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- 2021-05-24 发布
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昌吉州第二中学2019-2020学年高二下学期期中考试
物理
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(1~7为单项选择题,5~12为多项选择题.单选每小题5分,多选每小题6分,共65分)
1.如图所示,小球在光滑水平面上的B、C之间做简谐运动,O为BC间的中点,B、C间的距离为10 cm,则下列说法正确的是( D )
A.小球的最大位移是10 cm
B.只有在B、C两点时,小球的振幅是5 cm,在O点时,小球的振幅是0
C.无论小球在哪个位置,它的振幅都是10 cm
D.从任意时刻起,一个周期内小球经过的路程都是20 cm
2.下列说法正确的是( B )
A.物体做受迫振动时,驱动力频率越高,受迫振动的物体振幅越大
B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速应用了多普勒效应
C.两列波发生干涉,振动加强区质点的位移总比振动减弱区质点的位移大
D.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象
3.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,有人提出以下几点建议,可行并尽可能减小误差的是( )
A. 适当加长摆线
B. 质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的
C. 单摆偏离平衡位置的角度要适当大一些
D. 当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期
【答案】A
【解析】
质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较小的,B错;当单摆经过平衡位置时开始计时,经过30-50次全振动后停止计时,求出平均周期,D错;
4.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中,正确的是 ▲
甲
乙
丙
丁
f0
f
A
O
A.甲图中,沙漠中的“蜃景”现象是光的衍射现象引起的
B.乙图中,演示简谐运动的图像实验中,若匀速拉动木板的速度较大,则由图像测得简谐运动的周期较大
C.丙图中,可利用薄膜干涉检查样品的平整度
D.丁图中,由图可知当驱动力的频率f跟固有频率f0相差越大,振幅越大
13.【答案】C
【命题立意】本题旨在考查光的干涉、简谐运动的振动图象、产生共振的条件及其应用。
【解析】A、沙漠中的“蜃景”现象,是光的全反射现象引起的,故A错误;
B、演示简谐运动的图象实验中,若匀速拉动木板的速度较大,会导致图象的横标变大,但
对应的时间仍不变,简谐运动的周期与单摆的固有周期相同,故B错误;
C、利用薄膜干涉,由薄层空气的两表面反射光,频率相同,从而进行相互叠加,达到检查
样品的平整度的目的,故C正确;
D、由图可知当驱动力的频率f跟固有频率f0相同时,才出现共振现象,振幅才最大,故D
错误。
故选:C
5.如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,下图能正确描述其光路图的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
试题分析:光从空气进入玻璃在分界面上会发生折射,且折射角小于入射角,故B、D错误;光从玻璃进入空气折射角应大于入射角,所以C错误;从光密进入光梳,若满足入射角大于临界角的情况,则会发生全反射,故A正确.
考点:本题考查光的折射、全反射
6.如图所示,从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( )
A. 在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
B. b侧光更容易产生衍射现象
C. 若改变白光的入射角,在屏上最先消失的是b侧光
D. 通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距
【答案】B
【解析】
【详解】由图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大,所以a侧光,波长较小,b侧光,波长较大,又v=c/n,所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率,此题A错误;
b光的波长更长,因此更容易发生衍射现象,B正确;
a光折射率大,因此先消失的是a光,C错误
由双缝干涉的公式,因此b光的条纹间距大于a光的条纹间距,D错误
7.一列向右传播的简谐横波t0=0时刻的波形如图所示,波速v=5 m/s,从t=5 s时刻开始扫描质点A的振动图象如图所示,其中最符合实际的是( )
答案 D
解析 简谐横波向右传播,由波形平移法可知t0=0时刻质点A的振动方向向下.由题图读出波长λ=20 m,则周期为T== s=4 s,因为t=5 s=1T,所以质点A在t=5 s时刻到达平衡位置下方,速度方向向下,正向波谷运动,所以从t=5 s时刻开始扫描质点A的振动图象,D图最符合实际.
