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- 2021-06-02 发布
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大名一中8和9班开学测试物理试题(波+振动+光)
一、单项选择题(每题3分,共18分)
1.一列波在介质中向某一方向传播,如图所示为此波在某一时刻的波形图,并且此时振动还只发生在M、N之间,已知此波的周期为T,Q质点速度方向在波形图中是向下的,下面说法中正确的是( )
A. 波源是M,由波源起振开始计时,P点已经振动时间T
B. 波源是N,由波源起振开始计时,P点已经振动时间
C. 波源是N,由波源起振开始计时,P点已经振动时间
D. 波源是M,由波源起振开始计时,P点已经振动时间
【答案】C
【解析】
由于此时Q点向下振动,且Q质点右方邻近的质点在Q点下方,则波向左传播,N是波源.振动从N点传播到M点,经过一个周期,又从波源N起振开始计时,需经T,P点才开始起振,故P质点已振动了,故C正确.故选C.
点睛:根据质点的振动方向判断波的传播方向要熟练掌握,波在一个周期内传播的距离是一个波长,由传播的距离可确定传播的时间.
2.呈水平状态的弹性绳,右端在竖直方向上做周期为0.4 s的简谐振动,设t=0时右端开始向上振动,则在t=0.5 s时刻绳上的波形可能是图中的哪种情况
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
t=0时右端开始向上振动,则在t="0.5" s,即经过个周期,右端质点应运动到上方最大位移处.故B正确,A、C、D错误.故选B.
3.某组同学用插针法测平行玻璃砖的折射率,记录下入射光线、折射光线、出射光线后,以入射点O为圆心画单位圆,用直尺测得有关线段的长度,如图所示,下面四个表达式中,正确地表达了折射率的关系式是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】ABCD.设圆的半径为1,即AO = EO = 1,由几何知识得,入射角的正弦值
折射角的正弦
根据折射定律得
故B正确,ACD错误。
故选B。
4.如图所示,a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气,结果折射角相同,下列说法正确的是( )
A. b在该介质中的折射率比a小,在介质中波速大于a光
B. 若用b做单缝衍射实验,要比用a做中央亮条纹更宽
C. 用a更易观测到泊松亮斑
D. 做双缝干涉实验时,用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大
【答案】AB
【解析】
【详解】A.由图可知,a光入射角小于b光入射角,a、b两束光折射角相同,根据折射定律
可得,b光在该介质中的折射率比a光小,根据
可得,b光在该介质中的波速比a光大,故A正确;
BD.由于
所以
又
可得
b光的折射率小,波长长,波动性强,当用b做单缝衍射实验要比用a做单缝衍射实验中央亮条更宽,用同一双缝干涉装置时干涉条纹间距与波长成正比,则用a比用b光亮条纹中心的距离更小,故B正确,D错误;
C.b光比a光波长更长,更容易发生明显的衍射现象,更容易观测到泊松亮斑,故C错误。
故选AB。
5.一列波长大于3m的横波沿着x轴正方向传播,处在和的两质点A、B的振动图象如图所示,由此可知( )
A. 波长为4m B. 波速为2m/s
C. 3s末A、B两质点的位移相同 D. 1s末A点的速度大于B点的速度
【答案】A
【解析】
详解】AB.由振动图像可知
T=4s,
因波长大于3m,则
当n=0时,v=1m/s,此时,故选项A正确,B错误;
C.3s末A点的位移为-2cm、B质点的位移为零,故位移不相同,选项C错误;
D.1s末A点的速度为零,而B点的速度最大,故1s末A点的速度小于B点的速度,选项D错误;故选A。
6.如图所示,将可视为质点的小物块用轻弹簧悬挂于拉力传感器上,拉力传感器固定于天花板上,将小物块托起一定高度后释放,拉力传感器记录了弹簧拉力F随时间t变化的关系如图所示。以下说法正确的是
A. t0时刻弹簧弹性势能最大 B. 2t0站时刻弹簧弹性势能最大
C. 时刻弹簧弹力的功率为0 D. 时刻物体处于超重状态
【答案】A
【解析】
【分析】
本题考查弹簧不同状态下对应各物理量的值得情况。
【详解】AB.t0时刻弹簧弹力最大,伸长量最大,弹性势能最大,2t0时刻,弹力最小,弹性势能最小,A正确,B错误;
C.时刻,弹簧振子在平衡位置,速度最大,弹力为2F0,功率不为零,C错误;
D.时刻,弹簧振子在平衡位置,物体加速度为零,处于平衡状态,D错误;
故选A。
二、多项选择题(每题4分,选不全得2分,共32分)
7.简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向由a到b传播,波速为v。若某时刻在波的传播方向上,位于平衡位置的两质点a、b相距为s,a、b之间只存在一个波谷,则从该时刻开始计时,质点a第一次到达波谷的时刻可能是( )
