1、选修3-4综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分,在每小题给出的选项中,有多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.下列说法正确的是(ABE)A.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变小B.一个单摆在海平面上的振动周期为T,那么将其放在高山之巅,其振动周期一定变大C.光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射 原理D.X射线在磁场中能偏转,穿透能力强,可用来进行人体透视E.X射线是波长很短的电磁波解析:在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,由于波长变短,根
2、据公式x=,则干涉条纹间距变小,故A正确;单摆从海平面到高山之巅,重力加速度变小,由单摆的周期公式T=2,可知振动周期一定变大,故B正确;全息照相不是利用全反射,而是利用了光的干涉原理,故C错误;X射线是波长很短的电磁波,穿透力较强,但它不带电,不能在磁场中偏转,故D错误,E正确.2.关于机械振动与机械波说法正确的是(ADE)A.机械波的频率等于振源的振动频率B.介质中各质点一边在各自的平衡位置附近振动,一边沿波的传播方向移动C.质点振动的方向总是垂直于波传播的方向D.在一个周期内,沿着波的传播方向,振动在介质中传播一个波长的距离E.机械波在介质中传播的速度由介质本身决定解析:机械波的频率是振
3、源的振动频率,故A正确;波中各质点只是在各自的平衡位置附近振动而不发生迁移,故B错误;波分横波与纵波,纵波的质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上,故C错误;由v=可知,沿波的传播方向,振动在介质中传播一个波长的距离,故D正确;机械波在介质中传播的速度由介质本身决定,故E正确.3.下列说法正确的是(BCE)A.在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大B.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长 无关C.火车鸣笛向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频 率高D.当水波通过障碍物时,若障碍物尺寸与波长差不多,或比波长大时,将发生明显的衍射现象E.用两束单色光A,
4、B分别在同一套装置上做干涉实验,若A光的条纹间距比B光的大,则说明A光波长大于B光波长解析:在干涉现象中,振动加强点振幅最大,位移时刻在变化,所以振动加强点的位移不是总比减弱点的位移大,故A错误.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,单摆的周期与驱动力的周期相等,与固有周期无关,故B正确.火车鸣笛向我们驶来时,根据多普勒效应知,我们接收的频率大于波源发出的频率,故C正确.当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸与波长差不多,或比波长小时,将发生明显的衍射现象,故D错误.根据x=知,A光的条纹间距比B光的条纹间距大,则A光的波长大于B光的波长,故E正确.4.以下说法正确的是(ADE)A.利用红外线进行遥感
5、、遥控,主要是因为红外线的波长长,容易发生衍射B.在不同的惯性参考系中,物理规律不一定相同C.射线、射线、射线基本上都是电磁波D.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源、观察者间的相对运动没有关系E.射线是氦原子核,射线是电子流,射线是电磁波解析:波长越长,越容易发生衍射,故利用红外线进行遥感是因为其波长长,易于发生衍射现象;故A正确;根据狭义相对论的基本原理可知,一切物理规律在不同的惯性参考系中都相同,故B错误;射线是氦原子核,射线是电子流,而射线是电磁波,故C错误,E正确;真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源、观察者间的相对运动没有关系,故D正确.5.如图所示,M
6、N是空气与某种液体的分界面,一束红光由空气射到分界面,一部分光被反射,一部分光进入液体中.当入射角是45时,折射角为30,以下说法正确的是(ACE)A.反射光线与折射光线的夹角为105B.该液体对红光的折射率为C.该液体对红光的全反射临界角为45D.当紫光以同样的入射角从空气射到分界面,折射角也是30E.当紫光以同样的入射角从空气射到分界面,折射角小于30解析:根据光的反射定律可知,反射角为45,则反射光线与折射光线的夹角为105,选项A正确;该液体对红光的折射率为n=,选项B错误;该液体对红光的全反射临界角C满足sin C=,故C=45,选项C正确;因为紫光的折射率大于红光,故当紫光以同样的
