【學與練】高中物理粵教2019版選擇性必修1：第4章光及其應用章末綜合提升學案(教師版)

第4章光及其應用主題1光的折射和全反射1．正確、靈活地理解、應用折射率公式教材中給出的折射率公式為n＝sinisinr(i為真空中的入射角，r為某介質中的折射角)．根據(jù)光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的．我們可以這樣來理解、記憶：n＝sin2．對臨界角的理解光線從介質進入真空或空氣，r＝90°時，發(fā)生全反射，此時的入射角i(介)叫臨界角ic.則1n＝sini介【典例1】如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的橫截面，其頂角α＝30°，P為垂直于直線BCO的光屏，現(xiàn)有一寬度為H＝AB的單色平行光束垂直射向AB面，結果在光屏上形成一條寬為H2的光帶，BO＝32(1)求出射光的偏折角；(2)求介質的折射率．[解析](1)AC面上的入射角θ1＝α＝30°，D點為PO的中點，即光屏上光帶的最高點，延長AD交BCO的延長線于E點，由幾何知識可知BO＝OE＝32H，OD＝H2，tan∠OED＝ODOE＝33(2)n＝sinθ[答案](1)30°(2)1.732解答全反射類問題的技巧(1)光必須從光密介質射入光疏介質．(2)入射角大于或等于臨界角．(3)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符，這樣更有利于問題的分析．主題2測介質的折射率1．測玻璃的折射率插針法：運用光在玻璃兩個界面處的折射．如圖所示為兩面平行的玻璃磚對光路的側移．用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O′B，確定出O′點，畫出折射光線OO′，量出入射角i和折射角r，根據(jù)n＝sini2．測水的折射率(1)成像法．原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．方法：如圖所示，在一盛滿水的燒杯中，緊挨杯口豎直插入一直尺，在直尺的對面觀察水面，能同時看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從點P看到直尺在水下最低點的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，讀出AC、BC的長，量出燒杯內(nèi)徑d，即可求出水的折射率為n＝BC2(2)插針法．原理：光的折射定律．方法：如圖所示，取一方木板，在板上畫出互相垂直的兩條線AB、MN，從它們的交點O處畫直線OP(使∠PON＜45°)，在直線OP上P、Q兩點垂直地插兩枚大頭針．把木板放入水中，使AB與水面相平，MN與水面垂直．在水面上觀察，調整視線使P的像被Q的像擋住，再在木板S、T處各插一枚大頭針，使S擋住Q、P的像，T擋住S及Q、P的像．從水中取出木板，畫出直線ST，量出圖中的角i、r，則水的折射率n＝sini(3)視深法．原理：利用視深公式h′＝hn方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示．調節(jié)針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測出針尖距水面的距離即為杯中水的視深h′，再測出水的實際深度h，則水的折射率n＝hh(4)全反射法．原理：全反射現(xiàn)象．方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示．在水面上觀察，看到一圓形的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑D及水深h，則水的折射率n＝D2【典例2】如圖甲所示，某同學在“測定玻璃的折射率”的實驗中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′.O為直線AO與aa′的交點．在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針．(1)該同學接下來要完成的必要步驟有________．A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像(2)過P3、P4作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′.測量圖中角α和β的大小．則玻璃磚的折射率n＝________.(3)如圖乙所示，該同學在實驗中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬．