2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资源05-第四章　光

2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资源第四章光全卷满分100分考试用时90分钟。一、单项选择题(本大题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)1.一束光从真空进入某介质,如图所示。则下列判断中正确的是()A.该介质的折射率是sinB.该介质的折射率是cosC.α增大到90°时,反射光线可能消失D.α减小时,折射光线可能先消失2.甲图是用激光水平照射竖直圆珠笔中的小弹簧得到的衍射图样,它和乙图的DNA双螺旋结构的X射线衍射图样非常相似,我们常用衍射图样来分析事物的形状结构。请根据单缝衍射的实验规律,分析激光通过下列哪个小孔可得到丙图衍射图样()3.某同学在测玻璃的折射率时,把玻璃砖一边与aa'对齐,但另一条边bb'画得明显过宽,其他操作符合要求,则()A.折射角比实际值偏大,折射率比真实值小B.折射角比实际值偏小,折射率比真实值大C.折射角比实际值偏小,折射率比真实值小D.折射角等于实际值,对折射率的测量没有影响4.三块不同的透明材料叠加构成一体,一单色光在其中的传播路径如图所示,该单色光在三块材料中的传播速度依次为v1、v2、v3,下列关系式中正确的是()A.v1>v2>v3B.v3>v1>v2C.v3>v2>v1D.v2>v1>v35.一圆柱形透明介质放在水平地面上,其横截面如图所示,O点为圆心,直径BC竖直,右侧半圆面镀银。一束光从A点水平向右射入介质,在A点的入射角为θ=60°,在镀银处发生一次反射后射出介质,且射出时光线水平向左,则该介质的折射率为()A.2B.3C.23D.226.如图,a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点(黑色为亮条纹,a图样的亮纹间距比b图样的大,c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是()A.a、b是光的衍射图样,c、d为光的干涉图样B.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短C.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短D.同种介质对形成c图样的光的折射率比对形成d图样的光的折射率小7.做测定玻璃的折射率实验时,用测得的多组入射角i与折射角r的数据作出sini-sinr图像如图所示,则下列判断正确的是()A.光线从玻璃射入空气B.该玻璃的折射率约为0.67C.该玻璃的折射率约为1.5D.该玻璃置于空气中时,光由玻璃射入空气发生全反射的临界角约为45°8.图示为光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n=2,真空中光速为c,AB代表端面。一束单色光从玻璃丝的AB端面以入射角θ入射,若光能传播到另一端面,则()A.入射角θ≤45°,若θ=45°,光在光导纤维中传播时间为2B.入射角θ≤45°,若θ=45°,光在光导纤维中传播时间为2C.入射角θ≤90°,若θ=45°,光在光导纤维中传播时间为2D.入射角θ≤90°,若θ=45°,光在光导纤维中传播时间为2二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)9.如图所示,下列说法正确的有()A.如图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光B.如图乙,照相机镜头表面涂上增透膜的原理和立体电影原理相同C.拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光D.如图丁所示的衍射图样是由光照射一个不透光的圆盘得到的10.光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度,图乙、丙所示是检查时观察到的干涉图样,下列说法正确的是()A.图甲中上板是标准样板,下板是待检查的光学元件B.