2025高考物理步步高同步练习选修1第四章 光模块综合试卷(一)含答案

2025高考物理步步高同步练习选修1第四章光模块综合试卷(一)(满分：100分)一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．如图所示，水平弹簧振子在A、B两点之间做简谐运动，平衡位置为O点，C、D两点分别为OA、OB的中点。下列说法正确的是()A．振子从A点运动到C点的时间等于周期的eq\f(1,8)B．从O点到B点的过程中，振子的动能转化为弹簧的弹性势能C．在C点和D点，振子的速度相同D．从C点开始计时，振子再次回到C点完成一次全振动答案B解析振子从A点运动到O点的时间等于周期的eq\f(1,4)，因振子从A到C的时间大于从C到O的时间，可知振子从A点运动到C点的时间大于周期的eq\f(1,8)，选项A错误；从O点到B点的过程中，振子速度减小，动能减小，弹性势能增加，即振子的动能转化为弹簧的弹性势能，选项B正确；在C点和D点，振子的速度大小相等，方向不一定相同，选项C错误；从C点开始计时，振子第二次回到C点才是完成一次全振动，选项D错误。2．(2023·泗阳县实验高级中学月考)有一悬线长为l的单摆，其摆球的外壳为一个有一定质量的金属空心球。球底有一小孔，球内盛满水。在摆动过程中，水从小孔慢慢流出。从水开始流到水流完的过程中，此摆的周期的变化是()A．由于悬线长l和重力加速度g不变，所以周期不变B．由于水不断外流，周期不断变大C．周期先变大，后又变小D．周期先变小，后又变大答案C解析单摆的摆长是悬点到摆球重心的距离。开始时，重心在球心，水全部流完后，重心又回到球心，因此，重心先降低，后升高，摆长先变大，后变小，根据公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，周期先变大，后变小，故C正确。3．(2022·阜宁中学高二期中)如图所示，包含两种单色光的光束沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从M、N两点射出，己知α＝45°，β＝60°，真空中光速c＝3×108m/s，则下列说法正确的是()A．M点出射的单色光穿过玻璃柱体所需的时间更短B．玻璃柱体对OM光束的折射率为eq\r(3)C．OM光线在该玻璃柱体中传播的速度为eq\r(3)×108m/sD．若将OM光线从M点沿着MO方向射入，一定会发生全反射答案A解析由题图可知沿PO方向射入时OM光线的折射角较大，由折射定律可知玻璃柱体对OM光线的折射率较小，根据v＝eq\f(c,n)，可得OM光线在玻璃柱体内的传播速度较大，因为通过的距离相等，则M点出射的单色光穿过玻璃柱体所需的时间较短，A正确；由折射定律可得玻璃对OM光束的折射率为n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，根据v＝eq\f(c,n)得v＝eq\f(3×108,\r(2))m/s＝eq\f(3\r(2),2)×108m/s，B、C错误；由光路可逆可知，光线从M点沿着MO方向射入时不会发生全反射，D错误。4.(2022·全国乙卷改编)质量为1kg的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动，F与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2，重力加速度大小取g＝10m/s2。则()A．4s时物块的动能为零B．6s时物块回到初始位置C．3s时物块的动量为12kg·m/sD．0～6s时间内F对物块所做的功为20J答案A解析物块与地面间的摩擦力为Ff＝μmg＝2N对物块在0～3s时间内由动量定理可知(F－Ff)t1＝mv3，代入数据可得v3＝6m/s，3s时物块的动量为p＝mv3＝6kg·m/s，故C错误；设3s后经过时间t2物块的速度减为0，由动量定理可得－(F＋Ff)t2＝0－mv3解得t2＝1s所以物块在4s时速度减为0，则此时物块的动能也为0，故A正确；在0～3s时间内，对物块由动能定理可得(F－Ff)x1＝eq\f(1,2)mv32，解得x1＝9m3～4s时间内，对物块由动能定理可得－(F＋Ff)x2＝0－eq\f(1,2)mv32，解得x2＝3m4～6s时间内物块开始反向运动，物块的加速度大小为a＝eq\f(F－Ff,m)＝2m/s2发生的位移大小为x3＝eq\f(1,2)at32＝4m<x1＋x2即6s时物块没有回到初始位置，故B错误；物块在6s时的速度大小为v6＝at3＝4m/s0～6s时间拉力对物块所做的功为W＝Fx1－Fx2＋Fx3＝40J，故D错误。5.如图，某次冰壶比赛，甲壶以速度v0与静止的乙壶发生正碰。已知冰面粗糙程度处处相同，两壶完全相同，从碰撞到两壶都静止，乙的位移是甲的9倍，则()A．两壶碰撞过程无机械能损失B．两壶碰撞过程动量变化量相同C．碰撞后瞬间，甲壶的速度为eq\f(v0,4)D．