2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 考前復(fù)習(xí)方略 專題十五 振動(dòng)與波動(dòng) 光限時(shí)訓(xùn)練

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1、2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 考前復(fù)習(xí)方略 專題十五 振動(dòng)與波動(dòng) 光限時(shí)訓(xùn)練 1．(1)對(duì)如圖所示的圖片、示意圖或?qū)嶒?yàn)裝置圖，下列判斷準(zhǔn)確無(wú)誤的是________． A．甲圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑” B．乙圖是薄膜干涉的應(yīng)用，用來(lái)檢測(cè)平面的平整程度 C．丙圖是雙縫干涉原理圖，若P到S1、S2的路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，則P處是亮紋 D．丁圖是薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置圖，在附有肥皂膜的鐵絲圈上，出現(xiàn)豎直干涉條紋 E．戊圖是波的振動(dòng)圖象，其振幅為8 cm，振動(dòng)周期為4 s (2)如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的截面，其一個(gè)底角為30°，一束單色平行光束斜射向A

2、B面，經(jīng)三棱鏡折射后在AC面水平平行射出． ①以圖中三條光線代表光束，畫出三條光線經(jīng)棱鏡折射的光路示意圖； ②若棱鏡的折射率為，求入射光線與AB面的夾角θ. 解析：(1)題圖甲是小孔衍射的圖樣，但不是“泊松亮斑”，故A錯(cuò)．題圖丁是薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置圖，但其干涉條紋應(yīng)為水平的，故D錯(cuò)． (2)①光路圖如圖甲所示 ②由圖乙可知＝n ＝n 又n＝ 解得γ＝30° 由圖中幾何關(guān)系可知β＝30° 解得α＝60° 則θ＝30°. 答案：(1)BCE　(2)①見解析?、?0° 2．(xx·武漢模擬)(1)下列關(guān)于波的現(xiàn)象和規(guī)律的說(shuō)法中正確的是________． A．機(jī)

3、械波、電磁波均能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 B．泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象中的加強(qiáng)區(qū) C．光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波 D．波速公式說(shuō)明波速與波長(zhǎng)、頻率有關(guān)，與介質(zhì)無(wú)關(guān) E．“彩超”可以測(cè)血流速度，利用的是超聲波的多普勒效應(yīng) (2)如圖所示，在桌面上方有一倒立的玻璃圓錐，頂角∠AOB＝120° ，頂點(diǎn)O與桌面的距離為4a，圓錐的底面半徑R＝a，圓錐軸線與桌面垂直．有一半徑為R的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合．已知玻璃的折射率n＝，求光束在桌面上形成的光斑的面積． 解析：(1)干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，A正確；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，B錯(cuò)誤；橫波才有偏振現(xiàn)象，C正確

4、；波速大小取決于介質(zhì)，D錯(cuò)誤；利用多普勒效應(yīng)可以測(cè)速度，E正確． (2)如圖所示，射到OA界面的入射角α＝30°，則sin α＝<，故入射光能從圓錐側(cè)面射出． 設(shè)折射角為β，無(wú)限接近A點(diǎn)的折射光線為AC，根據(jù)折射定律 sin β＝nsin α， 解得β＝60°. 過(guò)O點(diǎn)作OD∥AC， 則∠O2OD＝β－α＝30° 在Rt△O1AO中 O1O＝Rtan 30°＝a·＝a 在Rt△ACE中，EC＝AEtan 30°＝ 故O2C＝EC－R＝ 在Rt△OO2D中，O2D＝4atan 30°＝ 光束在桌面上形成光斑的面積 S＝π·O2D2－π·O2C2＝4πa2. 答案：(1

5、)ACE　(2)4πa2 3．(xx·高考全國(guó)卷Ⅱ，T34，15分)(1)如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.10 s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1.0 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置在x＝4.0 m處的質(zhì)點(diǎn)；圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象，下列說(shuō)法正確的是________． A．在t＝0.10 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng) B．在t＝0.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同 C．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，該波沿x軸負(fù)方向傳播了6 m D．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30 cm E．質(zhì)點(diǎn)Q簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝0.10sin 10πt(國(guó)際單位

