人教版高中物理选修34综合水平测试Word文档格式.docx
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D.振荡电路的频率越低,发射电磁波的本领越大
均匀变化的电场产生稳定的磁场,而稳定的磁场不能再产生电场,也就不能产生电磁波,B是不正确的;
振荡电路的频率越高,发射电磁波的效率越高,D是不正确的。
BD
3.在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589nm的光,在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。
图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm,则双缝的间距为( )
A.2.06×
10-7mB.2.06×
10-4m
C.1.68×
10-4mD.1.68×
10-3m
本题考查双缝干涉条纹间距离公式。
双缝干涉相邻条纹间距Δx=
λ,则d=
λ=1.68×
10-4m,C正确。
4.如图所示,在光滑水平面上的弹簧振子,弹簧形变的最大限度为20cm,图示P位置是弹簧振子处于自然伸长的位置,若将振子m向右拉动5cm后由静止释放,经0.5s振子m第一次回到P位置,关于该弹簧振子,下列说法正确的是( )
A.该弹簧振子的振动频率为1Hz
B.若向右拉动10cm后由静止释放,经1.0s振子m第一次回到P位置
C.若向左推动8cm后由静止释放,m两次经过P位置的时间间隔是2s
D.在P位置给振子m任意一个向左或向右的初速度,只要位移不超过20cm,总是经0.5s速度就降为0
由题意得,该弹簧振子振动周期为T=0.5×
4s=2s,故f=0.5Hz,选项A错误;
T=2s为弹簧振子的固有周期,与振幅无关,将振子向右拉动10cm后由静止释放,经
T=0.5s振子m第一次回到P位置,选项B错误;
振子m连续两次经过P位置的时间间隔是半个周期,是1s,选项C错误;
在P位置给振子m任意一个向左或向右的初速度,只要位移不超过20cm,总是经
T=0.5s到达最大位移处,速度就降为0,选项D正确。
D
5.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( )
本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”,无论是光从空气射入介质,还是从介质射入空气,都要符合此规律,故A、D错误。
折射率为-1,由光的折射定律可知,同侧的折射角等于入射角,C错误,B正确。
B
6.平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动,产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播,波速均为100m/s。
平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着,P、Q的x轴坐标分别为xP=3.5m、xQ=-3m。
当S位移为负且向-y方向运动时,P、Q两质点的( )
A.位移方向相同、速度方向相反
B.位移方向相同、速度方向相同
C.位移方向相反、速度方向相反
D.位移方向相反、速度方向相同
根据波速和频率之间的关系v=λf得该波的波长为2m。
可知,当S经过平衡位置向负方向运动时,距离S为1.75个波长的P点从最大的负位移处向平衡位置运动,距离S为1.5个波长的Q点经平衡位置向正方向运动,所以两质点的位移方向相反,速度方向相同,D正确。
7.图甲所示为一列简谐波在t=11s时的波形图,图乙是这列波中P点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是( )
A.v=50cm/s,沿x轴负方向传播
B.v=25cm/s,沿x轴负方向传播
C.v=50cm/s,沿x轴正方向传播
D.v=25cm/s,沿x轴正方向传播
据图象可得,波长λ=100cm、周期T=2s,故波速v=
=50cm/s;
由图乙知,t=11s时P点位于平衡位置,且向下振动,故波沿x轴正方向传播,选项C正确。
8.如图P1、P2是两个频率相同、同相振动的波源,产生两列波,O点是P1、P2连线的中点,A、B、C、D是距O点均为半个波长的四个点,有关A、B、C、D四点的振动,下列说法正确的是( )
A.A、B两点是振动减弱点,C、D两点是振动加强点
B.A、B两点是振动加强点,C、D两点是振动减弱点
C.A、B、C、D四点均为振动加强点
D.A、B、C、D四点均为振动减弱点
两列干涉波,波源振动方向相同,若某点到两波源的距离差Δd=nλ(n=0,1,2,…)时,此点为振动加强点;
若Δd=(n+
)λ(n=0,1,2,…)时,此点为振动减弱点。
由题目得:
A、B、C、D都是振动加强点,答案为C。
9.如图甲所示,在平静的湖面下有一个点光源S,它发出的是两种不同颜色的a光和b光,在水面上形成了一个被照亮的圆形区域,该区域的中间为由ab两种单色光构成的复色光的圆形区域,周边为环状区域,且为a光的颜色(图乙为俯视图)。
则以下说法中正确的是( )
A.水对a光的折射率比b光的大
B.a光在水中的传播速度比b光的大
C.a光的频率比b光的大
D.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中,a光的干涉条纹比b光窄
依据“周边为环状区域,且为a光的颜色”知,点光源射向水面的单色光b在环形区域内边界处发生全反射,而单色光a在外边界处发生全反射,即水对单色光b的临界角C较小,由sinC=
可确定水对单色光a的折射率比b光的小,A项错误;
由折射率公式n=
知,a光在水中的传播速度比b光的大,B项正确;
a光的频率比b光的小,C项错误;
a光的波长比b光的大,干涉条纹间距与波长成正比,所以在同一装置的杨氏双缝干涉实验中,a光的干涉条纹比b光的宽,D项错误。
10.一个等腰直角三棱镜的截面如图所示,一细束蓝光从AC面的P点沿平行底面AB方向射入棱镜后,经AB面反射,再从BC面的Q点射出,且有PQ∥AB(图中未画光在棱镜内的光路)。
如果将一细束绿光仍从P点沿平行底面AB方向射入三棱镜,则从BC面射出的光线( )
A.仍从Q点射出,出射光线平行于AB
B.仍从Q点射出,出射光线不平行于AB
C.可能从Q′点射出,出射光线平行于AB
D.可能从Q″点射出,出射光线平行于AB
将蓝光换成绿光,其折射率变小,在AC面的折射角变大,光路如图所示,可能从Q″点射出且平行于AB,故D正确。
二、实验题(本大题共3小题,共15分)
