新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案2

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新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案2

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________.‎ 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==.‎ 答案:(1)增大 不能 能 增大 减小 ‎(2)< a  ‎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.‎ 10‎ 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.‎ 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=4×10-7 m,‎ 代入数据解得f=5×1014 Hz.‎ 答案:5×1014 Hz ‎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20 cm/s.P质点与B质点相距40 cm,P质点与C质点相距50 cm,两列波在P质点相遇,则P质点振幅为(  )‎ A.70 cm       B.50 cm C.35 cm D.10 cm 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1 s,它们的波长为:λ1=λ2=vT=20 cm.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70‎ 10‎ ‎ cm,A正确.‎ 答案:(1)①增大 ②增大 ③增大 (2)A ‎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?‎ 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.(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4.0 s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10 km和5.0 km,频率为1.0 Hz.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.‎ 解析:设地震纵波和横波的传播速度分别为vP和vS,则 vP=fλP ①‎ vS=fλS ②‎ 式中,f为地震波的频率,λP和λS 10‎ 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=vPt ③‎ 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=40 km.‎ 答案:40 km ‎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=0.32 m.从此时刻开始计时.‎ ‎(1)若每间隔最小时间0.4 s重复出现波形图,求波速.‎ ‎(2)若p点经0.4 s第一次达到正向最大位移,求波速.‎ ‎(3)若p点经0.4 s到达平衡位置,求波速.‎ 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点恰好第一次达到正向最大位移.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Δx=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,…).‎ 答案:(1)2 m/s (2)0.3 m/s ‎(3)(0.8+n) m/s(n=0,1,2,3,…)‎ 10‎ ‎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”).‎ 10‎ 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.(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24 h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1100 km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=6400 km)‎ ‎(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 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.(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 10‎ 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2 s,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=2.5 m,再经________s它第一次经过平衡位置向y轴正方向运动.‎ 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=2 s,λ=4 m,‎ 所以v==2 m/s 10‎ 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=0.25 s.‎ 答案:(1)C (2)60° 偏右 (3)2 0.25‎ ‎10.(8分)有一种示波器可以同时显示两列波形.对于这两列波,显示屏上横向每格代表的时间间隔相同.利用此种示波器可以测量液体中的声速,实验装置的一部分如图11所示:管内盛满液体,音频信号发生器所产生的脉冲信号由置于液体内的发射器发出,被接收器所接收.图12所示为示波器的显示屏.屏上所显示的上、下两列波形分别为发射信号与接收信号.若已知发射的脉冲信号频率为f=2000 Hz,发射器与接收器的距离为x=1.30 m,求管内液体中的声速.(已知所测声速应在1300~1600 m/s之间,结果保留两位有效数字)‎ 解析:设脉冲信号的周期为T,从显示的波形可以看出,图12中横向每一分度(即两条长竖线间的距离)所表示的时间间隔为Δt= ①‎ 其中T= ②‎ 对比图12中上、下两列波形,可知信号在液体中从发射器传播到接收器所用的 时间为 t=(Δt)(2n+1.6),其中n=0,1,2… ③‎ 10‎ 液体中的声速为v= ④‎ 联立①②③④式,代入已知条件并考虑到所测声速应在1300~1600 m/s之间,得v=1.4×103 m/s.‎ 答案:1.4×103 m/s.‎ ‎11.(10分)在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图13所示,有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合,已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径是多少?‎ 解析:当光线到达玻璃圆锥的侧面时,根据几何关系,相对于 玻璃和空气的界面,入射角为60°,因光线在玻璃中发生全反射 的临界角的正弦值sinC==,‎ 而sini=sin60°=>,故光线在侧面发生全反射,‎ 然后垂直射向另一侧面,并射 出圆锥.‎ 如图所示,由几何关系可知,△ABC为等边三角形,△ACD也为等边三角形,故光束在桌面上形成的光斑半径为2r.‎ 答案:2r ‎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0.3 m/s,P点的横坐标为96 cm,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?‎ 10‎ ‎(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)‎ 解析:(1)开始计时时,这列波的最前端的质点坐标是24 cm,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=2.4 s.‎ ‎(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=3.0 s.‎ ‎(3)由波形图知,振幅A=10 cm,T==0.8 s,由P点自正向最大位移开始的振动图象如图所示.‎ 答案:(1)2.4 s 沿y轴负方向 (2)3.0 s (3)见解析图 ‎ ‎ 10‎
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