若换用频率更大的单色光,其他条件不变,则图乙中的干涉条纹变宽C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹,说明被检查平面在该处出现了凸起D.用单色光垂直照射图丁中的凸透镜,得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环11.很细的一束光从真空沿AO方向入射到玻璃砖侧面的O点,进入玻璃砖后分成Ⅰ、Ⅱ两束光线,光路如图所示,以下分析正确的是()A.光束Ⅰ在玻璃中的传播速度较大B.玻璃对光束Ⅱ的折射率较大C.若光束Ⅰ为蓝光,则光束Ⅱ可能为黄光D.逐渐减小入射角i,光束Ⅰ在玻璃砖的下表面先发生全反射12.图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80mm,双缝到屏的距离为0.80m,波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO'上方第一条亮纹中心位置在P1处,第三条亮纹中心位置在P2处,现有两只虫子分别从S1和S2同时出发,以相同速率10-3m/s用最快路线飞到屏幕上某条纹上。下列说法正确的是()A.若二者都飞到O',它们所花时间一样B.若二者都飞到P1,它们所花时间一样C.若二者都飞到P2,它们所花时间相差1.5msD.P1与P2相距1mm三、非选择题(本大题共6小题,共60分)13.(8分)做“测量玻璃的折射率”实验时,同学们分成若干小组,以下是其中两个小组的实验情况:(1)如图甲所示,P1、P2和P3是第一组同学实验时插针的位置,则P4应插在图中的(填“A”“B”或“C”)位置。

(2)第二组同学选用坐标纸做实验,在纸上画一条直线AO,过O点作直线aa',使两条直线夹角为锐角。在AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针,放上半圆形玻璃砖,使其圆心与O重合,直径沿直线aa',然后插上P3、P4两枚大头针,以确定折射光线,其中确定P3大头针位置的方法应当是

。操作完成后,用圆规作一个以O为圆心的圆,如图乙所示,测出折射率n=(结果保留2位有效数字)。

14.(9分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1),并选用缝中心间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作,发出白光。(1)组装仪器时,若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处,则。

A.可观察到水平方向的干涉条纹B.可观察到竖直方向的干涉条纹C.看不到干涉现象(2)若取下滤光片,其他实验条件不变,则在目镜中。

A.观察不到干涉条纹B.可观察到明暗相间的白条纹C.可观察到彩色条纹(3)若实验中得到的干涉图样如图2所示,毛玻璃屏上的分划板中心刻线在图2中A、B位置时,手轮上的读数分别为x1、x2(x2>x1),则入射的单色光波长的计算表达式为λ=。分划板中心刻线在某条亮条纹位置时手轮上的示数如图3所示,则读数为mm。

图315.(9分)宝石外观光彩夺目,部分原因是其特殊的成品形状可发生多种光学效应。如图为某宝石的剖面图,一条光线由MN边从空气射入宝石,入射角i为60°,折射角的正弦值sinr=34,该折射光线第一次射到OQ边刚好发生全反射。(已知空气中的光速为c=3×108m/s)求(1)该光线在宝石中的速度大小;(2)角β的大小。16.(10分)用单色光做双缝干涉实验时,已知屏上一点P到双缝的路程差r=1.5×10-6m,当单色光波长为λ1=0.5μm时,P点将形成亮条纹还是暗条纹?若单色光波长为λ2=0.6μm,此时在中央亮条纹和P点之间有几条暗条纹?17.(12分)某透明物体的横截面如图所示,其中△ABC为等腰直角三角形,直角边的长度为L,ADC为半圆,其圆心O在AC边的中点,此透明物体的折射率n=2。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入该透明物体,经过一次全反射后能照亮(有光射出)半圆某区域。