6、) (2)一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求大平板玻璃的折射率． 解析：(1)由y－t圖象可知，t＝0.10 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由y－t圖象可知，波的振動(dòng)周期T＝0.2 s，由y－x圖象可知λ＝8 m，故波速v＝＝40 m/s，根據(jù)振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系知波沿x軸負(fù)方向傳播，則波在0.10 s到0.25 s內(nèi)傳播的距離Δx＝vΔt＝6 m，選項(xiàng)C正確；t＝0.25 s時(shí)，波形圖如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P

7、的位移沿y軸負(fù)方向，而回復(fù)力、加速度方向沿y軸正方向，選項(xiàng)B正確； Δt＝0.15 s＝T，質(zhì)點(diǎn)P在其中的T內(nèi)路程為20 cm，在剩下的T內(nèi)包含了質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在Δt＝0.15 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程小于30 cm，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由y－t圖象可知質(zhì)點(diǎn)Q做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝0.10sint(m)＝0.10sin 10πt(m)，選項(xiàng)E正確． (2)根據(jù)全反射定律，圓形發(fā)光面邊緣發(fā)出的光線射到玻璃板上表面時(shí)入射角為臨界角(如圖所示)，設(shè)為θ，且sin θ＝. 根據(jù)幾何關(guān)系得：sin θ＝ 而L＝R－r 聯(lián)立以上各式，解得n＝ . 答案：(

8、1)BCE　(2) 4．(xx·濮陽(yáng)模擬)(1)如圖所示，兩列簡(jiǎn)諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，兩波源分別位于x＝－2 m和x＝12 m處，兩列波的傳播速度均為v＝4 m/s，兩波源的振幅均為A＝2 cm.圖示為t＝0時(shí)刻兩列波的圖象(傳播方向如圖所示)，此時(shí)刻平衡位置處于x＝2 m和x＝8 m的P、Q兩質(zhì)點(diǎn)剛開始振動(dòng)．質(zhì)點(diǎn)M的平衡位置處于x＝5 m處，則下列說(shuō)法正確的是________． A．兩列波相遇后振幅仍然為2 cm B．t＝1 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M的位移為－4 cm C．t＝1 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M的位移為＋4 cm D．t＝0.75 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P、Q都運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn) E．質(zhì)

9、點(diǎn)P、Q的起振方向都沿y軸負(fù)方向 (2)如圖所示，直角玻璃三棱鏡置于空氣中，已知∠A＝60°，∠C＝90°，一束極細(xì)的光于AC的中點(diǎn)D垂直AC面入射，AD＝a，棱鏡的折射率為n＝，求： ①此玻璃的臨界角； ②光從棱鏡第一次射入空氣時(shí)的折射角； ③光從進(jìn)入棱鏡到它第一次射入空氣所經(jīng)歷的時(shí)間(設(shè)光在真空中的傳播速度為c)． 解析：(1)根據(jù)波的疊加原理，A正確；由題圖可知兩列波的起振方向都沿y軸負(fù)方向，E正確；又λ＝4 m，v＝4 m/s，所以T＝＝1 s，波形勻速傳播，兩列波傳播到M點(diǎn)時(shí)，t＝＝ s＝0.75 s，所以t＝1 s時(shí)刻，M點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了(1－0.75) s＝T，兩列波在

10、M點(diǎn)加強(qiáng)，合振幅為4 cm，M點(diǎn)的位移為－4 cm，B正確、C錯(cuò)誤；波傳播時(shí)，波形移動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)不隨波傳播，D錯(cuò)誤． (2)①設(shè)玻璃對(duì)空氣的臨界角為C，則sin C＝＝，C＝45°. ②如圖所示，i1＝60°，因i1>45°，發(fā)生全反射．i2＝90°－i1＝30°

