2023-2024学年安徽省合肥市第一中学高二（上）月考物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年安徽省合肥市第一中学高二（上）月考物理试卷（含解析），共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.下列有关光现象的说法中正确的是( )
A. 在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越短，衍射现象越明显
B. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C. 光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D. 只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波
2.“香炉初上日，瀑水喷成虹”是孟浩然在《彭蠡湖中望庐山》的描述彩虹的诗句，彩虹的形成原理可简化为如图，阳光由空气射入球形水滴后，可分成颜色不同的单色光，其中a、b是射出的两束单色光，则下列说法正确的是
( )
A. 彩虹的形成是光的干涉现象B. a光对水滴的折射率大于b光
C. 在真空中，a光的波长大于b光D. 在水中，a光的传播速度大于b光
3.为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是( )
A. 在水中a光波速大于b光
B. a光的频率小于b光
C. 用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小
D. 若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光也一定能发生明显衍射现象
4.一列简谐横波沿x轴正方向传播，从某时刻开始计时，在t=6s时的波形如图(a)所示。在x轴正向距离原点小于一个波长的A质点，其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是( )
A. A质点在t=3s与t=7s时刻速度方向相反
B. A点的平衡位置离原点的距离为x=0.25m
C. t=9s时，平衡位置在x=1.7m处的质点加速度方向沿y轴负方向
D. t=13.5s时，平衡位置在x=1.4m处的质点位移为正值
5.将一个质量为m的小球从某一高度以速度v1竖直向上抛出，落回抛出点的速度大小为v2，在运动过程中，小球受到的阻力大小与速度大小成正比(f=kv)。小球从抛出点到回到抛出点的过程中，下列说法正确的是( )
A. 阻力的冲量为0
B. 重力的冲量大小为mv2−v1
C. 小球上升过程的时间大于下降过程的时间
D. 小球在这个过程中运动的总时间大于v1+v2g
6.如图所示，平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子和α粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子和α粒子的质量之比为1:4，电荷量之比为1:2，则下列判断中正确的是( )
A. 两种粒子进入偏转电场时的动能相等
B. 两种粒子在偏转电场中的运动时间相等
C. 粒子射出电场时速度的偏角之比为1:2
D. 偏转电场的电场力对两种粒子做功之比为1:2
7.在x轴上一带正电的粒子(重力不计)仅在电场力作用下以原点O为中心，沿x轴做往返运动，x轴上各点电势如图所示。若该粒子的质量为m，电荷量为q，其运动过程中电势能与动能之和为1.6qφ0，则下列说法正确的是( )
A. 粒子在往返运动过程中能通过x=2x0处
B. 粒子在x=−1.6x0时其动能为8qφ0且大于电势能
C. 粒子沿x轴往返运动，一个周期内的路程为9.6x0
D. 原点O与x=−2x0之间的电场为匀强电场，电场强度大小为2φ0x0
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.一质量为1kg、带电量为+1C的小球，以初速度10m/s冲上一质量为4kg，半径为1m的四分之一绝缘光滑圆槽。整个空间置于竖直向下，电场强度为10N/C的匀强电场中。所有接触面均光滑，则从小球开始冲上圆槽到上升到最高点过程中，下列说法正确的是(重力加速度g=10m/s2)( )
