2023-2024学年河南省南阳市西峡县第二高级中学高二（下）开学考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年河南省南阳市西峡县第二高级中学高二（下）开学考试物理试卷（含解析），共17页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.关于做简谐运动物体的位移、速度、加速度的关系，下列说法中正确的是( )
A. 位移减小时，速度增大，加速度也增大
B. 位移方向总跟加速度方向相反，但跟速度方向相同
C. 物体远离平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相同
D. 物体通过平衡位置时，回复力为零，故处于平衡状态
2.关于机械波，下列说法中正确的是( )
A. 机械波的振幅与波源振动的振幅不相等
B. 在波的传播过程中，介质中质点的振动频率等于波源的振动频率
C. 在波的传播过程中，介质中质点的振动速度等于波的传播速度
D. 在机械波的传播过程中，离波源越远的质点振动的周期越大
3.如图为一单摆做简谐运动时的速度—时间图像，不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是( )
A. 此单摆的摆长约为2 m
B. t=1 s时单摆的回复力为零
C. 若减小释放单摆时的摆角，单摆的周期将变小
D. 将此单摆从北京移至广州，它做简谐运动的周期将变大
4.两个弹簧振子甲、乙沿水平方向放置，取向右为正方向，其振动图像如图所示，以下说法正确的是( )
A. 两弹簧振子具有相同的相位
B. 甲的振幅比乙大，所以甲的能量比乙大
C. t=2 s时甲具有负向最大速度，乙具有正向最大位移
D. 甲、乙两弹簧振子加速度最大值之比一定为2∶1
5.如图甲所示，竖直圆盘转动时，可带动固定在圆盘上的T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个弹簧和小球，共同组成一个振动系统．当圆盘静止时，小球可稳定振动．现使圆盘以4s的周期匀速转动，经过一段时间后，小球振动达到稳定．改变圆盘匀速转动的周期，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图乙所示，则( )
A. 此振动系统的固有频率约为0.25Hz
B. 此振动系统的固有频率约为3Hz
C. 若圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率不变
D. 若圆盘匀速转动的周期增大，共振曲线的峰值将向右移动
6.一列简谐横波沿x轴正方向传播，t=0时刻的波形如图中实线所示，t=0.1s时刻的波形如图中虚线所示。波源不在坐标原点O，P是传播介质中离坐标原点xP=2.5m处的一个质点。则以下说法中正确的是( )
A. 质点P的振幅为0.05m
B. 波的频率可能为7.5Hz
C. 波的传播速度可能为50m/s
D. 在t=0.1s时刻与P相距5m处的质点一定沿y轴正方向运动
7.一列沿x轴负方向传播的简谐横波，t=2 s时的波形如图(a)所示，x=2 m处质点的振动图像如图(b)所示，则波速可能是( )
A. 15m/sB. 25m/sC. 35m/sD. 45m/s
8.如图甲所示，金属小球用轻弹簧连接在固定的光滑斜面顶端。小球在斜面上做简谐运动，到达最高点时，弹簧处于原长。取沿斜面向上为正方向，小球的振动图像如图乙所示。则( )
A. 弹簧的最大伸长量为4 m
B. t=0.2 s时，弹簧的弹性势能最大
C. t=0.2 s到t=0.6 s内，小球的重力势能逐渐减小
D. t=0到t=0.4 s内，回复力的冲量为零