碰撞后瞬间，乙壶的速度为v0答案C解析两壶碰后在冰面上滑行，则有a＝eq\f(μmg,m)＝μg，两壶完全相同，从碰撞到两壶都静止，乙的位移是甲的9倍，设碰后两壶的速度分别是v1和v2，根据0－v2＝－2ax，得v1∶v2＝1∶3，根据动量守恒定律得mv0＝mv1＋mv2，解得v1＝eq\f(v0,4)，v2＝eq\f(3v0,4)，C正确，D错误；两壶碰撞过程机械能的变化量为ΔE＝eq\f(1,2)mv12＋eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv02＝－eq\f(3,16)mv02，机械能有损失，A错误；动量的变化量是矢量，两壶碰撞过程动量变化量大小相同，但方向相反，B错误。6．(2022·重庆市巴蜀中学月考)一列波长大于3.6m的简谐横波沿直线方向由a向b传播，a、b两质点的平衡位置相距6m，a、b两质点的振动图像如图所示。由此可知()A．3s末a、b两质点的位移相同B．该波的波速为2m/sC．该波的波长为4mD．该波由a传播到b历时1.5s答案B解析由题图可知则n只能取0，故t＝3s，v＝2m/s，λ＝8m，故B正确，C、D错误。7．若羽毛球以某一水平初速度击中静止在水平地面的纸箱，使其瞬间卡在纸箱侧壁上，发现羽毛球与纸箱一起滑行的距离为L。已知羽毛球的质量为5g，纸箱的质量为2.495kg，纸箱与地面的动摩擦因数μ＝0.1，滑行距离L＝2cm，重力加速度g取10m/s2。则羽毛球击中纸箱的初速度是()A．0.1m/s B．1m/sC．10m/s D．100m/s答案D解析设羽毛球击中纸箱的初速度为v，羽毛球刚击中纸箱与纸箱一起滑行的速度为v′，由动量守恒定律可得mv＝(m＋M)v′，羽毛球与纸箱一起滑行时，由动能定理可得0－eq\f(1,2)(m＋M)v′2＝－μ(m＋M)gL，解得v＝100m/s，故选D。8.如图所示，一轻弹簧竖直放置，两端分别固定物体B和C，此时B、C处于静止状态，O点是弹簧处于原长时物体B上表面所处的位置，B、O间距离为x。把一物体A从静止释放，释放时A、B之间的距离为h，物体A和物体B的质量均为m，发生碰撞后粘在一起向下运动(以后不再分开)，压缩弹簧然后上升到最高点时，物块B的上表面刚好到达D点，O、D之间距离也为x，重力加速度为g，物体C始终静止，下列说法正确的是()A．碰撞后瞬间物体B的速度为eq\r(gh)B．运动到O点时，A、B之间弹力不为零C．物体C的质量可能等于mD．h和x的关系满足h＝4x答案C解析由运动学公式得碰撞前物体A的速度v0＝eq\r(2gh)，根据动量守恒定律有mv0＝2mv，得碰撞后瞬间物体A、B的速度为v＝eq\f(1,2)eq\r(2gh)，故A错误；O点是弹簧原长位置，所以运动到O点时，A与B系统仅受重力作用，加速度为重力加速度g，所以A、B之间弹力为零，故B错误；A与B碰撞前，B处于平衡状态，对B由平衡条件得mg＝kx，因为C始终静止，当运动至D点时，O、D之间距离也为x，由胡克定律可知弹簧的弹力等于物体B受到的重力，所以物体C的质量要大于或等于m，故C正确；A、B碰撞后到A、B系统运动到D点过程，根据能量守恒定律有eq\f(1,2)×2mv2＝4mgx，解得h＝8x，故D错误。二、多项选择题：本题共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，有选错的得0分。9．下列有关光现象的说法中正确的是()A．无影灯是利用光的衍射原理B．刮胡刀刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象C．水的视深比实际深度浅是光的全反射现象D．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大答案BD解析无影灯是利用光的直线传播原理，故A错误；刮胡刀刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象，故B正确；水的视深比实际深度浅是光的折射现象，故C错误；光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故D正确。10．(2022·山东临沭第一中学期中)如图所示为一列简谐横波在某时刻的波形图，P是平衡位置为x＝1m处的质点，Q是平衡位置为x＝4m处的质点，若质点Q相继出现两个波峰的时间间隔为4s，则下列说法正确的是()A．该波的传播速度v＝2m/sB．从图示计时，若P质点比Q先到达波峰，则波的传播方向沿x轴正向C．P、Q两质点的振动方向总是相反D．若波沿x轴负向传播，从图示位置开始计时，至少再经过1.75s，P、Q两质点的位移才能相同答案AD解析该波的周期等于质点Q相继出现两个波峰的时间间隔T＝4s，由题图知波长λ＝8m，所以波速为v＝eq\f(λ,T)＝2m/s，A正确；从题图所示时刻开始计时，若P质点比Q先到达波峰，说明此时质点P正向上运动，波的传播方向沿x轴负向，B错误；由题图可知，P与Q之间的距离不等于半个波长，所以P与Q两个质点振动的方向不总是相反，C错误；若波沿x轴负向传播，在Q点右侧相距3m，位移相同的两质点的振动形式分别传播到P、Q时，P、Q的位移相同。距离Q点最近的分别是4.5m、7.5m，即当7.5m处质点的振动形式传播到Q点时，3.5m处质点的振动形式刚好传播到P点，此时P、Q两质点的位移第一次相同，用时t＝eq\f(x,v)＝1.75s，D正确。