高中物理教科版选修3-4 综合测评 假期作业 Word版含解析

高中物理教科版选修3-4 综合测评 假期作业
(时间：100分钟　满分：120分)
1．(15分)(1)(5分)如图所示，图1是机械波的分类图，图2是机械波的传播原理图，图3是波的干涉图样，则下列说法正确的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．由图1可知，横波比纵波更常见是因为横波比纵波能够携带更多的能量和信息
B．由图2可知，同一列波向外传播时各质点的起振方向都是相同的
C．由图3可知，两列相干波的频率必须相同
D．图2显示的波的传播方向可能向左，也可能向右
E．图1显示的横波的波长大于纵波的波长
(2)(10分)如图，一圆形玻璃砖置于水平放置的白纸上，圆的半径R＝10 cm，一条光线沿水平方向从玻璃砖侧面上的A点射入玻璃砖内，从玻璃砖侧面上的B点射出时，用插针法记下A、B两点的位置和光线的方向，用相应的器材测出A、B两点间的距离为10 cm，出射光线与入射光线的夹角为30°。
①求玻璃砖的折射率；
②如果入射光线是在真空中波长为600 nm的激光，则该激光在玻璃砖中的波长是多少？
解析：(1)横波与纵波都能够携带能量和信息，但不能确定两者携带的多少，故A错误；同一列波向外传播时所有质点的起振方向都是相同的，B正确；机械波发生稳定干涉的一个必要条件就是频率相同，C正确；机械波的传播都是前一个质点带动后一个质点，而后一个质点总是重复前一个质点的运动，故由题图2可以确定传播方向是唯一的，D错误；由题图1可以看出，横波的波长是两个相邻波峰间的距离，纵波的波长是两个相邻密部间的距离，E正确。
(2)①如图所示，由几何关系可知，折射角的正弦sin r＝＝，故r＝30°
由光路可逆和对称性可知：OC⊥AB，故有∠CAD＝∠CBD＝＝15°
所以入射角i＝r＋∠CAD＝45°
根据光的折射定律有n＝＝＝
②根据光速、频率和波长的关系有＝
又n＝，故有n＝
解得激光在玻璃砖中的波长为
λ＝＝ nm＝300 nm。
答案：(1)BCE　(2)①　②300 nm
2．(15分)
(1)(5分)如图所示，光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射，进入到玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度。以下说法错误的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．玻璃管被液体包住之前，折射光线消失
B．玻璃管被液体包住之后，折射光线消失
C．玻璃管被液体包住之后，出射光线强度增强
D．玻璃管被液体包住之后，出射光线强度减弱
E．玻璃管被液体包住之后，出射光线强度不变
(2)(10分)一列沿x轴负方向传播的横波在t＝0时的波形如图所示，已知t＝0.7 s时，P点第二次出现波峰。试计算：
①这列波的传播速度多大？
②从t＝0时刻起，经多长时间Q点第一次出现波峰？
③当Q点第一次出现波峰时，P点通过的路程为多少？
解析：(1)玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管外面是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管壁中射出，A正确；当玻璃管被透明液体包住之后，如果液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，出射光线的强度会减弱，D正确，B、C、E错误。
(2)①由题图可知：这列波的波长λ＝4 m
又Δt＝T＝0.7 s，得T＝0.4 s
由波速公式得v＝＝ m/s＝10 m/s。
②第一个波峰到Q点的距离为x＝11 m，振动传到Q点需2.5T，因质点起振方向向上，第一次到达波峰再需T，故t＝2.5T＋T＝1.1 s。
③振动传到P点需T，所以当Q点第一次出现波峰时，P点已振动了2T，则P点通过的路程为s＝2×4A＝9A＝0.9 m。
答案：(1)BCE　(2)①10 m/s　②1.1 s　③0.9 m
3.(15分)(1)(5分)一列简谐横波沿x轴正向传播，t＝0时的波的图像如图所示，质点P的平衡位置在x＝8 m处。该波的周期T＝0.4 s。下列说法正确的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．该列波的传播速度为20 m/s
B．在0～1.2 s内质点P经过的路程24 m
C．t＝0.6 s时质点P的速度方向沿y轴正方向
D．t＝0.7 s时质点P位于波谷
E．质点P的振动方程是y＝10sin 5πt(cm)
(2)(10分)一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图所示是其截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4 m。在距观景台右侧面x＝4 m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，在该光源从距水面高3 m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，且AB＝3 m。求：
①该单色光在水中的折射率；
②AC的距离。
解析：(1)由波的图像易知，λ＝8 m，由v＝＝20 m/s，选项A正确；s＝×4A＝1.2 m，选项B错误；沿波的传播方向，“上坡下，下坡上”，故t＝0时质点P的运动方向沿y轴正方向，经过0.6 s，相当于T，再次回到平衡位置，速度方向沿y轴负方向，选项C错误；经过0.7 s，相当于T，质点P运动到波谷位置，选项D正确；角速度ω＝，质点P的振动方程y＝10sin ωt(cm)＝10sint(cm)＝10sin 5πt(cm)，选项E正确。
(2)①如图所示，点光源S在距水面高3 m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，则：
