[物理]北京市怀柔区2023-2024学年高二下学期7月期末试题(解析版)

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1. 下列说法正确的是（ ）
A. 当一列声波从空气传到水中时，其波长不变
B. 质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫纵波
C. 当声源靠近时，静止的观察者接收到的声音频率增大
D. 孔的尺寸比波的波长小时不会发生衍射现象
【答案】C
【解析】A．当一列声波从空气传到水中时，其频率不变，波速变大，则波长变大，故A错误；
B．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，故B错误；
C．当声源靠近时，根据多普勒效应可知，静止的观察者接收到的声音频率增大，故C正确；
D．孔的尺寸比波的波长小时会发生明显衍射现象，故D错误。
故选C。
2. 生活中有很多有趣的光学现象，关于这些现象，下列表述中错误的一项是（ ）
A. 甲图所示的光导纤维，内芯的折射率比外套的大
B. 乙图所示的肥皂膜看起来是彩色的，这是光的折射现象
C. 丙图所示的劈尖干涉，任意相邻明条纹所对应的薄膜厚度差恒定
D. 如丁图所示，要想减弱玻璃表面反射光的干扰，拍出清晰的车窗内景象，可以在相机镜头前装一片偏振滤光片
【答案】B
【解析】A．光导纤维能够使光在有机玻璃内传播是利用光的全反射原理，要想发生全反射光必须从光密介质射入光疏介质，所以内芯的折射率大于外套的折射率，A正确；
B．肥皂膜看起来是彩色的，这是薄膜干涉，是光的干涉现象，B错误；
C．劈尖干涉中任意相邻明条纹所对应的薄膜厚度差恒定，C正确；
D．要想减弱玻璃表面反射光的干扰，拍出清晰的车窗内景象，可以在相机镜头前装一片偏振滤光片，D正确。
本题选错误的，故选B。
3. 如图所示，在一根张紧的水平绳上，悬挂有a、b、c、d、e五个单摆，让a摆略偏离平衡位置后无初速释放，在垂直纸面的平面内振动；接着其余各摆也开始振动。下列说法中正确的是（ ）

A. 各摆的振动周期与a摆相同
B. 各摆的振幅大小不同，e摆的振幅最大
C. 各摆的振动周期不同，c摆的周期最长
D. 各摆均做自由振动
【答案】A
【解析】ACD．让a摆略偏离平衡位置后无初速释放，a摆做自由振动，其振动周期等于固有周期，b、c、d、e四个单摆在a摆的驱动力作用下做受迫振动，振动周期等于驱动力的周期，即等于a摆的固有周期，故各摆的振动周期与a摆相同，故A正确，CD错误；
B．由于a、c摆长相同，c摆所受驱动力的频率与固有频率相等， c摆出现共振现象，故各摆的振幅大小不同，c摆的振幅最大，故B错误。
故选A。
4. 图是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点2，3，4，…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，相邻编号的质点间距离为2cm。已知时，质点1开始向上运动；时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动。则（ ）

A. 这列波传播的速度为0.5m/s
B 时，振动传到质点8
C. 时，质点12加速度方向向下
D. 时，质点16正在向下运动
【答案】C
【解析】A．时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动。则振动周期为
相邻编号的质点间距离为2cm，则波长为
这列波传播的速度为
故A错误；
B．时，波的传播距离为
振动传到质点9，故B错误；
C．时，波的传播距离为
振动传到质点13，则质点12正在向上运动，则其加速度方向向下，故C正确；
D．时，波的传播距离为
振动传到质点17，则质点16正在向上运动，故D错误。
故选C。
5. 一列简谐横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，波沿x轴的负方向传播。下列说法正确的是（ ）

A. 质点P此时刻的速度沿y轴的正方向
B. 再过半个周期时，质点P的位移为负值
C. 经过一个周期，质点P通过的路程为2a
D. 质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向
【答案】B
【解析】A．波沿x轴负方向传播，结合平移法可知，P质点在该时刻的速度方向沿y 轴负方向，故A错误；
