北京市朝阳区2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷
一、单项选择题（共10个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意）
1．（2024高二下·朝阳期末）关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．温度是物体分子热运动的平均动能的标志
C．分子间的作用力总是随着分子间距增大而增大
D．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而减小
2．（2024高二下·朝阳期末）以下现象能显著说明光具有波动性的是（ ）
A．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹
B．水中的气泡看上去特别明亮
C．白光经过三棱镜后得到彩色图样
D．用紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出
3．（2024高二下·朝阳期末）如图所示为氢原子能级示意图。现有大量氢原子处于能级上，已知可见光的光子能量范围是，下列说法正确的是（ ）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射4种频率的光子
B．从能级跃迁到能级，氢原子的能量增加
C．从能级跃迁到能级向外辐射的光是可见光
D．能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
4．（2024高二下·朝阳期末）在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．甲光的强度大于丙光的强度
C．乙光所对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于乙光的光电子最大初动能
5．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，先后经历等容、等温、等压三个过程，经过状态b和c，再回到状态a。下列说法正确的是（ ）
A．状态a的温度比状态b的温度高
B．状态a到状态b的过程中气体的分子数密度增加
C．状态b到状态c的过程中外界对气体做功
D．状态c到状态a的过程中气体向外界放热
6．（2024高二下·朝阳期末）如图所示是主动降噪耳机的工作原理图。在耳机内设有麦克风，用来收集环境中的噪声信号，在此基础上，耳机的处理器产生与环境噪声相位相反的反噪声波来抵消噪声。下列说法正确的是（ ）
A．主动降噪利用了声波的衍射
B．反噪声波频率和噪声波频率可以不同
C．理想情况下，反噪声波和噪声波振幅相同
D．主动降噪耳机可以使进入耳膜的声波频率变小
7．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，由甲、乙两种单色光组成的一束光，从一根长直的光纤端面以射入，两种单色光均在侧面发生全反射，则可以准确判断出（ ）
A．光纤对甲光的折射率大于对乙光的折射率
B．在光纤中甲光的速度大于乙光的速度
C．甲光和乙光同时从光纤的另一端面射出
D．用同一双缝干涉装置看到甲光的条纹间距比乙光的小
8．（2024高二下·朝阳期末）如图甲所示，一单摆做小角度摆动。从某次摆球由左向右通过平衡位置开始计时，画出它的振动图像如图乙所示。忽略空气阻力，g取。下列说法正确的是（ ）
A．此单摆的摆长约为
B．此单摆的振幅为
C．从到的过程中，摆球的动能逐渐减小
D．从到的过程中，摆球所受合力的冲量方向水平向右
9．（2024高二下·朝阳期末）在运用动量定理处理二维运动时，可以在相互垂直的两个方向上分别研究。某同学某次练习乒乓球削球时，乒乓球与竖直方向成落下，在与球拍接触时，球拍保持水平且向右运动，如图所示。已知球与球拍接触时间极短，接触前后球竖直方向速度大小不变，球与球拍之间的动摩擦因数为0.25，。球可视为质点，不计空气阻力及球的重力。则球离开球拍时速度与竖直方向夹角的正切值为（ ）
A．0.25 B．0.5 C．0.75 D．1
10．（2024高二下·朝阳期末）可变差动变压器（LVDT）是一种常用的直线位移传感器，简化模型如图所示。它内部主要结构包括一个初级线圈和一对匝数相等的次级线圈，初级线圈位于中间，次级线圈则沿相反方向串联，对称缠绕在初级线圈的两侧；导磁铁芯可以在空心管（图中未画出）中移动，连接到要测量位移的物体上，初始时铁芯恰好位于空心管的中央，运动中铁芯始终有一端在副线圈中。在ab端输入有效值为的正弦式交变电压，cd端输出电压的有效值记为，则（ ）
A．铁芯从中央位置开始向上移动时，增加
B．铁芯从中央位置开始的移动量越大，越小
C．铁芯向上移动一定距离后，若增大，会减小
D．可变差动变压器无法反映物体的运动方向
二、多项选择题（共3个小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题意的，全部选对得4分，选对但不全得3分，错选不得分）
11．（2024高二下·朝阳期末）蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动，某游客身系弹性绳从高空P点自由下落，将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动，如图所示。从弹性绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，若忽略空气阻力影响，下列说法正确的是（ ）
A．弹性绳对人的冲量始终竖直向上
B．弹性绳恰好伸直时，人的动量最大
C．弹性绳对人的冲量大于重力对人的冲量
D．在最低点时，弹性绳对人的拉力等于人的重力
12．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈与滑动变阻器R相连，原、副线圈匝数之比为4：1，此时滑动变阻器滑片处于中间位置且接入电路的阻值为。若交流电压表、电流表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数为
B．电流表的示数为
C．通过R的交变电流的频率是
D．滑动变阻器的滑片向上滑动，变压器的输入功率减小
13．（2024高二下·朝阳期末）如图甲所示，某同学手持细棒抖动彩带的端点O使其在竖直方向上做简谐运动，在彩带上形成的波可以看成沿x轴正方向传播的简谐波。在和处的两个质点O、P的振动图像如图乙所示，则（ ）
A．该波的传播速度大小可能为
B．波由质点O传到质点P的时间可能为
C．在时间内，质点O通过的路程为
D．质点P振动的位移一时间关系为
三、本部分共6题，共58分。
14．（2024高二下·朝阳期末）在“测量玻璃的折射率”实验中：
（1）在“测量玻璃的折射率”实验中，在白纸上放好玻璃砖，和分别是玻璃砖与空气的两个界面且相互平行，如图1所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和。下列说法正确的是__________。
A．需挡住及、的像
B．为减小作图误差，和的距离应适当大一些
C．为减小实验误差，玻璃砖的宽度应适当大一些
D．光可能在发生全发射，导致观察不到、的像
（2）在该实验中，根据界面测得的入射角和折射角的正弦值画出了图2所示图像，从图像可知该玻璃砖的折射率为 。
（3）甲同学用学过的“插针法”测量透明半圆柱玻璃砖折射率。他每次使入射光线跟玻璃砖的直径平面垂直，O为玻璃砖截面的圆心，表示入射光线，表示经过玻璃砖后的出射光线。下列四幅图中，插针合理且能准确测出折射率的是__________。
A． B．
C． D．
（4）乙同学将透明半圆柱玻璃砖放在水平面上，如图3所示。用一束激光垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动玻璃砖，当转过角度时，在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线。则该玻璃的折射率 。
