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(課標(biāo)版)高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時訓(xùn)練16 振動和波 光學(xué)(含解析)-人教版高三全冊物理試題

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1、專題限時訓(xùn)練16 振動和波 光學(xué) 時間:45分鐘 1.(2019·全國卷Ⅰ)(1)(多選)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=時刻,該波的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點.圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點的振動圖象.下列說法正確的是__CDE__. A.質(zhì)點Q的振動圖象與圖(b)相同 B.在t=0時刻,質(zhì)點P的速率比質(zhì)點Q的大 C.在t=0時刻,質(zhì)點P的加速度的大小比質(zhì)點Q的大 D.平衡位置在坐標(biāo)原點的質(zhì)點的振動圖象如圖(b)所示 E.在t=0時刻,質(zhì)點P與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大 解析:t=時刻,題圖(b)表示介質(zhì)中的某質(zhì)點從平衡位置向下振動,而題圖(a)中質(zhì)點Q

2、在t=時刻從平衡位置向上振動,平衡位置在坐標(biāo)原點的質(zhì)點從平衡位置向下振動,所以質(zhì)點Q的振動圖象與題圖(b)不同,平衡位置在坐標(biāo)原點的質(zhì)點的振動圖象如題圖(b)所示,選項A錯誤,D正確;在t=0時刻,質(zhì)點P處在波谷位置,速率為零,與其平衡位置的距離最大,加速度最大,而質(zhì)點Q運動到平衡位置,速率最大,加速度為零,即在t=0時刻,質(zhì)點P的速率比質(zhì)點Q的小,質(zhì)點P的加速度比質(zhì)點Q的大,質(zhì)點P與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大,選項B錯誤,CE正確. (2)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m.距水面4 m的湖底P點發(fā)出的激光束,從水面出射后恰好照射到桅桿頂端,該出射光束與豎直方向

3、的夾角為53°(取sin53°=0.8).已知水的折射率為. (ⅰ)求桅桿到P點的水平距離; (ⅱ)船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向,當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時,從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離. 答案:(ⅰ)7 m (ⅱ)5.5 m 解析:(ⅰ)設(shè)光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1,到P點的水平距離為x2;桅桿高度為h1,P點處水深為h2;激光束在水中與豎直方向的夾角為θ.由幾何關(guān)系有 =tan53°?、? =tanθ ② 由折射定律有 sin53°=nsinθ?、? 設(shè)桅桿到P點的水平距離為x,則 x=x1+x2?、? 聯(lián)立①②③

4、④式并代入題給數(shù)據(jù)得 x=7 m?、? (ⅱ)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時,從水面出射的方向與豎直方向夾角為i′,由折射定律有 sini′=nsin45°?、? 設(shè)船向左行駛的距離為x′,此時光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1′,到P點的水平距離為x2′,則 x1′+x2′=x′+x ⑦ =tani′?、? =tan45°?、? 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得 x′=(6-3) m≈5.5 m ⑩ 2.(1)(多選)下列說法中正確的是( BCE ) A.機(jī)械波在某種介質(zhì)中傳播,若波源的頻率增大,其傳播速度就一定增大 B.肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是由光的干涉

5、現(xiàn)象形成的 C.在波的干涉中,振動加強(qiáng)點的位移不一定始終最大 D.電磁波在真空中傳播時,其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均相同 E.在雙縫干涉實驗中,其他條件不變,僅用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條紋的間距 解析:機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān),與頻率無關(guān),所以A錯誤;肥皂泡呈現(xiàn)彩色條紋屬于薄膜干涉,所以B正確;在波的干涉中,振動加強(qiáng)點的位移隨時間變化,只是振幅最大,所以C正確;電磁波是橫波,電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直,所以D錯誤;因為紅光波長比黃光長,干涉條紋的間距與波長成正比,在雙縫干涉實驗中,用紅光代替黃光作為入射光可增大干涉條

6、紋的間距,所以E正確. (2)如圖所示,直角邊AC長度為d的直角棱鏡ABC置于桌面上,D為斜邊BC的中點,桌面上的S點發(fā)射一條光線經(jīng)D點折射后,垂直于AB邊射出.已知SC=CD,光線通過棱鏡的時間t=,c為真空中光速,不考慮反射光線.求: ①棱鏡的折射率n; ②入射光線與界面BC間的夾角. 答案:① ②30° 解析: ①光路圖如圖所示,E是光線在AB邊的射出點,設(shè)光線通過棱鏡的速度為v,則DE=d,vt=d,n= 解得n= ②光線射到界面BC,設(shè)入射角為i,折射角為r,則i=-θ,r=-2θ n= 解得θ=30° 3.(1)(多選)下列說法中正確的是( ADE )

7、 A.遙控器發(fā)出的紅外線脈沖信號可以用來遙控電視機(jī)、錄像機(jī)和空調(diào)機(jī) B.觀察者靠近振動頻率一定的聲源時,接收到聲波的頻率小于聲源頻率 C.狹義相對論認(rèn)為真空中光源的運動會影響光的傳播速度 D.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 E.兩列頻率相同的機(jī)械波相遇時,在相遇區(qū)可能會出現(xiàn)穩(wěn)定干涉現(xiàn)象 解析:遙控器是利用其所發(fā)出的紅外線脈沖信號來遙控電視機(jī)、錄像機(jī)和空調(diào)機(jī)的,A正確;聲源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到聲波的頻率大于聲源頻率,B錯誤;狹義相對論的基本假設(shè)是:在不同的慣性參考系中,真空中的光速是不變的;在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的,C錯誤;偏振是橫波的特有現(xiàn)象,光的偏振現(xiàn)

