北京市顺义区2023_2024学年高二物理下学期期中试题含解析

这是一份北京市顺义区2023_2024学年高二物理下学期期中试题含解析，共22页。试卷主要包含了5s 和1等内容，欢迎下载使用。
第一部分
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 下图为某质点做简谐运动的位移－时间图像．由此可知
A. 该质点振动的振幅为20cm
B. 该质点振动的周期为2s
C. 0.5s 和1.5s两个时刻，质点具有相同的位移
D. 0.5s 和1.5s两个时刻，质点具有相同的速度
【答案】C
【解析】
【详解】A. 从图像可以看出振幅为10cm，A错误．
B. 从图像看出振动周期为4s，B错误．
CD. 从图像可以看出0.5s 和1.5s两个时刻，质点位移相同，但速度方向相反，C正确D错误．
2. 如图，在一根张紧的水平绳上，悬挂有4个摆，其中A、B摆长相等。先让A摆振动起来，其他各摆也跟着振动起来，稳定后下列说法中正确的有（ ）
A. 其他各摆的振动周期与A摆相同B. 其他各摆的振动周期不同，D摆的振幅最大
C. 其他各摆的振幅相同D. 各摆均做自由振动
【答案】A
【解析】
【详解】ABD．A摆振动起来，其它各摆也振动起来，其他各摆均做受迫振动，则它们的振动频率和周期均等于A摆的振动频率和周期，故A正确，BD错误；
C．由于其它各摆的摆长不同，则振幅不同，又A、B摆长相同，所以这两个摆的固有频率相同，则B摆出现共振现象，振幅最大，故C错误。
故选A。
3. 一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（）
A. 该简谐横波沿x轴负方向传播B. 此时K质点沿y轴正方向运动
C. 此时K质点的速度比L质点的小D. 此时K质点的加速度比L质点的小
【答案】D
【解析】
分析】
详解】AB．由题知K质点比L质点先回到平衡位置，则K质点应向下振，再根据“上坡、下坡”法可知，该波应沿x轴正方向传播，A、B错误；
C．由AB选项可知K质点应向下振，而L质点在波谷处，则L质点的速度为0，故此时K质点的速度比L质点的大，C错误；
D．由于质点在竖直方向做机械振动，根据
F= - ky
F=ma
结合波图像可看出
yL>yK
则，此时K质点的加速度比L质点的小，D正确。
故选D。
4. 一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在t0.4 s时电流改变方向B. 该交变电流的周期为0.5 s
C. 该交变电流的表达式为D. 该交变电流的有效值为
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．由图可知t0.4 s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；
B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.4s，故B错误；
C．由图可知，电流的最大值为，角速度为
故该交变电流的表达式为
故C正确；
D．该交变电流的有效值为
故D错误。
故选C。
5. 如图所示，物块放在光滑水平面上，在一个与水平方向成角的恒力作用下，物块沿光滑水平面运动了一段时间，在这段时间内（ ）
A. 物块受到的支持力的冲量为0
B. 物块受到的力的冲量为
C. 物块的动量变化量为
D. 物块的动量变化量为
【答案】D
【解析】
【详解】A．设物块的重力为G，由冲量的定义可知，物块受到的支持力的冲量为
A错误；
B．物块受到的力的冲量为
B错误；
CD．物块受到的合力为
由动量定理可得
C错误，D正确。
故选D。
6. 一简谐机械波沿x轴正方向传播，波长为，周期为T。时刻的波形如图1所示，a、b、c是波上的三个质点。图2是波上某一质点的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A. 图2可以表示质点b的振动B. 图2可以表示质点c的振动
C. 时，质点a的加速度比质点b的小D. 质点b和质点c的速度方向总是相同的
【答案】A
【解析】
【详解】A．由波形平移法可知，时刻质点b向上振动，结合图2可知，图2可以表示质点b的振动，故A正确；
B．由波形平移法可知，时刻质点c向下振动，结合图2可知，图2不可以表示质点c的振动，故B错误；
C．时，质点a的位移最大，则加速度最大，质点b的位移为零，加速度为零，则质点a的加速度比质点b的大，故C错误；
D．质点b和质点c的平衡位置相差半个波长，则速度方向总是相反的，故D错误。
故选A。