真空中的光速为c,求:(1)半圆ADC上被照亮(有光射出)的圆弧长度s;(2)经过圆心O(不考虑AC光线)的光线在透明物体中传播的时间t。18.(12分)如图所示,有一救生员面向泳池坐在池边的高凳上,他的眼睛到地面的高度为H0=1.8m,眼睛距离池边缘的水平距离为d=2.4m,当泳池注满水时,水深度可达H1=2.0m,此时救生员可观察到池底离池边缘最近的点为P,P点到池边缘的水平距离为x1=1.5m,水池边缘与PO之间的范围为“视线盲区”。(1)求水的折射率;(2)若水池并未注满水,水深仅为H2=1.8m时,求救生员可观察到池底离池边缘的最近点到池边缘的水平距离x2为多少;当水位降低时,该距离是增大还是减小;要减小“视线盲区”,救生员的凳子应该调高些还是矮些?(结果保留3位有效数字)

答案与解析第四章光1.B2.A3.A4.A5.B6.D7.C8.C9.AD10.AD11.CD12.ACD1.B该介质的折射率是n=sin(90°−α)sin(90°−β)=cosαcosβ,A错误,B正确;α增大到90°时,入射光线与界面垂直,此时反射光线不可能消失,C错误;因光由光疏介质射向光密介质,不可能发生全反射,即α2.A丙图是单缝衍射图样,是激光通过狭缝得到的,缝越窄,中央亮条纹越宽。故选A。3.A由测量玻璃的折射率的实验原理,画出光路图如图,若另一条边bb'画得明显过宽,则画出的折射光线为图中的②,而实际的折射光线为图中的①,故折射角比实际值偏大,由n=sinθ入sinθ折可知折射率比真实值小,A正确,B4.A根据题图可知,三块材料对该单色光的折射率满足n1<n2<n3,根据v=cn,可知光在折射率较小的介质中传播速度较大,故v1>v2>v3,故选A5.B由于只发生一次反射,且射出时光线水平向左,根据对称性画出光路图如图所示由几何关系可得α=12θ=30°,由折射率公式可知n=sinθsinα=36.D双缝干涉图样的条纹是等间距的,而单缝衍射条纹间距不相等,则a、b是光的干涉图样,c、d是光的衍射图样,A错误;根据Δx=Ldλ可知,同样的仪器,光的波长越长,双缝干涉条纹间距越大,则形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长长,故B错误;同样的仪器,光的波长越长,形成的衍射图样中央亮纹越宽,所以形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长长,在同种介质中,光的波长越长,折射率越小,C错误,D7.C光从光疏介质进入光密介质,入射角大于折射角,由图像知入射角的正弦值大于对应折射角的正弦值,所以入射角大于折射角,可知光线从空气射入玻璃,A错误;该玻璃的折射率n=sinisinr=10.67≈1.5,B错误,C正确;该玻璃置于空气中,光由玻璃射入空气发生全反射的临界角满足sinC=1n=0.67<sin45°=22,所以临界角小于458.C画出光路图如图所示,设以图中入射角入射时刚好能在光导纤维内壁发生全反射,由折射定律得n=sinθsinr,n=1sinC=1sinπ2−r,解得θ=90°,所以入射角满足θ≤90°;当θ=45°时,sinr=sinθn=12,r=30°,则光在光导纤维中传播时间为t=Lcosrv9.AD图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光,A正确;图乙,照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉,立体电影的原理是光的偏振,B错误;拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个偏振片来消除反光,C错误;图丁圆形阴影中心有亮斑,即泊松亮斑,是由光照射一个不透光的圆盘得到的衍射图样,D正确。故选A、D。