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2019-2020年高中物理 模塊綜合試題2 新人教版選修3-4 1．(8分) (1)機(jī)械波和電磁波都能傳遞能量，其中電磁波的能量隨波的頻率的增大而________；波的傳播及其速度與介質(zhì)有一定的關(guān)系，在真空中機(jī)械波是________傳播的，電磁波是________傳播的(填“能”、“不能”或“不確定”)；在從空氣進(jìn)入水的過程中，機(jī)械波的傳播速度將________，電磁波的傳播速度將________．(填“增大”、“減小”或“不變”) (2)如圖1所示復(fù)合光經(jīng)過半圓形玻璃后分成a、b兩束光，比較a、b兩束光在玻璃磚中的傳播速度va________vb；入射光線由AO轉(zhuǎn)到BO，出射光線中________最先消失；若在該光消失時(shí)測(cè)得AO與BO間的夾角為α，則玻璃對(duì)該光的折射率為________． 解析：(1)電磁波的能量隨波的頻率的增大而增大；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，而機(jī)械波不能在真空中傳播；從空氣進(jìn)入水的過程中，機(jī)械波的傳播速度增大，而電磁波的傳播速度減?。? (2)由折射率n＝知na＞nb，又n＝，故va＜nb；根據(jù)sinC＝可知，a光的臨界角較小，當(dāng)入射光線由AO轉(zhuǎn)到BO時(shí)，出射光線中a最先消失．玻璃對(duì)a光的折射率n＝＝. 答案：(1)增大　不能　能　增大　減小 (2)＜　a　 2．(8分)麥克斯韋在1865年發(fā)表的《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》一文中揭示了電、磁現(xiàn)象與光的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，即光是電磁波． 一單色光波在折射率為1.5的介質(zhì)中傳播，某時(shí)刻電場(chǎng)橫波圖象如圖2所示，求該光波的頻率． 解析：設(shè)光在介質(zhì)中的傳播速度為v，波長(zhǎng)為λ，頻率為f，則 f＝，v＝，聯(lián)立得f＝ 從波形圖上讀出波長(zhǎng)λ＝4×10－7 m， 代入數(shù)據(jù)解得f＝5×1014 Hz. 答案：5×1014 Hz 3．(8分)(1)如圖3所示是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為光屏．用綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉條紋．則： ①減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離將________； ②增大雙縫到屏的距離，干涉條紋間的距離將________； ③將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離將________．(填“增大”、“不變”或“減小”) (2)如圖4甲所示，橫波1沿BP方向傳播，B質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙所示；橫波2沿CP方向傳播，C質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖丙所示．兩列波的波速都為20 cm/s.P質(zhì)點(diǎn)與B質(zhì)點(diǎn)相距40 cm，P質(zhì)點(diǎn)與C質(zhì)點(diǎn)相距50 cm，兩列波在P質(zhì)點(diǎn)相遇，則P質(zhì)點(diǎn)振幅為(　　) A．70 cm　　　　　　　B．50 cm C．35 cm D．10 cm 解析：(1)由Δx＝可知，當(dāng)d減小，Δx將增大；當(dāng)l增大時(shí)，Δx增大；當(dāng)把綠光換為紅光時(shí)，λ增長(zhǎng)，Δx增大． (2)波1和2的周期均為1 s，它們的波長(zhǎng)為：λ1＝λ2＝vT＝20 cm.由于BP＝2λ，CP＝2.5λ.t＝0時(shí)刻B質(zhì)點(diǎn)的位移為0且向上振動(dòng)，經(jīng)過2.5T波1傳播到P質(zhì)點(diǎn)并引起P質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)T，此時(shí)其位移為0且振動(dòng)方向向下；t＝0時(shí)刻C質(zhì)點(diǎn)的位移為0且向下振動(dòng)，經(jīng)過2.5T波2剛好傳到P質(zhì)點(diǎn)，P質(zhì)點(diǎn)的位移為0且振動(dòng)方向也向下；所以兩列波在P質(zhì)點(diǎn)引起的振動(dòng)是加強(qiáng)的，P質(zhì)點(diǎn)振幅為兩列波分別引起的振幅之和，為70 cm，A正確． 答案：(1)①增大?、谠龃蟆、墼龃蟆?2)A 4．