新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案3 7页

高中物理选修3-4 模块综合试题 ‎ ‎ ‎1.(1)一列沿x轴传播的简谐横波．t＝0时波的图象如下图甲所示．质点M沿y轴的正方向运动，则这列波的波长是________，传播方向是________，在一个周期内，质点M通过的路程是________．‎ ‎(2)如图乙所示，平面MN是介质与真空的交界面，介质中有一点A，真空中有一点B.P是A、B连线与界面的交点，如果A点发出的一束激光，射到界面上的Q点(图中未画出)，进入真空后经过B点．则Q点在P点的________(填“左侧”或“右侧”)．‎ ‎(3)火车向观察者高速驶来时，观察者听到火车汽笛声的音调________(填“变高”、“变低”或“不变”)．‎ ‎【答案】　(1)20 m　沿x轴负方向　8 cm　(2)左侧　(3)变高 ‎2．(1)如图所示，强强乘坐速度为0.9c (c为光速)的宇宙飞般追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为________．(填写选项前的字母)‎ A．0.4c　　　　　　　　　 B．0.5c C．0.9c D．1.0c ‎(2)在t＝0时刻，质点A开始做简谐运动，其振动图象如右图所示．质点A振动的周期是________s；t＝8 s时，质点A的运动沿y轴的________方向(填“正”或“负”)；质点B在波的传播方向上与A相距16 m．已知波的传播速度为2 m/s，在t＝9 s时，质点B偏离平衡位置的位移是________cm.‎ ‎(3)如图是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上．照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r＝11 cm的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l＝10 cm.若已知水的折射率n＝，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)‎ 7‎ ‎【解析】　(1)根据真空中光速不变的原理，观察到光速不变为c.‎ ‎(2)从图上能得出质点振动的周期；判断出t＝8 s时质点振动沿y轴正方向，波经过8 s传到B点，B点振动1 s则位移为10 cm.‎ ‎(3)设照片圆形区域的实际半径为R，运动员的实际长度为L 由折射定律　nsin α＝sin 90°‎ 几何关系　sin α＝，＝ 得h＝·r 取L＝2.2 m，解得　h＝2.1 m(1.6～2.6 m都算对)．‎ ‎【答案】　(1)D　(2)4　正　10‎ ‎3．(1)下列关于简谐运动和简谐机械波的说法正确的是________．(填入选项前的字母，有填错的不得分)‎ A．弹簧振子的周期与振幅有关 B．横波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定 C．在波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度 D．单位时间内经过介质中一点的完全波的个数就是这列简谐波的频率 ‎(2)一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如上图所示．已知入射光线与桌面的距离为R/2.求出射角θ.‎ ‎【解析】　(2)设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线．因此，图中的角α为入射角．过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，∠COB＝α，又由在△OBC知 sin α＝①‎ 设光线在C点的折射角为β，由折射定律得 ＝②‎ 由①②式得 β＝30°‎ 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ(见右图)为30°，由折射定律得＝ 7‎ 因此sin θ＝ 解得θ＝60°.‎ ‎【答案】　(1)BD　(2)60°‎ ‎4．(1)如图所示是一列横波在某一时刻的波形图象．已知这列波的频率为4 Hz，A点在此时的振动方向如图所示，则可以判断出这列波的传播方向是沿x轴________方向(填“正”或“负”)，波速大小为________m/s.‎ ‎(2)做简谐运动的物体，其位移随时间的变化规律为x＝2sincm，则下列说法正确的是________．