高中物理粤教版选修3-4 综合测试题2 Word版含解析

综合测试题2
1．(15分)(1)下列说法中正确的是________。
A．光的偏振现象说明光具有波动性，但并非所有的波都能发生偏振现象
B．变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场
C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄
D．某人在速度为0.5c的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为1.5c
E．火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁
(2)在某种均匀介质中，S1、S2处有相距4 m的两个波源，沿垂直纸面方向做简谐运动，其周期分别为T1＝0.8 s和T2＝0.4 s，振幅分别为A1＝2 cm和A2＝1 cm，在该介质中形成的简谐波的波速v＝5 m/s，S处有一质点，它到S1的距离为3 m，且SS1⊥S1S2。在t＝0时刻，两波源同时开始垂直纸面向外振动，则求：
①t＝0时刻的振动传到S处的时间差；
②t＝10 s时，S处质点离开平衡位置的位移大小。
解析：(1)光的偏振现象能说明光是横波，则光具有波动性，但纵波并不能发生偏振现象，故A正确；均匀变化的电场则产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，同理，后者也是这样的结论，故B错误；光的双缝干涉实验中，若将入射光由红光改为绿光，由于波长变短，则干涉条纹间距变窄，故C正确；在速度为0.5c的飞船上打开一光源，根据光速不变原理，则这束光相对于地面的速度应为c，故D错误；火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁，选项E正确。
(2)①由题意可知：SS2＝5 m；
S1在t＝0时的振动传到S处质点的时间：
t1＝＝ s＝0.6 s
S2在t＝0时的振动传到S处质点的时间：
t2＝＝ s＝1 s
S1、S2在t＝0时的振动传到S处质点的时间差为：
Δt＝t2－t1＝0.4 s。
②t＝10 s时S处质点按S1的振动规律已经振动了：
Δt1＝t－t1＝9.4 s＝T1
即t＝10 s时S1引起S处质点的位移大小为：
x1＝A1＝2 cm；
t＝10 s时S处质点按S2的振动规律已经振动了：
Δt2＝t－t2＝9 s＝T2
即t＝10 s时S2引起S处质点的位移为x2＝0；t＝10 s时S处质点离开平衡位置的位移为S1和S2单独传播引起S处质点位移的矢量和，故：x＝x1＋x2＝(2＋0) cm＝2 cm。
答案：(1)ACE　(2)①0.4 s　②2 cm
2．(15分)(1)关于光现象及其应用，下列说法正确的是________。
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)一列简谐横波，某时刻的波形图象如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图象如图乙所示，则：
甲　　　　　　　　乙
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由振动图象可以看出，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 sP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
3．(15分)(1)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________。
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)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正确，B错误。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°
4．(15分)(1)关于波的现象，下列说法正确的是________。
A．当波从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化
B．光波从空气进入水中后，更容易发生衍射
C．波源沿直线匀速靠近一静止接收者，则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低
D．不论机械波、电磁波，都满足v＝λf，式中三参量依次为波速、波长、频率
E．电磁波具有偏振现象
(2)如图所示，ABC为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率n＝，AC是一半径为R的圆弧，O为圆弧的圆心，ABCO构成正方形，在O处有一点光源。从点光源射到圆弧AC的光线进入透明材料后首次射向AB或BC界面时，有一部分不能从AB或BC界面直接射出。下面的问题只研究进入透明材料后首次射向AB或BC界面的光线，已知AB面上的P点到A点的距离为R。求：
①从P点射出的光线的折射角；
②AB和BC截面上没有光线射出部分的总长度。
解析：(1)由波的性质可知，A项正确；光波从空气进入水中，波速变小，波长变短，故不容易发生衍射，B项错误；由多普勒效应可判断，波源靠近接收者的过程中，接收者接收到波信号的频率会比波源频率高，C项错误；波速的计算公式v＝λf(v是波速，λ是波长，f是频率)对机械波和电磁波通用，D项正确；光波具有偏振现象，光波是电磁波，E项正确。
(2)①设射向P点的光线入射角为θ1。
由几何关系可得sin θ1＝
