2020年教科版高中物理选修3-4模块综合试卷（一）含答案

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1、模块综合试卷模块综合试卷(一一) (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.14 题为单项选择题，512 题为多项 选择题.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.如图 1 所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏 P，线光源 S 可沿玻璃 砖圆弧移动，它发出的光束总是射向圆心 O.若 S 从图中 A 向 B 处移动，在 P 上先看到七色 光带，以后各色光陆续消失.则此七色光带从上到下的排列顺序以及最早消失的光是( ) 图 1 A.红光紫光，红光 B.紫光红光，红光 C.红光紫光，紫

2、光 D.紫光红光，紫光 答案 D 解析 从红光到紫光频率逐渐增大，在玻璃砖中的折射率也逐渐增大，从玻璃砖中射出偏离 原来的方向的角度便逐渐增大， 因此从上到下的排列顺序为紫光红光.因为紫光的临界角最 小，所以最早消失的是紫光，故正确选项为 D. 2.(2018 辽宁六校协作体高二下学期期中)如图 2 所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角 为30 .一束光线垂直于ab面射入棱镜， 又从ac面射出.出射光线与入射光线之间的夹角为30 ， 则此棱镜材料的折射率是( ) 图 2 A. 3 3 B. 3 C.3 2 D.2 3 3 答案 B 3.如图 3 所示为用 a、b 两种单色光分别通过同一双缝干

3、涉装置获得的干涉图样.现让 a、b 两 种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是( ) 图 3 A. B. C. D.只有 答案 B 解析 由题图干涉图样可知，a 光的双缝干涉条纹间距比 b 光的大，根据双缝干涉相邻条纹 间距公式 xl d 可知，a 光的波长长，则同一介质对 a 光的折射率小，根据平行玻璃砖的光 学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于 a 光的折射率小，偏折程度小，所以出射时 a 光应在右侧，故正确，错误.由 sin C1 n可知，a 光的临界角较大，当光从三棱镜射入空 气中时，若发生全反射的话首先是 b 光，若 b 不发生全反射，能射出三棱

4、镜，则 a 光一定也 不发生全反射，能从三棱镜射出，故错误，正确.故选 B. 4.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线 照射， 否则将会严重地损伤视力.有人想用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛 伤害的眼镜， 他选用的薄膜材料的折射率 n1.5， 所要消除的紫外线的频率 8.11014 Hz， 那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是( ) A.9.2510 8 m B.1.8510 7 m C.1.2310 7 m D.6.1810 8 m 答案 C 解析 为了减小紫外线对眼睛的伤害，应使入射光分别从该膜的前、后两个表面反射的光叠 加后加强，

5、则路程差(大小等于薄膜厚度 d 的 2 倍)应等于光在薄膜中的波长 的整数倍，即 2dN(N1,2).因此， 膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1 2.紫外线在真空中的波长是 c ，在膜中的波长是 n，解得膜的厚度至少是 1.2310 7 m. 5.关于电磁波，下列说法正确的是( ) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失

6、答案 ABC 解析 电磁波在真空中传播速度为光速，与频率无关，A 正确；电磁波是周期性变化的电场 和磁场相互激发得到的，B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C 正确； 光是一种电磁波，光可在光缆中传输，D 错误；波源的电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质 或真空中继续传播，E 错误. 6.下列说法正确的是( ) A.机械波和电磁波都必须依赖于介质才能够传送信息和能量 B.在同一介质中，波长越短的光，传播速度越小 C.在打磨精密光学平面时，可以利用干涉法检查平面的平整程度 D.光的偏振现象说明光是横波 E.狭义相对性原理指出，力学规律在任何参考系中都是相同的 答案 BCD 解析 机械

7、波是机械振动在介质中传播形成的，必须依赖于介质；电磁波传播的是电磁场， 而电磁场本身就是一种物质，不需要借助其他物质来传播，故 A 错误；波长越短，频率越高， 折射率越大，根据 vc n可知，传播速度越小，故 B 正确；在打磨精密光学平面时，可以利用 干涉法检查平面的平整程度，故 C 正确；光的偏振现象说明光是横波，故 D 正确；狭义相对 性原理指出，力学规律在任何惯性参考系中都是相同的，故 E 错误. 7.如图 4 所示，S 为波源，M、N 为两块挡板，其中 M 板固定，N 板可上下移动，两板中间有 一狭缝，此时测得 A 点没有振动，为了使 A 点能发生振动，可采用的方法是( ) 图 4 A