(8分)如圖5所示是一個(gè)透明圓柱的橫截面，其半徑為R，折射率是，AB是一條直徑．今有一束平行光沿AB方向射向圓柱體．若一條入射光線經(jīng)折射后恰經(jīng)過B點(diǎn)，則這條入射光線到AB的距離是多少？ 解析：設(shè)光線P經(jīng)折射后經(jīng)過B點(diǎn)，光路如圖所示． 根據(jù)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)某實(shí)驗(yàn)室中懸掛著一彈簧振子和一單擺，彈簧振子的彈簧和小球(球中間有孔)都套在固定的光滑豎直桿上．某次有感地震中觀察到靜止的振子開始振動(dòng)4.0 s后，單擺才開始擺動(dòng)．此次地震中同一震源產(chǎn)生的地震縱波和橫波的波長(zhǎng)分別為10 km和5.0 km，頻率為1.0 Hz.假設(shè)該實(shí)驗(yàn)室恰好位于震源的正上方，求震源離實(shí)驗(yàn)室的距離． 解析：設(shè)地震縱波和橫波的傳播速度分別為vP和vS，則 vP＝fλP ① vS＝fλS ② 式中，f為地震波的頻率，λP和λS分別表示地震縱波和橫波的波長(zhǎng)．設(shè)震源離實(shí)驗(yàn)室的距離為x，縱波從震源傳播到實(shí)驗(yàn)室所需時(shí)間為t，則 x＝vPt ③ x＝vS(t＋Δt) ④ 式中，Δt為擺B開始擺動(dòng)的時(shí)刻與振子A開始振動(dòng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔．由①②③④式得： x＝ 代入數(shù)據(jù)得x＝40 km. 答案：40 km 6．(8分)機(jī)械橫波某時(shí)刻的波形圖如圖6所示，波沿x軸正方向傳播，質(zhì)點(diǎn)p的坐標(biāo)x＝0.32 m．從此時(shí)刻開始計(jì)時(shí)． (1)若每間隔最小時(shí)間0.4 s重復(fù)出現(xiàn)波形圖，求波速． (2)若p點(diǎn)經(jīng)0.4 s第一次達(dá)到正向最大位移，求波速． (3)若p點(diǎn)經(jīng)0.4 s到達(dá)平衡位置，求波速． 解析：(1)依題意，周期T＝0.4 s，波速v＝＝ m/s ＝2 m/s. (2)波沿x軸正方向傳播，Δx＝0.32 m－0.2 m＝0.12 m．p點(diǎn)恰好第一次達(dá)到正向最大位移．波速v＝＝ m/s＝0.3 m/s. (3)波沿x軸正方向傳播，若p點(diǎn)恰好第一次到達(dá)平衡位置則Δx＝0.32 m，由周期性可知波傳播的可能距離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，…) 7．(7分) (1)在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖7甲、乙所示．測(cè)量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，若擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動(dòng)，為了將人工記錄振動(dòng)次數(shù)改為自動(dòng)記錄振動(dòng)次數(shù)，在擺球運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻，如圖8甲所示．光敏電阻與某一自動(dòng)記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時(shí)間t變化圖線如圖乙所示，則該單擺的振動(dòng)周期為________．若保持懸點(diǎn)到小球頂點(diǎn)的繩長(zhǎng)不變，改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則該單擺的周期將________(填“變大”、“不變”或“變小”)，圖乙中的Δt將________(填“變大”、“不變”或“變小”)． 解析：(1)小球應(yīng)放在測(cè)腳下部位置，圖乙正確． (2)小球擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，擋光使得光敏電阻阻值增大，從t1時(shí)刻開始，再經(jīng)兩次擋光 完成一個(gè)周期，故T＝2t0；擺長(zhǎng)為擺線加小球半徑，若小球直徑變大，則擺長(zhǎng)增加， 由周期公式T＝2π 可知，周期變大；當(dāng)小球直徑變大時(shí)，擋光時(shí)間增加，即Δt 變大. 答案：(1)乙　(2)2t0　變大　變大 8．(8分)20世紀(jì)80年代初，科學(xué)家發(fā)明了硅太陽能電池．如果在太空設(shè)立太陽能衛(wèi)星電站，可24 h發(fā)電，且不受晝夜氣候的影響．利用微波——電能轉(zhuǎn)換裝置，將電能轉(zhuǎn)換成微波向地面發(fā)送，太陽能衛(wèi)星電站的最佳位置在離地1100 km的赤道上空，此時(shí)微波定向性最好．飛機(jī)通過微波區(qū)不會(huì)發(fā)生意外，但微波對(duì)飛鳥是致命的．