7、入射角从空气射到分界面时,折射角小于30,选项D错误,E正确.6.如图所示,夏天,在平静无风的海面上,向远方望去,有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中.沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺,可望而不可及,这就是“蜃景”.下列有关蜃景的说法中正确的是(ACD)A.海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B.沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率要小C.A是蜃景,B是景物D.C是蜃景,D是景物E.A是景物,B是蜃景解析:海面上层空气的温度比下层高,密度比下层小,故海面附近的空气折射率从上到下逐渐增大.远处的楼台、亭阁等发出的光线射向空中时,由于不断被折射,越来越
8、偏离法线方向,进入上层的入射角不断变大,以致发生全反射,光线又从空中返回海面处的人眼中,反向看去,就会看到远方的景物悬在空中,而产生了“海市蜃楼”现象;沙漠下层空气温度比上层高,密度比上层小,故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大.远处的水源、仙人掌等发出的光线射向沙漠地表时,由于不断被折射,越来越偏离法线方向,进入下层的入射角不断增大,以致发生全反射,光线反射回空气,人们逆着光线看去,就会看到远方的景物倒立的虚像,而产生了“海市蜃楼”现象.故A,C,D正确,B,E错误.7.如图所示,一横截面为矩形的玻璃砖置于空气中,两束细平行单色光a,b射向玻璃砖的下表面,设玻璃砖足够长,若发现玻璃砖的
9、上表面只有一束光线射出,则下列说法中正确的是(CDE)A.其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射B.其中有一束单色光没能进入玻璃砖C.在玻璃中单色光a的传播速率大于单色光b的传播速率D.若用同一装置分别使两束光发生干涉,则光束a的相邻明条纹间 距大E.减小光束与玻璃砖下表面间的夹角,上表面会有两束平行单色光射出解析:产生全反射的必要条件是光线必须从光密介质射入光疏介质,入射角大于临界角;光线射入玻璃砖后折射角必定小于临界角,由几何知识知光线射到玻璃砖的上表面时入射角等于下表面的折射角,所以光线射到玻璃砖的上表面时入射角必定小于临界角,所以光线射到玻璃砖的上表面不可能发生全反射,故A,B错
10、误;由于只有一束光线射出玻璃砖,说明两束光线的折射率不同,射出时沿同一方向出来,由图知a光偏折程度越小,则a光的折射率小于b的折射率,根据v=知,在玻璃砖中a的传播速率大于b的传播速率,故C正确;a光的频率比b光的频率低,由c=f可知,a光波长长,在干涉现象中,由x=得到光束a的相邻明条纹间距大,故D正确;减小光束与玻璃砖下表面的夹角,光线射入玻璃砖的折射角不同,上表面会有两束平行单色光射出,E正确.8.如图(甲)为一列简谐横波在t=0.10 s时刻的波形图,P是平衡位置为x=1 m处的质点,Q是平衡位置为x=4 m处的质点.图(乙)为质点Q的振动图像,则(ABE)A.t=0.15 s时,质点
11、Q的加速度达到正向最大B.t=0.15 s时,质点P的运动方向沿y轴负方向C.从t=0.10 s到t=0.25 s,该波沿x轴正方向传播了6 mD.从t=0.10 s到t=0.25 s,质点P通过的路程大于30 cmE.从t=0.10 s到t=0.25 s,质点P通过的路程小于30 cm解析:由图(乙)知,t=0.15 s时,质点Q处于负向最大位移处,所以此时Q的加速度达到正向最大,故A正确.由图(乙)知,该波的周期T=0.20 s,且在t=0.10 s时Q点在平衡位置沿y轴负方向运动,则该波沿x轴负方向传播.波速为v= m/s=40 m/s,从t=0.10 s到t=0.25 s,该波沿x轴负
12、方向传播的距离为x=vt=400.15 m=6 m,C错误.从t=0.10 s到t=0.15 s,t=0.05 s=,P点从图(甲)所示位置先向正最大位移处运动再返回平衡位置的时间大于,则在t=0.15 s时质点P的运动方向沿y轴负方向,故B正确.质点在t=1T内,质点运动的路程为4A,从t=0.10 s到t=0.25 s,经历的时间为T=0.15 s,由于t=0.10 s时刻质点P正向上运动,速度减小,则从t=0.10 s到t=0.25 s,质点P通过的路程小于30 cm,故D错误,E正确.9.如图所示,在一根绷紧的水平绳上挂着五个单摆,其中B和D的摆长相等.原来各摆都静止,当B摆振动的时候
13、,其余各摆也随之振动起来.关于各摆的振动情况,下列说法中正确的是(ACE)A.各摆的振幅不相同,D摆振幅最大B.各摆的振动周期不相同,C摆的振动周期最大,A摆的振动周期最小C.各摆的振动频率都跟B摆相同D.各摆的振幅相同E.各摆的振动周期都相同解析:B摆振动起来后,使得A,C,D,E各摆做受迫振动,振动频率都等于B的振动频率,所以各摆振动的周期都相等.D摆的摆长与B摆相等,则固有周期相等,即固有频率相等,D摆与B摆发生共振,振幅最大.故B,D错误,A,C,E正确.10.一列简谐横波沿x轴传播,x=0与x=1 m处两质点的振动图线分别如图中实线与虚线所示,由此可以得出(BCE )A.波长一定是4
14、 mB.周期一定是4 sC.最大波速一定是1 m/sD.波的传播速度可能是0.125 m/sE.波的传播速度可能是0.2 m/s解析:若波向左传播时,t=0时刻,x=0处质点位于波峰,x=1 m处的质点处于平衡位置向上振动,结合波形,则有x=(n+)得到波长= m(其中n=0,1,2,3,)同理得到,若波向右传播时,x=(n+),波长= m,(n=0,1,2,)故波长有多个可能的值,不一定为4 m;从图中看出质点的振动周期为4 s;根据v=,波长最大时波速最大,由以上分析可得最大波长为4 m,故最大波速为1 m/s;若波向左传播时,波速v= m/s(n=0,1,2,3,).若波向右传播时,波速
