中五物理练习卷：波动、声音与光学（12 题・100 分・75 分钟・附答案）｜原创模拟试题

2026-11-09

练习卷 · DSE 物理：波动、声音与光学全卷

本卷共 12 题、100 分、75 分钟，涵盖波速与波长、弦上波速与张力、声音反射与管乐器谐频，以及折射、全内反射、多普勒效应、驻波、双缝干涉与光栅绕射的计算。每题附步骤与评分要点，适合中五学生于校内试前作全卷计时练习。

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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

考生须知：本卷分甲、乙、丙三部，全部题目均须作答，总分 100 分，时限 75 分钟。

计算题须列出算式与步骤，只写答案者不获步骤分；代入公式时须先写出所用公式，再代入数值。

除特别指明外，数值答案须准确至三位有效数字，并写出适当单位。

建议先用约 35 分钟完成甲部的波动与叠加题，再处理乙部的声音与折射计算，最后处理丙部的多普勒、驻波与干涉题，并复核单位与有效数字。

甲部：波动基础

波长、频率、振幅与波速的关系、横波与纵波、弦上波速与张力、叠加与干涉条件

#	题目	答案与评分要点
1	区分横波与纵波，并说明波长、频率、振幅与波速的定义，写出波速、频率与波长的关系式。	（a）横波的振动方向垂直于传播方向，例如绳波与光波（3 分）。（b）纵波的振动方向平行于传播方向，例如声波（3 分）。（c）波长是相邻两个同相点的距离，频率是每秒振动的次数，振幅是离开平衡位置的最大位移，波速等于频率乘波长（2 分）。
2	某绳波的频率为 50 Hz，波长为 0.8 m。（a）求波速；（b）求周期；（c）求波由一点传到 12 m 外另一点所需的时间；（d）若波速不变而频率增至 100 Hz，求新的波长。	（a）波速等于 50 乘 0.8，等于 40 m/s（2 分）。（b）周期等于 1 除以 50，等于 0.02 s（2 分）。（c）所需时间等于 12 除以 40，等于 0.3 s（2 分）。（d）波速不变，新波长等于 40 除以 100，等于 0.4 m（3 分）。
3	一条张紧的弦线，线密度为 0.040 kg/m。（a）当张力为 64 N，求弦上的波速；（b）若把张力增至 256 N，求新的波速，并解释波速与张力的关系。	（a）波速等于 64 除以 0.040 的平方根，等于 40 m/s（4 分）。（b）新波速等于 256 除以 0.040 的平方根，等于 80 m/s；波速与张力的平方根成正比，张力增至四倍，波速增至两倍（4 分）。
4	两列同频率的横波在同一点叠加，振幅分别为 3 cm 与 4 cm。（a）求同相叠加与反相叠加的合成振幅；（b）写出建设性干涉与破坏性干涉的程差条件；（c）解释为何反相叠加时合成振幅为两者之差。	（a）同相叠加的合成振幅为 7 cm，反相叠加的合成振幅为 1 cm（3 分）。（b）建设性干涉的程差为波长的整数倍，破坏性干涉的程差为半个波长的奇数倍（3 分）。（c）反相时两波位移方向相反，合成的最大位移等于两者振幅之差（2 分）。