15．（2024高二下·朝阳期末）某研究小组用图1所示的装置进行“用单摆测量重力加速度”的实验。
（1）用游标卡尺测量摆球直径，如图2所示，则摆球的直径 。
（2）甲同学测得摆长为l，记录下摆球n次全振动的时间为t，可以测得重力加速度 （用l、n、t、表示）。
（3）为提高测量准确度，乙同学多次改变单摆的摆长l并测得相应的周期T，他根据测量数据画出如图3所示的图像，根据图线上任意两点A、B的坐标、，可求得重力加速度 （用、、、、表示）；该图像不过原点的原因可能是 。
A.测周期时，将49次全振动记为50次
B.测周期时，将50次全振动记为49次
C.测摆长时，直接将悬点到小球上端的距离记为摆长
D.测摆长时，直接将悬点到小球下端的距离记为摆长
（4）丙同学为了研究“单摆做简谐运动的周期与重力加速度的定量关系”，在伽利略用斜面“冲淡”重力思想的启发下，创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境：如图4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，测得摆角为、摆球的摆动周期为T。多次改变斜面的倾角，重复实验，记录、和T，为了能方便准确地利用图像处理数据进而获得结论，应绘制 图像（写出图像的纵坐标—横坐标）。
16．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，某小型交流发电机内的矩形金属线圈ABCD的面积，匝数，线圈的总电阻，线圈所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕轴匀速转动，角速度为。
（1）从中性面开始计时，写出线圈中电流瞬时值的表达式；
（2）求线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q；
（3）求线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量q。
17．（2024高二下·朝阳期末）在同一竖直平面内，两个大小相同的小球A，B悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。现将A球从最低点拉起高度h并由静止释放，在最低点与B球发生正碰。已知A球的质量为m，重力加速度为g，不计小球半径和空气阻力。
（1）若B球的质量也为m且将左侧涂胶，A、B两球碰后粘在一起。求：
a．碰后瞬间两球的速度大小v；
b．碰撞过程中损失的机械能。
（2）若将B球换成质量不同的小钢球，重复上述实验，两球发生弹性碰撞且碰后两球上升的最大高度相同，求B球的质量。
18．（2024高二下·朝阳期末）简谐运动是最简单、最基本的振动，复杂的振动往往可以看作多个简谐运动的叠加。
（1）如图1所示，固定在竖直圆盘上的小球A随着圆盘以角速度ω沿顺时针方向做半径为R的匀速圆周运动。用竖直向下的平行光照射小球A，在圆盘下方的屏上可以观察到小球A在x方向上的“影子”的运动，开始计时时小球A在圆盘最上端。请根据简谐运动的运动学特征（即做简谐运动的物体的位移x与运动时间t满足正弦函数规律），证明：小球A的“影子”以圆盘圆心在屏上的投影点O为平衡位置做简谐运动。
（2）科幻小说《地心游记》中假想凿通一条贯穿地心的极窄且光滑的隧道，人可以通过该隧道直通地球彼岸。为简化研究，质量为M、半径为R的地球视为质量分布均匀的球体，已知质量均匀分布的球壳内的质点所受万有引力的合力为零，万有引力常量为G。不计空气阻力。
a．如图2所示，以地心O为原点，沿隧道方向建立x轴，请根据简谐运动的动力学特征（即做简谐运动的物体所受的力与它偏离平衡位置的位移的大小成正比，并总是指向平衡位置）证明：质量为m的质点从静止开始落入隧道后在隧道内做简谐运动；
b．根据（1）中关于匀速圆周运动与简谐运动的关系，计算a问中质点通过隧道所用的时间t0。
19．（2024高二下·朝阳期末）碰撞、反冲是十分普遍的现象，通过对这些现象的研究能了解微观粒子的结构与性质。
（1）在物理学史上，用粒子散射实验估测了原子核的半径。如图1所示，一个从很远处以速度运动的粒子与金原子核发生正碰，可认为金原子核始终静止，粒子离金原子核最近的距离等于金原子核的半径。已知粒子的质量为m，电荷量为2e，金原子核的质量为M，电荷量为79e，取无穷远电势为零，两点电荷、相距为r时的电势能表达式为。估算金原子核的半径。
（2）从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对器壁的碰撞引起的。如图2所示，正方体容器内密封着一定质量的理想气体。每个气体分子的质量为m，单位体积内分子数量n为恒量，已知该理想气体分子平均动能（T为热力学温度）。为简化问题，我们假定：分子大小可以忽略，速率均为v且与器壁各面碰撞的机会均等，气体分子与器壁垂直碰撞且无能量损失。证明：该理想气体的压强。
（3）根据玻尔原子理论，一个静止氢原子从能级向基态跃迁的过程中会辐射出一个光子，它的频率满足：。某同学提出质疑：向外辐射的光子具有动量，根据动量守恒定律，氢原子会发生反冲而具有动能，因此需对求解的频率进行修正。已知氢原子质量为m且，请结合数据推导说明“在氢原子辐射问题中忽略原子动能”的合理性。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】布朗运动；分子间的作用力；分子势能；温度和温标
【解析】【解答】A．布朗运动是固体微粒的无规则运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．温度衡量分子的热运动快慢，是物体分子热运动的平均动能的标志，故B正确；
C．分子间距在之间，分子间的作用力随分子间距的增大而减小，分子间距在之间，分子间的作用力随分子间距的增大而先增大后减小，故C错误；
D．当分子力表现为斥力时，分子距离为，随分子间距离的减小分子力做负功，分子势能逐渐增大，故D错误。
故选：B。
【分析】布朗运动是固体微粒的无规则运动；温度是分子平均动能的标志；根据分子力与分子间距离的变化关系分析；根据分子力做功分析。
2．【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射；薄膜干涉；光电效应
【解析】【解答】A．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，是光的薄膜干涉现象，该现象能显著说明光具有波动性，故A正确；
B．水中的气泡看上去特别明亮，是因为光从水进入气泡时发生了全反射引起的，不能显著说明光具有波动性，故B错误；
C．白光经过三棱镜后得到彩色图样，是光的色散现象，不能显著说明光具有波动性，故C错误；
D．用紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出，是光电效应现象，能显著说明光具有粒子性，不能显著说明光具有波动性，故D错误。
故选：A。
【分析】马路上的油膜在阳光照射下呈彩色是光的干涉现象；根据光的全反射现象分析，根据光的色散分析；金属在光的照射下逸出电子说明光具有粒子性。
3．【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．大量处于能级的氢原子跃迁过程中最多可辐射光子的频率种数为
故A错误；
B．从较高的能级跃迁到较低的能级，需要释放能量，氢原子的能量减小，故B错误；
C．从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
属于可见光的光子能量范围，所以从能级跃迁到能级辐射的光为可见光，故C正确；
D、根据能级图可知氢原子处于n=4能级的能量为-0.85eV，故要使其电离至少需要吸收0.85eV的能量，故D错误。
故选：C。
【分析】根据数学组合公式判断辐射出的光子种类的个数；从高能级向低能级跃迁，辐射出光子，其能量降低；氢原子由高能级向低能级跃迁释放出的光子能量等于能级之间的能级差，再结合可见光的范围判断；根据电离条件判断电离能。
