2021-2022学年沪科版选修3-4 模块综合检测1（解析版）

2021-2022学年沪科版选修3-4 模块综合检测1（解析版）

一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分.在每小题给出的5个选项中，有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分.每选错1个扣3分，最低得分为0分)

1.关于振动和波动，下列说法正确的是(　　)

A.单摆做简谐运动的周期与摆球的质量有关

B.部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象

C.在波的干涉中，振动加强的点位移不一定始终最大

D.各种波均会发生偏振现象

E.我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长，可以判断该星球正在离我们远去

【解析】　由T＝2π知，A错误.为防止桥的固有频率与人齐步走的频率接近，发生共振，故要求便步走，B正确.振动加强点的振幅加大，但仍处于振动之中，位移在不停变化，C正确.偏振是横波特有的现象，D错误.由多普勒效应知E正确.

【答案】　BCE

2.如图1为一列沿x轴正方向传播的简谐横波的部分波形图.若该波波速v＝40 m/s，在t＝0时刻波刚好传播到x＝13 m处，下列关于波在t＝0.45 s时的运动情况分析，其中正确的是(　　)

图1

A.该波x＝9 m处的质点的位移为－5 cm

B.该波x＝11 m处的质点的位移为5 cm

C.该波x＝11 m处的质点速度方向沿y轴负方向

D.该波刚好传播到x＝31 m处

E.该波刚好传播到x＝18 m处

【解析】　据图像可知λ＝8 m.根据λ＝vT可得波的周期为T＝＝0.2 s，所以在t＝0.45 s时，已传播了2个周期，据波的周期性特点，可将t＝0时的波形图向右移λ，即可得t＝0.45 s时的波形图，则x＝9 m处的质点的位移为－5 cm，x＝11 m处的质点的位移为0，A正确，B错误.x＝11 m处的质点沿y轴负方向运动，故C正确.t＝0时刻，该波传播到13 m处，在t＝0.45 s时间内又传播x′＝v·2T＝18 m，故t＝0.45 s时波传播到31 m处，所以D正确、E错误.

【答案】　ACD

图2

3.如图2所示，ABCD是两面平行的透明玻璃，AB面和CD面平行，它们是玻璃和空气的界面，设为界面1和界面2.光线从界面1射入玻璃砖，再从界面2射出，回到空气中，如果改变光到达界面1时的入射角，则(　　)

A.只要入射角足够大，光线在界面1上可能发生全反射现象

B.只要入射角足够大，光线在界面2上可能发生全反射现象

C.不管入射角多大，光线在界面1上都不可能发生全反射现象

D.不管入射角多大，光线在界面2上都不可能发生全反射现象

E.光线穿过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移

【解析】　在界面1，光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象；在界面2，光由玻璃砖进入空气，是由光密介质进入光疏介质，由于界面1和界面2平行，光由界面1进入玻璃后再到达界面2，在界面2上的入射角等于在界面1上的折射角，因此入射角总是小于临界角，也不会发生全反射现象.

【答案】　CDE

4.下列说法正确的是(　　)

A.在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像将比物体所处的实际位置高

B.光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的

C.玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显亮，是由于光的全反射

D.海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大

E.小孔成像是根据光的全反射

【解析】　由于光的折射，当水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体的实际位置高，选项A正确；光纤通信是利用光的全反射原理来传递信息的，选项B正确；玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显亮是由于光在裂缝处发生全反射造成的，选项C正确；海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率小，选项D错误.小孔成像是光的直线传播，E错误.

【答案】　ABC

5.如图3甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x＝2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图像.下列说法正确的是(　　)

图3

A.这列波的传播方向是沿x轴正方向

B.这列波的传播速度是20 m/s

C.经过0.15 s，质点P沿x轴的正方向传播了3 m

D.经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向

E.经过0.35 s，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离

【解析】　由质点P的振动图像可知，该波向x轴正方向传播，A正确；v＝＝ m/s＝20 m/s，B正确；质点不随波迁移，C错；经过0.1 s＝T，质点Q的运动方向沿y轴负方向，故D错；经过0.35 s＝1T，质点P到达波峰，而质点Q在波谷以上某处且在x轴下方，故E正确.

【答案】　ABE

6.关于波的干涉、衍射等现象，下列说法正确的是(　　)

A.有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象

B.产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等

C.能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或比波长更小

D.在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小

E.当观测者靠近波源时，接收到的波的频率会大于波源的振动频率

【解析】　干涉、衍射是波共有的特性，所以A错误.干涉需要满足两波频率相同、波源性质相同的条件，B正确.当满足d≤λ时，可产生明显的衍射现象，C正确.在干涉图样中，位移随时间时刻发生变化，D错误.在多普勒效应中，观测者与波源相对靠近时，接收到的波的频率大于波源的振动频率，E正确.