乙部：声音与光

声音的反射与距离估算、开管与闭管的谐频、折射与斯涅尔定律、临界角与全内反射

#	题目	答案与评分要点
5	声速在空气中约为 340 m/s。（a）某人向墙拍手，0.60 s 后听到回声，求他与墙的距离；（b）看见闪电后 3.0 s 才听到雷声，估算雷击处与观察者的距离；（c）解释声音为何不能在真空中传播。	（a）声音往返一次，距离等于 340 乘 0.60 除以 2，等于 102 m（3 分）。（b）距离约等于 340 乘 3.0，等于 1020 m（3 分）。（c）声音是机械波，需要介质传递振动；真空中没有粒子，不能传递振动，故声音不能在真空中传播（3 分）。
6	一支两端开口的管长 0.85 m，管中声速为 340 m/s。（a）求基频；（b）求第二与第三谐频；（c）若把管的一端封闭，求新的基频。	（a）基频等于 340 除以（2 乘 0.85），等于 200 Hz（4 分）。（b）第二谐频为 400 Hz，第三谐频为 600 Hz（2 分）。（c）一端封闭时基频等于 340 除以（4 乘 0.85），等于 100 Hz（2 分）。
7	光由空气（折射率 1.00）射入玻璃（折射率 1.50），入射角为 30 度。（a）求折射角；（b）求光由玻璃射向空气的临界角；（c）求光在玻璃中的速率。	（a）由斯涅尔定律，1.00 乘 sin 30 度等于 1.50 乘 sin r，sin r 等于 0.3333，折射角约为 19.5 度（3 分）。（b）sin c 等于 1 除以 1.50，等于 0.6667，临界角约为 41.8 度（3 分）。（c）光在玻璃中的速率等于 3.0 乘 10 的 8 次方除以 1.50，等于 2.0 乘 10 的 8 次方 m/s（2 分）。
8	解释光纤中全内反射的两个必要条件，并说明为何光纤包层的折射率必须低于纤芯。	（a）光必须由光密介质射向光疏介质，即由纤芯射向包层（4 分）。（b）入射角必须大于临界角；包层折射率较低，界面临界角小于 90 度，光在界面反复全内反射而沿纤芯前进（4 分）。

丙部：波动现象与应用

多普勒效应、弦上驻波与波节、双缝干涉的条纹间距、光栅绕射与最高级数

#	题目	答案与评分要点
9	一辆救护车以 30 m/s 驶近静止的观察者，警号频率为 800 Hz，声速为 340 m/s。（a）求观察者听到的频率；（b）求救护车驶离时的频率；（c）解释多普勒效应的成因。	（a）频率等于 800 乘 340 除以（340 减 30），约等于 877 Hz（4 分）。（b）驶离时频率等于 800 乘 340 除以（340 加 30），约等于 735 Hz（3 分）。（c）声源移动令前方波前被压缩、后方被拉长，波长改变而波速不变，故观察到的频率改变（2 分）。
10	一条两端固定的弦长 1.2 m，弦上波速为 48 m/s。（a）求基频与基频波长；（b）求第三谐频；（c）求第三谐波在弦上的波节数目。	（a）基频波长等于 2 乘 1.2，等于 2.4 m；基频等于 48 除以 2.4，等于 20 Hz（3 分）。（b）第三谐频等于 3 乘 20，等于 60 Hz（3 分）。（c）第三谐波有 4 个波节（2 分）。
11	双缝实验中，缝距为 3.0 乘 10 的负 4 次方 m，屏距为 2.0 m，光波长为 6.0 乘 10 的负 7 次方 m。（a）求条纹间距；（b）求第一条与第四条亮纹的距离；（c）说明若改用红光，条纹间距如何改变。	（a）条纹间距等于 6.0 乘 10 的负 7 次方乘 2.0 除以（3.0 乘 10 的负 4 次方），等于 4.0 乘 10 的负 3 次方 m，即 4.0 mm（4 分）。（b）距离等于 3 个条纹间距，等于 12 mm（3 分）。（c）红光波长较长，条纹间距与波长成正比，故间距变大（2 分）。
12	一光栅每毫米有 500 条刻线，入射光波长为 6.0 乘 10 的负 7 次方 m。（a）求光栅常数与第一级亮纹的绕射角；（b）求第二级绕射角，并判断最高可观察的级数。	（a）光栅常数等于 1 除以 500 mm，等于 2.0 乘 10 的负 6 次方 m；sin 等于 0.30，第一级绕射角约为 17.5 度（4 分）。（b）第二级 sin 等于 0.60，绕射角约为 36.9 度；第三级 sin 等于 0.90 仍可观察，第四级超过 1 而不能观察，故最高级数为 3 级（4 分）。

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