8、象說明光是一種橫波,D正確;只有頻率相同的兩列機(jī)械波相遇,才能出現(xiàn)穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,E正確. (2)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻的波形圖如圖所示,從該時刻開始計時. ①若質(zhì)點P(坐標(biāo)為x=3.2 m)經(jīng)0.4 s第一次回到平衡位置,求該機(jī)械波的波速和周期; ②若質(zhì)點Q(坐標(biāo)為x=5 m)在0.5 s內(nèi)通過的路程為(10+5) cm,求該機(jī)械波的波速和周期. 答案:①8 m/s 1 s?、?2 m/s  s 解析:①由于波沿x軸正方向傳播,當(dāng)P點經(jīng)0.4 s第一次回到平衡位置,一定是x=0 m處質(zhì)點的振動狀態(tài)傳播到P點,則該機(jī)械波波速為v== m/s=8 m/s 由波形圖可知

9、,波長λ=8 m 則T== s=1 s. ②由波動圖象可知,此時Q點的縱坐標(biāo)為y=- cm,當(dāng)其通過的路程為(10+5) cm時,一定是x=-1 m處質(zhì)點的振動狀態(tài)傳播到Q點,則該機(jī)械波波速為 v′== m/s=12 m/s 則T′== s= s. 4.(1)(多選)波源O、A在t=0時刻同時起振,形成的兩列簡諧橫波分別沿x軸正、負(fù)方向傳播,t=0.1 s時刻的波形圖如圖所示.下列判斷正確的是( ADE ) A.兩列波的周期均為0.1 s B.t=0.1 s時,x=2 m處質(zhì)點在向y軸負(fù)方向振動 C.O、A兩波源的起振方向相同 D.t=0.15 s時刻,x=6 m處的質(zhì)點

10、振動位移為0 E.t=0.15 s后,x=6 m處的質(zhì)點振幅為15 cm (2)如圖所示,置于空氣中的一不透明容器中盛滿某種透明液體,容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0 cm長的線光源.靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一遮光板,另一側(cè)有一水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡,用來觀察線光源,開始時通過望遠(yuǎn)鏡不能看到線光源的任何一部分.將線光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)水平移至某處時,通過望遠(yuǎn)鏡剛好可以看到線光源底端,再將線光源沿同一方向移動8.0 cm,剛好可以看到其頂端.求此液體的折射率n. 答案:1.25 解析:如圖所示,當(dāng)線光源上某一點發(fā)出的光線射到未被遮光板遮住的液面上時,射到遮光板邊緣O

11、的那條光線的入射角最?。? 若線光源底端在A點時,通過望遠(yuǎn)鏡剛好可以看到此光源底端,設(shè)過O點液面的法線為OO1,則∠AOO1=α 其中α為線光源發(fā)出的光從此液體射向空氣的全反射臨界角,有sinα= 同理,若線光源頂端在B1點時,通過望遠(yuǎn)鏡剛好可以看到此光源頂端,則∠B1OO1=α 設(shè)此時線光源底端位于B點,由圖中幾何關(guān)系可得sinα= 聯(lián)立得n= 由題給條件可知,=8.0 cm,=6.0 cm 代入得n=1.25. 5.(2019·全國卷Ⅲ)(1)(多選)水槽中,與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上.振動片做簡諧振動時,兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源.兩波源發(fā)出的

12、波在水面上相遇,在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣.關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點,下列說法正確的是__BDE__. A.不同質(zhì)點的振幅都相同 B.不同質(zhì)點振動的頻率都相同 C.不同質(zhì)點振動的相位都相同 D.不同質(zhì)點振動的周期都與振動片的周期相同 E.同一質(zhì)點處,兩列波的相位差不隨時間變化 解析:在波的干涉實驗中,質(zhì)點在振動加強(qiáng)區(qū)的振幅是兩列波振幅之和,質(zhì)點在振動減弱區(qū)的振幅是兩列波振幅之差,A項錯誤;沿波的傳播方向上,波不停地向外傳播,故各質(zhì)點的相位不都相同,C項錯誤.兩波源振動頻率相同,其他各質(zhì)點均做受迫振動,故頻率均與振源頻率相同,周期均與振動片的周期相同,B、D項正確

13、;同一質(zhì)點到兩波源的距離確定,故波程差恒定,即相位差保持不變,E正確. (2)如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=30°.一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進(jìn)入棱鏡,然后垂直于AC邊射出. (ⅰ)求棱鏡的折射率; (ⅱ)保持AB邊上的入射點不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出.求此時AB邊上入射角的正弦. 答案:(ⅰ) (ⅱ) 解析:(ⅰ) 光路圖及相關(guān)量如圖所示 光束在AB邊上折射,由折射定律得 =n?、? 式中n是棱鏡的折射率.由幾何關(guān)系可知 α+β=60°?、? 由幾何關(guān)系和反射定律得 β=β′=∠B?、? 聯(lián)立①②③式,并代入i=60°得 n= ④ (ⅱ)設(shè)改變后的入射角為i′,折射角為α′,由折射定律得 =n?、? 依題意,光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角θc,且 sinθc= ⑥ 由幾何關(guān)系得 θc=α′+30°?、? 由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦為 sini′=?、?

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