9.如图所示，是两人合作模拟振动曲线的记录装置．先在白纸中央画一条直线OO1使它平行于纸的长边，作为图象的横坐标轴．一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于OO1的方向振动，另一个人沿OO1的方向匀速拖动白纸，纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的x−t图象．下列说法中正确的是( )
A. 白纸上OO1轴上的坐标代表速度
B. 白纸上与OO1垂直的坐标代表振幅
C. 匀速拖动白纸是为了保证时间均匀变化
D. 拖动白纸的速度增大，可使笔尖振动周期变长
10.某同学用粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈铁丝后竖直悬浮在装有盐水的杯子中，如图甲方示。现把木筷向上提起一段距离后放手并开始计时，之后木筷做简谐运动。以竖直向上为正方向作出木筷振动的x−t图像，如图乙所示，不计水的阻力。则()
A. 木筷振动的回复力由水对木筷和铁丝的浮力提供
B. 从0.1∼0.2s过程中木筷的动量逐渐变大
C. 木筷的位移时间关系式为x=5sin5πt−π2cm
D. t=0.45s时，木筷和铁丝的重力大于其所受的浮力(2020上·湖北·高三校联考阶段练习)
11.图(a)为一列波在t=2s时的波形图，图(b)是平衡位置在x=2.5m处的质点的振动图像，P是平衡位置为x=1m的质点，下列说法正确的是( )
A. 波的传播方向向右B. 波速为1m/s
C. 0∼2s时间内，P运动的路程为4cmD. 0∼2s时间内，P向y轴负方向运动
12.一列横波从t=0时刻开始，从原点O沿着x轴传播，t=0.6时刻传至P点，若OP=12m，PB=8m，BC=10m，如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 当波刚传到C点时，P点运动的路程比C点运动的路程多18cm
B. t=1s时刻B点的位移是2cm
C. t=1.5s时刻C点第一次在波峰
D. 当波刚传播到B点时，P点运动的路程比B点运动的路程多8cm
二、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
(1)需要记录的数据有：小钢球的直径d、__________和周期T。
(2)用游标卡尺测小钢球的直径如图甲所示，则直径d为__________ mm。
(3)如图乙所示，某同学由测量数据作出L−T2图线，根据图线求出重力加速度g=__________m/s2。(已知π2≈9.86，结果保留三位有效数字)
14.甲、乙、丙三个学习小组分别利用单摆测定重力加速度。


(1)甲组同学采用图甲所示的实验装置。为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用________。(用器材前的字母表示)
a.长度接近1 m的细绳
b.长度为30 cm左右的细绳
c.直径为1.8 cm的塑料球
d.直径为1.8 cm的铁球
e.最小刻度为1 cm的米尺
f.最小刻度为1 mm的米尺
(2)乙组同学为了提高测量精度，需多次改变l值，并测得相应的T值。现将测得的六组数据标在以l为横坐标、T2为纵坐标的坐标系上，即图丙中用“·”表示的点，则单摆做简谐运动应满足的条件是________。
试根据图乙中给出的数据点作出T2和l的关系图线，根据图线可求出g=________ m/s2。(结果取两位有效数字)
(3)丙组同学在家里测重力加速度。他们找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图丙所示。
由于家里只有一根量程为30 cm的刻度尺。于是他们在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中，当O、A间细线的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2。由此可得重力加速度g=________(用l1、l2、T1、T2表示)。
