湖北省武汉市重点中学5G联合体2023-2024学年高二上学期期中物理试题（解析版）

这是一份湖北省武汉市重点中学5G联合体2023-2024学年高二上学期期中物理试题（解析版），共17页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题的作答等内容，欢迎下载使用。
考试时间：2023年11月9日 试卷满分：100分
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交。
一、选择题（本题共10小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1—7题为单选题，每题4分；第8—10题有多项符合题目要求，多选全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）
1. 如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲为等量同种点电荷形成的电场线
B. 图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强相同
C. 图丙中在c点静止释放一正电荷，可以沿着电场线运动到d点
D. 图丁中e点与f点两点场强相同
【答案】D
【解析】
【详解】A．图甲为等量异种点电荷形成的电场线，选项A错误；
B．图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强大小相等，方向不相同，选项B错误；
C．图丙中在c点静止释放一正电荷，因电场线是曲线，则不可能沿着电场线运动到d点，选项C错误；
D．图丁是匀强电场，则图中e点与f点两点场强相同，选项D正确。
故选D。
2. 某同学利用如图甲所示玻璃制成实心“水晶球”模拟彩虹的形成，该同学让一细束复色光从P点射入水晶球，最后分成a、b两束单色光从水晶球射出，光路图如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A. 彩虹的形成是光的干涉现象
B. 遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显的衍射现象
C. 在“水晶球”中，a光的传播速度比b光的大
D. a光的频率比b光的频率高
【答案】D
【解析】
【详解】A．彩虹的形成是光的折射现象，故A错误；
BD．对a光的折射率比b光的大，所以a光的频率比b光大，则b光的波长比a光的长，遇到同样的障碍物，b光比a光更容易发生明显衍射，故B错误，D正确；
C．由可知，“水晶球”中，a光的传播速度比b光的小，故C错误。
故选D。
3. 两列相干水波的干涉图样如图所示，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷．已知两列波的振幅均为5cm，C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是（ ）

A. P点保持静止不动
B. 图示时刻D点正处于平衡位置且向下运动
C. 再过半个周期，E点变为减弱点
D. 图示时刻A、B两点的竖直高度差为10cm
【答案】A
【解析】
【详解】A．由图可知P点为振动减弱点，且两列波的振幅相等，则P点保持静止不动，故A正确；
B．由图可知D点为振动减弱点，且两列波的振幅相等，则D点保持静止不动，故B错误；
C．由图可知E点为振动加强点，再过半个周期，E点仍为振动加强点，故C错误；
D．由图可知A、B两点均为振动加强点，此时A点位移为
B点位移为
图示时刻A、B两点的竖直高度差为
故D错误。
故选A。
4. 彩带舞深受广大人民的喜爱，在公园、广场随处可见。彩带舞爱好者，某次抖动彩带形成一列彩带波（可看成横波），波形图如图所示，图甲为时的彩带波形图，图乙为处质点的振动图像。下列说法中正确的是（ ）

A. 该彩带波沿x轴正方向传播
B. 从开始，再过，处质点的位移为
C. 彩带波的波速为
D. 时，处质点沿y轴负方向振动
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据振动图像与时的波形图可知，这列彩带波沿轴负方向传播，故A错误；
B．这列波的周期为，波长，所以波速为
由图乙可知
再过，即
处质点此时位移为
故B正确，C错误。
D．因为时处质点沿轴负方向振动，往前推半个周期，所以时处质点沿轴正方向振动，故D错误。
故选B。
5. 质量均为m的三个带电小球A、B、C用三根长度均为l的绝缘丝线相互连接，放置在光滑绝缘的水平面上，A球的电荷量为＋q．在C球上施加一个水平向右的恒力F之后，三个小球一起向右运动，三根丝线刚好都伸直且没有弹力，F的作用线反向延长线与A、B间的丝线相交于丝线的中点，如图所示．已知静电力常量为k，下列说法正确的是（ ）

A. B球的电荷量可能为＋2q
B. C球电荷量为
C. 三个小球一起运动的加速度为
D. 恒力F的大小为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由于三个小球绳长相对静止且细线无拉力，则C对A和B的作用力大小相等，故B球的电荷量为+q，故A错误；
B．以三个小球为研究对象受力分析如图所示，