A. 小球和槽组成系统机械能守恒B. 小球和槽之间的弹力对槽做正功
C. 整个过程小球的电势能增加了21JD. 小球离开槽后继续上升的高度为1m
9.光纤主要由折射率不同的纤芯与外套组成，在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况会降低信号传输质量。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同(如图)，沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时较长。为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2。在入射端，光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt，在接收端光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt′，Δt′>Δt( )
A. 外套材料的折射率n2变小，Δt′与Δt的差值不变
B. 内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出
C. 入射光波长变短，Δt′与Δt的差值不变
D. 光纤的直径变小，Δt′与Δt的差值不变
10.如图，一光滑斜面固定在水平地面上，斜面倾角为45°，其底端固定一轻质弹簧，将质量为m的物块从斜面顶端由静止释放，顶端距弹簧上端距离为l，弹簧的劲度系数为k，弹簧的最大压缩量为3 2mg2k，已知，弹簧弹性势能为Ep=12kx2，其中x是形变量，简谐运动周期T=2π mk，则下列说法正确的是
( )
A. 速度最大时的压缩量为 2mg2k
B. 物块的最大动能为mg 22l+mg2k−g2m24k
C. 物块的最大加速度为 22g
D. 从静止释放到压缩量最大的时间为 2 2lg+2π3 mk
三、计算题：本大题共4小题，共60分。
11.(1)“测量玻璃的折射率”的实验中，某同学在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图甲所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“×”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4，在插P3和P4时，应使____________。(选填正确选项前的字母)
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挡住P3和P1、P2的像
D.插上大头针P4，使P4仅挡住P3
(2)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，下列说法正确的是__________。(选填正确选项前的字母)
A.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
B.如果光在界面aa′的入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖
C.不论光以什么角度从aa′射入，经一次折射后到达界面bb′都能射出
(3)另一位同学在“测量玻璃的折射率”实验中，为了防止笔尖碰到玻璃砖面而损伤玻璃砖，该同学画出的玻璃砖界面aa′、bb′如图乙所示。其他操作均正确，该同学测得的折射率与真实值相比___________。(填“偏大”“偏小”或“不变”)
12.如图甲，神舟十六号从空间站返回的第一步动作在大约h=390公里的高度完成，飞船通过两次调整姿态后，变成推进舱在前，返回舱在后，主发动机点火开始制动减速。现把制动减速过程简化为如图乙所示，设返、推组合体减速前的总质量为m0(包括发动机喷出的气体)，减速前的速度大小为v0(相对地球)，主发动机点火后推进舱喷气，在t(很短)时间内推进舱把质量为0.1m0的气体以速率v1=1.9v0(相对地球)喷出。由于减速制动时间短，可认为返、推组合体减速前、后速度及v1的方向均在同一直线上，除了组合体与喷出气体间的作用外，不考虑其他力的影响。
(1)分析说明v1的方向；
(2)求减速制动后瞬间返、推组合体的速度大小；
(3)求减速制动过程返、推组合体受到的平均作用力。
