河南省信阳市第一高级中学2020学年高二物理下学期期中试题（含解析） 18页

河南省信阳市第一高级中学2020学年高二物理下学期期中试题（含解析） ‎ 一、选择题 ‎1.关于振动和波的关系，下列说法正确的是（ ）‎ A. 有机械波必有机械振动 B. 有机械振动必能产生机械波 C. 离波源远的质点振动周期长 D. 波源停振时，介质中各质点的振动立即停止 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A项：机械振动在介质中才能形成机械波，所以有机械波时一定有拓动，故A正确；‎ B项：如果机械振动，但没有介质，则没有波，故B错误；‎ C项：介质中所有的质点都做受迫振动,所以所有质点的振动周期与波源的振动周期相同，故C错误；‎ D项：波源停止振动时，介质中的波动仍然继续传播，故D错误。‎ ‎2.下列说法不正确的是（ ）‎ A. 检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P为凹处，Q为凸处 B. 图2为光线通过小圆板得到的衍射图样 C. 图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样 D. 图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样 ‎【答案】D ‎【解析】‎ A、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知P处凹陷，而Q处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q处凸起，故A正确；‎ B、图为光线通过小圆板得到的衍射图样，若用光照射很小的不透明圆板时，后面会出现一亮点，故B正确；‎ C、沙漠蜃景是光的全反射现象，而光导纤维是光的全反射现象，它们的原理相同，故C正确；‎ D、立体电影是光的偏振，与镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们的原理不相同，故D错误；‎ 错误的故选D。‎ ‎3.如图所示，A、B 两物体组成弹簧振子，在振动过程中 A、B 始终保持相对静止，图中能正确反映振动过程中 A 受的摩擦力 Ff 与振子的位移 x 关系的图线应为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】设弹簧的劲度系数，振子距平衡位置的位移时系统的加速度为，由牛顿第二定律有：‎ 所以当位移为时，整体的加速度为 隔离对A分析，则摩擦力为：‎ ‎，故C正确。‎ ‎4.某质点在坐标原点O处做简谐运动，其振幅为10cm，振动周期为0.6s，振动在介质中沿x轴正方向传播，波速为1m/s，当质点由平衡位置O开始向上振动0.3s时立即停止振动，则振源停止振动后经过0.3s时刻的波形是图中的( )‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】波源O向上振动0.30s后立即停止振动，形成半个波长的波形，O点起振方向向上，则介质中各质点的起振方向也向上，波沿x轴正方向直线传播，由，则经过0.3s该波应传到x=0.3m处，故C正确。‎ ‎5.蜘蛛捕食是依靠昆虫落在丝网上引起的振动准确判断昆虫的方位。已知丝网固有频率f0，某昆虫掉落在丝网上挣扎时振动频率为f，则该昆虫落在丝网上时 A. f增大，则丝网振幅增大 B. f减小，则丝网振幅减小 C. 昆虫引起丝网振动的频率为f0 D. 丝网和昆虫挣扎振动周期相同 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 昆虫落在丝网上时，丝网做受迫振动，当昆虫翅膀振动的频率与丝网的振动频率相等时达到共振，此时昆虫与丝网的振幅最大.‎ ‎【详解】昆虫落在丝网上时，丝网做受迫振动，则丝网和昆虫挣扎振动周期相同，因不知道f与f0的大小关系，则不能判断丝网振幅的变化，选项D正确，ABC错误；故选D.‎ ‎6.如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)‎ A. 红黄蓝紫 B. 红紫蓝黄 C. 蓝紫红黄 D. 蓝黄红紫 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故AC两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距可以知道波长越大，越大，故A是红光，C是蓝光．‎ 单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故BD是单缝衍射图样，B为紫光 单缝衍射图样，D为黄光单缝衍射图样．故从左向右依次是红光（双缝干涉）、紫光（单缝衍射）、蓝光（双缝干涉）和黄光（单缝衍射）．‎ 所以选项B正确的，选项ACD错误。‎ 点睛：掌握单缝衍射和双缝干涉的图样的特点和图样与波长的关系是解决此题的唯一途径，故要加强对基础知识的记忆。‎ ‎7.在水中同一深度有红绿两个点光源,在水面上方去观察,以下说法正确的是（ ）‎ A. 