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- 2021-06-02 发布
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北京市八一学校2020学年度第二学期期中试卷
高二物理
一、单项选择题(下列各小题均有四个选项,其中仅有一个符合题意,多选和错选均不得分。每题3分,共30分)
1.关于分子动理论,下列说法中正确的是
A. 布朗运动就是液体分子的无规则运动
B. 扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的
C. 当r=r0时,分子间的引力和斥力均为零
D. 当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力均增大
【答案】B
【解析】
试题分析:明确布朗运动和扩散现象的本质以及意义; 知道分子间同时存在分子引力和斥力,二力均随距离的增大而减小.
布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动,A错误;扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的,B正确;当时,分子间的引力和斥力大小相等,方向相反,但两力均不为零,C错误;当分子间距增大时,分子间的引力和斥力均减小,D错误;
2.如图所示是教材中模仿布朗实验所做的一个类似实验中记录的其中一个小炭粒的“运动轨迹”.以小炭粒在A点开始计时,图中的A、B、C、D、E、F、G…各点是每隔30s小炭粒所到达的位置,用折线连接这些点,就得到了图中小炭粒的“运动轨迹”.则下列说法中正确的是( )
A. 图中记录的是分子无规则运动的情况
B. 在第75 s末,小炭粒一定位于C、D连线的中点
C. 由实验可知,小炭粒越大,布朗运动越显著
D. 由实验可知,温度越高,布朗运动越剧烈
【答案】D
【解析】
根据题意,每隔30s把观察到的炭粒的位置记录下来,然后用直线把这些位置依次连接成折线;故布朗运动图象是每隔30s固体微粒的位置,而不是运动轨迹,只是按时间间隔依次记录位置的连线;微粒在75 s末时的位置可能在任一点,故A错误,B错误;悬浮微粒越小,受到液体分子撞击的冲力越不平衡,布朗运动越显著。故C错误;液体温度越高,液体分子运动越激烈,布朗运动越显著。故D正确。故选D。
点睛:布朗运动图象的杂乱无章反映了固体小颗粒运动的杂乱无章,进一步反映了液体分子热运动的杂乱无章.
3.如图1所示,弹簧振子在竖直方向做简谐运动。以其平衡位置为坐标原点,竖直向上为正方向建立坐标轴,振子的位移x随时间t的变化如图2所示,下列说法正确的是
A. 振子的振幅为4cm B. 振子的振动周期为1s
C. t=ls时,振子的速度为正的最大值 D. t=ls时,振子的加速度为正的最大值
【答案】C
【解析】
【详解】由振动图像可知,该弹簧振子的振幅为2cm,周期为2s,t=1s时,振子在平衡位置,切向y轴正向速度,加速度为零,故C正确。
4.如图甲所示是演示简谐运动图象的装置,当漏斗下面的薄木板N被匀速地拉出时,振动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系。板上的直线OO1代表时间轴,图乙中是两个摆中的沙在各自板上形成的曲线,若板N1
和板N2拉动的速度v1和v2的关系为v2=2v1,则板N1、N2上曲线所代表的周期T1和T2的关系为( )
A. T2=T1 B. T2=2T1 C. T2=4T1 D. T2=T1
【答案】D
【解析】
【分析】在木板上由摆动着的漏斗中漏出的沙形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的规律,即沙摆的振动图象.由于拉动木板的速度不同,所以N1、N2上两条曲线的时间轴的(横轴)单位长度代表的时间不等.如果确定了N1、N2上两条曲线的时间轴的单位长度与时间的对应关系后,就可以确定各条曲线代表的沙摆完成一次全振动所需的时间,即振动周期,从而可以确定T1、T2的关系.
