2019屆高考物理二輪復習 專題七 物理選考 考點2 機械振動與機械波光學限時集訓.doc

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考點2 機械振動與機械波 光學 [限時45分鐘] 1．(2018長沙一模)(1)(多選)下列說法中正確的是 A．水中的氣泡看上去比較明亮是因為有一部分光發(fā)生了衍射現(xiàn)象 B．雷達發(fā)射的電磁波是由均勻變化的電場或磁場產(chǎn)生的 C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，可在鏡頭前加一個偏振片來減弱櫥窗玻璃表面的反射光 D．紅色和藍色的激光在不同介質(zhì)中傳播時波長可能相同 E．狹義相對論認為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的 (2)如圖8－24所示點S為振源，其頻率為20 Hz，所產(chǎn)生的簡諧橫波向右傳播，波速為40 m/s，P、Q是波傳播途中的兩點，已知SP ＝3.0 m，SQ ＝3.5 m。 圖8－24 ①判斷當S通過平衡位置向上運動時，P、Q兩點的位置及運動方向。 ②以S通過平衡位置向上運動時為計時起點，作出經(jīng)過t＝0.087 5 s時波的圖象，并標出S、P和Q三點的位置。 解析　(1)水中的氣泡看起來比較明亮是因為有一部分光發(fā)生了全反射現(xiàn)象，選項A錯誤；均勻變化的電場或磁場只能產(chǎn)生恒定的磁場或電場，是不能形成電磁波的，雷達發(fā)射的電磁波一定是由周期性變化的電場或磁場產(chǎn)生的，選項B錯誤；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，可在鏡頭前加一個偏振片來減弱櫥窗玻璃表面的反射光，選項C正確；紅色和藍色激光頻率不同，在同一種介質(zhì)中傳播時波速不同，波長不同，而紅色和藍色激光在不同介質(zhì)中傳播時波長可能相同，選項D正確；狹義相對論認為真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的，選項E正確。 (2)①該波的波長為λ＝＝2 m SP＝3.0 m＝1.5λ，故點P通過平衡位置向下運動 SQ＝3.5 m＝1.75 λ，故點Q在波峰，向下運動 ②該波的周期為T＝＝0.05 s，t＝0.087 5 s＝1.75T，作圖如圖所示 答案　(1)CDE (2)見解析 2．(2018保定調(diào)研)(1)(多選)關(guān)于機械振動與機械波的說法中正確的是 A．機械波的頻率等于振源的振動頻率 B．機械波的傳播速度與振源的振動速度相等 C．質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向 D．在一個周期內(nèi)，沿著波的傳播方向，振動在介質(zhì)中傳播一個波長的距離 E．機械波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身決定 (2)如圖8－25所示，水面上船的正前方A處有一浮標，水面下方深度H＝2 m的B點處有一點光源。當船頭P點距B點水平距離S ＝4 m時，射向船頭P點的光剛好被浮標擋住，且船尾端C點后方水面完全沒有光線射出。測得PA、BA與豎直方向的夾角分別為53和37，忽略船吃水深度，求船的長度L。(sin 53＝0.8，cos 53＝0.6) 圖8－25 解析　(1)機械波的頻率是振源的振動頻率，A正確；機械波的傳播速度與振源的振動速度無關(guān)，B錯誤；波分橫波與縱波，縱波的質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一條直線上，C錯誤；由v＝可知，沿波的傳播方向，振動在介質(zhì)中傳播一個波長的距離，D正確；機械波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身決定，E正確。 (2)光路如圖所示，水的折射率n＝ 當C點水面剛好沒有光線射出時，則sin θ＝ 根據(jù)幾何關(guān)系sin θ＝ 解得船最短時L＝2 m 故船的長度L≥L＝2 m。 答案　(1)ADE　(2)2 m 3．(2018武漢調(diào)研)如圖8－26所示，一玻璃三棱鏡置于空氣中，一束光經(jīng)折射后分為兩束單色光a、b，則 圖8－26 A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 B．玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率 C．a(chǎn)光在玻璃中的傳播速度大于b光在玻璃中的傳播速度 D．當a、b兩束光從玻璃射入真空時，a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角 E．