安徽省广德中学2023-2024学年高二下学期4月月考物理试题

这是一份安徽省广德中学2023-2024学年高二下学期4月月考物理试题，共8页。试卷主要包含了 单选题， 多选题， 实验题， 解答题等内容，欢迎下载使用。
（考试总分：100 分 考试时长： 75 分钟）
一、 单选题 （本题共计8小题，总分32分）
1.关于如图所示的波形图，下列说法中不正确的是( )
A.该列波的振幅是0.1m
B.x=15cm处质点的位移是0.1m
C.若质点A的速度沿y轴正方向,则质点B的速度亦沿y轴正方向
D.质点A的加速度为沿y轴负方向,而B、C的加速度沿y轴正方向
2.一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为x轴坐标原点.从某时刻开始计时，经过四分之一的周期，振子具有沿x轴正方向的最大加速度.能正确反映振子位移x与时间，关系的图像是( )
A.B.
C.D.
3.如图所示，在绝缘光滑水平面上有一劲度系数为k的绝缘轻弹簧，弹簧左端固定在竖直墙上，右端固定一电荷量为＋q的小球。小球静止在O点，弹簧处于原长。现在整个空间加水平向右的匀强电场，场强为E，小球向右最多运动到B点，弹簧始终在弹性限度内，则( )
A.小球在B点时,弹簧弹力大小为qE
B.O、B两点距离为qEk
C.小球振动的周期与振幅无关
D.小球从O点运动到B点的过程中,动能与电势能的和保持不变
4.如图所示，沿水平x轴方向放置一根弹性轻绳，轻绳两端的坐标分别为x=0和x=12m，x轴上各点为弹性轻绳各个质点振动的平衡位置，现使轻绳上x=0与x=12m两端处的质点同时开始沿着竖直方向上下做简谐运动，一段时间后形成沿x轴方向相向传播的甲、乙两列简谐波，已知两列波在绳中的传播速度为1m/s，两列波振动的振幅都为A，在t=0时刻形成的波形如图所示。下列说法中正确的是( )
A.甲、乙两列波波源振动的频率之比为1:1
B.t=5s时刻,x=5m处质点处于平衡位置
C.两列波波源的起振方向相反
D.在t=0到t=4s时间内,x=7m处质点运动的路程为4A
5.如图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时的图像，这列波中x=2m处质点P的振动图像如图乙所示。下列正确的是( )
A.该波沿x轴负方向传播
B.该波的波速v=2.0m/s
C.在5.0s时质点P处于x=7m处
D.质点P在5.0s内通过的路程为10cm
6.光滑的水平面上叠放有质量分别为m和m2的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为f，为使这两个木块组成的系统像一个整体一样地振动，系统的最大振幅为( )
A.fkB.2fkC.3fkD.4fk
7.如图所示的单摆，摆球a向右摆动到最低点时，恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b发生碰撞，并粘在一起，且摆动平面不便.已知碰撞前a球摆动的最高点与最低点的高度差为h，摆动的周期为T，a球质量是b球质量的5倍，碰撞前a球在最低点的速度是b球速度的一半.则碰撞后（ ）
A.摆动的周期为56T
B.摆动的周期为65T
C.摆球最高点与最低点的高度差为0.3h
D.摆球最高点与最低点的高度差为0.25h
8.一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动.可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20 cm，周期为3.0 s.当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐.地面与甲板的高度差不超过10 cm时，游客能舒服地登船.在一个周期内，游客能舒服登船的时间是( )
A.0.5 s sC.1.0 sD.1.5 s
二、 多选题 （本题共计4小题，总分24分）
9.（6分）如图中实线是一列简谐横波在某时刻的波形图，虚线是经过0.15s时该波的波形图，下列说法中正确的是( )
A.波源的振动周期可能是0.4s
B.波源的振动周期可能是0.2s
C.波速可能为10 m/s
D.在任何一个周期内振动质点的路程都为8m
10.（6分）如图甲所示的弹簧振子，做简谐振动从某一时刻计时开始，规定竖直向上为正方向，弹簧对小球的弹力与运动时间的关系如图乙所示，重力加速度为g，根据图像所给的信息分析，下列说法正确的是( )
A.乙图说明从最低点开始计时B.简谐振动的周期为43t0
C.2t0时刻,小球的速度最大D.小球的质量为F1+F22g
11.（6分）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，则( )
A.针对不同树木,落果效果最好的振动频率可能不同
B.随着振动器频率的增加,树干振动的幅度一定增大
C.打击杆对不同粗细树干打击结束后,树干的振动频率相同
D.稳定后,不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
12.（6分）一列简谐横波沿x轴正方向传播，图甲是t=0时刻的波形图，图乙和图丙分别是x轴上某两处质点的振动图象。由此可知，这两质点平衡位置之间的距离可能是( )
A.13mB.23mC.83mD.43m
三、 实验题 （本题共计1小题，总分6分）
13.（6分）用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示.