由于n＝
所以，水的折射率n＝＝。
②点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C
则n＝＝＝
解得AC＝ m(或AC＝4.5 m)。
答案：(1)ADE　(2)①　② m
4．(15分)(1)(5分)下列说法中正确的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．遥控器发出的红外线脉冲信号可以用来遥控电视机、录像机和空调机
B．观察者相对于振动频率一定的声源运动时，接收到声波的频率小于声源频率
C．狭义相对论认为真空中光源的运动会影响光的传播速度
D．光的偏振现象说明光是一种横波
E．两列频率相同的机械波相遇时，在相遇区可能会出现稳定干涉现象
(2)(10分)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形图如图所示，从该时刻开始计时。
①若质点P(坐标为x＝3.2 m)经0.4 s第一次回到初始位置，求该机械波的波速和周期；
②若质点Q(坐标为x＝5 m)在0.5 s内通过的路程为(10＋5)cm，求该机械波的波速和周期。
解析：(1)遥控器是利用其所发出的红外线脉冲信号来遥控电视机、录像机和空调机的，A正确；声源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于声源频率，B错误；狭义相对论的基本假设是：在不同的惯性参考系中真空中的光速是不变的；在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是等价的，C错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，D正确；只有频率相同的两列机械波相遇，才能出现稳定干涉现象，E正确。
(2)①由于波沿x轴正方向传播，当P点经0.4 s第一次回到初始位置，一定是x＝0处的振动状态传播到P点，则该机械波波速为
v＝＝ m/s＝8 m/s
由波形图可知，波长λ＝8 m
则T＝＝ s＝1 s。
②由波动图像可知，此时Q点的纵坐标为y＝－ cm，当其通过的路程为(10＋5)cm时，一定是x＝－1 m处的质点振动状态传播到Q点，则该机械波波速为
v′＝＝ m/s＝12 m/s
则T′＝＝ s＝ s。
答案：(1)ADE　(2)①8 m/s　1 s　②12 m/s　 s
5．(15分)(1)(5分)下列说法中正确的是____________________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．军队士兵过桥时使用便步，是为了防止桥发生共振现象
B．机械波和电磁波在介质中的传播速度均仅由介质决定
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
D．假设火车以接近光速通过站台时，站台上旅客观察到车上乘客变矮
E．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
(2)(10分)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x＝0和x＝5 cm处的两个质点。t＝0时开始观测，此时质点O的位移为y＝4 cm，质点A处于波峰位置；t＝ s时，质点O第一次回到平衡位置，t＝1 s时，质点A第一次回到平衡位置。求
①简谐波的周期、波速和波长；
②质点O的位移随时间变化的关系式。
解析：(1)军队士兵过桥时使用便步，防止行走的频率与桥的频率相同，使桥发生共振现象，故A正确；机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故B错误；加装偏振片的作用是减弱反射光的强度，故C正确；根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光速通过站台时，站在站台上旅客观察车上乘客变瘦，而不是变矮，故D错误；赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，E正确。
(2)①设振动周期为T。由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的是个周期，由此可知T＝4 s①
由于质点O与A的距离5 cm小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t＝ s时回到平衡位置，而A在t＝1 s时回到平衡位置，时间相差 s。两质点平衡位置的距离除以传播时间，可得波的速度v＝7.5 cm/s②
利用波长、波速和周期的关系得，简谐波的波长
λ＝30 cm。③
②设质点O的位移随时间变化的关系为
y＝Acos④
将①式及题给条件代入上式得
⑤
解得φ0＝，A＝8 cm⑥
质点O的位移随时间变化的关系式为
y＝0.08cos(国际单位制)
或y＝0.08sin(国际单位制)。
答案：(1)ACE
(2)①4 s　7.5 cm/s　30 cm
②y＝0.08cos(国际单位制)
或y＝0.08sin(国际单位制)
6．(15分)(1)(5分)关于光现象及其应用，下列说法正确的有________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象
B．光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
C．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽
D．玻璃内气泡看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射出的原因
E．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰
