精品解析:福建福州第一中学2025-2026学年高二第二学期第三学段模块考试(期中)物理试卷
2026-04-23
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理鲁科版选择性必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-期中 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 福建省 |
| 地区(市) | 福州市 |
| 地区(区县) | 鼓楼区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 4.74 MB |
| 发布时间 | 2026-04-23 |
| 更新时间 | 2026-05-21 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-04-23 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/57501490.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
福州一中2025-2026学年第二学期第三学段模块考试
高二物理学科期中考试试卷
(完卷时间75分钟,满分100分)
一、单项选择题(每题4分,共16分)
1. 下列说法正确的是( )
A. 在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B. 单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长有关
C. 光从真空进入玻璃,传播速度变小
D. 当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸比波长大得多时,将发生明显的衍射现象
【答案】C
【解析】
【详解】A.干涉现象中振动加强点的振幅更大,但位移随时间做周期性变化,某时刻加强点的位移可能为0,小于减弱点的瞬时位移,故A错误;
B.受迫振动的周期等于驱动力的周期,与单摆自身的固有周期(与摆长有关)无关,故B错误;
C.根据光在介质中的传播速度满足公式可知,玻璃的折射率,因此光从真空进入玻璃后传播速度小于真空中的光速,故C正确;
D.发生明显衍射的条件是障碍物尺寸与波长相近或比波长更小,若障碍物尺寸比波长大得多,不会发生明显衍射,故D错误。
故选C。
2. 如图所示, 理想变压器原线圈接在的交流电源上, 副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )
A. 电流表的示数减小
B. 电压表的示数减小
C. 电压表的示数不变
D. 电流表的示数不变
【答案】A
【解析】
【详解】开关S闭合时,副线圈总的电阻减小,由于变压器的匝数比和输入的电压都不变,所以输出的电压也不变,即V1示数不变,但因副线圈的总电阻减小,则副线圈的总电流增大,则原线圈的电流增大,故A1的示数变大;由于副线圈的电流增大,故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大,而副线圈的总电压不变,所以副线圈并联部分的电压减小,即的示数减小,故电流表的示数减小,故A正确,BCD错误。
故选A。
3. 光的干涉现象技术中行许多应用。图甲是利用干涉检查平面平整度装置,下列说法正确的是( )
A. 图甲中上板是待检测的光学元件,下板是标准样板
B. 若换用波长更长的单色光,其它条件不变,则图乙中的干涉条纹变密
C. 若图丙为俯视图甲装置看到的干涉条纹,条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷而导致不平整
D. 如图丁所示,把一个凸透镜压在一块平面玻璃。让单色光垂直从上方射入,从上往下看凸透镜,可以看到等间距的明暗相间的同心圆环
【答案】C
【解析】
【详解】A.图甲中上板是标准样板,下板是待检测的光学元件,故A错误;
B.相邻亮条纹之间,空气膜的厚度差等于半个波长,若换用波长更长的单色光,其它条件不变,则图乙中的干涉条纹变疏,故B错误;
C.弯曲的条纹对应的被检查平面右边的空气膜厚度与末弯处平面的空气膜厚度相同,可知,对应的位置是凹陷的,故C正确;
D.空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉,依据光程差是光的半个波长的偶数倍即为明条纹,是光的半个波长的奇数倍即为暗条纹,因凸透镜压在平面玻璃上,空气薄膜不等间距,可以看到内疏外密的明暗相间的圆环状条纹,故D错误。
故选C。
4. 如图甲所示,O点为单摆的固定悬点,在其正下方的P点有一个钉子,现将小球拉开一定的角度后开始运动,小球在摆动过程中的偏角不超过。从某时刻开始计时,绳中的拉力大小F随时间t变化的关系如图乙所示,重力加速度g取,忽略一切阻力。下列说法正确的是( )
A. 时小球位于B点 B. 时小球位于C点
C. OA之间的距离为1.5m D. OP之间的距离为1.2m
【答案】D
【解析】
【详解】AB.由图像可知,内应该对应着摆球在CB之间的摆动;内应该对应着摆球在BA之间的摆动,因时摆线拉力最小,可知小球位于C点,时小球位于A点,选项AB错误;
C.摆球在AB之间摆动的周期为
T1=0.8πs
根据
可得
L1=1.6m
即OA之间的距离为1.6m,选项C错误;
D.摆球在BC之间摆动的周期为
T2=0.4πs
根据
可得
L2=0.4m
即PB之间的距离为0.4m,OP之间的距离为1.2m,选项D正确。
故选D。
二、双项选择题(每题6分,全选得6分,少选得3分,多选或错选得0分,共24分)
5. 下列关于多普勒效应的说法中,正确的是( )
A. 只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应
B. 如果声源静止,就观察不到多普勒效应
C. 当声源朝靠近观察者运动时,声源的频率不变
D. 当声波远离观察者运动时,观察者接收到的频率变低
【答案】CD
【解析】
【详解】若波源和观察都同时运动,两者间相对静止时,是不能观察到多普勒效应的,故A错误;当观察者与波源相互靠近或远离时发生,故B错误;当声源朝靠近观察者运动时,即两者间距减小,根据多普勒效应原理,那么观察者接收到的频率大于声源的频率,但声源的频率不变,故C正确;当声波远离观察者运动时,即两者间距增大,根据多普勒效应原理,那么观察者接收到的频率小于声源的频率,故D正确.
