天津市河西区2023-2024学年高二下学期期中物理试卷（解析版）

这是一份天津市河西区2023-2024学年高二下学期期中物理试卷（解析版），共16页。试卷主要包含了单选题，解答题等内容，欢迎下载使用。

1. 一个物体在下述运动中，动能不发生变化而动量发生变化的是（ ）
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
【答案】B
【解析】
【详解】A．匀速直线运动，速度不变，故动能不变，动量不变，故A错误；
B．匀速圆周运动，速度的大小不变，方向变化，故动能不变，但动量变化，故B正确；
C．平抛运动，速度的大小、方向都变化，故动能和动量都变化，故C错误；
D．竖直上抛运动，速度的大小变化，上到最高点后速度方向由竖直向上变成竖直向下，故动能和动量都变化，故D错误。
故选B。
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mgt
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
【答案】B
【解析】
【详解】A．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．物体所受重力的冲量大小为
故B正确；
CD．物体受到的合力大小为，由动量定理
则合力的冲量和动量的变化量均不为零，故CD错误；
故选B。
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
【答案】A
【解析】
【详解】A．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，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得
m1v0csθ=（m1+M）v
解得石头与砂车的共同速度
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A。
4. 某学习小组在探究反冲现象时，将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2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v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δm的气体后，小船的速度是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】由动量守恒定律得
解得
故选A。
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. 钢球动能与弹簧的弹性势能之和保持不变
【答案】C
【解析】
【详解】回复力应该是振动方向上的合力，即重力和弹簧弹力的合力，故A错；当弹簧弹力为零时钢球受到重力不平衡，故B错；按照简谐运动的对称性可知在钢球位于最高点和最低点时加速度大小相等，方向相反，故C对；对于弹簧和钢球组成的系统来说机械能是守恒的，由于上下运动，重力势能的变化，所以不能说钢球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变，而是三种能量之和保持不变，故D错；
故选C
6. 一质点静止在光滑水平面上，现对其施加水平外力F，力F随时间按正弦规律变化，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 第2s末，质点的动量为零B. 第4s末，质点回到出发点
C. 在0~2s时间内，质点的加速度一直增大D. 在1~3s时间内，力F的冲量为零
【答案】D
【解析】
【详解】AC．从图像可以看出前2s力的方向和运动的方向相同，物体经历了一个加速度逐渐增大的加速运动和加速度逐渐减小的加速运动，所以2s末，质点的速度最大，动量最大，故AC错误；
B．该物体在后2s内受到的力与前2s内受到力的方向不同，前2s内做加速运动，后2s内做减速运动，所以物体在4s内的位移为正，即第4s末，质点没有回到出发点，故B错误；
D．在F-t图像中，F与t轴所围的面积表示力的冲量，由图可知在1~2s和2~3s时间内，面积大小相等，一正一负，所以力F的冲量为零，故D正确。
故选D。
7. 如图甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。当振子位于A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m，重力加速度大小为g。振子的位移x随时间t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x=12sin1.6t（cm）
B. t=0.6s和t=1.0s时，振子的速度相同
C. t=0.4s和t=1.2s时，振子的加速度相同
D. t=1.4s时，振子位于O点下方6cm处
【答案】B
【解析】
【详解】A．振子振动的圆频率为
振子的振动方程为
x=12sin1.25πt（cm）
故A错误；
B．由图乙可知，由x－t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O点下方大于处，故D错误。
故选B。
8. 一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力频率f的关系）如图所示，则下列说法不正确的是（ ）
A. 此单摆的固有周期约为2 s
B. 此单摆的摆长约为1 m
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
【答案】C
【解析】
【详解】A．单摆做受迫振动，振动频率与驱动力频率相等；当驱动力频率等于固有频率时，发生共振，则固有频率为，周期为2s。故A正确，不符合题意；
B．由图可知，共振时单摆的振动频率与固有频率相等，则周期为2s。由公式
可得
故B正确，不符合题意；
C．若摆长增大，单摆的固有周期增大，则固有频率减小。故C错误，符合题意；
D．若摆长增大，则固有频率减小，所以共振曲线的峰将向左移动。故D正确，不符合题意；
故选C。
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m1、m2（m1>m2），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. M可能是质量为m2的小球的落点
D. 可用验证动量守恒定律
【答案】D
【解析】
【详解】A．小球下落高度相同，即时间相同，可以消掉，不需要用秒表测时间，故A错误；
B．只要保证小球m1到达斜槽末端速度相同即可，不需要斜槽轨道光滑，故B错误；
C．M是质量为m1小球的落点，故C错误；
D．小球m1碰撞前动量为
碰撞后，两球的动量分别为
，
只要满足
就可验证动量守恒，即
等式两边同时乘以t，可得
即
故D正确
故选D。
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
【答案】C
【解析】
【详解】A．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，属于衍射现象，故C正确。
D．打雷时听见空中雷声会轰鸣一段时间，是因为声音在云层之间来回反射造成的，故D错误。
故选C。
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，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传回右端。质点1的振动周期为T。时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是（ ）
A. 时质点12的速度方向向上B. 时质点5的加速度方向向上
C. 质点20开始振动时运动方向向下D. 质点1与质点20间相距一个波长
【答案】A
【解析】
【详解】A．时质点13刚开始起振，此时质点12已经振动了，则运动方向向上。故A正确；
B．在时刻质点5开始向上振动，在时质点5到达最高点，其加速度方向向下。故B错误；
C．因为质点1开始起振的方向向上，则质点20开始振动时运动方向也向上。故C错误；
D．由题意可知，第1到第5个质点之间为，则质点1与质点17间相距一个波长。故D错误。
故选A。
12. 位于均匀介质中点的波源在时刻发出的简谐横波沿轴左、右传播。在时刻，波恰好到达、两点，此刻的波形如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 时刻，波源的振动方向为轴负方向
B. 时刻，、处的两个质点的振动方向相同
C. 再经过，处质点刚好移动到坐标为（）的位置
D. 该波的频率为
【答案】B
【解析】
【详解】AB．根据题意，由同侧法结合图可知，时，质点、均沿轴正方向运动，则时刻，波源的振动方向为轴正方向，故A错误，B正确；
C．横波中质点不会沿传播方向运动，故C错误；
D．根据题意，由图可知，该波的周期为，则该波的频率为
故D错误。
故选B。
13. 一列简谐横波在时刻的波形图如图甲所示，图中P、Q两质点的平衡位置分别位于和处，P点的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的（ ）

