山东省实验中学2023-2024学年高二下学期5月期中考试物理试题（Word版附解析）

这是一份山东省实验中学2023-2024学年高二下学期5月期中考试物理试题（Word版附解析），共16页。试卷主要包含了单项选择，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择（本题共10个小题，每小题3分，共30分。）
1.光学既是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景，下列关于光学现象说法中正确的是（ ）
A．“泊松亮斑”是圆孔衍射结果
B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉原理
C．双缝干涉实验中，若只增大双缝的间距，则干涉条纹间距变大
D．汽车前窗玻璃使用偏振片是为了增加透射光的强度
2.1801年，英国物理学家托马斯·杨完成了著名的双缝干涉实验。如图所示为双缝干涉实验的原理图，单缝、屏上的点均位于双缝和的中垂线上。已知入射光在真空中的波长为，双缝到的距离为d，双缝和到P点的距离分别为、，屏上P点到点的距离为y，双缝与屏之间的距离为L。若P点是暗条纹的中心，n＝0、1、2、3，必须满足的关系是（ ）
A．B．C．D．
3.日本将核废水排放到大海中，会对太平洋造成长时间的核污染。废水中含有铯、锶、氚等多种放射性物质，其中铯137原子核具有较强的放射性，会发生衰变并释放能量，其半衰期长达30年。若铯137原子核的衰变方程为：，下列说法正确的是（ ）
A．铯137衰变时，衰变产物中的X为中子
B．铯137衰变时，衰变产物中的X为质子
C．虽然未衰变的铯137数量逐渐减少，但其半衰期并不改变
D．排入太平洋后，废水中的铯137经过60年只衰变了四分之一
4.我国最新研制出了一种超轻气凝胶，它刷新了目前世界上最轻的固体材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅是空气密度的。设气凝胶的密度为（单位为），摩尔质量为M（单位为kg/ml），阿伏加德罗常数为，则下列说法不正确的是（ ）
A．a千克气凝胶所含的分子数B．每个气凝胶分子的直径
C．气凝胶的摩尔体积D．每个气凝胶分子的体积
5.单反相机取景器的核心光学部件是一个五棱镜，如图所示，棱镜的部分角度已在图中标出。一细束光垂直AB面射入棱镜，在CD面发生全反射，然后射到DE面和EA面，最终垂直BC面射出，则棱镜对这束光的折射率（ ）
A．一定等于B．可能小于C．可能大于2D．一定等于2
6.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，把1滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出如图所示的油膜形状。已知该溶液浓度为，n滴溶液的体积为V，油膜面积为S，则（ ）
A．油酸分子直径为
B．实验中，应先滴溶液后撒爽身粉
C．n滴该溶液所含纯油酸分子数为
D．计算油膜面积时，将不足一格都当作一格计入面积，将导致所测分子直径偏大
7.如图所示，有一边长为l的由透明材料构造的正四面体ABCD，其底面水平。一束竖直向下的蓝光照射在正四面体侧面ABC的中心点，光束经折射后恰好到达正四面体底面的中心点。已知真空中光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．蓝光在四面体内的传播速度为
B．材料的折射率为
C．蓝光进入四面体后，波长变长
D．将蓝光换成红光，光束在四面体中的传播速度不变
8.如图所示，假设沿地球直径凿通一条隧道，把一小球从地面S点静止释放，小球在隧道内的运动可视为简谐振动。已知地球半径为R，小球经过O点时开始计时，由O向S运动，经时间第1次过P点（P点图中未标出），再经2时间又过该点。则（ ）
A．小球振动的周期为6B．O到P的距离为
C．小球第3次过P点所需的时间为10D．由S到O的运动过程中小球受力逐渐增大
9.某种透明材料制成的外为正六边形，内为圆的空心柱体，其横截面如图所示。O为正六边形ABCDEF的中心和内圆的圆心，Q为EF的中点，0Q为圆半径的两倍。现有一束复色光沿纸面内PQ方向以入射角i＝45°从外球面上Q点射入，分解成a光和b光，分别射到AB边的N、M两点上，其a光经折射后恰好与内圆相切于G点。下列分析判断正确的是（ ）
A．a光的光子动量小于b光的光子动量
B．a光通过QN的时间小于b光通过QM的时间
C．增大入射角i，b光可能在AB边上发生全反射
D．当入射角变为30°时，a光恰好在内圆面上发生全反射
10.如图甲所示为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0.2s时刻的波形图，两质点P、Q的平衡位置分别位于x＝0.5m、x＝4.0m处，质点Q的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．t＝0时刻，质点P正沿y轴负方向运动
B．质点P的振动方程为
C．从t＝0时刻至t＝0.15s时刻，质点P通过的路程为
D．当质点Q在波峰时，质点P偏离平衡位置的位移为
二、多项选择题（本题共6个小题，每小题4分，共24分。）