8.下列关于光学现象的说法,正确的是( )
A. 单缝衍射条纹的特征是明暗相间平行等距
B. 肥皂泡呈现彩色条纹是由光的干涉现象造成的
C. 光纤传导利用光的全反射原理,光纤由芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的小
D.拍摄玻璃橱窗内的物品时,要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光
【答案】BD
【解析】
单色光通过某一狭缝形成的衍射条纹为间距不等的亮条纹;故A错误.肥皂泡呈现彩色是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉形成的,故B正确.光在光纤中的传输利用了全反射的原理,要求光线从光密介质射向光疏介质,则光纤内芯的折射率比外套的大,故C错误.黄色光的波长大于蓝色光的波长,根据△x=λ知,黄光的波长大,则黄色光条纹间距大,故D正确.反射光属于偏振光,拍摄玻璃橱窗内的物品时,要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光.故E正确.故选BDE.
点睛:解决本题的关键知道衍射、干涉、偏振光的原理等,解决本题的突破口在于通过光电效应比较出两光的频率大小,知道频率、折射率、波长等大小关系.
9.如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,
并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、
BC的中点,则 ( )
A. 该棱镜的折射率为
B. 光在F点发生全反射
C. 光从空气进入棱镜,波长变小
D. 从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
【答案】AC
【解析】
由几何知识的入射角为,折射角为,由折射定律得,A错误.全反射公式,从F点处射的光束的入射角为,所以入射角小于全反射临界角,故不能发生全反射,B错误.棱镜的折射率要大于空气的折射率,根据公式得光在空气中的速度要大于在棱镜中的速度,光的频率一定根据得光在空气中的波长要比在棱镜中的波长长,故C正确.由几何知识得入射到E的光束与竖直方向平行,从F点出射的光束与竖直方向成夹角,所以不平行,故D错误.
10.(多选)如图7所示,甲为一列简谐波在t=3.0 s时刻波的图象,Q为x=4 m的质点,乙为甲图中P质点的振动图象,则下列说法正确的是( )
图7
A.此波沿x轴负方向传播
B.t=8.0 s时,P点位移为2 cm
C.若障碍物的尺寸大于12 m,则该波不能发生明显衍射现象
D.该波能与另一列频率为4 Hz的简谐波发生稳定的干涉现象
答案 AB
解析 t=3.0 s时P质点向y轴正方向振动,由“上下坡法”知此波沿x轴负方向传播,A正确;由题图可知这列波的周期T=4 s,波长λ=12 m,得波速v==3 m/s,从t=3.0 s到t=8.0 s,Δt=5.0 s=,P振动到正向最大位移处,B正确;产生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多,C错误;根据波产生干涉的条件:频率相等,该波频率为 Hz,故不能发生稳定干涉现象,D错误.
11. (多选)有一束单色光从A穿过B再折向C,如图3所示,下列说法中正确的是( )
图3
A.介质B的折射率最大
B.介质C的折射率最大
C.光在介质B中的速度最大
D.光在介质C中的速度最大
答案 BC
解析 由光路的可逆性,假设光分别由B进入A和C,根据折射率的物理意义知C的折射率比A的大,即nC>nA>nB,故选项B正确;利用n=可以判断出,光在B中传播的速度最大,在C中传播的速度最小,故选项C正确.
12.(多选)如图6所示,在均匀介质中的一条直线上的两个振源A、B相距6 m,振动频率相等.t0=0时刻A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,A的振动图象为甲,B的振动图象为乙.若由A向右传播的机械波与由B向左传播的机械波在t1=0.3 s时恰好相遇,则下列判断正确的是( )
图6
A.两列波在A、B间的传播速度大小均为10 m/s
B.两列波的波长都是2 m
C.在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点
D.t2=0.75 s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下
答案 AB
二、实验题(本题共2小题,共16分)
13.(5分)如图9所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3.图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.
图9
(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量________,则玻璃砖的折射率可表示为n=________.
