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中四物理练习卷：波、光与声音（12 题・100 分・75 分钟・附答案）｜原创模拟试题
练习卷 · DSE 物理：波、光与声音全卷
本卷 12 题、100 分、75 分钟，覆盖中四物理波动单元：波速与周期、回声测距、折射与全内反射、凸透镜成像、弦上驻波、电磁波、双缝干涉、超声波、水波折射、共鸣管与声速实验；数值全部由程式自算，附评分要点。
卷面资料 年级：中四（S4） ｜ 科目：物理 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
甲部：波的基本性质与声音（32 分）
甲部全部题目必答。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | （波的要素）某声波在空气中的频率为 250 Hz，波长为 1.36 m。（a）求波速（3 分）；（b）求周期并以毫秒表示（3 分）；（c）若此波进入另一介质，频率不变而波长变为 0.68 m，求新波速并解释频率为何不变（2 分）。 | 答案：（a）v = fλ = 250 × 1.36 = 340.0 m/s。（b）T = 1 ÷ f = 1 ÷ 250 = 4.0 ms。（c）v = fλ = 250 × 0.68 = 170.0 m/s；频率由波源决定，介质只改变波速与波长。评分要点：单位换算 1 分；周期取倒数，不可与波长混淆。 |
| 2 | （回声测距）某人向峭壁高声呼喊，0.80 s 后听到回声，空气中声速取 340 m/s。（a）求人与峭壁的距离（3 分）；（b）若冬夜声速降为 320 m/s，回声要多久才听到（3 分）；（c）解释计算距离时为何要把声波路程除以 2（2 分）。 | 答案：（a）s = vt ÷ 2 = 340 × 0.80 ÷ 2 = 136.0 m。（b）t = 2s ÷ v = 2 × 136.0 ÷ 320 = 0.85 s。（c）声波由人传到峭壁再反射回来，共走了两倍距离，故路程要除以 2。评分要点：忘记除以 2 只得一半分；单位 m 与 s 不可漏。 |
| 3 | （折射与全内反射）一束光由空气以 30° 入射角射入折射率 1.5 的玻璃，取真空中光速 3.0 × 10⁸ m/s。（a）用斯涅尔定律求折射角（3 分）；（b）求光在玻璃中的速度（3 分）；（c）求玻璃对空气的临界角（2 分）。 | 答案：（a）sin r = sin 30° ÷ 1.5 = 0.5 ÷ 1.5 = 0.333，r = 19.5°。（b）v = c ÷ n = 3.0 × 10⁸ ÷ 1.5 = 2.0 × 10⁸ m/s。（c）sin c = 1 ÷ 1.5 = 0.667，c = 41.8°。评分要点：入射角由法线量度；临界角只在光由光密介质射向光疏介质时存在。 |
| 4 | （凸透镜成像）焦距 10 cm 的凸透镜前 15 cm 处放一物体。（a）用透镜公式求像距（3 分）；（b）求放大率（3 分）；（c）描述像的性质（2 分）。 | 答案：（a）1/f = 1/u + 1/v，1/10 = 1/15 + 1/v，1/v = 1/30，v = 30.0 cm。（b）m = v ÷ u = 30.0 ÷ 15 = 2.0。（c）物距大于焦距一倍而小于两倍，像是倒立、放大、实像，可用屏幕接收。评分要点：公式符号正确 1 分；像的性质三项齐全才给 2 分。 |
乙部：波动现象、驻波与干涉（36 分）
乙部全部题目必答。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | （弦上驻波）一条长 1.2 m、两端固定的弦以 120 Hz 振动时形成 3 个波腹。（a）求波长（3 分）；（b）求弦上波速（3 分）；（c）求此弦的基频（3 分）。 | 答案：（a）λ = 2L ÷ n = 2 × 1.2 ÷ 3 = 0.8 m。（b）v = fλ = 120 × 0.8 = 96.0 m/s。（c）基频对应 n = 1，f₁ = f₃ ÷ 3 = 40.0 Hz。评分要点：波腹数等于谐波次数；基频不可直接写 120 Hz。 |