10.AD图甲中利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度,上板是标准样板,下板是待检查的光学元件,A正确;图甲中得到的干涉图样,相邻亮条纹间距为Δx=λ2sinθ,其中θ为劈尖角,如果换用频率更大的单色光,则光的波长变短,其他条件不变,则图乙中的干涉条纹变窄,B错误;若出现图丙中弯曲的干涉条纹,说明左边的空气膜厚度与右边的空气膜厚度相同,则被检查的平面在该处出现了凹陷,C错误;用单色光垂直照射图丁中的凸透镜,空气膜的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉,两相邻明条纹对应的空气膜厚度之差为半个波长,由内向外空气膜厚度增加得越来越快,所以得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环,D正确。故选A11.CD光束Ⅰ在玻璃中的偏折程度较大,玻璃对光束Ⅰ的折射率较大,根据v=cn,则光束Ⅰ在玻璃中的传播速度较小,A、B错误;玻璃对光束Ⅰ的折射率较大,则光束Ⅰ的频率较大,因蓝光的频率大于黄光的,所以若光束Ⅰ为蓝光,则光束Ⅱ可能为黄光,C正确;根据sinC=1n可知,光束Ⅰ发生全反射的临界角较小,逐渐减小入射角i,则两光束在玻璃砖下表面的入射角变大,则光束Ⅰ在玻璃砖的下表面先达到临界角而发生全反射,D正确。故选C、12.ACD两只虫子沿直线飞行时,路线最快。两只虫子分别从S1和S2飞到O',距离相同,速率相同,所用的时间也相同,A正确;从S1到P1的路程与从S2到P1的路程不同,两只虫子的速率相同,它们所用的时间不同,B错误;从S1到P2的路程与从S2到P2的路程之差为3λ,它们所花时间相差Δt=3λv=1.5ms,C正确;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ,得相邻亮条纹间距Δx=0.5mm,O'、P1、P2分别是第0、1、3条亮纹中心位置,所以O'P1=0.5mm,O'P2=1.5mm,则P1与P2相距1mm,D正确。故选A、C13.答案(1)B(2分)(2)透过玻璃砖看,P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像(3分)1.5(3分)解析(1)光从两面平行的玻璃砖中射出后,出射光线应该与入射光线平行且发生侧移,则P4应插在图中的B位置。(2)确定P3大头针位置的方法应当是:透过玻璃砖看,P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像;如图所示,作出法线,过圆与入射光线、折射光线的交点作法线的垂线CA和DB,则折射率n=sinrsini=BDODAC14.答案(1)B(2分)(2)C(2分)(3)(x2−x1)d6L(3分解析(1)因为该实验是双缝干涉实验,a处放置单缝,b处放置双缝,若单缝、双缝均竖直放置,观察到的是竖直方向的干涉条纹,选B。(2)若取下滤光片,白光形成的干涉条纹为彩色的,选C。(3)条纹间距Δx=x2−x16,又知Δx=Ldλ,解得λ=(x2−15.答案(1)1.5×108m/s(2)30°解析(1)光在MN边发生折射,由折射定律n=sinisinr,解得该宝石的折射率n=2(2由n=cv得v=1.5×108m/s(2分(2)光在OQ边刚好发生全反射,有sinβ=1n(2分)计算得sinβ=12,β=30°(3分)16.答案亮条纹两条解析当单色光波长为λ1=0.5μm时,P到双缝的路程差r与λ1的关系为r=1.5×10−60.5×10−6λ1=6·λ路程差是半波长的偶数倍,所以在P点将形成亮条纹。(2分)若单色光波长为λ2=0.6μm,P到双缝的路程差r与λ2的关系为r=1.5×10−60.6×10−6λ2=52λ路程差是半波长的奇数倍,在P点将形成暗条纹。(2分)在中央亮条纹和P点之间,路程差为12λ2和32λ2故此时在中央亮条纹和P点之间有两条暗条纹。(2分)17.答案(1)πL4(2解析(1)当光线入射在半圆ADC界面上的入射角等于临界角C时,恰好发生全反射,如图中光线MN,入射在N点上方的光线不能射出来。故被照亮(有光射出)的圆弧长度s为圆弧ND的2倍。(2分)由sinC=1n=22,得C=45°(2分被照亮的圆弧对应的圆心角是90°所以半圆ADC上被照亮的圆弧长度s=90°360°·2πr=πL4((2)经过圆心O的光线在透明物体中传播的距离为x=3L2(2分光在透明物体中传播的速度v=cn(2分)光在透明物体中传播的时间t=xv=32L2c18.答案(1)43(2)1.62m当水位降低时,该距离变大。