6. 福州一中物理兴趣小组同学学习完波的干涉原理后设计了一款声音放大器,结构图如图所示。声波达到管道A点时,分成两列声波,分别沿半圆管道和直管道传播,在B点相遇,因干涉而放大声音。若声波的波长为,为达到最好的放大效果,A、B两点距离的设计值可能为( )
A. B. C. D.
【答案】BD
【解析】
【详解】设A、B两点间的距离为,当声波沿直线从,走过的路程为
声波沿弧线从,走过的路程为
为了达到最好的放大效果,路程差应满足(,,)
解得(,,)
当时,可得
当时,可得
故选BD。
7. 一列简谐横波沿 x轴传播,在t=0时刻和t=1 s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为4.5 cm。下列说法正确的是( )
A. 波沿x轴正方向传播
B. 波源振动周期为1.1 s
C. 波的传播速度大小为13 m/s
D. t=1 s时,x=6 m处的质点沿y轴负方向运动
【答案】AC
【解析】
【分析】本题考查机械波的形成与传播
【详解】A.由题意,x =0处的质点在0~1 s的时间内通过的路程为4.5 cm,则结合图可知t =0时刻x =0处的质点沿y轴的负方向运动,则由质点的振动和波的传播方向关系可知,该波的传播方向沿x轴的正方向,故A正确;
BC.由题意可知,t=1s为,解得
由图可知
则
故C正确,B错误;
D.由同侧法可知t=1 s时,x=6 m处的质点沿y轴正方向运动,故D错误。
故选AC。
8. 如图所示,将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状,导线两端通过两个小金属环a、b与长直金属杆连接,在外力F作用下,正弦形金属导线可以在杆上无摩擦滑动,金属杆的电阻不计,导线电阻为R,ab间距离为2L,导线组成的正弦图形顶部、底部到杆的距离都是d。在导线右侧有一有界匀强磁场区域,磁场的左右边界与金属杆垂直,磁场的宽度为L,磁感应强度为B。若导线在外力F作用下沿杆以恒定的速度v向右运动,在运动过程中导线所在平面始终与磁场垂直。则在导线穿过磁场的过程中( )
A. 导线上有电流流过的时间为
B. 导线上的电流最大值为
C. 外力F做的功为
D. 导线上的电流的瞬时值表达式为
【答案】BC
【解析】
【详解】A.正弦形金属导线穿过磁场的过程都有电流,则有电流的时间为,故A错误;
B.切割磁场的有效长度最大值为2d时,感应电流最大,则有感应电动势的最大值
最大电流为,故B正确;
CD.正弦形金属导线穿过磁场的过程,在0~L的距离上产生的电流大小的变化规律与离开时在2L~3L的距离上产生的电流大小的变化规律相同,所以
则导线从开始向右运动到L的过程中
则电流的瞬时值
则此过程中电动势的最大值为
有效值为
导线从L向右运动到2L的过程中
则电流的瞬时值
则此过程中电动势的最大值为
有效值为
导线从2L向右运动到3L的过程与导线从开始向右运动L的过程相同,在整个过程中产生的内能为,故C正确,D错误。
故选BC。
三、填空题与实验题(每空2分,共22分)
9. 打磨成多面体的钻石能闪闪发光,是射到钻石背面的光全部被反射回来的缘故。为了使钻石能发生全反射,需要将其表面打磨成特定的角度。图甲是打磨合适的式样,若入射角减小,光在钻石中的传播速度_________(填“变大”“变小”或“不变”);若打磨得太深,如图乙所示,光会从其底面_________(填a或b)射出,使钻石失去光泽。
【答案】 ①. 不变 ②.
