某同学利用焊有细钢针的音叉(固有频率f0)、熏有煤油灯烟灰的均匀金属片和刻度尺来测定重力加速度.他的实验步骤有:
A.将熏有烟灰的金属片静止悬挂,调整音叉的位置,使音叉不振动时,针尖刚好能水平接触金属片,如图甲所示.
B.轻敲音叉,使它振动,同时烧断悬线,使金属片自由下落.
C.从金属片上选取针尖划痕清晰的一段,从某时刻起针尖经过平衡位置的点依次为B、C、D、E、F、G、H,测出它们相邻点之间的距离分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6,如图乙所示.
(1)推导计算重力加速度的表达式:__________.
(2)金属片自由下落后(不计针尖与金属片间的摩擦),图丙中三幅图中,你认为针尖在金属片上的划痕正确的是__________.
(3)若从悬线烧断瞬间开始计时,钢针开始向左振动,且设向左位移为正,钢针振幅为A,金属片下落h时,钢针对平衡位置的位移y的表达式为y=__________.
【解析】:(1)乙图中相邻点间的时间间隔是音叉振动周期的一半,用T表示,则有T=.金属片自由下落是自由落体运动,所以有
g1=,g2=,g3=
g==(b6+b5+b4-b3-b2-b1)f
(2)由于金属片是自由落体运动,速度会越来越大,故选项A、B是不正确的,选项C是符合要求的.
(3)因为音叉振动是简谐运动,故针离开平衡位置的位移变化符合正弦规律变化,考虑到针的开始运动方向与规定的方向相同,故有y=Asin.
现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在图7所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.
(2)本实验的步骤有:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
③用米尺测量双缝到屏的距离;
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意________和________.
【解析】:(1)各光学元件的字母排列顺序应为C、E、D、B、A.
(2)步骤②还应注意单缝和双缝间距5 cm~10 cm,使单缝和双缝相互平行.
图为声波干涉演示仪的原理图.两个U形管A和B套在一起,A管两侧各有一小孔.声波从左侧小孔传入管内,被分成两列频率________的波.当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时,若两列波传播的路程相差半个波长,则此处声波的振幅______;若传播的路程相差一个波长,则此处声波的振幅________.
【解析】:由同一波源分成的两列波频率相同,这符合两列机械波干涉的条件,当两波的路程差等于半波长的奇数倍时,振动减弱,当路程差等于波长的整数倍时,振动加强.
图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.6 s时的波形图,波的周期T>0.6 s,则
( )
A.波的周期为2.4 s
B.在t=0.9 s时,P点沿y轴正方向运动
C.经过0.4 s,P点经过的路程为4 m
D.在t=0.5 s时,Q点到达波峰位置
【解析】:波向x轴负向传播,T>0.6 s,由波形图可知λ=Δx,用时间t=0.6 s=T,T=0.8 s,A错.t=0.9 s=T+0.1 s,P点沿y轴负方向运动,经0.4 s,P点运动半个周期,经过的路程为0.4 m,C错.t=0,x=10 m处质点处在波峰,经0.5 s,波峰向左传Δx′=5 m,故D正确.
图是一个圆柱体棱镜的截面图,图中E、F、G、H将半径OM分成5等份,虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线
( )
A.不能从圆弧射出 B.只能从圆弧射出
C.能从圆弧射出 D.能从圆弧射出
【解析】:由该棱镜的折射率为n=可知其临界角C满足:sinC==,可求出GG1左边的入射光线没有发生全反射,其右边的光线全部发生全反射,所以光线只能从圆弧射出.故B正确.
一列简谐横波在某一时刻的波形图如图中左图所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5 m和x=4.5 m.P点的振动图象如右图所示.
在下列四幅图中,Q点的振动图象可能是
( )
【解析】:由图甲知该波的波长λ=4 m,而P、Q两质点间间距Δx=3 m=λ,则两质点的振动步调相差T,结合图乙知A、D两项皆错误.因波的传播方向未知,故无法判定Q点的振动状态相比于P点是超前还是滞后,B、C皆正确.