(1)组装单摆时，应在下列器材中选用_______(选填选项前的字母)
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)下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理.
请计算出第3组实验中的T=________ s，g= ________ m/s2。
(4)用多组实验数据做出T2-LT2-L l1图线的示意图如图中的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____(选填选项前的字母).
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
(5)某同学在家里测重力加速度.他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图所示，由于家里只有一根量程为30cm的刻度尺，于是他在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程.保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长.实验中，当O、A间细线的长度分别为l2和T1时，测得相应单摆的周期为T2、l1，由此可得重力加速度g=________ (用l2、T1、T2、4n2π2Lt2表示).
四、 解答题 （本题共计3小题，总分38分）
14.（10分）一列沿x轴负方向传播的简谐横波，在t=0时刻的波形图如图所示，此时坐标为(1,0)的质点刚好开始振动，P质点的坐标为(3,0)。在t1=0.6s时刻，P质点首次位于波峰位置，Q点的坐标是(-3,0)。求：
(1)这列波波源的起振方向；
(2)这列波的传播速度；
(3)t2=1.5s时质点Q的位移。
15.（12分）一列简谐横波沿x轴传播，a、b为x轴上相距0.4m的两质点，如图甲所示。两质点的振动图像分别如图乙、丙所示。
(1)当该波在该介质中传播的速度为2m/s时，求该波的波长；
(2)若该波的波长大于0.3m，波由a向b传播时的波速。
(3)若该波的波长大于0.3m，波由b向a传播时的波速。
16.（16分）如图所示，质量为M、倾角为α的斜面体(斜面光滑且足够长)放在粗糙的水平地面上，底部与地面的动摩擦因数为μ，斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为l的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m的物块.压缩弹簧使其长度为34l时将物块由静止开始释放，且物块在以后的运动中，斜面体始终处于静止状态.重力加速度为g.
(1)求物块处于平衡位置时弹簧的长度；
(2)选物块的平衡位置为坐标原点，沿斜面向下为正方向建立坐标轴，用x表示物块相对于平衡位置的位移，证明物块做简谐运动；
(3)求弹簧的最大伸长量；
(4)为使斜面始终处于静止状态，动摩擦因数μ应满足什么条件(假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力)？
答案
一、 单选题 （本题共计8小题，总分32分）
1.【答案】B
【解析】 A.由图可知，该波的振幅为0.1m，故A说法正确；
B.x=15cm处质点的位移是-0.1m，故B说法错误；
C.此时A、B速度同向，若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向，故C说法正确；
D.各质点加速度方向总是指向平衡位置。故D说法正确。
选不正确的，故选B。
【点睛】理解波的传播方向与振动方向之间的关系。
2.【答案】A
【解析】某一时刻作计时起点(t=0)，经14周期，振子具有正方向最大加速度，则其位移为负方向最大，说明t=0时刻质点经过平衡位置向负方向运动，故A正确，BCD错误.