15、v= m/s(n=0,1,2,3,);如果波速为0.125 m/s= m/s,则n不可能为整数;当波向右传播,且v= m/s中n为1时,波速为0.2 m/s.11.如图所示,质量相等的甲、乙两个物体分别做简谐运动时的图像,则(ABE)A.甲、乙物体的振幅分别是2 cm和1 cmB.甲的振动频率比乙的大C.前1 s内两物体的加速度均为正值D.第2 s末甲的速度最大,乙的加速度最小E.第2 s末甲的速度最大,乙的加速度最大解析:由图读出,甲、乙两振子的振幅分别是A甲=2 cm,A乙=1 cm.故A正确.甲、乙两振子的周期分别是T甲=4 s,T乙=8 s,又频率f=,所以甲、乙两个振子的振动频率之比
16、为21,甲的振动频率比乙的大.故B正确.前1 s内两物体的位移均为正值,根据a=-知,它们的加速度均为负值,故C错误.第2 s末甲经过平衡位置,速度最大,而乙的位移最大,则加速度最大,故D错误,E正确.12.如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-0.2 cm和x=1.2 m处,两列波的速度大小均为v=0.4 m/s,两列波的振幅均为A=2 cm.图示为t=0时刻两列波的图像(传播方向如图所示),该时刻平衡位置位于x=0.2 m和x=0.8 cm的P,Q两质点刚开始振动,另有一质点M,平衡位置处于x=0.5 m处.关于各质点运动情况的判断正确的是(ABD)A.两
17、波源的起振方向均为y轴负方向B.t=0时刻质点P,Q均沿y轴负方向运动C.t=0.75 s时刻,质点P,Q都运动到x=0.5 m处D.t=1 s时刻,质点M的位移为-4 cmE.t=1 s时刻,质点M的位移为4 cm解析:根据波形平移法判断可知:t=0时刻质点P,Q均沿y轴负方向运动,则两波源的起振方向均沿y轴负方向,故A,B正确;简谐横波在传播的过程中,质点并不随波向前移动,只在自己平衡位置附近振动,故C错误.由图知,波长=0.4 m,由v=得,该波的周期为T= s=1 s,则t=1 s时刻,两列波的波谷都传到M点,质点M的位移为-4 cm,故D正确,E错误.二、非选择题(共52分)13.(
18、6分)为了研究滑块的运动,选用滑块、钩码、纸带、毫米刻度尺、带滑轮的木板以及由漏斗和细线构成的单摆等组成如图(甲)所示装置,实验中,滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动,同时让单摆垂直于纸带运动方向做小摆幅摆动,漏斗可以漏出很细的有色液体,在纸带上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置,如图(乙)所示.(1)漏斗和细线构成的单摆在该实验中所起的作用与下列仪器相同的是 (填写仪器序号).A.打点计时器B.停表C.天平(2)已知单摆周期T=2 s,在图(乙)中AB=24.10 cm,BC=27.90 cm, CD=31.80 cm,DE=35.50 cm,则单摆在经过D点时,滑块的瞬时速度为vD
19、=m/s,滑块的加速度为a= m/s2(结果保留两位有效数字).解析:(1)单摆振动具有周期性,摆球每隔半个周期经过纸带中线一次,打点计时器打点也具有周期性,故单摆的作用与打点计时器相同.故选A.(2)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度,则vD= m/s=0.34 m/s.根据x=a()2,运用逐差法得,a= m/s2=0.038 m/s2.答案:(1)A(2分)(2)0.34(2分)0.038(2分)14.(8分)在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中,玻璃砖的ab边与ab边相互平行,aa边与bb边不平行.某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa和bb,如图所示.(1)实验时,先在玻璃砖的
20、一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO.接着,眼睛在玻璃砖的 (选填“同一侧”“另一侧”)观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线.(2)实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上?(填“是”或“否”).(3)下列操作可以减小实验误差的是(填字母代号).A.适当增大大头针P1,P2的间距B.选择玻璃砖相互平行的ab,ab边来测量C.选用尽可能细的笔画线D.使AO的入射角接近于90解析:(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO;接着,眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确