| 6 | （电磁波）某电台以 100 MHz 发射无线电波，取真空光速 3.0 × 10⁸ m/s。（a）求波长（3 分）；（b）求周期并以纳秒表示（3 分）；（c）比较无线电波与 X 射线的频率、能量及在真空中的速度（3 分）。 | 答案：（a）λ = c ÷ f = 3.0 × 10⁸ ÷ 100 × 10⁶ = 3.0 m。（b）T = 1 ÷ f = 10.0 ns。（c）无线电波频率低、能量低、波长长；X 射线频率高、能量高、波长短；两者同为电磁波，在真空速度同为 3.0 × 10⁸ m/s。评分要点：速度相同是关键得分点。 |
| 7 | （双缝干涉）以波长 600 nm 的单色光照射缝距 0.30 mm 的双缝，在 1.0 m 外的屏幕观察条纹。（a）求相邻亮纹间距，以 mm 表示（3 分）；（b）若缝距加倍，条纹间距变为多少（3 分）；（c）若改用波长 400 nm 的光而缝距不变，间距变为多少（3 分）。 | 答案：（a）x = λD ÷ a = 600 × 10⁻⁹ × 1.0 ÷ 0.30 × 10⁻³ = 2.0 mm。（b）x 与缝距成反比，缝距加倍则 x = 1.0 mm。（c）x 与波长成正比，x = 1.33 mm。评分要点：nm 转 m 的 10⁻⁹ 换算必错不得分；只改一项条件时另一项要保持不变。 |
| 8 | （超声波）蝙蝠发出 40 kHz 的超声波导航，空气中声速取 340 m/s。（a）求超声波波长，以 mm 表示（3 分）；（b）人耳听觉上限约 20 kHz，求其对应波长（3 分）；（c）说明超声波适合用于医学成像的两项原因（3 分）。 | 答案：（a）λ = v ÷ f = 340 ÷ 40 000 = 8.5 mm。（b）λ = 340 ÷ 20 000 = 17.0 mm。（c）超声波波长短、方向性好，可分辨细小结构；且人耳听不到，不造成噪音干扰。评分要点：每项原因 1.5 分；只写“频率高”而不说作用只得半分。 |
丙部：光学、介质与实验分析（32 分）
丙部全部题目必答。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | （水波折射）水波在深水区以 5.0 Hz 振动、波速 0.30 m/s，进入浅水区后波速降为 0.20 m/s。（a）求深水区波长（3 分）；（b）求浅水区波长，并说明频率为何不变（3 分）；（c）判断波线进入浅水区时偏向法线还是远离法线（2 分）。 | 答案：（a）λ = v ÷ f = 0.30 ÷ 5.0 = 0.06 m。（b）λ = 0.20 ÷ 5.0 = 0.04 m；频率由波源决定，进入不同深度不改变。（c）浅水区波速较慢，波线向法线偏折（折射角小于入射角）。评分要点：频率不变是判断折射方向的依据；方向说错（b）（c）均不给分。 |
| 10 | （共鸣管）一根长 0.25 m、一端封闭的管在空气中产生基频共鸣，声速取 340 m/s。（a）求基频波长（3 分）；（b）求基频频率（3 分）；（c）若改为两端开放的管，基频频率变为多少（2 分）。 | 答案：（a）闭管基频 λ = 4L = 4 × 0.25 = 1.0 m。（b）f = v ÷ λ = 340 ÷ 1.0 = 340.0 Hz。（c）开管基频 λ = 2L，频率加倍，f = 680.0 Hz。评分要点：闭管与开管的波节波腹分布不同；混淆 4L 与 2L 为最常见失分。 |
| 11 | （光与介质）波长 600 nm 的光在空气中以 3.0 × 10⁸ m/s 传播，射入折射率 1.5 的玻璃。（a）求光的频率（3 分）；（b）求光在玻璃中的波长（3 分）；（c）说明介质改变时频率与波长哪个不变，并解释原因（2 分）。 | 答案：（a）f = v ÷ λ = 3.0 × 10⁸ ÷ 600 × 10⁻⁹ = 5.0 × 10¹⁴ Hz。（b）λ = λ₀ ÷ n = 600 ÷ 1.5 = 400.0 nm。（c）频率不变，由波源决定；波速与波长同时变小，两者比值仍等于频率。评分要点：先算频率再算介质中波长最稳妥；直接写 600 nm 不给分。 |
| 12 | （声速实验）学生用共鸣管与 680 Hz 音叉做实验，量得第一次共鸣时空气柱长 0.18 m，第二次共鸣时长 0.43 m。（a）求声波波长（3 分）；（b）由数据求空气中声速（3 分）；（c）提出两项减低实验误差的方法（2 分）。 | 答案：（a）相邻两次共鸣的柱长差为半个波长，λ = 2 × (0.43 − 0.18) = 0.5 m。（b）v = fλ = 680 × 0.5 = 340.0 m/s。（c）用更灵敏的水准仪量水位、多次量度取平均、远离气流并保持音叉频率稳定。评分要点：必须用柱长差而非单次长度；方法要具体可行。 |
TutorZone 练习卷｜题目与文章为原创，并非任何学校或出版社的教材。