B．质点开始时在x轴的上方，经过半个周期，质点P一定位于开始时的对称位置上，即一定是在x轴的下方，位移为负值，故B正确；
C．经过一个周期，质点P通过的路程为4倍的振幅，即4a，故C错误；
D．质点的加速度为
质点P该时刻位于x轴的上方，所以加速度的方向沿y轴的负方向，故D错误；
故选B。
6. 如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成a、b两束单色光。以下说法正确的是（ ）
A. 玻璃砖对a光的折射率为
B. b光的频率比a光的大
C. b光的波长比a光的大
D. b光在玻璃中的传播速度比a光的大
【答案】B
【解析】A．玻璃砖对a光的折射率为
故A错误；
B．由图知两束光的入射角相等，a的折射角小于b的折射角，根据折射定律可知玻璃砖对b光的折射率比对a光的大，由于折射率越大，光的频率越大，则b光的频率比a光的频率大，故B正确；
C．由公式可知，b光的频率比a光的频率大，则b光的波长比a光的小，故C错误；
D．由于玻璃砖对a光的折射率小，根据知在玻璃砖中a光的传播速度比b光的大，故D错误。
故选B。
7. 质量为m的物体以v的初速度竖直向上抛出，经时间t达到最高点。速度变为0，以竖直向上为正方向，在这个过程中，物体的动量变化量和重力的冲量分别是（ ）
A. -mv和-mgtB. mv和mgt
C. mv和-mgtD. -mv和mgt
【答案】A
【解析】以竖直向上为正方向，物体动量的变化为
重力的冲量为
I=-mgt
故选A
8. 城市进入高楼时代后，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题。 图为一则安全警示广告，非常形象地描述了高空坠物对人伤害的严重性。小明同学用下面的实例来检验广告词的科学性：设一个50 g鸡蛋从25楼的窗户自由落下，与地面的碰撞时间约为，已知相邻楼层的高度差约为3 m，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为（ ）
A. 10 NB. 102NC. 103ND. 104 N
【答案】C
【解析】下落的高度
则下落的时间
取向下为正方向，根据动量定理得
解得
故C正确，ABD错误。
故选C。
9. 如图所示，是一个正弦式交变电流的波形图。则（ ）
A. 该交变电流的周期为5s
B. 该交变电流的有效值为
C. 若将该电流通过10Ω的电阻时，10s内产生热量为5000J
D. 若将该电流输入匝数比为的理想降压变压器，副线圈输出电流的最大值为1A
【答案】C
【解析】A．由题图可知，该交变电流的周期为0.2s，故A项错误；
B．该交变电流为正弦式交变电，其有效值为
故B项错误；
C．若将该电流通过10Ω的电阻时，10s内产生热量为
故C项正确；
D．由于理想降压变压器，有
解得
副线圈的最大电流为，有
解得
故D项错误。
故选C。
10. 如图甲所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度（弹簧处于压缩状态）后放开，磁铁能上下振动较长时间停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，如图乙所示，仍将磁铁托起到同一高度后放开，则下列说法正确的是（ ）
A. 放线圈后，磁铁会更快地停下来
B. 放线圈后，磁铁振动的时间不改变
C. 因磁铁和线圈没有接触，所以线圈对磁铁没有作用
D. 放线圈后，线圈一直会对磁铁产生向上的作用力
【答案】A
【解析】由楞次定律可知，将磁铁托起到同一高度后放开，线圈中会产生感应电流，使磁铁始终受到阻碍，时而体现引力、时而体现斥力，磁铁会更快地停下来。故A正确，BCD错误。
故选A。
11. 在如图所示的电路中，和是两个相同的灯泡。线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关S时，和同时亮
B. 闭合开关S时，先亮，逐渐变亮，稳定时亮度相同
C. 断开开关S时，闪亮一下再熄灭
D. 断开开关S时，流过的电流方向向左
【答案】B
【解析】AB. 闭合开关S时， 立刻亮；由于A1支路的线圈阻碍电流的增加，则逐渐亮起来，由于和是两个相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，则稳定时亮度相同，选项A错误，B正确；