4．【答案】B
【知识点】光电效应
【解析】【解答】AD．根据公式
以及图像可知，甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压，则甲光的频率小于乙光的频率，甲光对应的光电子最大初动能小于乙光的光电子最大初动能，故AD错误；
B．甲与丙的遏止电压相等，甲丙是同一种光，甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，所以甲光的强度大于丙光的强度，故B正确；
C．金属材料本身决定截止频率，实验用的是同一光电管，所以乙光所对应的截止频率等于丙光的截止频率，故C错误。
故选：B。
【分析】从光电效应方程的角度分析光的频率大的小以及光电子最大初动能的大小； 同一种光，饱和电流和光照强度有关； 截止频率和材料有关。
5．【答案】D
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．气体由状态a到状态b过程，气体体积不变，压强增大(即pa＜pb)，根据
可知Ta＜Tb，则状态a的温度比状态b的温度低；由于气体体积不变，状态a到状态b的过程中气体的分子数密度不变，故AB错误；
C．状态b到状态c的过程中，气体体积变大，所以气体对外界做功，故C错误；
D．状态c到状态a的过程中，气体压强不变，气体体积变小(即Vc＞Va)，外界对气体做正功，根据
可知Tc＞Ta，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故D正确。
故选：D。
【分析】根据分析气体恒容变化中的相关物理量；根据气体体积与质量，可判断气体的分子数密度；根据分析气体恒压变化中的相关物理量；根据气体体积的变化，可判断气体对外界做功情况。
6．【答案】C
【知识点】波的干涉现象
【解析】【解答】A．主动降噪利用了声波的干涉，故A错误；
B．反噪声与噪声相抵消，即它们能产生稳定的干涉现象，反噪声波频率和噪声波频率相同，故B错误；
C．反噪声声波与噪声振幅、频率相同，步调相反，使合成后的声音大大降低，故C正确；
D．波源决定声波的频率，波源的振动频率不变，被动降噪方式不会改变进入耳膜的声波频率，故D错误。
故选：C。
【分析】主动降噪利用了声波的干涉；根据发生干涉的条件分析，根据合成后的声音减小分析振幅关系；频率是由声源决定的。
7．【答案】B
【知识点】光导纤维及其应用；干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】AB．由图可知，甲、乙两光的入射角相同，甲光的折射角大于乙光的折射角，则根据折射定律
可知光纤对甲光的折射率小于对乙光的折射率，即
则根据
可知在光纤中甲光的速度大于乙光的速度，故A错误，B正确；
C．设光纤的长度为，光进入光纤的折射角为，根据几何关系可知，光在光纤中传播的距离为
又有
，
所以光在光纤中传播的时间为
由题意知
因为乙光的折射角小于甲光的折射角，所以有
即得乙光在光纤中传播时间比甲光长，故C错误；
D．根据
由于光纤对甲光的折射率小于对乙光的折射率，则甲光的频率小于乙光的频率，甲光的波长大于乙光的波长，则用同一双缝干涉装置看到甲光的条纹间距比乙光的大，故D错误。
故选：B。
【分析】根据折射率的定义分析光纤对两种光的折射率大小关系；根据分析在光纤中两种光的速度大小关系；先根据几何关系得到光在光纤中传播的距离，然后即可比较时间长短；根据分析即可。
8．【答案】B
【知识点】动量定理；单摆及其回复力与周期
【解析】【解答】A．由图乙可知周期T=2s，根据周期公式
解得
故A错误；
B．由图乙可知，此单摆的振幅为，故B正确；
C．由图乙可知，在t=-的过程中，摆球位移减小，摆球衡位置运动，摆球的动能逐渐增大，故C错误；
D．图乙的振动图像是摆球由左向右通过平衡位置开始计时得到的，向右为正方向，从t=-的过程中，摆球位移为正值，位移减小，摆球向左运动，速度逐渐增大，根据
可知，摆球所受合力的冲量方向水平向左，故D错误。
故选：B。
【分析】根据图乙得到单摆的周期，根据周期公式得到摆长；根据乙图得到振幅，摆球的位移减小，速度增大，动能增大，根据图乙得到摆球的摆动方向，根据动量定理得到摆球所受合力的冲量。
9．【答案】A
【知识点】动量定理
【解析】【解答】在竖直方向设向上为正方向，反弹速度为，根据动量定理，有
在水平方向设向右为正方向，有
其中
解得
故A正确，BCD错误；
故选：A。
【分析】首先将乒乓球的运动分为水平方向分运动与竖直方向分运动，根据运动规律规定正方向，然后利用动量定理计算水平方向动量变化量和竖直方向动量变化量，进而计算球离开球拍时速度与竖直方向夹角0的正切值。
10．【答案】A
【知识点】变压器原理；常见传感器的工作原理及应用
【解析】【解答】负线圈反向接，当铁芯在中央时上下方次级线圈的磁通量相同，此时副线圈电压为零。即铁芯移动时会因铁芯的移动导致的磁通量的变化产生感应电动势。
A．当铁芯向上移动时，它会使得上方的次级线圈中的磁通量增加，下方的次级线圈中的磁通量减少。因为次级线圈是沿相反方向串联的，所以上方的次级线圈产生的感应电动势会与下方的次级线圈产生的感应电动势相加。因此，cd端输出电压的有效值U2会增加，故A正确；
B．当铁芯从中央位置开始的移动量越大时，它改变穿过次级线圈的磁通量也越多，从而导致次级线圈中产生的感应电动势也越大。因此，U2会越大，故B错误；
C．当铁芯向上移动一定距离后，若增大，则初级线圈中产生的交变电流会增大，进而产生的交变磁场也会增强。这个增强的交变磁场会穿过次级线圈，并在次级线圈中产生更大的感应电动势。因此，会增大，故C错误；
D．由于可变差动变压器的输出电压与铁芯的移动方向有关，如果此时输入端的的磁通量向上增加，磁铁向上移动导致上方的磁通量向上增加而下方的减少，如果此时副线圈的电压为正，而此时向下移动则会导致副线圈电压为负，即可以通过电压的正负反应物体的运动方向，故D错误；
故选：A。
【分析】根据题干中差动变压器式位移传感器的工作原理进行分析判断。
11．【答案】A,C
【知识点】动量定理
【解析】【解答】A．由于弹性绳对人的拉力始终向上，所以弹性绳对人的冲量始终向上，故A正确；
B．弹性绳恰好伸直，绳对人的拉力为零，由于重力大于绳对人的拉力，所以人还在加速，此时速度不是最大值，则动量也不是最大值，故B错误；
C．从弹性绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，动量的变化量方向向上，根据动量定理可知，弹性绳对人的冲量大于重力对人的冲量，故C正确；
D．当弹性绳的弹力等于人的重力时，人的速度最大，接着人向下运动，向上的弹力大于人的重力，开始向下做加速度增大的减速运动，到最低点时速度为零，弹性绳对人的拉力大于人的重力，故D错误。
故选：AC。
【分析】根据冲量的定义可知，冲量的方向与该力的方向保持一致，可根据此条件判断弹性绳对人的冲量方向； 根据牛顿第二定律判断弹性绳恰好伸直时，人的动量是否最大；根据合力方向判断合外力冲量的方向，以此判断动量变化量的方向；人下降至最低点时，是减速到零的过程，所以是弹力大于重力的情况，仍然是利用运动规律及牛顿第二定律判断。
12．【答案】A,D
【知识点】变压器原理；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】A．根据交流电的表达式
知
则原线圈两端电压为
根据电压匝数关系
解得
故A正确；
B．副线圈中的电流
根据电流匝数关系
解得
故B错误；
C．根据交流电的表达式
得
解得
变压器不改变频率，所以通过R的交变电流的频率是，故C错误；
D．滑动变阻器的滑片向上滑动，接入电阻增大，通过滑动变阻器的电流减小，副线圈两端电压一定，则变压器输出功率减小，即变压器的输入功率减小，故D正确。
故选：AD。
【分析】根据交变电流瞬时值的表达式求解电压的有效值，根据理想变压器电压与匝数比的关系求解电压表的示数变化，根据理想变压器的功率关系求解电流表的示数；根据电压瞬时值的表达式求解角速度，再求交流电的频率；根据理想变压器电压与匝数比的关系分析电压表的示数变化，根据功率公式和理想变压器的功率关系分析变压器输入功率的变化。