A. B. C. D.
【答案】ABCD
【解析】
【详解】位于平衡位置两质点a、b相距为s,a、b之间只存在一个波谷,则a、b之间波形可能为以下几种情况
又因为波沿x轴正方向由a到b传播,则a点的振动方向如图所示,所以质点a第一次到达波谷的时刻可能是
故ABCD正确。
故选ABCD。
8.如图中,一玻璃柱体的横截面为半圆形。细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和折射光束2,已知玻璃折射率为,入射角为45°(相应的折射角为24°),现保持入射光不变,将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°,如图中虚线所示,则( )
A. 光束1转过15° B. 光束1转过30°
C. 光束2转过的角度小于15° D. 光束2转过的角度大于15°
【答案】BC
【解析】
【详解】AB.根据题意得,半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°的光路图如图
转动前光束1(反射光)与入射光线间的夹角为
转动后,入射光线与法线(图中虚线)夹角为60°,反射光与入射光的夹角
光束1转过角度
故A错误,B正确;
CD.光束2(折射光)与入射光线间的夹角为
据折射定律
解得
则折射光与入射光间的夹角为
光束2转过的角度
故C正确,D错误。
故选BC
9.如图所示,一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足够大的厚玻璃平面镜的上表面,得到三束光I、II、III,则( )
A. 增大α角且α≤,光束II、III会靠近光束I
B. 玻璃对光束III的折射率大于对光束II的折射率
C. 减小α角且α>,光束III可能会由于全反射而从上表面消失
D. 光束III比光束II更容易发生明显衍射
【答案】AD
【解析】
【详解】A.根据光路的可逆性画出光路图
增大角,入射角减小,根据折射定律可知折射角减小,所以光束II、III会靠近光束I,A正确;
B.根据光路图可知,入射角一定,II的折射角小于III的折射角,根据折射定律
可知III的折射率小于II的折射率,B错误;
C.复色光沿PO方向射入玻璃砖,经过反射时,在上表面的入射角等于光束进入玻璃砖时的折射角。所以由光路可逆性原理可知,减小α角且,光束III不会在上表面发生全反射,一定能从上表面射出,C错误;
D.III的折射率小于II的折射率,所以III的频率小于II的频率,根据
可知III的波长大于II的波长,所以光束III比光束II更容易发生明显衍射,D正确。
故选AD。
10.如图所示为一横截面为直角三角形ABC的玻璃棱镜,其中,D点在AC边上,A、D间距为L,。一条光线平行于AB边从D点射入棱镜,光线垂直BC边射出,已知真空中的光速为c,则( )
A. 玻璃对光线的折射率为 B. 光线在棱镜中传播的路程为3L
C. 光线在棱镜中传播的时间为 D. 光线在棱镜中传播的时间为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.光路图如下
光线垂直BC边射出,有
光线在E点发生反射,有
可知
光线平行于AB边从D点射入棱镜,入射角
由折射定律得玻璃对光线的折射率为
故A正确;
B.为等腰三角形,有几何关系
解得
光线在棱镜中传播的路程为
故B错误;
CD.光线在棱镜中传播的速度为
光线在棱镜中传播时间为
故C正确,D错误。故选AC。
11.如图所示,在x轴上传播的一列简谐横波,实线表示t=0时刻的波形图,虚线表示在t=0.2s时刻的波形图。已知该波的波速是80m/s,则下列说法正确的是( )
A. 波长是10m B. 周期是0.15 s
C. 波可能沿x轴正方向传播 D. t=0时,x=4m处的质点速度沿y轴负方向
【答案】BD
【解析】
【分析】
本题考查运用波形图分析波的传递过程。
【详解】A.由波形图可得波长为12m。故A错误;
B.由波速计算公式
故B正确;
C.0.2s内波传递了16m,波沿x轴负方向传播。故C错误;
D.波沿x轴负方向传播,根据口诀法“上坡下,下坡上”,x=4m处的质点位于“上坡”,质点速度沿y轴负方向。故D正确。故选BD。
12.图1是一列沿x轴传播简谐横波在t=0.4s时刻的波形图.若d位置的质点比a位置的质点晚0.6s起振,图2表示位置在a、d之间的某质点P的振动图象,且图1、图2的计时起点相同.则( )
A. 该波沿x轴负方向传播 B. 该波的周期为0.8s
