高中物理选修34模块综合试题及答案.docx

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高中物理选修34模块综合试题及答案

高中物理选修3-4模块综合试题

（时间60分钟，满分100分）

1．（8分）

（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________；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________传播的，电磁波是________传播的（填“能”、“不能”或“不确定”）；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”）

（2）如图1所示复合光经过半圆形玻璃后分成a、b两束光，比较a、b两束光在玻璃砖中的传播速度va________vb；入射光线由AO转到BO，出射光线中________最先消失；若在该光消失时测得AO与BO间的夹角为α，则玻璃对该光的折射率为________．

2．（8分）麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图2所示，求该光波的频率．

3．（8分）

（1）如图3所示是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹．则：

①减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离将________；

②增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离将________；

③将绿光换为红光，干涉条纹间的距离将________．（填“增大”、“不变”或“减小”）

（2）如图4甲所示，横波1沿BP方向传播，B质点的振动图象如图乙所示；横波2沿CP方向传播，C质点的振动图象如图丙所示．两列波的波速都为20cm/s.P质点与B质点相距40cm，P质点与C质点相距50cm，两列波在P质点相遇，则P质点振幅为（　　）

A．70cm　　　　　　　B．50cm

C．35cmD．10cm

4．（8分）如图5所示是一个透明圆柱的横截面，其半径为R，折射率是

，AB是一条直径．今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体．若一条入射光线经折射后恰经过B点，则这条入射光线到AB的距离是多少？

5．（8分）某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆，弹簧振子的弹簧和小球（球中间有孔）都套在固定的光滑竖直杆上．某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0s后，单摆才开始摆动．此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10km和5.0km，频率为1.0Hz.假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离．

6．（8分）机械横波某时刻的波形图如图6所示，波沿x轴正方向传播，质点p的坐标x＝0.32m．从此时刻开始计时．

（1）若每间隔最小时间0.4s重复出现波形图，求波速．

（2）若p点经0.4s第一次达到正向最大位移，求波速．

（3）若p点经0.4s到达平衡位置，求波速．

7．（7分）

（1）在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图7甲、乙所示．测量方法正确的是________（选填“甲”或“乙”）．

（2）实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图8甲所示．光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图乙所示，则该单摆的振动周期为________．若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________（填“变大”、“不变”或“变小”），图乙中的Δt将________（填“变大”、“不变”或“变小”）．

8．（8分）20世纪80年代初，科学家发明了硅太阳能电池．如果在太空设立太阳能卫星电站，可24h发电，且不受昼夜气候的影响．利用微波——电能转换装置，将电能转换成微波向地面发送，太阳能卫星电站的最佳位置在离地1100km的赤道上空，此时微波定向性最好．飞机通过微波区不会发生意外，但微波对飞鸟是致命的．可在地面站附近装上保护网或驱逐音响，不让飞鸟通过．（地球半径R＝6400km）

（1）太阳能电池将实现哪种转换________．

A．光能—微波B．光能—热能

C．光能—电能D．电能—微波

（2）微波是________．

A．超声波B．次声波

C．电磁波D．机械波

（3）飞机外壳对微波的哪种作用，使飞机安全无恙________．

A．反射B．吸收C．干涉D．衍射

（4）微波对飞鸟是致命的，这是因为微波的________．

A．电离作用B．穿透作用

C．生物电作用D．热效应

9．（9分）

（1）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”的实验中，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

（2）如图9所示，一个半径为R的

透明球体放置在水平面上，一束蓝光从A点沿水平方向射入球体后经B点射出，最后射到水平面上的C点．已知OA＝

，该球体对蓝光的折射率为

.则它从球面射出时的出射角β＝________；若换用一束红光同样从A点射向该球体，则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置________（填“偏左”、“偏右”或“不变”）．

（3）一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为2s，t＝0时刻的波形如图10所示．该列波的波速是________m/s；质点a平衡位置的坐标xa＝2.5m，再经________s它第一次经过平衡位置向y轴正方向运动．

10．

（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.

11．

（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4Hz，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

cm，则下列说法正确的是________．

A．它的振幅为4cm

B．它的周期为0.02s

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？

12．（10分）如图14所示，一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速大小为0.3m/s，P点的横坐标为96cm，从图中状态开始计时，求：

（1）经过多长时间，P质点开始振动，振动时方向如何？

（2）经过多长时间，P质点第一次到达波峰？

（3）以P质点第一次到达波峰开始计时，作出P点的振动图象（至少画出1.5个周期）

1.解析：

（1）电磁波的能量随波的频率的增大而增大；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，而机械波不能在真空中传播；从空气进入水的过程中，机械波的传播速度增大，而电磁波的传播速度减小．

（2）由折射率n＝

知na＞nb，又n＝

，故va＜nb；根据sinC＝

可知，a光的临界角较小，当入射光线由AO转到BO时，出射光线中a最先消失．玻璃对a光的折射率n＝

＝

.