7. 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比，在原线圈两端加上随时间变化规律为的交变电压，交流电流表和交流电压表均为理想电表，。则下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数为20A
B. 电阻R两端的电压为20V
C. 电阻R消耗的功率为
D. 副线圈中产生的交变电流频率为10Hz
【答案】B
【解析】
【详解】AB．原线圈两端电压的有效值为
理想变压器，所以有
解得
由欧姆定律有
理想变压器，有
解得
故A错误，B正确；
C．电阻R消耗功率为
故C项错误；
D．由题意可知，原线圈的交流电的频率为
理想变压器，所以副线圈交流电频率也为50Hz，故D项错误。
故选B。
8. 如图所示的电路中，、是两个完全相同的灯泡，为自感线圈（自感系数足够大，直流电阻不计）。为电源，S为开关。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关，、同时发光
B. 断开开关，先熄灭，闪亮后熄灭
C. 闭合开关和断开开关瞬间，中的电流方向相反
D. 闭合开关和断开开关瞬间，中的电流方向相反
【答案】C
【解析】
【详解】A．闭合开关瞬间，由于线圈的阻碍作用很大，故先亮，慢慢变亮，最终、亮度一样，A错误；
B．闭合开关稳定后，由于线圈直流电阻不计，所以、两灯的电流一样，断开开关，线圈产生自感电动势，与、两灯构成回路，、两灯都是逐渐暗下去，B错误；
CD．闭合开关稳定时，、和线圈中电流方向都向右；断开开关瞬间，电流方向由线圈决定，可知中的电流方向变为向左，中的电流方向还是向右，故闭合开关和断开开关瞬间，中的电流方向相反，中的电流方向相同，C正确，D错误。
故选C。
9. 如图所示，P是绕有闭合线圈的螺线管，将一磁铁从距上端高处由静止释放，磁铁竖直穿过后落在海绵垫上。若仅增大，重复操作，磁铁穿过的过程与原来相比，下列说法正确的是（ ）
A. 穿过线圈的磁通变化量将增大
B. 线圈对磁铁的平均阻力将变小
C. 通过线圈导线截面的电荷量相同
D. 磁铁在螺线管中都在做自由落体运动
【答案】C
【解析】
【详解】AC．若仅增大，对穿过线圈的磁通量没有影响，所以穿过线圈的磁通量变化相同，根据
可知通过线圈导线截面的电荷量相同。故A错误；C正确；
B．若仅增大，磁铁经过线圈的时间减小，线圈中产生的感应电动势将增大，所以感应电流增大，线圈对磁铁的平均阻力将变大。故B错误；
D．由于线圈的电磁阻尼作用，磁铁在螺线管中不可能做自由落体运动。故D错误。
故选C。
10. 如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中（ ）
A. 导体棒做匀减速直线运动B. 导体棒中感应电流的方向为
C. 电阻R消耗的总电能为D. 导体棒克服安培力做的总功小于
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】AB．导体棒向右运动，根据右手定则，可知电流方向为b到a，再根据左手定则可知，导体棒向到向左的安培力，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为
感应电流为
故安培力为
根据牛顿第二定律有
可得
随着速度减小，加速度不断减小，故导体棒不是做匀减速直线运动，故AB错误；
C．根据能量守恒定律，可知回路中产生的总热量为
因R与r串联，则产生的热量与电阻成正比，则R产生的热量为
故C正确；
D．整个过程只有安培力做负功，根据动能定理可知，导体棒克服安培力做的总功等于，故D错误。
故选C。
11. 惠更斯发现“单摆做简谐运动的周期T与重力加速度的二次方根成反比”。为了通过实验验证这一结论，某同学创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境：如图1所示，在水平地面上固定一倾角可调的光滑斜面，把摆线固定于斜面上的O点，使摆线平行于斜面。拉开摆球至A点，静止释放后，摆球在ABC之间做简谐运动，摆角为、在某次实验中，摆球自然悬垂时，通过力传感器（图中未画出）测得摆线的拉力为；摆球摆动过程中，力传感器测出摆线的拉力随时间变化的关系如图2所示，其中、、均已知。当地的重力加速度为g。下列选项正确的是（ ）
A. 多次改变图1中角的大小，即可获得不同的等效重力加速度
B. 在图2的测量过程中，单摆n次全振动的时间为
C. 多次改变斜面的倾角，只要得出就可以验证该结论成立
D. 在图2的测量过程中，满足关系
【答案】D
【解析】
【详解】A．对小球进行受力分析可知，小球的重力垂直于斜面的分力始终与斜面的支持力平衡，令等效重力加速度为，则有
解得