11.现有一三棱柱工件，由透明玻璃材料制成，如图所示，其截面ABC为直角三角形，∠ACB＝30°。现有一条光线沿着截面从AC边上的O点以45°的入射角射入工件，折射后到达BC边发生全反射，垂直AB边射出。已知CO＝eq\f(1,3)AC＝L，下列说法正确的是()A．光线在AC边的折射角为30°B．该透明玻璃的折射率为2C．该光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为45°D．光线在BC边的入射角为30°答案AC解析画出光路图，如图所示，由图中几何关系可知光线在AC边的折射角为30°，故A正确；光线在O点的入射角为45°，折射角为30°，由折射定律有n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，故B错误；由sinC＝eq\f(1,n)，可得发生全反射的临界角C＝45°，故C正确；根据图中几何关系可知，光线在BC边的入射角为60°，故D错误。12.如图所示，物体A、B的质量分别为m、2m，物体B置于水平面上，B物体上部半圆形槽的半径为R，将物体A从圆槽的右侧最顶端由静止释放，一切摩擦均不计，重力加速度为g。则下列说法正确的是()A．A不能到达B圆槽的左侧最高点B．B向右匀速运动C．A运动到圆槽最低点的速率为v＝eq\r(\f(4gR,3))D．B向右运动的最大位移大小为eq\f(2,3)R答案CD解析物体A、B组成的系统在水平方向上动量守恒，当A到达左侧最高位置时速度为零，此时B的速度也为零；由机械能守恒定律可知，A能到达B圆槽的左侧最高点，故A错误；物体B向右先加速后减速，减速到零之后又向左先加速后减速，即做往返运动，故B错误；由于水平方向上动量守恒，所以有mvA－2mvB＝0，即vA＝2vB，物体A运动到圆槽的最低点的运动过程中，A、B整体机械能守恒，即mgR＝eq\f(1,2)mvA2＋eq\f(1,2)×2mvB2＝eq\f(3,4)mvA2，解得vA＝eq\r(\f(4,3)gR)，故C正确；物体A、B在水平方向上的最大位移之和为2R，由于A的速度总是B的2倍，所以A的位移也是B的2倍，则B向右运动的最大位移大小为xB＝2R×eq\f(1,3)＝eq\f(2,3)R，故D正确。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13．(6分)某物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。并进行如下的实验操作：组装好实验器材，将小球1由图中的挡板处静止释放，记录小球1在竖直挡板上的撞击点；将直径相等的小球2放在导轨的末端(小球1的质量大于小球2的质量)，记录在竖直挡板上的水平投影点O；然后将小球1由挡板处静止释放，记录小球1、小球2在竖直挡板上的撞击点。回答下列问题：(1)小球1与小球2相碰后，两球撞在竖直挡板上得到痕迹，其中小球1碰后撞在木板上的________(填“a”“b”或“c”)点。(2)为了完成实验的验证，需要测量的物理量有________。(填字母)A．小球的直径dB．小球1、小球2的质量m1、m2C．轨道末端与竖直挡板之间的距离xD．图中a、b、c三点到O点的距离h1、h2、h3(3)若两球碰撞过程动量守恒，则关系式________成立。(用需要测量的物理量的符号表示)答案(1)c(2)BD(3)eq\f(m1,\r(h2))＝eq\f(m1,\r(h3))＋eq\f(m2,\r(h1))(每空2分)解析(1)由题图可知，两个小球打在竖直挡板上，由于三次碰撞的水平位移大小相等，则可知水平速度越大，竖直方向下落的高度越小，由碰撞规律可知，碰后被碰小球的速度最大，则碰后小球2下落的高度最小，而碰后入射小球的速度最小，其下落的高度最大，由此可知碰后小球1在竖直挡板上的碰撞点为c点；(2)根据平抛运动规律可知，下落时间t＝eq\r(\f(2h,g))则可知速度v＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,2h))碰前小球1的速度大小为v1＝xeq\r(\f(g,2h2))碰后小球1、小球2的速度分别为v2＝xeq\r(\f(g,2h3))，v3＝xeq\r(\f(g,2h1))若两球碰撞过程动量守恒，则应有m1v1＝m1v2＋m2v3由以上整理得eq\f(m1,\r(h2))＝eq\f(m1,\r(h3))＋eq\f(m2,\r(h1))，因此需要测量小球1、小球2的质量m1、m2及图中a、b、c三点到O点的距离h1、h2、h3，选项B、D正确。(3)若两球碰撞过程动量守恒，则关系式eq\f(m1,\r(h2))＝eq\f(m1,\r(h3))＋eq\f(m2,\r(h1))成立。14．(6分)(1)如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是________。A．若P1、P2的距离较大，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B．