13.如图所示，矩形abcd为一棱镜的横截面，M为ad边的中点，ab的长度为2L。一束光自M点射入棱镜，入射角为i=45°，已知该光在棱镜中折射率n= 2，真空中光速为c，求：
(1)折射角r和光在棱镜中发生全反射的临界角C；
(2)改变入射角，当光垂直ad入射时，光从端面ad第一次传播到bc的时间t。
14.如图所示，竖直平面内有一固定绝缘轨道ABCDP，由半径r=0.5m的圆弧轨道CDP和与之相切于C点的水平轨道ABC组成，圆弧轨道的直径DP与竖直半径OC间的夹角θ=37°。质量m1=0.2kg的不带电绝缘滑块以初速度v0=6m/s沿轨道向右运动，与静止在B点的带正电小球发生弹性正碰，小球质量m2=0.4kg、电荷量q=1×10−5C，碰后小球沿轨道运动，小球的右侧空间存在水平向右的匀强电场。小球到达P点时恰好和轨道间无挤压且所受合力方向指向圆心。小球和滑块均视为质点，碰撞过程中小球的电荷量不变，不计一切摩擦。(取g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8)
(1)求碰后瞬间小球的速度大小vB；
(2)求匀强电场的电场强度大小E及小球到达P点时的速度大小vP；
(3)求B、C两点间的距离x。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查光的衍射、干涉、全反射的应用和光的偏振。
解决本题的关键是清楚光发生明显的衍射现象的条件、干涉条纹间距公式Δx=Ldλ全反射的条件、光的偏振的意义进行分析。
难度不大。
【解答】
A.根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A错误；
B.根据Δx=Ldλ可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B错误；
C.光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确；
D.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。
2.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查光的折射现象。
解题关键是根据折射定律比较两束光折射率的大小，折射率大的光频率大，波长小，根据v=cn分析光在水中的传播速度。
【解答】
彩虹的形成是光的折射现象，A错误；
由图可知当从空气射入水滴中时，入射角相同，a光的折射角小于b光，故a光的折射率大于b光，在真空中a光的波长小于b光，B正确、C错误；
波速公式v=cn，a光的波速小于b光，故D错误。
故选B。
3.【答案】C
【解析】【分析】
本题主要考查光的折射，较为简单。
先作出光路图；
在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小判断出哪个光的折射率较大，由 n=cv 判断出a光与b光的波速；
由双缝干涉条纹间距公式 Δx=ldλ ，判断哪种光条纹间距更小；
单缝的尺寸小于光波的波长，或与波长差不多能发生明显的衍射；据此解答。
【解答】
AB.做出光路图，如图所示
在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，根据 n=1sinC ，可知a光的折射率较大，由 n=cv 可知a光在水中的传播速度比b光小，a光的频率高于b光，A错误，B错误；
C.由上述分析可知a光波长短，又由双缝干涉条纹间距公式 Δx=ldλ ，可知用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，C正确；
D.单缝的尺寸小于光波的波长，或与波长差不多能发生明显的衍射，由于a的波长小于b的波长，所以若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光不一定能发生明显衍射现象，D错误。
故选C。
4.【答案】C
【解析】分析：
根据波动图象和振动图象可读出波的波长和周期，根据质点的时间之差确定其振动情况；
根据“推波法”判断t=6s时A质点的位置；
根据t=9s与t=6s的时间差为3T4分析x=1.5m的质点和x=2.0m的质点的位置，由此确定x=1.7m处的质点的振动情况；
根据t=13.5s与t=6s的时间差分析x=1.5m的质点和x=2.0m的质点的位置，由此分析x=1.7m的质点的位移；