若其他操作正確，則折射率的測量值__________準確值(選填“大于”“小于”或“等于”)．(4)另一位同學準確地畫好玻璃磚界面aa′和bb′后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些．如圖丙所示，若其他操作均正確，則折射率的測量值____________準確值(選填“大于”“小于”或“等于”)．[解析](1)該同學接下來要完成的必要步驟有：確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3，使P3能擋住P1、P2的像．確定P4大頭針的位置的方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像．故該同學接下來要完成的必要步驟有BD.(2)根據(jù)折射定律得玻璃磚的折射率為n＝sinβ(3)將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬但仍平行，而其他操作正確，導致α角偏大，由于n＝sinβ(4)如圖所示，虛線表示將玻璃磚向下平移后實際的光路圖，而實線是作圖時所采用的光路圖，通過比較發(fā)現(xiàn)，入射角和折射角沒有變化，則由折射定律得知，該同學測得的折射率將不變．[答案](1)BD(2)sinβ主題3光的干涉與衍射的比較內(nèi)容干涉衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定、振動方向相同，即必須是相干光源障礙物或孔的尺寸與波長差不多或比波長更小(明顯衍射的條件)典型實驗楊氏雙縫實驗、薄膜干涉單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤衍射)圖樣特點中央明紋，兩邊等間距分布的明暗相間條紋中央最寬最亮，兩邊不等間距分布的明暗相間條紋應用檢查平面、增透膜、測定波長【典例3】(多選)用激光做單縫衍射實驗和雙縫干涉實驗，比普通光源效果更好，圖像更清晰．如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過感光元件中的信號轉換，在電腦上看到光強的分布情況．下列說法正確的是()A．當做單縫實驗時，光強分布圖如乙所示B．當做單縫實驗時，光強分布圖如丙所示C．當做雙縫實驗時，光強分布圖如乙所示D．當做雙縫實驗時，光強分布圖如丙所示AD[當做單縫實驗時，中間是亮條紋，往兩側條紋亮度逐漸降低，且亮條紋的寬度不等，所以其光強分布圖如乙所示，故A正確，B錯誤；當做雙縫實驗時，在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋，所以其光強分布圖如丙所示，故C錯誤，D正確．]如何分析干涉、衍射圖樣在分析干涉、衍射圖樣時，主要注意圖樣條紋寬度的情況：若條紋寬度相等，則是干涉條紋，若中間條紋最寬，兩邊越來越窄，則是衍射條紋．章末綜合測評(四)光及其應用一、單項選擇題1．某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()ABCDB[單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B正確．]2．如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右側再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉動一周，則關于光屏Q上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是()A．只有當偏振片轉到某一適當位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變化C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動C[旋轉P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動，太陽光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同．所以光屏上總是有沿著某個特定的方向振動的偏振光，光屏上亮度不變．]3．酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上，你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影．但當你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退．對此現(xiàn)象正確的解釋是()A．