三、计算题：本大题共3小题，共38分。
15.一水平弹簧振子做简谐运动的位移与时间的关系如图。
(1)该简谐运动的周期和振幅分别是多少；
(2)写出该简谐运动的表达式；
(3)求t=0.25×10−2s时振子的位移。
16.如图所示是一列横波上A、B两质点的振动图象，该波由A向B传播，两质点沿波的传播方向上的距离Δx=4.0 m，波长大于3.0 m，求这列波的波速。
17.如图所示，倾角为α的斜面体(斜面光滑且足够长)固定在水平地面上，斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为L的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m的物块。压缩弹簧使其长度为34L时将物块由静止开始释放(物块做简谐运动)，重力加速度为g。
(1)求物块处于平衡位置时弹簧的长度；
(2)物块做简谐运动的振幅是多少；
(3)选物块的平衡位置为坐标原点，沿斜面向下为正方向建立坐标系，用x表示物块相对于平衡位置的位移，证明物块做简谐运动。(已知做简谐运动的物体所受的回复力满足F=−kx)
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
简谐运动的位移是指质点离开平衡位置的位移，方向从平衡位置指向质点所在位置，当质点背离平衡位置时，位移增大，速度减小，加速度增大，加速度方向总是与位移方向相反，指向平衡位置，质点做非匀变速运动，当质点靠近平衡位置时，位移减小，速度增大，加速度减小。
本题考查分析简谐运动过程的能力，对于简谐运动，位移方向总是离开平衡位置，加速度方向、回复力方向总是指向平衡位置。
【解答】
A.位移减小时，速度增大，加速度减小，故A错误；
BC.位移方向总跟加速度方向相反；当物体远离平衡位置时，位移方向与速度方向相同，当物体靠近平衡位置时，位移方向与速度方向相反，故B错误，C正确；
D.物体通过平衡位置时，回复力为零，但合外力不一定为零，所以不一定处于平衡状态，故D错误。
故选C。
2.【答案】B
【解析】解：A、波在传播过程中，机械波的振幅与波源振动的振幅是相等的，故A错误；
B、每个质点都在重复波源的振动因此质点的振动频率和波源的振动频率是相同的，故B正确。
C、振动速度与波的传播速度是不相同的，故C错误；
D、在波传播中各点的振动周期均与波源的周期相同，故D错误；
故选：B。
波动过程是传播波源的振动形式和能量的过程，振动质点并不随波一起传播，而是在自己平衡位置振动，因此明确波的形成是解本题关键。
本题考查了波的形成和传播这一基础性知识，要注意质点在其平衡位置附近振动，要明确波的速度和质点的振动速度不相同，
3.【答案】D
【解析】【分析】由v−t图像横坐标读出单摆的周期T=2s，再由单摆公式T=2π Lg，即可求出L;重力加速度g随纬度减小而减小。
本题考查与单摆周期公式相关的物理量，由图像倒找周期，然后根据选项依次进行判断，难
度不大。
【解答】A.由图可知，摆动周期T=2s，由单摆周期公式T=2π Lg，可解得此单摆的摆长约为1m，故A错误；
B.t=1s摆球速度为零，在最大位移处，单摆的回复力最大，故B错误；
C.单摆的周期与摆角无关，故C错误；
D.将此单摆从北京移至广州，重力加速度减小，它做简谐运动的周期将变大，故D正确。
故选D。
4.【答案】C
【解析】【分析】
由题图判断相位是否相同，因为两个弹簧振子弹簧的劲度系数与小球质量未知，故无法通过图象分析能量与加速度大小关系；结合图象分析在t=2s时两振子的运动情况。
将振动图象与实际运动联系起来是解题的关键。
【解答】
A.由图像知两弹簧振子的周期不相等，只是初相位相同，所以它们的相位不相同，选项A错误；