‎ A．它的振幅为4 cm B．它的周期为0.02 s C．它的初相位是 D．它在1/4周期内通过的路程可能是2 cm ‎(3)如下图所示，在平静的水面下有一点光源S，点光源到水面的距离为H，水对该光源发出的单色光的折射率为n.请解答下列问题：‎ ‎①在水面上方可以看到一圆形的透光面，求该圆的半径．‎ ‎②若该单色光在真空中的波长为λ0，该光在水中的波长为多少？‎ ‎【解析】　(1)由波速公式v＝λf，即可得出结果．‎ ‎(2)根据振动方程的物理意义可知，它的振幅为2 cm，周期为0.04 s，初相位是.‎ ‎(3)①设光在水面发生全反射的临界角为C，透光面的半径为r，如图所示，由于sin C＝＝，解得：r＝ ‎②由于光在传播过程中的频率不变，设光在真空中的传播速度为c，在水中的传播速度为v，则有：n＝，又由于f＝＝，联立解得：λ＝.‎ ‎【答案】　(1)负　8　(2)C　(3)①　② 7‎ ‎5．(1)刚刚参加完北京奥运会的福娃欢欢做了这样一个小实验：将干净的玻璃片放在黑纸上，在玻璃片上涂抹一层水，然后在水面上滴几滴煤油或者机油，让房间内光线变暗，用手电筒以一定的角度照射油膜，观察油膜上的条纹．会有什么现象产生：__________________.如上图所示，如果用红纸、绿纸、蓝纸等分别挡住手电筒，这时有什么变化____________________________．‎ ‎(2)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你的靠近而后退，对此现象的正确解释是________．‎ A．此“水面”存在，但在较远的地方 B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉 C．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射 D．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，发生全反射 ‎(3)一列简谐横波沿x轴正向传播，t＝0时刻的波形如右图所示，质点振动周期T＝0.2 s．求：‎ ‎①波的振幅A、波长λ、波速v；‎ ‎②画出平衡位置在x＝1.5 m处的质点，以该时刻为计时起点的振动图象．(至少画一个周期并在图中标上周期、半周期和振幅的数值)‎ ‎【解析】　(1)油膜会产生薄膜干涉，所以能看到干涉条纹．因为不同颜色光线频率不同，所以条纹的颜色随着纸的颜色的变化而发生变化，并且条纹的宽度也随着纸的颜色的变化而发生变化．‎ ‎(2)夏天，气温很高，太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，这样从地面反射上来的太阳光发生全反射．‎ ‎(3)①由图知：A＝8 cm　λ＝2 m 波速v＝＝ m/s＝10 m/s ‎②如下图所示．‎ ‎【答案】　(1)干涉条纹　油膜上的条纹的颜色和宽度均随纸的颜色的变化而变化 ‎(2)D ‎(3)①8 cm,2 m,10 m/s ‎②如图 ‎6．(1)机械波和电磁波都能传递能量，其中电磁波的能量随波的频率的增大而________(填“增大”、“减小”或“不变”)．波的传播及其速度与介质有一定的关系，在真空中机械波是________(填“能”或“不能”)传播的，电磁波是________(填“能”或“ 不能”)传播的．在从空气进入水的过程中，机械波的传播速度将________，电磁波的传播速度将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．‎ 7‎ ‎(2)放在空气中的玻璃砖，如右图所示，有一束光射到界面ab上，下列说法正确的是________．‎ A．在界面ab入射角大于临界角的光将不会进入玻璃砖 B．光射到界面ab后，不可能发生全反射 C．光传播至界面cd后，有可能不从界面cd射出 D．光传播至界面cd后，一定会从界面cd射出 ‎(3)如右图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，已知波的传播速度v＝2 m/s.试回答下列问题：‎ ‎①写出x＝0.25 m处质点的振动函数表达式；‎ ‎②求出x＝0.25 m处质点在0～4.5 s内通过的路程及在t＝4.5 s时的位移．‎ ‎【解析】　(2)光射到界面ab是从光疏介质进入光密介质，不可能发生全反射，故选项B正确，A错误；光传播至界面cd后，入射角小于临界角，也不可能发生全反射，故选项D正确，C错误．