出現(xiàn)的是“海市蜃樓”，是由光的折射造成的B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發(fā)生全反射D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率小，發(fā)生全反射D[在太陽光照射下，地表溫度升高，地面附近空氣的折射率變小，光發(fā)生全反射，D正確．]4．如圖所示，一條光線通過一個在水中的球形空氣泡，下列哪一條表示出射光線的路徑()A.光線1 B．光線2C．光線3 D．光線4A[光先從水進入空氣泡中，由折射定律可知折射角應大于入射角；然后又從空氣射入水中，折射角應小于入射角．綜上所述，只有光線1符合要求，故A正確．]5．如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為2，則這束光進入棱鏡后的光路圖應為()ABCDD[光線垂直AB面射入，在到達AC面上時入射角i＝60°，因光線的臨界角C滿足sinC＝1n，C＝45°，i＞C，所以光線在AC面發(fā)生全反射；光線到達BC面上的入射角i′＝30°，由于i＜C，所以有部分光線從BC面射出，還有部分光線經(jīng)BC面反射到AC面上，此時入射角等于零度，光線垂直于AC6．如圖所示，有玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30°，一束光線a垂直于AB射入棱鏡，由AC射出進入空氣，測得出射光線與入射光線間夾角為30°，則棱鏡的折射率為()A.12B．22C．3C[由題意可知，光線從玻璃射向空氣中時，入射角為θ1＝30°，折射角為θ2＝60°，則玻璃的折射率n＝sinθ2sin7．有關光的應用，下列說法不正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現(xiàn)象D．在光導纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射原理A[拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片減弱反射光的強度，故A錯誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡觀察白光，由于三棱鏡對不同色光的折射率不同，進出三棱鏡的偏折角度不同，出現(xiàn)了不同色光的色散，故C正確；光導纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確．]二、多項選擇題8.如圖所示，一束色光從長方體玻璃磚上表面射入玻璃，穿過玻璃后從側面射出，變?yōu)閍、b兩束單色光，則以下說法正確的是()A．玻璃對a光的折射率較大B．在玻璃中b光的波長比a光短C．在玻璃中b光傳播速度比a光大D．減小入射角i，a、b光線有可能消失BD[由題圖可知折射率na<nb，則fa＜fb，又由n＝cv得，va＞vb，綜上得λb＜λa，故A、C錯誤，B正確；減小入射角i，由幾何關系可知在玻璃內(nèi)的入射角變大，可能發(fā)生全反射．a(chǎn)、b9．如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束紅光從空氣中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點．圖中O點為A、B連線與分界面的交點，下列說法正確的是()A．O1點在O點的右側B．紅光從空氣中射入水中時，速度變小C．若沿AO方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點D．若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，則紅光在界面處有可能發(fā)生全反射BD[當光由空氣射入水中時入射角大于折射角，畫出大致光路圖如圖所示，可見O1點在O點的左側，故A錯誤；紅光在真空中速度最大，當紅光從空氣中射入水中時，速度變小，故B正確；若沿AO方向射向水中的是一束紫光，水對紫光的折射率大于對紅光的折射率，根據(jù)折射定律可知，紫光的偏折程度大于紅光的偏折程度，所以折射光線有可能通過B點正下方的C點，故C錯誤；若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，入射角可能大于臨界角，紅光在界面處有可能發(fā)生全反射，故D正確．]10．如圖所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線．則()A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B．