【详解】由图可见,薄板被匀速拉出距离相同,且v2=2v1,则木板N1上时间轴单位长度代表的时间t1是木板N2上时间轴单位长度代表的时间t2的两倍,即t1=2t2.由图线可知,T1=t1,T2=t2,因而得出 ,故D正确,ABC错误。故选D。
5.如图所示为一个单摆在地面上做受迫振动的共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系),则( )
A. 此单摆的固有周期约为1s B. 此单摆的摆长约为1m
C. 若摆长增大,单摆的固有频率增大 D. 若摆长增大,共振曲线的峰将右移
【答案】B
【解析】
【详解】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0.5Hz,周期为2s。故A错误;单摆的周期为2s由公式求得L≈1m 故B正确;根据知摆长增大周期增大,所以频率会变小,故C错误;频率变小则共振曲线的峰将向左移动,故D错误;故选B
6.一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。如图是某绳波形成过程的示意图。质点l在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动质点2、3、4...各个质点依次振动,把振动从绳的左端传到右端。t=T/2时,质点9刚要开始运动。下列说法正确的是
A. t=T/2时,质点9开始向下运动 B. t=T/2时,质点5加速度方向向上
C. t=T/4时,质点5开始向上运动 D. t=T/4时,质点3的加速度方向向上
【答案】C
【解析】
【详解】A、质点1为波源,波向右传播,时,质点9开始振动,根据同侧法可知其振动方向向上;故A错误.
B、时,质点5处于波峰,此时振动的速度为零,指向平衡位置的加速度最大,方向向下;故B错误.
C、根据振动和波的传播规律可得时的波形图:
时,波传播的距离为,则质点5开始振动,而所有的质点被带动起振的方向相同都向上;故C正确.
D、振动时的回复力产生的加速度都指向平衡位置,时的质点3正在正向位移处,则加速度向下;故D错误.
故选C.
7.如图,振幅相同的两列波相遇,形成了的稳定干涉图样,某时刻干涉图样如图所示,实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷。则下列说法中正确的是( )
A. 这两列波的频率不一定相等
B. P,N两质点始终处在平衡位置,M点始终处于波峰
C. 质点M将沿波的传播方向向O点处移动
D. 从该时刻起,经过四分之一周期,质点M将到达平衡位置
【答案】D
【解析】
【详解】要形成稳定的干涉图样,需要频率相等的相干波源才可以,所以这两列波的频率一定相等 故A错误;P、N两点是波谷和波峰叠加,由于振幅相同,位移始终为零,即处于平衡位置,M点是波峰与波峰叠加,是加强点,则M点随时间在平衡位置两侧来回振动,并不是一直处于波峰的位置,故B错误;振动的质点只是在各自的平衡位置附近振动,不会“随波逐流”,故C错误;从该时刻起,经过四分之一周期,质点M从波峰运动到平衡位置 故D正确;故选D
8.分析下列物理现象,这些物理现象分别属于声波的( )
①“闻其声而不见其人”;
②夏天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;
③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高;
④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音。
A. 衍射、折射、干涉、多普勒效应 B. 折射、反射、干涉、多普勒效应
C. 衍射、反射、多普勒效应、干涉 D. 折射、衍射、多普勒效应、干涉
【答案】C
【解析】
【详解】闻其声而不见其人”属于声音的衍射;夏天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,属于声音的反射;当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高,属于波的多普勒效应;围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音,属于声音的干涉 故C正确;ABD错误;故选C
9.有一块玻璃砖,上、下两面光滑且平行,有一束光线从空气射入玻璃砖,下面给出的四个光路图正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】由于玻璃砖上下表面平行,光在上表面的折射角等于下表面的入射角,上表面能够发生折射,则下表面一定能够发生折射,且离开玻璃砖的光线与射向玻璃砖的光线平行,又因为有折射就有反射 故D正确;ABC错误;故选D
10.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用a ml纯油酸配制成bml的油酸酒精溶液,现已测得一滴溶液c ml,将一滴溶液滴入水中,油膜充分展开后面积为Scm2,估算油酸分子的直径大小为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
纯油酸体积为,油膜面积为S,油酸分子直径,故A正确.