11、光的傳播速度小于b光的傳播速度 B．在真空中，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng) C．玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率 D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失 E．分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 (2)平衡位置位于原點(diǎn)O的波源發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播，P、Q為x軸上的兩個(gè)點(diǎn)(均位于x軸正向)，P與O的距離為35 cm，此距離介于一倍波長(zhǎng)與二倍波長(zhǎng)之間．已知波源自t＝0時(shí)由平衡位置開始向上振動(dòng)，周期T＝1 s，振幅A＝5 cm.當(dāng)波傳到P點(diǎn)時(shí)，波源恰好處于波峰位置；此后再經(jīng)過(guò)5 s，平衡位置在Q

12、處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置．求： ①P、Q間的距離； ②從t＝0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時(shí)，波源在振動(dòng)過(guò)程中通過(guò)的路程． 解析：(1)通過(guò)光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率，波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，選項(xiàng)B正確．由n＝知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，選項(xiàng)A正確．入射角增大時(shí)，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消失，選項(xiàng)D正確．做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)Δx＝λ得a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，選項(xiàng)E錯(cuò)誤． (2)①由題意，O、P兩點(diǎn)間的距離與波長(zhǎng)λ之間

13、滿足 OP＝λ① 波速v與波長(zhǎng)λ的關(guān)系為 v＝② 在t＝5 s的時(shí)間間隔內(nèi)，波傳播的路程為vt.由題意有 vt＝PQ＋③ 式中，PQ為P、Q間的距離． 由①②③式和題給數(shù)據(jù)，得 PQ＝133 cm. ②Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時(shí)，波源運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t1＝t＋T 波源從平衡位置開始運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)，波源運(yùn)動(dòng)的路程為A.由題給條件得 t1＝25× 故t1時(shí)間內(nèi)，波源運(yùn)動(dòng)的路程為 s＝25A＝125 cm. 答案：(1)ABD　(2)①133 cm?、?25 cm 6．(xx·高考全國(guó)卷Ⅰ，T34，15分)(1)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在

14、雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”、“＝”或“<”)．若實(shí)驗(yàn)中紅光的波長(zhǎng)為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測(cè)得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為________ mm. (2)甲、乙兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負(fù)向傳播，波速均為v＝25 cm/s.兩列波在 t＝0時(shí)的波形曲線如圖所示．求： ①t＝0時(shí)，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)； ②從t＝0開始，介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的質(zhì)點(diǎn)的時(shí)間． 解析：(1)由公

15、式Δx＝λ可知，Δx1>Δx2.相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝ mm＝2.1 mm，雙縫間的距離d＝，代入數(shù)據(jù)得d＝0.300 mm. (2)①t＝0時(shí)，在x＝50 cm處兩列波的波峰相遇，該處質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移為16 cm.兩列波的波峰相遇處的質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移均為16 cm. 從圖線可以看出，甲、乙兩列波的波長(zhǎng)分別為 λ1＝50 cm，λ2＝60 cm① 甲、乙兩列波波峰的x坐標(biāo)分別為 x1＝50＋k1λ1，k1＝0，±1，±2，…② x2＝50＋k2λ2，k2＝0，±1，±2，…③ 由①②③式得，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)為 x＝(50＋3

16、00n)cm，n＝0，±1，±2，…④ ②只有兩列波的波谷相遇處的質(zhì)點(diǎn)的位移為－16 cm.t＝0時(shí)，兩列波波谷間的x坐標(biāo)之差為 Δx′＝－⑤ 式中，m1和m2均為整數(shù)．將①式代入⑤式得 Δx′＝10×(6m2－5m1)＋5 由于m1、m2均為整數(shù)，波谷間的距離最小為 Δx′0＝5 cm 從t＝0開始，介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的質(zhì)點(diǎn)的時(shí)間為t＝ 代入數(shù)值解得t＝0.1 s. 答案：(1)>　0.300　(2)①x＝(50＋300n)cm，n＝0，±1，±2，…　②0.1 s 7．(xx·高考全國(guó)卷Ⅰ，T34，15分)(1)如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝2 s

