新人教版高中物理选修3-4模块综合试题及答案5

新人教版高中物理选修3-4模块综合试题及答案5

1 高中物理选修 3-4 模块综合试题 说明：本试题共 12 个题，1－4 题每题 7 分，5－12 题每题 9 分，共 100 分，考试时间 90 分钟． 1．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列甲、乙两幅图中属于光的 单缝衍射图样的是________(填“甲”或“乙”)；在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信 号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种，在丙、丁两幅图中表示调幅波的是 ________(填“丙”或“丁”)． [答案] 乙 丙 2．P、Q 是一列简谐横波中的质点，相距 30m，各自的振动图象如图所示． (1)此列波的频率 f＝________Hz. (2)如果 P 比 Q 离波源近，且 P 与 Q 间距离小于 1 个波长，那么波长λ＝________m，波速 v ＝________m/s. (3)如果 P 比 Q 离波源远，那么波长λ＝________. [答案] (1)0.25 (2)40 10 (3) 120 4n＋1 m(n＝0,1,2,3…) 3．某防空雷达发射的电磁波频率为 f＝3×103MHz，屏幕上尖形波显示，从发射到接收经历 时间Δt＝0.4ms，那么被监视的目标到雷达的距离为________km.该雷达发出的电磁波的波长 为________m. [答案] 60 0.1 [解析] x＝cΔt＝1.2×105m＝120km.这是电磁波往返的路程，所以目标到达雷达的距离为 60km.由 c＝fλ可得λ＝0.1m. 4．磁场的磁感应强度 B 随时间 t 变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的有________ 图示的磁场，能产生持续电磁波的有________图示的磁场． [答案] BCD BD [解析] 根据麦克斯韦电磁场理论，有如下分析：A 图的磁场是恒定的，不能产生新的电场， 更不能产生电磁波；B 图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以 2 产生持续的电磁波；C 图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再 产生磁场，不能产生电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D 图所示磁场是周期性变化的， 能产生周期性变化的电场，能产生电磁波． 5．(·广东模拟)下图表示一个向右传播的 t＝0 时刻的横波波形图，已知波从 O 点传到 D 点用 0.2s.该波的波速为________m/s，频率为________Hz；t＝0 时，图中“A、B、C、D、E、F、 G、H、I、J”各质点中，向 y 轴正方向运动的速率最大的质点是________． [答案] 10 2.5 D [解析] 波速 v＝Δx Δt ＝ 2 0.2 m/s＝10m/s， 由 v＝λf，得 f＝v/λ＝10 4 Hz＝2.5Hz. 由图知，t＝0 时，向 y 轴正向运动的质点有 C、D、E 三点，在平衡位置处，质点速率最大， 所以 D 点速率最大． 6．在用双缝干涉测光的波长的实验中，所用实验装置如图甲所示，调节分划板的位置，使 分划板中心刻线对齐某条亮条纹(并将其记为第一条)的中心，如图乙所示，此时手轮上的读 数为________mm；转动手轮，使分划线向右侧移动到第四条亮条纹的中心位置，读出手轮 上的读数，并由两次读数算出第一条亮条纹到第四条亮条纹之间的距离 a＝9.900mm，又知 双缝间距 d＝0.200mm，双缝到屏的距离 l＝1.000m，则对应的光波的波长为________m．如 果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长，则图中除了光源以外，其他不必要的器材元 件有________． [答案] 1.180 6.60×10－7 滤光片、单缝 [解析] 手轮上的读数的固定刻度读数为 1mm，可动刻度第 18 个格与基准线对齐，读数为 18.0×0.01mm，所以手轮上的读数为 1.180mm；第 1 到第 4 亮纹之间有 3 个条纹间隔，所 以Δx＝9.900 3 mm＝3.300mm，λ＝d l Δx＝6.60×10－7m；氦氖激光器发出的激光具有很好的单 色性和相干性，所以不需要滤光片和单缝，直接照射到双缝上即可得到干涉图样． 