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南阳市2023-2024学年高二下学期期中考试
物理试题
（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
注意事项：
1.本试卷中所有试题必须作答在答题纸上规定的位置，否则不给分。
2.答题前，务必将自己的姓名、准考证号用0.5毫米黑色墨水签字笔填写在试 及答题纸上。
3.作答非选择题时必须用黑色字迹0.5毫米签字笔书写在答题纸的指定位置上，作答选择题必须用2B铅笔在答题纸上将对应题目的选项涂黑。如需改动，请用橡皮擦干净后，再选涂其它答案，请保持答题纸清洁，不折叠、不破损。
第Ⅰ卷（选择题）
一、单项选择题（本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一个是符合题目要求的。）
1.（本题4分）下列关于光现象的理解，下列说法正确的是（ ）
A.泊松首先在实验室中观察到了泊松亮斑
B.全息照相机利用了激光的相干性好的特性
C.在多雾或多雨的城市中，采用红灯图作为各种交通警示，原因是红光容易产生干涉
D.光导纤维丝外套材料的折射率应比内芯材料的折射率大：
2.（本题4分）一列简谐波沿轴方向传播，时刻的波形图如图所示，此后质点比质点提前回到平衡位置。下列说法正确的是（ ）
A.简谐波沿轴正方向传播 B.简谐波的振幅为
C.简谐波的波速为 D.时，质点的位移为
3.（本题4分）如图，一列简谐横波沿轴的正方向传播，振幅为。已知在时刻平衡位置在的质点的位移为且正沿轴负方向运动，平衡位置在的质点的位移为且正沿轴正方向运动，此时，两质点间只有一个波谷，波的传播速度为。则下列说法正确的是（ ）
A.质点比质点振动滞后
B.质点的振动周期为
C.简谐波的波长为
D.某时刻，质点、的速度（速度为零除外）可能相同
4.（本题4分）一束只含两种频率的光，照射到底面有涂层的平行均匀玻璃砖上表面后，经下表面反射从玻璃砖上表面射出后，光线分为、两束，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.增大从空气到玻璃的入射角（90°之内），、光可能在玻璃内上表面发生全反射
B.用同一装置进行单色光双缝干涉实验，光的相邻亮条纹间距大于光的相邻亮条纹间距
C.光的频率小于光的频率
D.当从同种玻璃射入空气发生全反射时，光的临界角较小
5.（本题4分）以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“双缝干涉”实验，图丙为“用干涉法检测工件表面平整度”实验，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是（ ）
甲 乙 丙 丁
A.由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大
B.图乙观察者不动，波源向右运动，相等的时间内，左边观察者接收到波的个数比右边的少
C.图丙中，若将薄片向左移动，条纹间距将变小
D.图丁中，当固定不动，将从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动90°的过程中，光屏上光的亮度保持不变
6.（本题4分）如图甲所示，质量为的物体放在水平面上，通过轻弹簧与质量为的物体连接，现在竖直方向给物体一初速度，当物体运动到最高点时，物体与水平面间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，物体的位移随时间的变化规律如图乙所示，已知重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A.时间内，物体的速度与加速度方向相反
B.物体在任意一个内通过的路程均为
C.物体的振动方程为
D.物体对水平面的最大压力为
二、多选题（共24分，选不全者得3分）
7.（本题6分）一列沿轴负方向传播的简谐横波，时的波形如图（a）所示，处质点的振动图像如图（b）所示，则波速可能是（ ）
图（a） 图（b）
A. B. C. D.
8.（本题6分）如图甲所示，水面下有一点光源，同时发射出光和光后，在水面上形成一个被照亮的圆形区域（见图乙），内圆区域为，两种单色光所构成的复色光，周边环状区域为光，则下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A.光的频率比光的小 B.水对光的折射率比对光的大
D.真空中光的波长小于光的波长 C.光在水中的传播速度比光的大
9.（本题6分）如图甲所示，、和是同一水平面内的三个点，沿竖直方向振动的横波Ⅰ在介质中沿方向传播，与相距，点的振动图像如图乙所示；沿竖直方向振动的横波Ⅱ在同一介质中沿方向传播，与相距，点的振动图像如图丙所示。在时刻，两列波同时分别经过、两点，两列波的波速都为，两列波在点相遇，则以下说法正确的是（ ）.