可知，多次改变图1中角的大小，即可获得不同的等效重力加速度，故A项错误；
B．单摆在运动过程中，A、C两位置摆线的拉力最小，根据图2可知，相邻两个摆线拉力最小的位置的时间间隔为半个周期，可知，单摆n次全振动的时间为
故B项错误；
C．单摆的周期公式为
可知，多次改变斜面倾角，只要得出，就可以验证该结论成立，故C项错误；
D．摆球自然悬垂时，通过力传感器（图中未画出）测得摆线的拉力为，根据平衡条件有
在图2的测量过程中，摆球在A位置有
摆球在B位置有
摆球从A位置运动到B位置过程有
解得
故D项正确。
故选D。
12. 如图所示，一轻质弹簧下端系一质量为m的物块，组成一竖直悬挂的弹簧振子，在物块上装有一记录笔，在竖直面内放置有记录纸．当弹簧振子沿竖直方向上下自由振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图所示余弦型函数曲线形状的印迹，图中的y1、y2、x0、2x0、3x0为记录纸上印迹的位置坐标值，P、Q分别是印迹上纵坐标为y1和y2的两个点．若空气阻力、记录笔的质量及其与纸之间的作用力均可忽略不计，则
A. 该弹簧振子的振动周期为x0/v
B. 该弹簧振子的振幅为y1- y2
C. 在记录笔留下PQ段印迹的过程中，物块所受合力的冲量为零
D. 在记录笔留下PQ段印迹的过程中，弹力对物块做功为零
【答案】C
【解析】
【详解】A．该弹簧振子的振动周期为，选项A错误；
B．该弹簧振子的振幅为，选项B错误；
C．因在PQ两点振子的速度为零，则动量为零，则在记录笔留下PQ段印迹的过程中，物块动量的变化为零，根据动量定理可知，物块所受合力的冲量为零，选项C正确；
D．根据动能定理，在记录笔留下PQ段印迹的过程中，合力对物块做功为零，而合力功等于弹力功与重力功之和，重力功不为零，则弹力对物块做功不为零，选项D错误．
13. 动量p随位移x变化的图像称作相轨，它在理论物理、近代数学分析的发展中扮演了重要的角色。如图甲所示，光滑水平面上有一弹簧振子。现以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O，取向右为正方向，建立Ox坐标系。当物块偏离O点的位移为x时，弹簧振子的弹性势能为，其中k为弹簧的劲度系数。当弹簧振子的机械能为E时，该弹簧振子的部分图像如图乙中曲线c所示，M和N分别为曲线c与p轴和x轴的交点。下列说法正确的是（ ）
A. 曲线c是抛物线的一部分
B. 曲线c对应物块从右侧最远处向O点运动的过程
C. 该弹簧振子的振幅为
D. 当物块运到振幅一半处时，其动量大小为其动量最大值的
【答案】D
【解析】
【详解】A．对弹簧和振子组成的系统机械能守恒，设振子速度为，则满足
整理可得
若将视为因变量，视为自变量，该表达式符合抛物线要求，但式子中为变量，故图像不是抛物线，故A错误；
B．图中曲线动量为正，则振子速度方向为正方向，向右运动，速度由最大变为零，可知曲线c对应物块从O点向右侧最远处运动的过程，故B错误；
C．振子在最大振幅处时，速度为零，根据
可得
即振幅为，故C错误；
D．当物块运到振幅一半处时，有
当动量最大时，即振子速度最大时，振幅为零，有
联立可得
故D正确
故选D。
14. 物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也反映了单位间的关系，如关系式既反映了电压、电流和电阻之间的关系，也反映了V（伏）与A（安）和（欧）的乘积等效。现有物理量单位：m（米）、s（秒）、N（牛）、J（焦）、W（瓦）、C（库）、F（法）、A（安）、（欧）和T（特）．由它们组合成的单位都与电压单位V（伏）等效的是（ ）
A. 和B. 和
C. 和D. 和
【答案】B
【解析】
【详解】A．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位与电压单位V不等效，故A错误；
B．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位与电压单位V等效，故B正确；
C．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位是力的单位，故C错误；
D．由可知单位是电流单位，由可知单位是力的单位，故D错误。
故选B。
第二部分非选择题
物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
15. 用如图所示的装置做“用单摆测重力加速度”的实验。
（1）组装单摆时，应该选用___________。（用器材前的字母表示）
A. 长度为1m左右的细线
B. 长度为30cm左右的细线
C. 直径约为1.8cm的塑料球