11.(5分)在观察光的双缝干涉现象的实验中:
(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图甲中的________。
(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将________;
保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”、“变窄”或“不变”)。
(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确;
(2)根据Δx=
λ知,双缝间的距离d减小时,条纹间距变宽;
当双缝到屏的距离L减小时,条纹间距变窄。
(1)A
(2)变宽 变窄
12.(5分)“在探究单摆周期与摆长的关系”实验中,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图a所示。
光敏电阻与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图b所示,则该单摆的振动周期为________,若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将________(填“变大”、“不变”或“变小”),图b中的Δt将________(填“变大”、“不变”或“变小”)。
小球摆动到最低点时,挡光使得光敏电阻阻值增大,从t1时刻开始,再经两次挡光完成一个周期,故T=2t0;
摆长为摆线长加小球半径,当小球直径变大,则摆长增加,由周期公式T=2π
可知,周期变大;
当小球直径变大,挡光时间增加,即Δt变大。
2t0 变大 变大
13.(5分)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,在一个圆盘上,过其圆心O做两条互相垂直的直径BC、EF。
在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针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,就可以直接读出液体折射率的值。
(1)在用此仪器测量液体的折射率时,下列说法正确的是________。
(填字母代号)
A.大头针P3插在M位置时液体的折射率值大于插在N位置时液体的折射率值
B.大头针P3插在M位置时液体的折射率值小于插在N位置时液体的折射率值
C.对于任何液体,在KC部分都能观察到大头针P1、P2的像
D.可能有某种液体,在KC部分观察不到大头针P1、P2的像
(2)若∠AOF=30°
,OP3与OC的夹角为30°
,则液体的折射率为________。
(1)由图可知P3插在M位置时折射角比在N位置时折射角小,入射角相同,所以P3插在M位置时液体折射率小于N位置时液体折射率;
对某些液体的全反射临介角小于∠AOP时会发生全反射,看不到P1、P2的像,故选BD
(2)由n=
得n=
。
(1)BD
(2)
三、计算题(本大题共4小题,共45分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
14.(11分)一列简谐横波由质点A向质点B传播。
已知A、B两点相距4m,这列波的波长大于2m而小于20m。
下图表示在波的传播过程中A、B两质点的振动图象。
求波的传播速度。
由振动图象读出T=0.4s,分析图象可知:
t=0时,质点A位于y轴正方向最大位移处,而质点B则经过平衡位置向y轴负方向运动。
所以A、B间距4=(n+
)λ,
则λ=
m,其中n=0,1,2…
因为这列波的波长大于2m而小于20m
所以n有0、1两个可能的取值,即:
λ1=
m,λ2=
m
因v=λ/T,所以v1=
m/s或v2=
m/s。
m/s或
m/s
15.(11分)被称为“光纤之父”的华裔物理学家高锟,由于在光纤传输信息研究方面作出了巨大贡献,与两位美国科学家共获2009年诺贝尔物理学奖。
光纤由内芯和外套两层组成。
某光纤内芯的折射率为n1,外套的折射率为n2,其剖面如图所示。
在该光纤内芯和外套分界面上发生全反射的临界角为60°
,为保证从该光纤一端入射的光信号都不会通过外套“泄漏”出去,求内芯的折射率n1的最小值。
如图所示,由题意在内芯和外套分界面上要发生全反射
当在端面上的入射角i最大(im=90°
)时,折射角r也最大,在内芯与外套分界面上的入射角i′最小,如此时入射角等于临界角则恰能保证信号不会通过外套“泄漏”
这时i′min=C=90°
-rm
得rm=30°
在端面上im=90°
时,由n1=
得n1=2
所以,当n1=2时在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会通过外套“泄漏”出去。
2
16.(11分)如图,矩形ABCD为一水平放置的玻璃砖的截面,在截面所在平面有一细束激光照射玻璃砖,入射点距底面的高度为h,反射光线和折射光线与底面所在平面的交点到AB的距离分别为l1和l2,在截面所在平面内,改变激光束在AB面上入射点的高度与入射角的大小,当折射光线与底面的交点到AB的距离为l3时,光线恰好不能从底面射出,求此时入射点距离底面的高度H。
设玻璃砖的折射率为n,入射角和反射角为θ1,折射角为θ2,由光的折射定律
n=
根据几何关系有sinθ1=
sinθ2=
因此求得,n=
根据题意,折射光线在某一点刚好无法从底面射出,此时发生全反射,设在底面发生全反射时的入射角为θ3,有
sinθ3=
由几何关系得sinθ3=
解得H=
l3
17.(12分)如图所示,用折射率为
的透明物质做成内外半径分别为a=0.10m,b=0.20m的空心球,内表面涂上能完全吸光的物质,不考虑光在介质内部传播时的反射光线。
问:
当平行光射向此球时有一部分光经过球的折射能从球右侧射出,求这部分平行入射光束的横截面积。
画出两条边缘光线的光路图如图所示。
对于光线①,入射角为90°
,折射角为临界角C
sinC=
解得C=45°
,此光线恰不能从球的右侧射出。
对于光线②,光线从空气进入透明介质后恰好与内表面相切
=n
sinβ=
解得β=30°
,α=45°
,此光线能从球的右侧射出。
当平行光射向此球时有一部分光经过球的折射能从球右侧射出,由对称性可知,这部分平行入射光束的横截面积S=πb2-π(bsinα)2代入数据得S=6.28×
10-2m2。
6.28×
10-2m2
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