CD. 断开开关S时，通过原来的电流立刻消失，而在A1支路由于线圈L阻碍电流的减小，产生自感电动势相当于电源，在A1和A2中重新形成回路，可知两灯都会慢慢熄灭，流过的电流方向向右，由于稳定时通过两灯的电流相同，则不会闪亮一下再熄灭，选项CD错误。
故选B。
12. 如图所示，质量为M的小车置于光滑的水平面上，车的上表面粗糙，有一质量为m的木块以初速度水平地滑至车的上表面，若车表面足够长，则（ ）
A. 由于车表面粗糙，小车和木块所组成的系统动量不守恒
B. 车表面越粗糙，木块减少的动量越多
C. 车表面越粗糙，小车增加的动量越少
D. 木块的最终速度为
【答案】D
【解析】以小车和木块组成的系统为研究对象所受合外力为零，因此系统动量守恒，由于摩擦力的作用，m速度减小，M速度增大，m速度减小到最小时，M速度达最大，最后m、M以共同速度运动。以初速度方向为正方向，根据动量守恒有
解得
木块减少的动量为与车表面粗糙程度无关，小车M获得动量与车面粗糙程度无关。
13. 如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为，其原线圈两端接入正弦式交变电压，副线圈通过电流表与变阻器R相连，若交流电压表和交流电流表都是理想电表，则下列说法正确的是（ ）

A. 当变阻器电阻时，电流表的示数为3.11A
B. 滑动变阻器的滑片向下滑动，电压表的示数增大
C. 滑动变阻器的滑片向下滑动，电流表的示数增大
D. 滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
【答案】C
【解析】A．交流电的电压有效值为
根据
可得
因此
故A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，由于副线圈两端的电压不变，因此副线圈电流增大，电流表的示数增大，故C正确；
D．根据
结合C选项分析可知当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率增大，因此变压器的输入功率增大，故D错误。
14. 当一条长度为L、横截面积为S的金属丝在力F作用下伸长∆L时，满足表达式：，E为该金属丝材料的弹性模量，可以得到。弹性模量是描述固体材料抗形变能力的重要物理量，是材料的固有属性，也是机械构件材料选择的重要依据，采用单缝衍射和单丝衍射一起测量金属丝的微小伸长量和直径d，就可测量该金属丝材料的弹性模量。已知单缝衍射中央亮条纹宽度∆x满足表达式：，式中l为单缝到光屏的距离，D为单缝宽度，λ为衍射光波长，如图1所示，当金属丝下面的托盘增加砝码时，金属丝被拉长，下面的缝宽由a1减小为a2，引起光屏处的衍射中央亮条纹宽度变化，据此可以求金属丝伸长量∆L。图2为单缝衍射法测量金属丝在砝码拉伸下的微小伸长量光路示意图，已知单丝衍射中央亮条纹宽度与单缝衍射规律相同，式中D为单丝宽度，根据测量单丝衍射中央亮条纹宽度可以求得金属丝直径d，再根据可计算出金属丝的横截面积，图3为单丝衍射的示意图，将以上衍射法的测量值代入，就可以得到金属丝的弹性模量。据此材料，以下叙述正确的是（ ）

A. 砝码稍增大一些，∆L会增大，金属丝的弹性模量E将减小
B. 增加砝码之后，单缝衍射的中央亮条纹都变宽
C. 金属丝的弹性模量与实验用的光波长有关
D. 该方法中使用的激光可以用白光代替
【答案】B
【解析】AC．金属丝的弹性模量E是由材料本身决定的，与∆L无关，与实验用的光波长无关，选项AC错误；
B．增加砝码之后，金属丝的伸长量变大，则单缝宽度减小，则单缝衍射的中央亮条纹都变宽，选项B正确；
D．白光是多种颜色的光的复合光，则该方法中使用的激光不可以用白光代替，选项D错误。
故选B。
二、实验题
15. 如图甲所示，利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列措施可行的是______（填选项前的字母）。
A. 将单缝向双缝靠近
B. 使用间距更小的双缝
C. 把绿色滤光片换成红色滤光片
D. 将屏向靠近双缝的方向移动
（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图乙所示。分划板在图中位置时游标卡尺的读数为xM，在位置时游标卡尺读数为，该单色光的波长表达式为________（用题目中所给物理量符号xM，，，表示）。
【答案】（1）D （2）
【解析】（1）（1）ABD．若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离，由
可知需要增大双缝间距d或减小双缝到屏距离L，故AB错误，D正确；