a(chǎn)、b兩束光分別通過同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋，相鄰暗條紋間距b光的較大 (2)一列簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播，已知波長λ滿足：15 cm<λ<30 cm，O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x＝0和x＝35 cm處的兩個質(zhì)點。t＝0時開始觀測，此刻簡諧波已經(jīng)傳播過了A質(zhì)點，質(zhì)點O位于波峰，位移為y＝5 cm；t＝0.3 s時，質(zhì)點O第二次回到平衡位置，此刻質(zhì)點A恰好到波峰處。求： ①簡諧波的周期、波長和波速； ②質(zhì)點A的位移隨時間變化的關(guān)系式。 解析　(1)由圖可知，玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率，根據(jù)折射率與光的頻率關(guān)系可知，a光的頻率大于b光的頻率，選項A正確，B錯誤；由折射率與光速的關(guān)系n＝可知，折射率大的傳播速度小，所以a光在玻璃中的傳播速度小于b光在玻璃中的傳播速度，選項C錯誤；由全反射臨界角sin C＝可知，折射率大的發(fā)生全反射的臨界角小，所以當a、b兩束光從玻璃射入真空時，a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角，選項D正確；由波長與頻率成反比可知，a光的波長小于b光的波長，由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝λ可知，a、b兩束光分別通過同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋，相鄰暗條紋間距b光的較大，選項E正確。 (2)①由題意可知：T＝0.3 s λ＋nλ＝0.35 m(n＝0,1,2…) 解得：T＝0.4 s 由題給條件得：λ＝0.20 m 因v＝ 可得：v＝0.50 m/s ②質(zhì)點A振動的圓頻率：ω＝＝5π(rad/s) 振幅：A＝0.05 m，初相：φ＝π 質(zhì)點A的位移隨時間變化的關(guān)系式為： y＝0.05 sin (5πt＋π)(m)或y＝0.05 cos (5πt＋π)(m)。 答案　(1)ADE (2)①0.4 s　0.20 m　0.50 m/s ②y＝0.05 sin (5πt＋π)(m)或y＝0.05 cos (5πt＋π)(m) 4．(2018鄭州質(zhì)檢)(1)如圖8－27所示，一簡諧橫波在某區(qū)域沿x軸傳播，實線a為t＝0時刻的波形圖線，虛線b為t＝0.5 s時刻的波形圖線，虛線b與x軸交點P的坐標為xP＝1 m。下列說法正確的是 圖8－27 A．t＝0時刻P質(zhì)點的位移為5 cm B．這列波的傳播速度大小可能為30 m/s C．這列波的波源振動頻率可能為2.5 Hz D．t＝1.5 s時刻P點一定處于波谷位置 E．若該波遇到寬度為6 m的障礙物能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 (2)如圖8－28所示，ABG為一透明材料制成的柱形光學元件的橫截面，該種材料的折射率n＝，AG是一半徑為R的圓弧，O為圓弧面圓心，ABGO構(gòu)成正方形，在O處有一點光源。從點光源射入圓弧AG的光線，進入透明材料后首次射向AB或BG界面時，有一部分不能從AB或BG界面直接射出。下面的問題只研究進入透明材料后首次射向AB或BG界面的光線，已知AB面上的P點到A點的距離為R。求： 圖8－28 ①從P點射出的光線的折射角； ②AB和BG截面上沒有光線射出部分的總長度。 答案　BDE (2)①　②(2－)R 5．(2018東北三省模擬)(1)(多選)下列說法中正確的是 A．做簡諧運動的質(zhì)點，離開平衡位置的位移相同時，加速度也相同 B．做簡諧運動的質(zhì)點，經(jīng)過四分之一個周期，所通過的路程一定是一倍振幅 C．變化的磁場可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，變化的電場可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 D．雙縫干涉實驗中，若只減小雙縫到光屏間的距離，兩相鄰亮條紋間距將變大 E．聲波從空氣傳入水中時頻率不變，波長變長 (2)如圖8－29所示，橫截面為半圓形的某種透明柱體介質(zhì)，截面ABG的半徑R＝10 cm，直徑AB與水平屏幕MN垂直并與A點接觸。由紅光和紫光兩種單色光組成的復色光沿半徑方向射向圓心O，已知該介質(zhì)對紅光和紫光的折射率分別為n1＝、n2＝。 圖8－29 ①求紅光和紫光在介質(zhì)中傳播的速度比； ②若逐漸增大復色光在O點的入射角，使AB面上剛好只有一種色光射出，求此時入射角的大小及屏幕上兩個亮斑的距離。 解析　(1)做簡諧運動的質(zhì)點位移相同時，由F＝－kx可知回復力相同，又由牛頓第二定律可知a＝－，則加速度相同，A正確。根據(jù)簡諧運動的對稱性知，一個周期內(nèi)的路程一定是四倍振幅，但四分之一周期內(nèi)的路程不一定是一倍振幅，與質(zhì)點的初始位置有關(guān)，B錯誤。