新人教版高中物理选修3-4模块综合试题及答案3 7页

1 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＝4 3 ，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) 2 【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＝ R R2＋h2 ，R r ＝L l 得 h＝ n2－1·L lr 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 3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 3R/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＝ 3 2 ① 设光线在 C 点的折射角为β，由折射定律得 sin α sin β ＝ 3② 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sin γ sin θ ＝ 1 3 3 因此 sin θ＝ 3 2 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＝2sin 50πt＋π 6 cm，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π 6 D．它在 1/4 周期内通过的路程可能是 2 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π 6. (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 ＝ r r2＋H2 ＝1 n ，解得：r＝ H n2－1 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＝c v ，又由于 f＝ c λ0 ＝v λ ，联立解得：λ＝λ0 n. 【答案】 (1)负 8 (2)C (3)① H n2－1 ②λ0 n 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 4 ____________________________． (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＝λ T ＝ 2 0.2 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”)． 5 (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 2πt＋3π 4 (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 2 cm. 【答案】 (1)增大 不能 能 增大 减小 (2)BD (3)①y＝5sin 2πt＋3π 4 cm ②90 cm －2.5 2 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： 6 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 L g ，T2＝ 2π L－ΔL g ，两式联立消去 L 有：g＝4π2ΔL T21－T22 . (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＝c v 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＝4π2ΔL T21－T22 (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 ＝ 3.(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＝λ T ＝ 4 m 0.4 s ＝10 m/s.B 在 1 s 之内通过的路程为 1 0.4 ×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＝c n ＝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