【答案】　BCE

7.在以下各种说法中，正确的是(　　)

A.一单摆做简谐运动，摆球相继两次通过一同位置时的速度必相同

B.机械波和电磁波本质上不相同，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象

C.横波在传播过程中，相邻的波峰通过同一质点所用的时间为一个周期

D.变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场

E.相对论认为：真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的

【解析】　因速度是矢量具有方向性，经过同一位置时速度大小相同而方向不一定相同，A错误.反射、折射、干涉和衍射现象是波的特性，B正确.波动周期等于质点的振动周期，C正确.均匀变化的电场产生恒定的磁场，D错误.由相对论可知E正确.

【答案】　BCE

8.下列说法正确的是(　　)

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.变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场

D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

E.地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些

【解析】　干涉现象中，振动加强点的位移时刻发生变化，某一瞬间可能为0，所以A错误.受迫振动的周期与驱动力的周期相等，与单摆摆长无关，B正确.由麦克斯韦电磁场理论知，C正确.镜头前加偏振片，是为了消除玻璃的反射光，D错误.由狭义相对论尺缩原理l＝l0可知高速飞行的火箭长度变短，E正确.

【答案】　BCE

二、非选择题(本大题共5小题，共52分，按题目要求作答)

9.(8分)根据单摆周期公式T＝2π，可以通过实验测量当地的重力加速度.如图4甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆.

甲                     乙　　

图4

(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为________mm.

(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有________.

a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些

b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的

c.为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度

d.拉开摆球，使摆线偏离平衡位置大于5°，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔Δt即为单摆周期T

e.拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间Δt，则单摆周期T＝

【解析】　(1)按照游标卡尺的读数原则得小钢球直径为18 mm＋6×0.1 mm＝18.6 mm.

(2)单摆的构成条件：细线质量要小，弹性要小；球要选体积小，密度大的；偏角不超过5°.故a、b正确，c错误.为了减小测量误差，要从摆球摆过平衡位置时计时，且需测量多次全振动所用时间，然后计算出一次全振动所用的时间.故d错误，e正确.

【答案】　(1)18.6　(2)abe

10.(8分)用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃砖截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图5所示是四个学生实验插针的结果.

图5

(1)在这四个图中肯定把针插错了的是________.

(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是________，计算玻璃的折射率的公式是________.

【解析】　(1)垂直射入半圆柱玻璃砖平面的光线，经玻璃砖折射后，折射光线不能与入射光线平行(除了圆心的光线)，A错.

(2)测量较准确的是D图，因B图的入射光线经过圆心，出射光线没有发生折射，C图的入射光线离圆心太近，射到圆界面上时，入射角太小不易测量，会产生较大的误差.测量出入射角与折射角后，由折射定律求出折射率n＝.

【答案】　(1)A　(2)D　(3)n＝

11. (10分)在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半径为a的圆孔，圆心的正上方h处放一个点光源S，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图中未画出).测得a＝8 cm，h＝6 cm，H＝24 cm，R＝26 cm，求水的折射率.

图6

【解析】　根据光路图，可知

sin i＝＝0.8

sin r＝＝0.6

由折射定律得n＝得n＝.

【答案】　

12.(12分)如图7所示是一种折射率n＝的棱镜.现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小i＝60 °，求：

图7

(1)光在棱镜中传播的速率；

(2)画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图，要求写出简要的分析过程.

【解析】　(1)光在棱镜中传播的速率v＝＝×108 m/s＝1.73×108 m/s

(2)由折射率n＝得：AB面上的折射角r＝30°.

由几何关系得：BC面上的入射角θ＝45°

全反射临界角sin C＝＜

则光在BC面上发生全反射，光线垂直AC射出.

光路如图所示.

【答案】　(1)1.73×108 m/s　(2)见解析

13.(14分)如图8所示是一列横波在某一时刻的波形图，图像中x轴的正方向表示波的传播方向，y轴表示质点相对平衡位置的位移.已知波速为v＝32 m/s，试求：

图8

(1)波长λ是多少？

(2)周期T是多少？

(3)画出后的波形图，并用文字说明：B、D两点的振动如何？

【解析】　(1)由图可以看出，波长λ＝8 m.

(2)根据v＝可得：

T＝＝ s＝0.25 s.

(3)波向前传播半个波长后，质点A、C分别在正最大位移和负最大位移处，速度为零；质点B在平衡位置，沿y轴正方向运动；质点D在平衡位置，沿y轴负方向运动.波的图像如图所示.

【答案】　(1)8 m　(2)0.25 s　(3)见解析