北京市西城三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编3-解答题

这是一份北京市西城三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编3-解答题，共13页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。

一、解答题
1．（2022春·北京西城·高二期末）如图所示，为一列简谐横波在时刻的波形图像，介质中x=2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为（y的单位是cm）。
（1）由波形图像，确定这列波的波长与振幅；
（2）求P点的振动周期和这列波的传播波速；
（3）试判定这列波的传播方向。
2．（2022春·北京西城·高二期末）如图所示，一束光线沿AO方向从真空中射向某种介质，其折射光线沿OB的方向。其中，入射角和折射角均为可测的已知量，已知光在真空中的速度为c。求：
（1）该介质的折射率n；
（2）这束光在该介质中的传播速度v；
（3）该光由介质射向真空而发生全反射的临界角用C表示。请写出的表达式。
3．（2022春·北京西城·高二期末）一个静止的放射性原子核发生了一次衰变，放射出的粒子的质量为m。速度的大小为v。分析并计算以下三个问题：
（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程；
（2）若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小；
（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损。
4．（2022春·北京西城·高二期末）在宏观、微观世界中，碰撞是普遍存在的现象，它可以实现物体之间运动量或能量的“传输”。
（1）如图所示，在光滑的水平面上有两个体积相同的小球A和B，其质量分别是和。A球以的速度与静止的B球发生对心相碰，碰撞后A、B的速度分别是、。碰撞过程中A对B的平均作用力是，B对A的平均作用力是。
a．请根据牛顿运动定律和运动学公式，推导小球A和小球B在碰撞前后满足关系式：
b．如果系统在碰撞前后总动能不变，这类碰撞叫作弹性碰撞；如果系统在碰撞后总动能减少，这类碰撞叫作非弹性碰撞。
在某次碰撞实验中、，碰撞前后的速度、。请通过计算碰撞前后的动能，分析说明该次碰撞属于弹性碰撞还是非弹性碰撞。
（2）碰撞过程可以实现物体之间的能量传输。在（1）的情景中，小球A和B的质量和的大小关系未确定。如果某次碰撞前后，小球A的动能全部“传输”给了小球B，请分析并判断这次碰撞中的两个问题：
a．小球A和B发生的碰撞类型是。
A．一定是弹性碰撞
B．一定是非弹性碰撞
C．弹性碰撞或非弹性碰撞均有可能
b．质量和的大小关系是什么？
5．（2020春·北京西城·高二期末）一束光线以45°的入射角从真空中射入某种介质时，其折射角为30°。已知真空中的光速为c，求：
(1)这种介质的折射率；
(2)光在这种介质中的传播速度大小。
6．（2020春·北京西城·高二期末）如图所示，为一台发电机通过升压和降压变压器给用户供电。已知发电机的输出电功率为 500kW，输出端电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比是1∶5，两变压器之间输电导线的总电阻1.5Ω。若变压器是理想变压器，求：
（1）升压变压器的输出端电压；
（2）此高压输电的效率。
7．（2020春·北京西城·高二期末）一列沿x 轴传播的简谐横波，某时刻的波形如图中的图线Ⅰ所示，此时x=3m处的质点 P 振动方向沿y 轴正方向。经 t=0.2s 后，波形如图中图线Ⅱ所示。已知这列波的周期大于 0.2s，求：
(1)这列波的振幅A和波长λ；
(2)这列波的传播速度的大小和方向；
(3)这列波的周期。
8．（2020春·北京西城·高二期末）如图所示，固定于水平面的平行直导体轨道MN 和 PQ 处于竖直向下的匀强磁场中，M、P之间接有阻值为R 的定值电阻。导体棒 ab 在与其垂直的向右的水平恒力作用下，在导体轨道上以速度v 向右做匀速运动，且ab棒始终与导体轨道形成闭合电路。已知ab棒的电阻为r，其长度L恰好等于平行R轨道的间距，磁场的磁感应强度为 B。忽略摩擦阻力，不计其它电阻。求：
(1)ab棒两端的电势差U，并判断其两端电势的高低；
(2)ab 棒向右匀速运动时所受的安培力F；
(3)驱动ab 棒运动的外力的功率、ab 棒所受安培力的功率、电路发热的功率，并从能的转化和守恒的角度，简要叙述三者之间的关系。
9．（2021春·北京西城·高二期末）如图所示，一个圆柱形油桶的底面直径为0.3m。当桶内没有油时，从A点经桶壁上边缘O点恰能看到桶壁上的B点。当桶内装满油时，仍沿方向看去，恰好看到桶壁上的C点。已知B点的深度为0.4m，间距为0.75m，真空中的光速。求：
（1）油的折射率；
（2）光在油中传播的速度。
10．（2021春·北京西城·高二期末）如图所示，单摆摆长为l，摆球质量为m，带正电q，悬挂在电场强度大小为E、方向竖直向下的匀强电场中，使摆球在偏离最低点、摆角很小的位置释放。（忽略空气阻力）
（1）求摆角为时，摆球所受回复力的大小；
（2）证明：在摆角很小时，摆球的运动是简谐运动。（很小时，）