8、.增大波源的频率 B.减小波源的频率 C.移动 N 使狭缝的距离减小 D.移动 N 使狭缝的距离增大 答案 BC 解析 要使 A 点发生振动，即在狭缝处要产生明显的衍射，可增大波长或减小狭缝宽度，由 v f得可减小波源频率，故 B、C 正确，A、D 错误. 8.某同学在学校实验室采用甲、乙单摆做实验时得到的振动图像分别如图 5 甲、乙所示，下 列说法中正确的是( ) 图 5 A.甲、乙两单摆的摆长相等 B.两单摆经过平衡位置时，速率可能相等 C.乙单摆的振动方程是 x7sin t (cm) D.在任意相同时间内，两单摆的位移之比为 107 答案 AC 解析 由题图可知，两单摆周期相等，根据单摆

9、周期公式 T2 l g，得甲、乙两单摆的摆 长相等，A 正确；两单摆振幅不相等，摆长相等，所以经过平衡位置时，速率不相等，B 错 误；T2.0 s，2 T rad/s，所以乙单摆的振动方程是 x7sin t (cm)，C 正确；由于两 单摆周期相等，一个周期内两单摆位移都等于零，D 错误. 9.(2019 辽宁六校协作体高二下学期期中)如图 6 所示，在均匀介质中的一条直线上的两个振 源 A、B 相距 6 m，振动频率相等.t00 时刻 A、B 开始振动，且都只振动一个周期，振幅相 等，A 的振动图像为甲图，B 的振动图像为乙图.若由 A 向右传播的机械波与由 B 向左传播的 机械波在 t10

10、.3 s 时恰好相遇，则下列判断正确的是( ) 图 6 A.两列波在 A、B 间的传播速度大小均为 10 m/s B.两列波的波长都是 2 m C.在两列波相遇过程中，中点 C 为振动加强点 D.t20.75 s 时刻 B 点经过平衡位置且振动方向向下 答案 AB 10.如图 7 所示，甲图为一列简谐波在 t3.0 s 时刻波的图像，Q 为 x4 m 的质点，乙图为甲 图中 P 质点的振动图像，则下列说法正确的是( ) 图 7 A.此波沿 x 轴负方向传播 B.t8.0 s 时，P 点位移为 2 cm C.若障碍物的尺寸为 11 m，则该波不能发生明显衍射现象 D.该波能与另一列频率为 4 H

11、z 的简谐波发生稳定的干涉现象 答案 AB 解析 t3.0 s 时 P 质点向 y 轴正方向振动， 由“上下坡法”知此波沿 x 轴负方向传播， A 正 确；由题图可知这列波的波长 12 m，周期 T4 s，得波速 v T3 m/s，从 t3.0 s 到 t 8.0 s，t5.0 s5T 4 ，P 振动到正向最大位移处，B 正确；产生明显衍射的条件是障碍物 的尺寸比波长小或跟波长差不多，C 错误；波产生稳定干涉的条件是两波频率相等，由于该 波频率为1 4 Hz，故两波不能发生稳定干涉现象，D 错误. 11.(2018 南宁市模拟)ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图， ABBC.

12、由a、 b 两种单色光组成的细光束从空气垂直于 AB 射入棱镜，经两次反射后光线垂直 BC 射出，且 在 CD、AE 边只有 a 光射出，光路图如图 8 所示.则 a、b 两束光( ) 图 8 A.a 光的频率比 b 光的频率小 B.在真空中，a 光的传播速度比 b 光大 C.在棱镜内，a 光的传播速度比 b 光大 D.以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角较小 E.分别通过同一双缝干涉装置，a 光的相邻亮条纹间距小 答案 ACD 解析 在 CD 边和 AE 边都只有 a 光射出，说明 b 光发生了全反射，而 a 光没有发生全反射， 说明 b 光的全反射临界角较小，由全反射临界角公式

13、sin C1 n，可知 b 光的折射率较大，故 b 光的频率较大，选项 A 正确；在真空中，所有光的传播速度都相同，选项 B 错误；根据折 射率与介质中光速的关系 nc v可知，在棱镜内，a 光的传播速度比 b 光的传播速度大，选项 C 正确；以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律 nsin i sin r，折射率较大的 b 光的折 射角较小，选项 D 正确；根据频率与波长的关系可知，a 光的频率比 b 光的频率小，a 光的 波长比 b 光的波长大.由双缝干涉的条纹间距公式 xl d 可知，波长较长的单色光的干涉条 纹间距较大，即让 a、b 两束光分别通过同一双缝干涉实验装置，a 光的相