为减小测量误差，P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些D．若P1、P2的连线与法线NN′夹角较大，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像(2)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是________。答案(1)C(2)1.5(每空3分)解析(1)P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，A错误；为减小测量误差，入射角应适当大一些，即P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量大些，B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些，C正确；由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于在下表面的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，D错误。(2)由折射率公式有n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)代入数据，可得n＝1.5。15．(8分)(2022·贵州高二期中)一列简谐横波在某介质中沿x轴传播，在t＝0时的波形如图中实线所示，经Δt＝0.2s后的波形如图中虚线所示，已知该波的周期T>0.2s。(1)求该波的传播速度大小；(2)若该波沿x轴正方向传播，求x＝0.6m处的质点在t＝2.25s时刻的位移y。答案(1)2m/s或4m/s(2)－2cm解析(1)由题意，若该波沿x轴正方向传播，则v1＝eq\f(Δx1,Δt)＝eq\f(0.4,0.2)m/s＝2m/s(2分)若该波沿x轴负方向传播，则v2＝eq\f(Δx2,Δt)＝eq\f(0.8,0.2)m/s＝4m/s(2分)(2)该波沿x轴正方向传播，周期为T＝eq\f(λ,v1)＝eq\f(1.2,2)s＝0.6s(1分)t＝0时刻，处于x＝0.6m的质点在平衡位置，速度方向沿y轴正方向，该质点振动时间t＝2.25s＝3T＋eq\f(3,4)T(2分)故T＝2.25s时刻，该质点处于波谷，其位移为y＝－2cm。(1分)16．(10分)如图，在固定的水平杆上，套有质量为m＝1kg的光滑圆环，长为L＝0.5m的轻绳一端拴在环上，另一端系着质量为M＝1.9kg的木块，木块可视为质点，现有质量为m0＝0.1kg的子弹以大小为v＝10m/s的水平速度射入木块并立刻留在木块中，重力加速度g＝10m/s2。(1)子弹射入木块后的瞬间，速度大小为多少？(2)子弹射入木块后的瞬间，环对轻杆的压力大小为多少？答案(1)0.5m/s(2)31N解析(1)木块和子弹组成的系统在相互作用过程中水平方向动量守恒，设子弹与木块的共同速度为v′，则有m0v＝(m0＋M)v′(2分)解得：v′＝0.5m/s(1分)(2)子弹射入木块后，子弹与木块一起做圆周运动，则有FT－(m0＋M)g＝(m0＋M)eq\f(v′2,L)(2分)代入数据解得，轻绳对子弹与木块的拉力大小为：FT＝21N(1分)由于此时环静止不动，则此时轻杆对环的支持力大小为FN＝mg＋FT＝31N(2分)由牛顿第三定律可得，环对轻杆的压力大小为31N。(2分)17．(14分)(2022·苏州市相城区陆慕高级中学月考)某玻璃材料制成的光学元件截面如图所示，左边是半径为R的半圆，右边是直角三角形CDE，∠DCE＝60°。A点发出一细光束从B点射入元件后与AO平行(O为半圆的圆心，CD为直径，AO与CD垂直)。已知玻璃的折射率为eq\r(2)，B点到AO的距离为eq\f(1,2)R，真空中的光速为c。求：(1)入射光线AB与AO的夹角α；(2)作出光线从B点射入元件，到第一次射出元件的光路图；(3)光线从B点射入元件，到第一次射出元件所需的时间。答案(1)15°(2)见解析图(3)eq\f(2\r(6)R,c)解析(1)(2)光路图如图(2分)由sinr＝eq\f(\f(R,2),R)＝eq\f(1,2)(1分)得折射角r＝30°(1分)由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)(1分)得i＝45°(1分)由几何关系得α＝i－r＝15°(1分)设光束在玻璃元件中发生全反射的临界角为C，则有：sinC＝eq\f(1,n)(1分)得C＝45°(1分)由几何知识得光线在CE面上的入射角为60°，大于临界角C，发生全反射。光线在DE面上的入射角为30°，能射出元件；(3)由几何关系得光在元件中传播的路程为s＝2eq\r(3)R(1分)光在元件中传播速度为v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c(2分)所以光线从B点射入元件到第一次射出元件所需的时间为t＝eq\f(s,v)(1分)解得t＝eq\f(2\r(6)R,c)。(1分)18．