【解析】
【详解】[1]光在钻石中的传播速度不会改变。
[2]如图乙,若打磨得太深,光在底面的入射角小于折射角,则光在底面不会发生全反射,使钻石失去光泽。
10. 如图所示为一交变电流的电压随时间变化的图像,正半周是正弦曲线的一个部分,则此交变电流的电压的有效值为_________V。
【答案】
【解析】
【详解】由图可知,该交变电压的周期
正半周是正弦半波,最大值,正弦电压有效值为
正半周产生热量
负半周是恒定电压,大小
负半周产热
根据热效应列方程
解得,即
11. 两列简谐波沿x轴相向而行,波速均为,两波源分别位于A、B处,时的波形如图所示。这两列波相遇时_________发生干涉现象(填“一定会”、“可能”或“不可能”);当时,M点的位移为_________cm。
【答案】 ①. 不可能 ②. 2
【解析】
【详解】[1]从波形图可得两列波的波长 , ,已知波速相等,根据频率公式可得,两列波频率不相等,不满足干涉的条件(频率相同的同类波),因此不可能发生干涉现象。
[2]时,波传播的距离,即A波向右传播,B波向左传播。
M点坐标,计算两列波在M点的位移叠加,A波在M点位移为,B波在M点位移为,总位移为。
12. 在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中,将所需器材组装成如图甲所示的变压器。
(1)实验时,原线圈接在电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是_________。
A. 原线圈接直流电压,电表用直流电压挡
B. 原线圈接直流电压,电表用交流电压挡
C. 原线圈接交流电压,电表用交流电压挡
D. 原线圈接交流电压,电表用直流电压挡
(2)某次实验中,所用线圈匝数匝和匝,测量的数据如下表所示,则原线圈所接的匝数为_________(填“”或“”),原线圈应用_________(填“较粗”或“较细”)导线绕制。
1.80
2.80
3.80
4.80
3.99
6.01
8.02
10.03
【答案】(1)C (2) ①. ②. 较粗
【解析】
【小问1详解】
变压器的工作原理是互感现象,只有原线圈接交流电源时,才能产生变化的磁通量,使副线圈感应出电压;若接直流电源,磁通量不变,副线圈不会产生感应电动势。同时副线圈输出的是交流电压,因此多用电表测量时需要选用交流电压挡。故选C。
【小问2详解】
[1]根据理想变压器电压与匝数的关系。 由表格数据计算得:,与近似相等,因此原线圈匝数为。
[2]根据理想变压器功率关系,原线圈电压低,电流大,导线焦耳热损耗大,为减小损耗,需要增大导线横截面积减小电阻,因此原线圈要用较粗的导线绕制。
13. 小凯同学家有一个摆件上挂着一个球形透明物,为了弄清这个球形物体的材质是什么,小凯设计了一个实验来测定该球体的折射率。
(1)小凯同学先用游标卡尺测量球体的直径D,测量结果如图甲所示,球体直径_______ cm;
(2)图乙是小凯同学设计的实验原理图,他将该球体固定在水平桌面上,找来一支激光笔,射出一束沿水平方向的红色激光照在球体上,调整水平激光的高度,当看到光线在进出球体时没有发生偏折时,说明激光通过了球体的球心(如图中MN),在球体上光线出射的位置做一个记号(图中P点)。将激光笔竖直向上移动,保持入射光线水平,当光线经球体发生折射后恰好能从P点射出时,将激光笔固定,测量得到该过程中光线向上移动的距离为。根据所测数据可求得球体的折射率为________(,计算结果保留两位有效数字);