13．【答案】A,C
【知识点】简谐运动的表达式与图象；波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A．由图乙可以得到波从O传到P的时间为（O图像右移与P图像重合）
由于距离为0.9m，所以传播速度为
其中取（0、1、2、3···），当时，速度为，A正确；
B．由图乙可以得到波从O传到P的时间为（O图像右移与P图像重合）
其中取（0、1、2、3···），故B错误；
C．由图像可知，在时间内，质点O通过的路程为
故C正确；
D．质点P振动的位移一时间关系为
故D错误。
故选：AC。
【分析】根据波从O传到P的时间和周期的关系，结合波速、时间和距离的关系，利用一个周期质点振动为4倍振幅以及振动函数表达式分析求解。
14．【答案】（1）A；B；C
（2）1.5
（3）C
（4）
【知识点】测定玻璃的折射率
【解析】（1）A．需挡住及、的像，故A正确；
B．和的距离应适当大一些，来减小作图误差，故B正确；
C．玻璃砖的宽度应适当大一些，来减小实验误差，故C正确；
D．光在面的折射角等与光在面上入射角，不会发生全发射，故不会导致观察不到、的像，故D错误。
故选：ABC。
（2）由图2中的图像可知，该玻璃砖的折射率为
（3）A．A图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中从玻璃砖出射时，不满足实际在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，故A错误；
B．B图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图虽然正确，但入射角和折射角均为零度，测不出折射率，故B错误；
C．C图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中，光线可以满足从玻璃砖出射时，在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，可以比较准确地测定折射率，故C正确；
D．D图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中，光线不满足从玻璃砖出射时，在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，故D错误。
故选：C。
（4）由题意，将玻璃砖缓慢转过θ角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，说明光线玻璃砖平面发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，即有
根据临界角公式
解得
故答案为：（1）ABC；（2）1.5；（3）C；（4）。
【分析】(1)根据用插针法测定玻璃折射率的实验的正确操作步骤作答，由求出折射率；
(2)光线通过玻璃砖后，会发生折射，光线方向可能发生改变.要比较准确地测定折射率，折射角不能太大，也不能太小，作出选择；
(3)将玻璃砖缓慢转过0角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，说明光线玻璃砖平面发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，由折射定律公式求出该玻璃砖的折射率。
15．【答案】（1）10.6
（2）
（3）；C
（4）
【知识点】用单摆测定重力加速度
【解析】（1）由图2知，该10分度的游标卡尺精度为0.1mm，则摆球的直径为
（2）摆球n次全振动的时间为t，则周期为
由单摆的周期公式
解得重力加速度为
（3）根据单摆的周期公式
可得
则图像的斜率为
求得重力加速度为
A．测周期时，将49次全振动记为50次，会使周期的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏大，但依然过坐标原点，故A错误；
B．测周期时，将50次全振动记为49次，会使周期的测量值偏大，导致重力加速度的测量值偏小，但依然过坐标原点，故B错误；
C．测摆长时，直接将悬点到小球上端的距离记为摆长，摆长的测量少了小球的半径，则有
所以图像不过原点，有正的纵截距，故C正确；
D．测摆长时，直接将悬点到小球下端的距离记为摆长，摆长的测量多了小球的半径，则有
所以图像不过原点，有负的纵截距，故D错误。
故选：C。
（4）根据单摆的原理可知，等效重力加速度为，与摆角无关，则有
整理上式可得
所以为了方便准确地利用图像处理数据进而测出重力加速度，应绘制图像，利用斜率求出。
故答案为：（1）10.6；（2）；（3）；C；（4）。
【分析】(1)10分度游标卡尺的精确度为0.1mm，根据游标卡尺的读数规则读数；
(2)根据全振动时间求周期，根据单摆周期公式求重力加速度；
(3)根据实验原理和注意事项进行分析作答；根据单摆周期公式求解T2-l函数，结合图像斜率的含义求解重力加速度；
(4)先求解单摆的等效重力加速度，然后根据单摆周期公式确定需要绘制的函数图象的坐标轴。
16．【答案】解：（1）感应电动势最大值
从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值的表达式
（2）电流有效值
线圈转动过程中电阻R上产生的热量
（3）线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】(1)根据求解电动势的峰值，根据闭合电路欧姆定律写出线圈中电流瞬时值的表达式；
(2)根据正弦式交变电流规律求解电动势的有效值，根据闭合电路欧姆定律求解电流的大有效值，根据焦耳定律求电阻R上产生的热量Q；
(3)根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和q=It求解电荷量。
17．【答案】解：（1）a．设A球与B球碰撞之前的瞬间速度为，由机械能守恒定律得
解得
B两球组成的系统碰撞过程动量守恒，则
解得
b．碰撞过程中损失的机械能
（2）设A、B两球碰撞后的速度分别为和，A、B两球碰撞过程中动量守恒，以A球的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
①
由于两球发生弹性碰撞，由机械能守恒定律得
②
由于碰后两球上升的最大高度相同，设最大高度为，则根据机械能守恒
联立可得
③
联立①②③可得
【知识点】机械能守恒定律；碰撞模型
【解析】【分析】(1)A球下落的过程中，根据动能定理求得到达最低点的速度；AB球碰撞过程中，根据动量守恒求得碰后速度，在碰撞过程中能量守恒，根据能量守恒求得损失的机械能；
(2)根据动量守恒定律结合机械能守恒及动能定理求解B球的质量。
18．【答案】解：（1）设经过时间t小球与O点连线转过的角度为φ，小球A的“影子”的位移为
又因为
解得
所以，小球A的“影子”以圆盘圆心在屏上的投影点O为平衡位置做简谐运动；
（2）a.设质点偏离地心的位移为x，根据万有引力定律得
又因为
解得
质点所受的万有引力与它偏离平衡位置的位移的大小成正比，方向与位移方向相反，所以质点从静止开始落入隧道后在隧道内做简谐运动；
b.根据得
简谐运动的周期为
质点通过隧道所用的时间为
解得
【知识点】简谐运动的回复力和能量
【解析】【分析】(1)求出小球A的“影子”的位移表达式即可证明；
(2)a.根据万有引力定律求出F与x的关系式即可证明；
b.由F与x的关系式结合周期公式求出质点通过隧道所用的时间。
19．【答案】解：（1）粒子的动能转化为电势能
解得
（2）设时间t内，面积为S，碰撞器壁的气体总体积为
碰撞器壁的气体分子个数为
由碰撞无能量损失，结合动量定理
其中
解得
根据压强公式
（3）由题意确定氢原子质量为
光子动量为
由动量守恒确定氢原子速度
解得
氢原子的动能为
远远小于辐射出光子的能量，所以在氢原子辐射中可以忽略原子动能。
【知识点】动量定理；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；电势能