7．(·苏北五市模拟)某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特 3 制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成， 其剖面如图所示，其中纤芯材料的折射率 n1 ＝2，包层折射率 n2 ＝ 3，光纤长度为 3 3×103m.(已知当光从折射率为 n1 的介质射入折射率为 n2 的介质时，入射角θ1、折射角θ2 间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2) (1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去； (2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转 化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间． [答案] (1)见解析 (2)8×10－5s [解析] (1)由题意在纤芯和包层分界面上全反身临界角 C 满足：n1sinC＝n2sin90°得：C＝60°， 当在端面上的入射角最大(θ1m＝90°)时，折射角θ2 也最大，在纤芯与包层分界面上的入射角 θ1′最小． 在端面上：θ1m＝90°时，n1＝sin90° sinθ2m 得：θ2m＝30° 这时θ1min′＝90°－30°＝60°＝C，所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从 包层中“泄漏”出去． (2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，这时光在纤芯中往返的总路程：s＝ 2L cosθ2m ， 光纤中光速：v＝ c n1 信号往返需要的最长时间 tmax＝s v ＝ 2Ln1 ccosθ2m ＝ 2Ln1 ccos30° ＝ 2×3 3×103×2 3×108× 3 2 s＝8×10－5s. 8．某时刻的波形图如图所示，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． [答案] (1)2m/s (2)0.3m/s (3)(0.8＋n)m/s(n＝0,1,2,3，…) [解析] (1)依题意，周期 T＝0.4s， 波速 v＝λ T ＝0.8 0.4 m/s＝2m/s (2)波向右传播Δx＝0.32m－0.2m＝0.12m.p 点恰好第一次达到正向最大位移． 4 波速 v＝Δx Δt ＝0.12 0.4 m/s＝0.3m/s (3)波向右传播Δx＝0.32m，p 点恰好第一次到达平衡位置，由周期性可知波传播的可能距离 Δx＝ 0.32＋λ 2 n m(n＝0,1,2,3，…) 可能波速 v＝Δx Δt ＝ 0.32＋0.8 2 n 0.4 m/s＝(0.8＋n)m/s(n＝0,1,2,3，…) 9．(1)一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波，波速为 0.5m/s，在某时刻波形如图中实线所示， 经过一段时间后波形如图中虚线所示，在这段时间里，图中 P 点处的质元通过的路程可能是 ________． A．0.4m B．0.5m C．0.6m D．0.7m (2)某学生利用单摆做测定重力加速度的实验，其具体操作如下： A．在铁架台上固定一个夹子，把单摆的摆线夹在夹子上 B．用刻度尺和游标卡尺测出摆长 l C．将摆球向一侧偏离 30°后由静止释放摆球 D．在释放摆球的同时开始计时 E．记下摆球完成 n 次(大于 30 次)全振动的时间 t F．把所得数据代入公式4π2n2l t2 该学生的上述操作中，错误的是________．(只填字母代号) (3)如图所示，是一种折射率 n＝1.5 的棱镜，现有一束光线沿 MN 方向射到棱镜的 AB 界面上， 入射角的正弦 sini＝0.75.