中文（繁體）
中文（简体）
English
中四物理练习卷：波、声音与光学（第二份）（100 分）
练习卷 · 中四物理 · 波、声音与光学
中四物理练习卷（第二份）：6 题 22 部分、100 分、60 分钟。按香港中四物理课程编写，涵盖波的性质与波速公式、示波器量度频率与波长、声音与回声、折射与全内反射、凸透镜成像，以及实验设计与误差分析，附完整答案与评分要点。
卷面资料 年级：中四 ｜ 科目：物理 ｜ 时限：60 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：22
甲部 波的性质与波速
答案须用完整句子；计算题须列出公式、代入数值及单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 定义波长与频率，并写出波速、频率与波长的关联。 | 波长是相邻两个同相点（例如两个相邻波峰）之间的距离，单位为 m。频率是每秒经过某一定点的完整波数，单位为 Hz。波在一个周期内前进一个波长，故 v = f λ。（3 分：波长 1 分；频率 1 分；关联式 1 分） |
| 2 | 某水波的频率为 4.0 Hz，波长为 1.5 m。求波速及周期。 | 波速 v = f λ = 4.0 × 1.5 = 6.0 m/s。周期 T = 1 / f = 1 / 4.0 = 0.25 s。（3 分：波速 2 分；周期 1 分） |
| 3 | 同一介质中，若频率增至 8.0 Hz，波长变为多少？试解释。 | 同一介质中波速由介质性质决定，保持 6.0 m/s。λ = v / f = 6.0 / 8.0 = 0.75 m。频率加倍，波长减半，故波速不变。（3 分：波速不变 1 分；计算 1 分；解释 1 分） |
| 4 | 该波在 3.0 s 内向前传播多远？并比较横波与纵波的振动方向。 | 传播距离 = v t = 6.0 × 3.0 = 18 m。横波的振动方向垂直于传播方向，例如绳上的波；纵波的振动方向平行于传播方向，例如空气中的声波。（3 分：距离 1 分；横波 1 分；纵波 1 分） |
| 5 | 有学生说“波把介质一并向前搬运”。试评论这说法。 | 这说法不正确。波传递的是能量与振动状态；介质质点只在原来位置附近往复振动，不会随波向前移动。例如浮在水面的浮标只上下振动而不随波前进。（3 分：指出错误 1 分；能量传递 1 分；质点原地振动 1 分） |
乙部 示波器量度频率与波长
示波器时基指每格代表的时间；计算须显示周期与频率的关联。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 6 | 示波器时基设为 2.0 ms/格，一个完整波形占 4.0 格。求该讯号的周期与频率。 | 周期 T = 2.0 × 4.0 = 8.0 ms = 8.0 ×10^-3 s。频率 f = 1 / T = 1 / 0.0080 = 125 Hz。（4 分：周期 2 分；频率 2 分） |
| 7 | 该讯号为空气中的声波，声速 340 m/s。求波长；若频率加倍，波长变为多少？ | 波长 λ = v / f = 340 / 125 = 2.72 m。频率加倍后 λ = 340 / 250 = 1.36 m，即波长减半，因为声速主要由介质决定。（5 分：波长 3 分；新波长 1 分；解释 1 分） |
| 8 | 若时基改为 1.0 ms/格，而波形仍占 4.0 格，频率变为多少？为什么？ | T = 1.0 × 4.0 = 4.0 ms，f = 1 / 0.0040 = 250 Hz。讯号本身没有改变，改变的是示波器的时间比例：同一波形在较短时基下占同一格数，代表量得的时间减半、频率加倍。（4 分：周期 1 分；频率 1 分；解释 2 分） |
| 9 | 另一讯号在 2.0 ms/格下占 5.0 格。求频率，并提出减少量度误差的方法。 | T = 2.0 × 5.0 = 10.0 ms，f = 1 / 0.0100 = 100 Hz。方法：调节时基使波形占较多格（例如 5 格以上）以增大刻度比例；量度多个周期的总时间再取平均；重复量度并确保波形稳定（触发同步）。（5 分：频率 2 分；多格 1 分；多周期平均 1 分；重复量度 1 分） |
丙部 声音、回声与声速
回声题须清楚说明声音走过的路程是距离的两倍。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 10 | 船向海底发出声脉冲，0.80 s 后收到回声。水中声速为 1500 m/s，求该处水深。 | 声音由船到海底再返回，共走了 2 倍水深：2 d = v t = 1500 × 0.80 = 1200 m，故 d = 600 m。（5 分：来回 2d 概念 2 分；计算 2 分；单位 1 分） |
| 11 | 人向 102 m 外的墙拍手，0.60 s 后听到回声。求空气中的声速；并解释为何在月球上不能听到回声。 | 声速 v = 2 d / t = (2 × 102) / 0.60 = 340 m/s。声音是纵波，必须靠介质传递振动；月球表面几乎没有大气，没有介质把声音传回，故不能听到回声。（5 分：计算 3 分；需要介质 1 分；月球无大气 1 分） |