3.【答案】C
【解析】 A.小球在水平面内做简谐运动，故O、B两点受力大小相等，方向相反，则
qE=F-Eq
小球在B点时，弹簧弹力大小F=2qE
故A错误；
B.根据胡克定律F=kx
可得x=2qEk
故B错误；
C.由简谐振动的规律可知，小球振动的周期与振幅无关，故C正确；
D.根据能量守恒定律，系统的动能、电势能与弹性势能的和不变，小球从O点运动到B点的过程中，弹性势能不断增大，故动能与电势能的和在不断减小，故D错误。
故选C。
4.【答案】B
【解析】 A.由图可知：甲的波长：λ1=4m，乙的波长：λ2=2m，由公式f=1T=vλ
得f1:f2=λ2:λ1=1:2
故A错误；
B.当t=5s时，甲传播距离为1m/s×5s=5m
甲波刚好传播到x=7m处，乙波刚好传播到x=5m处，由波的叠加可知，x=5m处的质点仍处于平衡位置，故B正确；
C.由图可知，甲的起振方向向上，乙的起振方向也向上，故C错误；
D.在0～4s内，甲的传播位移为x1=v⋅Δt=4m
甲波还没传播到x=7m处，乙的传播位移为x2=v⋅Δt=4m
所以当t=4s时，x=7m处的质点仅运动四分之一周期，运动的路程为A，故D错误。
故选B。
5.【答案】A
【解析】 A.根据振动图像，下一时刻质点P的振动方向向上，所以该波沿x轴负方向传播。A正确；
B.根据两图像可知v=λT=22m/s=1.0m/s，B错误；
C.波的传播过程中，质点不会随波向前传播，只会在平衡位置附近振动。C错误；
D.质点P在5.0s内通过的路程为s=tT⋅4A=52×8cm=20cm，D错误。
故选A。
6.【答案】C
【解析】对整体，当最大振幅时有kA=(m+m2)a得a=2kA3m
隔离分析，当最大振幅时，两木块间的摩擦力达到最大静摩擦力f=m2a=kA3
得A=3fk，故C正确，A、B、D错误。
故选C。
7.【答案】D
【解析】试题分析：单摆的周期与摆球的质量无关，只决定于摆长和当地的重力加速度.所以AB错误.在a球向下摆的过程中，只有重力做功，机械能守恒.有：Mgh=12Mv12
a、b两球碰撞过程时间极短，两球组成的系统动量守恒.所以有 Mv1-m•2v1=(M+m)v2
碰撞后摆动过程中，机械能守恒，所以有：(M+m)gh'=12(M+m)v22
整理得：v2＝0.5v1，所以h'=0.25h.故C错误，D正确.故选 D.
8.【答案】C
【解析】把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，从船上升到最高点时计时，其振动方程为y=Acs2πTt，代入得y=20cs2π3t(cm)，当y=10cm时，可解得：2π3t=π3⇒t=0.5s，故在一个周期内，游客能舒服登船的时间是2t=1.0s，故C正确，ABD错误.
二、 多选题 （本题共计4小题，总分24分）
9.（6分）【答案】BD
【解析】由图可知波长λ=4m
振幅A=2m
若波沿x轴负方向传播Δt=(n+14)T
解得T=0.64n+1(n=0，1，2，3…)
波速为v=λT=4(4n+1)0.6(n=0，1，2，3…)
若波沿x轴正方向传播Δt=(n+34)T(n=0，1，2，3…)
解得T=0.64n+3
波速为v=λT=4(4n+3)0.6(n=0，1，2，3…)
A B.由以上分析可知，该波的周期可能为0.2s，0.12s，…，不可能为0.4s，故B正确，A错误；
C.根据以上可知波速很多，当n为整数时波速不为10m/s，故C错误；
D.根据波与质点振动的关系知，在任何一个周期内振动质点的路程都为8m，故D正确。
故选BD。
10.（6分）【答案】ABD
【解析】 A.当弹力最大时，小球处在最低点，则乙图说明小球从处在最低点开始计时，A正确；
B.由F-t图像的左右周期性可得
34T=t0
解得简谐振动的周期
T=43t0
B正确；
C.由乙图分析可得2t0时刻，弹簧的弹力为F1，小球处在最高点，速度为0，C错误；
D.弹簧振子的回复力在最高点和最低点具有对称性，或根据图像的对称性，则有
F2-mg=mg-F1
综合解得m=F1+F22g
E正确。
故选ABE。
11.（6分）【答案】AD
【解析】 A.根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；
B.当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项B错误；
C.打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率小于树干的固有频率，振动过程中频率不变，粗细不同的树干，固有频率不同，则打击结束后，粗细不同的树干频率可能不同，选项C错误；
D.树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，选项D正确。
故选AD。
12.（6分）【答案】BCD
【解析】由图甲可知波长λ=2m
振幅A=0.1m
图乙所示质点在t=0时在正向最大位移处，图丙所示质点在t=0时，y=-0.05m，运动方向沿y轴负方向，结合波形图找到对应的点，如图所示：
若题图乙所示质点为图中左侧波峰上的点，则两点距离为43m；
若题图乙所示质点为图中右侧波峰上的点，则两点距离为23m；
考虑到空间周期性，则x=nλ＋43(m)或x=nλ＋23(m)(n=0、1、2…)，即
x=2n＋43(m)或x=2n＋23(m)(n=0、1、2…)
综上分析，选项BCD正确，A错误。
故选BCD。
三、 实验题 （本题共计1小题，总分6分）
13.（6分）(1)AD
【解析】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A D.
