【成才之路】2014-2015学年高中物理本册综合能力检测B 新
人教版选修3-4
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．分析下列物理现象：
(1)夏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)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．反射、衍射、干涉、多普勒效应
B．折射、衍射、多普勒效应、干涉
C．反射、折射、干涉、多普勒效应
D．衍射、折射、干涉、多普勒效应
答案：A
2．(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期二调)图(1)是利用砂摆演示简谐运动图象的装置。当盛砂的漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时，做简谐运动的漏斗漏出的砂在板上形成的曲线显示出砂摆的振动位移随时间变化的关系。第一次以速度v1匀速拉动木板，图(2)给出了砂摆振动的图线；第二次仅使砂摆的振幅减半，再以速度v2匀速拉动木板，图(3)给出了砂摆振动的图线。由此可知，砂摆两次振动的周期T1和T2以及拉动木板的速度v1和v2的关系是( )
A．T1T2＝B．T1T2＝
C．v1v2＝D．v1v2＝
答案：D
解析：单摆摆动的周期由摆长决定，与振幅无关，故T1T2＝，设板长为d，图(2)
对应速度：v1＝d
2T
，图(3)对应的速度：v2＝
d
4T
，则
v1
v2
＝
2
1
，故选D。
3.a、b两种单色光以相同的入射角从空气中射入介质中时，如图所示发现b的折射光
线更靠近法线，由此可判定( )
A ．a 比b 更容易发生衍射现象
B ．当光从介质射向空气中，a 、b 要发生全反射的临界角分别为
C a 、C b ，则C a D ．单色光b 的频率较低 答案：A 解析：如图，由sin θ1 sin θ2 ＝n 可知b 的折射率大于a 的折射率。所以b 的频率较大，a 的 频率较小，D 错误。由频率大小进一步可知，a 频率较小更容易发生衍射现象，A 正确。由n ＝c v 可知介质中v a >b b ，C 项错误。由sin C ＝1 n 可知C a >C b ，B 错误。 4.一列横波在t ＝0时刻的波形如图中实线所示，在t ＝1s 时刻的波形如图中虚线所示，由此可以判定此波的( ) A ．波长一定是4 cm B ．周期一定是4 s C ．振幅一定是4 cm D ．传播速度一定是1 cm/s 答案：A 解析：由图象可直接得出该波的波长λ＝4cm ，振幅为2cm ，故A 正确，C 错误，但本题中未说明波的传播方向，如波沿x 轴正方向传播，传播时间t ＝(n ＋1 4)T ，又因t ＝1s ，所 以T ＝ 44n ＋1(n ＝0,1,2,3…)；波速v ＝λ T ＝4n ＋1(n ＝0,1,2,3…)；若波沿x 轴负向传播，传播时间t ＝(n ＋34)T ，又因t ＝1s ，所以T ＝44n ＋3，波速v ＝λT ＝4n ＋3(n ＝0,1,2,3…)， 由以上分析可看出，波速和周期都不是定值，故B 、D 错，所以本题正确答案为A 。 5．某棱镜顶角θ＝41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过 棱镜折射后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带，如图所示，当入射角θ1逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化的情况是(根据表格中的数据判断)( ) A.B ．紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光 C ．红光最先消失，最后只剩下紫光和蓝光 D ．红光最先消失，最后只剩下紫光、蓝光和绿光 答案：A 解析：各种色光均以相同的入射角射向某种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，则折射角就不同。介质对它的折射率越大，在AB 界面上折射时的折射角越小，而在AC 界面上对应的入射角越大，当入射角减小时，折射光在AC 面上的入射角增大。当入射角减为零时，所有光线到AC 面上时入射角均为θ＝41.30°，结合上表可知：紫、蓝、绿、黄四色光均在AC 面发生全反射，且紫光最先消失，故选项A 正确。 6．(绵阳市2013～2014学年高二下学期期中)如图所示，红色细光束a 射到折射率为2的透明球表面，入射角为45°，在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b ，则入射光线a 与出射光线b 之间的夹角α为( ) A ．30° D ．45° C ．60° D ．75° 答案：A 解析：(1)其光路如图所示。 (2)由折射定律sin θ2＝sin θ1n ＝ 2 2 2＝1 2 ，所以θ2＝30°。 由几何关系及对称性有： α ＝θ2－(θ1－θ2)＝15°，所以α＝30°。 2 7．如图所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)( ) 答案：ABD 解析：自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平行时能够通过，否则不能通过，所以A、B、D正确。 