11.晋代陆机《文赋》中的“或因枝以振叶，或沿波而讨源”呈现了树叶振动和水波传播的情境，则（ ）
A．树叶做受迫振动的频率等于其驱动力的频率
B．飘落到水面上的树叶会被水波推向岸边
C．若有两列水波在水面上相遇叠加时，必然能形成干涉图样
D．当水波退、寸与其波长相差不大的障碍物时，能发生明显的衍射现象
12.关于以下四个示意图，下列说法正确的是（ ）
A．甲图为双缝干涉示意图，可以用白炽灯直接照射双缝，在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹
B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变厚
C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90°，条纹不会跟着顺时针旋转90°
D．图丁所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的
13.氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第3能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出不同频率的光，用这些光照射图乙中的光电管，有2种频率的光可让光电管阴极K发生光电效应。调节滑片P的位置，当电压表的示数为7.55V时，微安表示数恰好为零。下列说法中正确的是（ ）
A．图乙电路中电源左侧为正极
B．氢原子跃迁放出的光中有3种频率不同的光子
C．光电管阴极K金属材料的逸出功为4.54eV
D．用能量为1.5eV的光照射处于第3能级的氢原子，可以使氢原子发生电离
14.惠更斯发现“单摆做简谐运动的周期T与重力加速度的二次方根成反比”。为了通过实验验证这一结论，某同学创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境。如图1所示，在水平地面上固定一倾角可调的光滑斜面，把摆线固定于斜面上的O点，使摆线平行于斜面。拉开摆球至A点，静止释放后，摆球在ABC之间做简谐运动，摆角为。摆球自然悬垂时，通过力传感器（图中未画出）测得摆线的拉力为，摆球摆动过程中，力传感器测出摆线的拉力随时间变化的关系如图2所示，其中、、均已知。当地的重力加速度为g。下列选项正确的是（ ）
图1图2
A．多次改变图1中角的大小，即可获得不同的等效重力加速度
B．单摆n次全振动的时间为
C．多次改变摆角，只要得出就可以验证该结论成立
D．在图2的测量过程中，满足的关系
15.如图所示，沿x轴传播的简谐横波，实线为时刻的波形图，虚线为时刻的波形图，已知波的周期大于2s。则下列判断正确的是（ ）
A．波沿x轴正方向传播，波速为4m/s
B．波沿x轴负方向传播，波速为8m/s
C．x＝2m处质点的振动方程为
D．在0～5.25s时间里，x＝2m处的质点通过的路程为14m
16.哈尔滨是中国著名的冰雪旅游城市，每年冬季都会举办盛大的冰雪节。冰雕展则成为了人们探访冬季梦幻之旅的最佳选择。冰雕展上有一块边长为1m的立方体的冰块，冰块内上下底面中心连线为OO′，在O′处安装了一盏可视为点光源的灯，已知冰的折射率为1.3，下列说法正确的是（ ）
A．若光在冰块中发生全反射的临界角为C，则
B．由灯直接发出的光照射到冰块四个侧面时都能从侧面射出
C．由灯直接发出的光照射到冰块上表面时都能从上表面射出
D．从冰块正上方沿OO′方向观察，点光源的视深仍是1m
三、实验题（共2小题）
17.（6分）
同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源（灯泡）正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是 。
A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝
（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第一条充纹中央划第n条亮纹中央间距离为x，则单色光的波长λ＝ 。
（3）若只将滤光片去掉，下列说法正确的是 。
A．屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹B．屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹
C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹
（4）随着学习的不断深入，同学们对光的本性有了更为丰富的认识。现在我们知道光线具有波动性，又具有拉子性。光电效应现象是证明光具有粒子性的重要证据。在研究光电效应的实验中，得到如图所示的光电流与电压的关系，对此图像的下列说法中，正确的是 。
A．图线①所对应的照射光频率高于图线②对应的
B．图线①所对应的照射光频率高于图线③对应的
C．图线①所对应的照射光强度大于图线③对应的
D．若图线①对应的照射光是绿光，图线②对应的可能是红光
18.（8分）
某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下：
