《選修3-4》綜合檢測

《選修3-4》綜合檢測(時間:90分鐘滿分:100分)【測控導航】考點題號1.多普勒效應2,62.光的干涉103.振動圖象,共振3,74.波動圖象4,8,95.振動和波動的綜合應用12,166.光的折射,全反射11,17,187.電磁波,相對論1,58.實驗:測定玻璃的折射率149.實驗:探究單擺周期與擺長的關系1510.實驗:用雙縫干涉測光的波長13一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分.在每小題給出的選項中,有多個選項正確)1.電磁波已廣泛運用于很多領域.下列關于電磁波的說法正確的是(ACE)A.電磁波也能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象B.常用的遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號來遙控電視機C.根據(jù)多普勒效應可以判斷遙遠天體相對于地球的運動速度D.光在真空中運動的速度在不同慣性系中測得的數(shù)值可能不同E.機械波、電磁波都滿足v=λf,式中三參量依次為波速、波長、頻率解析:衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象,故電磁波能發(fā)生衍射現(xiàn)象,A正確.遙控器是通過發(fā)出的紅外線脈沖信號遙控電視機的,B錯誤.根據(jù)多普勒效應,當天體相對地球運動時,我們接收到來自天體的電磁波頻率發(fā)生變化,根據(jù)其變化可判斷遙遠天體相對地球的運動速度,C正確.光在真空中的速度是定值,在任何慣性系中測出的數(shù)值都相同,D錯誤.波速的計算公式v=λf,對機械波和電磁波通用,E正確.2.(2016·北京師范大學附屬實驗中學期中)關于多普勒效應,下列說法正確的是(AD)A.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者聽覺頻率發(fā)生了變化B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者的聽力出現(xiàn)了問題C.甲、乙兩列車相向行駛,兩車均鳴笛,且所發(fā)出的笛聲頻率相同,那么乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率低于他聽到的乙車笛聲頻率D.哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)所接收到的來自于遙遠星系上的某種原子光譜,與地球上同種原子的光譜相比較,光譜中各條譜線的波長均變長(稱為哈勃紅移),這說明該星系正在遠離我們而去解析:產(chǎn)生多普勒效應的原因不是波源頻率發(fā)生了變化,而是觀察者的位置變化所引起的聽覺頻率的變化,故選項A正確;產(chǎn)生多普勒效應的原因更不是觀察者的聽力出現(xiàn)了問題,選項B錯誤;甲、乙兩列車相向行駛,兩車均鳴笛,且所發(fā)出的笛聲頻率相同,那么乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率高于他聽到的乙車笛聲頻率,選項C錯誤;哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)所接收到的來自于遙遠星系上的某種原子光譜,與地球上同種原子的光譜相比較,光譜中各條譜線的波長均變長(稱為哈勃紅移),即頻率變小,這說明該星系正在遠離我們而去,選項D正確.3.(2016·浙江瑞安質檢改編)一水平彈簧振子做簡諧運動的振動圖象如圖所示,已知彈簧的勁度系數(shù)為20N/cm,則(ABC)A.圖中A點對應的時刻振子所受的回復力大小為5N,方向指向x軸的負方向B.振子在0.3s和0.9s兩個時刻的速度方向相同C.振子在1s時的速度為零D.振子在2s和3s時的加速度最大且相同E.在0～4s內(nèi)振子做了1.75次全振動,通過的路程為3.5cm解析:彈簧彈力提供振子做簡諧運動的回復力,振子在A點時,F回=kx=20×0.25N=5N,方向指向x軸負方向,選項A正確.振子在0.3s時速度方向為x軸負方向,在0.9s時速度方向為x軸負方向,兩個時刻速度方向相同,選項B正確.振子在1s時位于最大位移處,加速度最大,速度為零,選項C正確.