- 电磁波及其应用
- 共2372题
利用声波的干涉现象测出某种声波在空气中传播时的波长是0.68m,又知该声波的频率是500Hz,这种声波在空气中的传播速度是_____________m/s
正确答案
340
根据公式
V=
如图所示,沿波的传播方向上有间距为1m的13个质点a.b.c.d.e.f.g.h.I.j.k.l.m,它们均静止在各自的平衡位置。一列横波以1m/s的速度水平向右传播,在t=0时刻到达质点a,且a开始由平衡位置向上振动,在t=1s时刻,质点a第一次达到最高点,求:
①这列波的波长和周期;
②从a开始振动,经过多长时间d点第一次向下达到最大位移;
③在上图中画出d点第一次向下达到最大位移时的波形图像。
正确答案
(1)T=4S,波长4米 (2)t=6S
(3)
略
位于原点O的振源开始振动后0.2s在x轴上形成如图所示的图像,P为x轴上坐标为x=3.5 m的质点,求:
(1)画出再过0.3 s后的波形图;
(2)当P点开始振动时,O点运动情况如何?
正确答案
(1)
(2)
O点应位于波谷
此波在x轴上波速v=s/t=1/0.2="5" m/s,因为在0.2s传播半个波长,所以,此波长:
=1×2 m="2" m.
周期:T=0.2×2 s=0.4 s.
(1)当O点开始振动后,Δt=0.2+0.3=0.5 s后波前到达:
x=v·Δt=5×0.5 m=2.5 m,
经历Δt时间:倍,
所以,O点在正最大位移处.(波峰)
在0~2.5m之间,共有波长数:
,
故其波形图如图所示
(2)P点与O点相距一个波长的
倍,
当波前到达P点时,O点便振动个周期,由于图中波峰在前,说明O点在t=0时刻正通过平衡位置向正y方向运动.那么经过
个周期后,O点应位于波谷.
一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1,在第二种均匀介质中的波长为λ2,且λ2=4λ1,则两种介质中的频率之比为______,波速之比为______.
正确答案
波的频率等于波源的振动频率,则当一列机械波从一种介质进人另一种介质时,其频率保持不变.
即f1:f2=1:1
由v=λf得:v1:v2=λ1:λ2=1:4
故答案为:1:1,1:4
如图12-3-14,实线是某时刻的波形图象,虚线是经0.4 s后的波形图象.
图12-3-14
(1)假设波向右传播,它传播的可能距离、可能速度、最大周期分别是多少?
(2)假设波速是92.5 m/s,波的传播方向如何?
正确答案
(1)s=4(k+)(k=0,1,2,…)
v=10(k+) m/s(k=0,1,2,…)
Tm="5.3" s
(2)波向左传播
(1)波向右传播,经0.4 s后,它传播的距离s=(k+)λ=4(k+
) m(k=0,1,2,…)
可能速度v==
=10(k+
) m/s(k=0,1,2,…)
设可能周期为T,则(k+)T=0.4,T=
(k=0,1,2,…)
则最大周期Tm= s="5.3" s.
(2)若波向右传播,则v=10(k+)(k=0,1,2,…)
若波向左传播,则v==10(k+
)(k=0,1,2,…)
当10(k+)=92.5时,k=9.25-0.75=8.5
10(k+)=92.5时,k=8,k是整数,所以波向左传播.
一列横波在t时刻的波形如图所示,传播方向沿x轴正方向.已知在0.9s末,P质点出现第三次波谷,则从t时刻算起,经多少s在Q点第一次出现波峰(Q点距原点O的距离为8m).
正确答案
1.4s
从图所示中知,P点出现第三次波谷的时间需要经过2周期,即2
T=0.9s,得
T=0.4s.
波向外传播的速度为
v==5m/s.
设从t时刻开始波传至Q点所需时间为,此时的波形应由图(乙)所示,则
=1.1s.
这样Q点从平衡位置开始向y轴负方向运动,第一次到达波峰需要时间为,则
T=0.3s,如图(丙)所示.
故从t时刻算起,须经=1.1+0.3=1.4s时间,在Q点第一次出现波峰.
一列横波沿绳传播,绳上A、B两个质点之间的距离为2m,这两个质点的振动图象如图所示,此横波的波长大于0.6m,小于2m,求这列横波的振幅、频率、波长和波速 .
正确答案
A="2cm" f=2Hz
A="2cm" f=2Hz
由于A、B都作简谐运动且步调相反,所以A、B之间的距离满足
有一沿x轴传播的简谐波,在某时刻的波形曲线如图12-3-10实线所示,经过0.1 s后变成图中虚线所示,求该波的波长λ、波速v各为多少?