‎ ‎(3)①波长λ＝2.0 m，周期T＝λ/v＝1.0 s，振幅A＝5 cm，则x＝0.25 m处质点的振动函数方程为y＝5sin (cm)‎ ‎②n＝t/T＝4.5，则x＝0.25 m质点经4.5个周期后的路程s＝90 cm，经4.5个周期后的位移y＝－2.5 cm.‎ ‎【答案】　(1)增大　不能　能　增大　减小 ‎(2)BD　(3)①y＝5sin cm　②90 cm　－2.5 cm ‎7．(1)某同学课余时间在家里想根据“用单摆测重力加速度”的方法，测量当地的重力加速度．他在家中找了一根长度为1.2 m左右的细线，一个可作停表用的电子表和一把毫米刻度尺(无法一次直接测量出摆长)．由于没有摆球，他就找了一个螺丝帽代替．他先用细线和螺丝帽组成一个单摆，然后依据多次测量求平均值的方法用电子表测出振动周期为T1.然后将细线缩短，用刻度尺量出缩短的长度为ΔL，测出这种情况下单摆的周期为T2.根据上述数据就可以测出重力加速度了，请你用上述数据，推导出当地重力加速度的表达式为________．‎ ‎(2)光线由一种介质Ⅰ射向另一种介质Ⅱ时，若这两种介质的折射率不同，则光线________．‎ A．一定能进入介质Ⅱ中传播 B．若进入介质Ⅱ中，传播方向一定改变 C．若进入介质Ⅱ中，传播速度一定改变 D．不一定能进入介质Ⅱ中传播 ‎(3)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图如图a所示，其中某质点的振动图象如图b所示．求：‎ 7‎ ‎　‎ ‎①波速为多少？‎ ‎②图a中的质点e(波峰)再经多少时间第一次到达波谷？‎ ‎【解析】　(1)设原来单摆的摆长为L，根据单摆的周期公式有：T1＝2π，T2＝2π，两式联立消去L 有：g＝.‎ ‎(2)光线由一种介质Ⅰ射向另一种介质Ⅱ时，如果入射光线垂直于界面，则光线进入介质Ⅱ中后传播方向不变；由n＝可知，若进入介质Ⅱ中，传播速度一定改变(这两种介质的折射率不同)，当介质Ⅰ的折射率大于介质Ⅱ的折射率，且入射角大于或等于临界角时，则发生全反射，光线就不能进入介质Ⅱ中传播，所以CD选项正确．‎ ‎(3)①由图得：λ＝4.0 m，T＝0.2 s 解得v＝λ/T＝20 m/s ‎②t＝T/2＝0.1 s.‎ ‎【答案】　(1)g＝　(2)CD　(3)①20 m/s　②0.1 s ‎8．(1)如图甲所示为一列沿x轴传播的简谐横波在t＝0.2 s时刻的波形图，乙图是这列波中某质点的振动图象，由图可知，这列简谐波的波速大小为________m/s；质点B在图示时刻之后的1 s之内通过的路程为________cm；若乙图所示的是质点B的振动图象，则这列波的传播方向为________‎ ‎．‎ ‎　‎ ‎(2)下列说法中正确的是________．‎ A．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的 B．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生变化的磁场 C．狭义相对论认为：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的 D．在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，测量单摆周期应该从小球经过最大位移处开始计时，以减小实验误差 ‎(3)如右图所示是用某种透明材料制成的一块柱体棱镜的水平截面图，角A与角B为直角，角C等于60°，光线从AB边入射，入射角为60°，已知棱镜材料对该光的折射率为n＝.(光在真空中的速度为3×108 m/s)求：‎ ‎①光线在棱镜中传播速度大小为多少？‎ ‎②在图中完成光线进入透明材料到射出的光路图．‎ 7‎ ‎ ‎ ‎【解析】　(1)波动图象知波长λ＝4 m，由振动图象知T＝0.4 s，所以v＝＝＝10 m/s.B在1 s之内通过的路程为×4A＝2.5×4×0.1 cm＝1 cm.由振动图象知0.2 s以后B质点向y轴负方向振动，所以波沿x轴负方向传播．‎ ‎(2)水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于薄膜干涉造成的，A项错误；由麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，所以B项错误；根据光速不变原理得出C项正确；测量单摆周期应该从小球经过最低点开始计时，D项错误．‎ ‎(3)①v＝＝1.7×108 m/s　②如下图所示．‎ ‎【答案】　(1)10 m/s　1 cm　沿x轴负方向传播 ‎(2)C　(3)①1.7×108 m/s ‎②如右图 ‎ ‎ 7‎