C. 质点P位于b、c之间 D. 质点P位于a、b之间
【答案】BC
【解析】
【详解】AB.由波的图象可知:ad间的距离为,所以波从a传到d所用时间为,波沿x轴正方向传播,且, A错误;B错误;
CD.结合波动图象和振动图象可知质点P位于b、c之间;故BC正确。
13.一列向右传播的简谐横波,当波传到处的P点时开始计时,该时刻波形如图所示,时,观察到质点P第三次到达波峰位置,下列说法正确的是
A. 波速为
B. 经1.4s质点P运动的路程为70cm
C. 时,处的质点Q第三次到达波谷
D. 与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5HZ
【答案】BCD
【解析】
【详解】首先从图中我们可以得出这列波的波长为2m.同时每一个质点开始振动的方向是+y方向.从0时刻开始到0.9s,P点恰好第三次到达波峰,表示经过了9/4个周期,得出周期T=0.4s,所以波速v=λ/T=5m/s,故A错误,
经过1.4s则P点恰好完成3个完整周期加1/2周期,所以路程为70cm,故B正确,
经过0.5s波传到Q点,剩下的1.1sQ点恰好完成2个完整周期加3/4周期,处于波谷,所以故C正确,
本列波的频率为2.5Hz,频率相等是发生干涉的条件,故D对;
综上所述本题答案是:BCD
14.一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点.时刻振子的位移;时刻;时刻.该振子的振幅和周期可能为( )
A. 0.1 m, B. 0.1 m, 8s C. 0.2 m, D. 0.2 m,8s
【答案】ACD
【解析】
【详解】AB. 如果振幅等于0.1m,经过周期的整数倍,振子会回到原位置,则有:
当时,,故A正确,B错误;
CD. 如果振幅大于0.1m,如图所示,则有:
当时,;当时,;故C正确,D正确;
三、实验题(14分每空1分)
15.用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率,O为玻璃截面的圆心,使入射光线跟玻璃砖平面垂直,如图所示四个图中P1、P2、P3、P4是四个学生实验插针的结果.
(1)如图所示四个图中肯定把针插错了位置的是____________________________.
(2)这四个图中可以比较准确地测定折射率的是____________________________.
【答案】 (1). A (2). C
【解析】
分别连接P1、P2和P3、P4用以确定入射光线和出射光线的入射点与折射点,并连接该两点,可确定出射光线和玻璃砖内部折射光线,如图所示.
由图可知,图A把针插错了;图B是r=i=0的特殊情况,不能测定n;图D入射角太大接近临界角,使出射光线弱、观察误差大;而图C的入射角适中,所以C比较准确.
16.乙、丙、丁三位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置分别如下图所示,其中乙同学画边界cd时没有紧靠玻璃砖,丙同学采用的是梯形玻璃砖,丁同学画好边界后不慎触碰玻璃砖使其略有平移。他们的其他操作均正确,且均以ab、cd为界面画光路图。
则三位同学测得的折射率与真实值相比:乙同学________,丙同学_______,丁同学_______(均选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
【答案】 (1). 偏小 (2). 不变 (3). 不变
【解析】
【详解】[1][2][3]测定玻璃砖折射率的实验原理是折射定律
乙同学画出的cd比实际侧面向外侧平移了一些,但在画光路图时,将入射点、出射点分别确定在ab、cd上,如图
实线表示实际的光路图,虚线表示丙同学画图时光路图,入射角测量没有误差,而折射角偏大,则根据折射定律得知,测出的折射率将偏小。乙同学用的是梯形玻璃砖,只要操作正确,测量结果与玻璃砖形状无关。丁同学画好边界后不慎触碰玻璃砖使其略有平移。ab和cd的间距和玻璃的的宽度一样,所以以ab、cd为界面画光路图的入射角、折射角与实际的入射角、折射角相等,由折射定律知,测出的折射率没有变化。
17.空中有一只小鸟,距水面3 m,在其正下方距水面4 m深处的水中有一条鱼.已知水的折射率为4/3,则鸟看水中的鱼离它多远 ,鱼看天上的鸟离它多远 .
【答案】6m;8m
【解析】
【详解】从空气往水看,折射率就是3/4,但是从水往空气看,折射率正好是分子分母颠倒的4/3.鸟看鱼距离是
3+4(3/4)=6m.
