2.开发利用太阳能,将会满足人类长期对大量能源的需求.太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式.太阳能热水器的构造示意图如右图所示,下方是像日光灯管似的集热管,由导热性能良好的材料制成,在黑色管的下方是一块光亮的铝合金反光板,做成凹凸一定的曲面.

(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应,水箱为何安装在顶部而非下部?

(2)图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射下水将沿________时针方向流动,这是因为____________________.C是辅助加热器,其作用是____________________.请在右图中适当位置安上进水阀门和出水阀门,并说明选择位置的理由.

[答案] (1)见解析 (2)顺,见解析

[解析] (1)日光灯管似的集热管面积较大,便于吸收较多的太阳能;外有透明玻璃管,内有黑色管子,使阳光能直射入玻璃管而不易被反射;在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,减少两管间因空气对流引起的热损失,减少热传导;集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸一定的曲面,使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内,水箱安装在顶部而非下部,便于水的对流.

(2)集热器中的水被太阳光晒热后密度变小,受浮力作用沿管向右上方运动;在阴天用电加热的方式使水温升高;在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门,在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门,可使热水流出,冷水得以补充.

12.(1)一列简谐横波沿x轴正方向传播,位于原点的质点的振动图象如图甲所示,则该质点的振幅是________cm,振动周期是________s图乙为该波在某一时刻的波形图,质点A位于x=0.5m处,则该波的传播速度是________m/s,质点A由图示位置再经过1.35s时间所通过的路程是________cm.

(2)根据相对论原理,下列说法中正确的是________.

A.按照相对论来讲,一个真实的、静止质量不为零的物体,相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速c

B.按照相对论及基本力学规律可推出质量和能量的关系为Emc2

C.某个静质量为m0的物体,相对它静止的观察者测其质量为mm0,能量为EE0m0c2,称为静能量,这表明任何静质量不为零的物体,都贮存着巨大的能量

D.按照相对论来讲,物理规律在一切惯性参考系中可以具有不同的形式

(3)在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示,有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合,已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径是多少?

[答案] (1)8 0.2 10 216 (2)ABC (3)2r

[解析] (1)由振动图象可以直接读出振幅A=8cm,周期T=0.2s;再由波动图象可以读出波长λ=2m,根据v=得v=10m/s;因为质点A的图示位置在波峰处,所以路程s=×4A=×4A=216cm.

(2)按照相对论的结论,m=,这表明高速运动的物体其质量的测量值会非常大,并随着速度趋于光速而无限增大,一个真实的物体,其质量是确定值、有限大,所以按照相对论来讲,一个真实的、静止质量不为零的物体,相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速c,选项A说法是对的;质能关系可以按照相对论及基本力学规律推出,所以选项B的说法也是对的;按照狭义相对论的两个基本假设,物理规律在一切惯性参考系中都是相同的,所以选项D说法错误,故本题的正确选项为ABC.

(3)当光线到达玻璃圆锥的侧面时,根据几何关系,相对于玻璃和空气的界面,入射角为60°,因光线在玻璃中发生全反射的临界角的正弦值sinC==

而sini=sin60°=>,故光线在侧面发生全反射,然后垂直射向另一侧面,并射出圆锥.

如图所示,由几何关系可知,△ABC为等边三角形,△ACD也为等边三角形,故光束在桌面上形成的光斑半径为2r

11.(1)如图所示,一列简谐横波沿+x方向传播.已知t=0时,波传播到x轴上的质点B,在它左边的质点A位于负的最大位移处;在t=0.6s时,质点A第二次出现在正的最大位移处.则这列波的波速是________m/s.这段时间内质点D运动的路程是________m.

(2)关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是________.

A.恒定的电场能够产生电磁波

B.电磁波既有纵波,又有横波

C.电磁波从空气进入水中时,其波长变长了

D.雷达用的是微波,是由于微波传播的直线性好,有利于测定物体的位置

(3)如图所示,半圆形玻璃砖的半径为R,光屏PQ置于直径的右端并与直径垂直,一复色光与竖直方向成α=30°角射入玻璃砖的圆心,由于色光中含有两种单色光,故在光屏上出现了两个光斑,玻璃对两种单色光的折射率分别为n1=和n2=,求:

①这两个光斑之间的距离;

②为使光屏上的光斑消失,复色光的入射角至少为多少?

[答案] (1)5 0.1 (2)D (3)① ②45°

[解析] (1)由题意可知:波长λ=2m,1.5T=0.6s,则T=0.4s,可得v==5m/s.波由B点刚传到D点的时间t1==s=0.4s,则在0.2s即半个周期内,质点D运动了2A=0.1m.

(2)由麦克斯韦电磁场理论可知,周期性变化的电场(磁场)才能产生电磁波,恒定的电场不能产生电磁波,A错;电磁波的传播方向与EB两个振动矢量的方向均垂直,是横波,B错;电磁波由空气进入水中传播时,速度变小,波长变短了,C错误;电磁波遇到障碍物要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特征工作的,故所用的电磁波传播的直线性要好,而微波就具有这样的特点,D正确.

