湖南省长沙市明德中学2024-2025学年高二上学期期中考试物理试卷 含解析

长沙市明德中学2024年下学期期中考试高二年级物理试卷时量：75分钟 满分：100分一、单项选择题（本题包括6个小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。）1. 关于光学知识，下列说法正确的是（　　）A. 光在真空中的光速等于3×108km/sB. 水中的倒影是光的折射形成的C. 一条光线从空气垂直射到水面上时，折射角为0°D. 清澈的池水深度看起来比实际要浅是因为光的全反射【答案】C【解析】【详解】A．光在真空中的光速约为，远小于，A错误；B．水中的倒影是光的反射形成的像，B错误；C．一条光线从空气垂直射到水面上时，光线会沿垂直方向通过，不会产生偏折，故折射角为0°，C正确；D．清澈池水深度看起来比实际要浅是因为光的折射，D错误。2. 行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，关于安全气囊在此过程中的作用，下列说法正确的是（　　）A. 将司机的动能全部转换成汽车的动能B. 减小了司机受到冲击力的冲量大小C. 减少了碰撞前后司机动量的变化量D. 延长了司机的受力时间从而减小了司机的受力大小【答案】D【解析】【详解】A．由于汽车和司机的动能都减为0，因此司机和汽车的动能都转化为了内能，故A错误；BCD．安全气囊的作用是增大司机和汽车的碰撞面积，以及延长司机与汽车的碰撞时间，减小碰撞对司机产生的力的大小，司机的动量变化与安全气囊无关，根据动量定理可知，司机受到冲击力的冲量等于司机的动量变化，与安全气囊无关，故D正确，BC错误；故选D。3. 《唐语林》中记载：洛阳一个和尚房里的罄钟时常会“自鸣”，和尚因害怕而得病。曹绍夔发现敲击斋钟时罄钟才会跟着“自鸣”，用锉刀在罄钟上锉了几下，治好了罄钟的“自鸣”，和尚的病也跟着好了。下列说法正确的是（ ）A. 曹绍夔用锉刀破坏了罄钟的发声功能，所以罄钟不再“自鸣”B. 曹绍夔用锉刀改变了罄钟的固有频率，使其与斋钟振动的频率相差较大C. 罄钟“自鸣”是因为斋钟声响太大，引起罄钟共振D. 改变敲打斋钟的力度，曹绍夔锉过的罄钟仍会与斋钟共振而再次“自鸣”【答案】B【解析】【详解】AB．曹绍夔用锉刀改变了罄钟的固有频率，使其与斋钟振动的频率相差较大，避免罄钟共振，故A错误，B正确；C．罄钟“自鸣”是因为罄钟的固有频率与斋钟振动的频率接近，引起罄钟共振，故C错误；D．改变敲打斋钟的力度，斋钟做受迫振动，频率不变，曹绍夔锉过的罄钟的固有频率与斋钟振动的频率相差较大，则曹绍夔锉过的罄钟不会与斋钟共振而再次“自鸣”，故D错误。故选B。4. 鱼洗是我国古代的传世珍宝，用手缓慢而有节奏地摩擦盆边两耳，盆会像受到撞击一样振动起来，盆内水波荡漾。其原理是当两手搓盆的双耳时，会产生两个振动周期相同的振源，振动形式在水中传播，相遇时互相干涉，使能量叠加起来，获得能量较大的水点会跳出水面。某时刻形成的两列波如图乙所示，实线波向右传播，虚线波向左传播，a、b、c、d、e为介质中的五个质点则下列说法正确的是（　　）A. 水中各点的振动周期不同B. 实线波与虚线波的传播速度大小相同C. 两手搓盆双耳时，搓得越快，跳出水面的水跳的越高D. 图乙中a、c、e点可能跳出水面【答案】B【解析】【详解】A．水中各点均做受迫振动，因此振动周期等于振源的振动周期，所以各点的振动周期均相同，A错误；B．波的传播速度由介质决定，又实线波和虚线波均在水中传播，所以两列波的传播速度大小相等，B正确；C．当两手搓盆的双引起的振动频率和鱼洗的固有频率相等或者相近时，鱼洗产生共振，振动幅度越大，盆内的水花就越高，所以并不是搓得越快溅起的水花越高，C错误；D．当两列波的波峰与波峰、波谷与波谷相遇时，该点为振动加强点，由图像可知，a、c、e三质点是波峰与波谷相遇，这三点是振动减弱点，b、d两点经过时分别为波峰与波峰、波谷与波谷相遇，即b、d两点为振动加强点，b、d两点可能跳出水面，D错误。故选B。5. 如图甲所示，将两大小相同、质量相等的铅球分别静止在海绵桌面和实木桌面的正上方相同高度处，然后同时由静止释放并开始计时，后两球分别与两桌面发生碰撞。假设碰后两球均不再反弹。