根据折射定律有＝
解得θ2＝60°。
②设临界角为C，射向M点的光线恰好发生全反射，则有sin C＝
AB截面没有光线射出部分的长度BM＝(1－tan C)R＝R
同理可知BC截面没有光线射出部分的长度为R
两截面上没有光线射出部分的总长度
l＝2R＝(2－)R＝0.59R。
答案：(1)ADE　(2)(ⅰ)60°　(ⅱ)(2－)R(或0.59R)
5．(15分)(1)图甲为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝1 s时刻的波形图，图乙为参与波动的某一质点的振动图象，下列说法正确的是________。
甲　　　　　　　　乙
A．该简谐横波的传播速度为4 m/s
B．从此时刻起，经过2 s，P质点运动了8 m的路程
C．从此时刻起，P质点比Q质点先回到平衡位置
D．图乙可能是图甲中x＝2 m处质点的振动图象
E．此时刻M质点的振动速度小于Q质点的振动速度
(2)如图所示，一个半径为R、折射率为的透明玻璃半球体，O为球心，轴线OA水平且与半球体的左边界垂直，位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c。求：光线第一次从玻璃半球体射出时的方向以及光线在玻璃半球体内传播的时间。
解析：(1)由题图甲读出波长λ＝4 m，由题图乙读出周期T＝1 s，则波速v＝＝4 m/s，A项正确；简谐横波中质点只在平衡位置附近振动，并不随着波迁移，经过2 s，P质点振动了2个周期，运动的路程为2×0.8 cm＝1.6 cm，B项错误；由题知，波沿x轴正方向传播，此时刻Q质点振动方向向上，而P质点在波峰，则图示时刻起P质点比Q质点先回到平衡位置，C项正确；根据题图乙可知，t＝1 s时刻质点从平衡位置沿y轴负方向振动，而题图甲中x＝2 m处的质点在t＝1 s时刻(图示时刻)振动方向沿y轴负方向，题图乙可能是题图甲中x＝2 m处质点的振动图象，D项正确；该时刻M质点在平衡位置，速度最大，E项错误。
(2)作出大致光路图如图所示，由几何知识可得
lOB＝tan θ＝
又n＝＝
解得α＝30°
在△OBC中有＝
解得β＝30°
又n＝＝
解得r＝60°
则知出射光线CD方向与OA平行
光在玻璃半球体中传播的距离lBC＝lOB
又速度v＝
可得t＝＝。
答案：(1)ACD　(2)见解析
6．(15分)(1)ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光________。
A．a光的频率比b光的频率小
B．在真空中，a光的传播速度比b光的大
C．在棱镜内，a光的传播速度比b光的大
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
E．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
(2)如图所示，一列简谐波在均匀介质中传播，图甲表示t＝0时刻的波形图，质点P位于x＝0处，质点D位于x＝3 m处，图乙表示图甲中质点D从t＝0时刻开始的振动图象，试求：
甲　　　　　　　　　　乙
①这列波传播的速度和方向；
②t＝2.5 s时，质点P偏离平衡位置的位移。
解析：(1)所有光在真空中有相同的速度，选项B错误；由图知，光线在CD界面上，以相同的入射角入射的a、b两种光，a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，折射率越大，频率越大，所以a光的频率比b光小，选项A正确；由公式v＝，在棱镜内a光速度大，选项C正确；由折射率n＝，可知以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小，选项D正确；折射率小的光波长大，通过同一双缝干涉装置，根据公式Δx＝λ，a光的相邻亮条纹间距大，选项E错误。
(2)①由图甲知波长λ＝6 m
由图乙知周期T＝4 s
所以波速v＝＝1.5 m/s
由图乙可知质点D从t＝0时刻开始向下振动，根据“上坡下、下坡上”原理可知，质点D处在上坡位置，则传播方向为沿x轴负方向。
②质点P与质点D相差半个波长，振动情况正好相反，简谐运动方程为
y＝10sint(cm)
所以t＝2.5 s时，y＝－5 cm。
答案：(1)ACD　(2)见解析
7．(10分)用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
甲　　　　　乙
(1)在图上补画出所需的光路。
(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角。
(3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________。
(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。
(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率n＝________。
解析：(1)连接P3、P4与交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
(2)连接O点与光线在上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示。
(3)由折射定律可得n＝。
(4)为了保证能在上有出射光线，实验过程中，光线在上的入射角应适当小一些，才不会使光线在上发生全反射。
(5)图象的斜率k＝＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。
答案：(1)见解析图　(2)见解析图　(3)　(4)小一些　(5)1.5