人教版高中物理 选修3-4 全册综合测试题 Word版含解析

一、选择题(1～8题为单选，9～12题为多选，每小题5分，共60分)
1．下列四幅图的有关说法中，正确的是(　C　)
A．由两个简谐运动的图象可知：它们的振动步调不一致
B．球与横梁之间存在摩擦的情况下，球的振动是简谐运动
C．频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱
D．当简谐波向右传播时，此时质点A的速度沿y轴正方向
解析：由两个简谐运动的图象可知：它们的相位差恒定，步调一致，选项A错误；简谐运动是一种理想运动，过程中不受摩擦力，所以选项B错误；频率相同的两列水波的叠加：当波峰与波峰或波谷与波谷相遇时振动是加强的；当波峰与波谷相遇时振动是减弱的，选项C正确；根据走坡法可得此时A点向y轴负方向运动，故选项D错误．综上本题选C.
2．下列物理现象中：
(1)春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝
(2)“闻其声而不见其人”
(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音
(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高
这些物理现象分别属于波的(　A　)
A．①反射、②衍射、③干涉、④多普勒效应
B．①折射、②衍射、③多普勒效应、④干涉
C．①反射、②折射、③干涉、④多普勒效应
D．①衍射、②折射、③干涉、④多普勒效应
解析：春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应，正确选项是A.
3.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题，内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来消弱高速气流产生的噪声，干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到消弱噪声的目的，若Δr＝|r2－r1|，则Δr等于(　C　)
A．波长λ的整数倍　　　　　　B．波长λ的奇数倍
C．半波长的奇数倍
D．半波长的偶数倍
解析：根据干涉特点知，两相干波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动增强点，而消除噪声不能加强，故A、B错误；距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，本题为消除噪音，要减弱振动，所以C正确，D错误．
4．图甲为一简谐横波在t＝0时刻的波形图象，图乙为该横波中x＝3
m处质点A的振动图象，则下列说法正确的是(　D　)
A．波的传播方向沿x轴正方向
B．波的传播速度大小为1
cm/s
C．在t＝2.0
s时刻，图甲中x＝4
m处质点B的振动加速度大小为0
D．若该波遇到尺寸大小为1
m的障碍物或孔时，该波会发生明显的衍射现象
解析：由题图乙知t＝0时刻质点A处于平衡位置向上运动，结合题图甲可知波沿x轴负方向传播，A错误．由题图甲可知λ＝4
m，由题图乙知T＝4
s，故波速v＝＝1
m/s，B错误．t＝0时刻质点B处于波峰，经过2.0
s即半个周期后质点B运动到波谷，加速度最大，C错误．发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多，故D正确．
5．如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是(　D　)
解析：根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝λ可知，a光的波长大，则同一介质对a光的折射率小，对b光的折射率大．根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A、B错误．由sinC＝分析可知，a光的临界角较大．当光从棱镜射入空气中时，若b光不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射，能从棱镜射出，故C错误．当光从棱镜射入空气中时，若a光不发生全反射，能射出棱镜，b光可能发生全反射不从棱镜射出，故D正确．
6．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则(　D　)
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
解析：设发光小球在P点，如图甲，当发光小球不在缸底中心O时，仍有光线从侧面射出，所以A错误．光从水面射入空气时，当入射角大于或等于临界角时，会发生全反射现象，如图乙，只有在入射角θ小于临界角C的范围内光才能从水面射出，B错误．光从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变，C错误．光在水中的传播速度v＝，光在空气中的传播速度近似等于真空中的传播速度c，所以D正确．
7．以往，已知材料的折射率都为正值(n>0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n<0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足＝n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是(　B　)
解析：折射线与入射线应位于法线的同一侧，故选项A、D错误．因为材料折射率n＝－1，在电磁波由空气进入介质的入射点处，sinα＝－sin(－β)，得α＝β，则C项错．故正确选项为B.
