[物理]湖北省云学名校联盟2023-2024学年高二下学期4月期中联考试卷B(解析版)

这是一份[物理]湖北省云学名校联盟2023-2024学年高二下学期4月期中联考试卷B(解析版)，共19页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题：本大题共10小题，共46分．第1～7题，每小题4分，只有一项符合题目要求，错选、多选或未选均不得分，第8～10题，每小题6分，有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分．
1. 汽车尾灯都是红色的，一个重要的原因是红光在大雾天气能被更远处的人看见，这是因为（ ）
A. 红光比其它色光频率更高，更容易沿直线传播
B. 红光比其它色光折射率更大，折射光路弯折更大
C. 红光比其它色光波长更长，更容易发生明显衍射
D. 红光比其它色光波长更长，波长长才能发生衍射
【答案】C
【解析】红光比其它色光波长更长，频率更低，折射率更小，更容易发生明显衍射，因此能够绕过雾气传播更远的距离，发生明显衍射的条件是波长大于等于障碍物尺寸即可。
故选C。
2. 克劳修斯用统计方法计算出常温下气体分子热运动的平均速率为几百米每秒后，立即就有人提出反驳说，如果气体分子运动真的这么快，为什么在房子里打开香水瓶的盖子后，要等几秒才能闻到香水的气味？下列关于这个问题的回答中，你认为正确的是（ ）
A. 克劳修斯的计算结果是错的，常温下气体分子热运动的平均速率只有一米每秒左右
B. 气体分子运动能够达到几百米每秒的实际上只是极少数，尽管这些极少数香水分子能够立即到达房间的其他位置，但因为数量太少，一时不足以引起明显的嗅觉反应
C. 尽管挥发出来的香水分子都能在0.01s左右的时间内到达房间各处，但香水挥发很慢，不经历足够长的时间，空气中香水分子浓度就不够高，一时不足以引起明显的嗅觉反应
D. 房子里空气分子数量极大，分子间存在着频繁的碰撞，使得香水分子需要经历极为曲折的路径才能从香水瓶口运动到房子中的其他位置
【答案】D
【解析】AB．常温下气体分子热运动的平均速率为几百米每秒，且大多数分子的速率在几百米每秒区间，极少数分子速率很大或很小，呈现“两头少、中间多”的分布特征，AB错误；
CD．尽管大多数香水分子速率在几百米每秒区间，但房子里空气分子数量极大，分子间存在着频繁的碰撞，使得香水分子需要经历极为曲折的路径才能从香水瓶口运动到房子中的其他位置，几乎不可能有香水分子能够毫无障碍的匀速运动到房子中其他离香水瓶较远的位置，故C错误，D正确。
故选D。
3. 1905年，爱因斯坦发表的以分子动理论为基础定量解释布朗运动规律的论文中有两个重要的结论：①达到热平衡后，悬浮固体颗粒的平均动能等于液体分子热运动的平均平动动能；②经过时间t，悬浮固体颗粒离开初始位置的位移的平方的平均值，其中k为玻尔兹曼常量，T为液体的绝对温度，η为液体的黏滞系数，r为球形固体颗粒的半径．则下列关于布朗运动的说法中正确的是（ ）
A. 由结论①可知，布朗运动就是液体分子的热运动
B. 由结论①可知，温度越高，悬浮固体颗粒的平均动能越大
C. 由结论②可知，悬浮固体颗粒离开初始位置的位移与时间成正比
D. 由结论②可知，悬浮固体颗粒越小，液体越粘稠，布朗运动越明显
【答案】B
【解析】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，故A错误；
B．温度越高，液体分子热运动的平均平动动能越大，而悬浮固体颗粒的平均动能等于液体分子热运动的平均平动动能，故B正确；
C．，而不是，故C错误；
D．由可知，悬浮固体颗粒半径r越小，液体黏滞系数η越小，即液体越稀薄，布朗运动越明显，故D错误。
故选B。