测出两桌面受到的压力随时间变化的曲线①和曲线②，如图乙所示。已知重力加速为g，忽略空气阻力。下列说法正确的是（　　）A. 碰撞过程中，左侧铅球动量的改变量更小B. 曲线①为左侧海绵桌面受到铅球作用力的图像C. 两铅球初始距离桌面的高度均为D. 曲线①在t1~t2时间段与t轴所围面积等于曲线②在t1~t3时间段与t轴所围面积【答案】C【解析】【详解】A．因为两球碰前自由下落的高度相同，所以碰前的速度相等，两球的动量也相等，而碰后两球最终速度均变为零，所以碰撞过程中，两侧铅球动量的改变量相等，A错误；B．铅球与实木作用的时间较短，而与海绵作用时间较长，所以曲线①为右侧实木桌面受到铅球作用力的图像，B错误；C．由图可知，t1时刻开始两桌面受到压力作用，即铅球下落时间为t1，根据自由落体运动规律，则有C正确；D．由图可知，曲线①②与时间轴所夹面积表示冲击力的冲量大小，因为两球动量变化量相等，②图像重力冲量大于①，结合动量定理可知，②中冲击力冲量大于①冲击力冲量，D错误。故选C。6. 帆船是利用风力航行的船，是继舟、筏之后的一种古老的水上交通工具。如图所示，在某次航行时，一艘帆船在水平风力的作用下，以速度沿风的方向匀速前行，风与帆作用的有效面积为S，气流的平均密度为，帆船行驶过程水平方向上所受阻力恒为f。假设气流与帆作用后速度与帆船前行速度相等，则风速大小为（　　）A. B. C. D. 【答案】A【解析】【详解】时间内冲击船帆的空气的体积为时间内冲击船帆的空气质量为空气的动量改变量为取船速方向为正，设帆对空气的作用力大小为F，由动量定理可得即又帆船匀速前行，根据平衡条件联立解得故选A。二、多项选择题（本题共4个小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，至少有两项符合题目要求，全部选对得5分，漏选得3分，有错选得0分。）7. 2024年3月2日20时13分49秒，云南省昆明市呈贡区（北纬24.91度、东经102.83度）发生1.4级地震，震源深度10千米。周围多地居民明显感觉到震感，一小区池塘里的水都荡起来了，水面上的树叶也跟着水上下振动，已知树叶可视为质点做简谐运动的图像如图所示，下列叙述正确的是（　　）A. 树叶振动的周期是5sB. 树叶在6s内运动的路程是18cmC. 树叶在t=1s和t=5s两时刻的加速度相同D. 树叶在t=2s和t=4s两时刻的速度相同【答案】BC【解析】【详解】A．由图可知树叶振动的周期是4s，故A错误；B．树叶在6s内，经历，运动的路程是故B正确；C．树叶振动的周期是4s，根据周期性，树叶在t=1s和t=5s两时刻的加速度相同，故C正确；D．t=2s和t=4s两时刻相差半个周期，树叶在t=2s和t=4s两时刻的速度相反，故D错误。故选BC。8. 仙游木兰溪是我们的母亲河。20世纪70年代水质不断恶化，后来经政府水利部门的治理，木兰溪已成为鸟飞鱼游，白鹭横飞的仙境。水质越好，水的折射率越小。一水利部门调查员分别于1970年和2024年在水底放置一盏灯进行水质的初步检测。如图所示，在水面形成一个光圈。其中半径大于半径。下列说法正确的是（　　）A. 在圆以外的区域没有形成光圈是因为光发生了全反射B. 从1970年到2024年，木兰溪的水质不断恶化C. 1970年的溪水折射率小，2024年溪水折射率大D. 不论是1970年的水质还是2024年的水质，光在水中的速度比在空气中的速度小【答案】AD【解析】【详解】A．在圆以外的区域没有形成光圈是因为光从水中射出空气中时发生了全反射，故A正确；BC．根据全反射临界角公式由于半径大于半径，则2024年溪水发生全反射的临界角大于1970年溪水发生全反射的临界角，则1970年的溪水折射率大，2024年溪水折射率小，所以从1970年到2024年，木兰溪的水质不断变好，故BC错误；D．根据可知不论是1970年的水质还是2024年的水质，光在水中的速度比在空气中的速度小，故D正确。故选AD。9. 如图所示，某种介质水平面上有A、B、C、D四个点，A、B、C三点共线且BD垂直于AC，四点间的距离关系为，。在A、B两点装有可上下振动的振动发生器，振动发生器振动可在介质面上激起机械波。时刻，A、B点的两个振动发生器开始振动，其振动方程均为，观察发现D比C早振动了0.5s，忽略波传播过程中振幅的变化，下列说法正确的是（　　）A. 