(3)若实际操作中,光线经球体折射后,从球体出射时的位置相对P点向上偏了一点,小凯仍按照(2)中原理计算折射率,实验结果将___________(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)。
【答案】(1)5.00
(2)1.8 (3)偏大
【解析】
【小问1详解】
图甲可知,该游标卡尺精度为0.1mm,则球体直径
【小问2详解】
如图所示
设光线由A点射入,入射角为,折射角为,几何关系可知,
因为,
折射率
【小问3详解】
若实际操作中,小凯最终调到的水平光线从球体内出射时的位置相对P点向上偏了一点,则会造成d偏小,即AP偏大,n的测量值偏大
四、计算题(共38分)
14. 某学校有一个景观水池,水池底部中央安装有一个可向整个水面各个方向发射红光的LED光源S,如图所示(侧视图)。某同学观察到由于光从水中射入空气时会发生全反射,水面上只有部分区域有光射出,该区域为半径为r的圆形,水对红光的折射率为n,在真空中的速度为c,该光源大小忽略不计,求:
(1)红光在水中的速度v;
(2)池中水的深度h;
(3)若某束红光在水面恰好发生全反射,求这束光从S到水面的传播时间t。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
由光的速度与折射率之间的关系得
【小问2详解】
发生全反射,有
根据几何关系,可得
【小问3详解】
恰好发生全反射时,传播距离最长,为
故最长时间为
15. 如图甲所示为高铁动力系统供电流程的简化图,发电厂输出电压为、电流为的正弦交流电,牵引变电所的理想变压器将发电厂的高压电进行降压,动力车厢内的理想变压器再次降压,为动力系统供电,驱动高铁运行。已知牵引变电所的变压器的原、副线圈匝数之比为,动力车厢内的理想变压器的原、副线圈匝数之比为,架空线的总内阻为r。
(1)架空线损耗的功率;
(2)动力系统的电压;
(3)若动力系统可看成图乙所示的简化模型,通过整流器使AB端输出电压恒为U的直流电,在足够长的区域ABCD存在磁感应强度大小为B、垂直纸面方向的匀强磁场(图中未画出),导体棒MN的长度为L,电阻为R,通过导体棒连接车轮间的车轴,驱动动力车厢向右运行,运动过程中动车所受阻力的大小恒为f,求动力车厢最终稳定运行的速度大小v。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
由变压器规律可得
由题意可得
架空线损耗的功率
联立解得
【小问2详解】
由变压器规律和欧姆定律可得
因为,
由题意可得
联立解得
【小问3详解】
图乙中,当动力车厢受到的安培力和阻力等大反向时,动力车厢匀速稳定运行,有
因为,,
联立解得
16. 如图所示,质量为m的A滑块放在质量为2m的B滑块上,B滑块可以沿着竖直轨道上下滑动,B和轨道之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小都为f,且(g为重力加速度)。轨道下方地面上固定了一根轻弹簧,弹簧的劲度系数为(,将A、B一起从B的下端距离弹簧上端的高度为h处由静止释放,B接触弹簧后与弹簧不粘连。(弹簧的弹性势能为,x为弹簧的形变量)
(1)A、B在第一次反弹过程中A、B速度最大时轨道弹簧的形变量的大小;
(2)假设A、B在反弹过程不分离,证明A、B在反弹过程做简谐运动;
(3)只改变释放高度h(其余条件均不变),当h为多大时,AB在最高点时刚好不会分离?