但是与看鸟距离就是
4+3(4/3)=8m
18.某一摆钟的摆长未知,若将摆锤向上移动,发现摆钟每分钟快了时间,求摆钟原来的摆长为_______。
【答案】
【解析】
【详解】设摆钟原来的摆长为x,当摆锤向上移动时,摆长变为。根据
解得
当原来摆长为x时,时间内摆动的次数为
表盘显示的时间为
当原来摆长为时,时间内摆动的次数为
表盘显示的时间为
所以
解得
又因为
所以
19.一个水平弹簧振子的固有频率是3Hz,要使它在振动中产生的最大加速度能达到5m/s2,它振动的振幅A=_____cm。
【答案】1.4
【解析】
【详解】根据题意
水平弹簧振子最大的伸长量为A,此时有
解得
联立并代入数据解得
20.某同学做“用单摆测重力加速度”实验。
(1)用游标卡尺测量摆球直径d;
(2)在小钢球某次通过平衡位置时开始计时,并将这次通过平衡位置时记为0,数出以后小钢球通过平衡位置的次数为n,用停表记下所用的时间为t。请用上面的测量数据计算重力加速度的表达式为g=____________。在测量摆长后,测量周期时,摆球振动过程中悬点处摆线的固定出现松动,摆长略微变长,这将会导致所测重力加速度的数值______。(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(3)理论上测出多组单摆的摆长l和运动周期T,作出T2—l图象,T2—l图象是一条过坐标原点的直线,某同学根据实验数据作出的图象如图。
造成图象不过坐标原点的原因可能是________。由图象求出的重力加速度g=________m/s2(取π2=9.87),测量值相比真实值________。(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
【答案】 (1). (2). 偏小 (3). 测摆长时漏掉摆球半径 (4). 9.87 (5). 偏小
【解析】
【详解】(2)[1][2]小钢球通过平衡位置的次数为n,用停表记下所用的时间为t,根据单摆周期公式
根据题意有
解得
根据上述分析,摆球振动过程中悬点处摆线的固定出现松动,摆长略微变长,这将会导致摆长测量值偏小,故所测重力加速度的数值偏小。
(3)[3][4][5]图象不通过坐标原点,将图象向右平移1cm就会通过坐标原点,故相同的同期下,摆长偏小1cm,所以可能是测摆长时漏掉了摆球的半径。由单摆周期公式
可得
T2—l图象的斜率为
由图示图像得
解得
由前面分析知,导致摆长的测量值小于真实值,则根据
可知测量值比真实值偏小。
三、计算题(共35分)
21.一列波速为20m/s的简谐波沿x
轴正方向传播,在某一时刻波的图像如图所示,试据此分别画出质点a、b。
(1)从这个时刻起的振动图像;
(2)从这个时刻以后周期时起的振动图像。
【答案】见解析
【解析】
【详解】(1)由图知波长为
根据可得周期
简谐波沿轴正方向传播,波形向右平移,则运用波形的平移法得知质点a此时刻的运动方向沿y轴负方向,质点a振动方程为
从这个时刻起质点a的振动图像
运用波形的平移法得知质点b此时刻的运动方向沿y轴正方向,质点b振动方程为
从这个时刻起质点b的振动图像
(2)从这个时刻以后周期时起质点a振动方程为
质点a的振动图像
从这个时刻以后周期时起质点b振动方程为
质点b的振动图像
22.一块用折射率的玻璃制作的透明体,其横截面如图所示,ab是一半径为R的圆弧,ac边与bc边垂直,,当一束平行光线垂直照射到ac边时点没有光线射入部分和bc部分的外表面只有一部分是亮的,而其余是暗的,求:
部分的外表面是亮的部分的弧长;
部分的外表面是亮的部分的弧长.
【答案】部分的外表面是亮的部分的弧长为;部分的外表面是亮的部分的弧长为
【解析】
【详解】由题意作光路图如图所示,
该介质的临界角是则有:
在时,均发生全反射,图中d点为入射角等于临界角的临界点,所以在ab部分表面只有bd部分有光透射出,平行光部分弧长为:
在bc部分,如图所示,也只有eb部分有光发出,eb长度为:
23.一直桶状容器的高为21,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示.容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料.在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率.
【答案】1.55
【解析】
【详解】设从光源发出直射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1,在剖面内做光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接CD,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D点;光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示;
设液体的折射率为n,由折射定律:①
②
依题意:③
联立①②③解得:④
由几何关系:⑤
⑥
联立④⑤⑥解得:n=1.55
24.如图所示,实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形图,虚线是这列波在t=0.2 s时刻的波形图。求:
(1)该波的周期;
(2)若该波的波速是0.8m/s,则波的传播方向如何?
【答案】(1)右传,;左传,其中n=0,1,…… ;(2)左传
【解析】
【详解】(1)从图中可以看出波长λ=12cm=0.12m,若波向右传播:则波速
,(n=1,2,3….)
周期
若波向左传播:则波速
,(n=1,2,3….)
周期
(2)若该波的波速是0.8m/s,则由波速表达式
可知当n=1时,v=0.8m/s,故波向左传播。
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