图12-3-10
正确答案
①λ="12" m ②向x轴正方向传播:
v=(120n+45) m/s(n=0,1,2,…)
向x轴负方向传播
v=(120n+75) m/s(n=0,1,2,…)
从图中直接读出波长λ="12" m。若波向x轴正向传播,从图中看出在Δt="0.1" s内波向右传播了(nλ+4.5)m,故波速是v==(120n+45) m/s,式中(n=0,1,2,…)
若波向x轴负向传播,从图中看出在Δt="0.1" s内波向左传播了[nλ+(12-4.5)]m,故波速v==(120n+75) m/s。式中(n=0,1,2,…)。
图12-3-9为一列简谐横波在某时刻的波形图,其中M点为介质中一质点,此时刻恰好过平衡位置,已知振动周期为0.8 s,问M至少过多长时间达到波峰位置?
图12-3-9
正确答案
至少再经过0.6 s或0.2 s,M点到达波峰。
题设条件中没有给出M点过平衡位置的振动方向,也没给出波的传播方向,故我们应分情况讨论,当波向右传播时,M点向下振动,则至少经过3T/4才能达到波峰;当波向左传播时,质点M向上振动,则至少需要T/4才能够到达波峰,所以此题应该有两个答案。
一列横波在t=0时刻的波形如图12-3-8所示,传播方向沿x轴正方向。已知在0.9 s末,P点出现第三次波谷,则从零时刻算起,经________s在Q点第一次出现波峰。
图12-3-8
正确答案
1.4 s
波沿x轴正方向传播,质点P此时刻从平衡位置向y轴负方向开始振动,经T/4时间第一次到波谷位置,P点出现第三次波谷经时间,故
="0.9" s得T="0.4" s。波向外传播的速度v=
="5" m/s。
t=0时刻波已传至x="2.5" m处,传至Q点需时间
这样,Q点从平衡位置开始向y轴负方向运动,第一次到波峰还需="0.3" s,故须经1.4 s在Q点第一次出现波峰。
一列简谐横波沿直线传播,在波的传播方向上有P、Q两个质点,它们相距0.8m。当t=0时,P、Q两点的位移恰好是正最大值,且P、Q间只有一个波谷。当t=0.6s时,P、Q两点正好处于平衡位置,且P、Q两点只有一个波峰和一个波谷,且波峰距Q点的距离第一次为0.2m。求:
(1)波由P传至Q,波的周期。
(2)波由Q传至P,波的速度。
(3)波由Q传至P,从t=0时开始观察,哪些时刻P、Q间(P、Q除外)只有一个质点的位移等于振幅。
正确答案
(1) 0.8s (2) 0.33m/s(3)t=nT/2=1.2ns,式中n=0,1,2,3…。
由题意λ=0.8m
(1)若波P传至Q,则t=0.6s=T,解得T=0.8s
(2)波由Q传至P,则t=0.6s=T,解得T=2.4s,波速v=
m/s=0.33m/s
(3)若由Q传至P,则T=2.4s,从t=0时刻开始,每经过半个周期,P、Q间只有一个质点的位移等于振幅,即t=nT/2=1.2ns,式中n=0,1,2,3…。
[选做题]本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答.若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(选修模块3-3)
(1)由以下数据能估算出水分子直径的是______
A.水的质量、水的体积和阿伏加德罗常数
B.水的质量、水的密度和阿伏加德罗常数
C.水的摩尔质量和阿伏加德罗常数
D.水的摩尔体积和阿伏加德罗常数
(2)如图乙所示,用一根与绝热活塞相连的细线将绝热气缸悬挂在某一高度静止不动,气缸开口向上,内封闭一定质量的气体(分子间的相互作用力忽略不计),缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气,现将细线剪断,让气缸自由下落,下列说法正确的是______
A.气体压强减小,气体对外界做功
B.气体压强增大,外界对气体做功
C.气体体积增大,气体内能减小
D.气体体积减小,气体内能增大
(3)如图甲所示,一圆柱形绝热气缸竖直放置,通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体.活塞的质量为m,横截面积为S,此时活塞处于平衡状态,气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体,在气体吸收热量为Q的过程中,气体对活塞做功的大小为W.已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦.求:
①气体的压强;
②加热过程中气体的内能增加量;
B.(选修模块3-4)
(1)下列说法中正确的是______.