11．（2021春·北京西城·高二期末）如图所示，水平放置的固定汽缸内由活塞封闭一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，汽缸的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为的空气中，开始时缸内气体的温度为，空气柱长度为。用电热丝对气体加热，活塞缓慢向左移动，缸内气体只与电热丝发生热交换，当缸内气体吸热为Q时，缸内空气柱长度为处于平衡。求：
（1）此时缸内气体的温度；
（2）在此过程中，缸内气体对活塞做了多少功？
（3）在此过程中，缸内气体的内能增加了多少？
12．（2021春·北京西城·高二期末）一个氘核（）与一个氚核（）聚合成一个氦核（）的同时放出一个中子，平均每个核子放出的能量比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。但是实现核聚变的困难在于原子核都带正电，互相排斥，在一般情况下不能互相靠近而发生结合。但在温度非常高时，热运动的速度非常大，就能冲破库仓排斥力的壁垒，碰到一起发生结合，这叫做热核反应。若当两个核之间距离达到核半径r时（核接触距离），才有可能发生核反应。根据电磁学，相距为r的点电荷、的电势能（式中静电力常量，取无穷远处电势能为零）。根据统计物理学，绝对温度为T时，粒子的平均动能为（式中，叫作玻耳兹曼常数）。已知质子的电荷量为e，核半径为r，以及常量k、常数，若简化模型，依据以上内容，不考虑相对论等效应，回答下列问题：
（1）请写出一个氘核与一个氚核聚合的核聚变方程；
（2）假设固定一个氚核，让一个氘核从很远的地方向氚核运动。求：
a.氘核以怎样的动能才能达到与氚核接触的距离？（写出表达式）
b.使氘核平均热运动动能达到此值，需要达到的温度；（写出表达式）
（3）假设氚核静止但不固定，让一个氘核从很远的地方向氚核运动，求
a.氘核以怎样的动能才能达到与氚核接触的距离？（写出表达式）
b.使氘核平均热运动动能达到此值，温度（以K为单位）需要多少？（已知电荷，核半径r约为，计算结果保留1位有效数字）
参考答案：
1．（1），；（2），；（3）向x轴正方向传播
【详解】（1）根据图像可知，波长
振幅为
（2）根据振动方程可知，振动周期为
根据波速公式得
（3）根据振动方程，质点在时的振动方向沿y轴正方向，结合此时刻的波形图，这列波向x轴正方向传播。
2．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据折射率的公式，可得该介质的折射率为
（2）根据公式
可得，这束光在该介质中的传播速度为
（3）光由介质射向真空时，有
可得
3．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）该衰变的核反应方程
（2）由动量守恒定律可知
解得衰变后新核的速度大小
（3）该衰变过程释放的核能
根据质能方程
可得
4．见详解
【详解】（1）a．由牛顿第二定律，对A球，有
根据加速度公式，有
同理，有
根据牛顿第三定律，有
得
至此推导结束
b．根据动量守恒定律，满足
解得
碰前动能为
碰后总动能为
系统在碰撞后总动能不变，所以该次碰撞属于弹性碰撞
（2）a．如果某次碰撞前后，小球A的动能全部“传输”给了小球B，则系统在碰撞前后没有机械能损失，总动能不变，所以一定是弹性碰撞。
故选A。
b．小球A和B发生碰撞，小球A的动能全部“传输”给了小球B则有
得
5．(1)；(2)
【详解】(1)根据折射定律可知
(2)光在介质中传播的速度大小为
6．(1)2500V；(2)
【详解】(1)根据
升压变压器的输出端电压
(2)输电线上的电流
输送过程中损失的功率
此高压输电的效率
7．(1)振幅为，波长为；(2)，沿轴正方向；(3)
【详解】(1)根据图像可知振幅，波长为。
(2)根据题意质点向上振动，可知这列波沿轴正方向传播，则波向右传播，则周期满足
（n=0，1，2……）
解得
（n=0，1，2……）
因为，所以当时，该列波周期为，则波速为
(3)根据(2)可知周期为。
8．(1)，端电势高于端；(2)，水平向左；(3)见解析
【详解】(1)导体棒切割磁感线产生的动生电动势为
根据右手定则可知棒电流方向为，所以端电势高于端，则
(2)结合闭合电路欧姆定律可知，导体棒所受安培力为
根据左手定则可知安培力水平向左。
(3)导体棒做匀速直线运动，驱动棒的外力与安培力等大反向，所以驱动ab 棒运动的外力的功率全部转化为ab 棒所受安培力的功率，安培力的功率全部用于电路发热，转化为电路的发热功率。
9．（1）1.5；（2）
【详解】（1）光路图如图所示
由几何关系可知：入射角与等大，折射角与等大
则
（2）由可得光在油中传播的速度为
10．（1）；（2）见解析
【详解】（1）在摆球运动到圆弧上某一位置P点时，受力如图所示
摆球受到的重力和电场力沿圆弧切线方向的分力之和充当回复力，其大小
（2）证明：当摆角很小时，摆球运动的圆弧可以看成直线，
相对位置O的位移x大小与弧长相等，
有
回复力大小
回复力方向，与位移x方向相反
又因为是一定的，可以用一个常量k表示，则回复力可表示为
证得摆球的运动是简谐运动。
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据盖-吕萨克定律，有
得
（2）气体对活塞做功
（3）根据热力学第一定律，内能的变化
12．（1）；（2）a. ；b. ；（3）a. ；b.使
【详解】（1）氘核与一个氚核聚合的核聚变方程
（2）氘核从很远恰好运动到离氘核距离为r的过程中，系统能量守恒，即
解得
因为
解得
（3）设氘核质量，氚核质量，氘核从很远的地方向氚核运动，距离最近时，二者共速，共速的速度为v，这个过程中系统动量守恒
再根据系统能量守恒，即
解得
因为
解得