【解析】AB．匀速转动摇把，转速为240r/min，则其周期为
频率为
振子为受迫振动，则稳定后频率与驱动力的频率相同，所以当振子稳定振动时，振动频率和周期分别为
故A错误，B正确；
CD．当驱动力的频率与振子的固有频率相同时，产生共振，此时振子振幅最大，当驱动力频率与振子固有频率不同时，驱动力频率越接近固有频率，振幅越大，振子固有频率为2Hz，此时驱动力频率为4Hz，当转速为300r/min和180r/min时对应频率分别为5Hz和3Hz，则可得当转速增大为300r/min时，弹簧振子的振幅减小，当转速减小为180r/min时，弹簧振子的振幅增大，故C错误，D正确。
故选BD。
11. 如图所示，是水平面上两列频率相同简谐波在某时刻的叠加情况。两列波振幅均为A=5cm，波的传播方向如箭头方向所示，实线与虚线分别表示波峰和波谷。此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是（ ）
A. N、P两处质点此刻位移为0
B. P、Q两处质点在该时刻的竖直高度差为10cm
C. M、Q连线中点处的质点是振动减弱点
D. 从该时刻起，经过二分之一周期，位于M点的质点到达平衡位置，此时位移为零
【答案】AB
【解析】A．N、P两处此刻是波峰和波谷相遇，所以N、P两处为振动减弱点，由于两列波的振幅相等，则N、P两处质点此刻位移为0，故A正确；
B．Q处此刻是波谷和波谷相遇，所以Q处为振动加强点，此刻Q处位移为，则P、Q两处质点在该时刻的竖直高度差为10cm，故B正确；
C．M处此刻是波峰和波峰相遇，所以M处为振动加强点，则M、Q连线中点处的质点是振动加强点，故C错误；
D．从该时刻起，经过二分之一周期，位于M点的质点到达波谷位置，位移为，故D错误。
故选AB。
12. 波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的A、B两点处，AB=1.20m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿直线AB相向传播，波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同，则A、B间合振动振幅最小的点的位置与A点的距离为（ ）
A. 0.35mB. 0.50mC. 0.85mD. 1.00m
【答案】AC
【解析】两列波的波长为
以A为坐标原点，设P为AB间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差为
，
其中x、以m为单位，合振动振幅最小的点的位置满足
，k为整数
则可知，当k=-1时
x=0.35m
当k=0时
x=0.85m
即A、B间合振动振幅最小的点的位置在距离A点0.35m和0.85m处。
故选AC。
三、实验题：2小题，共15分。
13. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。

（1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是______。
A.控制变量法 B.等效替代法
C.演绎法 D.理想实验法
（2）变压由两个线圈和铁芯等构成，下列说法正确的是______。
A.匝数多线圈导线粗 B.匝数少的线圈导线粗
C.铁芯由绝缘的铜片叠成 D.铁芯由绝缘的硅钢片叠成
（3）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为__。

【答案】（1）A （2）BD或DB （3）D
【解析】（1）[1]在物理学中，当一个物理量与两个或两个以上的物理量有关系，需要研究其中两个物理量之间的关系时，需要控制其它物理量保持不变，从而方便研究二者之间的关系，该方法称之为控制变量法。为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法为控制变量法。
故选A。
（2）[2]变压器的铁芯结构和材料由绝缘的硅钢片叠成；且由变压器工作原理知
可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。
故选BD。
（3）[3]若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
若变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，副线圈接“0”和“4”两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为，副线圈的电压为3V，则原线圈的电压为
考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6V，可能为6.5V。
14. 在“用单摆测量重力加速度”的实验中，某实验小组在测量单摆的周期时，测得摆球经过n次全振动的总时间为t，在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆线长度为l，再用游标卡尺测量摆球的直径为D。回答下列问题：
（1）同学用游标卡尺测得摆球的直径如图甲所示，则摆球的直径为______cm；
（2）根据题目中给的物理量，计算本地重力加速度的表达式为g=______。
（3）如果测得的g值偏小，可能的原因是______。
A. 实验时，摆球振幅太小
B. 摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了
C. 开始计时时，停表过迟按下
D. 实验时误将49次全振动记为50次
（4）为了提高实验的准确度，在实验中可改变几次摆长L并测出相应的周期T，从而得出几组对应的L和T的数值，以L为横坐标、为纵坐标作出图线，但同学们不小心每次都把小球直径当作半径来计算摆长，由此得到的图像是图乙中的______（选填“①”“②”或“③”）。
【答案】（1）2.125 （2） （3）B （4）①
【解析】（1）游标卡尺的读数为
（2）根据单摆周期公式
其中
解得
（3）A．单摆周期与振幅无关，所以不会影响g的值，故A错误；
B．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了，即摆线的测量值偏小，根据
可知g值偏小，故B正确；
C. 开始计时时，停表过迟按下，则的测量值偏小，根据
可知g值偏大，故C错误；
D. 实验时误将49次全振动记为50次，则的测量值偏大，根据
可知g值偏大，故D错误。
故选B。
（4）根据单摆周期公式
可得
若把小球直径当作半径来计算摆长，则实际应为
可知，摆长偏大，对斜率无影响，纵截距为负值，即为①。
三、解答题：3小题，共37分。
15. 如图所示，发电机输出功率为P＝100 kW，输出电压为，用户需要的电压为，已知升压变压器原副线圈匝数比，两理想变压器之间输电线的总电阻为r＝5 Ω，其它电线的电阻不计，试求：
（1）输电线上的电流大小；
（2）输电线中因发热而损失的功率；
（3）降变压器原副线圈匝数比。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）理想变压器原、副线圈中的电压比等于匝数比
则输电线的电压为
输电线上的电流
（2）输电线中因发热而损失的功率
（3）降压变压器的输入电压为
用户需要的电压为220V，根据原副线圈匝数与电压的关系，可知降压变压器原副线圈匝数比为
16. 一列横波沿x轴传播，如图所示，实线a为t=0时刻的波形曲线，虚线b为0.5s时的波形曲线，求：
（1）根据图像求出波的振幅和波长。
（2）若该列波向右传播且周期大于0.5s，则波速多大？
（3）若该列波波速为30m/s，求x=1m处的质点从t=0时刻开始计时的振动方程。
【答案】（1）2cm，4m；（2）2m/s；（3）
【解析】（1）由图可知，该波振幅
A=2cm
波长
（2）该波向右传播且T＞0.5s，结合波形图可知，该波向右传播的距离为
则波速
（3）若波速为30m/s，则0.5s内传播的距离
可知波的传播方向向x轴负方向；波速为30m/s时，则波的周期为
x=1m处的质点从t=0时刻向y轴负方向振动，从t=0时刻开始计时的振动方程为
17. 如图所示，矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，线框共10匝，面积，电阻，通过导线与一阻值R=49Ω的定值电阻相连，所有电表均为理想交流电表。（计算结果可保留根号）
（1）将图示时刻记为，写出该正弦式交流电电动势的瞬时值表达式；
（2）时，电压表、电流表的示数；
（3）过程流过电阻R的电荷量。
（4）转动一周的过程中，整个电路产生的热量
【答案】（1）；（2）49V，1A；（3）；（4）10J
【解析】（1）感应电动势最大值为
时线框平面于磁场平行，则瞬时值表达式为
（2）电动势有效值为
电流表示数为
电压表示数为
（3）时线框转动弧度为
则磁通量的变化量为
根据
，，
联立得，过程流过电阻R的电荷量为
（4）转动一周的过程中，整个电路产生的热量为