江西省宜春市宜丰中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题

这是一份江西省宜春市宜丰中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题，共4页。

1．如图所示，以下关于光学知识的叙述中，错误的是（ ）

A．甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象
B．乙图可用激光监控抽制高强度纤维细丝的粗细，应用的是光的干涉原理
C．丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的干涉原理
D．丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光像信号，是利用了光的全反射
2．三位物理学家利用一系列频率相同的高次谐波相叠加，合成时间仅几百阿秒的光脉冲，荣获2023年度诺贝尔物理学奖。这种合成相当于中学物理中（ ）
A．光的衍射B．光的干涉
C．光的折射D．光的偏振
3．如图，截面为等腰直角三角形的棱镜置于空气中，顶角为，一光线从左侧入射后经两次折射，从右侧射出。入射光、出射光与左、右侧腰的夹角相等，且出射光与入射光的偏折角为。则棱镜的折射率为（ ）
A． B． C．D．
4．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（ ）
A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
5．制造半导体元件，需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅（）薄膜的厚度，把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖，用波长的激光从上方照射劈尖，观察到在腐蚀区域内有8条暗纹，且二氧化硅斜面转为平面的棱MN处是亮纹，二氧化硅的折射率为1.5，则二氧化硅薄膜的厚度为（ ）
A．1680nmB．1890nmC．2520nmD．3780nm
6．如图所示，是一种利用光的干涉监测矿井中瓦斯含量的报警装置的原理图。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A中为干净的空气，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。已知瓦斯的折射率大于干净空气的折射率，以下说法正确的是（ ）
A．如果B中的气体含有瓦斯，则屏上不会出现干涉条纹
B．如果屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯
C．如果B中的瓦斯含量增大，屏上的干涉条纹将向上移动且条纹间距不变
D．如果B中的瓦斯含量增大，屏上的干涉条纹将向下移动且条纹间距变小
7．如图甲所示，、为x轴上的两波源，其平衡位置坐标分别为、。时，两波源分别沿x轴正方向和负方向激发两列简谐横波，图乙为两波源的振动图像，已知两列波的波速均为10cm/s。下列说法不正确的是（ ）
A．波源的振动方程为
B．两列波相遇后能形成稳定的干涉图样
C．两列波单独传播时，若遇见尺寸为20cm的障碍物，都能发生明显衍射现象
D．时，平衡位置处在的质点向上振动
8.打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是( )
A．若θ＞θ2，光线一定在OP边发生全反射
B．若θ＞θ2，光线会从OQ边射出
C．若θ＞θ1，光线会从OP边射出 D．若θ＜θ1，光线会在OP边发生全反射
9．光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为，当不加液体时光刻胶的曝光波长为，则加上液体后（ ）
A．紫外线进入液体后频率不变
了B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变短
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．在液体中的曝光波长约为117mm
10.如图甲所示在一条张紧的绳子上挂几个摆，a、c摆的摆长相同且小于b摆的摆长。当a摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆也振动起来。图乙是c摆稳定以后的振动图像，重力加速度为g，不计空气阻力，则( )
A.a、b、c单摆的固有周期关系为Ta＝Tc＜Tb
B.b、c摆振动达到稳定时，c摆振幅较大
C.达到稳定时b摆的振幅最大
D.由图乙可知，此时b摆的周期Tb小于t0
11．如图甲，弹簧振子的平衡位置O点为坐标原点，小球在M、N两点间做振幅为A的简谐运动，小球经过O点时开始计时，其图像如图乙，小球的速度，加速度为a，质量为m，动能为，弹簧劲度系数为k，弹簧振子的弹性势能为，弹簧对小球做功的功率为P，下列描述该运动的图像不正确的是（ ）
A． B．C．D．
12．如图所示，某均匀介质中有两个点波源和，它们沿垂直纸面z方向振动，垂直纸面向外为正方向。其中的振动方程为；的振动方程为。已知波速为20m/s，图中所有介质均已振动，则下列说法正确的是（ ）
A．两列波可以发生干涉
C．时刻处质点的位移为0
B．时刻处质点的位移为0.2m
D．时刻波源和的加速度相同
三、实验题(每空2分共8分)
13．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图所示。
（1）关于该实验，下列说法正确的是 ；
A．干涉条纹与双缝垂直
B．拿掉单缝也可以看到明显的干涉条纹
C．干涉条纹疏密程度与单缝宽度有关
D．若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小
