题目内容
【题目】选修3-4
【1】波源S在t=0时刻从平衡位置开始向上振动,形成向左、右两侧传播的简谐横波。S、a、b、c、和a'、b'、c'是沿波传播方向上的间距为2m的6个质点,t=0时刻各质点均处于平衡位置,如图所示。已知波的传播速度为4m/s,当t=0.25s时波源S第一次达最高点,则下列正确的是 _____
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A.t=5.25s时质点b'处于波谷
B.t=1.35s时质点a的速度正在减小
C.波传到c点时,质点c开始向上振动
D.任意时刻质点a与质点a'振动状态完全相同
E.若接收器向距它20m的波源S匀速远离,接收器接收到的频率将大于1Hz
【2】如图甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆,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,达到稳定时_____摆的振幅最大,图乙是a摆稳定以后的振动图象,重力加速度为g,不计空气阻力,则a摆的摆长为__________
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【3】如图所示,在平静的湖面岸边处,垂钓者的眼晴恰好位于岸边P点正上方0.9 m高度处,浮标Q离P点1.2 m远,鱼饵灯M在浮标正前方1.8 m远处的水下,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,已知水的折射率n=
。
①求鱼饵灯离水面的深度;
②若鱼饵灯缓慢竖直上浮,当它离水面多深时,鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出?
【4】国际权威学术期刊《自然》于2017年11月30日在线发布,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测到电子宇宙射线的一处异常波动,这意味着中国科学家取得了一项开创性发现。有理论预言,当两个暗物质粒子相遇时,由于互为反物质,它们便会湮灭,从而产生出高能的γ射线。假设有一个α粒子(
)和一个反α粒子(
),它们的质量均为m,以相同的动能Ek进行对心碰撞而发生湮灭。已知普朗克常量为h。试回答下列问题:
(1)该反应过程中__________。
A.可能只放出一束光子 B.可能放出两个频率相同的光子
C.可能放出三个频率相同的光子 D.只能放出两个频率相同的光子
(2)该α粒子的动量为__________,其德布罗意波波长为__________。
(3)试计算该反应过程中放出的总能量E_______。(已知真空中光速为c)。
【答案】
【1】CD
【2】c![]()
【3】![]()
【4】B C
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【解析】本题是选修部分的拼盘,各小题相互独立。1考察了机械波,2考察了单摆的周期公式和共振,3考察了光的折射和全反射,4考察了湮灭现象。
【1】A:t=0时刻各质点均处于平衡位置,t=0.25s时波源S第一次达最高点,则波的周期
,波从波源传到b'需要的时间
,则在t=5.25s时质点b'已经振动了4.25s,正在波峰位置。故A项错误。
B:波从波源传到a需要的时间为0.5s,则t=1.35s时质点a已经振动了0.85s,正在从波谷向平衡位置振动,速度正在增大。故B项错误。
C:因波源S起振方向向上,则当波传到c点时,质点c开始向上振动。故C项正确。
D:波从波源传到质点a与质点a'的时间相等,质点a与质点a'同时开始起振,且起振方向一致,则任意时刻质点a与质点a'振动状态完全相同。故D项正确。
E:波的频率是1Hz,根据多普勒效应可知,若接收器向距它20m的波源S匀速远离,接收器接收到的频率将小于1Hz。故E项错误。
综上答案为CD。
【2】当a摆振动的时候,使其余各摆也振动起来,a摆提供驱动力,当驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体的振幅最大,则达到稳定时c摆的振幅最大。
由图乙得
,据单摆的周期公式可得
,解得:![]()
【3】①设入射角、折射角分别为
、
,鱼饵灯离水面深度为
,作出光路如图:
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则
,![]()
据光的折射定律可得:
,解得:![]()
②当鱼饵灯离水面深度为
时,水面PQ间恰无光射出,此时鱼饵灯与浮标的连线和竖直方向的夹角恰好为临界角C,则
,解得:![]()
【4】(1)由题知,有一个α粒子和一个反α粒子,它们的质量均为m,以相同的动能Ek进行对心碰撞而发生湮灭。由于它们的质量相等,动能相等,据动量守恒定律可得,碰撞后的总动量为零。
A:若只放出一个光子,则碰撞后的总动量不为0。故A项错误。
BCD:若产生两个频率相同的光子,当两个光子速度方向相反时,总动量为0,是可能的。
若产生三个频率相同的光子,当三个光子的速度在一个平面内且方向之间的夹角均互为1200时,总动量也为0,是可能的。故BC两项正确,D项错误。
综上答案为BC。
(2)根据动量与动能之间的关系,可得:![]()
其德布罗意波波长![]()
(3) α粒子和反α粒子碰撞湮灭过程中质量亏损为2m,另两个粒子的动能也转化为光子的能量,所以系统放出的总能量