二、不定项选择题(每题至少有一个正确选项,不选、多选或错选不得分,漏选得2分,全对得4分,共20分)
11.下列关于光现象说法正确是
A. 水中的潜水员斜向上看岸边物体时,看到物体的像将比物体所处的实际位置低
B. 海市蜃楼产生的原因是由于海面的上层空气的折射率比下层空气折射率大
C. 玻璃杯裂缝处在光的照射下,看上去比周围明显偏亮,是由于光的全反射
D. 光纤通信是一种现代通信手段,它是利用光的全反放射原理来传播信息
【答案】CD
【解析】
【详解】A:物体反射的光斜射到水面上,会发生折射现象,当光进入水中后靠近法线,射入潜水员眼睛,潜水员由于错觉,认为光始终沿直线传播,逆着光的方向看上去而形成的虚像比实际位置高,所以潜水员在水中看见岸上的物体,实际是变高了的物体的虚像。故A项错误。
B:海市蜃楼产生的原因是由于海面上的下层空气的温度比上层低,下层空气的密度比上层大,下层空气的折射率比上层空气折射率大而产生的全反射现象。故B项错误。
C:玻璃杯裂缝处在光的照射下,看上去比周围明显偏亮,是由于光线从玻璃中射向空气时发生全反射。故C项正确。
D:光纤通信是利用光的全反放射原理来传播信息的,故D项正确。
【点睛】全反射条件:(1) 光是由光密介质进入光疏介质。(2) 入射角大于等于临界角。
12.气闸舱是载人航天航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置;其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K,座舱A中充满空气,气闸舱B内为真空。航天员由太空返回气闸舱时,打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体,下列说法正确的是( )
A. 气体并没有对外做功,气体内能不变
B. 气体体积膨胀,对外做功,内能减小
C. 气体温度不变,体积增大,压强减小
D. 气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少
【答案】ACD
【解析】
【详解】气体自由扩散,没有对外做功,又因为整个系统与外界没有热交换,根据 可知内能不变,故A正确;B错误;对于理想气体来说内能不变则温度不变,因为气闸舱B内为真空,故扩散后气体体积增大,根据玻意耳定律可知其中K是一个定值,所以随着气体体积增大,压强减小,故C正确;根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数变小,故D正确,故选ACD
13.一束复色光沿半径方向射向一半圆形玻璃砖,发生折射而分为a、b两束单色光,其传播方向如图所示。下列说法中正确的是( )
A. 玻璃砖对a、b的折射率关系为
B. a、b在玻璃中的传播速度关系为
C. 增加入射角,单色光a先消失
D. 单色光a从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光b
【答案】BC
【解析】
【详解】因为a光偏转角度大,说明玻璃砖对a光的折射率大,即,故A错误;根据公式, a光的折射率大,a光在玻璃中的传播速度小,即 故B正确;因
为 ,根据临界角公式,知单色光a从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光b从玻璃到空气的全反射临界角,所以当增加入射角,单色光a先消失,故C正确;D错误;故选BC
14.一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轴的正方向传播。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. 质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向
C. 再过半个周期时,质点P的位移为正值 D. 经过一个周期,质点P通过的路程为4a
【答案】AD
【解析】
【详解】由题图可得,波沿x轴方向传播,P质点在该时刻的运动方向沿y轴正方向运动,故A正确;P在x轴上方,但因为加速度,可以知道加速度的方向向下.故B错误;P质点在该时刻的运动方向沿y轴正方向运动,再过半个周期时,质点P的位置在P的关于x的对称的位置上,位移为负值.故C错误;经过一个周期,质点P通过的路程为4a,故D正确;故选AD
15.如图是观察水面波衍射实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O为波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下述描述正确的是( )