甲 乙 丙
A.两列波的波长均为 B.点是加强点，振幅为
C.时点在平衡位置且向下振动 D.波遇到的障碍物将发生明显衍射现象
10.（本题6分）如图，点是一半径为的匀质玻璃半球体的球心，半球体底部平面水平放置，有一束光线从距离点为的点入射，光线与竖直方向的夹角为，当时光线恰好在半球体的球面处发生全反射，若不考虑光线在界面各处非全反射情况下的反射光线，则（ ）
A.玻璃的折射率为
B.时光线在半球体内传播所用时间为
C.改变的大小，使入射光线第一次到达球面时能够从球面射出，且出射光线恰好与入射光平行，则
D.改变的大小，使入射光线第一次到达球面时能够从球面射出，且出射光线恰好与入射光平行，则光线在半球体内传播时间为
第Ⅱ卷（非选择题）
三、实验题（共14分）
11.（本题6分）如图甲所示，利用双缝干涉测定光的波长的实验中，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
甲
（1）若用激光器做光源，该实验可以照样完成，这样可以去掉的部件是__________。
（2）若将单缝远离双缝，干涉条纹宽度__________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）若双缝的间距为，屏与双缝间的距离为，如图所示，测得第1条暗条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为，则单色光的波长__________。
12.（本题8.分）用图示装置完成“探究单摆周期与摆长的关系”：
（1）用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径，结果如图甲所示，可读出摆球的直径为__________；
（2）实验时，摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置激光光源与光敏电阻，如图乙所示，光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值随时间的变化图线如图丙所示，则该单摆的周期为__________；
（3）实验中测出单摆的周期和摆线的长度，利用图像法求重力加速度时，测量值与真实值相比__________。（填偏大、相等、偏小）
（4）如图所示的振动图像真实地描述了摆长约为的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中坐标原点表示计时开始，A、B、C、D图反映了30次全振动的图像.已知，，这四种操作过程符合实验要求且误差最小的是__________。（填字母代号）
A. B.
C. D.
四、解答题（共38分）
13.（本题10分）轻弹簧上端固定，下端系一质量为的小球，小球静止时弹簧伸长量为。现使小球在竖直方向上做简谐运动，从小球在最高点释放时开始计时，小球相对平衡位置的位移随时间变化的规律如图乙所示，重力加速度取。求：
甲 乙
（1）小球运动到最高点时加速度的大小；
（2）写出小球相对平衡位置的位移随时间变化的正弦关系式。
14.（本题12分）如图所示，一由折射率的材料制作的三棱镜水平放置，其横截面为直角三角形，，边长为。一束与水平方向成37°角且斜向上的平行光射到边并从边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，，光在真空中的传播速度为。求：
（1）边上有光射出区域的长度；
（2）射到中点的光线在棱镜内的传播时间。
15.（本题16分）如图所示为沿轴传播的简谐波，实线为时刻的波形图，虚线为时刻的波形图。
（1）若波沿轴负方向传播，求波的波长及周期；
（2）若波的周期大于，求波的传播速度大小及处质点在内通过的路程。
南阳市2023-2024学年高二下学期期中考试
物理参考答案
1. B
【详解】A.泊松亮斑是菲涅耳和阿拉戈发现的，B.全息照相技术要记录光波的相位信息，所以全息照相是利用了激光的相干性好的特点，故B正确；C.在多雾或多雨的城市中，采用红灯图作为各种交通警示，原因是红光波长较长，容易发生明显的衍射，故C错误；D.光导纤维是利用了光的全反射现象，根据全反射的条件可知，其内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大，故D错误。故选B。
2. C
【详解】A.根据题意可知，点比点先回到平衡位置，可知，时刻，质点沿轴负方向振动，质点点沿轴正方向振动，由同侧法可知，简谐波沿轴负方向传播，故A错误；C.质点比质点提前回到平衡位置，则该波从传播到的时间为，则简谐波的波速为，故C正确；B.根据对称性可知，此时处于波峰的质点为，所以该波的波长为，根据波长、周期和波速的关系，可知，处的质点此时位于最大位移处，处的质点，位移为，结合振动方程，有解得故B错误；D.经过时间质点的位移为，故D错误。故选C。
3. B
【详解】A.波从传播到所用的时间为则质点比质点振动超前，A项错误；BC.由题意可知，、两质点运动方向相反，简谐横波沿轴的正方向传播，则、两质点平衡位置间的距离为，即解得因此波动周期因此质点振动周期为，简谐波的波长为项正确，C项错误；D.由于、两质点的平衡位置之间相距半波长的奇数倍，因此质点、不是零的速度大小相等，方向总是相反，D项错误。故选B。
4. D
【详解】A.因为、两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，由光路可逆性原理可知，光一定能射出，不会发生全反射。故A错误；BC.根据光路图，光的偏折程度较大，则光的折射率较大，即折射率大的频率大，故根据可知光波长短，根据双缝干涉条纹间距公式可知光的条纹间距小于光的条纹间距。故BC错误；D.根据临界角与折射率的关系由于光的折射率较大，所以光的临界角较小。故D正确。