(16分)(2022·重庆市实验中学高二期末)如图所示，一个固定在竖直平面内的光滑四分之一圆弧轨道半径R＝0.45m，下端恰好与平台平滑对接，在光滑的水平面上有一个静止的、足够长的木板c，木板的右端紧靠侧壁竖直的平台，平台的上表面光滑并与木板上表面等高，小滑块a、b可视为质点。已知两个小滑块与木板的质量均为m＝1kg，小滑块a、b与木板间的动摩擦因数均为μ＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。小滑块a由圆弧轨道顶端无初速度释放，a、b碰撞时间极短。(1)求小滑块a滑到圆弧轨道底端时对圆弧轨道的压力大小；(2)若初始小滑块b静止在木板右端，a、b碰后粘连在一起运动，求系统在整个运动过程中由于摩擦产生的热量；(3)若初始小滑块b静止在木板上距离木板右端L＝2.5m处，a、b间发生弹性碰撞，求碰撞后小滑块a、b之间的最大距离。答案(1)30N(2)0.75J(3)0.5m解析(1)从小滑块a释放到到达圆弧轨道底端的过程，根据动能定理得mgR＝eq\f(1,2)mv02(2分)解得v0＝3m/s根据牛顿第二定律可得FN－mg＝meq\f(v02,R)(2分)解得FN＝30N根据牛顿第三定律可知轨道受到的压力大小为30N(1分)(2)a、b相碰过程由动量守恒定律可得mv0＝2mv1(2分)a、b与c相互作用过程由动量守恒定律可得2mv1＝3mv2(1分)系统在整个运动过程中由于摩擦产生的热量Q＝eq\f(1,2)×2mv12－eq\f(1,2)×3mv22＝0.75J(2分)(3)a滑上c后做匀减速直线运动，加速度大小为a1＝eq\f(μmg,m)＝μg＝1m/s2(1分)b、c一起匀加速运动的加速度大小为a2＝eq\f(μmg,2m)＝0.5m/s2<a1(1分)因此a滑上c后，先做减速运动，与b发生弹性碰撞后，由动量守恒定律和能量守恒定律可知，a、b速度互换，b相对a、c向前运动，由于摩擦力作用，三者最后共速，由动量守恒定律可得mv0＝3mv共(1分)则v共＝1m/s由功能关系可得μmg(L＋x)＝eq\f(1,2)mv02－eq\f(1,2)×3mv共2(2分)可得x＝0.5m。(1分)模块综合试卷(二)(满分：100分)一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．(2022·昆山文峰高级中学期中)物体做简谐运动时，下列叙述正确的是()A．平衡位置是回复力为零的位置B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态C．物体到达平衡位置时，合力一定为零D．物体到达平衡位置时，回复力不一定为零答案A解析平衡位置是回复力等于零的位置，但此时物体不一定处于平衡状态，即物体所受合力不一定为零。例如单摆在摆到达最低点时即为平衡位置，但此时摆的合力并不为零，也不是平衡状态，故选A。2．(2022·湖北高二期末)如图，在地球某一位置实验获得两个单摆的受迫振动共振图线，则关于两单摆振动情况，下列说法正确的是()A．图线Ⅰ与图线Ⅱ单摆摆长之比为4∶25B．图线Ⅱ摆长约为1mC．若撤去驱动力后使单摆做简谐运动，运动到最低点时合外力为零D．若撤去驱动力后使单摆做简谐运动，运动到最低点时加速度为零答案B解析由题图可知，两单摆的固有频率分别为0.2Hz和0.5Hz，则固有周期分别为5s和2s，由单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，可得l＝eq\f(gT2,4π2)，解得图线Ⅰ与图线Ⅱ单摆摆长之比为25∶4，图线Ⅱ摆长为L2≈1m，A错误，B正确；若撤去驱动力后使单摆做简谐运动，运动到最低点时，回复力为零，合外力作为向心力(不为零)，具有向心加速度，C、D错误。3．下列四幅图为光的相关现象，关于它们的说法正确的是()A．图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在水珠中发生全反射而不能射出水珠B．图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度会发生变化，此现象表明光波是一种横波答案D解析根据题图甲可知，复色光能够进入水珠，则一定能射出水珠，A错误；题图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率大，B错误；题图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，C错误；题图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度会发生变化，发生偏振现象，此现象表明光波是一种横波，D正确。4．(2023·乾安县第七中学高二月考)如图所示，虚线和实线分别为甲、乙两个单摆做简谐运动的图像，则()A．甲、乙两个单摆的振幅分别为2cm、－1cmB．甲、乙两个单摆的机械能可能相等C．第4s末，甲、乙两个摆球的加速度均为零D．