2、答案：

（1）增大　不能　能　增大　减小

（2）＜　a　

解析：

设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，则

f＝

，v＝

，联立得f＝

从波形图上读出波长λ＝4×10－7m，

代入数据解得f＝5×1014Hz.

答案：

5×1014Hz

3、解析：

（1）由Δx＝

可知，当d减小，Δx将增大；当l增大时，Δx增大；当把绿光换为红光时，λ增长，Δx增大．

（2）波1和2的周期均为1s，它们的波长为：

λ1＝λ2＝vT＝20cm.由于BP＝2λ，CP＝2.5λ.t＝0时刻B质点的位移为0且向上振动，经过2.5T波1传播到P质点并引起P质点振动

T，此时其位移为0且振动方向向下；t＝0时刻C质点的位移为0且向下振动，经过2.5T波2刚好传到P质点，P质点的位移为0且振动方向也向下；所以两列波在P质点引起的振动是加强的，P质点振幅为两列波分别引起的振幅之和，为70cm，A正确．

答案：

（1）①增大　②增大　③增大　

（2）A

4、解析：

设光线P经折射后经过B点，光路如图所示．

根据折射定律n＝

＝

在△OBC中，

＝

可得β＝30°，α＝60°，所以CD＝Rsinα＝

R.

答案：

R

5、解析：

设地震纵波和横波的传播速度分别为vP和vS，则

vP＝fλP①

vS＝fλS②

式中，f为地震波的频率，λP和λS分别表示地震纵波和横波的波长．设震源离实验室的距离为x，纵波从震源传播到实验室所需时间为t，则

x＝vPt③

x＝vS（t＋Δt）④

式中，Δt为摆B开始摆动的时刻与振子A开始振动的时刻之间的时间间隔．由①②③④式得：

x＝

代入数据得x＝40km.

答案：

40km

6、解析：

（1）依题意，周期T＝0.4s，波速v＝

＝

m/s＝2m/s.

（2）波沿x轴正方向传播，Δx＝0.32m－0.2m＝0.12m．p点恰好第一次达到正向最大位移．波速v＝

＝

m/s＝0.3m/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Δx＝0.32m，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，…）．

答案：

（1）2m/s　

（2）0.3m/s（3）（0.8＋n）m/s（n＝0,1,2,3，…）

7、解析：

（1）小球应放在测脚下部位置，图乙正确．

（2）小球摆动到最低点时，挡光使得光敏电阻阻值增大，从t1时刻开始，再经两次挡光

完成一个周期，故T＝2t0；摆长为摆线加小球半径，若小球直径变大，则摆长增加，

由周期公式T＝2π

可知，周期变大；当小球直径变大时，挡光时间增加，即Δt

变大.

答案：

（1）乙　

（2）2t0　变大　变大

8、解析：

（1）太阳能电池实现光能与电能的转换，C对，A、B、D错．

（2）微波是某一频率的电磁波，C对，A、B、D错．

（3）飞机外壳可以反射微波，使飞机安全，A对，B、C、D错．

（4）微波是频率很高的电磁波，在生物体内可引起热效应，由于太阳能卫星电站的功率很大，产生的热量足以将鸟热死．

答案：

（1）C　

（2）C　（3）A　（4）D

9、解析：

（1）水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是薄膜干涉的结果，A错；均匀变化的电场周围产生的磁场是恒定的，B错；根据狭义相对论的光速不变原理知，C正确；对D项，为减小实验误差，测量单摆周期应从小球经过平衡位置处开始计时，D错．

（2）设∠ABO＝θ，由sinθ＝

得θ＝30°，由n＝

，得β＝60°设红光从球面射出时的出射角为β′

sinβ＝n蓝sin30°，sinβ′＝n红sin30°

由于n蓝＞n红，故β′＜β，所以红光从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置偏右．

（3）因为T＝2s，λ＝4m，

所以v＝

＝2m/s

质点a第一次经过平衡位置向y轴正方向运动所经过的时间Δt＝

＝

s＝0.25s.

答案：

（1）C　

（2）60°　偏右　（3）2　0.25

10、【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

sinα＝

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

＝

因此sinθ＝

解得θ＝60°.

【答案】　

（1）BD　

（2）60°

11、【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2cm，周期为0.04s，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sinC＝

＝

，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＝

.

12.【答案】　

（1）负　8　

（2）C　（3）①

　②

解析：

（1）开始计时时，这列波的最前端的质点坐标是24cm，根据波的传播方向，可知这一点沿y轴负方向运动，因此在波前进方向的每一个质点开始振动的方向都是沿y轴负方向运动，故P点开始振动时的方向是沿y轴负方向，P质点开始振动的时间是

t＝

＝

s＝2.4s.

（2）波形移动法：

质点P第一次到达波峰，即初始时刻这列波的波峰传到P点，因此所用的时间是

t′＝

s＝3.0s.

（3）由波形图知，振幅A＝10cm，T＝

＝0.8s，由P点自正向最大位移开始的振动图象如图所示．

答案：

（1）2.4s　沿y轴负方向　

（2）3.0s　（3）见解析图