A.激光比普通光源的相干性好
B.紫外线在水中的传播速度大于红外线在水中的传播速度
C.在光的衍射实验中,出现明条纹的地方光子到达的概率较大
D.接收电磁波时首先要进行调频
(2)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.2s时刻的波形如图丙中虚线所示,则:
A.质点P的运动方向向右
B.波的周期可能为0.27s
C.波的传播速度可能为630m/s
D.波的频率可能为1.25Hz
(3)如图丁所示,ABC为玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°,∠B=60°,BC=3cm,一条平行于AC边的光线从O点垂直射向棱镜,OC=2cm,已知棱镜对光的折射率为n=1.5,试求光线在棱镜内传播的最短时间是多少?
C. (选修模块3-5)
(1)正电子(PET)发射计算机断层显像的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程.
O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET原理,回答下列问题:
①写出O的衰变的方程式______.
②将放射性同位素O注入人体,
O的主要用途______
A.利用它的射线 B.作为示踪原子
C.参与人体的代谢过程 D.有氧呼吸
③PET中所选的放射性同位素的半衰期应______.(填“长”或“短”或“长短均可”)
(2)一辆小车在光滑水平面上以v1=1m/s的速度向右运动,小车的质量为M=100kg,一质量为m=50kg的人从小车的右端迎面跳上小车,接触小车前的瞬间人的水平速度大小为v2=5.6m/s.求人跳上小车后,人和小车的共同速度和人跳上小车的过程中人对小车做的功.
正确答案
A(1)A、已知水的质量、水的体积和阿伏加德罗常数,
不知道水的摩尔质量,求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故A错误;
B、已知水的质量、水的密度和阿伏加德罗常数,不知道水的摩尔质量,
求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故B错误;
C、已知水的摩尔质量和阿伏加德罗常数,不知道水的摩尔质量,
求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故C错误;
D、已知水的摩尔体积和阿伏加德罗常数,可以求出1摩尔体积的分子数,
摩尔体积处于该体积的分子数等于每个分子的体积,然后利用体积公式可以求出分子直径,故D正确;故选D.
(2)设大气压为P0,气缸质量为M,横截面积为S,则气缸内气体压强P=P0-,剪断细线后,气缸自由下落,
处于完全失重状态,气缸内气体压强P=P0,缸内气体压强变大,气体体积减小,外界对气体做功,气体内能增大,
故AC错误,BD正确,故选BD.
(3)①活塞受到竖直向下的重力mg,向下的大气压力P0S,向上的气体支持力PS,
活塞处于平衡状态,由平衡条件得:mg+P0S=PS,则缸内气体压强P=P0+;
②由热力学第一定律得,气体内能的增量△U=Q-W.
B、(1)A、激光比普通光源的相干性好,故A正确;
B、光在介质中的传播速度v=,在水中紫外线折射率大于红外线的折射率,因此紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度,故B错误;
C、在光的衍射实验中,出现明条纹的地方光子到达的概率较大,故C正确;
D、接收电磁波时首先要进行解调,故D错误;故选AC.
(2)A、介质中的质点只在平衡位置附近振动,并不随波进行迁移,故A错误;
B、由图丙所示波形图可知,波向右传播的距离x=(n+)λ=6m,则△t=t′-t=0.2s=(n+
)T,
T=,n=0、1、2、3…,波的周期小于等于0.2s,故B错误;
C、由波形图可知,波长λ=24m,波向右传播的路程s=x=(n+)λ=x=(n+
)×24=24n+6,
波速v==
=120n+30(m/s),n=0、1、2、3…,当n=5时,v=630m/s,故C正确;
D、波的周期T=,n=0、1、2、3…,频率f=
=5n+1.25(Hz),n=0、1、2…,
当n=0时,f=1.25Hz,故D正确;故选CD.
(3)如右图所示,光线进入棱镜后在AB面上经一次全反射,
再从AC边上折射出来的路程最短,此时传播时间最短,
最短传播时间:t=+
,v=
,
故最短时间为t=2.2×10-10(s);
C、(1)①由质量数与核电荷数守恒可知,反应方程式是:
O→
N+
e;
②由题意可知,正电子可以显示氧在人体内的运动轨迹,因此O的主要用途是B、作为示踪原子.
③氧在人体内的代谢时间不长,因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短.
(2)人在落到小车上的过程中人和车系统动量守恒:-mv2+Mv1=(m+M)v,
可得人车共同速度为v=-1.2m/s 负号表示速度方向与小车原来的运动方向相反.
人跳上小车的过程中,对小车所做的功等于小车的动能增量W=Mv2-
M
,
解得:W=22(J);
故答案为:A(1)D;(2)BD;(3)①压强为P=P0+;②△U=Q-W;
B:(1)AC;(2)CD;(3)t=2.2×10-10(s);
C:(1)①O→
N+
e;②B;③短;
(2)人车共同速度为v=-1.2m/s,负号表示速度方向与小车原来的运动方向相反.