在水面上看,红光源深些 B. 在水面上看,绿光源深些 C. 在水面上看,红光水面透光面积小 D. 在水中绿光的速率大些 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A、B项：在水面看，视深：，红光折射率比绿光小，所以红光视深些，故A正确，B错误；‎ C项：发生全反射时，有，由于红光折射率比绿光小，所以红光的全反射临界角大，故红光透光面积大，故C错误；‎ D项：根据，红光折射率比绿光小，所以在水中绿光的速度小些，故D错误。‎ ‎8.图甲为一列简谐横波在t=0.1 s时刻的波形图，P是平衡位置在x=1cm处的质点，Q是平衡位置在x=4 cm处的质点，图乙为质点Q的振动图象。则 A. 波的传播速度为20 m/s B. 波的传播方向沿x轴负方向 C. t=0.4 s时刻，质点P的速度大小最大，方向y轴正方向 D. t=0.7 s时刻，质点Q的速度大小最大，方向y轴负方向 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据波形图和Q点的振动图像读出波长和周期，求解波的速度；根据Q点t=0.1s的振动方向判断波的传播方向；根据波的传播规律判断在t=0.4 s时刻质点P的振动情况以及t=0.7 s时刻质点Q的振动情况.‎ ‎【详解】由图读出波长λ=8cm，周期T=0.4s，则波速，选项A错误； 由振动图像可知，t=0.1s时，Q点向上振动，由波形图可知波的传播方向沿x轴正方向，选项B错误；t=0.4 s时刻，波向x正向传播，此时质点P与t=0时刻位置相同，但是向上振动，速度不是最大，选项C错误；t=0.7 s时刻，质点Q从t=0.1s时刻起经过了1.5T回到平衡位置，此时的速度大小最大，方向y轴负方向，选项D正确，故选D.‎ ‎【点睛】本题的关键是把握两种图象之间的内在联系，会根据振动情况来判定波的传播方向．结合波形图判断质点的振动情况．‎ ‎9.下列四幅图中关于机械振动和机械波的说法正确的是（ ）‎ A. 粗糙斜面上的金属球 m 在弹簧的作用下运动，该运动是简谐运动 B. 单摆的摆长为 l，摆球的质量为 m、位移为 x，此时回复力为 C. 质点 A、C 之间的距离就是简谐波的一个波长 D. 三根细线于 O 点处打结，C 点系着一个小球（忽略小球半径），让小球在纸面内摆动的周期小于小球在垂直纸面内摆动的周期（摆动角度非常小）‎ ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A项：在粗糙斜面上多属球运动过程中，要不断克服摩擦力做功，系统的机械能减小，金属球最终静止，所以该运动不是简谐运动，故A错误；‎ B项：单摆模型中摆球的回复力等于重力沿运动方向上的分力，即，因为较小，，考虑到回复力的方向与位移的方向相反，所以，故B正确；‎ C项：相邻波峰或波谷之间的距离等于一个波长，所以质点A、C的平衡位置之间的距离只是简谐波的半个波长，故C错误；‎ D项：由单摆周期可知，小球在纸面内摆动的摆长小于小球在垂直纸面内摆动的摆长，所以小球在纸面内摆动的周期小于小球在垂直纸面内摆动的周期，故D正确。‎ ‎10.下列说法正确的是（ ）‎ A. 拍摄玻璃橱窗里的物体时，在镜头前装偏振滤光片可以减弱玻璃表面反射光的影响 B. 相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中是不相同的 C. 医院里用于检测“彩超”的原理是：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率变化，就可知血液的流速，这一技术应用了多普勒效应 D. 机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】A项：反射光是偏振光，拍摄玻璃橱窗里的物体时或拍摄水面上的物体时，往往在镜头前加装偏振版以减弱玻璃表面反射光进入照相机头，故A正确；‎ B项：根据狭义相对论，真空中光速在不同惯性参照系中都是相同的，故B错误；‎ C项：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率变化，就可知血液的流速，这一技术应用了多普勒效应，故C正确；‎ D项：机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用X射线的穿透本领，故D错误。‎ ‎11.a、b两平行细光束垂直射入直角三棱镜的 AB 面，对应的折射光束a′、b′如图所示，a、b比较，以下说法正确的是 A. b 光的折射率较大 B. a光的频率较大 C. 用同样的双缝做双缝干涉实验，b 光产生的干涉条纹较宽 D. b 光束在玻璃中的传播速度较小 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】A、B项：由图可得，光束通过棱镜后b的偏折角大于a的偏折角，由棱镜对a光的折射率小于对b光束的折射率，根据折射率越大，光的频率越高，故A正确，B错误；‎ C项：折射率越大，光的频率越高，波长越小，在相同的条件下，双缝干涉条纹的间距与波长成正比，而棱镜对a光的折射率较小，波长较长，则a光干涉条纹间距较宽，故C错误；‎ D项：由公式可知，由于b光的折射率大于a光的折射率，所以b 光束在玻璃中的传播速度较小，故D正确。