B.两弹簧为水平弹簧振子，能量只有动能和弹性势能，当最大位移时能量即弹性势能。甲的振幅大，但两弹簧的劲度系数大小不知，所以最大位移时弹性势能无法判断，即总能量大小无法判断，选项B错误；
C.t=2s时甲处于平衡位置负向运动，具有负向最大速度，乙在正向最大位移处，具有正向最大位移，故选项C正确；
D.不知道两个弹簧劲度系数和振子质量的大小关系，所以无法判断回复力大小和加速度大小的比例关系，故选项D错误。
故选C。
5.【答案】B
【解析】【分析】振子做受迫振动，受迫振动的频率等于驱动力的频率．在共振曲线中振子的振幅最大的点，就是振子的固有频率对应的数值．振动系统的固有频率是由振动系统本身的性质决定的．
解决本题的关键掌握共振的条件，以及知道振子受迫振动的频率等于驱动力的频率，振动系统的固有频率是由振动系统本身的性质决定的，与驱动力的频率无关．
【解答】AB、由振子的共振曲线可得，此振动系统的固有频率约为3Hz.故A错误，B正确；
C、振动系统的振动频率是由驱动力的频率决定的，所以若圆盘匀速转动的周期增大，系统的振动频率减小．故C错误；
D、共振曲线的峰值表示振子的固有频率，它是由振动系统本身的性质决定的，与驱动力的频率无关．故D错误．
故选：B。
6.【答案】C
【解析】【分析】
波沿x轴正方向传播，根据波形的平移法得到波的周期可能值，求出频率的可能值和速度的可能值．根据时间与周期的关系，判断t=0.1s时刻与P相距5m处的质点的速度方向。
本题运用波形的平移法分析时间与周期的关系，确定波的周期，是经常采用的方法。
【解答】
A、振幅为质点离开平衡位置的最大距离，根据图像可知质点P的振幅为0.1m，故A错误；
B、波沿x轴正方向传播，则△t=nT+T4=0.1s，周期为T=0.44n+1s，频率为f=1T=4n+10.4=20n+52Hz，(n=0,1,2,3…)，所以波的频率可能为2.5Hz、12.5Hz、…，频率不可能为7.5Hz，故B错误；
C、波长λ=4m，波速为v=λf=4×20n+52m/s=(40n+10)m/s(n=0,1,2,3,…)，所以当n=1时，v=50m/s，故C正确；
D、xP=2.5m，在t=0.1s时刻，与P相距5m=114λ处的质点，结合波向右传播，可得如果质点在P点左侧，那么沿y轴负方向运动，如果质点在P点右侧，那么沿y轴正方向运动，故D错误。
7.【答案】A
【解析】【分析】
根据“同侧法”可知x=2m处的质点可能的位置，根据图乙可得该波的周期，根据波速的计算公式求解波速。
本题主要是考查了波的图像；解答本题关键是要理解波的图像的变化规律，要理解振动图像和波动图像各自的物理意义，知道波速、波长和周期之间的关系。
【解答】
解：x=2m处的质点在t=2s时处于平衡位置向下振动，根据“同侧法”可知x=2m处的质点可能处于(n+12)λ处，即(n+12)λ=2m，
解得：λ=42n+1m，(n=0、1、2、3...)
根据图乙可得该波的周期T=4s；
则该波的波速为：v=λT=12n+1m/s(n=0、1、2、3...)
当n=2时，v=15m/s，故A正确，BCD错误。
8.【答案】C
【解析】【分析】
(1)运动到最低点时弹簧的伸长量最大，等于两个振幅；
(2)0.2s时小球在最高点，弹簧处于原长位置，弹性势能为零；
(3)0.2s到0.6s小球由最高点向最低点运动，高度降低，重力势能逐渐减小；
(4)根据动量定理可求得回复力的冲量。
解决该题的关键是会分析简谐运动的平衡位置以及最大位移处，会分析小球受到的力，知道回复力来源，熟记动量定理。
【解答】
A.运动到最低点时弹簧的伸长量最大，等于两个振幅，所以最大伸长量为2cm，故A错误；
时小球在最高点，弹簧处于原长位置，弹性势能为零，故B错误；
到0.6s小球由最高点向最低点运动，高度降低，重力势能逐渐减小，故C正确；
D.t=0和t=0.4s时刻小球的速度大小相等，方向相反，根据动量定理得0∼0.4s内的回复力冲量不等于零，故D错误。