(2)(10分)一列简谐横波，某时刻的波形图像如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图像如图乙所示，则：
①从该时刻起，再经过Δt＝0.4 s，P质点的位移、通过的路程和波传播的距离分别为多少？
②若t＝0时振动刚刚传到A点，从该时刻起再经多长时间坐标为45 m的质点(未画出)第二次位于波峰？
解析：(1)用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉，选项A正确；光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，选项B错误；根据Δx＝λ知，同一装置，波长越长条纹间距越宽，选项C正确；玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射，选项D错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，选项E正确。
(2)①由振动图像可以看出，此波的周期为0.8 s，所以频率为1.25 Hz。因为Δt＝0.4 s＝，故经0.4 s P质点回到平衡位置，位移为0
质点P通过的路程为2A＝4 cm
在时间内波传播的距离为＝10 m。
②由A点在t＝0时刻向上振动知，波沿x轴正方向传播，波速v＝＝ m/s＝25 m/s
x＝45 m处的质点第一次到达波峰的时间
t1＝＝ s＝1 s
此质点第二次位于波峰的时间t＝t1＋T＝1.8 s。
答案：(1)ACE　(2)①0　4 cm　10 m　②1.8 s
7．(15分)(1)(5分)一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过1 s后它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过0.2 s它的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断正确的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．波沿x轴负方向传播，且周期为1.2 s
B．波沿x轴正方向传播，且波速为10 m/s
C．质点M与质点Q的位移大小总是相等，方向总是相反
D．若某时刻N质点速度为零，则Q质点一定速度为零
E．从图示位置开始计时，在3 s时刻，质点M偏离平衡位置的位移y＝－10 cm
(2)(10分)单色光以入射角i＝45°射到折射率为n＝的透明球体中，并在球内经一次反射后再折射后射出，入射和折射光路如图所示。
①在图上大致画出光线在球内的路径和方向；
②求入射光与出射光之间的夹角α。
解析：(1)根据图示时刻质点P的速度为v，经过1 s它的速度大小、方向第一次与v相同，质点P运动到关于平衡位置对称的位置，再经过0.2 s它的速度大小、方向第二次与v相同时，回到原来位置，完成一次全振动，则P振动的周期T＝1.2 s，根据回到对称点时间长，从对称点回到原来位置时间短，可判断初始P点在向下振动，据此判断波的传播方向为沿x轴负方向，选项A对B错。MQ之间的距离不是的奇数倍，不属于反相点，故振动步调不总是相反，C错误。NQ之间的距离为，为反相点，若某时刻N质点速度为零，Q质点一定速度为零，D正确。故从图示位置开始计时，在3 s时刻即经过了T，根据对称性可得质点M在y＝－10 cm处，E正确。
(2)①光线从入射到出射的光路如图所示。
入射光线AB经玻璃折射后，折射光线为BC，又经球内壁反射后，反射光线为CD，再经折射后，折射出的光线为DE。OB、OD为球的半径，即为法线。
②由折射定律＝n，得sin r＝＝＝
可得r＝30°
由几何关系及对称性，有α＝r－(i－r)＝2r－i
可得α＝4r－2i，把r＝30°，i＝45°代入解得α＝30°。
答案：(1)ADE　(2)①见解析　②30°
8．(15分)(1)(5分)下列说法正确的是________。
(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每题选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比
B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变
C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小
D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率
E．已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向
(2)(10分)如图所示，上下表面平行的玻璃砖折射率为n＝，下表面镶有银反射面，一束单色光与界面的夹角θ＝45°射到玻璃表面上，结果在玻璃砖右边竖直光屏上出现相距h＝2.0 cm的光点A和B(图中未画出)。
①请在图中画出光路示意图(请使用刻度尺)；
②求玻璃砖的厚度d。
解析：(1)在同一地点，重力加速度g为定值，根据单摆周期公式T＝2π可知，周期的平方与摆长成正比，故选项A正确；弹簧振子做简谐振动时，只有动能和势能参与转化，根据机械能守恒条件可知，振动系统的势能与动能之和保持不变，故选项B正确；根据单摆周期公式T＝2π可知，单摆的周期与质量无关，故选项C错误；当系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，故选项D正确；若弹簧振子初始时刻在波峰或波谷位置，知道周期后，可以确定任意时刻运动速度的方向，若弹簧振子初始时刻不在波峰或波谷位置，则无法确定任意时刻运动的方向，故选项E错误。
(2)①画出光路图如图所示。
②设第一次折射时折射角为θ1，
则有n＝＝，
代入解得θ1＝30°
设第二次折射时折射角为θ2，
则有＝，解得θ2＝45°
可知AC与BE平行，由几何知识得：h＝2dtan θ1，
则d＝＝ cm。
答案：(1)ABD　(2)①见解析　② cm