| 12 | 说明声速在固体、液体与气体中的一般大小次序，并举一项日常应用。 | 一般次序为固体最大、液体次之、气体最小，因为粒子间距越小、粒子越容易迅速传递振动。日常应用：把耳朵贴在路轨上可较早察觉远处列车，因为声音在钢中比在空气中传得快；医学上用超声波扫描身体。（5 分：次序 2 分；原因 2 分；例子 1 分） |
丁部 反射、折射与全内反射
角度一律由法线量度；折射率取 1.50。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 13 | 光由空气射入玻璃，入射角为 45°。玻璃折射率为 1.50，求折射角。 | 由 n = sin i / sin r，sin r = sin 45° / 1.50 = 0.7071 / 1.50 = 0.4714，故 r = 28.1°（约 28°）。光进入较密介质，折射线向法线靠拢。（5 分：公式 2 分；代入 1 分；结果 2 分） |
| 14 | 求光在此玻璃中的速度，并解释为何频率不变而波长改变。 | v = c / n = (3.00 ×10^8) / 1.50 = 2.00 ×10^8 m/s。频率由光源决定，光跨越界面时每秒到达的波数不变；波速减小，由 v = f λ 可知波长变短。（5 分：速度 2 分；频率不变 2 分；波长变短 1 分） |
| 15 | 求此玻璃与空气界面的临界角，并写出全内反射发生的两个条件。 | sin c = 1 / n = 1 / 1.50 = 0.6667，c = 41.8°。条件：一是光由光密介质（玻璃）射向光疏介质（空气）；二是入射角大于临界角 41.8°。（5 分：临界角 3 分；两个条件 2 分） |
| 16 | 举出一项全内反射的应用，并解释光纤为何能长距离传送讯号。 | 应用例子：光纤通讯、内窥镜、潜望镜的棱镜。光在光纤核心内以接近轴向的角度行进，射到核心与包层界面时入射角大于临界角，故连续发生全内反射，几乎没有光能逸出，讯号衰减很小，可长距离传送。（5 分：应用 2 分；全内反射解释 2 分；低损耗 1 分） |
戊部 凸透镜成像
使用 1/f = 1/u + 1/v；实像像距取正，虚像像距取负。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 17 | 凸透镜焦距 10.0 cm，物距 30.0 cm。求像距与放大率，并描述像的性质。 | 1 / v = 1 / f – 1 / u = 1/10.0 – 1/30.0 = 2/30.0，故 v = 15.0 cm。放大率 m = v / u = 15.0 / 30.0 = 0.50。像是实像、倒立、缩小，位于透镜另一侧 15.0 cm 处。（6 分：公式 1 分；像距 2 分；放大率 2 分；性质 1 分） |
| 18 | 物体高 4.0 cm，求像高。若物距改为 5.0 cm，求像距、放大率及像的性质。 | 像高 = 4.0 × 0.50 = 2.0 cm。物距 5.0 cm 时，1 / v = 1/10.0 – 1/5.0 = -1/10.0，v = -10.0 cm，即虚像位于物体同侧 10.0 cm。放大率 = 10.0 / 5.0 = 2.0，像高 = 4.0 × 2.0 = 8.0 cm，像为虚像、正立、放大，这就是放大镜的原理。（6 分：像高 1 分；像距 2 分；放大率 1 分；性质 2 分） |
| 19 | 说明实像与虚像的分别，以及如何用光屏分辨两者。 | 实像由实际光线相交形成，光线真正通过像的位置；虚像由光线的反向延长线相交而成，实际光线并没有在该处相交。把光屏放在像的位置：能在屏上清晰成像的是实像；屏上什么也接不到、只能透过透镜看到的是虚像。（5 分：实像定义 2 分；虚像定义 2 分；光屏分辨 1 分） |
己部 实验设计与误差分析
须指出误差的来源，并提出可实行的改善方法。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 20 | 涟漪槽实验中，10 个波于 2.5 s 内经过某一点，而 5 个相邻波峰相距 6.0 m。求频率、波长及波速。 | 频率 f = 10 / 2.5 = 4.0 Hz。5 个波峰之间只有 4 个波长，故 λ = 6.0 / 4 = 1.5 m。波速 v = f λ = 4.0 × 1.5 = 6.0 m/s。（5 分：频率 2 分；波长 2 分；波速 1 分） |
| 21 | 若学生误把“5 个波峰相距 6.0 m”当作 5 个波长，波速会偏高还是偏低？试量化影响。 | 波长会被算成 6.0 / 5 = 1.2 m，波速算成 4.0 × 1.2 = 4.8 m/s，比真值 6.0 m/s 偏低 20%。原因是相邻波峰之间才是一个波长，段数总比波峰数少一，属系统误差。（5 分：错波长 1 分；错波速 1 分；偏低判断 1 分；原因 2 分） |
| 22 | 提出两项减低上述误差的方法，并说明超声波测距的原理。 | 方法一：量度多个波长（例如 10 个）的总距离再除以段数，减低单次读数的百分误差；方法二：用频闪光源或摄录后逐格量度波峰位置，并重复量度取平均。超声波测距：仪器发出短超声脉冲并量度回声时间 t，距离 = v t / 2，v 为当时空气中的声速。（5 分：两个方法 2 分；测距原理 3 分） |
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。