4. 如图所示为电磁打点计时器的部分结构示意图，它由底板、励磁线圈、永磁体和带有打点振针的振动片等组成．当线圈中通以6～8V、50Hz的交变电流时，电流的磁场使振动片磁化，其右端就会在永磁体的磁场中上下振动，从而使振针在拖动的纸带上打出点迹．下列关于电磁打点计时器的说法中正确的是（ ）
A. 当线圈中通有如图所示方向的电流时，振动片右侧受到向上的磁场力
B. 接通电源后，振动片就立即以其固有频率持续稳定的振动
C. 在允许的范围内增大电源电压时，会增大振针的打点频率
D. 断开打点计时器电源的瞬间，振动片立即停止振动
【答案】A
【解析】A．当线圈中通有如图所示方向的电流时，由安培定则可知，线圈左边为N极、右边为S极，即磁化后振动片右侧为S极，其受磁场力与永磁体在该处产生的磁场方向相反，即向上，故A正确；
B．接通电源后，需要经过一小段时间调整，振动片才能以50Hz的频率稳定振动，故B错误；
C．增大电源电压而不改变电源频率时，只会增大振针的振动幅度，而不会改变振动片做受迫振动的频率，故C错误；
D．断开电源后，振动片做阻尼振动，振幅会逐渐减小，直至停止，故D错误。
故选A。
5. 如图所示为库仑电摆实验装置示意图，其中G为用四根玻璃棒支撑起的带电大铜球，C为虫胶制作的轻质细杆，用单根蚕丝S悬挂在与铜球球心等高处，细杆左端贴有金属箔片并使其带上与铜球异号的电荷，然后使细杆绕悬丝摆动起来，改变箔片与铜球球心的距离r，测量不同情况下电摆的摆动周期T．库仑设想，如果异种电荷之间相互作用力与万有引力类似——满足平方反比规律，则T与r的关系，应和不同海拔高度处的单摆周期与单摆到地心的距离之间具有相同的规律，实验结果证实了他的猜想．关于库仑所采用的思维方法和实验结果，你认为正确的是（ ）
A. 微元累加法B. 等效替代法
C. T与r成正比D. T与成正比
【答案】C
【解析】AB．库仑用的是类比法，故AB错误；
CD．联立和，有
故C正确、D错误
故选C。
6. 如图所示，真空中，折射率为的半圆形玻璃砖底面AB与折射率为的矩形玻璃砖上表面EF平行放置，两者间距为d，一细束单色光沿半径方向射入半圆形玻璃砖，经折射后进入矩形玻璃砖，AB面上的入射角、EF面上的折射角分别为和，则下列说法中正确的是（ ）
A. 若，则有
B. 保持d不变，逐渐增大，则逐渐增大
C. 保持不变，逐渐减小d，则逐渐减小
D. 若，，时，则这束光有可能无法进入矩形玻璃砖
【答案】D
【解析】A．设经AB折射后的折射角为，则由折射定律，有
两式联立，有
若，则有，故A错误；
BC．因为
不随或d的变化而变化，故BC错误；
D．若，则，即这束光在两介质的分界面上发生全反射，此时的为临界角，故时，则这束光无法进入矩形玻璃砖，D正确。
故选D。
7. 在某次军事演习中，一辆坦克以速度在水平路面上缓慢前进，坦克（连同炮弹）质量为M，现坦克水平向后发射一枚质量为m的炮弹，炮弹离开炮筒时相对坦克的速度大小为u，设发射炮弹后坦克速度增加为v，此过程中因为发射炮弹而多消耗的能量为E，不计一切阻力，则（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】AB．发完炮弹后，坦克剩下总质量为，炮弹对地的速度为，则由动量守恒，有
解得
故A正确，B错误；
CD．此过程中因为发射炮弹而多消耗的能量为
故CD错误。
故选A。
8. 有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，包含这种原子核的物质被称作慢化剂，常用的慢化剂有重水（核）和石墨（核），若视被碰原子核在碰前是静止的，且视中子与原子核的碰撞为弹性正碰，则对这两种慢化过程的说法中正确的有（ ）
A. 与原子核碰撞后，中子速度均会反向
B. 与原子核碰撞后，中子速度改变相同
C. 与核碰撞后，中子速率改变更大
D. 与核碰撞后，中子速率改变更大
【答案】AD
【解析】A．设中子质量为m，原子核质量为M，则有
