人教版高中物理选修3-4综合测试含答案和详细解析

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2020年秋人教版高中物理选修3-4综合测试
本试卷共100分，考试时间120分钟。

一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹．在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为()
A．月球太冷，声音传播太慢
B．月球上没有空气，声音无法传播
C．宇航员不适应月球，声音太轻
D．月球上太嘈杂，声音听不清楚
2.小明同学在实验室里用插针法测平行玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)．在以后的操作说法中你认为正确的一项是()
A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上
B．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上
C．若保持O点不动，减少入射角，在bb′侧调整观察视线，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上
D．若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′界面发生全反射．
3.一列简谐机械横波沿x轴正方向传播，波速为2 m/s.某时刻波形如图所示，a、b两质点的平衡位置的横坐标分别为xa＝2.5 m，xb＝
4.5 m，则下列说法中正确的是()
A．质点a振动的周期为6 s
B．平衡位置x＝10.5 m处的质点(图中未画出)与a质点的振动情况总相同
C．此时质点a的速度比质点b的速度大
D．经过个周期，质点a通过的路程为2 cm
4.关于简谐运动，以下说法正确的是()
A．物体做简谐运动时，系统的机械能一定不守恒
B．简谐运动是非匀变速运动
C．物体做简谐运动的回复力一定是由合力提供的
D．秒摆的周期正好是1 s
5.一列简谐波沿x轴正方向传播，在t＝0时刻的波形如图所示，已知波的速度为10 m/s.则t＝0.2 s 时刻正确的波形应是下图中的()
A． B．
C． D．
6.如图甲为一列横波在t＝0时的波动图象，图乙为该波中x＝4 m处质点P的振动图象，下列说法正确的是：①波速为4 m/s；②波沿x轴正方向传播；③再过0.5 s，P点向右移动2 m；④再过0.5 s，P点振动路程为0.4 cm()
A．①②
B．①③
C．①④
D．②④
7.在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，闪光到达车厢后壁时，一只小猫在车厢后端出生，闪光到达车厢前壁时，两只小鸡在车厢前端出生．则()
A．在火车上的人看来，一只小猫先出生
B．在火车上的人看来，两只小鸡先出生
C．在地面上的人看来，一只小猫先出生
D．在地面上的人看来，两只小鸡先出生
8.一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示，已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5 s，b 和c之间的距离是5 m，以下说法正确的是()
A．此列波的波长为2.5 m
B．此列波的频率为2 Hz
C．此列波的波速为2.5 m/s
D．此列波的传播方向为沿x轴正方向传播
9.如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭A是迎着光飞行的，火箭B是“追赶”着光飞行的，若火箭相对地面的速度为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为()
A．c＋v c－v
B．c－v c＋v
C．c c
D．无法确定
10.如图所示，一玻璃棱镜的横截面是等腰△abc，其中ac面是镀银的，现有一光线垂直于ab面入射，在棱镜内经过两次反射后垂直于bc面射出，则()
A．∠a＝30°，∠b＝75°
B．∠a＝32°，∠b＝74°
C．∠a＝34°，∠b＝73°
D．∠a＝36°，∠b＝72°
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)纳米科技是跨世纪新科技，将激光束的宽度聚集到纳米级范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，这是利用了激光的()
A．单色性
B．方向性
C．高能量
D．粒子性
12.(多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是()
A．机场车站所用的测试人体温度的测温仪应用的是紫外线
B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备
C．γ射线可以用来治疗某些癌症
D．医院给病人做的脑部CT利用的是X射线的穿透本领较强
13.(多选)如图甲所示，在升降机的顶部装了一个能够显示拉力大小的传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一个质量为m的小球，若升降机在匀速运行过程中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力F随时间t的变化关系如图乙所示，g为重力加速度，则()
A．升降机停止前在向下运动
B． 0－t1时间内小球处于失重状态，速率不断增大
C．t2－t3时间内小球处于超重状态，速率不断减小
D．t2－t4时间内小球处于超重状态，速率先减小后增大
14.(多选)假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过
程中，下列说法正确的是()
A．当汽车向你驶来时，听到声音的频率大于300 Hz
B．当汽车向你驶来时，听到声音的频率小于300 Hz
C．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率大于300 Hz
D．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率小于300 Hz
三、实验题(共1小题,每小题10.0分,共10分)
15.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，用主尺最小分度为1 mm，游标上有20个分度的卡尺测量金属球的直径，结果如图甲所示，
(1)可以读出此金属球的直径为______mm.