(2)4π2(l1-l2)T12-T22
【解析】t次全振动的时间为T=tn，则振动周期为T=2πLg，根据单摆周期公式g=4π2n2Lt2，可推出T=tn=100.550s=2.01s
(3)2.01；9.76(9.76~9.77)
【解析】50次全振动的时间为100.5s，则振动周期为g=4π2n2Lt2=9.77m/s2，代入公式求得T2=4π2gL
(4)B
【解析】由T2-L可知k=4π2g图像的斜率g，b曲线为正确的图象. C.斜率越小，对应的重力加速度g越大，选项C错误. A.在图象中图线与纵轴正半轴相交表示计算摆长偏小，如漏加小球半径，与纵轴负半轴相交表示摆长偏大，选项A错误. B.若误将49次全振动记为50次，则周期测量值偏小，l值测量值偏大，对应的图像斜率偏小，选项B正确.故选 B.
(5)n
【解析】设A到铁锁重心的距离为l+l1，则第一次的实际摆长为l+l2，第二次的实际摆长为T1=2πl+l1g，由周期公式T2=2πl+l2g，l，联立消去4π2(l1-l2)T12-T22，解得4π2(l1-l2)T12-T22.
四、 解答题 （本题共计3小题，总分38分）
14.（10分）(1)向上；
【解析】波沿x轴负方向传播，在t=0时刻坐标为(1,0)的质点刚好开始振动，可知该质点的起振方向向上，即这列波波源的起振方向是向上的；
(2)0.05m/s；
【解析】在t1=0.6s时刻，P质点首次位于波峰位置，则34T=0.6s
解得T=0.8s
由图中读出波长λ=4cm，则波速v=λT=
(3)y=-22cm
【解析】在 t2=1.5s时波沿x轴负向传播的距离为x=vt=7.5cm
将t=0时刻的波形图向左平移7.5cm，则此时质点Q的位移y=-Asin45∘=-22cm
15.（12分）(1)1.6m；
【解析】由题意可知周期T=0.8s，波速v=2m/s。
传播速度v=λT
解得波长λ=1.6m
(2)0.67m/s；
【解析】波由a向b传播时，则(nλ+34λ)=0.4m(n=0、1、2、3……)
波的波长大于0.3m，则波长λ=1.63m
波速v=λT=23m/s=0.67m/s
(3)0.4m/s或者2m/s
【解析】波由b向a传播时，则(nλ+14λ)=0.4m (n=0、1、2、3……)
波的波长大于0.3m，则波长λ=0.32m 或者λ=1.6m
波速v=λT=0.4m/s或者v=λT=2m/s
16.（16分）(1)l+mgsinαk
【解析】物体平衡时，受重力、支持力和弹簧的弹力，根据平衡条件，有：mgsinα=k•△x
解得：△x＝mgsinαk
故弹簧的长度为l+mgsinαk。
(2)见解析
【解析】物体到达平衡位置下方x位置时，弹力为：k(x+△x)=k(x+mgsinαk)
故合力为：F=mgsinα-k(x+mgsinαk)=-kx
故物体做简谐运动；
(3)14l+2mgsinαk
【解析】简谐运动具有对称性，压缩弹簧使其长度为34l时将物块由静止开始释放，故其振幅为：
A=14l+△x＝14l+mgsinαk
故其最大伸长量为：A+△x=(14l+mgsinαk)+mgsinαk＝14l+2mgsinαk
(4)μ≥(kL+4mgsinα)csα4Mg+4mgcs2α-kLsinα
【解析】物块位移x为正时，斜面体受重力、支持力、压力、弹簧的拉力、静摩擦力，如图
根据平衡条件，有：水平方向：f+FN1sinα-Fcsα=0
竖直方向：FN2-Mg-FN1csα-Fsinα=0
又有：F=k(x+△x)，FN1=mgcsα
联立可得：f=kxcsα ，FN2=Mg+mg+kxsinα
为使斜面体保持静止，结合牛顿第三定律，应该有|f|≤μFN2，所以
μ≥|f|FN2=k|x|csαMg+mg+kxsinα
当x=-A时，上式右端达到最大值，于是有：μ≥(kL+4mgsinα)csα4Mg+4mgcs2α-kLsinα