17、時(shí)的波形圖，圖乙為媒質(zhì)中平衡位置在x＝1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，P是平衡位置為x＝2 m的質(zhì)點(diǎn)．下列說(shuō)法正確的是________． A．波速為0.5 m/s B．波的傳播方向向右 C．0～2 s時(shí)間內(nèi)，P運(yùn)動(dòng)的路程為8 cm D．0～2 s時(shí)間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動(dòng) E．當(dāng)t＝7 s時(shí)，P恰好回到平衡位置 丙 (2)一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖丙所示．玻璃的折射率為n＝ . ①一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多長(zhǎng)？ ②一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相

18、距 R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置． 解析：(1)由題圖甲讀出波長(zhǎng)λ＝2 m，由題圖乙讀出周期T＝4 s，則v＝＝0.5 m/s，選項(xiàng)A正確；題圖甲是t＝2 s時(shí)的波形圖，題圖乙是x＝1.5 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，所以該點(diǎn)在t＝2 s時(shí)向下振動(dòng)，所以波向左傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在0～2 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P由波峰向波谷振動(dòng)，通過(guò)的路程s＝2A＝8 cm，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；t＝7 s時(shí)，P點(diǎn)振動(dòng)了個(gè)周期，所以這時(shí)P點(diǎn)位置與t＝T＝3 s時(shí)位置相同，即在平衡位置，所以選項(xiàng)E正確． (2)①在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)

19、域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖，由全反射條件有 sin θ＝① 由幾何關(guān)系有OE＝Rsin θ② 由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為 l＝2OE③ 聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)得 l＝R. ②設(shè)光線在距O點(diǎn)R的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系及①式和已知條件得 α＝60°>θ 光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射，最后由G點(diǎn)射出，如圖，由反射定律和幾何關(guān)系得 OG＝OC＝R 射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出． 答案：(1)ACE　(2)①R?、诠饩€從G點(diǎn)射出時(shí)，OG＝OC＝R，射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿

20、原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出 8．(xx·長(zhǎng)春市質(zhì)監(jiān))(1)如圖甲所示的彈簧振子(以O(shè)點(diǎn)為平衡位置在B、C間振動(dòng))，取水平向右的方向?yàn)檎褡与x開平衡位置的位移的正方向，得到如圖乙所示的振動(dòng)曲線，由曲線所給的信息可知，下列說(shuō)法正確的是________． A．t＝0時(shí)，振子處在B位置 B．振子振動(dòng)的周期為4 s C．t＝4 s時(shí)振子對(duì)平衡位置的位移為10 cm D．t＝2.5 s時(shí)振子對(duì)平衡位置的位移為5 cm E．如果振子的質(zhì)量為0.5 kg，彈簧的勁度系數(shù)為20 N/cm，則振子的最大加速度大小為400 m/s2 丙 (2)如圖丙所示為一透明的圓柱體的橫截面，其半徑為R，透明圓柱

21、體的折射率為n，AB是一條直徑．今有一束平行光沿平行AB方向射向圓柱體．求：經(jīng)透明圓柱體折射后，恰能經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的入射光線的入射點(diǎn)到AB的垂直距離． 解析：(1)由題圖乙可知零時(shí)刻振子位移為－10 cm，則所對(duì)應(yīng)的位置為B，故A正確．由題圖乙可知振子振動(dòng)周期為4 s，故B正確．t＝4 s時(shí)，振子偏離平衡位置的位移為－10 cm，故C錯(cuò)誤．t＝2.5 s時(shí)振子的位移為5 cm，故D錯(cuò)誤．當(dāng)振子偏離平衡位置最大時(shí)，振子受合力最大，產(chǎn)生的加速度也最大，由F＝kx＝ma，得a＝ m/s2＝400 m/s2，故E正確． (2)設(shè)入射角為i，折射角為r，入射光線離AB的距離為h， 由折射定律：＝n 由幾何關(guān)系：sin i＝， sin r＝ 解得：cos r＝，sin r＝ 又因?yàn)椋簊in i＝2sin r·cos r＝ 解得：h＝. 答案：(1)ABE　(2)