(2)单摆细绳的悬点与拉力传感器相连，将摆球拉开一小角使单摆做简谐运动后，拉力传感器记录了拉力随时间变化的情况，如图乙所示，则该单摆的周期为______s.
四、计算题(共3小题,每小题10.0分,共30分)
16.如图所示为某课外探究小组所设计的实验装置：把一个质量为M的长方形框架A静止放在水平地面上．一个轻弹簧上端与框架A的顶端相连，下端与质量为m的小球B相连，B的下面再通过轻质细线与小球C相连．整体处于静止状态．现剪断细线，把小球C拿走，小球B便开始上下做简谐运动．实验表明，小球C的质量存在一个临界值，超过这个临界值，当剪断细线拿走小球C 后，小球B向上做简谐运动的过程中，框架A会离开地面．试求小球C的这一质量的临界值．
17.某做简谐运动的物体，其位移与时间的变化关系式为x＝10sin 5πt cm，由此可知：
(1)物体的振幅为多少？
(2)物体振动的频率为多少？
(3)在时间t＝0.1 s时，物体的位移是多少？
18.如图所示，小车质量为M，木块质量为m，它们之间的最大静摩擦力为F f，在劲度系数为k的轻弹簧作用下，沿光滑水平面做简谐振动．木块与小车间不发生相对滑动．小车振幅的最大值为多少？
答案解析
1.【答案】B
【解析】两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件，没有介质，故B选项正确．
2.【答案】C
【解析】光线通过平行玻璃砖后，根据折射定律得知，出射光线与入射光线平行，故在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4不可能插在①线上，故A错误．由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后光线向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向②一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故B错误．若保持O点不动，减少入射角，出射光线折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故C正确．若保持O 点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，在bb′侧调整观察视线，会看不清P1和P2的像．根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故D错误．
3.【答案】B
【解析】质点的振动周期为T＝＝s＝4 s，A错误；平衡位置x＝10.5 m处的质点与a质点相差一个波长，所以它们的振动情况总相同，B正确；因为此时刻a质点离平衡位置比b质点离平衡位置较远，所以此时质点a的速度比质点b的速度小，C错误；根据a点的位置，则经过个周期，质点a通过的路程小于2 cm，选项D错误．
4.【答案】B
【解析】简谐运动的过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒，是等幅振动，故A错误；回复
力满足F＝－kx的是简谐运动；其合力是变化的，故是非匀变速运动，故B正确；回复力可以是合力也可以是某个力的分力，故C错误；秒摆的摆长是1 m，其周期约为2 s，故D错误．
5.【答案】A
【解析】由波形图可知波长λ＝4.0 m，周期T＝＝0.4 s，再经过半个周期即t＝0.2 s时刻x＝0处质点位于波谷位置，A正确．
6.【答案】C
【解析】波长为4 m，周期为1 s，波速为v＝＝＝4 m/s；t＝0时，质点P向上振动，波沿x轴负方向传播；再过0.5 s，P点仍在平衡位置附近振动，质点不随波迁移；再过0.5 s，即半个周期，P点振动路程为2A＝0.4 cm，故①④正确，选C.