D. 直径约为1.8cm的钢球
（2）在挑选合适的器材制成单摆后他们开始实验，操作步骤如下：
①测量摆线长度，作为单摆的摆长；
②在偏角较小的位置将小球由静止释放；
③小球运动到最高点时开始计时；
④记录小球完成n次全振动所用的总时间t，得到单摆振动周期；
在前四个操作步骤中不妥当的是___________。（填写操作步骤前面的序号）
（3）用多组实验数据做出图像，也可以求出重力加速度g。已知三位同学做出的图线的示意图如图中的a、b、c所示，其中c和b平行，b和a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b，下列分析正确的是___________（选填选项前的字母）。
A. 图线a对应的g值大于图线b对应的g值
B. 出现图线a的原因可能是误将49次全振动记为50次
C. 出现图线c的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
（4）该组同学通过改变摆线长L进行了多次测量，正确操作后，利用实验数据作出了摆球做简谐运动周期的平方与摆线长L关系的图像，如图所示。测得图像中的横截距和纵截距分别为和b，根据图像可得重力加速度___________。
【答案】（1）AD（2）①③##③①（3）C
（4）
【解析】
【小问1详解】
在用单摆测定力加速度的实验基本条件是摆线长度远大于小球直径，小球的密度越大越好；故摆线应选取长约1m左右的不可伸缩的细线，摆球应选取体积小而质量大的铁球，以减小实验误差。
故选AD。
【小问2详解】
根据单摆的周期公式可知摆长应为悬点到小球圆心的距离，所以测量摆线长度，作为单摆的摆长不妥；同时为了方便计时并减小周期的测量误差，不应从小球运动到最高点开始计时，应从小球到达最低时开始计时，所以①③不妥。
【小问3详解】
A．由单摆周期公式有
整理有
所以图像的斜率为
整理有
由图像可知其图像a的斜率大于图像b的斜率，结合上述分析可知，图线a对应的g值小于图线b对应的g值，故A项错误；
B．实验中误将49次全振动计为50次，则周期的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏大，由之前的分析可知图线a的重力加速度测量值偏小，故B项错误；
C．若误将悬点到小球下端的距离记为摆长L，则实际摆长为
单摆周期公式为
整理有
所以其图像时图线b向下平移，与图线c相同，故C项正确。
故选C。
【小问4详解】
由单摆周期公式有
整理有
所以图像的斜率为
结合题图，整理有
16. 某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验。在水平地面上依次铺上复写纸、白纸，记下小球抛出点在白纸上的垂直投影点O。实验时，先调节轨道末端水平，使A球多次从斜轨上位置P由静止释放，根据白纸上小球多次落点的痕迹找到其平均落地点的位置E。然后把半径相同的B球静置于水平轨道的末端，再将A球从斜轨上位置P由静止释放，与B球相碰后两球均落在白纸上，多次重复上述A球与B球相碰的过程，根据小球在白纸上多次落点的痕迹分别找到碰后两球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程OD、OE、OF。用天平测得A球的质量为，B球的质量为。
（1）在实验中可以不测量速度的具体数值，仅通过测量___________间接地解决这个问题（选填选项前的字母）。
A. 小球开始释放的高度h
B. 小球做平抛运动的位移OD、OE、OF
C. 小球抛出点距地面的高度H
（2）关于实验操作，下列说法正确的是___________；（选填选项前的字母）
A. A球每次必须从同一位置由静止释放
B. 实验过程中白纸和复写纸都可以随时调整位置
C. B球的落点并不完全重合，说明该同学的实验操作出现了错误
（3）若满足关系式___________，则可以认为两球碰撞前后动量守恒（用所测量的物理量表示）。
（4）该同学做实验时所用小球的质量分别为、，如图所示的实验记录纸上已标注了该实验的部分信息，若两球碰撞为弹性碰撞，请将碰后B球落点F的位置标注在图中_______。
（5）用如图所示装置也可以验证碰撞中的动量守恒。把被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上A位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。图中D、E、F到抛出点B的距离分别为、、。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为___________
A.