5. B
【详解】A.由图可知，当驱动力频率小于振动系统固有频率时，驱动力频率越大，能量越大，振动幅度越大；当驱动力频率大于振动系统固有频率时，驱动力频率越大，能量越小，振动幅度越小，故A错误；B.由多普勒效应可知，观察者不动，波源向右运动，相等的时间内，左边观察者接收到波的个数比右边的少，故正B确；C.若将薄片向左移动，即减小空气薄层的厚度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会变大，故C错误；D.当固定不动，缓慢转动时，从图示位置开始转动90°的过程中，光屏上的光亮度逐渐变暗，则、的振动方向垂直时光屏上的光亮度最暗，故D错误。故选B。
6. D
【详解】A.的时间内，物体由负的最大位移向平衡位置运动，回复力指向平衡位置，即物体的速度与加速度方向均沿轴正方向，故错误；B.物体由特殊位置（平衡位置或最大位移处）开始计时，在任意一个内，质点通过的路程等于振幅的5倍，除此外在的时间内通过的路程不等于振幅的5倍，故B错误；C.由图乙可知振幅为周期为角速度为规定向上为正方向，时刻位移为，表示振子由平衡位置上方处开始运动，所以初相为则振子的振动方程为单位错误，故C错误；D.由物体在最高点时，物体与水平面间的作用力刚好为零，此时弹簧的拉力为对于物体有解得当物体运动到最低点时，物体对水平面的压力最大，由简谐运动的对称性可知，物体在最低点时加速度向上，且大小等于，由牛顿第二定律得解得
由物体的受力可知，物体对水平面的最大压力为故D正确。
7. AB
【详解】根据图b可知时处的质点正经过平衡位置向下振动；
又因为该波向负方向传播，结合图a，利用“同侧”法可知为半波长的奇数倍，即有
（）解得
（）。而由图b可知该波的周期为，所以该波的波速为（）。当时，可得波的速率为，。故选AB。
8. BD
【详解】ABC。因单色光照亮的区域半径较大，根据可知，光的全反射临界角较小，即光比光更容易全反射，根据可知光的折射率更大。根据各色光特性可知，光折射率大则光频率比光的大。又因为可知，光在水中的传播速度较大。故B正确，AC错误；D.真空中光的频率大于光的频率，根据可知，光的的波长小于光的波长，故D正确。
9. ABC
【详解】A.由图可知，两列波的周期均为由波长公式
所以A正确；B.由于两列波到点的路程差为而时刻两列波的振动方向相反，则点是振动加强的点，振幅等于两波振幅之和，所以点为加强点其振幅为，则B正确；C.波从传到的时间为波从传到的时间为
在时，两波叠加，质点经过平衡位置向下运动，在时，质点经过了两个周期，质点经过平衡位置向下运动，所以C正确；D.依据发生明显衍射条件，由于则波遇到的障碍物将不能发生明显衍射现象，所以D错误；故选ABC。
10. AD
【详解】A.当时光线恰好在球面发生全反射，即在球面处入射角恰好等于全反射临界角，光路图如图1所示。根据几何关系可得根据全反射临界角满足的条件可得解得
故A正确；B.时光线在半球体内将发生两次全反射，由几何关系易得光传播的路程
传播所用时间为故B错误；C.若要使光线从球面出射后恰好与入射光平行，那么出射光线与入射光线，以及法线必在同一平面内，且入射点与出射点的法线平行，入射光线必须在竖直平面内，光路图如图2所示，出射点必在点的正上方。根据几何关系可得根据折射定律解得
故C错误；D.光线从球面出射后恰好与入射光平行，光线在半球体内传播的路程所用时间为故D正确。
图1 图2
11.（1）滤光片 单缝 （2）不变 （3）
【详解】（1）激光为相干光，可以去掉滤光片和单缝。（2）由可知，将单缝远离双缝，式中、、均不变，则干涉条纹宽度不变。（3）第1条暗条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为，则相邻亮条纹间距为结合可得
12.1.87 相等 A
【详解】（1）摆球的直径为
（2）由图可知，该单摆的周期为
（3）图像的斜率不变，故测量值与真实值相等；
（4）当摆角小于等于5°时，我们认为小球做单摆运动，所以振幅约为，当小球摆到最低点时开始计时，误差较小，测量周期时要让小球做3050次全振动，求其平均值，所以A图符合实验要求且误差最小。
13.（1）；（2）
【详解】（1）小球在平衡位置时弹簧伸长量，则
由图乙可知，小球在最高点时，相对于平衡位置的位移大小为，
故此时弹簧伸长量为
则
解得
（2）由振动图像可知
则
小球相对平衡位置的位移随时间的变化关系式为
14.（1）；（2）
【详解】（1）由题意可知，从边射入的光线，在面上的入射角为，
如图所示，由
解得
可知在棱镜中的光线平行与，则在面上的入射角为，
由全反射的临界角公式可得
可知在棱镜中产生全反射的临界角大于37°小于53°，因此光线在界面产生全反射。
光线射向面时，由几何关系可知，
在边的入射角为，故能从边射出
所以，边上有光射出区域的长度为，由几何关系可知，
是等腰三角形，，则有
解得
（2）由几何关系可得
光线由点射入在棱镜中传播的长度为
光线在棱镜中传播的速度为
射到中点的光线在棱镜内的传播时间
15（1），（）；（2），
【详解】（1）由波形图可知，波长
若波沿轴负方向传播，从到时间里，波传播的距离（）
由，
可得（）
故周期（）
（2）由（1）可知若波沿轴负方向传播若波的周期大于，
可知波沿轴正方向传播。
同理从到时间里，波传播的距离（）
可得（）
得（）
得时
波的传播速度大小
则波在的时间内沿轴正向传播的距离为
此时处质点正好在平衡位置向上振动，可知处质点在内通过的路程

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