振子在2s和3s時分別位于正向和負向最大位移處,加速度大小相等且最大,但方向相反,選項D錯誤.由圖象知,振子振動周期T=2s,振幅A=0.5cm,故4s內(nèi)振子完成了兩次全振動,通過的路程為s=2×4A=4cm,選項E錯誤.4.一列沿x軸傳播的簡諧橫波,t=0時刻的波形如圖所示,此時質點P恰在波峰,質點Q恰在平衡位置且向上振動.再過0.2s,質點Q第一次到達波峰,則正確的是(ABC)A.波沿x軸正方向傳播B.波的傳播速度為30m/sC.1s末質點P的位移為零D.質點P的振動位移隨時間變化的關系式為y=0.2sin（2πt+π2）E.0至0.9s時間內(nèi)P點通過的路程為0.9m解析:由題意質點Q恰在平衡位置且向上振動,則知波沿x軸正方向傳播,選項A正確;圖示時刻再過0.2s,質點Q第一次到達波峰,則周期T=0.8s,由圖讀出波長為λ=24m,則波速為v=λT=30m/s,選項B正確;t=1s=1.25T,則1s末質點P到達平衡位置,其位移為零,選項C正確;圖示時刻質點P的振動位移y=0.2m,根據(jù)數(shù)學知識可知其振動方程是余弦方程,即y=0.2cos（2πTt）m=0.2sin（2.5πt+π2）m,選項D錯誤;0.9s時間P完成118次全振動,1次全振動通過的路程為0.8m5.(2016·河南洛陽期中)以下說法符合愛因斯坦相對論觀點的有(CD)A.在不同的慣性系中,物理規(guī)律不一定完全相同B.光速跟光源、觀察者之間的相對運動有關C.一個物體的質量會隨著其運動速度的增大而增大D.物體具有的能量只跟物體的質量和光在真空中的速度有關解析:根據(jù)相對論的兩個基本假設可知,在不同的慣性系中,物理規(guī)律都是相同的,故A錯誤.愛因斯坦狹義相對論的光速不變原理是:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,跟光源、觀察者之間的相對運動無關,故B錯誤;根據(jù)愛因斯坦狹義相對論的質速關系,速度越大,質量越大,故C正確;根據(jù)愛因斯坦狹義相對論的質速關系,物體具有的能量只跟物體的質量和光在真空中的速度有關,故D正確.6.下列說法正確的是(ACE)A.在機場、火車站用來檢查旅客行李的透視儀利用的X射線具有較強的透射本領B.在太陽光的照射下,水面上的油膜出現(xiàn)彩色的條紋是光的衍射現(xiàn)象C.用聲吶探測水中暗礁、魚群的位置利用了聲波的反射D.交警向行進中的車輛發(fā)出已知頻率的超聲波進行測速,利用了波的干涉E.測量某星球上某種元素發(fā)出的光波的頻率,與地球上該元素靜止時發(fā)光的頻率對照,就可以算出該星球相對我們地球的速度,這利用了光的多普勒效應解析:X射線具有較強的透射本領,選項A正確;在太陽光的照射下,水面上的油膜出現(xiàn)彩色的條紋是光的薄膜干涉現(xiàn)象,故選項B錯誤;超聲波的波長極短,幾乎沿直線傳播,聲吶就是利用聲波的反射確定水中物體的位置,故選項C正確;超聲波測速利用的是多普勒效應,故選項D錯誤;利用光的多普勒效應可以測定遠處星球相對地球的運動情況,故選項E正確.7.(2016·江蘇鹽城一模改編)如圖所示,在一條張緊的繩子上掛幾個擺,其中A,B的擺長相等.當A擺振動的時候,通過張緊的繩子給B,C,D擺施加驅動力,使其余各擺做受迫振動.下列關于B,C,D擺的振動情況判斷錯誤的是(ADE)A.C擺的頻率最小B.B,C,D擺的周期相同C.B擺的擺角最大D.B,C,D的擺角相同E.B,C,D三個擺中,質量最小的擺角最大解析:A擺擺動帶動其他3個擺做受迫振動,受迫振動的頻率等于驅動力的頻率,故其他各擺的振動周期與頻率均跟A擺的相同,選項A錯誤,B正確.在受迫振動中,當固有頻率等于驅動力頻率時,出現(xiàn)共振現(xiàn)象,振幅最大;單擺的周期與擺長和該處的重力加速度有關,與擺球質量無關,故與A擺固有周期(頻率)相同的B擺振幅最大,選項C正確,D,E錯誤.8.如圖(甲)所示,是一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,P是離原點x1=2m的一個介質質點,Q是離原點x2=4m的一個介質質點,此時離原點x3=6m的介質質點剛剛要開始振動.圖(乙)是該簡諧波傳播方向上的某一質點的振動圖象(計時起點相同).由此可知(BDE)A.這列波的波長λ=2mB.圖(乙)可能是圖(甲)中質點Q的振動圖象C.這列波的傳播速度v=3m/sD.這列波的波源起振方向向下E.