(3)①作出光路如图所示,由折射定律有:n1=,n2

代入数据得:= =

解得:β1=45° β2=60°

abPbPaRtan45°-Rtan30°=(1-)R

②当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失,且玻璃对其折射率为n2的色光先发生全反射,故sinC==,即入射角αC=45°.

10.(1)如图所示,按照狭义相对论的观点,火箭B是“追赶”光的;火箭A是“迎着”光飞行的,若火箭相对地面的速度为v,则火箭A上的观察者测出的光速为________,火箭B上的观察者测出的光速为________.

(2)某同学在做测玻璃折射率的实验中,使用的是半圆形玻璃砖,P1P2P3P4是按顺序插在软木板上的大头针,如图所示.下述关于实验操作中的做法,正确的是________.

A.若任意选了P1P2连线的方向和入射点A的位置,都可以在圆弧右侧适当位置处插上第三个大头针,使其同时挡住P1P2的像

B.如果入射点A恰在玻璃砖圆心处,可不使用大头针P4

C.可以用P1P2连线作为入射光线,也可以用P4P3连线作为入射光线

D.为减小误差,P1P2间距和P3P4间距应适当大一些

(3)一均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点间的距离均为0.1m,如图(a)所示.一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,振幅为0.2m,经过时间0.3s,第一次出现如图(b)所示的波形.

①求该列横波传播的速度;

②写出质点1的振动方程;

③在介质中还有一质点PP点距质点1的距离为10.0m,则再经多长时间P点处于波峰?

[答案] (1)C C (2)BCD (3)①4m/s

②-0.2sin10πtm ③2.35s

[解析] (1)根据狭义相对论的基本假设,光速在任何惯性参考系中都是相同的.所以两个火箭中的观察者测出的光速都为c.

(2)任何光线都能从空气射进玻璃,但从玻璃射向空气时可能会发生全反射,当AB光线入射角大于临界角时,则在B右侧没有出射光线A项错误;如果入射点A恰在玻璃砖圆心处,则在A点的折射光线沿半径方向射进棱镜,也将沿半径方向射出棱镜,在界面B处方向不改变,故插上P3后,即可作出折射光线,B项正确;因为光路是可逆的,所以C项正确;D项所述是为减小误差所必须的.

(3)①由于质点1起振方向向下,故最前面质点的起振方向也向下,t=0.3s时的波形为

可知0.3s内波传播了Δx=1.5λ=1.2m,故波速v==m/s=4m/s

②质点的振动周期等于波传播的周期T=0.2s,故ω==10π,质点的振动方程为y=-Asinωt(m)=-0.2sin10πt(m)

t=0.3s时,最前面的波峰为质点7,故波峰传到P点的时间

Δt′==s=2.35s

9.(1)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速为0.5m/s,在某时刻波形如图中实线所示,经过一段时间后波形如图中虚线所示,在这段时间里,图中P点处的质元通过的路程可能是________.

A.0.4m  B.0.5m  C.0.6m  D.0.7m

(2)某学生利用单摆做测定重力加速度的实验,其具体操作如下:

A.在铁架台上固定一个夹子,把单摆的摆线夹在夹子上

B.用刻度尺和游标卡尺测出摆长l

C.将摆球向一侧偏离30°后由静止释放摆球

D.在释放摆球的同时开始计时

E.记下摆球完成n次(大于30次)全振动的时间t

F.把所得数据代入公式

该学生的上述操作中,错误的是________.(只填字母代号)

(3)如图所示,是一种折射率n=1.5的棱镜,现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB界面上,入射角的正弦sini=0.75.求:

①光在棱镜中传播的速率;

②通过计算确定此束光线射出棱镜后的方向(不考虑返回到AB面上的光线).

[答案] (1)C (2)CD (3)①2×108m/s ②见解析图

[解析] (1)根据题意分析可知,P点处的质元开始振动的方向沿y轴的正方向,由于它在一个周期内通过的路程为振幅的4倍(即4AA=0.2m),所以图中P点处的质元通过的路程可能是s=4nA+3A=0.6+0.8n(n=0,1,2,3,…),所以答案为C.

(2)利用单摆测定重力加速度时,要求单摆做简谐运动,摆角不超过5°,所以C操作错误.为了减小实验误差,在测量周期时应该在摆球摆到最低点时开始计时,所以D操作是不妥的,所以答案为CD.

(3)①由n=,解得:v=2.0×108m/s

②该棱镜发生全反射的临界角为α=arcsin=arcsin0.667<45°

如图所示,设光线进入棱镜后的折射角为r,根据n=,解得sinr=0.5,所以r=30°,光线射到BC界面的入射角为i1=90°-(180°-60°-75°)=45°,所以在BC界面发生全反射,光线沿DE方向射出棱镜时不改变方向,故此束光线射出棱镜后方向与AC界面垂直

 0  139015  139023  139029  139033  139039  139041  139045  139051  139053  139059  139065  139069  139071  139075  139081  139083  139089  139093  139095  139099  139101  139105  139107  139109  139110  139111  139113  139114  139115  139117  139119  139123  139125  139129  139131  139135  139141  139143  139149  139153  139155  139159  139165  139171  139173  139179  139183  139185  139191  139195  139201  139209  447348 

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