【解析】【分析】(1)由动能结合电势能表达式求出金原子核的半径；
(2)由动量定理结合压强公式推导理想气体的压强p∝T；
(3)由动量守恒确定氢原子速度结合动能定义求出动能，作出分析。
北京市朝阳区2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷
一、单项选择题（共10个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意）
1．（2024高二下·朝阳期末）关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．温度是物体分子热运动的平均动能的标志
C．分子间的作用力总是随着分子间距增大而增大
D．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而减小
【答案】B
【知识点】布朗运动；分子间的作用力；分子势能；温度和温标
【解析】【解答】A．布朗运动是固体微粒的无规则运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．温度衡量分子的热运动快慢，是物体分子热运动的平均动能的标志，故B正确；
C．分子间距在之间，分子间的作用力随分子间距的增大而减小，分子间距在之间，分子间的作用力随分子间距的增大而先增大后减小，故C错误；
D．当分子力表现为斥力时，分子距离为，随分子间距离的减小分子力做负功，分子势能逐渐增大，故D错误。
故选：B。
【分析】布朗运动是固体微粒的无规则运动；温度是分子平均动能的标志；根据分子力与分子间距离的变化关系分析；根据分子力做功分析。
2．（2024高二下·朝阳期末）以下现象能显著说明光具有波动性的是（ ）
A．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹
B．水中的气泡看上去特别明亮
C．白光经过三棱镜后得到彩色图样
D．用紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出
【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射；薄膜干涉；光电效应
【解析】【解答】A．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，是光的薄膜干涉现象，该现象能显著说明光具有波动性，故A正确；
B．水中的气泡看上去特别明亮，是因为光从水进入气泡时发生了全反射引起的，不能显著说明光具有波动性，故B错误；
C．白光经过三棱镜后得到彩色图样，是光的色散现象，不能显著说明光具有波动性，故C错误；
D．用紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出，是光电效应现象，能显著说明光具有粒子性，不能显著说明光具有波动性，故D错误。
故选：A。
【分析】马路上的油膜在阳光照射下呈彩色是光的干涉现象；根据光的全反射现象分析，根据光的色散分析；金属在光的照射下逸出电子说明光具有粒子性。
3．（2024高二下·朝阳期末）如图所示为氢原子能级示意图。现有大量氢原子处于能级上，已知可见光的光子能量范围是，下列说法正确的是（ ）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射4种频率的光子
B．从能级跃迁到能级，氢原子的能量增加
C．从能级跃迁到能级向外辐射的光是可见光
D．能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．大量处于能级的氢原子跃迁过程中最多可辐射光子的频率种数为
故A错误；
B．从较高的能级跃迁到较低的能级，需要释放能量，氢原子的能量减小，故B错误；
C．从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
属于可见光的光子能量范围，所以从能级跃迁到能级辐射的光为可见光，故C正确；
D、根据能级图可知氢原子处于n=4能级的能量为-0.85eV，故要使其电离至少需要吸收0.85eV的能量，故D错误。
故选：C。
【分析】根据数学组合公式判断辐射出的光子种类的个数；从高能级向低能级跃迁，辐射出光子，其能量降低；氢原子由高能级向低能级跃迁释放出的光子能量等于能级之间的能级差，再结合可见光的范围判断；根据电离条件判断电离能。
4．（2024高二下·朝阳期末）在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．甲光的强度大于丙光的强度
C．乙光所对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于乙光的光电子最大初动能
【答案】B
【知识点】光电效应
【解析】【解答】AD．根据公式
以及图像可知，甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压，则甲光的频率小于乙光的频率，甲光对应的光电子最大初动能小于乙光的光电子最大初动能，故AD错误；
B．甲与丙的遏止电压相等，甲丙是同一种光，甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，所以甲光的强度大于丙光的强度，故B正确；
C．金属材料本身决定截止频率，实验用的是同一光电管，所以乙光所对应的截止频率等于丙光的截止频率，故C错误。
故选：B。
【分析】从光电效应方程的角度分析光的频率大的小以及光电子最大初动能的大小； 同一种光，饱和电流和光照强度有关； 截止频率和材料有关。
5．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，先后经历等容、等温、等压三个过程，经过状态b和c，再回到状态a。下列说法正确的是（ ）
A．状态a的温度比状态b的温度高
B．状态a到状态b的过程中气体的分子数密度增加
C．状态b到状态c的过程中外界对气体做功
D．状态c到状态a的过程中气体向外界放热
【答案】D
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．气体由状态a到状态b过程，气体体积不变，压强增大(即pa＜pb)，根据
可知Ta＜Tb，则状态a的温度比状态b的温度低；由于气体体积不变，状态a到状态b的过程中气体的分子数密度不变，故AB错误；
C．状态b到状态c的过程中，气体体积变大，所以气体对外界做功，故C错误；
D．状态c到状态a的过程中，气体压强不变，气体体积变小(即Vc＞Va)，外界对气体做正功，根据
可知Tc＞Ta，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故D正确。
故选：D。
【分析】根据分析气体恒容变化中的相关物理量；根据气体体积与质量，可判断气体的分子数密度；根据分析气体恒压变化中的相关物理量；根据气体体积的变化，可判断气体对外界做功情况。
6．（2024高二下·朝阳期末）如图所示是主动降噪耳机的工作原理图。在耳机内设有麦克风，用来收集环境中的噪声信号，在此基础上，耳机的处理器产生与环境噪声相位相反的反噪声波来抵消噪声。下列说法正确的是（ ）
A．主动降噪利用了声波的衍射
B．反噪声波频率和噪声波频率可以不同
C．理想情况下，反噪声波和噪声波振幅相同
D．主动降噪耳机可以使进入耳膜的声波频率变小
【答案】C
【知识点】波的干涉现象
【解析】【解答】A．主动降噪利用了声波的干涉，故A错误；
B．反噪声与噪声相抵消，即它们能产生稳定的干涉现象，反噪声波频率和噪声波频率相同，故B错误；
C．反噪声声波与噪声振幅、频率相同，步调相反，使合成后的声音大大降低，故C正确；
D．波源决定声波的频率，波源的振动频率不变，被动降噪方式不会改变进入耳膜的声波频率，故D错误。
故选：C。
【分析】主动降噪利用了声波的干涉；根据发生干涉的条件分析，根据合成后的声音减小分析振幅关系；频率是由声源决定的。