位于x=10m處的質點將于t=2s時起振解析:由題圖(甲)讀出波長λ=4m,由題圖(乙)讀出周期T=2s,則波速v=λT=2m/s,A,C錯誤;由題圖(乙)看出,t=0時刻,質點經(jīng)過平衡位置向上運動,而題圖(甲)中,Q點也經(jīng)過平衡位置向上運動,B正確;波源的起振方向與x3=6m的質點t=0時刻的振動方向相同,簡諧橫波沿x軸正方向傳播,則知x3=6m的質點在t=0時刻的振動方向向下,則波源的起振方向向下,D正確.位于x=10m處的質點與x3=6m處的質點間的距離s=4m,故振動傳播到x=10m處所用時間t=s正確.9.(2016·陜西實驗中學模擬)如圖所示,兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播,兩波源分別位于x=-0.2m和x=1.2m處,兩列波的速度均為v=0.2m/s,兩波源的振幅均為A=2cm.圖示為t=0時刻兩列波的圖象(傳播方向如圖所示),此時平衡位置處于x=0.2m和x=0.8m的P,Q兩質點剛開始振動.質點M的平衡位置處于x=0.5m處,關于各質點運動情況下列判斷正確的是(ACD)A.質點P的起振方向沿y軸負方向B.t=1.5s時刻,質點P運動到M點C.t=1.5s時刻,質點M開始振動D.t=3s時刻,質點M的位移為4cm解析:根據(jù)波的傳播方向和質點的振動方向的關系,由上下坡法,確定質點P和Q的起振方向均沿y軸負方向,A正確;波的傳播是振動形式的傳播,質點本身不隨波遷移,只在自己的平衡位置附近振動,B錯誤;由圖可知,兩列波的波長均為λ=0.4m,所以T=λv=2s,t=1.5s=34T時,M點剛好起振,C正確;t=3s時,質點M已振動了3410.(2016·順義一模改編)兩種單色光束a,b分別照射在同一套雙縫干涉演示實驗裝置上,得到的干涉圖樣分別如圖(a),(b)所示,則(ABE)A.調試該實驗裝置時,要注意使單縫與雙縫相互平行B.a光的波長大于b光的波長C.a光的頻率大于b光的頻率D.a光在真空中的速度大于b光在真空中的速度E.同一種介質對a光的折射率小于對b光的折射率解析:雙縫干涉實驗中,單縫和雙縫必須平行,否則將無法獲得相干光源而看不到干涉條紋,A正確.由圖知,a光產(chǎn)生的干涉條紋間距大于b光產(chǎn)生的,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δy=ldλ知,a光的波長大于b光的波長,B正確.λa>λb,由c=λf知,a光的頻率小于b光的頻率,C錯誤.在真空中所有色光的速度都相等,D錯誤.a光的頻率小于b光的頻率,故在同一介質中a光的傳播速度大于b光,由n=c11.如圖(甲)所示,在平靜的水面下有一個點光源S,它發(fā)出的是兩種不同顏色的a光和b光,在水面上形成了一個被照亮的圓形區(qū)域,該區(qū)域的中間為由ab兩種單色光所構成的復色光的圓形區(qū)域,周邊為環(huán)狀區(qū)域,且為a光的顏色[如圖(乙)].則以下說法中正確的是(ACE)A.b光的頻率比a光大B.水對a光的折射率比b光大C.a光在水中的傳播速度比b光大D.在同一裝置的楊氏雙縫干涉實驗中,a光的干涉條紋比b光窄E.在水面上方觀察光源S,光源發(fā)出b光時像點的位置比發(fā)出a光時更靠近水面解析:由a光的照射面積大,可知a光的臨界角大,根據(jù)sinC=1n知a光的折射率小,頻率小,波長大,A正確,B錯誤.根據(jù)n=cv可知,a光在水中的傳播速度大,C正確.根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δy=l12.一列簡諧橫波沿直線由A向B傳播,相距10.5m的A,B兩處的質點振動圖象如圖a,b所示,則(ACE)A.該波的振幅一定是10cmB.該波的波長可能是14mC.該波的波速可能是10.5m/sD.該波由A傳播到B可能歷時7sE.該波由A傳播到B可能歷時9s解析:該波的振幅一定是10cm,選項A正確;由于波由A向B傳播,由振動圖線可知nλ+λ4=10.5m,(n=0,1,2,…),故波長不可能是14m,選項B錯誤;波的速度v=λT=4×10.v=10.5m/s,選項C正確;該波由A傳播到B的時間為t=xv=10.5二、非選擇題(共52分)13.(5分)(1)如圖(甲)所示是用雙縫干涉測量光波波長的實驗設備示意圖,圖中①是光源、②是濾光片、③是單縫、④是雙縫、⑤是光屏.下列操作能增大光屏上相鄰兩亮條紋之間距離的是.