第2s末甲的速度达到最大，乙的向心加速度达到最大答案B解析振幅为偏离平衡位置的最大距离，故甲、乙两个单摆的振幅分别为2cm、1cm，A错误；摆球质量未知，故甲、乙两个单摆的机械能可能相等，B正确；第4s末，两摆球均在平衡位置，故甲、乙两摆球切线方向的加速度均为零，但向心加速度均不为零，C错误；第2s末甲处于平衡位置，速度达到最大，乙处于最大位移处，速度为零，向心加速度为零，D错误。5．(2023·盐亭中学高二月考)如图所示，甲、乙分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是()A．a、b光在真空中的波长满足λa>λbB．a、b光在玻璃中的折射率满足na<nbC．若这两束光分别为红光和紫光，则a为红光D．若a、b光分别从玻璃射入空气，则a光临界角较小答案D解析根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可得，在其他条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知a光的波长小于b光的波长，故选项A错误；由于a光的波长小于b光的波长，所以a光的频率大于b光的频率，若这两束光分别为红光和紫光，则b光为红光，故选项C错误；由于对于同一种介质，频率越大，折射率越大，故a光在玻璃中的折射率大于b光在玻璃中的折射率，由n＝eq\f(1,sinC)知a光的临界角小于b光的临界角，故选项D正确，B错误。6．(2022·陈州高级中学高一期末)2021年5月15日，“天问一号”探测器在火星成功着陆。假定火星上风速约为18m/s，火星大气密度约为1.3×10－2kg/m3，“祝融号”火星车迎风面积约为6m2，风垂直吹到火星车上速度立刻减为零。则火星车垂直迎风面受到的压力约为()A．1.4N B．25NC．140N D．2500N答案B解析设t时间内吹到火星车上的气体质量为m，则m＝ρSvt，根据动量定理－Ft＝0－mv，解得F＝ρSv2≈25N，根据牛顿第三定律，火星车垂直迎风面受到的压力约为25N，故选B。7．一列简谐横波在t＝0.4s时刻的波形如图甲所示，P、Q、M为该横波上的三个质点，它们的平衡位置坐标分别为xP＝6m、xQ＝10m、xM＝15m，质点M的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是()A．波速是25m/s，传播方向沿x轴负方向B．质点P振动滞后于质点QC．t＝0.6s时质点Q的速度方向为沿y轴负方向D．t＝0.64s时质点P位于正向最大位移处答案D解析由题图甲可知波长为λ＝20m，由题图乙可知周期为T＝0.8s，根据v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(20,0.8)m/s＝25m/s，由振动图像可知，t＝0.4s时，质点M通过平衡位置向下运动，由同侧法可知，波沿x轴正方向传播，故A错误；因为波沿x轴正方向传播，所以质点Q振动滞后于质点P，故B错误；t＝0.4s时，质点Q运动到负向最大位移处，t＝0.6s时，即经过四分之一周期，Q点运动到平衡位置，速度方向为沿y轴正方向，故C错误；波的传播速度为25m/s，从平衡位置x＝5m处传播到x＝6m处，用时为t＝eq\f(Δx,v)＝eq\f(1,25)s＝0.04s，所以，质点P经0.04s振动到平衡位置，再经0.2s运动到正向最大位移处，即t＝0.64s时，质点P位于正向最大位移处，故D正确。8.(2023·前黄高级中学月考)如图所示，图中ABC部分为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料折射率n＝eq\f(5,3)，AC为一半径为R的四分之一圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形。在D处有一红色点光源，在纸面内照射弧面AC，若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，则以下说法正确是(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)()A．光从该材料到空气的临界角为53°B．该光学元件的BC边上有光射出的长度为eq\f(1,4)RC．照射在AC边上的入射光，有弧长为eq\f(4,45)πR区域的光不能从AB、BC边直接射出D．将点光源换成紫光，则AB边上有光射出的长度增大答案C解析设光从该材料到空气的临界角为C，则有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,5)，故C＝37°，故A错误；假设光线沿DE方向照射到AB面上正好发生全反射，DE与弧AC相交于F，则∠ADE＝37°，如图所示假设光线沿DG方向照射到BC面上正好发生全反射，DG与弧AC相交于H，可知∠CDG＝37°，则∠GDE＝16°，则光线不能射出对应的弧长FH＝eq\f(4πR,45)，即照射在AC边上的入射光，有弧长为eq\f(4,45)πR区域的光不能从AB、BC边直接射出，故C正确；由几何知识求得该光学元件的BC边上有光射出部分的长度为CG＝Rtan37°＝eq\f(3,4)R，故B错误；若将点光源换成紫光，由于紫光的频率大于红光的频率，故在该种材料中紫光的折射率大于红光的折射率，根据sinC＝eq\f(1,n)，可知从该种材料中到空气中，紫光的临界角小于红光的临界角，则AB边上有光射出的长度将变短，故D错误。