7．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，由甲、乙两种单色光组成的一束光，从一根长直的光纤端面以射入，两种单色光均在侧面发生全反射，则可以准确判断出（ ）
A．光纤对甲光的折射率大于对乙光的折射率
B．在光纤中甲光的速度大于乙光的速度
C．甲光和乙光同时从光纤的另一端面射出
D．用同一双缝干涉装置看到甲光的条纹间距比乙光的小
【答案】B
【知识点】光导纤维及其应用；干涉条纹和光的波长之间的关系
【解析】【解答】AB．由图可知，甲、乙两光的入射角相同，甲光的折射角大于乙光的折射角，则根据折射定律
可知光纤对甲光的折射率小于对乙光的折射率，即
则根据
可知在光纤中甲光的速度大于乙光的速度，故A错误，B正确；
C．设光纤的长度为，光进入光纤的折射角为，根据几何关系可知，光在光纤中传播的距离为
又有
，
所以光在光纤中传播的时间为
由题意知
因为乙光的折射角小于甲光的折射角，所以有
即得乙光在光纤中传播时间比甲光长，故C错误；
D．根据
由于光纤对甲光的折射率小于对乙光的折射率，则甲光的频率小于乙光的频率，甲光的波长大于乙光的波长，则用同一双缝干涉装置看到甲光的条纹间距比乙光的大，故D错误。
故选：B。
【分析】根据折射率的定义分析光纤对两种光的折射率大小关系；根据分析在光纤中两种光的速度大小关系；先根据几何关系得到光在光纤中传播的距离，然后即可比较时间长短；根据分析即可。
8．（2024高二下·朝阳期末）如图甲所示，一单摆做小角度摆动。从某次摆球由左向右通过平衡位置开始计时，画出它的振动图像如图乙所示。忽略空气阻力，g取。下列说法正确的是（ ）
A．此单摆的摆长约为
B．此单摆的振幅为
C．从到的过程中，摆球的动能逐渐减小
D．从到的过程中，摆球所受合力的冲量方向水平向右
【答案】B
【知识点】动量定理；单摆及其回复力与周期
【解析】【解答】A．由图乙可知周期T=2s，根据周期公式
解得
故A错误；
B．由图乙可知，此单摆的振幅为，故B正确；
C．由图乙可知，在t=-的过程中，摆球位移减小，摆球衡位置运动，摆球的动能逐渐增大，故C错误；
D．图乙的振动图像是摆球由左向右通过平衡位置开始计时得到的，向右为正方向，从t=-的过程中，摆球位移为正值，位移减小，摆球向左运动，速度逐渐增大，根据
可知，摆球所受合力的冲量方向水平向左，故D错误。
故选：B。
【分析】根据图乙得到单摆的周期，根据周期公式得到摆长；根据乙图得到振幅，摆球的位移减小，速度增大，动能增大，根据图乙得到摆球的摆动方向，根据动量定理得到摆球所受合力的冲量。
9．（2024高二下·朝阳期末）在运用动量定理处理二维运动时，可以在相互垂直的两个方向上分别研究。某同学某次练习乒乓球削球时，乒乓球与竖直方向成落下，在与球拍接触时，球拍保持水平且向右运动，如图所示。已知球与球拍接触时间极短，接触前后球竖直方向速度大小不变，球与球拍之间的动摩擦因数为0.25，。球可视为质点，不计空气阻力及球的重力。则球离开球拍时速度与竖直方向夹角的正切值为（ ）
A．0.25 B．0.5 C．0.75 D．1
【答案】A
【知识点】动量定理
【解析】【解答】在竖直方向设向上为正方向，反弹速度为，根据动量定理，有
在水平方向设向右为正方向，有
其中
解得
故A正确，BCD错误；
故选：A。
【分析】首先将乒乓球的运动分为水平方向分运动与竖直方向分运动，根据运动规律规定正方向，然后利用动量定理计算水平方向动量变化量和竖直方向动量变化量，进而计算球离开球拍时速度与竖直方向夹角0的正切值。
10．（2024高二下·朝阳期末）可变差动变压器（LVDT）是一种常用的直线位移传感器，简化模型如图所示。它内部主要结构包括一个初级线圈和一对匝数相等的次级线圈，初级线圈位于中间，次级线圈则沿相反方向串联，对称缠绕在初级线圈的两侧；导磁铁芯可以在空心管（图中未画出）中移动，连接到要测量位移的物体上，初始时铁芯恰好位于空心管的中央，运动中铁芯始终有一端在副线圈中。在ab端输入有效值为的正弦式交变电压，cd端输出电压的有效值记为，则（ ）
A．铁芯从中央位置开始向上移动时，增加
B．铁芯从中央位置开始的移动量越大，越小
C．铁芯向上移动一定距离后，若增大，会减小
D．可变差动变压器无法反映物体的运动方向
【答案】A
【知识点】变压器原理；常见传感器的工作原理及应用
【解析】【解答】负线圈反向接，当铁芯在中央时上下方次级线圈的磁通量相同，此时副线圈电压为零。即铁芯移动时会因铁芯的移动导致的磁通量的变化产生感应电动势。
A．当铁芯向上移动时，它会使得上方的次级线圈中的磁通量增加，下方的次级线圈中的磁通量减少。因为次级线圈是沿相反方向串联的，所以上方的次级线圈产生的感应电动势会与下方的次级线圈产生的感应电动势相加。因此，cd端输出电压的有效值U2会增加，故A正确；
B．当铁芯从中央位置开始的移动量越大时，它改变穿过次级线圈的磁通量也越多，从而导致次级线圈中产生的感应电动势也越大。因此，U2会越大，故B错误；
C．当铁芯向上移动一定距离后，若增大，则初级线圈中产生的交变电流会增大，进而产生的交变磁场也会增强。这个增强的交变磁场会穿过次级线圈，并在次级线圈中产生更大的感应电动势。因此，会增大，故C错误；
D．由于可变差动变压器的输出电压与铁芯的移动方向有关，如果此时输入端的的磁通量向上增加，磁铁向上移动导致上方的磁通量向上增加而下方的减少，如果此时副线圈的电压为正，而此时向下移动则会导致副线圈电压为负，即可以通过电压的正负反应物体的运动方向，故D错误；
故选：A。
【分析】根据题干中差动变压器式位移传感器的工作原理进行分析判断。
二、多项选择题（共3个小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题意的，全部选对得4分，选对但不全得3分，错选不得分）
11．（2024高二下·朝阳期末）蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动，某游客身系弹性绳从高空P点自由下落，将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动，如图所示。从弹性绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，若忽略空气阻力影响，下列说法正确的是（ ）
A．弹性绳对人的冲量始终竖直向上
B．弹性绳恰好伸直时，人的动量最大
C．弹性绳对人的冲量大于重力对人的冲量
D．在最低点时，弹性绳对人的拉力等于人的重力
【答案】A,C
【知识点】动量定理
【解析】【解答】A．由于弹性绳对人的拉力始终向上，所以弹性绳对人的冲量始终向上，故A正确；
B．弹性绳恰好伸直，绳对人的拉力为零，由于重力大于绳对人的拉力，所以人还在加速，此时速度不是最大值，则动量也不是最大值，故B错误；
C．从弹性绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，动量的变化量方向向上，根据动量定理可知，弹性绳对人的冲量大于重力对人的冲量，故C正确；
D．当弹性绳的弹力等于人的重力时，人的速度最大，接着人向下运动，向上的弹力大于人的重力，开始向下做加速度增大的减速运动，到最低点时速度为零，弹性绳对人的拉力大于人的重力，故D错误。
故选：AC。
【分析】根据冲量的定义可知，冲量的方向与该力的方向保持一致，可根据此条件判断弹性绳对人的冲量方向； 根据牛顿第二定律判断弹性绳恰好伸直时，人的动量是否最大；根据合力方向判断合外力冲量的方向，以此判断动量变化量的方向；人下降至最低点时，是减速到零的过程，所以是弹力大于重力的情况，仍然是利用运动规律及牛顿第二定律判断。
12．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈与滑动变阻器R相连，原、副线圈匝数之比为4：1，此时滑动变阻器滑片处于中间位置且接入电路的阻值为。若交流电压表、电流表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数为
B．电流表的示数为
C．通过R的交变电流的频率是
D．滑动变阻器的滑片向上滑动，变压器的输入功率减小