‎ ‎12.某时刻 LC 振荡电路的状态如图所示，则此时 A. 电流 i 在减小 B. 电容器正在充电 C. 电场能正在向磁场能转化 D. 电感线圈所在空间的磁场变化率在变大 ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ ‎【详解】通过图示电流方向可知，电容器在充电，振荡电流减小，电容器上的电荷量正在增大，磁场能正在向电场能转化，磁通量减小，但磁通量的变化率正在增大，故ABD正确，C错误。‎ 二．实验题 ‎13.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率如图甲中实线所示。在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作连线，用圆规以O点为圆心画一个圆如图中虚线所示，此圆与AO线交点为B，与连线的交点为 测出B点到x、y轴的距离分别为、，C点到x、y轴的距离分别为、。‎ 根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式______；‎ 若实验中该同学在的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到、的像，其原因最可能是______。‎ 该同学又用平行玻璃砖做实验如图乙所示。他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面和后，不小心碰了玻璃砖使它向方向平移了少许，如图所示。则他测出的折射率将______填“偏大”“偏小”或“不变”。‎ ‎【答案】 (1). (2). 确定的光在介面上入射角太大发生了全反射 (3). 不变 ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 用插针法测定玻璃砖折射率的实验原理是折射率的定义式，此公式的适用条件是光从真空射入真空折射。根据数学知识求出入射角与折射角的正弦值，再根据折射率的定义式求解折射率；学在的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到、像，其原因可能是：确定的光在介面上入射角太大，发生了全反射；作出光路图，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差；对于实验误差，要紧扣实验原理，用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差；‎ ‎【详解】解：(1)设光线在x轴上的入射角为i，折射角为r，玻璃砖的半径为R，根据数学知识得：，，则此玻璃折射率测量值的表达式为：；‎ ‎(2)若实验中该同学在的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到、像，其原因可能是：确定的光在介面上入射角太大，发生了全反射；‎ ‎(3)如图所示，红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，由折射率的定义式得知，测得的折射率将不变；‎ ‎14.用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示。‎ ‎（1）组装单摆时，应在下列器材中选用________（填选项前的字母）。‎ A．长度为 1m 左右的细线B．长度为30cm 左右的细线 C．直径为 1.8cm 的塑料球D．直径为 1.8cm 的铁球 ‎（2）测出悬点 O 到小球球心的距离（摆长）L 及单摆完成 n 次全振动所用的时间 t，则重力加速度 g=________（用 L、n、t 表示）。‎ ‎（3）在某次测量中，若单摆振动 50 次的时间如图乙所示，则其振动周期为_____s ‎（4）用多组实验数据做出 T2-L 图象，也可以求出重力加速度 g。已知三位同学做出的 T2-L 图线的示意图如图丙中的 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 b，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 D. 假设 b 和 c 是小明和小红分别在北京大学和广州大学用同样的实验装置描绘的图线，不考虑其他误差，则图线 c 是小明所绘 ‎【答案】 (1). AD (2). (3). 2.65 (4). BD ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)A、B项：为减小实验误差，摆线长度应适当长些，故A正确，B错误；‎ C、D项：为了减小空气阻力对实验影响，摆球质量应大而体积较小，故C错误，‎ D正确。