7.【答案】C
【解析】火车中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，光源在车厢中央，闪光同时到达前后两壁，则在火车上的人看来，小猫和小鸡同时出生，故A、B错误；地面上的人认为，地面是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向前传播的路程长些，到达前壁的时刻晚些，故在地面上的人看来，一只小猫先出生，故C正确，D错误．
8.【答案】D
【解析】相邻两个波峰或者波谷之间的距离就是一个波长，b和c之间的距离就是一个波长即5 m，A项错；而a、b之间距离为半个波长，波从a传到b所用时间为半个周期，即T＝0.5 s，所以周期为1 s，频率f＝1 Hz，B项错；波速v＝＝5 m/s，C项错；质点b的起振时刻比质点a延迟，说明波是从a向b传播即沿x轴正向，D项对．
9.【答案】C
【解析】根据光速不变原理，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，因此在火箭A，B两个惯性参考系中，观察者测量到的光速一样大，均为c，故C正确．
10.【答案】D
【解析】设∠a＝θ，∠b＝α，由几何关系可得：
θ＋2α＝180°，①
2θ＝α. ②
联立①②式得，θ＝36°，α＝72°
11.【答案】BC
【解析】因为激光具有非常好的方向性和非常高的能量，可以用于医疗卫生，故B、C正确．
12.【答案】BCD
【解析】一切物体均发出红外线，随着温度不同，辐射强度不同，人体温度的测温仪应用的是红外线，故A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置，借助于多普勒效应现象，故B 正确；γ射线可以用来治疗某些癌症，故C正确；给病人做的脑部CT利用的是X射线的穿透本领较强，故D正确．
13.【答案】CD
【解析】升降机在匀速运行过程中突然停止，由于惯性，小球会继续沿着原来的运动方向运动一段时间，匀速运动时弹簧是拉伸状态，而后传感器显示的力在不断减小，表明弹簧形变量在减小，故向上运动，A错误；0－t1时间内拉力小于重力，即失重，加速度向下为失重，且向上运动，故向上减速，B错误；结合前面分析可得：0－t1时间内小球向上减速，t1－t2时间内小球向下加速，t2－t3时间内小球向下减速，t3－t4时间内向上加速，具有向上的加速度处于超重状态，故C、D正确．
14.【答案】AD
【解析】根据多普勒效应规律，当汽车向你驶来时，听到的喇叭声音的频率大于300 Hz, C、B错误，当汽车和你擦身而过后，听到的喇叭声音的频率小于300 Hz，A、D对．
15.【答案】(1)18.40(2)2.0
【解析】(1)主尺读数为18 mm，游标尺读数为0.05 mm×8＝0.40 mm；
故金属球直径为18 mm＋0.40 mm＝18.40 mm；
(2)单摆摆动过程中，每次经过最低点时拉力最大，每次经过最高点时拉力最小，拉力变化的周期为1.0 s，故单摆的摆动周期为2.0 s.
16.【答案】M＋m
【解析】设小球C的质量临界值为m0，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g；
(1)弹簧下端只挂小球B时，当B静止不动时，设弹簧伸长量为x1，对B，有：
mg＝kx1①
(2)小球B下面再挂上C时，当B和C静止不动时，设弹簧再伸长x2，对B和C，有：
(m＋m0)g＝k(x1＋x2)②
(3)细线剪断，小球C拿走后，小球B运动到最高点时，框架A对地面的压力最小为零，此时设弹簧压缩量为x3，对框架A，有：
Mg＝kx3③
根据简谐运动的对称规律，有：
x1＋x3＝x2(等于振幅A)④
联立解得
m0＝M＋m
即小球C的质量的临界值为M＋m.
17.【答案】(1)10 cm(2)2.5 Hz(3)10 cm
【解析】简谐运动的表达式x＝A sin(ωt＋φ)，比较题中所给表达式x＝10sin 5πt cm可知：
(1)振幅A＝10 cm.
(2)物体振动的频率f＝＝Hz＝2.5 Hz.
(3)t＝0.1 s时位移x＝10sin(5π×0.1) cm＝10 cm.
18.【答案】
【解析】当M与m间的静摩擦力达到最大值F f时，二者做简谐运动的振幅最大，设为A，此时二者的加速度相同，设为a，先对整体由牛顿第二定律有：kA＝(m＋M)a，再隔离m，对m由牛顿第
二定律有F f＝ma，解得：A＝.。