8.LC振荡电路在某一时刻的电场和磁场的示意图如图所示，图中B是自感线圈形成的磁场的磁感应强度，E为电容器两极板间的电场的场强，则下列叙述正确的是(　C　)
A．电容器正在放电，电流沿电路的顺时针方向，电场能正向磁场能转化
B．电容器正在充电，电流沿电路的逆时针方向，磁场能正向电场能转化
C．电容器正在放电，电流沿电路的逆时针方向，电场能正向磁场能转化
D．电容器正在充电，电流沿电路的顺时针方向，磁场能正向电场能转化
解析：由安培定则知电流方向为逆时针方向，由场强方向知上板带正电，所以电容器正在放电，电场能正向磁场能转化．
9．将一单摆向左拉至水平标志线上，从静止释放，当摆球运动到最低点时，摆线碰到障碍物，摆球继续向右摆动．用频闪照相机拍到如图所示的单摆运动过程的频闪照片，以下说法正确的是(　AC　)
A．摆线碰到障碍物前后的摆长之比为9∶4
B．摆线碰到障碍物前后的摆长之比为3∶2
C．摆线经过最低点时，线速度不变，半径减小，摆线张力变大
D．摆线经过最低点时，角速度变大，半径减小，摆线张力不变
解析：由频闪照片可知摆线碰到障碍物前后的周期之比为3∶2，根据T＝2π，得摆线碰到障碍物前后的摆长之比9∶4，故A正确，B错误；摆球经过最低点时，线速度不变，半径减小，角速度变大，根据牛顿第二定律有：F－mg＝，得F＝mg＋m，摆线经过最低点时，半径减小，摆线张力变大．
10．一列简谐横波，沿x轴传播，在t＝0时的波形图如图所示，若此波原点O处的质点经0.05
s第一次到达波峰，则(　AD　)
A．若波速为10
m/s，波向右传播
B．若波速为30
m/s，波向右传播
C．t＝0.1
s时，x＝2
m处的质点一定在波峰位置
D．在波的传播过程中x＝1
m处的质点在波峰时，x＝2
m处的质点肯定在波谷
解析：由题图知λ＝2
m，若O处质点在t＝0时刻沿y轴正向振动，则＝0.05
s，T＝0.2
s，v＝＝10
m/s，波向右传播；若O处质点在t＝0时刻沿y轴负向振动，则T＝0.05
s，T＝
s，v＝30
m/s，波向左传播，选项A正确，B错误．由上述分析知t＝0.1
s时，x＝2
m处质点一定处在平衡位置，选项C错．x＝1
m与x＝2
m处的两个质点在振动中步调总相反，选项D正确．
11．根据图中的漫画，判断下列说法中正确的是(　BD　)
A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些
B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些
C．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些
D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些
解析：人看鱼的光路如图甲所示，因入射角i小于折射角r，则人将看到鱼的虚像，且位置比实际情况变浅了些，B正确；鱼看到人的光路如图乙所示，因入射角i大于折射角r，则鱼将看到人的虚像，且比实际位置要高，D正确．
12.如图所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形的玻璃砖的底面，下列说法正确的是(　BCD　)
A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C．通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折
D．圆心两侧一定范围外的光线将在半圆面处发生全反射
解析：垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖，不发生偏折，入射角为零．由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大，折射角大于入射角，所以圆心两侧一定范围外的光线将在半圆面处发生全反射．
二、填空题(共2小题，每小题10分，共20分)
13．甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度．
(1)甲组同学采用图(a)所示的实验装置．
A．为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除停表外，在下列器材中，还应该选用adf；(用器材前的字母表示)
a．长度为1
m左右的细绳
b．长度为30
cm左右的细绳
c．直径为1.8
cm的塑料球
d．直径为1.8
cm的铁球
e．最小刻度为1
cm的米尺
f．最小刻度为1
mm的米尺
B．该组同学先测出悬点到小球球心的距离L，然后用停表测出单摆完成n次全振动所用的时间t.请写出重力加速度的表达式g＝.(用所测物理量表示)
C．在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值偏小．(选填“偏大”“偏小”或“不变”)
(2)乙组同学在图(a)所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图(b)所示．将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图(c)所示的v?t图线．
A．由图(c)可知，该单摆的周期T＝2.0
s；
B．更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T2?L(周期平方—摆长)图线，并根据图线拟合得到方程T2＝4.04L＋0.035.由此可以得出当地的重力加速度g＝9.76
m/s2
.(π2取9.86，结果保留3位有效数字)
解析：(1)A.根据单摆周期公式T＝2π，需要测量周期、摆长，为了减小阻力造成的实验误差，小球选择铁球而不是塑料球，即d对，c错．为使得周期较大而便于测量减小误差，摆线选择长度接近1
m的细绳，a对，b错．由于摆长包括摆线长和摆球半径，为测量准确，刻度尺选择最小刻度为1
mm的米尺，选项e错，f对．B.单摆完成n次全振动所用的时间为t，则单摆周期T＝，根据单摆周期公式可得g＝，C.摆长略微变长使得摆长的测量偏小，根据g＝，重力加速度的测量值偏小．(2)A.根据v－t图象，可得单摆振动周期T＝2.0
s．B.根据单摆周期T2＝，
T2＝4.04L＋0.035，可得＝L＝4.04L，解得g≈9.76
m/s2
.