(4)若, A、B在第一次反弹过程中AB分离时,A滑块的速度大小v。
【答案】(1)
(2)见解析 (3)
(4)
【解析】
【小问1详解】
A、B在第一次反弹过程中,当A、B的加速度为0时,速度最大;则有
解得此时轨道弹簧的形变量为
【小问2详解】
由(1)问可知A、B在第一次反弹过程中,当弹簧压缩为时,A、B受力平衡,设此位置为平衡位置O,当A、B处于O点下方距离O点为时,A、B受到的合力大小为
方向指向O点;当A、B处于O点上方距离O点为时,A、B受到的合力大小为
方向指向O点;综上分析可知如果A、B在反弹过程不分离,A、B受到的合力满足简谐运动回复力的特点,所以A、B在反弹过程做简谐运动。
【小问3详解】
当A、B在最高点时刚好不会分离时,此时A的加速度为重力加速度,以B为对象,根据牛顿第二定律可得
解得此时弹簧的压缩量为
设A、B处于最低点时,弹簧的压缩量为,根据简谐运动的对称性可得
解得
从静止释放到最低点过程,根据能量守恒可得
解得
【小问4详解】
若,设A、B处于最低点时,弹簧的压缩量为,从静止释放到最低点过程,根据能量守恒可得
解得
在第一次反弹过程中,从最低点到A、B分离,由能量守恒可得
解得分离时,A滑块的速度大小为
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福州一中2025-2026学年第二学期第三学段模块考试
高二物理学科期中考试试卷
(完卷时间75分钟,满分100分)
一、单项选择题(每题4分,共16分)
1. 下列说法正确的是( )
A. 在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B. 单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长有关
C. 光从真空进入玻璃,传播速度变小
D. 当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸比波长大得多时,将发生明显的衍射现象
2. 如图所示, 理想变压器原线圈接在的交流电源上, 副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )
A. 电流表的示数减小
B. 电压表的示数减小
C. 电压表的示数不变
D. 电流表的示数不变
3. 光的干涉现象技术中行许多应用。图甲是利用干涉检查平面平整度装置,下列说法正确的是( )
A. 图甲中上板是待检测的光学元件,下板是标准样板
B. 若换用波长更长的单色光,其它条件不变,则图乙中的干涉条纹变密
C. 若图丙为俯视图甲装置看到的干涉条纹,条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷而导致不平整
D. 如图丁所示,把一个凸透镜压在一块平面玻璃。让单色光垂直从上方射入,从上往下看凸透镜,可以看到等间距的明暗相间的同心圆环
4. 如图甲所示,O点为单摆的固定悬点,在其正下方的P点有一个钉子,现将小球拉开一定的角度后开始运动,小球在摆动过程中的偏角不超过。从某时刻开始计时,绳中的拉力大小F随时间t变化的关系如图乙所示,重力加速度g取,忽略一切阻力。下列说法正确的是( )
A. 时小球位于B点 B. 时小球位于C点
C. OA之间的距离为1.5m D. OP之间的距离为1.2m
二、双项选择题(每题6分,全选得6分,少选得3分,多选或错选得0分,共24分)
5. 下列关于多普勒效应的说法中,正确的是( )
A. 只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应
B. 如果声源静止,就观察不到多普勒效应
C. 当声源朝靠近观察者运动时,声源的频率不变
D. 当声波远离观察者运动时,观察者接收到的频率变低
6. 福州一中物理兴趣小组同学学习完波的干涉原理后设计了一款声音放大器,结构图如图所示。声波达到管道A点时,分成两列声波,分别沿半圆管道和直管道传播,在B点相遇,因干涉而放大声音。若声波的波长为,为达到最好的放大效果,A、B两点距离的设计值可能为( )
A. B. C. D.
7. 一列简谐横波沿 x轴传播,在t=0时刻和t=1 s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为4.5 cm。下列说法正确的是( )
A. 波沿x轴正方向传播
B. 波源振动周期为1.1 s
C. 波的传播速度大小为13 m/s
D. t=1 s时,x=6 m处的质点沿y轴负方向运动
8. 如图所示,将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状,导线两端通过两个小金属环a、b与长直金属杆连接,在外力F作用下,正弦形金属导线可以在杆上无摩擦滑动,金属杆的电阻不计,导线电阻为R,ab间距离为2L,导线组成的正弦图形顶部、底部到杆的距离都是d。在导线右侧有一有界匀强磁场区域,磁场的左右边界与金属杆垂直,磁场的宽度为L,磁感应强度为B。若导线在外力F作用下沿杆以恒定的速度v向右运动,在运动过程中导线所在平面始终与磁场垂直。则在导线穿过磁场的过程中( )