21、定从玻璃砖射出的光线;(2)实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上,而不是针帽;(3)大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差,引起的角度误差会减小,角度的测量误差会小些,故A正确.作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故B错误.为了准确确定入射光线和折射光线,选用尽可能细的笔画线,故C正确.为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,但不是接近90,故D错误.答案:(1)另一侧(2分)(2)否(2分)(3)AC(4分)15.(8分)某同学用如图(甲)所示装置做“用双缝干涉测光的波长”实验.(1)下列说法正确的是 ;A.英国物理学家麦克斯韦首
22、先成功地观察到了光的双缝干涉现象B.仅撤去单缝屏,光屏上双缝干涉的条纹仍然存在C.图中的a,b,c三个元件可以分别为滤光片、单缝屏、双缝屏D.只要按白炽灯、滤光片、双缝屏、单缝屏的顺序沿着遮光筒的轴线放置,就可以在光屏上成功观察到清晰的干涉条纹(2)该同学用蓝色滤光片成功地观察到了如图(乙)所示的干涉条纹,若仅将滤光片换成红色,其他元件及位置都不动,他将看到的条纹是图(丙)中的 ;(3)该同学某次实验中,将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数记为x1,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第n条亮条纹中心对齐,记下此时手轮上的示数为x2(x
23、2x1),已知双缝间距为L1,单缝与双缝的距离为L2,双缝到光屏的距离为L3,则入射光波长的表达式为= .解析:(1)英国物理学家托马斯杨首先成功地观察到了光的双缝干涉现象,故A错误.双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定,当仅撤去单缝屏,不能获得相干光源,所以光屏上双缝干涉的条纹不存在了,故B错误.为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝,为得到相干光源,单缝右边要有双缝.故C正确.从左到右,只有按白炽灯、滤光片、单缝屏、双缝屏这样的顺序沿遮光筒的轴线放置,才可以在光屏上成功观察到清晰的干涉条纹,故D错误.(2)红光的波长比蓝光的长,根据x=分析知,红光的干涉条纹间距比蓝光的大,故A错误
24、,C正确.双缝干涉条纹是宽度和间距均相等的条纹,故B,D错误.(3)由题意可知,双缝干涉条纹的间距为x=,根据x=得,=.答案:(1)C(2分)(2)C(2分)(3)(4分)16.(10分)在桌面上固定有一个倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示.有一半径为r=0.1 m的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的桌面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为n= 1.73.则:(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面B点发生全反射?(2)光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少?(结果保留三位有效数字)解析:(
25、1)根据全反射规律得,sin C=(2分)解得,临界角C60(2分)由几何关系知,光线1在圆锥的侧面B点的入射角i=60(2分)所以,光线1能在圆锥的侧面B点发生全反射.(1分)(2)根据几何关系知BE=EF=r,(1分)所以,总时间t=+1.5810-9 s.(2分)答案:(1)见解析(2)1.5810-9 s17.(10分)一玻璃三棱柱竖直放在水平桌面上,其底面A1B1C1是边长a=12 cm的等边三角形,柱高L=12 cm.现在底面的中心O处放置一点光源,不考虑三棱柱内的反射光,玻璃的折射率为,求三个侧面的发光的总面积.解析:因点光源在底面的中点,可知光源到三个侧面的距离相等,根据几何知
26、识可知光源到三个侧面的距离为a(2分)根据全反射规律有sin C=(2分)解得临界角C=45(2分)根据几何知识可知每个侧面的发光的面积为半径为r=a=2 cm的圆面积的一半.(2分)所以三个侧面的发光面积为S=2=18 cm2.(2分)答案:三个侧面的发光的总面积为18 cm2.18.(10分)一列向右传播的简谐横波传到R点时的波形如图所示,波速为v=0.06 m/s,质点P,Q的坐标分别为xP=0.96 m,xQ=0.36 m,求:(1)质点P开始振动时,振动方向如何;(2)从图示时刻经多长时间,质点P第一次到达波谷;(3)质点P到达波峰时,质点Q在何处.解析:(1)在波的传播方向上,各质点的起振方向都相同,与此时刻x=0.30m处质点R的振动方向相同,沿y轴负方向.(3分)(2)由图读出波长=0.24 m,P点第一次到达波谷的时间即为P点左侧距离P点最近的波谷传到P点所用的时间,t= s=12 s. (3分)(3)因P,Q两点间的距离为xPQ=0.6 m=,所以P,Q两质点的振动情况完全相反,当质点P到达波峰时,质点Q在波谷.(4分)答案:(1)沿y轴负方向(2)12 s(3)波谷10