二、多项选择题：本题共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，有选错的得0分。9.如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m。C点是BE连线的中点，下列说法正确的是()A．C、E两点都保持静止不动B．图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cmC．图示时刻C点正处在平衡位置且向上运动D．从图示的时刻起经0.25s后，B点通过的路程为10cm答案BC解析E点是波峰与波峰相遇，是振动加强的点，振幅为2A，故A错误；A是波峰与波峰相遇，B是波谷与波谷相遇，所以A、B两点都是振动加强的点，在题图所示时刻A、B两点的竖直高度差为20cm，故B正确；题图所示时刻点C处于平衡位置，两列波单独引起的速度均向上，故点C此时的合速度向上，故C正确；B点是振动加强的点，振幅为2A＝10cm，由周期公式T＝eq\f(λ,v)＝0.5s，所以从题图所示时刻起经0.25s，B质点通过的路程为20cm，故D错误。10.带有eq\f(1,4)光滑圆弧轨道质量为M的小车静止置于光滑水平面上，如图所示，一质量也为M的小球以速度v0水平冲上小车，到达某一高度后，小球又返回小车的左端，则()A．小球以后将向左做平抛运动B．小球将做自由落体运动C．此过程小球对小车做的功为eq\f(1,2)Mv02D．小球在弧形槽上上升的最大高度为eq\f(v02,2g)答案BC解析上升到最高点时小球与小车相对静止，有共同速度v′，由动量守恒定律和机械能守恒定律有Mv0＝2Mv′，eq\f(1,2)Mv02＝2×(eq\f(1,2)Mv′2)＋Mgh，得h＝eq\f(v02,4g)，D错误；从小球滚上到滚下并离开小车，系统在水平方向上的动量守恒，由于无摩擦力做功，机械能守恒，此过程类似于弹性碰撞，作用后两者交换速度，即小球速度变为零，开始做自由落体运动，B、C正确，A错误。11.在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈现圆台形状(如图所示)。已知此光纤长度为L，圆台对应底角为θ，折射率为n，真空中光速为c。现光从下方垂直射入下台面，则()A．光从真空射入光纤，光的频率不变B．光通过此光纤到达小截面的最短时间为eq\f(L,c)C．从上方截面射出的光束一定是平行光D．若满足sinθ>eq\f(1,n)，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出答案AD解析光的频率由光源决定，与介质无关，所以光从真空射入光纤，光的频率不变，故A正确；光通过此光纤到达小截面的最短距离为L，光在光纤中的传播速度v＝eq\f(c,n)，则光通过此光纤到达小截面的最短时间为t＝eq\f(L,v)＝eq\f(nL,c)，故B错误；通过光纤侧面反射后再从上方截面射出的光束与垂直射出上方截面的光束不平行，故C错误；设临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)，光第一次到达光纤侧面的入射角等于θ，当θ>C，即sinθ>eq\f(1,n)时，发生全反射，光不会从光纤侧面射出，故D正确。12.小车静止在光滑水平地面上，站在车上的人练习打靶，靶装在车上的另一端，如图所示。已知车、人、枪和靶的总质量为M(不含子弹)，每颗子弹质量为m，共n发，打靶时，枪口到靶的距离为d。若每发子弹打入靶中，就留在靶里，且待前一发打入靶中后，再打下一发。则以下说法正确的是()A．待打完n发子弹后，小车将以一定的速度向右匀速运动B．待打完n发子弹后，小车应停在射击之前位置的右方C．在每一发子弹的射击过程中，小车所发生的位移相同D．在每一发子弹的射击过程中，小车所发生的位移应越来越大答案BC解析子弹、枪、人、车、靶组成的系统所受的合外力为零，系统的动量守恒。子弹射击前系统的总动量为零，子弹射入靶后总动量也为零，故小车仍然是静止的。在子弹射出枪口到打入靶中的过程中，小车向右运动，所以第n发子弹打入靶中后，小车应停在原来位置的右方，待打完n发子弹后，小车将静止不动，故A错误，B正确；设子弹射出枪口的速度大小为v，车后退的速度大小为v′，以子弹射出方向为正方向，根据动量守恒定律有0＝mv－[M＋(n－1)m]v′，子弹匀速前进的同时，车匀速后退，故有vt＋v′t＝d，故车后退位移大小为：Δx＝v′t＝eq\f(md,nm＋M)，每发子弹从发射到击中靶过程，小车均后退相同的位移Δx，故C正确，D错误。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13．(6分)某同学做“用单摆测量重力加速度”的实验时：(1)如果他测得的g值偏小，可能的原因是________。A．测摆线长时测了悬线的总长度B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了，使周期变大了C．