由
和
可得
故与原子核碰撞后，中子速度均会反向，故A正确；
B．中子速度的变化量为
故M不同时，中子速度的改变不同，故B错误；
CD．中子速率的改变量为
故被碰原子核质量M越小，越大，故C错误，D正确。
故选AD。
9. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速为，沿波的传播方向有平衡位置相距的两个质点P、Q；时刻波的图像如图所示，此时质点P偏离平衡位置的位移为。则下列选项中正确的有（ ）
A. 这列波的周期
B. 时刻，质点P速度方向向上
C. 时刻，质点Q可能处在a位置
D. 时刻，两质点P、Q偏离各自平衡位置的位移大小相同
【答案】AB
【解析】A．由题图可知
故
由
可知波的周期为
A正确；
B．波向右传播，故由同侧法可知时刻，质点P向上振动，B正确；
C．PQ间相位差为
而由
有
故
则
C错误；
D．由
波的相位增加
即
此时P质点位移为
振动方向向下
Q质点位移为
振动方向向下，D错误。
故选AB。
10. 利用迈克耳逊干涉仪测定气体折射率光路如图所示，为两块完全相同、平行放置的玻璃板，为两个长度均为d的完全相同的玻璃管，从光源S发出一束频率为f的单色光，经过的反射和折射后沿的轴线射向．测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入一管中，在E处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率．已知真空中的光速为c，则下列说法中正确的有（ ）
A. 该单色光在折射率为n的气体中的波长为
B. 经反射和折射的光，最终在E处一定沿同一方向射出
C. 中均未充入气体时，在E处将观察到亮条纹
D. 某次测量时，将待测气体充入管中，从开始进气到到达标准状态的过程中，在E处恰好看到共移过N条干涉亮纹，则该气体在标准状态下对该单色光的折射率为
【答案】BCD
【解析】A．该单色光在折射率为n的气体中的波速为
故
故A错误；
B．根据反射定律和折射定律，可得经反射和折射的光，最终在E处一定沿同一方向射出，B正确；
C．中均未充入气体时，两列光波从S到E的波程差为0，两列光波发生相长干涉，故将观察到亮条纹，C正确；
D．待测气体充入管中后，经管的光到达E处的时间增长
其中，相对经管到达E处的光，其相位滞后
其中T为光波的周期，
联立得
随着充气量的增加，n逐渐增大，逐渐增加，则在E处恰好看到共移过N条干涉亮纹时，有
联立
解得
D正确。
故选BCD。
二、非选择题：本大题共5小题，共54分．第11题6分，第12题10分，第13题10分，第14题12分，第15题16分．其中13～15题解答时要求写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，若只有最后答案而无演算过程的不得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．
11. “用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，我们用纯油酸的体积V除以油酸在水面上展开的油膜面积S来估算油膜分子的直径，这就需要使油酸在浅盘中的水面上能充分展开以形成______；为了实现这一点，实验采用了两个方面的措施：
其一，将油酸在酒精中按一定浓度进行______，
其二，用注射器向水面上滴1滴配制好的酒精油酸溶液，使其充分展开。
为了测量1滴酒精油酸溶液的体积，本实验采取了与下列实验中______实验相似的方法．
A．卡文迪什扭秤实验——在石英丝下端倒挂的T型架的竖直部分装一面小平面镜，将射来光线反射到远处的刻度尺上，利用反射光点在刻度尺上移动的距离求出石英丝扭转的角度，进而求得引力的大小