B.
C.
D.
【答案】（1）B（2）A
（3）
（4）（5）C
【解析】
【小问1详解】
小球做平抛运动，则有
，
整理可知，小球做平抛运动的初速度为
由于小球下落的高度相同，则在实验中可以不测量速度的具体数值，仅通过测量小球做平抛运动的水平位移OD、OE、OF间接地解决这个问题。
故选B。
【小问2详解】
A．A球每次必须从同一位置由静止释放，以保证初速度相等，故A项正确；
B．实验过程中复写纸不可以随便调整位置，故B项错误；
C．B球的落点并不完全重合，是实验误差导致，故C项错误。
故选A。
【小问3详解】
根据动量守恒有
结合平抛运动规律可知需验证的表达式为
【小问4详解】
若两球碰撞为弹性碰撞，则根据能量守恒定律得
联立解得
所以B球落点到O点的距离与OE之间的距离之比为，标注的位置如图所示
【小问5详解】
设斜面的倾角为，小球离开平台后做平抛运动，水平方向
竖直方向
解得小球做平抛运动的初速度
则有碰撞前的初速度
碰撞后的初速度
碰撞后的初速度
由动量守恒定律可得
整理有
故选C。
17. 如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场，带电量为+q、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动，忽略重力的影响，求：
（1）匀强电场场强E的大小；
（2）粒子从电场射出时速度ν的大小；
（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据匀强电场电势差和电场强度的关系得，匀强电场场强E的大小
（2）设带电粒子出电场时速度为v，由动能定理得
解得粒子从电场射出时速度ν的大小
（3）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得
联立得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径
18. 如图所示，质量为的小球从距地面高处自由下落，与地面碰撞后竖直弹起的最大高度为。重力如速度为，不计空气阻力，求：
（1）小球与地面碰撞前瞬间的速度；
（2）小球与地面碰撞过程损失的机械能；
（3）若小球与地面碰撞时间为，小球重力不可忽略，碰撞过程地面对小球平均作用力的大小。
【答案】（1），方向竖直向下；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）小球做自由落体运动，则有
解得小球与地面碰撞前瞬间的速度为
方向竖直向下。
（2）小球与地面碰撞过程损失的机械能为
（3）小球与地面碰撞后，由机械能守恒
则小球与地面碰撞后瞬间速度为
方向竖直向上，规定竖直向上为正方向，由动量定理
解得碰撞过程地面对小球平均作用力的大小为
19. 图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，转动角速度，线圈的匝数，、总电阻，线圈围成的面积。线圈两端经集流环与电阻R连接，电阻，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度，图示位置矩形线圈和磁感线平行。
（1）求电动势的最大值；
（2）求电路中交流电压表的示数U；
（3）线圈由图示位置转过的过程中，求通过电阻R的电荷量q。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）电动势的最大值为
（2）电动势的有效值为
由闭合电路欧姆定律可得，电路中交流电压表的示数
（3）线圈由图示位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量
20. 简谐运动是一种常见且重要的运动形式。它是质量为的物体在受到形如的回复力作用下，物体的位移与时间遵循变化规律的运动，其中角频率为常数，为振幅，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—劲度系数为的轻弹簧，弹簧下端固定于地面，上端与一质量为的小球A相连，小球A静止时所在位置为。另一质量为的小球B从距A为的点由静止开始下落，与A发生瞬间碰撞后一起开始向下运动。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，当其形变量为时，弹性势能为。已知，重力加速度为。求：
（1）B与A碰撞后瞬间一起向下运动的速度；
（2）小球A被碰后向下运动离点的最大距离
（3）a.请判断两小球一起向下运动的过程，是否是简谐运动，并说明理由。
b.小球从点开始向下运动到第一次返回点所用的时间。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）B自由下落H的速度，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O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O点的最大距离为，根据能守恒定律
根据平衡条件有
整理得
解得
（舍去）
即
（3）a.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x′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。
b由题意
又振幅
振动图像如图
由余弦函数知
所求时间
得