【答案】A,D
【知识点】变压器原理；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】A．根据交流电的表达式
知
则原线圈两端电压为
根据电压匝数关系
解得
故A正确；
B．副线圈中的电流
根据电流匝数关系
解得
故B错误；
C．根据交流电的表达式
得
解得
变压器不改变频率，所以通过R的交变电流的频率是，故C错误；
D．滑动变阻器的滑片向上滑动，接入电阻增大，通过滑动变阻器的电流减小，副线圈两端电压一定，则变压器输出功率减小，即变压器的输入功率减小，故D正确。
故选：AD。
【分析】根据交变电流瞬时值的表达式求解电压的有效值，根据理想变压器电压与匝数比的关系求解电压表的示数变化，根据理想变压器的功率关系求解电流表的示数；根据电压瞬时值的表达式求解角速度，再求交流电的频率；根据理想变压器电压与匝数比的关系分析电压表的示数变化，根据功率公式和理想变压器的功率关系分析变压器输入功率的变化。
13．（2024高二下·朝阳期末）如图甲所示，某同学手持细棒抖动彩带的端点O使其在竖直方向上做简谐运动，在彩带上形成的波可以看成沿x轴正方向传播的简谐波。在和处的两个质点O、P的振动图像如图乙所示，则（ ）
A．该波的传播速度大小可能为
B．波由质点O传到质点P的时间可能为
C．在时间内，质点O通过的路程为
D．质点P振动的位移一时间关系为
【答案】A,C
【知识点】简谐运动的表达式与图象；波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A．由图乙可以得到波从O传到P的时间为（O图像右移与P图像重合）
由于距离为0.9m，所以传播速度为
其中取（0、1、2、3···），当时，速度为，A正确；
B．由图乙可以得到波从O传到P的时间为（O图像右移与P图像重合）
其中取（0、1、2、3···），故B错误；
C．由图像可知，在时间内，质点O通过的路程为
故C正确；
D．质点P振动的位移一时间关系为
故D错误。
故选：AC。
【分析】根据波从O传到P的时间和周期的关系，结合波速、时间和距离的关系，利用一个周期质点振动为4倍振幅以及振动函数表达式分析求解。
三、本部分共6题，共58分。
14．（2024高二下·朝阳期末）在“测量玻璃的折射率”实验中：
（1）在“测量玻璃的折射率”实验中，在白纸上放好玻璃砖，和分别是玻璃砖与空气的两个界面且相互平行，如图1所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和。下列说法正确的是__________。
A．需挡住及、的像
B．为减小作图误差，和的距离应适当大一些
C．为减小实验误差，玻璃砖的宽度应适当大一些
D．光可能在发生全发射，导致观察不到、的像
（2）在该实验中，根据界面测得的入射角和折射角的正弦值画出了图2所示图像，从图像可知该玻璃砖的折射率为 。
（3）甲同学用学过的“插针法”测量透明半圆柱玻璃砖折射率。他每次使入射光线跟玻璃砖的直径平面垂直，O为玻璃砖截面的圆心，表示入射光线，表示经过玻璃砖后的出射光线。下列四幅图中，插针合理且能准确测出折射率的是__________。
A． B．
C． D．
（4）乙同学将透明半圆柱玻璃砖放在水平面上，如图3所示。用一束激光垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动玻璃砖，当转过角度时，在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线。则该玻璃的折射率 。
【答案】（1）A；B；C
（2）1.5
（3）C
（4）
【知识点】测定玻璃的折射率
【解析】（1）A．需挡住及、的像，故A正确；
B．和的距离应适当大一些，来减小作图误差，故B正确；
C．玻璃砖的宽度应适当大一些，来减小实验误差，故C正确；
D．光在面的折射角等与光在面上入射角，不会发生全发射，故不会导致观察不到、的像，故D错误。
故选：ABC。
（2）由图2中的图像可知，该玻璃砖的折射率为
（3）A．A图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中从玻璃砖出射时，不满足实际在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，故A错误；
B．B图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图虽然正确，但入射角和折射角均为零度，测不出折射率，故B错误；
C．C图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中，光线可以满足从玻璃砖出射时，在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，可以比较准确地测定折射率，故C正确；
D．D图，将入射光线和折射光线补充完整如图所示
光路图中，光线不满足从玻璃砖出射时，在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，故D错误。
故选：C。
（4）由题意，将玻璃砖缓慢转过θ角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，说明光线玻璃砖平面发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，即有
根据临界角公式
解得
故答案为：（1）ABC；（2）1.5；（3）C；（4）。
【分析】(1)根据用插针法测定玻璃折射率的实验的正确操作步骤作答，由求出折射率；
(2)光线通过玻璃砖后，会发生折射，光线方向可能发生改变.要比较准确地测定折射率，折射角不能太大，也不能太小，作出选择；
(3)将玻璃砖缓慢转过0角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，说明光线玻璃砖平面发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，由折射定律公式求出该玻璃砖的折射率。
15．（2024高二下·朝阳期末）某研究小组用图1所示的装置进行“用单摆测量重力加速度”的实验。
（1）用游标卡尺测量摆球直径，如图2所示，则摆球的直径 。
（2）甲同学测得摆长为l，记录下摆球n次全振动的时间为t，可以测得重力加速度 （用l、n、t、表示）。
（3）为提高测量准确度，乙同学多次改变单摆的摆长l并测得相应的周期T，他根据测量数据画出如图3所示的图像，根据图线上任意两点A、B的坐标、，可求得重力加速度 （用、、、、表示）；该图像不过原点的原因可能是 。
A.测周期时，将49次全振动记为50次
B.测周期时，将50次全振动记为49次
C.测摆长时，直接将悬点到小球上端的距离记为摆长
D.测摆长时，直接将悬点到小球下端的距离记为摆长
（4）丙同学为了研究“单摆做简谐运动的周期与重力加速度的定量关系”，在伽利略用斜面“冲淡”重力思想的启发下，创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境：如图4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，测得摆角为、摆球的摆动周期为T。多次改变斜面的倾角，重复实验，记录、和T，为了能方便准确地利用图像处理数据进而获得结论，应绘制 图像（写出图像的纵坐标—横坐标）。
【答案】（1）10.6
（2）
（3）；C
（4）
【知识点】用单摆测定重力加速度
【解析】（1）由图2知，该10分度的游标卡尺精度为0.1mm，则摆球的直径为
（2）摆球n次全振动的时间为t，则周期为
由单摆的周期公式
解得重力加速度为
（3）根据单摆的周期公式
可得
则图像的斜率为
求得重力加速度为
A．测周期时，将49次全振动记为50次，会使周期的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏大，但依然过坐标原点，故A错误；