C．把绿色滤光片换成红色滤光片，波长变长，条纹间距变宽，故C错误。
故选D。
（2）（2）依题意，由图乙可得相邻两个亮条纹或暗条纹间距为
则该单色光的波长表达式为
16. 用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：
步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；
步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；
步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。
（1）对于上述实验操作，下列说法正确的是__________。
A. 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下
B. 斜槽轨道必须光滑
C. 斜槽轨道末端必须水平
D. 实验过程中，白纸可以移动，复写纸不能移动
E. 小球1的质量应大于小球2的质量
（2）本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有__________。
A. A、B两点间的高度差
B. B点离地面的高度
C. 小球1和小球2的质量、
D. 小球1和小球2的半径r
（3）当所测物理量满足表达式__________（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞守动量守恒定律。如果还满足表达式__________（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞时无机械能损失。
【答案】（1）ACE （2）C （3）
【解析】（1）A．为了保证小球做平抛运动每次的初速度相同，所以小球应该使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下，故A项正确；
B．该实验中斜槽轨道不是必须光滑的，故B项错误；
C．为了保证小球做平抛运动，所以斜槽末端必须水平，故C项正确；
D．实验过程中白纸不可以移动，但复写纸可以移动，故D项错误；
E．为了避免撞后弹回，所以小球1的质量应该大于小球2的质量，故E项正确。
故选ACE
（2）本实验需要验证的表达式是
由于球做平抛运动，且平抛运动的竖直高度相同，由
可知，小球在空中运动时间相同，水平方向有
由于运动时间相同，所以可以用水平距离表示速度的大小，即最终验证的表达式为
所以除需要测量线段OM、OP、ON的长度以外，还需要测量的物理量有小球1和小球2的质量、。
故选C。
（3）[1]本实验需要验证的表达式是
由于球做平抛运动，且平抛运动的竖直高度相同，由
可知，小球在空中运动时间相同，水平方向有
由于运动时间相同，所以可以用水平距离表示速度的大小，即最终验证的表达式为
[2]若无机械能守恒，则还应该满足
由上述分析可知，变形为
17. 实验课中，同学们用单摆测量当地的重力加速度，实验装置如图1所示。
（1）实验过程有两组同学分别用了图2．图3的两种不同方式悬挂小钢球，你认为___________（选填“图2”或“图3”）悬挂方式较好；
（2）在实验中，某同学用游标卡尺测量金属球的直径，结果如图4所示，读出小球直径为___________cm；
（3）实验中，某同学测量5种不同摆长与单摆的振动周期的对应情况，并将记录的结果描绘在如图5所示的坐标系中，图中各坐标点分别对应实验中5种不同摆长的情况。由图像可知重力加速度g = ___________m/s2；（结果保留2位有效数字）
（4）实验中，三位同学作出T2—L图线分别如图6中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线a和c，下列分析正确的是___________（填选项前的字母）。
A．出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B．出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C．图线c对应的g值小于图线b对应的g值
【答案】（1）图3 （2）2.240 （3）9.9 （4）B
【解析】（1）[1]单摆稳定摆动时，要求摆长不发生变化，用图2方式悬挂时在小球摆动过程摆长会发生变化，图3方式悬挂时，绳子末端固定，避免摆长发生变化，故图3悬挂方式较好。