两振动发生器激起的机械波的波长为4mB. 该波的传播速度大小为4m/sC. 两波叠加后C处为振动加强区，D处为减弱区D. 在0~5s时间内质点D运动路程为96cm【答案】BD【解析】【详解】C、D两点距B近，B的振动传播到C、D两点的时间差为0.5s，可知传播速度由波源振动方程可知，周期为由，得波长为C、D两点到两波源的距离差均为波长整数倍，故两点均为加强点；B点振动传播到D点需要用时1.5s，A点振动传播到D点需要用时2.5s，所以5s时间内D点以振幅为2cm振动了1s，即两个周期，然后以振幅为4cm振动了2.5s，即5个周期，所以D运动的路程为96cm；故AC错误，BD正确。故选BD。10. 如图所示，水平地面上放置着用轻质弹簧竖直连接的A、B物块（两端栓接），其中A的质量为m，弹簧的劲度系数为k。压缩弹簧后释放，A开始做简谐振动，最高点恰好位于弹簧原长。某次A恰好到达最高点时，质量为m的物块C以速度与A发生完全非弹性碰撞后粘在一起做简谐振动，当它们运动到最高点时，物块B恰好与地面无弹力。已知弹簧弹性势能的表达式为，质量为m的弹簧振子的周期，重力加速度为g。不计一切阻力及碰撞时间，弹簧足够长且始终在弹性限度内。下列说法正确的是（　　）A. B的质量mB=2mB. A、C成为整体后，做简谐振动的振幅为C. A、C碰撞后，再次回到弹簧原长位置时间为D. A、C运动到最低点时，地面对B的支持力为【答案】ACD【解析】【详解】AB．物块C以速度与A发生完全非弹性碰撞后粘在一起，根据动量守恒定律有当它们运动到最高点时，物块B恰好与地面无弹力，根据能量守恒定律有对B受力分析有解得，AC达到平衡位置时有振幅为故A正确，B错误；C．碰后AC一起做简谐振动的周期为碰撞时距离平衡位置的位移为且向下运动，则再经过AC将又再次回到初始碰撞点，即弹簧原长的位置，故C正确；D．A、C运动到最低点时，地面对B的支持力为故D正确。故选ACD。三、实验题（本题共2小题，每空2分，共16分）11. 用如图甲所示的电路，测定一节旧干电池的电动势和内阻（小于1）。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：双量程电流表A：（量程0~0.6A，0~3A）双量程电压表V：（量程0~3V，0~15V）滑动变阻器：R1（阻值范围0~10，额定电流2A）R2（阻值范围0~100，额定电流1A）（1）为了调节方便，测量精度更高，实验中应选用滑动变阻器______（填“R1”或“R2"）（2）根据图甲将图乙中的实物正确连接，注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置，并选择正确的电表量程进行连线______。（3）通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图丙中画出了U-I图线。由图线可以得出此干电池的电动势E=______V（保留三位有效数字）、内阻r=______（保留两位有效数字），该实验由于系统误差使电池内阻的测量值______（填“偏小”、“偏大”或“不变”）。【答案】 ①. R1 ②. ③. 1.45 ④. 0.87 ⑤. 偏小【解析】【详解】解：(1)[1]为了调节方便，测量精度更高，实验中滑动变阻器应选阻值较小的R1。(2)[2]由给出的原理图甲，得到实物电路图如图所示(3)[3]由丙图的U−I图象可知，电源的电动势为E=1.45V。[4]由U−I图象的斜率大小等于电源的内阻可知，电源内阻为[5]由甲图可知，系统误差来源于电压表的分流，由于电压表的分流作用使电流表的读数总比电源实际输出的电流小，导致电源内阻的测量值比真值偏小。12. 如图所示，阳光中学的科技创新团队利用手头的器材，设计了一个研究碰撞过程中的总动量是否守恒的实验方案。用长度相等的细线分别将直径均为d的两小球A、B悬挂在O、上，，将A球轻轻拉起，细线与竖直方向的夹角为。自由释放A球后，在悬点O的正下方与B球对心正碰，碰撞后两小球第一次上升到最高点的位置如图中虚线所示。已知与竖直方向的夹角为，与竖直方向的夹角为，A球质量为，B球质量为，则：（1）A球两次在最高点时，细线与竖直方向的夹角和的关系为________（选填“>”“<”或“=”）。