14.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为.
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：P4.
(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为1.
解析：(1)根据折射定律n＝，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝＝.
(2)图中P4处对应的入射角大于P3处所对应的入射角，所以P4处对应的折射率大．
(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率应为1.
三、计算题(共4小题，每小题10分，共40分)
15．一列简谐横波，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：
(1)若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则该波所遇到的波的频率为多少？
(2)若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸有什么要求？
(3)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？
(4)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x＝45
m的质点(未画出)第二次位于波峰？
答案：(1)1.25
Hz　(2)小于20
m或与20
m相差不多
(3)0　4
m　10
m　(4)1.8
s
解析：(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.因为发生稳定干涉的条件是两列波的频率相等，所以另一列波的频率也为1.25
Hz.
(2)由波动图象可以看出，此波的波长为20
m，当障碍物的尺寸小于20
m或与20
m相差不多时能够发生明显的衍射现象．
(3)因为Δt＝0.4
s＝，故经0.4
s，P质点回到平衡位置，位移为0，通过的路程为2A＝4
m.
在时间内波传播的距离为＝10
m.
(4)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.
16．人的眼球可简化为如图所示的模型．折射率相同、半径不同的两个球体共轴．平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点．取球体的折射率为，且D＝R.求光线的会聚角α.(示意图未按比例画出)
答案：30°
解析：由几何关系sini＝，解得i＝45°
则由折射定律＝n，解得r＝30°
且i＝r＋，解得α＝30°.
17．原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光．激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪．
(1)说明激光的主要特点．
(2)美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题．请分析这台激光反射器用什么光学仪器好．
(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的什么性质？
答案：(1)高亮度，单色性好，方向性好，相干性好，平行度好
(2)全反射棱镜
(3)激光单色性好，相干性好
(4)激光高能量，且方向性好
解析：(1)激光的主要特点是：高亮度，单色性好，方向性好，相干性好，平行度好．
(2)要想利用激光测量月地间距离，需要让从地球射向月球的激光沿原路反射回来，全反射棱镜可以做到这一点．
(3)激光具有单色性好，易得到稳定的相干光源．
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光高能量，且方向性好的特性．
18．如图，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边P点正上方h1＝0.9
m的高度处，浮标Q离P点s1＝1.2
m远，PQ水平，鱼饵灯M在浮标正前方s2＝1.8
m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知鱼饵灯离水面的深度h2＝2.4
m，求：
(1)水的折射率n；
(2)若让鱼饵灯继续缓慢竖直下沉至恰好有光线从P处射出，则下沉距离Δh多大？(≈2.6)
答案：(1)　(2)0.2
m
解析：(1)设空气中和水中的角分别为i、r，如左下图
则有：sini＝　sinr＝
根据光的折射定律可知n＝，
联立并代入数据得：n＝
(2)当光线恰好从P处射出时，鱼饵灯与P点的连线和竖直方向夹角为临界角C，如右上图，
则有sinC＝，又sinC＝，
得Δh＝(－2.4)
m≈0.2
m.