A. 此时能明显观察到波的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显衍射现象
D. 如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察衍射现象
【答案】ABC
【解析】
【详解】由图可以看出,波长与孔的尺寸差不多,所以能够观察到明显的衍射现象,故A正确;波通过孔后,波速、频率都不变,根据 知,波长也不变,则挡板前后波纹间的距离相等 故B正确;如果将孔AB扩大,孔的尺寸大于波的波长,可能观察不到明显的衍射现象故C正确;如果孔的大小不变,使波源频率增大,因为波速不变,根据波长减小,可能观察不到明显的衍射现象,故D错误;故选ABC
三、实验题探究题(本大题共3小题,共22分)
16.在探究单摆运动的实验中:
甲 乙
(1)甲是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图,乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图象,根据图乙的信息可得,从t=0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为________s,摆长为_____m(取,当地重力加速度大小g=10m/s2)。
(2)单摆振动的回复力是____________。
A.摆球所受的重力 B.摆球重力在垂直摆线方向上的分力
C.摆线对摆球的拉力 D.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力
【答案】 (1). 0.5s (2). 0.64m (3). B
【解析】
【详解】(1)当摆球摆到最低点时,拉力与重力的合力提供向心力,此时拉力达到最大值,结合图像可知第一次拉力达到最大的时刻为0.5s;结合图像可以看出单摆的周期为1.6s,根据可知
(2)对摆球进行受力分析,摆球受重力(竖直向下)和摆线拉力(摆线收缩方向),由于摆球运动轨迹为圆弧切线方向,以切线方向和绳子方向建立坐标系,重力沿切线方向的分力提供了回复力,重力在绳子方向上的分力与拉力共同提供了运动的向心力,故B正确;ACD错误;
17.在做“探究单摆周期与摆长的关系”的实验时
(1)为了减小测量周期的误差,摆球应在经过最______ (填“高”或“低”)点的位置时开始计时,并计数为1,摆球每次通过该位置时计数加1。当计数为63时,所用的时间为t秒,则单摆周期为______秒.
(2)实验时某同学测得的g值偏大,其原因可能是______
A.实验室的海拔太高
B.摆球太重
C.测出n次全振动时间为t,误作为(n+1)次全振动时间进行计算
D.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现了松动,使摆线长度增加了
(3)有两位同学分别在北京和厦门两地较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,并由计算机绘制了图像(如图甲所示)。北京的同学所测实验结果对应的图线是______ (填“A”或“B”)。另外,在厦门做探究的同学还利用计算机绘制了a、b两种单摆的振动图象如图乙所示,由图可知,a、b两单摆的摆长之比=______。
【答案】 (1). 低 (2). t/31 (3). C (4). B (5). 4:9
【解析】
(1)摆球经过最低点的位置时速度最大,在相等的距离误差上引起的时间误差最小,测的周期误差最小.所以为了减小测量周期的误差,摆球应选经过最低点的位置时开始计时.由题分析可知,单摆全振动的次数为,周期为;(2)A、海拔太高时,重力加速度较小,这肯定不是测量结果偏大的原因;故A错误;B、摆球的重力越重,误差越小;故B错误;C、实验中误将n次全振动计为n+1次,根据求出的周期变小,g偏大,故C正确;D、摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了,依据:,测得的单摆周期变大,故由可知得到的g值偏小,故D错误.故选C;(3)由,得,可知图象的斜率越大,则重力加速度越小,因为南京当地的重力加速度小于北京,去北大的同学所测实验结果对应的图线的斜率小,应该是B图线.由振动图线知,两单摆的周期比为,由,得两单摆摆长之比为。
【点睛】为了减小测量周期的误差,摆球应选经过最低点的位置时开始计时.根据全振动的次数,求出周期.根据重力加速度的表达式可分析g值偏大可能的原因.根据图象比较出重力加速度的大小,因为北京和南京当地的重力加速度不同,从而可知北大的同学所测实验结果对应的图线.根据振动图象得出两摆的周期比,从而根据单摆的周期公式得出两单摆的摆长之比.