（2）某同学在做该实验时，在同一视野中选取了A、B两条纹，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图乙），游标尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图丁），游标尺的示数如图戊所示。已知双缝间距为0.50mm，双缝到屏的距离为1.00m，则图丙游标尺的示数为
mm，两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为
mm。所测单色光波长为 m。
三.计算题(共32分)
14.(8分)如图所示，ABCD是某种透明材料的截面，AB面为平面，CD面是半径为R的圆弧面，O1O2为对称轴，一束单色光从O1点斜射到AB面上折射后照射到圆弧面上E点， 刚好发生全反射。已知单色光在AB面上入射角α的正弦值为eq \f(\r(3),3)，DO2⊥CO2，透明材料对单色光的折射率为eq \f(2\r(3),3)，光在真空中传播速度为c，求：
(1)O1O2与O2E的夹角θ的大小；
(2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在BC面的反射)。(结果可以用根号表示)
15.(12分)如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。
16.(12分)如图所示，长度为的水平传送带左右两端与水平轨道平滑连接，传送带以的速度逆时匀速转动；左侧粗糙轨道的长为，左端R点固定有弹性挡板；右侧光滑轨道的右端与轻质弹簧栓接，弹簧与物块A组成弹簧振子，平衡位置位于N点，PN之间的距离为，弹簧的劲度系数为。初始时物块A、B静止于N点，现缓慢移动物块A至M点后静止释放，MN之间距离为，物块A、B在N点发生弹性碰撞，碰后物块A继续向左运动，物块B向左运动至挡板处，与挡板发生弹性碰撞，碰后向右刚好运动至P点速度减为零，此时物块A刚好向右经过N点。已知物块A、B均可看成质点，物块B与传送带和左侧轨道的滑动摩擦因数均为，弹簧的弹性势能为，弹簧振子的周期公式，m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。
（1）物块B第一次到达Q点的速度大小；
（2）碰后物块B的速度大小范围；（结果可用根号表示）
（3）若碰后物块B的速度为，实现上述过程，求物块B的质量。（结果可用表示）
2023-2024（下）江西省宜丰中学高二3月月考物理答案
1【答案】B【详解】A．甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象，选项A正确；B．由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，选项B错误；C．丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的干涉原理，选项C正确；D．丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光像信号，是利用光的全反射，选项D正确。本题选错误项，故选B。
2【答案】B【详解】频率相同的高次谐波相叠加的原理为光的干涉。故选B。
3【答案】C【详解】做出光路图如图, 由几何关系可得，
求得，，由可得故选C。
4【答案】A【详解】AB．设光导纤维长为l，对红光而言红光通过光导纤维路程红光的光速为因此所用时间整理得同理绿光通过光导纤维所用时间因此A正确，B错误。CD．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比CD错误。故选 A。
5【答案】A【详解】根据题意，由于二氧化硅的折射率为1.5，则激光在二氧化硅中的波长为
观察到在腐蚀区域内有8条暗纹，则二氧化硅斜面转为平面的棱MN处是亮纹是第9条，设二氧化硅薄膜的厚度为，则有联立解得故选A。
6【答案】C【详解】A．光通过瓦斯气体后并不会改变频率，所以仍然可以发生干涉现象，故A错误；
B．如果屏的正中央是亮纹，有可能两列光到达屏中央时恰好相差波长的整数倍，不能说明B中的气体与A中的气体成分是否相同，故B错误；CD．如果B中的瓦斯含量增大，经过容器B中的光波长变小，中央亮纹向上移动，但两列光在光屏上干涉时仍处在空气当中，干涉条纹间距不变，故C正确，D错误。故选C。
7【答案】A【详解】A．根据图乙可知，波源的振幅、周期分别为，其振动方程为故A错误；B．根据图乙可知，两列波的振动周期相同，则其频率相同，且相位差恒定，因此两列波相遇后可发生稳定的干涉，形成稳定的干涉图样，故B正确；C．发生明显衍射现象的条件是波的波长与障碍物的尺寸相近或大于障碍物的尺寸，而根据波长与波速之间的关系可得两列波的波长均为因此，两列波单独传播时，若遇见尺寸为20cm的障碍物，都能发生明显衍射现象，故C正确；D．由于两列波的波长均为，而处波源的振动传播到处所需要的时间为此后的4.5s为，则可知波源在处引起的振动在时恰好处于波峰，下一时刻将向下振动；处的波源的振动传播到处所需要的时间为从后的0.5s为，则可知波源在处引起的振动在时恰好处于波谷，下一刻将向上振动，由于波源的振幅大于波源的振幅，即波源振动时的能量大于波源振动是的能量，因此叠加后的两列波将向上振动，故D正确。故选A
8解析：选D 光线发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质时，入射角i大于临界角C。光线从图示位置入射，到达OP边时入射角i1＝eq \f(π,2)－θ，θ越小，i1越大，发生全反射的可能性越大，根据题意，要在OP边上发生全反射，应满足θ＜θ2，A、B错误。若光线在OP上发生全反射后到达OQ边，入射角i2＝3θ－eq \f(π,2)，θ越大，i2越大，发生全反射的可能性越大，根据题意，要在OQ边上发生全反射，应满足θ＞θ1，C错误，D正确。
9【答案】AD【详解】D．紫外线在液体中的波长故D正确；A．紫外线进入液体频率不变，故A正确；B．设传播距离，在真空中的时间在液体中所需的时间传播时间变长，故B错误；C．由A选项分析可知紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，故C错误。故选AD。