在真空中，a光的波長小于b光的波長C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失ABD[通過光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，故C錯誤；a光的頻率大于b光的頻率，波長小于b光的波長，故B正確；由n＝cv知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，故A正確；入射角增大時，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消失，故三、非選擇題11．在“測定玻璃的折射率”的實驗中，(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________，老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態(tài)，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”)．(2)小紅利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，她在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線．其中她確定P3大頭針位置的方法應當是____________．操作完成后，她用圓規(guī)作了一個以O為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則她測出玻璃的折射率n＝________．[解析](1)在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，還缺少刻度尺、大頭針；依據(jù)光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應在圖乙中的位置B處，如圖所示．(2)透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像；如圖，作出法線，過圓與入射光線與折射光線的交點作法線的垂線CA和DB，由數(shù)學知識得：入射角和折射角的正弦值分別為sini＝CACO，sinr＝BD其中CO＝DO，則折射率n＝sinrsini＝BD[答案](1)大頭針B(2)擋住P1、P2的像1.512．(1)某同學用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗，他采用了藍色燈作為光源，在測量頭目鏡中觀察到如圖乙所示的藍色條紋．在不改變其他實驗條件的情況下，觀察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的原因是_________________________________.A．單縫寬度變小了B．雙縫間距變小了C．光源與單縫間的距離變大了D．光源的發(fā)光強度變大了(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)．如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環(huán)半徑將________；如果換一個半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環(huán)半徑將________．(均選填“變大”“變小”或“不變”)(3)采用波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫米[解析](1)根據(jù)條紋間距公式Δx＝ldλ可知，當雙縫間距d(2)當光程差為波長的整數(shù)倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數(shù)倍時是暗條紋；用波長變長的光照射，則出現(xiàn)亮條紋的這一厚度遠離中心，則圓環(huán)的半徑變大；換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現(xiàn)亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環(huán)的半徑變大．(3)由題意知相鄰亮條紋對應的空氣層的厚度差為半個波長，故為345nm，故A正確，B、C、D錯誤．[答案](1)B(2)變大變大(3)A13．(2022·重慶卷)如圖所示，水面上有一透明均質球，上半球露出水面，下半球內(nèi)豎直中心軸上有紅、藍兩種單色燈(可視為點光源)，均質球對兩種色光的折射率分別為n紅和n藍．