（2）[2]根据游标卡尺读数规则，可读出小球直径为
d = 22mm + 8 × 0.05mm = 22.40mm = 2.240cm
（3）[3]根据单的周期公式，变形得
可知T2—L图像斜率为
由图5可求得
联立可得
g = π2 = 9.9m/s2
（4）[4]A．若误将悬点到小球下端的距离记为摆长L，则应满足
图线应与b平行且在b的下方，A错误；
B．实验中误将49次全振动记为50次，则周期的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏大，则图线c的斜率偏小，图线c符合题意，B正确；
C．由（3）解析可得，当地的重力加速度的表达式为
由图可知，图线c对应的斜率k偏小，则图线c对应的g值大于图线b对应的g值，C错误。
三、解答题
18. 如图所示，一质量为m的带电粒子从容器A下方的小孔飘入、之间的加速电场，其初速度可视为0，加速后以速度v经小孔沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后垂直打到照相底片上的D点。已知到D点的距离L，不计粒子的重力，求：
（1）粒子的比荷；
（2）加速电场的电势差U；
（3）粒子在磁场所受洛伦兹大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，有几何关系可知，半径为。洛伦兹力提供向心力
解得
（2）粒子在加速电场中
根据动能定理有
解得
（3）粒子在磁场所受洛伦兹力提供向心力，
有
解得
19. 如图，轻绳上端固定在点，下端将质量的小球悬挂在A点。质量的玩具子弹，以的速度射向小球，与小球发生对心正碰后，又以的速度被弹回，碰撞时间极短。已知绳长为，取。求：
（1）碰撞后小球得到的速度；
（2）碰撞后，小球向右摆动到最高点时相对于A点的高度；
（3）碰撞过程中系统产生的热量。
【答案】（1）0.1m/s；（2）；（3）1.485J
【解析】（1）碰撞过程，小球与子弹构成的系统
根据动量守恒定律有
解得
（2）碰撞后，小球向右摆动到最高点过程，根据动能定理有
解得
（3）碰撞过程，根据能量守恒定律有
解得
Q=1.485J
20. 如图所示，足够长的U形光滑导体框水平放置，宽度为L，一端连接的电阻为R，导体框所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。电阻为r的导体棒MN放在导体框上，其长度恰好等于导体框的宽度，且相互接触良好，其余电阻均可忽略不计。导体棒在水平拉力的作用下以速度v向右匀速运动。
（1）求导体棒匀速运动时导体棒两端的电动势；
（2）求导体棒匀速运动时导体棒两端的电压U；
（3）导体棒MN的质量为m，某时刻撤去拉力，经过一段时间导体棒停在U形框上，求此过程中获得的电热Q。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）MN运动产生电动势
（2）根据闭合电路欧姆定律
由路端电压
解得
（3）根据能量守恒
21. 简谐运动是一种常见且重要的运动形式。它是质量为m的物体在受到形如的回复力作用下，物体偏离平衡位置的位移x与时间t遵循变化规律的运动，其中角频率（k为常数，A为振幅，T为周期）。弹簧振子的运动就是其典型代表。如图所示，一竖直光滑的管内有一劲度系数为k的轻弹簧，弹簧下端固定于地面，上端与一质量为m的小球A相连，小球A静止时所在位置为O。另一质量为m的小球B从距A为H的P点由静止开始下落，与A发生瞬间碰撞后粘在一起开始向下运动。两球均可视为质点，在运动过程中，弹簧的形变在弹性限度内，当其形变量为x时，弹性势能为。已知，重力加速度为g。求：
（1）B与A碰撞前B的速度大小及碰撞后瞬间一起向下运动的速度大小；
（2）小球A被碰后向下运动离O点的最大距离；
（3）小球A从开始向下运动到第一次运动到最低点所用的时间t。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】（1）小球B自由下落的速度设为，根据机械能守恒有
解得
B与A碰撞过程动量守恒，则有
解得
（2）A在位置，弹簧被压缩，根据平衡条件得
A与B共同体继续向下运动离点的最大距离为，根据能量守恒定律有
联立，可得
解得
，（舍去）
即
（3）两小球一起向下运动的过程中，根据平衡条件有
当两小球偏离平衡位置后，两小球所受回复力为
故两小球一起向下运动的过程，是简谐运动。由题意
又振幅
振动图像如图
由余弦函数知
所求时间
解得