14、邻亮条纹间距大， 选项 E 错误. 12.一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统， 小球振动的固有频率为 2 Hz， 在长绳 两端分别有一振源 P、Q 同时开始以相同振幅 A 上下振动了一段时间，某时刻两个振源在长 绳上形成波形如图 9 所示，两列波先后间隔一段时间经过弹簧振子所在位置，观察到小球先 后出现了两次振动，小球第一次振动时起振方向向上，且振动并不显著，而小球第二次发生 了共振现象，则( ) 图 9 A.由 P 振源产生的波先到达弹簧处 B.两列波可能形成干涉 C.由 Q 振源产生的波的波速为 4 m/s D.绳上会出现振动位移大小为 2A 的点 答案 ACD 解析 由“上下坡

15、法”知 P 振源起振方向向上，Q 振源起振方向向下，故先到达弹簧振子的 是 P 振源产生的波，故 A 正确；由 xvt，由于两列波的波速相等，先到达弹簧振子的是 P 振源产生的波；Q 产生的波晚到达弹簧振子所在位置，且小球发生了共振现象，故 Q 的振动 频率为 2 Hz，则周期为 0.5 s，波速 v T 2 0.5 m/s4 m/s，故 C 正确；由于两列波的频率 不同，不会形成干涉，B 错误；根据波的叠加原理，两列波相遇时，绳上会出现振动位移大 小为 2A 的点，故 D 正确. 二、非选择题(本题共 6 小题，共 52 分) 13.(6 分)利用双缝干涉测光的波长实验中， 双缝间距 d0.

16、4 mm， 双缝到光屏的距离 l0.5 m， 用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图 10 所示，分划板在图中 A、B 位置时游标卡尺读数 也如图中所示，则： 图 10 (1)分划板在图中 A、B 位置时游标卡尺读数分别为 xA11.1 mm，xB_ mm；相邻两 条纹间距 x_ mm. (2)波长的表达式 _(用 x、l、d 表示)，该单色光的波长 _ m. (3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_(填“变大”“不变”或 “变小”). 答案 (1)15.6(1 分) 0.75(1 分) (2)x l d(1 分) 610 7(1 分) (3)变小(2 分) 解析 (1)B 位置

17、游标卡尺的主尺读数为 15 mm，游标尺读数为 0.16 mm0.6 mm，则最终 读数为 15.6 mm，则相邻两条纹的间距为 xxBxA 6 15.611.1 6 mm0.75 mm. (2)根据干涉条纹间距公式 xl d 得：波长 x l d， 代入数据得：610 7 m. (3)若改用频率较高的单色光照射，它的波长较短，根据干涉条纹间距公式 xl d，得到的干 涉条纹间距将变小. 14.(8 分)(2017 浙江 11 月选考)在“测定玻璃的折射率”实验时， (1)下列做法正确的是_. A.入射角越大，误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面 C.实验时既可用量角器

18、，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部 (2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图 11 所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与 出射点，依据上述操作所测得的折射率_(填“偏大”“偏小”或“不变”). 图 11 (3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置 P1、P2、P3和 P4，AB 和 CD 是描 出的玻璃砖的两个边，如图 12 所示，请在虚线框中画出光路图. 图 12 答案 (1)C(3 分) (2)偏小(2 分) (3)光路图见解析(3 分) 解析 (1)本实验在用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项 A 错误；不

19、能用 铅笔贴着光学面画界面，选项 B 错误；本实验通过 nsin i sin r求折射率，也可以画圆，通过 sin x1 r 将角度的正弦值转化为角度对应边之比求折射率，选项 C 正确；在观察像与针是否 在一条直线时，应该观察大头针底部，选项 D 错误. (2)由图甲可知，此次测量的折射角偏大，导致测得的折射率偏小. 甲 (3)光路图如图乙所示. 乙 15.(8 分)如图 13 所示，半径为 R 的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面 与桌面相切于 A 点.一细束单色光经球心 O 从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)， 入射角为 45 ，出射光线射在桌面上 B 点处.测得 AB

20、之间的距离为R 2.现将入射光束在纸面内向左平移， 求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到 O 点的距离(不 考虑光线在玻璃体内的多次反射). 图 13 答案 2 2 R 解析 当光线经球心 O 入射时，光路图如图(a)所示. (a) 设玻璃的折射率为 n，由折射定律有：nsin i sin r(1 分) 式中，入射角 i45 ，r 为折射角，OAB 为直角三角形，因此 sin r AB OA2AB2(1 分) 发生全反射时，临界角 C 满足：sin C1 n(2 分) 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图(b)所示. (b) 设此时光线入射点为 E，折射