本题既要理解振动图象和波动图象各自的物理意义，由振动图象能判断出质点的速度方向，同时要把握两种图象的内在联系，能由质点的速度方向，判断出波的传播方向。
解析：
A、根据波动图象和振动图象可读出波的波长λ=2m，周期为T=4s，波速v=λT=0.5m/s，故3s和7s时刻相差一个周期时间，运动情况相同，速度方向相同，故A错误；
B、由b图可知，t=6.0s时质点的位置与t=10.0s时相同，位移为y=− 22A，再结合a图中可知A点的平衡位置离原点的距离x=1.25m，故B错误；
C、根据t=9s与t=6s的时间差为Δt=9s−6s=3s=3T4，则平衡位置在x=1.7m处的质点在波形图上再振动3T4的时间，x=1.5m的质点处于平衡位置，x=2.0m的质点处于波峰，则x=1.7m处的质点正在正的位移处向平衡位置振动，故加速度为沿着y轴负方向，故C正确；
D、根据t=13.5s与t=6s的时间差为Δt=13.5s−6s=7.5s=T+34T+T8，则平衡位置在x=1.4m处的质点在波形图上再振动超过3T4的时间，x=1.0m的质点处于波谷，x=1.5m的质点处于平衡位置，则x=1.4m的质点位移为负，故D错误。
故选：C。
5.【答案】A
【解析】【分析】
本题考查了动量定理；根据题意画出v−t图像和f−t图像并理解图像围成面积的意义是解题的关键。
【解答】
小球运动过程中受到的空气阻力大小与其速率成正比，因此上升过程中平均空气阻力大于下降过程中平均空气阻力，小球运动的v−t图像如图所示：
由于上升过程和下降过程位移大小相等，因此图中两阴影部分面积相等，故上升时间小于下降时间，故C错误;
因为f=kv，则f−t图像与v−t图像相似，两阴影部分的面积也相等，f−t图像t轴上方图像与坐标轴围成的面积表示上升过程的阻力的冲量大小，t轴下方图像与坐标轴围成的面积表示下降过程的阻力的冲量大小：可知上升和下降过程的阻力的冲量大小相等方向相反，据题意得，空气阻力的大小与小球速率成正比，故“阻力一时间”图像与“速度一时间”图像相似，此时曲线与时间轴所围的面积表示阻力的冲量，空气阻力的总冲量为零，故A正确;
由动量定理，取竖直向上为正方向，则−I重=−mv2−mv1，解得t=v1+v2g，故D错误；
重力冲量为I重=m(v2+v1).故B错误。
6.【答案】D
【解析】【分析】两种粒子在偏转电场中做类平抛运动，飞出电场后做匀速直线运动，两个过程中水平方向是速度相同的匀速直线运动，根据动能定理求出加速获得的速度表达式，可分析从B板运动到荧光屏经历的时间关系．根据推论分析粒子偏转距离与加速电压和偏转电压的关系，分析粒子打到荧光屏上的位置关系．根据W=qEy，分析电场力做功之比．
本题是带电粒子在电场中运动问题，先加速后偏转，y=U2L24U1d是重要推论，掌握要牢固，要抓住该式与哪些因素有关，与哪些因素无关．
【解答】A.在加速电场中有
Ek0=qU
两个粒子的带电量不同，所以两种粒子进入偏转电场时的动能不相等，故A错误；
B.由
qU=12mv02
可得
v0= 2qUm
粒子在偏转电场中的运动时间
t=Lv0=L m2qU
两个粒子比荷不同，所以在偏转电场中的运动时间不相等，故B错误；
CD.在偏转电场中有
a=qU’md
vy=at
y=12at2
联立可得
vy=U’Ld q2mU
y=U’L24dU
则粒子射出电场时速度偏角的正切
tanα=vyv0=U’L2dU
所以粒子射出电场时速度的偏角之比为1:1，偏转电场的电场力对两种粒子做功
W=qU’dy=qU’2L24d2U
可得偏转电场的电场力对两种粒子做功之比为1:2，故C错误，D正确。
故选D。
7.【答案】C
【解析】解：AC.因为电势能与动能之和为1.6qφ0，当动能为零时，电势能为1.6qφ0，根据电势能与电势关系，此时电势为1.6φ0，由图像，向右最多可达到1.6x0处，向左最多可到达−3.2x0处，粒子沿x轴往返运动，一个周期内的路程为9.6x0，故A错误，C正确；
B.根据图像，粒子在x=−1.6x0时电势能Ep=q×1.64×2φ0=0.8qφ0
运动过程中电势能与动能之和为1.6qφ0，此时动能Ek=1.6qφ0−EP=1.6qφ0−0.8qφ0=0.8qφ0
故B错误；
D.φ−x图像斜率表示电场强度，由图知，原点O与x=−2x0之间的电场为匀强电场，强度大小为E=2φ04x0=φ02x0，故D错误。
故选：C。
根据题意确定电势能，确定电势，再分析向左和向右的最大位置，从而计算路程，根据图像确定电势能，结合题意，确定动能，根据图像斜率解得电场强度。