9.【答案】C
【解析】解：A、笔尖振动周期一定，根据白纸上记录的完整振动图象的个数可确定出时间长短，所以白纸上OO1轴上的坐标代表时间。故A错误。
B、白纸上与OO1垂直的坐标是变化的，代表了笔尖的位移，而不是振幅，故B错误。
C、由v=xt可知，匀速拖动白纸，是为了用相等的距离表示相等的时间，故C正确。
D、笔尖振动周期与拖动白纸的速度无关。拖动白纸的速度增大，笔尖振动周期不改变，故D错误。
故选：C。
铅笔尖在白纸上沿垂直于OO1的方向振动，白纸上OO1轴上的坐标代表时间，与OO1垂直的坐标代表位移，匀速拖动白纸是为了用相等的距离表示相等的时间．笔尖振动周期与拖动白纸的速度无关．
本题与书沙摆实验相似，采用描迹法得到简谐运动的图象，关键要抓住笔尖的运动与白纸运动的同时性，知道位移是周期性变化的．
10.【答案】D
【解析】A.木筷振动的回复力由水对木筷和铁丝的浮力以及重力提供，故A错误；
B.根据图像可知，从0.1s～0.2s过程中木筷向最大位移处运动，速度逐渐变小，则动量逐渐变小，故B错误；
C.根据图像可知
T=0.4s
所以
ω=2πT=5πrad/s
木筷的位移时间关系式为
x=5sin5πt+π2cm
故C错误；
D.t=0.45s时，根据图像可知，从正向最大位移处向平衡位置运动，斜率代表速度，向负方向加速，加速度向下，木筷和铁丝的重力大于其所受的浮力，故D正确。
故选D。
11.【答案】A
【解析】A.从振动图像中可知在t=2s时，x=2.5m处的质点沿y轴负方向运动，由图(a)根据上下坡法可知波向右传播，故A正确；
B.由图(a)可知该简谐横波波长为2m，由图(b)知周期为4s，则波速为v=λT=24m/s=0.5m/s，故B错误；
CD.由图(a)可知t=2s时，质点P在波峰处，2s=12T，所以可知0～2s时间内即半个周期内，P沿y轴从负的最大位移处运动到了正的最大位移处，沿y轴正方向运动，所以路程为2个振幅，即8cm，故CD错误。
故选A。
12.【答案】D
【解析】【分析】
根据题意可求出波长．由P与B，A与C位置关系求出当振动刚传到B或C时A多运动的路程，再求P与B，P与C运动的路程关系．根据周期研究经过多长时间C点什么时刻波峰和B点的位移．
本题考查分析波动形成过程的能力，要抓住波的周期性，确定周期与时间的关系．还要抓住波形平移的规律应用，如当离C最近的波峰的振动传到C点时，C点第一次到达波峰等等．
【解答】
A、由题意，该波的波长为λ=8m，由于PC=PB+BC=8m+10m=18m=2.25λ，波从t=0时刻开始传到C点时间t=2.25T，则当波刚传到C时，P比C多运动的路程S=4×2.25×A=9A=2×cm=18cm，此时，P在波峰，在以后运动中，路程关系会变化，故A错误；
B、波传到B的时刻为t=1s，此时B的位移为0，故B错误；
C、由题T=0.4s，λ=8m，波速为v=λT=80.4=20m/s.从该波形图再向右传播20m，C第一次到达波峰，所以t=xv=2020s=1s；该波从波源到该波形用的时间为0.6s，所以C点第一次到达波峰的时间为：t1=1s+0.6s=1.6s，故C错误；
D、波传到B的时刻为t=1s，此时B的位移为0.故D错误．PB=8m=λ，则当波刚传到B时A比B多运动的路程S=4A=8cm，后来PB同步，P点的路程总是比B点的路程多8cm，故D正确。
13.【答案】(1)摆线长度L； (2)18.6；(3)9.59/9.58
【解析】解：(1)单摆的摆长等于摆线长L与摆球半径之和，所以除了摆球的直径还需要知道摆线长度L；
(2)10分度游标卡尺的精确值为 0.1mm ，由图甲可知小钢球的直径为d=1.8cm+6×0.1mm=18.6mm
(3)根据单摆周期公式可得T=2π L+d2g
可得L=g4π2T2−d2
可得L−T2 图像的斜率为k=g4π2
解得重力加速度为g=4π2k=4×9.86×1.15−0.704.8−2.95m/s2≈9.59m/s2