求： ①光在棱镜中传播的速率； ②通过计算确定此束光线射出棱镜后的方向(不考虑返回到 AB 面上的光线)． [答案] (1)C (2)CD (3)①2×108m/s ②见解析图 [解析] (1)根据题意分析可知，P 点处的质元开始振动的方向沿 y 轴的正方向，由于它在一 个周期内通过的路程为振幅的 4 倍(即 4A，A＝0.2m)，所以图中 P 点处的质元通过的路程可 能是 s＝4nA＋3A＝0.6＋0.8n(n＝0,1,2,3，…)，所以答案为 C. (2)利用单摆测定重力加速度时，要求单摆做简谐运动，摆角不超过 5°，所以 C 操作错误．为 了减小实验误差，在测量周期时应该在摆球摆到最低点时开始计时，所以 D 操作是不妥的， 5 所以答案为 CD. (3)①由 n＝c v ，解得：v＝2.0×108m/s ②该棱镜发生全反射的临界角为α＝arcsin1 n ＝arcsin0.667<45° 如图所示，设光线进入棱镜后的折射角为 r，根据 n＝sini sinr ，解得 sinr＝0.5，所以 r＝30°，光 线射到 BC 界面的入射角为 i1＝90°－(180°－60°－75°)＝45°，所以在 BC 界面发生全反射，光 线沿 DE 方向射出棱镜时不改变方向，故此束光线射出棱镜后方向与 AC 界面垂直 10．(1)如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭 B 是“追赶”光的；火箭 A 是“迎着”光 飞行的，若火箭相对地面的速度为 v，则火箭 A 上的观察者测出的光速为________，火箭 B 上的观察者测出的光速为________． (2)某同学在做测玻璃折射率的实验中，使用的是半圆形玻璃砖，P1、P2、P3、P4 是按顺序插 在软木板上的大头针，如图所示．下述关于实验操作中的做法，正确的是________． A．若任意选了 P1、P2 连线的方向和入射点 A 的位置，都可以在圆弧右侧适当位置处插上第 三个大头针，使其同时挡住 P1、P2 的像 B．如果入射点 A 恰在玻璃砖圆心处，可不使用大头针 P4 C．可以用 P1、P2 连线作为入射光线，也可以用 P4、P3 连线作为入射光线 D．为减小误差，P1、P2 间距和 P3、P4 间距应适当大一些 (3)一均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的 9 个质点，相邻两质点间的距离均为 0.1m， 如图(a)所示．一列横波沿该直线向右传播，t＝0 时到达质点 1，质点 1 开始向下运动，振幅 为 0.2m，经过时间 0.3s，第一次出现如图(b)所示的波形． 6 ①求该列横波传播的速度； ②写出质点 1 的振动方程； ③在介质中还有一质点 P，P 点距质点 1 的距离为 10.0m，则再经多长时间 P 点处于波峰？ [答案] (1)C C (2)BCD (3)①4m/s ②－0.2sin10πtm ③2.35s [解析] (1)根据狭义相对论的基本假设，光速在任何惯性参考系中都是相同的．所以两个火 箭中的观察者测出的光速都为 c. (2)任何光线都能从空气射进玻璃，但从玻璃射向空气时可能会发生全反射，当 AB 光线入射 角大于临界角时，则在 B 右侧没有出射光线 A 项错误；如果入射点 A 恰在玻璃砖圆心处， 则在 A 点的折射光线沿半径方向射进棱镜，也将沿半径方向射出棱镜，在界面 B 处方向不 改变，故插上 P3 后，即可作出折射光线，B 项正确；因为光路是可逆的，所以 C 项正确；D 项所述是为减小误差所必须的． (3)①由于质点 1 起振方向向下，故最前面质点的起振方向也向下，t＝0.3s 时的波形为 可知 0.3s 内波传播了Δx＝1.5λ＝1.2m，故波速 v＝Δx Δt ＝1.2 0.3 m/s＝4m/s ②质点的振动周期等于波传播的周期 T＝0.2s，故ω＝2π T ＝10π，质点的振动方程为 y＝－ Asinωt(m)＝－0.2sin10πt(m) ③t＝0.3s 时，最前面的波峰为质点 7，故波峰传到 P 点的时间 Δt′＝x7P v ＝10－0.6 4 s＝2.35s 11．(1)如图所示，一列简谐横波沿＋x 方向传播．已知 t＝0 时，波传播到 x 轴上的质点 B， 在它左边的质点 A 位于负的最大位移处；在 t＝0.6s 时，质点 A 第二次出现在正的最大位移 处．则这列波的波速是________m/s.这段时间内质点 D 运动的路程是________m. (2)关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是________． A．恒定的电场能够产生电磁波 B．电磁波既有纵波，又有横波 C．电磁波从空气进入水中时，其波长变长了 D．