①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d；确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上；
②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系Oxy的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置，如图（b）所示；
图（b）
③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O点水平射入，从y轴开始向右缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上y＜0的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。
④取走玻璃砖，过P点作y轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ的长度L。
根据以上步骤，回答下列问题：
（1）测得半圆形玻璃砖直径d的读数如图（a）所示，则d＝ cm；
图（a）
（2）步骤③中，没有激光射至挡板上y＜0区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了
；
（3）根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式为n＝ ，若测得PQ线段的长度L＝2.00cm，计算可得玻璃砖的折射率为 。（结果保留3位有效数字）
四、计算题（共5小题）
19.（5分）
如图所示，光电管的阴极K用某种金属制成，闭合开关S，用发光功率为P的激光光源直接照射阴极K时，产生了光电流。移动变阻器的滑片，当光电流恰为零时，电压表的示数为U，已知该金属的逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量为e。真空中的光速为c，求：
（1）激光在真空中的波长；
（2）激光光源单位时间内产生的光子数N。
20.（7分）
大蓝闪蝶以它熠熠生辉的蓝色翅膀而著名，如图为显微镜下其翅膀的光学结构示意图。大蓝闪蝶翅膀上的鳞片本身是无色的，但当白光照在翅膀的鳞片上时，会在其一系列薄薄的鳞片上反射，反射光彼此干涉，从而显现出蓝色的光泽。已知大蓝闪蝶两鳞片的距离d约为630nm，蓝光波长在400nm～480mm之间。
（1）求大蓝闪蝶翅膀上所看到的蓝光的波长λ；
（2）若用（1）中的蓝光进行双缝干涉实验，光屏上某点P到双缝的路程差为m，求点P与中央亮条纹间存在暗条纹的条数k。
21.（10分）
如图所示一列简谐横波在x轴上传播，实线和虚线分别为和时的波形图，求：
（1）这列波的振幅和波长各为多少？
（2）若波沿x轴负方向传播，则这列波的波速；
（3）当波速为10m/s时，平衡位置在x＝7m处的质点从开始计时，在1.7s内通过的路程。
22.（10分）
如图在长为3l，宽为l的长方形玻璃砖ABCD中，有一个边长为l的正三棱柱空气泡EFG，其中三棱柱的EF边平行于AB边，H为EF边中点，G点在CD边中点处.（忽略经CD表面反射后的光）
（ⅰ）一条白光a垂直于AB边射向FG边的中点O时会发生色散，在玻璃砖CD边形成彩色光带，通过作图，回答彩色光带所在区域并定性说明哪种颜色的光最靠近G点；
（ⅱ）一束宽度为的单色光，垂直AB边入射到EH上时，求CD边上透射出光的宽度？（已知该单色光在玻璃砖中的折射率为）
山东省实验中学
高二下学期期中考试物理参考答案与试题解析
1.B2.D3.C4.B5.C6.C
7.解：AB．过正四面体顶点、侧面和底面中点作出光线所在的平面三角形并标记如下，画出光路如图所示
根据几何关系可得：
，所以，，故A正确，B错误；
C．蓝光进入四面体后，波速变小，频率不变，波长变短，故C错误；
D．同一四面体，对不同颜色的光折射率不同，两种不同颜色光束在四面体中的速度不同，故D错误。故选：A。
8.解：
A．由题意可知，简谐运动具有对称性和周期性，小球运动从平衡位置开始计时，小球从O点到S点运动的时间，则小球振动的周期，故A错误；
B．小球做简谐运动的x－t表达式为，由题意可知振幅为A＝R，，当时，，故B正确；
C．小球第三次经过P点所需的时间为，故C错误；
D．从S到O的运动过程是从最远位置到向平衡为止移动，根据简谐运动回复力的公式可知，x减小，回复力F减小，故D错误。故选：B。
9.解：
A、由光路图可知a光折射率较大，故波长较小，由可知a光的光子动量大于b光的光子动量，故A错误；
B、由于，由知b光传播速度较大，且OM距离较短，故b光通过时间较短，故B错误；
C、增大入射角i，b光在AB边上入射点在AM之间移动，入射角减小，不可能发生全反射，故C错误；
D、对a光，当入射角为i＝45°时，折射角为r＝30°，则折射率为：
当入射角变为i＇＝30°时，则折射角的正弦为：
由临界角的定义可知：，所以a光的临界角为C＝45°
由正弦定理可知，代入数据解得：，则光线a在内球面的入射角恰好为45°，b光恰好在内球面上发生全反射，故D正确。故选：D。
10.【解答】解：
A．由图乙可知，波的传播周期为0.2s，0.2s时刻质点Q在平衡位置沿y轴正方向运动，根据平移法可知波沿x轴负方向传播，因此t＝0.2s和t＝0时刻，质点P正沿y轴正方向运动，故A错误；