要减小“视线盲区”,解析(1)光线从P点射向人眼时在水面发生折射,设入射角为r,折射角为i,如图所示:由几何关系可知sini=dd2+H02=sinr=x1x12+H1则水的折射率n=sinisinr=43((2)水深仅为H2=1.8m时,设刚好能看到的最近点为P',光线从P'点射向人眼,在水面发生折射时入射角和折射角均不变,光路图如图所示:由几何关系得x2=H2tanr+(H1-H2)tani≈1.62m(3分)当水位降低时,该距离变大。要减小“视线盲区”,则救生员的凳子应该调高些。(3分)期末学业水平检测全卷满分100分考试用时90分钟。一、单项选择题(本大题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)1.下列说法中正确的是()A.图甲中,体操运动员着地时屈腿是为了减小动量的变化B.图乙中,描述的是多普勒效应,A观察者接收到波的频率大于B观察者接收到波的频率C.图丙中,使摆球A先摆动,则三个摆的振动周期相等D.图丁中,光纤的外套的折射率大于内芯的折射率2.做简谐运动的物体,回复力和位移的关系图是()3.在水槽里放两块挡板,中间留一个狭缝,观察水波通过狭缝后的传播情况,图(1)是保持水波的波长不变,改变狭缝的宽度,观察水波的传播情况变化;图(2)是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片,在甲、乙、丙三幅照片中,波长分别是狭缝宽度的710、510、310,对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。实验现象表明(图(2)波长不同的水波通过宽度一定的狭缝A.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小,才能观察到明显的衍射现象B.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小,才能观察到明显的衍射现象C.由图(2)丙图可以得出,波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象D.由图(1)甲图可以得出,狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象4.某弹簧振子自由振动时的振动图像如图甲中的曲线Ⅰ所示,而在某驱动力作用下做受迫振动时,稳定后的振动图像如图甲中的曲线Ⅱ所示,那么,此受迫振动对应的状态可能是图乙中共振曲线的()A.a点B.b点C.c点D.都有可能5.一只细水管出水率为0.8kg/s,沿水平方向冲击质量为1.2kg的原来处于静止状态的木块,木块刚好发生滑动,木块与地面间的动摩擦因数为μ=0.15,则水管管口处水的出射速度为(可以近似认为水在水平方向发射,与木块碰撞后,水的速度可以忽略,且木块所受最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)()A.1.3m/sB.2.25m/sC.3.0m/sD.3.2m/s6.如图所示,倾角为θ的斜面MN上的B点固定一光滑圆弧槽AB(对应的圆心角小于5°),其圆心在B点正上方的O点,另外,光滑斜面OC和OD的下端亦在MN上,让可视为质点的小球分别无初速度出发,从A点到达B的时间为tB,从O点到达C的时间为tC,从O点到达D的时间为tD。比较这三段时间,正确的是()A.tB=tC=tDB.tD>tC>tBC.tB>tD>tCD.tB>tC=tD7.导光管采光系统是一套采集天然光,并经管道传输到室内的采光系统,如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球,O为球心,下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管,MN为两部分的分界面,M、N为球面两点。若一束平行于MN且与MN相距h=32R的细光束从空气入射到采光球表面时,经折射绿光恰好照射到N点。真空中的光速为c。则()A.绿光在采光球中的传播速度为32B.红光一定能从N点上方射出C.紫光有可能直接折射经过O点D.要使光束在导光管中发生全反射,涂层折射率应小于管壁折射率8.