為使從光源照射到上半球面的光都能發(fā)生折射(不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射)，若紅燈到水面的最大距離為h紅，(1)求藍燈到水面的最大距離；(2)兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍燈在紅燈的上方還是下方？為什么？[解析](1)為使從光源照射到上半球面的光，都能發(fā)生折射，關鍵是光線能夠從球的上半部分折射出去，以紅光為例，當入射角最大達到臨界角C時，光線平行水面折射出去，光路圖如圖所示假設半球半徑為R，根據(jù)全反射定律和幾何關系可知sinC紅＝1n紅同理可知藍光sinC藍＝1n藍兩式聯(lián)立解得h藍＝n紅2-(2)藍光的折射率n藍大于紅光的折射率n紅，根據(jù)(1)問結果h藍＝n紅2-1n藍2-1·h紅，結合n藍所以藍燈應該在紅燈的上方．[答案](1)h藍＝n紅2-114．(2022·江蘇卷)如圖所示，兩條距離為D的平行光線，以入射角θ從空氣射入平靜水面，反射光線與折射光線垂直，求：(1)水的折射率n；(2)兩條折射光線之間的距離d.[解析](1)設折射角為γ，根據(jù)幾何關系可得γ＝90°－θ根據(jù)折射定律可得n＝sin聯(lián)立可得n＝tanθ.(2)如圖所示根據(jù)幾何關系可得d＝Dsin90°-θ·sinθ[答案](1)tanθ(2)Dtanθ15．(2022·河北卷)如圖，一個半徑為R的玻璃球，O點為球心．球面內(nèi)側單色點光源S發(fā)出的一束光在A點射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ＝30°.光在真空中的傳播速度為c.求：(1)玻璃的折射率；(2)從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間．[解析](1)根據(jù)題意將光路圖補充完整，如圖甲所示根據(jù)幾何關系可知i1＝θ＝30°，i2＝60°根據(jù)折射定律有nsini1＝sini2解得n＝3.(2)當光在玻璃球內(nèi)的運動路徑為正三角形時，路徑最短，但此時光在玻璃球內(nèi)不發(fā)生全反射，故考慮光的運動路徑為正方形，如圖乙所示，由全反射知識可知sinC＝1n＝33＜回到S點最短時間tmin＝42又n＝cv，所以tmin＝4[答案](1)3(2)4模塊綜合測評一、單項選擇題1．如圖所示，籃球運動員接傳來的籃球時，通常要先伸出兩臂迎接，手接觸到球后，兩臂隨球迅速引至胸前，這樣做可以()A．減小球的動量的變化量B．減小球對手作用力的沖量C．減小球的動量變化率D．延長接球過程的時間來減小動量的變化量C[由動量定理Ft＝0－mv，而接球時先伸出兩臂迎接，手接觸到球后，兩臂隨球迅速引至胸前為了延長時間，減小受力，即F＝0-2．在不計空氣阻力作用的條件下，下列說法中不正確的是()A．自由下落的小球在空中運動的任意一段時間內(nèi)，其增加的動能一定等于其減少的重力勢能B．做平拋運動的小球在空中運動的任意相同的時間內(nèi)，其速度的變化量一定相同C．做勻速圓周運動的小球在任意一段時間內(nèi)其合外力做的功一定為零，合外力的沖量也一定為零D．單擺在一個周期內(nèi)，合外力對擺球做的功一定為零，合外力的沖量也一定為零C[不計空氣阻力，自由下落的小球，其所受合外力為重力，則小球在運動的過程中機械能守恒，其增加的動能一定等于其減小的重力勢能，故A正確；做平拋運動的小球所受合外力為重力，加速度的大小與方向都不變，所以小球在空中運動的任意相同的時間內(nèi)，其速度的變化量一定相同，故B正確；做勻速圓周運動的小球，其所受合外力的方向一定指向圓心，小球在任意一段時間內(nèi)其合外力做的功一定為零，但由于速度的方向不斷變化，所以速度的變化量不一定等于0，合外力的沖量也不一定為零，故C錯誤；經(jīng)過一個周期，單擺的小球又回到初位置，所有的物理量都與開始時相等，所以單擺在一個周期內(nèi)，合外力對擺球做的功一定為零，合外力的沖量也一定為零，故D正確．]3．如圖所示是研究光的雙縫干涉的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達屏上時會產(chǎn)生干涉條紋．已知入射激光的波長為λ，屏上的P點到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作第0號亮條紋，由P向上數(shù)，與0號亮條紋相鄰的亮條紋為1號亮條紋，與1號亮條紋相鄰的亮條紋為2號亮條紋，則P1處的亮條紋恰好是10號亮條紋．設直線S1P1的長度為r1，S2P1的長度為r2，則r2－r1等于()A．