A.增大③和④之間的距離B.增大④和⑤之間的距離C.將綠色濾光片改成紅色濾光片D.增大雙縫之間的距離(2)轉動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖(乙)所示.繼續(xù)轉動手輪,使分劃板中心刻線對準第10條亮條紋,讀出手輪的讀數(shù)如圖(丙)所示.則相鄰兩亮條紋的間距是mm(結果保留三位有效數(shù)字).

(3)在(2)前提下,如果已經(jīng)量得雙縫的間距是0.30mm,雙縫和光屏之間的距離是900mm,則待測光的波長是m.(結果保留三位有效數(shù)字)

解析:(1)由Δy=ldλ知相鄰兩亮條紋之間的距離與單縫和雙縫之間的距離無關,A錯誤;增大④和⑤之間的距離即是增大l,Δy增大,B正確;紅光的波長大于綠光的波長,將綠色濾光片改成紅色濾光片可以增大相鄰兩條紋間距,C正確;增大雙縫之間的距離,Δ(2)(乙)圖讀數(shù)是0.045mm,(丙)圖讀數(shù)是14.535mm,它們的差值是14.490mm,所以相鄰兩亮條紋間距是Δy=14.4909(3)待測光波長λ=Δy·dl≈5.37答案:(1)BC(2)1.61(3)5.37×10-7評分標準:(1)問1分,(2)問2分,(3)2分.14.(6分)(2016·北京模擬)如圖(甲)所示,在測量玻璃折射率的實驗中,兩位同學先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡,并確定AB和AC界面的位置.然后在棱鏡的左側畫出一條直線,并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2,再從棱鏡的右側觀察P1和P2的像.(1)此后正確的操作步驟是.(選填選項前的字母)

A.插上大頭針P3,使P3擋住P2的像B.插上大頭針P3,使P3擋住P1,P2的像C.插上大頭針P4,使P4擋住P3的像D.插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1,P2的像(2)正確完成上述操作后,在紙上標出大頭針P3,P4的位置(圖中已標出).為測量該種玻璃的折射率,兩位同學分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干輔助線,如圖(乙)、(丙)所示.在兩圖中能夠僅通過測量ED,FG的長度便可正確計算出折射率的是圖[選填“(乙)”或“(丙)”],所測玻璃折射率的表達式n=(用代表線段長度的字母ED,FG表示).

解析:(1)此后正確的操作步驟是:插上大頭針P3,使P3擋住P1,P2的像;插上大頭針P4,使P4擋住P3和P1,P2的像,故選BD.(2)能夠僅通過測量ED,FG的長度便可正確計算出折射率的是圖(丙),因為n=sinisinr=ED答案:(1)BD(2)(丙)ED評分標準:每空2分.15.(6分)在“探究單擺周期與擺長的關系”的實驗中:(1)需要測量懸線長度,現(xiàn)用最小分度為1mm的米尺測量,圖中箭頭所指位置是拉直的懸線兩端在米尺上相對應的位置,測得懸線長度為mm.

(2)一組同學進一步做“用單擺測定重力加速度”的實驗,討論時有同學提出以下幾點建議,其中對提高測量結果精確度有利的是.

A.適當加長擺線B.質量相同、體積不同的擺球,選用體積較大的C.單擺偏離平衡位置的角度不能太大D.當單擺經(jīng)過平衡位置時開始計時,經(jīng)過一次全振動后停止計時,用此時間間隔作為單擺振動的周期解析:(1)懸線長度為987.0mm;(2)加大擺長可以減小測量擺長的相對誤差,選項A正確;選用體積小質量大的小球可減小空氣的阻力,選項B錯誤;單擺偏離平衡位置的角度不能太大,否則就不是簡諧運動,選項C正確;經(jīng)過一次全振動后停止計時,這樣會增加測量周期的誤差,至少要測量30～50次全振動的時間計算周期,選項D錯誤.答案:(1)987.0(2)AC評分標準:每空3分.16.(10分)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,如圖(甲)所示為波傳播到x=5m的M點時的波形圖,圖(乙)是位于x=3m的質點N從此時刻開始計時的振動圖象,Q是位于x=10m處的質點,求:(1)波由M點傳到Q點所用的時間;(2)波由M點傳到Q點的過程中,x=4m處的質點通過的路程.解析:(1)由題圖(甲)可以看出波長λ=4m,由題圖(乙)可以看出周期T=4s,(2分)所以波速v=λT=1m/s.波由M點傳到Q點所用的時間t=Δxv=5s.(2)t=5s內(nèi)質點通過的路程s=5A=25cm.(3分)答案:(1)5s(2)25cm17.(12分)(2016·山東濰坊模擬)如圖所示,透明半圓柱體折射率為n=2,半徑為R,長為L.平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入,部分柱面有光線射出.求該部分柱面的面積S.解析:半圓柱體的橫截面如圖所示.OO′為半徑.設從A點入射的光線在B點處恰好滿足全反射條件,則sinC=1n①sinC=12,C=30°②式①中,C為全反射臨界角.由幾何關系得∠OBA=∠BOO′=C,③(2分)S=C360°2πRL×2,解得S=π3RL.⑤答案:π318.(13分)圖示是一透明的圓柱體的橫截面,其半徑R=2cm,折射率n=3.真空中一束光線沿平行于直徑AB的方向從D點射入該透明體,折射光線恰好通過B點.已知真空中光速c=3.0×108(1)光在透明體中的傳播速度v;(2)入射點D與AB間的距離d.解析:(1)v=cn=3=1.73×108m/s.(2)由圖知i=2r.再由折射定律n=sinisinr2cosr=n,(2分)故cosr=32,r=30°,i=60°(2分由幾何知識得d=Rsini=3cm.(2分)答案:(1)1.73×108m/s(2)【備用題組】1.(2016·福建龍巖模擬)一列簡諧橫波,t=0時刻的波形如圖中實線所示,t=0.2s(小于一個周期)時刻的波形如圖中的虛線所示,則(C)A.波一定向右傳播B.波的周期T=0.05sC.波的傳播速度可能為90m/sD.0～0.2s內(nèi)質點P通過的路程為一個振幅解析:此波可能向右傳播,也可能向左傳播,選項A錯誤;因T>0.2s,則若向右傳播,則T4=0.2s,T=0.8s,此時v=λT=240.8m/s=30m/s;若向左傳播,則3T4=0.2s,則T=415s,此時v=λT=242.如圖所示,為一個均勻透明介質球,球心位于O點,半徑為R.一束單色光從真空中沿DC方向平行于直徑AOB射到介質球上的C點,DC與AB的距離H=32A.介質球的折射率為n=3B.若增大入射光的頻率,則該出射光線仍與入射光線平行C.光束從C點射入到從B點射出所經(jīng)歷的總時間為6D.若介質球的折射率增大,則該出射光線仍與入射光線平行解析:作出光路如圖所示.光線經(jīng)反射后到介質與空氣的界面時,由幾何關系和折射定律得i′=r,r′=i,折射光線EQ與入射光線DC平行,則∠COA=i,則sini=HR=32,i=60°,由圖可知i=2r,則折射角r=30°,故球的折射率為n=sinisinr=sin60光在介質中傳播速度v=cn,則該光從C射入到射出的總時間t=s4Rncos30°c=3.(2016·山東濰坊模擬)如圖所示,