A. 导线上有电流流过的时间为
B. 导线上的电流最大值为
C. 外力F做的功为
D. 导线上的电流的瞬时值表达式为
三、填空题与实验题(每空2分,共22分)
9. 打磨成多面体的钻石能闪闪发光,是射到钻石背面的光全部被反射回来的缘故。为了使钻石能发生全反射,需要将其表面打磨成特定的角度。图甲是打磨合适的式样,若入射角减小,光在钻石中的传播速度_________(填“变大”“变小”或“不变”);若打磨得太深,如图乙所示,光会从其底面_________(填a或b)射出,使钻石失去光泽。
10. 如图所示为一交变电流的电压随时间变化的图像,正半周是正弦曲线的一个部分,则此交变电流的电压的有效值为_________V。
11. 两列简谐波沿x轴相向而行,波速均为,两波源分别位于A、B处,时的波形如图所示。这两列波相遇时_________发生干涉现象(填“一定会”、“可能”或“不可能”);当时,M点的位移为_________cm。
12. 在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中,将所需器材组装成如图甲所示的变压器。
(1)实验时,原线圈接在电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是_________。
A. 原线圈接直流电压,电表用直流电压挡
B. 原线圈接直流电压,电表用交流电压挡
C. 原线圈接交流电压,电表用交流电压挡
D. 原线圈接交流电压,电表用直流电压挡
(2)某次实验中,所用线圈匝数匝和匝,测量的数据如下表所示,则原线圈所接的匝数为_________(填“”或“”),原线圈应用_________(填“较粗”或“较细”)导线绕制。
1.80
2.80
3.80
4.80
3.99
6.01
8.02
10.03
13. 小凯同学家有一个摆件上挂着一个球形透明物,为了弄清这个球形物体的材质是什么,小凯设计了一个实验来测定该球体的折射率。
(1)小凯同学先用游标卡尺测量球体的直径D,测量结果如图甲所示,球体直径_______ cm;
(2)图乙是小凯同学设计的实验原理图,他将该球体固定在水平桌面上,找来一支激光笔,射出一束沿水平方向的红色激光照在球体上,调整水平激光的高度,当看到光线在进出球体时没有发生偏折时,说明激光通过了球体的球心(如图中MN),在球体上光线出射的位置做一个记号(图中P点)。将激光笔竖直向上移动,保持入射光线水平,当光线经球体发生折射后恰好能从P点射出时,将激光笔固定,测量得到该过程中光线向上移动的距离为。根据所测数据可求得球体的折射率为________(,计算结果保留两位有效数字);
(3)若实际操作中,光线经球体折射后,从球体出射时的位置相对P点向上偏了一点,小凯仍按照(2)中原理计算折射率,实验结果将___________(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)。
四、计算题(共38分)
14. 某学校有一个景观水池,水池底部中央安装有一个可向整个水面各个方向发射红光的LED光源S,如图所示(侧视图)。某同学观察到由于光从水中射入空气时会发生全反射,水面上只有部分区域有光射出,该区域为半径为r的圆形,水对红光的折射率为n,在真空中的速度为c,该光源大小忽略不计,求:
(1)红光在水中的速度v;
(2)池中水的深度h;
(3)若某束红光在水面恰好发生全反射,求这束光从S到水面的传播时间t。
15. 如图甲所示为高铁动力系统供电流程的简化图,发电厂输出电压为、电流为的正弦交流电,牵引变电所的理想变压器将发电厂的高压电进行降压,动力车厢内的理想变压器再次降压,为动力系统供电,驱动高铁运行。已知牵引变电所的变压器的原、副线圈匝数之比为,动力车厢内的理想变压器的原、副线圈匝数之比为,架空线的总内阻为r。
(1)架空线损耗的功率;
(2)动力系统的电压;
(3)若动力系统可看成图乙所示的简化模型,通过整流器使AB端输出电压恒为U的直流电,在足够长的区域ABCD存在磁感应强度大小为B、垂直纸面方向的匀强磁场(图中未画出),导体棒MN的长度为L,电阻为R,通过导体棒连接车轮间的车轴,驱动动力车厢向右运行,运动过程中动车所受阻力的大小恒为f,求动力车厢最终稳定运行的速度大小v。
16. 如图所示,质量为m的A滑块放在质量为2m的B滑块上,B滑块可以沿着竖直轨道上下滑动,B和轨道之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小都为f,且(g为重力加速度)。轨道下方地面上固定了一根轻弹簧,弹簧的劲度系数为(,将A、B一起从B的下端距离弹簧上端的高度为h处由静止释放,B接触弹簧后与弹簧不粘连。(弹簧的弹性势能为,x为弹簧的形变量)
(1)A、B在第一次反弹过程中A、B速度最大时轨道弹簧的形变量的大小;
(2)假设A、B在反弹过程不分离,证明A、B在反弹过程做简谐运动;
(3)只改变释放高度h(其余条件均不变),当h为多大时,AB在最高点时刚好不会分离?
(4)若, A、B在第一次反弹过程中AB分离时,A滑块的速度大小v。
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