18.如图1所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
图1 图2
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有( )
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交于,过作垂直于的直线,连接。若测量出图1中角和的大小。则玻璃砖的折射率n=_______(写表达式)。
(3)如图2所示,该同学在实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。若其他操作正确,则折射率的测量值______准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
【答案】 (1). (1)BD (2). (2) (3). (3)小于
【解析】
【详解】(1)确定大头针的位置的方法是大头针能挡住、的像.确定大头针的位置的方法是大头针能挡住和、的像,故BD正确;AC错误;
(2)根据折射率的定义可以求出此玻璃的折射率为
(3)将玻璃砖界面和间距画得过宽但仍平行,而其他操作正确,导致角偏大,因为,故折射率的测量值小于真实值。
故本题答案是:(1)BD (2) (3)小于
四、计算、论述题。(解题要求:写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。有数值计算的题,答案必须明确写出数值和单位,共28分)
19.如图所示,AB为空气与某种介质的界面,直线MN垂直于界面AB。某单色光以i=60°的入射角从空气射到界面上,折射角r=30°。设光在空气中的传播速度约为c=3×108m/s。求:
(1)光在这种介质中的传播速度大小v;
(2)若光由这种介质射向空气,发生全反射的临界角的正弦值sinC
【答案】(1) (2)
【解析】
【详解】(1)根据折射率的公式可知,光在这种介质中的传播速度为
(2)全反射临界角正弦值为
20.如图所示是一列沿x轴方向传播的机械波图象,实线是t1=0时刻的波形,虚线是t2=1s时刻的波形。
(1)求该列波可能的周期和波速;
(2)若波速为5m/s,其传播方向如何?请画出质点P从t1时刻为计时起点的振动图像。(至少画出一个周期,并在图中标上周期和振幅的数值)
【答案】(1);
或者;
(2)若波速为5m/s,则波沿x轴正方向传播,质点P从t1时刻为计时起点的振动图像如下:
【解析】
【详解】(1)有图像可知,波长为 若波沿x轴正方向传播,在内传播距离的表达式为
则有
波速为:
若波沿x轴负方向传播,则在内传播距离表达式为:
则有:
波速为:
(2)若波速为5m/s,则在内传播距离为:由波的平移法可知,波沿x轴正方向传播,且波的周期为 质点P从t1时刻为计时起点的振动图像如下图所示:
21.如图所示,一轻质弹簧的上端固定在倾角为30°的光滑斜面顶部,下端栓接小物块A,A通过一段细线与小物块B相连,系统静止时B恰位于斜面的中点。将细线烧断,发现当B运动到斜面底端时,A刚好第三次到达最高点。已知B的质量m=2kg,弹簧的劲度系数k=100N/m,斜面长为L=5m,且始终保持静止状态,重力加速度g=10m/s2。
(1)试证明烧断细线后小物块A做简谐运动;
(2)求小物块A振动的振幅A;
(3)求小物块A振动的周期T。
【答案】(1)A受到的合外力总是与物块的位移成反比,所以A做简谐振动;
(2)
(3)
【解析】
【详解】(1)烧断细线后A向上运动,受力平衡时,设弹簧的伸长量为
则:①
选A的平衡位置处为坐标原点,沿斜面向下为正方向建立坐标系,用x表示A离开平衡位置的位移.当A运动到平衡位置下x位置时,物块A受到的合力为:
②
联立解得:
则A受到的合外力总是与物块的位移成反比,所以A做简谐振动
(2)开始时AB组成的系统静止时,设弹簧的伸长量为 ,根据胡克定律有: ③
解得:
烧断细线后A从此位置开始向上运动,到达平衡位置运动的距离为物块A的振幅,则: 代入数据得
(3)烧断细线后B向下做匀加速直线运动,则:
设B到达斜面底端的时间为t,则:
A向上运动经过周期第一次到达最高点,则第三次到达最高点的时间:
代入数据联立得:
22.自然界中的物体由于具有一定的温度,会不断的向外辐射电磁波(电磁能量),这种辐射,因与温度相关,称为热辐射。处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时,也要吸收由其他物体辐射的电磁能量,如果它处在平衡状态,则能量保持不变。若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响,我们定义一种理想的物体,它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射,这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比,即,其中为已知常量。在下面的问题中,把研究对象(太阳、火星)都近似看作黑体。已知太阳半径为,太阳表面温度为,火星半径为r。
(1)每秒从太阳表面辐射的总能量为多少?
(2)已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍,忽略其它天体及宇宙空间的辐射,试估算火星的平均温度。
【答案】(1) ;(2)
【解析】
【详解】(1)根据题意单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量为,则对于太阳来说每秒从太阳表面辐射的总能量为:
(2)设火星表面温度为T,而太阳辐射到火星表面单位时间单位面积上的能量为: ,其中
再结合 可解得: