中五物理练习卷：波动、声波与光学（100 分）

2026-11-11

练习卷 · 中五物理 · 波动、声波与光学

中五物理练习卷：全卷 6 题 24 部分、100 分、75 分钟。涵盖声波波长与周期、开放管与封闭管的共振管长、拍频、光的折射与临界角、凸透镜成像与放大率、多普勒效应的频率改变、双缝干涉条纹间距与光栅绕射级数，以及电磁波谱的频率与光子能量。每题附评分要点与完整解法。

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卷面资料　年级：中五　｜　科目：物理　｜　时限：75 分钟　｜　总分：100 分　｜　题数：24

第 1 题声波与驻波（18 分）

某音叉在空气中振动，频率为 680 Hz。当时空气中的声速为 340 m/s。一支两端开放的管在基频时与该音叉产生共振。

#	题目	答案与评分要点
1	求该声波的波长与周期。	答案：波长 = 340 除以 680 = 0.50 m；周期 = 1 除以 680 = 0.00147 s，约 1.5 ms。（评分要点：波长算式 2 分、波长值 1 分、周期 2 分）
2	求该开放管的最短管长。	答案：两端开放的管在基频时管长等于半个波长，即 0.50 除以 2 = 0.25 m。（评分要点：半波长条件 2 分、数值 2 分）
3	若把管的一端封闭而管长不变，基频会怎样改变？	答案：一端封闭的管在基频时管长等于四分之一波长，同一管长下波长变为两倍，故频率减半至 340 Hz。（评分要点：四分之一波长条件 2 分、频率减半并算出 340 Hz 2 分）
4	另一个频率为 684 Hz 的音叉与第一个音叉同时发声，求听到的拍频。	答案：拍频 = 684 – 680 = 4 Hz，即每秒听到四次强弱起伏。（评分要点：相减 3 分、单位与物理意义 2 分）

第 2 题折射与全反射（18 分）

一束单色光由空气以入射角 30 度射入一块折射率为 1.50 的玻璃。真空中的光速为 3.0 乘 10 的 8 次方 m/s，水的折射率为 1.33。

#	题目	答案与评分要点
5	求光在玻璃中的折射角。	答案：由斯涅尔定律，sin r = sin 30 度除以 1.50 = 0.333，故 r = 19.5 度。（评分要点：定律式 2 分、代入 1 分、答案连单位 2 分）
6	求光在玻璃中的传播速度。	答案：v = 3.0 乘 10 的 8 次方除以 1.50 = 2.0 乘 10 的 8 次方 m/s。（评分要点：公式 2 分、数值连单位 2 分）
7	求光由玻璃射向空气的临界角。	答案：sin c = 1 除以 1.50 = 0.667，故 c = 41.8 度。（评分要点：临界角条件 2 分、计算 1 分、答案 2 分）
8	比较水与玻璃的临界角，并解释分别。	答案：水的临界角为 48.8 度，大于玻璃的 41.8 度；因水的折射率较小，光由水射向空气时偏向程度较弱，需要较大的入射角才达到 90 度折射。（评分要点：数值比较 2 分、折射率解释 2 分）

第 3 题凸透镜成像（16 分）

一凸透镜的焦距为 12 cm。三个物体分别放在透镜前 18 cm、24 cm 与 6 cm 处，物高均为 2.0 cm。

#	题目	答案与评分要点
9	物距 18 cm 时，求像距与放大率。	答案：由透镜公式，1 除以 v = 1 除以 12 – 1 除以 18，故 v = 36 cm；放大率 = 36 除以 18 = 2，像为倒立放大实像。（评分要点：透镜公式 2 分、像距 1 分、放大率连性质 1 分）
10	物距 24 cm 时，求像距与放大率。	答案：1 除以 v = 1 除以 12 – 1 除以 24，故 v = 24 cm；放大率 = 1，像为倒立与物同大的实像。（评分要点：像距 2 分、放大率与性质 2 分）
11	物距 6 cm 时，求像距并说明像的性质。	答案：1 除以 v = 1 除以 12 – 1 除以 6 得 v = -12 cm，像距为负表示虚像；放大率 = 12 除以 6 = 2，像为正立放大虚像，与物同侧。（评分要点：像距 2 分、虚像说明 1 分、放大率与正立 1 分）
12	解释为何物距小于焦距时透镜可作放大镜使用，并指出限制。	答案：物距小于焦距时成虚像，虚像不能被屏幕承接但可在透镜另一侧以眼观察，且角大小增加，故可放大；限制是放大率受焦距与明视距离所限，过度放大会令像变模糊。（评分要点：虚像解释 2 分、放大原因 1 分、限制 1 分）

第 4 题多普勒效应（16 分）

一辆汽车以 30 m/s 沿直路行驶，喇叭发出频率 500 Hz 的声音。观察者静止站在路旁，当时声速为 340 m/s。

#	题目	答案与评分要点
13	汽车驶近观察者时，求观察者听到的频率。	答案：f 等于 500 乘 340 除以 (340 – 30) = 548 Hz，频率升高。（评分要点：公式 2 分、代入与答案 2 分）
14	汽车驶离观察者时，求观察者听到的频率。	答案：f 等于 500 乘 340 除以 (340 + 30) = 459 Hz，频率降低。（评分要点：分母改用加号 2 分、答案 2 分）
15	求驶近与驶离时听到的频率差。	答案：548 – 459 = 89 Hz，即频率在汽车经过时骤降约 89 Hz。（评分要点：相减 2 分、数值连单位 1 分、方向描述 1 分）
16	求声音在空气中的波长，并解释为何观察者听到的频率改变而空气中的波长不变。	答案：波长 = 340 除以 500 = 0.68 m；声源移动时波前在行进方向被压缩，波前相对于空气的速度与波长由介质决定，故波长不变，改变的是每秒到达观察者的波前数目，即频率。（评分要点：波长 2 分、波前压缩 1 分、频率定义 1 分）

第 5 题双缝干涉与光栅（16 分）

在双缝实验中，两缝间距为 0.50 mm，屏与双缝相距 2.0 m，单色光的波长为 600 nm。另有一光栅每毫米刻有 500 条线。

#	题目	答案与评分要点
17	求屏上相邻亮纹的间距。	答案：间距 = 600 乘 10 的 -9 次方乘 2.0 除以 0.50 乘 10 的 -3 次方 = 2.4 乘 10 的 -3 次方 m，即 2.4 mm。（评分要点：公式 2 分、单位换算 1 分、答案 1 分）
18	若改用波长 400 nm 的光，求新的亮纹间距。	答案：间距与波长成正比，新间距 = 2.4 乘 400 除以 600 = 1.6 mm，比原本小。（评分要点：正比关系 2 分、数值 2 分）
19	求该光栅的第一级绕射角。	答案：光栅间距 d = 1 除以 500 000 = 2.0 乘 10 的 -6 次方 m；sin 角 = 600 乘 10 的 -9 次方除以 2.0 乘 10 的 -6 次方 = 0.30，故第一级角为 17.5 度。（评分要点：d 值 1 分、公式 2 分、角度 1 分）
20	求该光栅可观察到的最高绕射级数。	答案：sin 角不可超过 1，故最高级数为 1 除以 0.30 = 3.3 的整数部分，即第 3 级；第四级需要 sin 角大于 1，不可能出现。（评分要点：条件 2 分、级数 1 分、解释 1 分）

第 6 题电磁波谱（16 分）

一束微波的波长为 3.0 cm。真空中的光速为 3.0 乘 10 的 8 次方 m/s，普朗克常数为 6.63 乘 10 的 -34 次方 J s。可见光的波长范围约为 400 nm 至 700 nm。

#	题目	答案与评分要点
21	求微波的频率。	答案：f = 3.0 乘 10 的 8 次方除以 0.030 = 1.0 乘 10 的 10 次方 Hz，即 10 GHz。（评分要点：公式 2 分、换算与答案 2 分）
22	求一个微波光子的能量。	答案：E = h f = 6.63 乘 10 的 -34 次方乘 1.0 乘 10 的 10 次方 = 6.63 乘 10 的 -24 次方 J。（评分要点：公式 2 分、数值连单位 2 分）
23	求波长 500 nm 的可见光的频率。	答案：f = 3.0 乘 10 的 8 次方除以 500 乘 10 的 -9 次方 = 6.0 乘 10 的 14 次方 Hz。（评分要点：换算 1 分、公式 1 分、答案 2 分）
24	比较微波与该可见光光子的能量，并各举一项日常应用。	答案：500 nm 可见光光子能量 = 6.63 乘 10 的 -34 次方乘 6.0 乘 10 的 14 次方 = 3.98 乘 10 的 -19 次方 J，约为微波光子的 6 万倍，因能量与频率成正比。微波用于加热食物与无线通讯，可见光用于照明与摄影。（评分要点：能量比较 2 分、成正比解释 1 分、应用各 0.5 分）

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