【分析】
(1)单摆的摆长等于摆线长L与摆球半径之和，所以除了摆球的直径还需要知道摆线长L；
(2)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读；
(3)由单摆周期公式求出图象的函数表达式，然后根据图象求出重力加速度。
本题关键要掌握实验的原理：单摆的周期公式T=2π Lg，要能根据实验原理，分析实验误差，通过数学变形，研究L−T2图线的物理意义。
14.【答案】(1)adf (2)偏角小于5° 9.9(3)4π2(l1−l2)T12−T22
【解析】【分析】
根据单摆的周期公式T=2π lg得出重力加速度表达式，再根据实验要求分析各个选项。单摆做简谐运动的条件是偏角θ <5°。根据g=4π2lT2结合图像的斜率分析得出重力加速度。
本题考查利用单摆测量重力加速度的实验，解决本题的关键知道实验的原理，掌握单摆的周期公式，会通过图象法求解重力加速度的大小。
【解答】
(1)根据T=2π lg得g=4π2lT2，则可知要准确地测量出当地的重力加速度需要测量摆长，摆长等于摆线的长度和摆球的半径之和，所以选择长度近1 m的细绳，直径为1.8 cm的铁球，需要测量摆线长，所以需要最小刻度为1 mm的米尺，故选a、d、f。
(2)单摆做简谐运动的条件是偏角θ <5°。
连线时使大部分点落在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧(如图)，图线斜率k=ΔT2Δl=4 s2/m。由g=4π2lT2可知T2−l图线的斜率表示4π2g，故g≈9.9 m/s2。
设A到铁锁重心的距离为l，则第1、2次的摆长分别为l+l1、l+l2，由T1=2π l+l1g，
T2=2π l+l2g，联立解得g=4π2(l1−l2)T12−T22。
15.【答案】解：(1)由题图知，周期与振幅为T=2×10−2s，A=2cm；
(2)由ω=2πT=100πrad/s，又因为φ=3π2，或者φ=−π2，所以振子做简谐运动的表达式为x=2sin100πt+3π2cm，或x=2sin100πt−π2cm；
(3)当t=0.25×10−2s时位移为x=2sin100πt+3π2cm=−1.41cm。

【解析】本题主要考查振动图象，明确图象的意义是解决问题的关键。
(1)根据振动图象可知简谐运动的周期和振幅；
(2)根据振动图象即可写出该简谐运动的表达式；
(3)将t=0.25×10−2s代入简谐运动的表达式即可求得此时振子的位移。
16.【答案】解：由振动图象可知，质点振动周期T=0.4s
取t=0时刻分析，质点A经平衡位置向上振动，质点B处于波谷，设波长为λ，
则：△x=nλ+14λ(n=0、1、2、3…)
所以该波的波长为：λ=4△x4n+1=164n+1m
因为有λ>3.0m的条件，所以去n=0，1
当n=0时，λ1=16m，波速v1=λ1T=40m/s
当n=1时，λ2=3.2m，波速v2=λ2T=8m/s
答：这列波的波速为40m/s或8m/s．
【解析】由两个质点的振动图象分析它们状态关系，确定距离与波长的关系，列出波长的通项式，由通项式代入数值求解．
本题解题关键是根据两质点的振动状态，结合波的周期性列出通项，培养运用数学知识解决物理问题的能力．
17.【答案】(1) L+mgsinαk ；(2) mgsinαk+L4 ；(3)物块做简谐运动
【解析】(1)物块平衡时，受重力、支持力和弹簧的弹力。根据平衡条件，有
mgsinα=k·Δx
解得
Δx=mgsinαk
故弹簧的长度为
L′=L+mgsinαk
(2)物块做简谐运动的振幅为
A=Δx+14L=mgsinαk+14L
(3)物块到达平衡位置下方x位置时，弹力为
k(x+Δx)=k(x+ mgsinαk )
故合力为
F=mgsinα−k(x+ mgsinαk )=−kx
故物块做简谐运动。