雷达用的是微波，是由于微波传播的直线性好，有利于测定物体的位置 (3)如图所示，半圆形玻璃砖的半径为 R，光屏 PQ 置于直径的右端并与直径垂直，一复色光 与竖直方向成α＝30°角射入玻璃砖的圆心，由于色光中含有两种单色光，故在光屏上出现了 两个光斑，玻璃对两种单色光的折射率分别为 n1＝ 2和 n2＝ 3，求： 7 ①这两个光斑之间的距离； ②为使光屏上的光斑消失，复色光的入射角至少为多少？ [答案] (1)5 0.1 (2)D (3)① 1－ 3 3 R ②45° [解析] (1)由题意可知：波长λ＝2m,1.5T＝0.6s，则 T＝0.4s，可得 v＝λ T ＝5m/s.波由 B 点刚 传到 D 点的时间 t1＝x v ＝2 5 s＝0.4s，则在 0.2s 即半个周期内，质点 D 运动了 2A＝0.1m. (2)由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场(磁场)才能产生电磁波，恒定的电场不能 产生电磁波，A 错；电磁波的传播方向与 E、B 两个振动矢量的方向均垂直，是横波，B 错； 电磁波由空气进入水中传播时，速度变小，波长变短了，C 错误；电磁波遇到障碍物要发生 反射，雷达就是利用电磁波的这个特征工作的，故所用的电磁波传播的直线性要好，而微波 就具有这样的特点，D 正确． (3)①作出光路如图所示，由折射定律有：n1＝sinβ1 sinα ，n2＝sinβ2 sinα 代入数据得： 2＝ sinβ1 sin30° 3＝ sinβ2 sin30° 解得：β1＝45° β2＝60° 故 ab＝Pb－Pa＝Rtan45°－Rtan30°＝(1－ 3 3 )R ②当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失，且玻璃对其折射率为 n2 的色光 先发生全反射，故 sinC＝ 1 n1 ＝ 1 2 ，即入射角α＝C＝45°. 12．(1)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，位于原点的质点的振动图象如图甲所示，则该质 点的振幅是________cm，振动周期是________s．图乙为该波在某一时刻的波形图，质点 A 8 位于 x＝0.5m 处，则该波的传播速度是________m/s，质点 A 由图示位置再经过 1.35s 时间 所通过的路程是________cm. (2)根据相对论原理，下列说法中正确的是________． A．按照相对论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都 不可能等于或超过光速 c B．按照相对论及基本力学规律可推出质量和能量的关系为 E＝mc2 C．某个静质量为 m0 的物体，相对它静止的观察者测其质量为 m＝m0，能量为 E＝E0＝m0c2， 称为静能量，这表明任何静质量不为零的物体，都贮存着巨大的能量 D．按照相对论来讲，物理规律在一切惯性参考系中可以具有不同的形式 (3)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？ [答案] (1)8 0.2 10 216 (2)ABC (3)2r [解析] (1)由振动图象可以直接读出振幅 A＝8cm，周期 T＝0.2s；再由波动图象可以读出波 长λ＝2m，根据 v＝λ T 得 v＝10m/s；因为质点 A 的图示位置在波峰处，所以路程 s＝t T ×4A＝ 27 4 ×4A＝216cm. (2)按照相对论的结论，m＝ m0 1－v2 c2 ，这表明高速运动的物体其质量的测量值会非常大，并 随着速度趋于光速而无限增大，一个真实的物体，其质量是确定值、有限大，所以按照相对 论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或 超过光速 c，选项 A 说法是对的；质能关系可以按照相对论及基本力学规律推出，所以选项 B 的说法也是对的；按照狭义相对论的两个基本假设，物理规律在一切惯性参考系中都是相 同的，所以选项 D 说法错误，故本题的正确选项为 ABC. (3)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＝1 n ＝2 3 而 sini＝sin60°＝ 3 2 >2 3 ，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