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
答案 (1)l1和l3 (2)偏大
解析 (1)根据几何知识得,入射角的正弦sin θ1=,折射角的正弦sin θ2=,又BO=OC,则折射率为n==.故需要测量的量有l1和l3;
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一个小角度,折射光线将顺时针转动,而作图时仍以MN为边界,AD为法线,则入射角不变,折射角减小,由折射率公式n12=可知,测得玻璃砖的折射率将偏大.
14.(4分)某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图13甲所示),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心线时(如图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图丙中游标卡尺的示数为________ mm,图丁中游标卡尺的示数为________ mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是__________________________________,所测光波的波长为________ m.
图13
答案 11.6 16.6 减小测量的偶然误差 6.25×10-7
解析 图丙读数为11 mm+6×0.1 mm=11.6 mm,图丁读数为16 mm+6×0.1 mm=16.6 mm,实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的偶然误差;Δx==1.25 mm,根据Δx=λ,求得λ==6.25×10-7 m.
三、计算题(本题共3小题,共36分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
15.(10分)弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动,B、C相距20 cm.某时刻振子处于B点,经过0.5 s,振子首次到达C点,求:
(1)振动的周期和频率;
(2)振子在5 s内通过的路程及5 s末的位移大小;
(3)振子在B点的加速度大小与在距O点4 cm处P点的加速度大小的比值.
答案 (1)1 s 1 Hz (2)2 m 0.1 m (3)
解析 (1)由题意可知,振子由B→C经过半个周期,即=0.5 s,故T=1 s,f==1 Hz.
(2)振子经过1个周期通过的路程s1=0.4 m.振子5 s内振动了五个周期,回到B点,通过的路程:s=5s1=2 m.位移大小x=10 cm=0.1 m.
(3)由F=-kx可知:在B点时FB=-k×0.1,在P点时FP=-k×0.04,故==.
16.(10分)机械横波某时刻的波形图如图13所示,波沿x轴正方向传播,质点P的坐标x=0.32 m.从此时刻开始计时.
图13
(1)若每间隔最小时间0.4 s出现重复波形图,求波速大小;
(2)若P点经0.4 s第一次到达正向最大位移,求波速大小;
(3)若P点经0.4 s到达平衡位置,求波速大小.
答案 (1)2 m/s (2)0.3 m/s (3)(0.8+n) m/s(n=0,1,2,3,…)
解析 (1)依题意,周期T=0.4 s,
波速v== m/s=2 m/s.
(2)波沿x轴正方向传播,
Δx=0.32 m-0.2 m=0.12 m.
P点恰好第一次到达正向最大位移
波速v== m/s=0.3 m/s.
(3)波沿x轴正方向传播,若P点恰好第一次到达平衡位置,则波传播的距离为0.32 m,
由周期性可知波传播的可能距离Δx=(0.32+n) m(n=0,1,2,3,…)
可能波速v== m/s=(0.8+n) m/s(n=0,1,2,3,…).
17.(13分)如图14所示,△ABM为透明柱状介质的横截面,其中∠A=30°.一束单色光从AM的中点P以一定的入射角入射,恰好能在AB边上发生全反射,且反射后的光线垂直BM边射出.已知BM边的长度为a,光在真空中的传播速度为c,求:
图14
(1)该透明介质的折射率;
(2)该单色光在透明介质中的传播时间.
答案 (1) (2)
解析 (1)单色光在透明介质中的传播路线如图所示(2分)
由几何关系可知,当单色光在AB边上刚好发生全反射时,其临界角为60°
由sin C=可得n=(1分)
代入数据可得n=(1分)
(2)由几何关系可得PE=a,∠PEQ=120°,由正弦定理得PQ=PE=a,AQ=PQ=a
又因为QB=AB-AQ=a,所以QF=a(3分)
单色光在该透明介质中的传播速度v==c,(1分)
所以单色光在该透明介质中的传播时间t=,(1分)
代入数据可得:t=.(1分)