设C球所带的电荷量为Q，对A球沿BA方向根据平衡条件可得：
解得
Q=2q
C球带负电，故B错误；
C．设三个小球的加速度都是a，根据牛顿第二定律和库仑定律，对A球受力分析可知：
解得
故C正确；
D．对整体受力分析可知
故D错误。
故选C。
6. 水波从深水区进入浅水区，水速变小，其折射规律类似于光的折射，若下图中实线代表波峰，则下列水波折射示意图可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】水波从深水区进入浅水区，水速变小，频率不变，根据可知，波长变小。
故选B。
7. 如图所示，S1、S2是水面上两个振动情况完全相同的波源，其振动方向为竖直方向，S1、S2发出的波在水面上形成稳定的干涉图样，且波长均为2cm。P是水面上的一点，且S1、S2、P三点刚好构成一个直角三角形，S1、S2两点之间的距离为6cm，∠S1PS2=53°。下列说法中正确的是（ ）
A. S1S2连线中点始终处于最大位移
B. S1P连线上（不包含S1点）共有2个振动加强点
C. S1S2连线上（不包含S1、S2两点）共有3个振动加强点
D. P点是振动减弱点
【答案】D
【解析】
【详解】A．S1S2连线中点是振动加强点，其在自己的平衡位置附近做简谐运动，不是始终处于最大位移处，故A错误；
D．由几何关系可知，S1P的长度为
S2P的长度为
则两列波到P点的波程差为
所以P点是振动减弱点，故D正确；
C．因为两列波振动情况完全相同，则当波程差等于半波长的偶数倍时，该点为振动加强点，所以S1S2连线上（不包含S1、S2两点）共有5个振动加强点，分别在距离S1为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm的位置，故C错误；
B．设Q为S1P连线上因为两列波振动情况完全相同，则当波程差等于半波长的偶数倍时，即满足
（n=0，1，2……）
所以S1P连线上（不包含S1点）只有1个振动加强点，在距离S1为2.5cm的位置，故B错误。
故选D。
8. 下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）

A. 图甲中避雷针的工作原理主要是静电屏蔽
B. 图丙中的点火器是利用尖端放电的原理进行点火的
C. 图丙中的点火器的工作原理和图丁中工作服内掺入的金属丝的工作原理是相同的
D. 图乙中与大地相连的两条导线所起的作用和图丁中工作服内的金属丝所起的作用是相同的
【答案】BD
【解析】
【详解】A．避雷针的工作原理主要是利用尖端放电避免雷击，故A错误；
B．放电电极做成针尖状，更容易累积电荷从而发生尖端放电现象，故B正确；
C．点火器是利用高压尖端放电原理，而工作服内掺入的金属丝，是利用静电屏蔽的原理，故C错误；
D．高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，与工作服内掺入的金属丝，都是利用了静电屏蔽的原理，故D正确。
故选BD。
9. 在一个点电荷的电场中，让轴与电场中的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3m和0.6m（如图甲所示），在A、B两点分别放置带正电的试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系分别如图乙中直线、所示，水平向右为正方向。已知静电力常量，下列说法正确的是（ ）

A. A点的电场强度是，方向沿轴正方向
B. B点的电场强度是，方向沿轴负方向
C. 点电荷带正电，所在位置为处
D. 点电荷的带电荷量约为
【答案】ACD
【解析】
【详解】AB．根据图象乙的斜率可得出电场强度大小A点电场强度为
B点电场强度为
由于试探电荷为正电，得A、B两点均沿轴正方向，故A正确，B错误；
CD．由于点电荷Q在两点产生的电场强度方向相同，且A点的电场强度大于B点的电场强度，则场源电荷必在A点左侧。设场源电荷的坐标为x
解得
将代入
解得
故CD正确。
故选ACD。
【点睛】本题考查点电荷场强以及图像斜率物理意义。
10. 某公园的水池底部有一排等间距的光源（视为点光源），如图所示，每个光源可以依次发出红、黄、蓝三种颜色的光。水池底部水平，水深为h，红、黄、蓝三种颜色的光在水中的折射率分别为、、，下列说法正确的是（ ）

A. 蓝光在水中的传播速度最大
B. 红光在水中的波长最长
C. 单个光源发出的黄光照亮的水面面积为
D. 相邻光源的距离只要大于就可以使所有的光色在水面不交叠
【答案】BC
【解析】
【详解】A．根据
红光的折射率最小，故红光在水中的传播速度最大，故A错误；
B．根据
红光的频率最小，故红光在水中的波长最长，故B正确；
C．黄光的临界角为
单个光源发出的黄光照亮的水面面积为
故C正确；
D．红光的临界角最大，故单个光源发出的红光照亮的水面面积最大，故相邻光源的距离只要大于
就可以使所有的光色在水面不交叠，故D错误。
故选BC。

二、实验题：（每空2分，共16分）
11. “用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离。然后，接通电源使光源正常工作。
（1）“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图1所示。光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为_________（选填选项前字母）。

A．滤光片 双缝 单缝 B．滤光片 单缝 双缝
C．单缝 滤光片 双缝 D．双缝 滤光片 单缝
（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图2中所示，则