B．测周期时，将50次全振动记为49次，会使周期的测量值偏大，导致重力加速度的测量值偏小，但依然过坐标原点，故B错误；
C．测摆长时，直接将悬点到小球上端的距离记为摆长，摆长的测量少了小球的半径，则有
所以图像不过原点，有正的纵截距，故C正确；
D．测摆长时，直接将悬点到小球下端的距离记为摆长，摆长的测量多了小球的半径，则有
所以图像不过原点，有负的纵截距，故D错误。
故选：C。
（4）根据单摆的原理可知，等效重力加速度为，与摆角无关，则有
整理上式可得
所以为了方便准确地利用图像处理数据进而测出重力加速度，应绘制图像，利用斜率求出。
故答案为：（1）10.6；（2）；（3）；C；（4）。
【分析】(1)10分度游标卡尺的精确度为0.1mm，根据游标卡尺的读数规则读数；
(2)根据全振动时间求周期，根据单摆周期公式求重力加速度；
(3)根据实验原理和注意事项进行分析作答；根据单摆周期公式求解T2-l函数，结合图像斜率的含义求解重力加速度；
(4)先求解单摆的等效重力加速度，然后根据单摆周期公式确定需要绘制的函数图象的坐标轴。
16．（2024高二下·朝阳期末）如图所示，某小型交流发电机内的矩形金属线圈ABCD的面积，匝数，线圈的总电阻，线圈所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕轴匀速转动，角速度为。
（1）从中性面开始计时，写出线圈中电流瞬时值的表达式；
（2）求线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q；
（3）求线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量q。
【答案】解：（1）感应电动势最大值
从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值的表达式
（2）电流有效值
线圈转动过程中电阻R上产生的热量
（3）线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】(1)根据求解电动势的峰值，根据闭合电路欧姆定律写出线圈中电流瞬时值的表达式；
(2)根据正弦式交变电流规律求解电动势的有效值，根据闭合电路欧姆定律求解电流的大有效值，根据焦耳定律求电阻R上产生的热量Q；
(3)根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和q=It求解电荷量。
17．（2024高二下·朝阳期末）在同一竖直平面内，两个大小相同的小球A，B悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。现将A球从最低点拉起高度h并由静止释放，在最低点与B球发生正碰。已知A球的质量为m，重力加速度为g，不计小球半径和空气阻力。
（1）若B球的质量也为m且将左侧涂胶，A、B两球碰后粘在一起。求：
a．碰后瞬间两球的速度大小v；
b．碰撞过程中损失的机械能。
（2）若将B球换成质量不同的小钢球，重复上述实验，两球发生弹性碰撞且碰后两球上升的最大高度相同，求B球的质量。
【答案】解：（1）a．设A球与B球碰撞之前的瞬间速度为，由机械能守恒定律得
解得
B两球组成的系统碰撞过程动量守恒，则
解得
b．碰撞过程中损失的机械能
（2）设A、B两球碰撞后的速度分别为和，A、B两球碰撞过程中动量守恒，以A球的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
①
由于两球发生弹性碰撞，由机械能守恒定律得
②
由于碰后两球上升的最大高度相同，设最大高度为，则根据机械能守恒
联立可得
③
联立①②③可得
【知识点】机械能守恒定律；碰撞模型
【解析】【分析】(1)A球下落的过程中，根据动能定理求得到达最低点的速度；AB球碰撞过程中，根据动量守恒求得碰后速度，在碰撞过程中能量守恒，根据能量守恒求得损失的机械能；
(2)根据动量守恒定律结合机械能守恒及动能定理求解B球的质量。
18．（2024高二下·朝阳期末）简谐运动是最简单、最基本的振动，复杂的振动往往可以看作多个简谐运动的叠加。
（1）如图1所示，固定在竖直圆盘上的小球A随着圆盘以角速度ω沿顺时针方向做半径为R的匀速圆周运动。用竖直向下的平行光照射小球A，在圆盘下方的屏上可以观察到小球A在x方向上的“影子”的运动，开始计时时小球A在圆盘最上端。请根据简谐运动的运动学特征（即做简谐运动的物体的位移x与运动时间t满足正弦函数规律），证明：小球A的“影子”以圆盘圆心在屏上的投影点O为平衡位置做简谐运动。
（2）科幻小说《地心游记》中假想凿通一条贯穿地心的极窄且光滑的隧道，人可以通过该隧道直通地球彼岸。为简化研究，质量为M、半径为R的地球视为质量分布均匀的球体，已知质量均匀分布的球壳内的质点所受万有引力的合力为零，万有引力常量为G。不计空气阻力。
a．如图2所示，以地心O为原点，沿隧道方向建立x轴，请根据简谐运动的动力学特征（即做简谐运动的物体所受的力与它偏离平衡位置的位移的大小成正比，并总是指向平衡位置）证明：质量为m的质点从静止开始落入隧道后在隧道内做简谐运动；
b．根据（1）中关于匀速圆周运动与简谐运动的关系，计算a问中质点通过隧道所用的时间t0。
【答案】解：（1）设经过时间t小球与O点连线转过的角度为φ，小球A的“影子”的位移为
又因为
解得
所以，小球A的“影子”以圆盘圆心在屏上的投影点O为平衡位置做简谐运动；
（2）a.设质点偏离地心的位移为x，根据万有引力定律得
又因为
解得
质点所受的万有引力与它偏离平衡位置的位移的大小成正比，方向与位移方向相反，所以质点从静止开始落入隧道后在隧道内做简谐运动；
b.根据得
简谐运动的周期为
质点通过隧道所用的时间为
解得
【知识点】简谐运动的回复力和能量
【解析】【分析】(1)求出小球A的“影子”的位移表达式即可证明；
(2)a.根据万有引力定律求出F与x的关系式即可证明；
b.由F与x的关系式结合周期公式求出质点通过隧道所用的时间。
19．（2024高二下·朝阳期末）碰撞、反冲是十分普遍的现象，通过对这些现象的研究能了解微观粒子的结构与性质。
（1）在物理学史上，用粒子散射实验估测了原子核的半径。如图1所示，一个从很远处以速度运动的粒子与金原子核发生正碰，可认为金原子核始终静止，粒子离金原子核最近的距离等于金原子核的半径。已知粒子的质量为m，电荷量为2e，金原子核的质量为M，电荷量为79e，取无穷远电势为零，两点电荷、相距为r时的电势能表达式为。估算金原子核的半径。
（2）从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对器壁的碰撞引起的。如图2所示，正方体容器内密封着一定质量的理想气体。每个气体分子的质量为m，单位体积内分子数量n为恒量，已知该理想气体分子平均动能（T为热力学温度）。为简化问题，我们假定：分子大小可以忽略，速率均为v且与器壁各面碰撞的机会均等，气体分子与器壁垂直碰撞且无能量损失。证明：该理想气体的压强。
（3）根据玻尔原子理论，一个静止氢原子从能级向基态跃迁的过程中会辐射出一个光子，它的频率满足：。某同学提出质疑：向外辐射的光子具有动量，根据动量守恒定律，氢原子会发生反冲而具有动能，因此需对求解的频率进行修正。已知氢原子质量为m且，请结合数据推导说明“在氢原子辐射问题中忽略原子动能”的合理性。
【答案】解：（1）粒子的动能转化为电势能
解得
（2）设时间t内，面积为S，碰撞器壁的气体总体积为
碰撞器壁的气体分子个数为
由碰撞无能量损失，结合动量定理
其中
解得
根据压强公式
（3）由题意确定氢原子质量为
光子动量为
由动量守恒确定氢原子速度
解得
氢原子的动能为
远远小于辐射出光子的能量，所以在氢原子辐射中可以忽略原子动能。
【知识点】动量定理；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；电势能
【解析】【分析】(1)由动能结合电势能表达式求出金原子核的半径；
(2)由动量定理结合压强公式推导理想气体的压强p∝T；
(3)由动量守恒确定氢原子速度结合动能定义求出动能，作出分析。