均勻變化的磁場可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；周期性變化的磁場可以產(chǎn)生周期性變化的電場，周期性變化的電場可以產(chǎn)生周期性變化的磁場，C正確。雙縫干涉實驗中得到的條紋間距應為Δx＝，若只減小雙縫到光屏間的距離，兩相鄰亮條紋間距將變小，D錯誤；聲波由空氣進入水中，頻率不變，波速變大，由波速公式v＝λf得，聲波的波長變長，E正確。 (2)①折射率n＝ 故紅光和紫光在介質(zhì)中傳播的速度比＝＝ ②增大入射角，紫光先發(fā)生全反射，其折射光線消失，設(shè)紫光的臨界角為C，有：sin C＝＝ 所以C＝45 此時入射角i＝C＝45 光路圖如圖所示 紅光入射角為i，有n1＝ 可得sin r＝ 兩亮斑PQ的間距d＝R＋ 代入數(shù)據(jù)得d＝(10＋5) cm。 答案　(1)ACE (2)①?、?5 (10＋5) cm 6．(2018福建質(zhì)檢)(1)如圖8－30甲，P、Q是均勻介質(zhì)中x軸上的兩個質(zhì)點，間距10 m。一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，t＝0時到達質(zhì)點P處(其后P的振動圖象如圖乙)，t＝2 s時到達質(zhì)點Q處。則 A．波長為2 m B．波速為5 m/s C．t＝2 s時，P的振動方向沿－y方向 D．t＝2 s時，Q的振動方向沿＋y方向 E．2～3 s，Q運動的路程為12 cm 圖8－30 (2)電視機遙控器中有一半導體發(fā)光二極管，它發(fā)出頻率為3.31014 Hz的紅外光，用來控制電視機的各種功能。已知這種發(fā)光二極管的發(fā)光面AB是直徑為2 mm的圓盤，封裝在折射率n＝2.5的半球形介質(zhì)中，其圓心位于半球的球心O點，如圖8－31所示。設(shè)真空中的光速c＝3.0108 m/s。 圖8－31 ①求這種紅外光在該半球形介質(zhì)中的波長； ②要使發(fā)光面上邊緣的點發(fā)出的紅外光，第一次到達半球面時都不會發(fā)生全反射，介質(zhì)半球的半徑R至少應為多大？ 解析　(1)由圖乙可知機械波的傳播周期為T＝2 s。由于t＝0時機械波傳到質(zhì)點P，t＝2 s時機械波傳到質(zhì)點Q，則說明P、Q兩點之間的距離等于一個波長，即λ＝10 m，A錯誤；由波速公式r＝＝ m/s＝5 m/s，B正確；t＝0時質(zhì)點P沿y軸的正方向振動，說明波源的起振方向沿y軸的正方向，則t＝2 s時質(zhì)點Q剛好開始振動，其振動方向沿y軸的正方向，D正確；經(jīng)過一個完整的周期后，質(zhì)點P的振動方向與t＝0時的振動方向相同，即沿y軸的正方向，C錯誤；2～3 s為半個周期，則質(zhì)點Q通過的路程為振幅的兩倍，即12 cm，E正確。 (2)①根據(jù)v＝λν，n＝ 代入數(shù)據(jù)得λ≈3.610－7 m ②光路圖如圖，由幾何知識知，由發(fā)光面邊緣發(fā)出的光與AB垂直時，入射角i最大。若這條光線不發(fā)生全發(fā)射，則所有光線均不會發(fā)生全反射，即 n＝ sin i＜sin C＝ 又sin i＝ 代入數(shù)據(jù)得 R＞2.5 mm，即半徑R至少為2.5 mm。 答案　(1)BDE　(2)①3.610－7 m?、?.5 mm 7．(波的疊加)甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負向傳播，波速均為v＝25 cm/s。兩列波在t＝0時的波形曲線如圖8－32所示。求 圖8－32 (1)t＝0時，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點的x坐標； (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)點的時間。 解析　(1)t＝0時，在x＝50 cm處兩列波的波峰相遇，該處質(zhì)點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、乙兩列波的波長分別為 λ1＝50 cm，λ2＝60 cm ① 甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為 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)點的x坐標為 x＝(50＋300n)cm，n＝0，1，2，… ④ (2)只有兩列波的波谷相遇處的質(zhì)點的位移為－16 cm。t＝0時，兩波波谷間的x坐標之差為 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 ⑥ 由于m1、m2均為整數(shù)，相同傳播的波谷間的距離最小為 Δx0′＝5 cm ⑦ 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)點的時間為t＝ ⑧ 代入數(shù)據(jù)得t＝0.1 s。 答案　(1)x＝(50＋300n)cm，n＝0，1，2，…　(2)0.1 s