开始计时时，停表过迟按下D．实验中误将49次全振动的次数记为50次(2)为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T2的数据如图甲所示，再以l为横坐标，T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率为k，则重力加速度g＝________。(用k表示)(3)同学还利用计算机绘制了a、b两个摆球的振动图像(如图乙)，由图可知，两单摆摆长之比eq\f(la,lb)＝________。答案(1)B(2)eq\f(4π2,k)(3)eq\f(4,9)(每空2分)解析(1)测摆线长时测了悬线的总长度，导致摆线偏长，据g＝eq\f(4π2l,T2)可知，测得的重力加速度偏大，A错误；摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了，使周期变大了，导致测得的重力加速度偏小，B正确；开始计时时，停表过迟按下，导致测量时间偏短，周期偏小，测得的重力加速度偏大，C错误；实验中误将49次全振动的次数记为50次，导致周期偏小，测得的重力加速度偏大，D错误。(2)由单摆的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，可得T2＝eq\f(4π2,g)l，图线的斜率k＝eq\f(4π2,g)，可解得g＝eq\f(4π2,k)。(3)由题图乙可知，两单摆的周期之比eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(2,3)由周期公式可得摆长之比eq\f(la,lb)＝eq\f(4,9)。14．(6分)如图甲所示，利用双缝干涉测量光的波长的实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5m，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(2)某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图乙所示，则①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA＝11.1mm，在B位置时游标卡尺读数为xB＝15.6mm，相邻两条纹间距Δx＝__________mm；②该单色光的波长λ＝________m。答案(1)B(2)①0.75②6.0×10－7(每空2分)解析(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离，由Δx＝eq\f(l,d)·λ知可增大双缝间距d，或减小双缝到屏的距离l，A、C、D错误，B正确。(2)①相邻两个亮条纹或暗条纹间距Δx＝eq\f(xB－xA,n－1)＝eq\f(15.6mm－11.1mm,7－1)＝0.75mm②该单色光的波长λ＝eq\f(Δx·d,l)＝eq\f(0.75×10－3×0.4×10－3,0.5)m＝0.6×10－6m＝6.0×10－7m。15．(9分)(2022·赣州市第四中学期中)一简谐横波在某时刻(t＝0)的波形图如图中的实线所示，图中的虚线是t＝0.2s时刻该波的波形，P是平衡位置在x＝3m处的质点。(1)若该波沿x轴正方向传播，求该波在0～0.2s内传播的距离s；(2)若该波的波速大小v＝35m/s，求质点P在t＝0.2s时刻相对平衡位置的位移yP及其在0～0.2s内通过的路程L。答案(1)(4n＋1)m(n＝0,1,2，…)(2)－2cm14cm解析(1)由题图可知，该波的波长λ＝4m，若该波沿x轴正方向传播，则该波在Δt时间内传播的最小距离x＝eq\f(λ,4)＝1m(2分)由周期性可知，该波在0～0.2s内传播的距离s＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(1,4)))λ＝(4n＋1)m(n＝0,1,2，…)(2分)(2)若波速大小v＝35m/s，则该波的周期T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(4,35)s(2分)因为Δt＝0.2s＝1eq\f(3,4)T(1分)所以波沿x轴负方向传播，在t＝0时刻，质点P处于平衡位置并沿y轴正方向运动。在t＝0.2s时刻，质点P到达负方向的最大位移处，可知yP＝－2cm(1分)在0～0.2s内，质点P通过的路程L＝7A＝14cm。(1分)16．(9分)(2023·榆林市月考)现要检测一块工业半球形玻璃砖的折射率。半球形玻璃砖的截面如图所示，O是半球形玻璃砖的球心，MN是其中心轴，已知玻璃砖的半径R＝1m，两束与中心轴平行的相同检测光a、b射入半球形玻璃砖，当a光与中心轴MN的距离L＝0.5m时，时，b光在玻璃砖右侧恰好发生全反射，求：(1)玻璃砖对检测光的折射率n；(2)C点与F点间的距离x。(取sin15°＝0.26)答案(1)eq\r(2)(2)1.92m解析(1)由题意知，当b光与中心轴MN距离s＝eq\f(\r(2),2)m时，发生