8．根据图中的漫画，判断下列说法中正确的是( ) 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 答案：BD 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。 9．(潍坊市2013～2014学年高二下学期六校联考)如图所示，水下光源S向水面A点发射一束复色光线，折射光线分成a，b两束，则下列说法正确的是( ) A ．在水中a 光的速度比b 光的速度大 B ．通过同一个单缝发生衍射时，b 光中央条纹比a 光中央条纹宽 C ．若a 、b 两种单色光由水中射向空气时，a 光的临界角较小 D ．用同一双缝干涉实验装置做实验，a 光的干涉条纹间距大于b 光的干涉条纹间距 答案：AD 解析：由题图可知，两光束的入射角i 相同，折射角r a 分析得知，在水中a 光的速度比b 光的速度大，故A 正确，由于水对 b 光的折射率较大，则b 光的波长短，波动性弱，则通过同一个单缝发生衍射时，b 光中央 条纹窄，故B 错误；a 光的折射率较小，根据临界角公式sin C ＝1 n ，可知，a 光的临界角较 大，故C 错误；折射角r a λ，则知a 光的干涉条纹间距大于b 光的间距，故D 正确。 10．一列简谐横波在某一时刻的波形图如图甲所示，图中P 、Q 两质点的横坐标分别为 x ＝1.5m 和x ＝4.5m 。P 点的振动图象如图乙所示。 在下列四幅图中，Q 点的振动图象可能是( ) 答案：BC 解析：该波的波长为4m ，PQ 两点间的距离为3m 。当波沿x 轴正方向传播时，P 在平衡位置向上振动而Q 点此时应处于波峰，B 正确；当沿x 轴负方向传播时，P 点在平衡位置向上振动时Q 点应处于波谷，C 对。 第Ⅱ卷(非选择题 共60分) 二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上) 11.如图所示，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC ；在垂直于AC 面的直线MN 上插两枚大头针P 1、P 2，在AB 面的左侧透过棱镜观察大头针P 1、P 2的像，调整视线方向，直到P 1的像__________________，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P 3、P 4，使P 3________， P 4__________。记下P 3、P 4的位置，移去大头针和三棱镜，过P 3、P 4的位置作直线与AB 面 相交于D ，量出该直线与AB 面的夹角为45°。则该透光物质的折射率n ＝________，并在图中画出正确完整的光路图。 答案：让P 2的像挡住 挡住P 1、P 2的像 挡住P 3以及P 1、P 2的像 2 见解析图 解析：通过作图找出BC 面上的反射点和AB 面上的出射点，则由几何 知识可得各角的大小，如图所示，则n ＝sin45° sin30°＝2，其实验原理与用 两面平行的玻璃砖相同，故P 1的像让P 2的像挡住、P 3挡住P 1、P 2的像，P 4应挡住P 3以及P 1、P 2的像。 12．某同学在“用单摆测重力加速度”的实验中进行了如下的操作； (1)用游标上有10个小格的游标卡尺测量摆球直径如图(甲)所示，摆球直径为________cm 。把摆球用细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算得到摆长L 。 (2)用秒表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为n ＝0，单摆每经过最低点记一次数，当数到n ＝60时秒表的示数如图(乙)所示，该单摆的周期T ＝________s(结果保留三位有效数字)。 (3)测量出多组周期T 、摆长L 数值后，画出T 2 －L 图象如图(丙)，此图线斜率的物理意义是( ) A ．g B.1 g C.4π 2 g D. g 4π 2 (4)与重力加速度的真实值比较，发现测量结果偏大，分析原因可能是( ) A ．振幅偏小 B ．在单摆未悬挂之前先测定其摆长 C ．将摆线长当成了摆长 D ．开始计时误记为n ＝1 (5)该小组的另一同学没有使用游标卡尺也测出了重力加速度。他采用的方法是：先测出一摆线较长的单摆的振动周期T 1，然后把摆线缩短适当的长度ΔL ，再测出其振动周期T 2。用该同学测出的物理量表达重力加速度为g ＝________。 答案：(1)2.06cm (2)2.24s (3)C (4)D (5)g ＝4π2 ΔL T 21－T 22 解析：(1)根据游标卡尺的读数方法可知l ＝2.06cm (2)秒表读数t ＝67.3s ，所以周期T ＝t 30＝2.24s (3)由T 2 ＝4π 2g L ，可判C 选项正确。 (4)L 偏大或T 偏小都会导致g 偏大，D 正确。 (5)T 2 1 ＝4π2 g L 1 ① T 22 ＝4π2 L 2 g ② L 1－L 2＝ΔL ③ 由①②③式得g ＝4π2 ΔL T 21－T 22 13．(福州八县一中2013～2014学年高二下学期期末联考)现有毛玻璃屏A ，双缝B 、白 光光源C 、单缝D 和透红光的滤光片E 等光学元件，要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 (1)将白光光源C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C 、________、A 。 (2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数__________mm ，求得相邻亮纹的间距Δx 为________mm 。 (3)已知双缝间距d 为2.0×10－4 m ，测得双缝到屏的距离l 为0.700m ，由计算公式λ＝________，求得所测红光波长为________mm 。 答案：(1)E 、D 、B (2)13.870 2.310 (3)d l Δx 6.6×10－4 解析：(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为：光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此应填：E 、D 、B 。 (2)甲图的读数为2.320mm 乙图的读数为13.870mm Δx ＝13.870－2.320 6－1mm ＝2.310mm (3)由Δx ＝l d λ可得：λ＝d l Δx 可求出λ＝2.0×10－4 0.700 ×2.310mm＝6.6×10－4 mm 三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 14．(9分)(银川一中2013～2014学年高二下学期期末)有一玻璃半球，右侧面镀银， 光源S 就在其对称轴SO 上(O 为球心)，且SO 水平，如右图所示。从光源S 发出的一束光射到球面上，其中一部分光经球面反射后恰能竖直向上传播，另一部分光折入玻璃半球内，经右侧镀银面第一次反射恰能沿原路返回。若球面半径为R ，玻璃折射率为3，求光源S 与球心O 之间的距离SO 为多大？ 答案：3R 解析：如图所示，n ＝sin θ1 sin θ2， θ1＝θ3，θ3＋θ2＝90°， 可得θ1＝60°，θ2＝30°， β＝θ2＝30°，α＝θ1－β＝30°，SO ＝3R 15．(10分)图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线。经0.2s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期T 大于0.2s ，求： (1)由图中读出波的振幅和波长； (2)如果波向右传播，波速是多大？波的周期是多大？ (3)如果波向左传播，波速是多大、波的周期是多大？ 答案：(1)10cm ；0.24m (2)0.9m/s ；0.27s (3)0.3m/s ；0.8s 解析：(1)振幅A ＝10cm ；波长λ＝0.24m (2)波向右传播：波速v 1＝Δx 1t ＝0.18 0.2m/s ＝0.9m/s 34T 1＝t ，周期T 1＝43t ＝4 3 ×0.2s≈0.27s (3)波向左传播：速度v 2＝Δx 2t ＝0.060.2m/s ＝0.3m/s 1 4 T 2＝t ，周期T 2＝4t ＝4×0.2s＝0.8s 16．(11分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中提出了电、磁现 象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波。 (1)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图1所示，求该光波的频率。 (2)图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD 边的单色光入射到AC 界面上，a 、 b 是其中的两条平行光线。光线a 在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b 从玻璃砖中首次出 射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数。 答案：(1)5×1014 Hz (2)如图所示 解析：设光在介质中的传播速度为v ，波长为λ，频率为f ，则 f ＝v λ ① v ＝c n ② 联立①②式得f ＝ c n λ 从波形图上读出波长λ＝4×10－7 m ，代入数据解得 f ＝5×1014Hz (2)光路如图所示 17．(12分)(宁波市2013～2014学年高二下学期期末八校联考) 如图所示，为玻璃材料制成的一棱镜的截面图，一细光束从圆弧AB 的中点E 点沿半径射入棱镜后，恰好在圆心O 点发生全反射，经CD 面反射，再从圆弧的F 点射出， 已知， OA ＝a ，OD ＝ 2 4 a 。求： (1)出射光线与法线夹角的正弦值； (2)光在棱镜中传播的时间t 。 答案：(1) 2 2 (2)2＋6a 2c 解析：(1)做出光路图如图。 根据几何关系可知，临界角为C ＝45° 根据全反射定律得，n ＝1 sin C ＝ 2 OG ＝2OD ＝12a ，sin α＝OG OF ＝1 2 根据折射定律得，n ＝sin β sin α 解得，sin β＝ 22 (2)光在棱镜中的传播速度v ＝c n ＝ c 2 由几何知识得，光线传播的长度为l ＝a ＋12a ＋3 2a 光在棱镜中传播的时间t ＝l v ＝ 2＋6a 2c
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