可在地面站附近裝上保護(hù)網(wǎng)或驅(qū)逐音響，不讓飛鳥通過．(地球半徑R＝6400 km) (1)太陽能電池將實(shí)現(xiàn)哪種轉(zhuǎn)換________． A．光能—微波 B．光能—熱能 C．光能—電能 D．電能—微波 (2)微波是________． A．超聲波 B．次聲波 C．電磁波 D．機(jī)械波 (3)飛機(jī)外殼對(duì)微波的哪種作用，使飛機(jī)安全無恙________． A．反射 B．吸收 C．干涉 D．衍射 (4)微波對(duì)飛鳥是致命的，這是因?yàn)槲⒉ǖ腳_______． A．電離作用 B．穿透作用 C．生物電作用 D．熱效應(yīng) 解析：(1)太陽能電池實(shí)現(xiàn)光能與電能的轉(zhuǎn)換，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)． (2)微波是某一頻率的電磁波，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)． (3)飛機(jī)外殼可以反射微波，使飛機(jī)安全，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)． (4)微波是頻率很高的電磁波，在生物體內(nèi)可引起熱效應(yīng)，由于太陽能衛(wèi)星電站的功率很大，產(chǎn)生的熱量足以將鳥熱死． 答案：(1)C　(2)C　(3)A　(4)D 9．(9分) (1)下列說法中正確的是________． A．水面上的油膜在陽光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是由光的衍射造成的 B．根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知，變化的電場(chǎng)周圍一定可以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng) C．狹義相對(duì)論認(rèn)為：不論光源與觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是一樣的 D．在“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量單擺周期應(yīng)該從小球經(jīng)過最大位移處開始計(jì)時(shí)，以減小實(shí)驗(yàn)誤差 (2)如圖9所示，一個(gè)半徑為R的透明球體放置在水平面上，一束藍(lán)光從A點(diǎn)沿水平方向射入球體后經(jīng)B點(diǎn)射出，最后射到水平面上的C點(diǎn)．已知OA＝，該球體對(duì)藍(lán)光的折射率為.則它從球面射出時(shí)的出射角β＝________；若換用一束紅光同樣從A點(diǎn)射向該球體，則它從球體射出后落到水平面上形成的光點(diǎn)與C點(diǎn)相比，位置________(填“偏左”、“偏右”或“不變”)． (3)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，周期為2 s，t＝0時(shí)刻的波形如圖10所示．該列波的波速是________m/s；質(zhì)點(diǎn)a平衡位置的坐標(biāo)xa＝2.5 m，再經(jīng)________s它第一次經(jīng)過平衡位置向y軸正方向運(yùn)動(dòng)． 解析：(1)水面上的油膜在陽光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是薄膜干涉的結(jié)果，A錯(cuò)；均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)是恒定的，B錯(cuò)；根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)碇?，C正確；對(duì)D項(xiàng)，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，測(cè)量單擺周期應(yīng)從小球經(jīng)過平衡位置處開始計(jì)時(shí)，D錯(cuò)． (2)設(shè)∠ABO＝θ，由sinθ＝得θ＝30°，由n＝，得β＝60°設(shè)紅光從球面射出時(shí)的出射角為β′ sinβ＝n藍(lán)sin30°，sinβ′＝n紅sin30° 由于n藍(lán)＞n紅，故β′＜β，所以紅光從球體射出后落到水平面上形成的光點(diǎn)與C點(diǎn)相比，位置偏右． (3)因?yàn)門＝2 s，λ＝4 m， 所以v＝＝2 m/s 質(zhì)點(diǎn)a第一次經(jīng)過平衡位置向y軸正方向運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過的時(shí)間Δt＝＝ s＝0.25 s. 答案：(1)C　(2)60°　偏右　(3)2　0.25 10．(8分)有一種示波器可以同時(shí)顯示兩列波形．