若碰前瞬间A球的动能为，碰后瞬间A球的动能为，B球的动能为，三者的关系为________（选填“”“”或“”）；（2）若两球碰撞过程满足动量守恒定律，则表达式应为________（用题干所给物理量符号表示）。【答案】 ①. ②. ③. 【解析】【详解】（1）[1]由于A球碰撞后动能减小，根据机械能守恒定律可知，碰撞之后A球上升的高度小于碰前的高度，故细线与竖直方向的夹角有[2]根据碰撞的特点知，碰撞之后的总动能不可能大于碰前的总动能，则有（2）[3] 设A球运动到最低点时碰前瞬间速度大小为，由动能定理得设A、B两球碰后瞬间速度大小分别为、，对两球碰后上升到最高点的过程由动能定理得，若碰撞过程中动量守恒，以水平向右为正方向，应有联立以上各式得四、计算题（本题共3小题，共40分）13. 如图甲所示，倾角为的光滑绝缘斜面固定在水平面上，斜面底端固定一个带正电的小球A，另有一质量的带正电小球B静止在距离斜面底端10cm处，小球半径可以忽略，重力加速度取，静电常数。（结果保留一位有效数字）（1）若小球B带电量为，求小球A所带电荷量；（2）若将A球撤去，加一水平方向匀强电场，仍使B球静止在斜面上，如图乙所示，求匀强电场的电场强度大小及方向。（结果保留1位有效数字）【答案】（1）；（2），水平向右【解析】【详解】（1）对B球受力分析有，沿斜面方向有解得（2）对B球受力分析，B球处于平衡状态，所以电场力水平向右，又因为B球带正电，所以该匀强电场方向水平向右。沿斜面方向平衡解得14. 如图所示，弹簧振子在竖直方向的B、C两点之间做简谐运动。小球位于B点时开始计时，经过0.5s首次到达C点。若以小球的平衡位置为坐标原点O，以竖直向下为正方向建立坐标轴，用x表示小球相对于平衡位置的位移。已知B、C两点相距20cm，弹簧劲度系数，小球质量，取重力加速度。（1）请写出小球位移x随时间t变化的关系式。（2）求5s内小球通过的路程及5s末小球位移的大小。（3）求小球运动至B点时，其所受回复力和弹簧弹力的大小。【答案】（1）或；（2），；（3）2N，【解析】【详解】（1）根据已知条件，可知小球做简谐运动的振幅为振动周期根据，可得小求经过B点始计时，故当时，，当时，，故或（2）从小球经过B处开始计时，则一个周期内小球通过的路程为所以5s内通过的路程小球5s内运动5个周期，故5s末仍位于B点，所以（3）小球在竖直面内做简谐运动，其在平衡位置的受力分析如答图所示设此时弹簧的形变量为，则有当小球位于B点时，小球的受力如答图所示此时小球的位移为弹簧的形变量根据，可得回复力的大小为2N；根据，可得15. 如图所示，在区域Ⅰ的空间中有水平向右的匀强电场，电场强度为，将不带电木板B放置于区域Ⅰ的水平地面上，木板B的长度，B的右端距台阶，B的上表面与区域Ⅱ水平地面平齐，带电物块A（可视为质点）放在木板B的左端，A物块质量，电荷量，A与B之间的动摩擦因数，B的质量，B与地面之间的动摩擦因数。轻质弹簧一端固定在C物体上，静置于区域Ⅱ的水平地面上，C物块质量，A物块和C物块与区域Ⅱ的水平地面均无摩擦力。某时刻将AB由静止释放，B与台阶相撞后立即静止，已知重力加速度。（1）求A物块在区域Ⅰ中运动的时间；（2）求A物块滑上区域Ⅱ上与弹簧接触过程中，弹簧的最大弹性势能；（3）已知A物块从接触弹簧到将弹簧压缩到最短过程用时为，该过程中C物块的位移为，求弹簧的最大压缩量。【答案】（1）1.8s （2）12J （3）【解析】【小问1详解】AB恰好不相对滑动，根据牛顿第二定律解得B的最大加速度为解得故AB不会相对滑动，先一起匀加速直线运动距离根据运动学公式解得此时速度之后B静止，物块A匀加速运动距离进入区域Ⅱ，根据牛顿第二定律解得根据运动学公式解得故A物块在区域Ⅰ中运动的时间为【小问2详解】A物块进入区域Ⅱ时的速度A物块和C物块共速时弹簧的弹性势能最大，此时根据动量守恒及能量守恒定律联立解得【小问3详解】A物块从接触弹簧到将弹簧压缩到最短过程，A物块和C物块组成的系统在任意时刻的动量守恒A物块从接触弹簧到将弹簧压缩到最短过程，关于时间进行积累根据题意该过程中C物块的位移为根据运动规律知弹簧的最大压缩量等于A物块和C物块在时间内的位移差，故联立解得