10.答案 AB解析 由单摆周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))，知固有周期关系为Ta＝Tc＜Tb，故A正确；因为Ta＝Tc，所以c摆共振，达到稳定时，c摆振幅较大， b摆的振幅最小，故B正确，C错误；受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以三个单摆的频率相同，周期相同，故Tb等于t0，故D错误。
11【答案】ABD【详解】A．小球做简谐运动，速度可知在t=0时速度最大，小球位于平衡位置，此时加速度为0，位移为0，动能最大，弹性势能为0，弹簧的弹力为0，对小球做功的功率为0，故A错误；BC．由可知则小球速度变化周期为所以动能和势能的周期为小球的最大速度则最大动能根据机械能守恒可知最大弹性势能故B错误，C正确；D．由图像可知小球的位移弹簧对小球做功的功率可见功率的最大值为从平衡位置开始计时，当经历周期时，弹簧振子的速度为0，功率为0，并不是最大功率，故D错误。故选ABD。
12【答案】AC【详解】A．两列波的频率均为则可以发生干涉，选项A正确；C．两振源的相位差为π，而P点到两振源的距离之差为零，则P点为振动减弱点，振幅为零，则时刻处质点的位移为0，选项C正确；B．波长因则时刻由S1在Q点引起的位移为 ，则时刻由S2在Q点引起的位移为则时刻处质点的位移为零，选项B错误；D．时刻波源和的位移相同，根据可知加速度不一定相同，选项D错误。故选AB。
13【答案】 D 11.5 1.3 6.5×10-7
【详解】（1）[1]A．为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，故A错误；B．单缝的作用是产生相干光，所以拿掉单缝不可以看到明显的干涉条纹，故B错误；CD．根据公式可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关，绿光的波长小于红光的波长，若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小，C错误，D正确。故选D。
（2）[2][3][4]由图丙可知，读数为
由图戊可知，读数为
由图乙和图丁可知，A、B两条纹间有4个间距，则两个相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为根据公式代入数据解得所测单色光波长为
14解析：(1)由折射公式有n＝eq \f(sin α,sin r) 可得r＝30°
光在圆弧面上刚好发生全反射，因此有sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(3),2) 临界角C＝60°
由几何关系可知r＋θ＝C θ＝30°。(2)作完整光路图如图所示
由几何关系知O1E＝R，光在E点的反射光线EF平行于AB，
则EF＝Rsin 45°－Rsin 30°＝eq \f(\r(2)－1R,2)
光在材料中传播的速度v＝eq \f(c,n)＝eq \f(\r(3),2)c
因此光在材料中传播时间t＝eq \f(O1E＋EF,v)＝eq \f(\r(6)＋\r(3)R,3c)。
答案：(1)30° (2)eq \f(\r(6)＋\r(3)R,3c)
15[解析] (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，
由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ1,λ2)得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m 根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝eq \f(Δx,λ1)＝eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5 由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝eq \f(1,n)得 这种介质的折射率n′＝eq \f(1,sin 37°)＝eq \f(5,3)
设B光在空气中波长为λ3，则 λ3＝n′λ介＝eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝eq \f(Δx,λ3)＝eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4 可见，用B光做光源，P点为亮条纹。
[答案] (1)暗条纹 (2)亮条纹
【答案】（1） （2） （3）
【详解】（1）设物块B第一次到达Q点的速度为，物块B从Q点到返回P点的过程，由动能定理可得 解得
（2）物块B从与A发生碰撞，到运动至P点的过程做匀速直线运动，后物块B滑上传送带。
第一种情况，若物块B在传送带上一直做匀加速直线运动，碰后物块B的速度最小，设为，由动能定理可得 解得
第二种情况，若物块B在传送带上一直做匀减速直线运动，碰后物块B的速度最大，设为，由动能定理可得
解得
碰后物块B的速度大小范围为
（3）设静止释放后物块A刚到达N点速度为，物块A、B在碰撞后速度分别为和。物块A从释放到刚到达N点，由机械能守恒定律可得

物块A、B发生弹性碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律可得

碰后物块A做简谐运动，物块B先在NQ 段做匀速直线，运动时间为，在左侧轨道做匀减速直线运动后与挡板碰撞，碰后一直匀减速到P点，设整个减速过程时间为，则可得

物块B运动至P点时物块A刚好向右经过N点，利用二者运动时间相等得

其中
联立解得
由于物块B的质量大于0，可得

由碰后物块A继续向左运动，可得
解得
可知，代入数据求得