21、光线射到玻璃体球面的 D 点，由题意有：EDOC(1 分) 在EDO 内，根据正弦定理有： OD sin90 r OE sin C(2 分) 联立并利用题给条件得 OE 2 2 R.(1 分) 16.(9 分)如图 14 所示，ABM 为透明柱状介质的横截面，其中A30 .一束单色光从 AM 的中点 P 以一定的入射角入射，恰好能在 AB 边上发生全反射，且反射后的光线垂直 BM 边 射出.已知 BM 边的长度为 a，光在真空中的传播速度为 c，求： 图 14 (1)该透明介质的折射率； (2)该单色光在透明介质中的传播时间. 答案 (1)2 3 3 (2)3a 2c 解析 (1)单色光在透明

22、介质中的传播路线如图所示(2 分) 由几何关系可知，当单色光在 AB 边上刚好发生全反射时，其临界角为 60 由 sin C1 n可得 n 1 sin C(1 分) 代入数据可得 n2 3 3 (1 分) (2)由几何关系可得 PE1 2a，PEQ120 ，由正弦定理得 PQ 3PE 3 2 a， AQ 3PQ3 2a 又因为 QBABAQ1 2a，所以 QF 3 4 a(2 分) 单色光在该透明介质中的传播速度 vc n 3 2 c，(1 分) 所以单色光在该透明介质中的传播时间 tPQQF v ，(1 分) 代入数据可得：t3a 2c.(1 分) 17.(9 分)一列简谐横波在介质中沿 x

23、 轴正向传播，波长不小于 10 cm.O 和 A 是介质中平衡位 置分别位于 x0 和 x5 cm 处的两个质点.t0 时开始观测，此时质点 O 的位移为 y4 cm， 质点 A 处于波峰位置；t1 3 s 时，质点 O 第一次回到平衡位置，t1 s 时，质点 A 第一次回 到平衡位置.求： (1)简谐波的周期、波速和波长； (2)质点 O 的位移随时间变化的关系式. 答案 (1)4 s 7.5 cm/s 30 cm (2)y0.08cos( 2t 3) m 或 y0.08sin( 2t 5 6 ) m 解析 (1)设振动周期为 T.由于质点 A 在 0 到 1 s 内由最大位移处第一次回到平

24、衡位置，经历 的是1 4个周期，由此可知 T4 s(1 分) 由于质点 O 与 A 的距离 x5 cm 小于半个波长，且波沿 x 轴正向传播，O 在 t1 3 s 时回到 平衡位置，而 A 在 t1 s 时回到平衡位置，时间相差 t2 3 s，可得波的速度 vx t7.5 cm/s(2 分) 由 vT 得，简谐波的波长 30 cm(1 分) (2)设质点 O 的位移随时间变化的关系为 yAcos(2t T 0) 故可得 4Acos 0 0Acos 60 (2 分) 解得 0 3，A8 cm(2 分) 质点 O 的位移随时间变化的关系式为 y0.08cos( 2t 3) m 或 y0.08sin

25、( 2t 5 6 ) m(1 分) 18.(12 分)一弹簧竖直悬挂一个质量为 m 的木块， 当木块处于平衡状态时， 用力 F 缓慢向下拉 木块使之向下移动距离 d，然后松开手，木块做简谐运动. (1)当木块正好经过平衡位置向下运动时，某同学开始观察木块的振动过程，该同学发现经过 1 s 后木块第一次回到平衡位置.已知 d4 cm，取竖直向上为正方向，请在图 15 甲中将该同 学观察到的木块的振动过程用振动图像描画出来.另一位同学在该同学观察 7 s 后开始计时， 请在图乙中画出后一位同学观察的振动图像.(请至少画出一个周期) 图 15 (2)如果由于该木块的振动，在水面形成机械波，7 s 内传播了 7 m，则该波的波长是多少？ 答案 (1)如图所示 (2)2 m 解析 (1)该同学发现经过 1 s 后木块第一次回到平衡位置，由题意知振子的振动周期为 2 s， 又 t0 时振子正好经过平衡位置向下运动， 则画出的前一位同学观察到的振子振动图像如图 甲所示 甲 (4 分) 7 s 时振子的位置应该和 1 s 时的位置相同，处于平衡位置且向上运动，则画出的后一位同学 观察到振子的振动图像如图乙所示 乙 (4 分) (2)因为水波在 7 s 内传播了 7 m， 所以波速为 v7 7 m/s1 m/s(1 分) 又 T2 s，(1 分) 根据 v T(1 分) 所以 2 m.(1 分)