对小车所做的功为22J.
物理--物理3-4
湖面上一点O上下振动,振幅为0.2m,以O点为圆心形成圆形水波,如图所示,A、B、O三点在一条直线上,OA间距离为4.0m,OB间距离为2.4m.某时刻O点处在波峰位置,观察发现2s后此波峰传到A点,此时O点正通过平衡位置向下运动,OA间还有一个波峰.将水波近似为简谐波.
(1)求此水波的传播速度、周期和波长.
(2)以O点处在波峰位置为0时刻,某同学打算根据OB间距离与波长的关系确定B点在0时刻的振动情况,画出B点的振动图象.你认为该同学的思路是否可行?若可行,画出B点振动图象;若不可行,请给出正确思路并画出B点的振动图象.
正确答案
(1)波速v==
=2m/s
由题意可知OA间相距个波长,则对应
个周期;故由△t=
T可得:
周期T=1.6s;
则波长λ=vT=3.2m;
该水波的传播速度为2m/s,周期为1.6s,波长为3.2m;
(2)OB相距2.4m=λ=
λ,故O在波峰处时,B在平衡位置向下振动;
故可画出此后B的振动图象;
故可行
振动图象如图.
一列横波在x轴上传播,a、b是x轴上相距sab=6 m的两质点。t=0时,b点正好到达最高点,且b点到x轴的距离为4 cm,而此时a点恰好经过平衡位置向上运动,已知这列波的频率为25 Hz。
(1)求经过时间1s,a质点运动的路程;
(2)设a、b在x轴上的距离大于一个波长,求该波的波速。
正确答案
解:(1)质点a一个周期运动的路程s0=4A=0.16 m
1s内的周期数是
1s内运动的路程s=ns0=4 m
(2)波由a传向b,
波由b传向a,
本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答,若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(选修模块3-3)
B.(选修模块3-4)
(1)惯性系S中有一边长为l的正方形(如图1所示),从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是______.
(2)一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播.已知t=0时的波形如图2所示.则a 点完成一次全振动的时间为______s;a点再过0.25s时的振动方向为______(y轴正方向/y轴负方向).
(3)为测量一块等腰直角三棱镜△ABC的折射率,用一束激光沿平行于BC边的方向射向AB边,如图3所示.激光束进入棱镜后射到AC边时,刚好能发生全反射.该棱镜的折射率为多少?______
C.(选修模块3-5)
(1)下列关于近代物理知识说法,你认为正确的是______.
A.用电子流工作的显微镜比用相同速度的质子流工作的显微镜分辨率高
B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量的量子化
C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太长
D.按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加
(2)光照射到金属上时,一个光子只能将其全部能量传递给一个电子,一个电子一次只能获取一个光子的能量,成为光电子,因此极限频率是由______(金属/照射光)决定的.如图4所示,当用光照射光电管时,毫安表的指针发生偏转,若再将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数不可能______(变大/变小/不变).
(3)如图5总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为υ0,方向水平.刚释放时火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气,火箭相对于地面的速度变为多大?______.
正确答案
B、(1)正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动,根据相对论效应可知,沿x轴方向正方形边长缩短,而沿y轴方向正方形边长没有改变,则其形状变成长方形.故C正确.
故选C
(2)根据波形图得到波长为4m,根据波速与波长的关系公式v=,得到周期为T=1s,则
a点完成一次全振动的时间为1s.
波速沿x轴正方向传播,再过0.25s,即再过T,波形图向右平移
λ,可以看出a点正在向y轴负方向运动;
(3)由图光线在AB面上入射角为i=45°,设折射角为α,光线射到AC面时入射角为β.由题,激光束进入棱镜后射到AC边时,刚好能发生全反射,则β恰好等于临界角C,由折射定律得:
n=…①
sinC=sinβ=…②
由几何知识得,α+β=90°,则得到:
cosα=…③
由①②③解得:n=
B、
(1)A、根据λ=与电子流速度相同的质子流具有更短的波长,即具有更高分辨率,A错误;
B、为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量的量子化,B正确;
C、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,则入射光子的频率小,波长长.故C正确.
D、按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加,故D正确
故选BCD
(2)极限频率γ=,W是金属的逸出功,所以极限频率是由金属的逸出功决定的.如图光电管加上正向电压,当用光照射光电管时,光电流可能增大,也可能达到饱和电流,将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数可能变大,也可能不变,不可能变小.
(3)根据动量守恒定律得 Mv0=-mu+(M-m)v,
解得,v=.
故答案为:
B、(1)C
(2)1,y轴负方向
(3)该棱镜的折射率为.
C、(1)BCD
(2)金属,变小
(3)
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