本题考查学生对题意的分析能力，以及对φ−x图像斜率表示电场强度规律的掌握，是一道综合性较强的题。
8.【答案】BD
【解析】【分析】
本题考查某一方向动量守恒及系统能量守恒的应用；根据机械能守恒的条件分析系统是否机械能守恒；根据槽的运动情况分析做功；根据电场力做功分析电势能变化；根据系统水平方向动量守恒和系统能量守恒计算小球离开槽继续上升的高度。
【解答】
A.有电场力对小球做功，所以系统机械能不守恒，A错误；
B.小球对槽的力斜向右下，槽向右运动，故小球和槽之间的弹力对槽做正功，B正确；
D.设小球质量为m，槽质量为M，小球离开槽后继续上升的高度为h，最大高度时两者有共同速度v，系统水平方向动量守恒且系统能量守恒则有mv0=(m+M)v，12mv02=12(m+M)v2+(mg+Eq)(R+h)，可得h=1m，故D正确；
C.整个过程小球的电势能增加量ΔEP=Eq(R+h)=20J，故C错误；
故选BD。
9.【答案】BD
【解析】【详解】
B. 根据
sinC=n2n1
可知内芯材料的折射率 n1 越大，全反射的临界角C越小，越容易发生全反射，则光脉冲将越不容易从外套“漏”出，故B正确；
ACD.设光纤的长度为L，则光通过光纤轴线传输用时最短，光在光纤中的速度
v=cn
则最短时间有
t1=Lv
设光从左端面以 θ1 入射，折射角为 θ2 ，在侧面发生全反射时的入射角和反射角为 θ3 ，如图所示：
如果 θ3 就是光在光导纤维全反射的临界角C，则光在介质中的传播时间为最长，则
sinθ3=sinC=n2n1
s=Lsinθ3
所以光通过光导纤维所用的最长时间为
t2=sv=n12Ln2c
故
Δt′=t2−t1=Lcn12n2−n1
所以外套材料的折射率 n2 变小， Δt′ 与 Δ t的差值变大，选用波长更短的光时，频率越大，折射半越大， Δt′ 越大， Δt′ 与 Δ t的差值变大，而 Δt′ 的表达式与光纤的直径无关，AC错误，D正确。
故选BD。
10.【答案】ABD
【解析】【分析】当滑块的合力为零时，动能最大，由平衡条件求出此时弹簧的压缩量；分析简谐运动过程，利用简谐运动周期求从与弹簧接触到速度为零的时间；利用牛顿第二定律求出匀加速下滑的时间，再求总时间。
本题考查了机械能守恒定律、牛顿第二定律和运动学公式、简谐运动等知识的综合运用，注意在速度最大时，加速度为零，合力为零。
【解答】A.速度最大时合力为零，则
mgsin45°=kx
得
x= 2mg2k
A正确；
B.根据机械能守恒
mg(l+x)sin45°=12kx2+Ek
得
Ek=mg 22l+mg2k−g2m24k
B正确；
C.弹簧压缩量最大时，根据牛顿第二定律
k3 2mg2k−mgsin45°=ma
得最大加速度为
a= 2g
C错误；
D.从释放到与弹簧接触的过程中，加速度为
a=mgsin45°m= 22g
时间为
t1= 2 2lg
振幅为
A=3 2mg2k− 2mg2k= 2mgk
压缩弹簧到平衡位置的过程中，位移为振幅的12，时间为
t2=T12
从平衡位置到压缩量最大的时间为
t3=T4
从静止释放到压缩量最大的时间为
t=t1+t2+t3
得
t= 2 2lg+2π3 mk
D正确。
故选ABD。
11.【答案】(1) BC；(2) AC；(3) 偏小。
【解析】【分析】
本题要掌握实验原理：折射定律，采用作图分析实验误差，关键要紧扣实验原理进行分析。
(1)明确实验步骤，知道用挡像法确定P3、P4的位置；
(2)根据实验操作过程，明确实验原理，从而分析即可；
(3)通过作光路图，分析入射角和折射角是否变化，由折射定律分析折射率的误差。
【解答】
(1)大头针P1、P2、P3、P4理论上都应在同一光路上，所以该同学接下来要完成的必要步骤有：插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像，接着插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
故选BC；
(2)A.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故A正确；
B.全反射必须是光由光密介质射向与光疏介质的交界面时才能发生，所以即使光在界面aa’的入射角大于临界角，光也不会发生全反射，而一定会折射进入玻璃砖，故B错误；
C.根据光路的可逆性可知，光在aa’的入射角为β，根据折射定律有sinα=sinβn