B．用传感器观察电容器的放电过程实验——用电流传感器测量电容器的放电电流随时间变化的I-t图像，然后数出图线下方的方格数，乘以每个方格的面积，得到电容器在全部放电过程中释放的电荷量
C．金属丝电阻率的测量实验——将金属丝单层密绕在铅笔上并数出缠绕的匝数，用刻度尺测量出总宽度，再除以匝数，得到金属丝的直径
【答案】单分子油膜 稀释 C
【解析】[1][2]本实验运用理想模型的方法，即需要使油酸在浅盘中的水面上能充分展开以形成单分子油膜，需将油酸在酒精中按一定浓度进行稀释；
[3]A．实验采用的方法是几何放大——将石英丝扭转的小角度通过光的反射和光的直线传播，放大为光点在刻度尺上的位移，故A错误；B．实验采用的是微元累加法，相对“油膜法测分子大小的实验”少了再取算术平均值的步骤，故B错误；C．和“油膜法测分子大小的实验”采用了完全相同的方法——累加求和再取算术平均值，故C正确。
故选C。
12. 如图甲所示为一种摆式摩擦因数测量仪，它可测量轮胎与地面间的动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的细杆。摆锤的质量为m，细杆可绕转轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L。测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处由静止释放．摆锤下摆到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离，之后继续摆至与竖直方向成θ角的最高位置。若某次测量过程中，测得，传感器（连接计算机，未画出）测得摆锤对地面的压力随时间t的变化规律如图乙所示。已知重力加速度为。
（1）摆锤与地面接触前瞬间的动量大小为______kg·m/s，摆锤离开地面后瞬间的动量大小为______kg·m/s（保留三位有效数字）；
（2）摆锤与地面接触挤压的时间内，摆锤对地面的压力的冲量大小约为______N·S；
（3）橡胶片与地面之间的动摩擦因数为______；
（4）关于本实验的误差来源，你认为有_______（至少写一条）。
【答案】（1）112 78.4 （2）40 （3）0.84 （4）见解析
【解析】（1）[1] [2]由机械能守恒可知，摆锤与地面接触前瞬间的速度大小为
摆锤离开地面后瞬间的速度大小为
故摆锤与地面接触前后的动量大小分别为
（2）图乙中图线与横轴所围面积约为10个格子的面积，故摆锤对地面的压力的冲量大小约为
（3）对摆锤，由水平方向的动量定理
解得
（4）引起实验误差的可能原因有：细杆质量相对摆锤质量不够小，不可忽略，故细杆重力势能减小、动能增加；转轴处摩擦不太小，会引起摩擦损耗；摆锤在最低点运动了一段距离，这段距离不能视为一个点；这三个因素都对最低点速度大小的计算构成影响。坐标纸格子较大，导致数格子数目来计算压力的冲量时误差较大。
13. 请完成如下两个相关联的小题：
（1）如图甲所示，一个质量为m的物体以恒定的角速度ω绕O点做半径为R的匀速圆周运动，试证明该物体在x轴上的投影的运动是简谐运动，并指出这个简谐运动的振幅A和周期T各为多少；
（2）天文观测发现，宇宙中存在一些双星系统，其运动规律很特别——两个天体时而重合，时而分开，如图乙所示；两个天体偏离重合位置的位移随时间变化的规律都是正余弦曲线，如图丙所示。天文学家推测，这样的系统实际上是由两个绕着二者连线上某点做匀速圆周运动的天体组成的，但地球正好和这个双星系统的圆周轨道处在同一平面上，所以从地球一侧只能观测到它们的投影运动（即“视运动”）。
若已知、T和万有引力常量G，试根据天文学家设想，利用第（1）小题的结论，求天体1的质量。
【答案】（1）证明见解析，、；（2）
【解析】（1）该物体在x轴方向的投影偏离O点的位移为