一个士兵坐在皮划艇上,他连同装备和皮划艇的总质量是M=120kg,这个士兵用自动步枪在t=2s内沿水平方向连续射出20发子弹,每发子弹的质量是m=10g,子弹离开枪口时相对步枪的速度是v0=800m/s,射击前皮划艇是静止的,不考虑水的阻力。则以下说法正确的是()A.每次射击后皮划艇的速度改变量都相同B.每次射击后皮划艇的速度改变量都不同,若射出第n发,则Δv=8120.01−0.01C.连续射击20发后皮划艇的速度是0.67m/sD.连续射击时枪受到的平均反冲作用力是40N二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)9.双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点处是O点上方第一条亮条纹。如果将入射的绿光换成红光,则屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是()A.O点处是红光的暗条纹B.O点处是红光的亮条纹C.红光的第一条亮条纹在P点的上方D.红光的第一条亮条纹在P点的下方10.如图所示是介质中传播的一列横波在t时刻的波形图,介质中P、Q两质点此时有相同的位移,若波在介质中的传播速度为40m/s,关于此列波的下列说法正确的是()A.P、Q两质点的振幅均为10cmB.P、Q两质点的振动情况总相同C.此时质点P正向y轴负方向运动D.在t+0.3s时刻质点Q的位移为5cm11.如图所示,一光束包含两种不同频率的单色光,从空气射向两面平行玻璃砖的上表面,玻璃砖下表面有反射层,光束经两次折射和一次反射后,在玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是()A.a光在玻璃中传播的速度大于b光B.a光的波长大于b光的波长C.a光的频率大于b光的频率D.出射光束a、b相互平行12.如图所示,水平传送带长为L=2m,以速度v=4m/s顺时针转动,M左侧、N右侧均为光滑水平面,N右侧L1处有一竖直光滑半圆轨道,半径为R=0.5m。质量为mB=0.15kg的物体B静止在传送带的右端N处,物体A的质量为mA=0.25kg,A和传送带间的动摩擦因数为μ=0.5。现将物体A轻放在M点,它运动到N点与B发生弹性碰撞后,B沿半圆轨道恰好能滑动到最高点,物体A、B均看作质点,则()A.A、B碰撞后,B的速度为5m/sB.A、B碰撞后,A沿半圆轨道上滑过程中会脱离轨道C.A从M运动到N用时0.9sD.A与传送带间因摩擦产生的热量为2J三、非选择题(本大题共6小题,共60分)13.(6分)某同学为估测玩具枪子弹从枪口射出的速度,设计了如下实验:取一个乒乓球,在球上挖一个小圆孔,向球内填一些橡皮泥,把乒乓球放在桌面的边缘处,再将玩具枪装弹上弦,支在桌面上水平瞄准球的圆孔,扣动扳机后子弹射入孔中,与乒乓球一同水平抛出。在地面上铺上白纸和复写纸记录乒乓球的落点,最后多次重复实验确定平抛的水平距离。(1)以下说法或操作正确的是。

A.桌面必须光滑B.检查桌面末端的切线是否水平,将乒乓球放置在末端C.实验过程中必须用到重垂线,以便确定乒乓球平抛的水平距离D.复写纸铺在白纸的上面,实验过程中复写纸和白纸可以随时拿起来看印迹是否清晰并进行移动(2)下列提供的器材中,本实验必需的有。

A.刻度尺B.温度计C.天平D.秒表(3)测得子弹的质量为m1,乒乓球(含橡皮泥)的总质量为m2,乒乓球平抛的竖直距离为h,水平距离为l,重力加速度大小为g,则玩具枪子弹从枪口射出的速度大小为。

14.(6分)一同学为了测量当地的重力加速度,选用电动机、长条白纸、毫米刻度尺、长木板以及由装满颜料的带孔小球和细线构成的单摆等组成如图甲所示装置,把白纸固定在长木板上,实验中,电动机以0.1m/s的速度匀速拖动长木板带动纸带运动,同时让小球垂直于纸带运动方向做小幅度摆动,小球可以漏出很细的有色液体,在纸带上留下的痕迹记录了小球在不同时刻的位置,如图乙所示。实验中该同学测出了细线悬挂点到小球下边缘的距离L,如图丙所示,白纸上得到的图像A、B间的距离为x。通过改变L,测出对应的A、B间的距离x,获得多组x与L的数据,再以x2为纵轴、L为横轴画出函数关系图像,如图丁所示。由图像可知,摆球的半径r=m,当地的重力加速度g=m/s2(结果保留3位有效数字);该同学测得的重力加速度值与实际的重力加速度值相比(选填“偏大”“偏小”或“一样”)。(假设整个过程中小球的重心位置不变,π=3.14)