‎ ‎(2)由单摆周期公式，又，联立解得：；‎ ‎(3)图中指示时间为：132.5s，则；‎ ‎(4) 由单摆周期公式得，，由数学知识可知，图象的斜率，当地的重力加速度 A项：由图丙所示图象可知，对图线a，当L为零时T不零，所测摆长偏小，可能是把摆线长度作为摆长，即把悬点到摆球上端的距离作摆长，故A错误；‎ B项：实验误将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，图线的斜率k偏小，故B正确；‎ C项：由图可知，图线c对应的斜率k偏小小于图线b对应的斜率，由可知，图线c对应的g值大于图线b对应的g值，故C错误；‎ D项：由于北京的纬度比广州的纬度高，所以北京的重力加速度比广州的大，由可知，图线 c 是在北京大学的小明所绘，故D正确。‎ 三．计算题 ‎15.如图所示，一块涂有碳黑的玻璃板，质量为 1kg，在恒定拉力 F 的作用下竖直向上运动，一个装有指针的振动频率为 5Hz 的电动音叉在玻璃板上画出如图所示的曲线，量得 OA=2cm，OB=8cm，OC=18cm，（g=10m/s2 不计阻力），求外力 F 的大小（不计一切阻力）。‎ ‎【答案】F=14N ‎【解析】‎ ‎【详解】音叉的周期 T=0.2s，可知图中 OA、AB、BC 三段的运动时间均为 0.1s 由 Dx = aT2 得 由牛顿第二定律：F − mg = ma 得 F=14N ‎16.一列沿x轴正方向传播的简谐波，其波源位于坐标原点O，且在t＝0时刻的波形图如图所示．已知这列波在P出现两次波峰的最短时间是0.4 s，求：‎ ‎(1)这列波的波速；‎ ‎(2)试写出质点P做简谐运动的表达式；‎ ‎(3)从t＝0时刻开始计时，质点R第一次到达波谷所用的时间．‎ ‎【答案】（1） （2） （3）0.8s ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据求出这列波的波速；由图可知A=4cm，根据求出角速度，再写出质点P做简谐运动的表达式；先求出这列波传到R质点的时间，由图可知质点R的起振方向为沿y轴正方向，所以R质点振动后再经过后才能第一次到达波谷，再求出从t＝0时刻开始计时，质点R第一次到达波谷所用的时间。‎ ‎【详解】解：(1)由题意可知：λ=4m，T=0.4s 得：‎ ‎(2)由图可知A=4cm，‎ 故质点P做简谐运动的表达式为 ‎(3)这列波传到R质点的时间为 又由图可知质点R的起振方向为沿y轴正方向，所以R质点振动后再经过后才能第一次到达波谷，故再经过s后质点R才能第一次到达波谷 ‎17.2020年9月23日“光纤之父”华人科学家高琨逝世，他一生最大的贡献是研究玻璃纤维通讯。光纤在转弯的地方不能弯曲太大，如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：‎ ‎①圆环内径R的最小值；‎ ‎②在①间的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。‎ ‎【答案】；。‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】①从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线能发生全反射，根据几何关系得 sinθ=‎ 设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有 θ≥C 根据临界角公式有sinC=‎ 因此有：sinθ≥sinC 即有≥；‎ 解得：R≥=‎ 所以R的最小值为。‎ ‎②在①问的情况下，θ=45°，R=．如图所示。‎ 光在光纤内传播的总路程为S=2R+R=R 光在光纤内传播速度为v==c 所以所求时间为t==‎ ‎18.某种透明材料制成的空心球体内径为 R，外径是内径的 2‎ ‎ 倍，其截面（纸面内）如图所示。一束单色光（纸面内）从外球面上 A 点入射，人射角为 45°时，光束经折射后恰好与内球面 B 点相切。‎ ‎（1）求该透明材料的折射率；‎ ‎（2）如果在内表面涂上能完全吸光的物质，当一束平行光射向此球时被内表面吸收掉的光束在射进空心球前的横截面积是多少？‎ ‎（3）在第（1）问的条件下，欲使如图所示的光束能射入空心球内部空心区域，从 A 入射的光线的入射角应满足什么条件？‎ ‎【答案】（1）。（2） （3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）如图所示，设光束经折射后到达内球面上 B 点。在 A 点，由题意知，‎ 入射角 i＝45°，折射角 r＝∠BAO 由几何关系有：=0.5‎ 由折射定律有：‎ 代入数据解得 n＝‎ ‎（2）‎ 如图所示，平行光束为半径为 R 的空心部分被吸收，不被吸收的极限光线是与 a 球相切的光线 AB，由几何关系有：‎ Ro=2Rsini R=2Rsinr 由折射定律有： sini=nsinr 故被吸收掉的光束的橫截面积为：S=2πR2‎ ‎（3）如图所示。设在 A 点的入射角为 i′时，光束经折射后到达内球面上 C 点，并在 C 点恰好发生全反射，则光束在内球面上的入射角∠ACD恰好等于临界角 C。‎ 由 sinC＝得 C＝45°‎ 由正弦定理得……‎ 又 AO＝2CO 由折射定律有……‎ 解得…‎ 因此入射角满足的光线将射入空心球内部。‎