B．由图甲可知，质点P的初相位为
质点P的振动方程为，故B错误；
C．从t＝0时刻至t＝0.15s时刻，质点P通过的路程为
D．当质点Q在波峰时，需要经历
代入质点P的振动方程可得质点P的位移为，故D错误。故选：C。
（多选）11.AD
（多选）12.解：
A．甲图中，用白炽灯直接照射双缝，根据双缝干涉条纹间距公式可知，不同波长的光，产生的条纹间距不同，因此会产生彩色条纹，在屏上不可以得到等宽、等亮的干涉条纹，故A错误；
B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，条纹间距越来越大，说明该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变薄，故B错误；
C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90°，肥皂泡薄膜仍然是上薄下厚，条纹不会跟着顺时针旋转90°，故C正确；
D．图丁为泊松亮斑，是由于光的衍射形成的，故D正确。故选：CD。
（多选）13.解：
A、光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故A正确；
B、氢原子跃迁放出的光中有种频率不同的光子，故B正确；
C、由图甲可知光子的能量为，遏止电压为7.55V，光电子的初动能为
解得金属材料的逸出功为，故C正确；
D、至少用能量为1.51eV的光照射处于第3能级的氢原子，才能使氢原子发生电离，故D错误。
故选：ABC。
（多选）14.解：
A．令等效重力加速度为，则有
解得
可知，多次改变图1中角的大小，即可获得不同的等效重力加速度，故A正确；
B．单摆在运动过程中，A、C两位置摆线的拉力最小，根据图2可知，相邻两个摆线拉力最小的位置的时间间隔为半个周期，可知，单摆n次全振动的时间为
故B错误
C．根据单摆周期公式有
可知，多次改变斜面倾角，只要得出就可以验证该结论成立，故C错误；
D．摆球自然悬垂时，通过力传感器（图中未画出）测得摆线的拉力为，根据平衡条件有
在图2的测量过程中，摆球在A位置有
摆球在B位置，根据牛顿第二定律有
摆球从A位置运动到B位置，根据动能定理有
解得
故D正确。故选：AD。
（多选）15.解：
AB．由图可知简谐横波的波长为12m，若波沿x轴正方向传播，波的周期大于2s，则
解得
若波沿x轴负方向传播，波的周期大于2s，则
解得波沿x轴负方向传播，最大周期为（舍去）
故波沿x轴正方向传播，波速为.
故A正确，B错误；
C．时刻的波形图表达式为
时刻，x＝2m处质点的位移为y＝1m
设x＝2m处质点的振动方程
将代入得
则x＝2m处质点的振动方程为，故C正确；
D．在0～5.25s时间里，经历，由于t＝0时，x＝2m处的质点不在平衡位置以及位移最大处，故在0～5.25s时间里，x＝2m处的质点通过的路程
故D错误。故选：AC。
（多选）16.解：
A．若光在冰块中发生全反射的临界角为C，则。故A正确.
BC．如图所示，在直角△ABO＇中，由几何关系可知，，所以由灯直接发出的光照到冰块表面时都能从上表面射出。，则由灯直接发出的光照到冰块四个侧面时不是都能从侧面射出，故B错误，C正确。
D．实深是AB，视深是h，由光的折射率定义式可知，，即，故D错误。故选AC．
17.（1）B；（2）；（3）D；（4）C
18.（1）6.43；（2）全反射；（3）；1.61
19.解：
（1）由动能定理，可得：
由光电效应方程，
解得：
（2）设激光光源单位时间内产生的光子数N，则有：
解得：
20.解：
（1）光通过大蓝闪蝶上、下层蝶鳞片的路程差△r＝2d
根据干涉加强的条件（n＝1，2，3，…）
联立得波长（n＝1，2，3，…）
由于入射光的波长λ介于400nm到480nm之间，
则n＝3
代入数据解得：λ＝420nm
（2）路程差
路程差与波长的关系，
即△r＝4λ
根据干涉加强的条件△r＝kλ（k＝1，2，3，…）
可知，亮条纹数k＝4
由于干涉条纹是明暗相间的条纹，因此存在暗条纹的条数k＝4
21.解：
（1）由波形图可知，波长λ＝8m，A＝4cm；
（2）若波沿x轴负向传播，则
（n＝0，1，2，3，…）
由波速的计算公式可得：
（n＝0，1，2，3，…）
（3）当波速为10m/s时，简谐横波的周期为：
有10＝8n＋2
可得：n＝1
即波沿x轴正方向传播，平衡位置在x＝7m处的质点正在处沿y轴负方向振动，经过到达波谷，通过的路程为
接下来的1.6s内通过的路程为
则总路程为
22.解：
（ⅰ）光路如图：MN间有彩色光带.红光最靠近G点.
理由是：在FG面光线由空气射向玻璃，光线向法线方向偏折，因为红光的折射率小于紫光的折射率，所以红光更靠近G点.
（ⅱ）垂直EH入射的光，在EG面上会发生折射和反射现象，光路如图所示
在E点的入射光，根据几何关系和折射定律，可得：
∠1＝60°
联立可得：∠2＝30°
在E的折射光射到CD面的I点，由几何关系得：
∠3＝30°
根据折射定律可得：
所以CD面上I点的入射光可以发生折射透射出CD面.
在E的反射射光射经FG面折射后射到CD面的J点，由几何关系得：
∠4＝60°
所以CD面上J点的入射光发生全反射，无法透射出CD面
综上分析，CD面上有光透射出的范围在GI间，由几何关系得CD面上有光透出的长度为1.