15.(10分)某质点做简谐运动的位移x随时间t变化的图像如图所示。求:(1)质点做简谐运动的振幅和频率;(2)质点的振动方程;(3)质点在0.2~1.2s内通过的路程。16.(12分)如图所示,一直角玻璃三棱镜置于空气中,∠A=30°,∠B=90°。一束极细的单色光从AB边上的某点射入,在三棱镜内经过一次反射从BC边的中点D垂直射出。已知CD的长度为a,三棱镜的折射率为n=2,光在真空中传播的速度为c。(1)画出光在三棱镜中传播的光路图并求出光在AB边上的入射角i;(2)求光在三棱镜中的传播时间。17.(12分)如图所示,用两根相同的足够长的细线分别悬挂两个弹性小球A、B,小球A的质量为2m,小球B的质量为9m,一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入球A,并留在其中,子弹与球A作用时间极短。设A、B两小球作用为对心弹性碰撞。求:(1)子弹与A球作用过程中,子弹和A球组成的系统损失的机械能;(2)B球被碰撞后,从最低点运动到最高点的过程中,合外力对B球的冲量。18.(14分)如图所示,在xOy平面内有两个点波源S1、S2分别位于x轴上x1=0、x2=10m处,它们在同一均匀介质中均从t=0开始沿y轴正方向做简谐运动。波源S1的振动方程为y1=5sin10πtcm,波源S2的振动方程为y2=3sin10πtcm,质点P位于x轴上x3=1m处,已知质点P在t=0.05s时开始振动,求:(1)这两列波在介质中的波长;(2)两列波在P点发生叠加后,通过计算判断P点是振动加强点还是振动减弱点;(3)在t=0至t=0.7s内质点P通过的路程。

答案与解析期末学业水平检测1.C2.D3.B4.A5.B6.C7.B8.B9.BC10.AD11.CD12.ACD1.C图甲中,体操运动员着地时屈腿是为了增加与地面接触的时间,从而减小地面对运动员的作用力,A错误;图乙中,描述的是多普勒效应,A观察者接收到波的频率小于B观察者接收到波的频率,B错误;图丙中,使摆球A先摆动,其余两个摆均做受迫振动,其振动周期与摆球A的周期相等,C正确;图丁中,根据光发生全反射的条件可知光纤的外套的折射率小于内芯的折射率,D错误。故选C。2.D做简谐运动的物体,回复力和位移的关系式是F=-kx,图像为过原点的直线且在二、四象限。故选D。3.B由图(1)可知,波长一定时,狭缝越窄衍射现象越明显;由图(2)可知,狭缝一定,波长越大衍射现象越明显;只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小,才能观察到明显的衍射现象,A错误,B正确;由图(2)丙图可以得出,波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象,只是衍射现象不明显,C错误;由图(1)甲图可以得出,狭缝宽度再增加也会发生衍射现象,只是衍射现象不明显,D错误。故选B。4.A由甲图可知,弹簧振子自由振动的周期小于驱动力的周期,所以驱动力的频率小于弹簧振子的固有频率;图乙中c点时发生共振,驱动力的频率等于弹簧振子的固有频率,所以驱动力的频率小于弹簧振子固有频率的状态可能对应图乙中的a点,选A。5.B木块刚好发生滑动,说明水对木块的作用力大小为F'=μMg=1.8N,根据牛顿第三定律知,木块对水的作用力大小为F=F'=1.8N,对1s内射出的水流,其质量m=0.8kg,以水射出的方向为正方向,根据动量定理有-FΔt=0-mv,解得v=2.25m/s,故选B。6.C小球沿光滑圆弧槽AB运动可视为单摆模型,由单摆运动的等时性可知从A点到达B的时间tB=T4=π2Rg;由于OD垂直于MN,由几何知识可知OD与竖直方向夹角为θ,则OD段距离为l=Rcosθ,小球在OD段的加速度为gcosθ,由l=12(gcosθ)tD2,解得tD=2Rg;设OC段与竖直方向夹角为α,则OC段距离l'=12(gcosα)tC2,由于l'<Rcosα,则tC<2Rg,所以tB>tD>模型构建等时圆模型利用等时圆模型规律,可快速求解。