9.5λ B．10λC．10.5λ D．20λB[由題設可知，從中央亮條紋P算起，P1點處是第10號亮條紋的位置，表明縫S1、S2到P1處的距離差r2－r1為波長的整數(shù)倍，且剛好是10個波長，所以B正確．]4．一只鐘從甲地拿到乙地，它的鐘擺擺動加快了，則下列對此現(xiàn)象的分析及調整方法的敘述中正確的是()A．g甲>g乙，將擺長適當增長B．g甲>g乙，將擺長適當縮短C．g甲<g乙，將擺長適當縮短D．g甲<g乙，將擺長適當增長D[擺鐘的運動是簡諧運動，周期遵循T＝2πLg，擺鐘擺動加快說明周期變小，擺鐘本身沒變，說明g甲<g乙；所以應該調整擺長使周期變大，那么L5．一條彈性繩子呈水平狀態(tài)，M為繩子中點，兩端P、Q同時開始上下振動，一小段時間后產(chǎn)生的波形如圖，對于其后繩上各點的振動情況，以下判斷正確的是()A．波源Q產(chǎn)生的波將先到達中點MB．波源P的起振方向是向上的C．中點M的振動始終是加強的D．波源P振動的頻率是波源Q的2倍B[由題意可知，雖然波形不同，但波速相同，由于距離相同，所以兩波同時到達M點，故A錯誤；由波的傳播方向，可確定P質點的起振方向向上，故B正確；由于波長的不同，故兩列波的頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，因此在M點相遇時，并不總是加強或減弱的，故C錯誤；由波形圖可知λP＝2λQ，根據(jù)T＝λv，f＝1T可得fP∶fQ＝λQ∶λ6．如圖潛水員在水深為h的地方向水面張望，發(fā)現(xiàn)自己頭頂上有一圓形亮斑，如果水對空氣的臨界角為C，則此圓形亮斑的直徑是()A．2htanC B．2hsinCC．2hcosC D．2hA[在圓形亮斑邊緣從空氣射入水中的光線，折射角的大小等于臨界角C，如圖所示，由幾何關系可知，此圓形亮斑的直徑是d＝2r＝2htanC．故A正確．]7.簡諧橫波在均勻介質中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距8m的兩質點，波先傳到P，當波傳到Q開始計時，P、Q兩點的振動圖像如圖所示(實線為Q的振動圖像)，設振幅為A，則()A．當Q的位移為0時，P的位移為±22B．該波從P傳到Q的時間可能是8sC．該波的傳播速度可能為1.6m/sD．該波的波長可能是3mD[由題可知，簡諧橫波的傳播方向從P到Q，由圖可知，周期為T＝6s，質點Q的振動圖像向左4s后與P點的振動重合，意味著Q點比P點振動滯后了4s，即P傳到Q的時間Δt可能為4s，同時由周期性可知，從P傳到Q的時間Δt＝(4＋nT)s(n＝0，1，2，3…)，即Δt＝4s、10s、16s、…，不可能為8s，根據(jù)上述分析對照圖像可知，當Q的位移為0時，P的位移為±3A2，故A、B錯誤；由v＝ΔxΔt，考慮到波的周期性，當Δt＝4s、10s、16s、…時，速度v可能為2.0m/s、0.8m/s、0.5m/s、…，不可能為二、多項選擇題8．中國女科學家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素而獲得2015年諾貝爾生物學或醫(yī)學獎，屠呦呦也成為首位獲得該獎的中國人．在研究青蒿素化學結構中，研究人員用比可見光波長更短的X射線衍射方法最終確定了其化學結構．在做單縫衍射實驗中，下列說法正確的是()A．將入射光由可見光換成X射線，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變窄AC[單縫衍射的條紋間距可以用雙縫干涉條紋寬度的公式Δx＝Ldλ定性討論，其中L為屏與縫的距離、d為縫寬、λ為波長．將入射光由可見光換成X射線，波長λ變小，衍射條紋間距會變窄，即衍射條紋間距變小，A正確；使單縫寬度變小，即d變小，則衍射條紋間距變寬，B錯誤；換用波長較長的光照射，根據(jù)公式Δx＝Ldλ可知，衍射條紋間距變寬，C正確；增大單縫到屏的距離，即9．如圖所示演示裝置，一根張緊的水平繩上掛著5個單擺，其中A、E擺長相同，先使A擺擺動，其余各擺也擺動起來，可以發(fā)現(xiàn)()A．各擺擺動的周期均與A擺相同B．B擺振動的周期最短C．C擺振動的周期最長D．E擺的振幅最大AD[A擺擺動，其余各擺也擺動起來，它們均做受迫振動，則它們的振動頻率均等于A擺的擺動頻率，而由于A、E擺長相同，所以這兩個擺的固有頻率相同，則E擺出現(xiàn)共振現(xiàn)象，故A、D正確．]10．如圖所示，質量為m的半圓軌道小車靜止在光滑的水平地面上，其水平直徑AB長度為2R，現(xiàn)將質量也為m的小球從距A點正上方h0高處由靜止釋放，然后由A點經(jīng)過半圓軌道后從B沖出，在空中能上升的最大高度為34h0A．小球和小車組成的系統(tǒng)動量守恒B．小車向左運動的最大距離為2RC．