對(duì)于這兩列波，顯示屏上橫向每格代表的時(shí)間間隔相同．利用此種示波器可以測(cè)量液體中的聲速，實(shí)驗(yàn)裝置的一部分如圖11所示：管內(nèi)盛滿液體，音頻信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)由置于液體內(nèi)的發(fā)射器發(fā)出，被接收器所接收．圖12所示為示波器的顯示屏．屏上所顯示的上、下兩列波形分別為發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)．若已知發(fā)射的脈沖信號(hào)頻率為f＝xx Hz，發(fā)射器與接收器的距離為x＝1.30 m，求管內(nèi)液體中的聲速．(已知所測(cè)聲速應(yīng)在1300～1600 m/s之間，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析：設(shè)脈沖信號(hào)的周期為T，從顯示的波形可以看出，圖12中橫向每一分度(即兩條長(zhǎng)豎線間的距離)所表示的時(shí)間間隔為Δt＝ ① 其中T＝ ② 對(duì)比圖12中上、下兩列波形，可知信號(hào)在液體中從發(fā)射器傳播到接收器所用的 時(shí)間為 t＝(Δt)(2n＋1.6)，其中n＝0,1,2… ③ 液體中的聲速為v＝ ④ 聯(lián)立①②③④式，代入已知條件并考慮到所測(cè)聲速應(yīng)在1300～1600 m/s之間，得v＝1.4×103 m/s. 答案：1.4×103 m/s. 11．(10分)在桌面上有一個(gè)倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直，過軸線的截面為等邊三角形，如圖13所示，有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合，已知玻璃的折射率為1.5，則光束在桌面上形成的光斑半徑是多少？ 解析：當(dāng)光線到達(dá)玻璃圓錐的側(cè)面時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系，相對(duì)于 玻璃和空氣的界面，入射角為60°，因光線在玻璃中發(fā)生全反射 的臨界角的正弦值sinC＝＝， 而sini＝sin60°＝＞，故光線在側(cè)面發(fā)生全反射， 然后垂直射向另一側(cè)面，并射 出圓錐． 如圖所示，由幾何關(guān)系可知，△ABC為等邊三角形，△ACD也為等邊三角形，故光束在桌面上形成的光斑半徑為2r. 答案：2r 12．(10分)如圖14所示，一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，波速大小為0.3 m/s，P點(diǎn)的橫坐標(biāo)為96 cm，從圖中狀態(tài)開始計(jì)時(shí)，求： (1)經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，P質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)方向如何？ (2)經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，P質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰？ (3)以P質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰開始計(jì)時(shí)，作出P點(diǎn)的振動(dòng)圖象(至少畫出1.5個(gè)周期) 解析：(1)開始計(jì)時(shí)時(shí)，這列波的最前端的質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)是24 cm，根據(jù)波的傳播方向，可知這一點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，因此在波前進(jìn)方向的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的方向都是沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，故P點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向是沿y軸負(fù)方向，P質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的時(shí)間是 t＝＝ s＝2.4 s. (2)波形移動(dòng)法：質(zhì)點(diǎn)P第一次到達(dá)波峰，即初始時(shí)刻這列波的波峰傳到P點(diǎn)，因此所用的時(shí)間是 t′＝ s＝3.0 s. (3)由波形圖知，振幅A＝10 cm，T＝＝0.8 s，由P點(diǎn)自正向最大位移開始的振動(dòng)圖象如圖所示． 答案：(1)2.4 s　沿y軸負(fù)方向　(2)3.0 s　(3)見解析圖