即x随时间t做正弦规律变化，所以该物体在x轴方向的投影的运动是振幅为、周期、初相位φ为的简谐运动；
（2）设天体1的质量为，天体2的质量为，由题意可知，两天体的距离为，天体2的轨道半径为，由万有引力定律和牛顿第二定律，有
解得
14. 小明为多普勒效应的理解问题而请教他的物理老师，老师就给他出了一道匀速直线运动的题目让他思考，他轻松做完了这道题目，从此不再困惑。请你也尝试做一做这道题目：
如图（b）所示，声源S在x轴上运动，S相继向右侧观察者A发出两个脉冲信号（如图（a）所示），两脉冲信号间的时间间隔为T。已知空气中声音传播的速度大小为v，不考虑空气的流动，试计算如下两种情况中A接收到的两个脉冲信号间的时间间隔T'，并比较与的大小关系。（设T远大于单个脉冲的持续时间，且远小于信号在空间传播的时间）
（1）声源S静止，观察者A以大小为的速度沿x正方向轴运动（）；
（2）声源S、观察者A分别以大小为、的速度沿x轴正方向运动。（）。
【答案】（1），；（2），见解析
【解析】（1）设两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间到达观察者A，则有
且
联立解得
频率为
故
解法二：两脉冲信号都发出后的间距为
选观察者A为参考系，两信号脉冲的相对速度为
则两信号脉冲到达观察者A的时间间隔满足
即有
解得
（2）两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间到达观察者A，则有
且
联立解得
，
则当时，；当时，；当时，。
解法二：波源S、观察者A均沿x轴正方向运动时，两脉冲信号都发出后的间距为
选观察者A为参考系，两信号脉冲的相对速度为
则两信号脉冲到达观察者A时间间隔满足
即有
解得
15. 如图所示，倾角为的粗糙斜面底端固定有一劲度系数为的轻质弹簧，弹簧上端连接一质量为的滑块B而处于静止状态，此时弹簧处于压缩状态且形变量为。在B的上方处由静止释放一质量也为的滑块A，随后A与B发生碰撞（未粘连），碰撞时间极短（可忽略不计），碰后AB一起向下运动，到达最低点后又向上弹回。已知A、B与斜面间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为，弹簧始终在弹性限度以内，弹簧振子的周期公式为，其中k为弹簧的劲度系数，M为振子的质量。试求：
（1）碰后瞬间AB的共同速度大小v；
（2）碰后AB一起向下运动的最大位移x；
（3）A从释放到速度第二次减为0所用的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）A自由下滑过程，根据动能定理
A、B碰撞，由动量守恒可得
带入数据，联立解得
（2）设碰后AB一起向下运动的最大位移为x，则有
其中为最开始弹簧的弹力，有
为AB共同速度第一次减为零时弹簧的弹力，有
联立解得
（3）①A自由下滑过程时间设为，则有
②碰后，对AB、弹簧组成的弹簧振子系统，其下滑阶段的平衡位置在B最开始位置的下方处，有
解得
则这个振动系统在下滑阶段的振幅为
设AB经过平衡位置时的相位为0，则系统在下滑阶段的初相位为
末相位为
故AB碰后到第一次速度减为零的过程所用的时间为
其中
③假设AB在随后的上滑过程过程中一直没有分离，设运动的距离为d，则有
其中为AB第二次速度减为零时弹簧的弹力，有
联立解得
即弹簧尚未恢复原长，AB尚未分离，假设成立。AB、弹簧组成的弹簧振子系统在上滑阶段振幅为
所用时间为
解法二：③假设AB在随后的上滑过程过程中一直没有分离，AB、弹簧组成的弹簧振子系统新的平衡位置处弹簧压缩量为，有
解得
则系统在上滑阶段振幅为
AB在最高点时系统加速度a方向向下，大小等于最低点加速度大小，有
解得
假设成立。故AB从最低点到最高点所用时间为
④A从释放到速度第二次减为0所用的时间为
联立解得