小球離開小車后做豎直上拋運動D．小球第二次能上升的最大高度h<34hCD[小球與小車組成的系統(tǒng)在豎直方向合力不為0，所以系統(tǒng)的動量不守恒，故A錯誤；在水平方向所受合外力為零，水平方向系統(tǒng)動量守恒，設小車的位移為x，以向右為正方向，在水平方向，由動量守恒定律得mv－mv′＝0.即m2R-xt－mxt＝0，解得小車的位移x＝R，故B錯誤；小球與小車組成的系統(tǒng)在水平方向動量守恒，系統(tǒng)初狀態(tài)在水平方向動量為零，由動量守恒定律可知，系統(tǒng)在任何時刻在水平方向動量都為零，小球離開小車時相對小車向上運動，水平方向和小車有相同的速度，所以小球與小車在水平方向速度都為零，小球離開小車后做豎直上拋運動，故C正確；小球離開小車時，小球與小車水平方向動能為零，如果系統(tǒng)機械能守恒，由機械能守恒定律可知，小球離開小車后上升的最大高度為h0，由題意可知，小球離開小車后在空中能上升的最大高度為34h0<h三、非選擇題11．在探究單擺周期與擺長關系的實驗中，(1)關于安裝儀器及測時的一些實驗操作，下列說法中正確的是________．(選填選項前面的字母)A.用米尺測出擺線的長度，記為擺長lB．先將擺球和擺線放在水平桌面上測量擺長l，再將單擺懸掛在鐵架臺上C．使擺線偏離豎直方向某一角度α(接近5°)，然后靜止釋放擺球D．測出擺球兩次通過最低點的時間間隔記為此單擺振動的周期(2)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示．次數(shù)12345擺長l/cm80.0090.00100.00110.00120.0030次全振動時間t/s53.856.960.062.865.7振動周期T/s1.791.902.002.092.19振動周期的平方T2/s23.203.614.004.374.80請將笫三次的測量數(shù)據(jù)標在圖中，并在圖中作出T2隨l變化的關系圖像．(3)根據(jù)數(shù)據(jù)及圖像可知單擺周期的平方與擺長的關系是_________________________________________________________．(4)根據(jù)圖像，可求得當?shù)氐闹亓铀俣葹開_______m/s2.(結果保留3位有效數(shù)字)[解析](1)用米尺測出擺線的長度，用游標卡尺測量擺球的直徑，擺線的長度加上擺球的半徑記為擺長l，故A錯誤；先將擺球和擺線連接好，固定在鐵架臺上，否則擺長變化，測量的誤差較大，故B錯誤；使擺線偏離豎直方向某一角度α(接近5°)，從靜止釋放擺球讓擺球振動，故C正確；測出擺球兩次通過最低點的時間間隔記為此單擺振動的周期，誤差較大，為了減小誤差，應采用累積法，即測量30次或50次全振動的時間，再求出每次全振動的時間，作為周期，故D錯誤．(2)根據(jù)坐標系內(nèi)描出的點作出圖像如圖所示．(3)由圖示圖像可知T2＝4l，即周期的平方與擺長成正比．(4)由單擺周期公式T＝2πl(wèi)g可知，T2＝4π由圖示圖像可知4π2g＝k＝4，解得g[答案](1)C(2)見解析(3)周期的平方與擺長成正比(4)9.8612．(2022·重慶卷)如圖為某小組探究兩滑塊碰撞前后的動量變化規(guī)律所用的實驗裝置示意圖．帶刻度尺的氣墊導軌右支點固定，左支點高度可調，裝置上方固定一具有計時功能的攝像機．(1)要測量滑塊的動量，除了前述實驗器材外，還必需的實驗器材是________．(2)為減小重力及阻力對實驗的影響，開動氣泵后，調節(jié)氣墊導軌的左支點，使輕推后的滑塊能在氣墊導軌上近似做________運動．(3)測得滑塊B的質量為197.8g，兩滑塊碰撞前后位置x隨時間t的變化圖像如圖所示，其中①為滑塊B碰前的圖線．取滑塊A碰前的運動方向為正方向，由圖中數(shù)據(jù)可得滑塊B碰前的動量為________kg·m·s-1(保留2位有效數(shù)字)，滑塊A碰后的圖線為________(選填“②”“③”“④”)．[解析](1)要測量滑塊的動量還需要測量滑塊的質量，故還需要的器材是天平．(2)為了減小重力及阻力對實驗的影響，應該讓氣墊導軌處于水平位置，故調節(jié)氣墊導軌后要使滑塊能在氣墊導軌上近似做勻速直線運動．(3)取滑塊A碰前運動方向為正方向，根據(jù)x-t圖可知滑塊B碰前的速度為vB＝0.424-則滑塊B碰前的動量為pB＝mBvB＝0.1978kg×(－0.058)m/s＝－0.011kg·m/s由題意可知兩物塊相碰要符合碰撞制約關系，則④圖線為碰前A物塊的圖線，由圖可知碰后③圖線的速度大于②圖線的速度，根據(jù)“后不超前”的原則可知③為碰后A物塊的圖線．[答案](1)天平(2)勻速直線(3)－0.011③13．(2022·湖北卷)如圖所示，水