如图所示,B、E、D在以OB为直径的圆上,OB竖直,小球从O→E,从O→D下滑的时间均等于由O→B自由落体的时间,即2Rg,故从O→C的时间小于7.B根据题意画出光路图,如图所示,根据几何关系有sinα=ℎR=32,α=2θ,采光球的折射率n=sinαsinθ=3,则绿光在采光球中的传播速度为v=cn=33c,故A错误;红光的频率小于绿光的频率,采光球对红光的折射率比对绿光的折射率小,入射角相同时,红光的折射角更大,折射光线将射到O点上方,根据几何关系可知,光由采光球射入空气的入射角和从空气射入采光球的折射角相等,由光路的可逆性可知,红光一定能从N点上方射出,故B正确;紫光不可能直接折射经过O点,如果经过O点,折射角为0°,C错误;8.B士兵射出第1发子弹的过程中,根据动量守恒定律有(M-m)v1=m(v0-v1),解得v1=1Mmv0,射出第2发子弹的过程中,根据动量守恒定律有(M-m)v1=(M-2m)v2-m(v0-v2),解得v2=1M+1M−mmv0,同理,v3=1M+1M−m+1M−2mmv0,连续射出20发子弹后皮划艇的速度是v20=1M+1M−m+1M−2m+…+1M−19mmv0≈20Mmv0≈1.33m/s,C错误;射出第n发,皮划艇速度的改变量为Δv=vn-vn-1,vn=1M+1M−m+1M−2m+…+1M−(n−1)mmv0,vn-1=1M方法技巧本题根据动量守恒定律,分别得出士兵射出第1、2、3发子弹后,皮划艇的速度,利用归纳方法,从特殊到一般,得到射出第n发子弹后,皮划艇的速度表达式,从而使问题顺利解决。9.BC因为O点与双缝S1、S2间的距离相等,故该点出现亮条纹,A错误,B正确;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=ldλ,因为红光的波长大于绿光的波长,则红光的干涉条纹间距大于绿光的,所以红光的第一条亮条纹在P点的上方,C正确,D10.AD介质中各质点的振幅均相同,为10cm,A正确;P、Q两质点平衡位置间距离小于一个波长,因此振动情况不相同,B错误;波的传播方向不确定,因此质点的振动方向不能判断,C错误;此波的周期T=λv=440s=0.1s,0.3s=3T,因此在(t+0.3s)时刻质点Q的振动情况与t时刻完全相同,D正确。故选A、11.CD作出光路图如图所示,由光路图可知,玻璃对a光的折射率较大,a光的频率较大,根据c=λf可知a光的波长小于b光的波长,B错误,C正确;根据v=cn可知a光在玻璃中传播的速度小于b光,A错误;因为a、b在上表面左侧的折射角与反射后在上表面右侧的入射角分别相等,由对称性可知出射光束一定相互平行,D正确。故选C、D12.ACDB恰好能滑到最高点,由mBg=mBv12R,可得v1=gR,对B,从最低点到最高点,由动能定理得-2mBgR=12mBv12-12mBvB2,可得vB=5gR=5m/s,A正确;A、B发生弹性碰撞,由动量守恒得mAv0=mAvA+mBvB,由机械能守恒得12mAv02=12mAvA2+12mBvB2,解得v0=4m/s,vA=1m/s,对A碰后上升过程,由机械能守恒得12mAvA2=mAgh,得h=0.05m<R,所以A不会脱离轨道,B错误;物体A从M到N,先做匀加速直线运动,所用时间t1=vμg=0.8s,位移x1=v2·t1=1.6m,与传送带共速后匀速运动位移x2=L-x1=0.4m,匀速运动时间t2=x2v=0.1s,所以物体A从M运动到N用时0.9s,C13.答案(1)BC(2分)(2)AC(2分)(3)(m1+m解析(1)实验过程中桌面的摩擦力对实验无影响,不必光滑,故A错误;为使乒乓球做平抛运动,桌面末端的切线应水平,故B正确;实验中必须用到重垂线,以便确定乒乓球平抛的水平距离,故C正确;实验过程中要记录乒乓球的落点,确定平抛的水平距离,不能拿起白纸来看印迹是否清晰并进行移动,故D错误。故选B、C。(2)根据实验原理可知应测量的量有:桌面高度h、水平距离l、子弹的质量、乒乓球(含橡皮泥)的质量,需用到刻度尺和天平,故A、C正确,B、D错误。故选A、C。(3)设子弹从枪口射出的速度为v,子弹射入橡皮泥后两者共同速度为v'。子弹射入橡皮泥的过程,取向右为正方向,根据动量守恒定律得m1v=(m1+m2)v',子弹和乒乓球做平抛运动的过程,有h=12g