A. 波沿x轴负方向传播B. 时刻处的质点速度为零
C. 质点P比质点Q晚振动1.25sD. 时，质点Q在波峰
【答案】D
【解析】
【详解】A．由乙图可知，时质点P在平衡位置且向上振动，根据“沿着波的传播方向”，“上坡下振，下坡上振”可知，波沿x轴正方向传播，故A错误；
B．由甲图可知此时在平衡位置，速度最大，故B错误；
C．波沿x轴正向传播，从P传播到Q所需的时间为
所以质点P比质点Q早振动1.25s，故C错误；
D．时刻，波峰处于处，所以质点Q到达波峰的时刻为
当时，可得，所以时，质点Q在波峰，故D正确。
故选BD。
14. 一列简谐波沿轴传播，时刻的波形图如图中实线所示，时的波形如图中虚线所示，则下列判断正确的是（ ）
A. 该列波的起振方向向上
B. 该列波一定沿轴向右传播
C. 此列波的最小波速可能为
D. 处的质点经通过的路程可能为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由题中的波形图，无法判断该列波的起振方向，A错误；
B．由题中的波形图，无法判断该列波传播的方向，B错误；
C．由公式
根据波形图可知，该列波的波长为
可知周期越大，波速越小；当该列波向右传播时，可得其最大周期满足
解得
对应最小波速为
当该列波向左传播时，可得其最大周期满足
解得
对应最小波速为
C正确；
D．当该列波向右传播时，可得其周期满足
解得
（，，）
当时，，则处的质点经通过的路程为
当时，，则处的质点经通过的路程为
当该列波向左传播时，可得其周期满足
解得
（，，）
当时，T=4s，则处的质点经通过的路程为
综上分析可知，处的质点经通过的路程不可能为，D错误。
故选C。
15. 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D，水速为v，水柱垂直射到煤层表面上，水的密度ρ，冲击煤层后自由下落。水柱对煤层的平均冲力为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】设t时间内水枪喷出的水柱长度为l，则有
t时间内冲击煤层的水的质量为
设煤层对水柱的平均冲击力大小为F，根据动量定理有
联立以上三式解得
根据牛顿第三定律可知水柱对煤层的平均冲力为
故选A。
二、解答题
16. 如图甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B，C是摆球所能到达的最远位置，设向右为正方向，图乙是这个单摆的振动图像，根据图像回答：
（1）单摆振动的频率是多大？
（2）开始时摆球在何位置？
（3）若当地重力加速度为10m/s2，试求这个单摆的摆长是多少？（计算结果保留两位有效数字）
【答案】（1）1.25Hz；（2）B位置；（3）0.16m
【解析】
【详解】（1）由乙图可知，单摆振动的周期，故其振动的频率为
（2）由乙图可知，开始时刻摆球位移为负向最大，以向右为正，故开始时刻摆球位于B位置。
（3）由单摆的周期公式
可得
17. 如图所示，光滑水平面上有一矩形长木板A和静止的滑块C，滑块B置于A的最左端（滑块B、C均可视为质点）。若木板A和滑块B一起以的速度向右运动，A与C发生时间极短的碰撞后粘在一起。已知木板A与滑块B间的动摩擦因数，且=2kg，g取10，求：
（1）长木板A与滑块C碰后瞬间，滑块C的速度大小；
（2）B最终与A相对静止时速度的大小；
（3）要使滑块B不从木板A上滑下，木板A至少多长？

【答案】（1）；（2）；（3）2.5m
【解析】
【详解】（1）A与C碰撞过程中，动量守恒，以向右为正，根据动量守恒定律得
解得
（2）B在A上滑行，A、B、C组成的系统动量守恒，以向右为正，根据动量守恒定律得
解得
（3）根据能量守恒定律得
解得长木板A的长度最小值
L=2.5m
18. 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，小球运动过程中与静止在水平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：
（1）小球在点的速度的大小；
（2）小球在点对轨道的压力；
（3）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】（1）；（2），方向竖直向下；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意，由几何关系可知，小球运动到B点时，速度方向与水平方向得的夹角为，则由平抛运动规律有
解得
（2）设小球运动到C点时速度为，轨道对小球的支持力为，从B到C过程中，由动能定理有
在C点，由牛顿第二定律有
代入数据解得
由牛顿第三定律可得，小球在点对轨道的压力
方向竖直向下。
（3）根据题意可知，当小球与物块P发生非弹性碰撞，小球与物块粘在一起时，物块P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
对整体，由动能定理得
解得
当小球与物块P发生弹性碰撞时，设碰后小球速度为，物块P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
由能量守恒定律有
碰撞后对物块P由动能定理有
解得
则物块向右滑动距离的范围为