①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为_________mm，在B位置时游标卡尺读数为_________mm，相邻两条纹间距_________mm；
②该单色光的波长_________m（保留两位有效数字）
【答案】 ①. B ②. 11.1 ③. 15.6 ④. 0.75 ⑤. 6.0×10-7
【解析】
【详解】（1）[1]器材从左到右的安装顺序为光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、像屏。
故选B。
（2）①[2]分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为
[3]在B位置时游标卡尺读数为
[4]相邻两条纹间距
②[5]根据
可得
代入数据可得
12. 某研究性学习小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中（实验装置如图甲所示），已知单摆在摆动过程中的摆角小于5°；在测量单摆的周期时，从单摆运动到最低点开始计时且记数为1，到第n次经过最低点所用的时间为t；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长（从悬点到摆球的最上端）为L，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d（读数如图乙所示）。
（1）从图可知，摆球的直径为d=_________mm；
（2）用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g=________；
（3）实验结束后，同学们在讨论如何能够提高测量结果的精确度时，提出了以下建议，其中可行的是___________。
A．尽可能选择细、轻且不易伸长的线作为摆线
B．当单摆经过最大位移时开始计时
C．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的
D．测量多组周期T和摆长L，作L-T2关系图像来处理数据
【答案】 ①. 5.980 ②. ③. AD##DA
【解析】
【详解】（1）[1]螺旋测微器的精确度为0.01mm，摆球的直径为
d=5.5mm+48.0×0.01mm=5.980mm
（2）[2]从单摆运动到最低点开始计时且记数为1，到第n次经过最低点所用的时间内为t，则单摆全振动的次数为
根据单摆全振动的次数和时间的关系，单摆周期为
单摆的摆长为
根据单摆的周期公式，解得重力加速度
（3）[3] A．为了减小实摆长对实验的影响，实验中要尽可能选择细、轻且不易伸长的线作为摆线，故A正确；
B．单摆通过平衡位置时速度最大，停留时间最小，为了减小计时产生的误差，需要当单摆经过平衡位置时开始计时，故B错误；
C．为了减小空气阻力的影响而产生的误差，在相同质量时，应该选用体积较小的小球作为摆球，故C错误；
D．应用图像法处理实验数据可以减小实验误差，测量多组周期T和摆长L，作L - T2关系图像来处理数据，由单摆的周期公式，可得
图像的斜率
重力加速度
故D正确
故选AD。
三、计算题（本题共3小题，共44分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13. 如图所示，三棱镜的横截面为等腰三角形，顶角，左侧面上的A点到顶点的距离为L，一光线从A点以入射角射入棱镜，折射后到达右侧面上的B点（图中未画出）。三棱镜对该光线的折射率，光在真空中的传播速度大小为。求；
（1）该光线从A点射入棱镜的折射角r；
（2）该光线从A点传播到B点的时间t。
【答案】（1）30°；（2）
【解析】
【详解】（1）根据题意，可画出光路如图所示
根据折射定律有
解得
（2）根据上述，由几何关系可知，此时折射光线恰好与右侧面垂直，A、B两点间的距离
该光线在三棱镜中传播的速度大小
光线从A点传播到B点的时间
解得
14. 一简谐横波沿水平绳沿x轴负方向以的波速传播。已知时的波形如图所示，绳上两质点M、N的平衡位置分别是、。从该时刻开始计时，求：
（1）质点N第一次回到平衡位置的时间；
（2）在哪些时刻，质点M、N振动的速度相同。
【答案】（1）1.5s；（2）t=（2n+1）s（n=0，1，2，…）
【解析】
【详解】（1）波沿x轴负向传播，则当质点N第一次回到平衡位置时，波向左传播x=15m，则用时间
（2）t=0时，质点M、N振动速度大小相等，方向相反，速度不同，经过一个周期，质点M、N振动的速度仍不相同。当某质点位于平衡位置时，其两侧与它平衡位置间距相等的质点速度相同，平衡位置的振动状态传播到MN中点的距离
（n=0，1，2，…）
经过的时间
解得
t=（2n+1）s（n=0，1，2，…）
即在t=（2n+1）s（n=0，1，2，…）时刻，质点M、N振动的速度相同。
15. 如图所示，沿x轴传播的简谐横波，实线为t1=0.5s时刻的波形图，虚线为t2=1.5s时刻的波形图，已知波的周期大于2s，试求：
（1）判断波的传播方向，并求波的传播速度大小；
（2）写出x=2m处质点的振动方程；
（3）求从0～8.25s时间x=2m处质点通过的路程。
【答案】（1）波向右传播，4m/s；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）若波向左传播，则传播的距离为
x=12n+8(m)
传播的时间
因周期T>2s，可知周期无解；
若波向右传播，则传播的距离为
x=12n+4(m)
传播的时间
因周期T>2s可知，n=0时周期
T=3s
波速
（2）设x=2m处质点的振动方程为
其中，当t=0.5s时y=1m带入数据可知
则质点的振动方程为
（3）根据x=2m处质点的振动方程
可知，在t=0时刻x=2m处质点的位移为y1=-1m，则在t=8.25s时刻x=2m处质点的位移为y2=-m，因，则在0～8.25s时间内x=2m处质点的通过的路程为