2020屆高考物理 精準(zhǔn)培優(yōu)專練二十三 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光（含解析）

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1、機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光 一、選擇題，每題有3個(gè)選項(xiàng)正確。 1．如圖所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲、乙的振動(dòng)圖象，下列說法中正確的是(　　) A．甲、乙兩單擺的擺長相等 B．甲擺的振幅比乙擺大 C．甲擺的機(jī)械能比乙擺大 D．甲擺的周期比乙擺大 E．在t＝0.5 s時(shí)有正向最大加速度的是乙擺 2．如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(dòng)(即做簡諧運(yùn)動(dòng))時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動(dòng)時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，則下列說法中正確的是(　　) A．由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4 s B．由圖乙可知彈簧振子的固有周期為8 s C．由圖乙可知外力的周期為8 s

2、 D．如果改變外力的周期，在接近4 s的附近該彈簧振子的振幅較大 E．如果改變外力的周期，在接近8 s的附近該彈簧振子的振幅較大 3．如圖甲為一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，圖乙為介質(zhì)中x＝2 m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖象。下列說法正確的是(　　) A．這列波的傳播方向是沿x軸正方向 B．這列波的傳播速度是20 m/s C．經(jīng)過0.15 s，質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3 m D．經(jīng)過0.1 s，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向 E．經(jīng)過0.35 s質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離 4．一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖所示，質(zhì)

3、點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m．已知任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s，下列說法正確的是(　　) A．波速為4 m/s B．波的頻率為1.25 Hz C．x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t＝0.6 s時(shí)恰好位于波谷 D．x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t＝0.2 s時(shí)恰好位于波峰 E．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷 5．我國地震臺網(wǎng)正式測定：2017年10月19日09時(shí)15分在山西臨汾市襄汾縣（北緯35.95度，東經(jīng)111.54度）發(fā)生3.0級地震，震源深度5千米。地震波既有橫波，也有縱波，某監(jiān)測站截獲了一列沿x軸負(fù)方向傳播的地震橫波，在t s與（t＋0.2）s兩

4、個(gè)時(shí)刻x軸上－3 km～3 km區(qū)間內(nèi)的波形圖分別如圖中實(shí)線和虛線所示，則下列說法正確的是(　　) A．x =1.5 km處質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離是2A B．該地震波的最大周期為0.8 s C．該地震波最小波速為5 km/s D．從波源開始振動(dòng)到波源遷移到地面最長需要經(jīng)過1 s時(shí)間 E．從t時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，x＝2 km處的質(zhì)點(diǎn)比x＝1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)先回到平衡 6．如圖所示，實(shí)線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法正確的是(　　) A

5、．O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè) B．藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí)，速度變小 C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn) D．若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn) E．若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn) 7．彩虹是由陽光進(jìn)入雨滴，先折射一次，然后在雨滴的背面反射，最后離開水滴時(shí)再折射一次形成的．形成示意圖如圖所示，一束白光L由左側(cè)射入雨滴，a、b是白光射入雨滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的其中兩條出射光(a、b是單色光)。下列關(guān)于a光與b光的說法中正確的是(　　) A．雨滴對a光的折射率大于對b光

6、的折射率 B．a(chǎn)光在雨滴中的傳播速度小于b光在雨滴中的傳播速度 C．用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，a光條紋間距大于b光條紋間距 D．a(chǎn)光、b光在雨滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要長 E．若a光、b光在同一介質(zhì)中，以相同的入射角由介質(zhì)射向空氣，若b光能夠發(fā)生全反射，則a光也一定能夠發(fā)生全反射 8．列說法正確的是(　　) A．光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率無關(guān) B．雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的 C．楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時(shí)，紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距小 D．光的偏振特征說明光是橫波

7、 E．狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 二、解答題，按題目要求解答。計(jì)算題解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 9．在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。 (1)以線狀白熾燈為光源，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)： A．燈絲和單縫及雙縫必須平行放置 B．干涉條紋與雙縫垂直 C．干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān) D．干涉條紋間距與光的波長有關(guān) 以上幾點(diǎn)中你認(rèn)為正確的是________。 (2)當(dāng)測量頭中的分劃板中心刻線對齊某干涉條紋線時(shí)，手輪上的示

8、數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為________mm。 (3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示．則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時(shí)，測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。 10．一透明柱狀介質(zhì)，如圖所示，其橫截面為扇形AOC，O為圓心，半徑為R，圓心角為90°，AC關(guān)于OB對稱，一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì)，介質(zhì)折射率為，要使ABC面上沒有光線射出，至少在O點(diǎn)左側(cè)垂直O(jiān)B放置多高的遮光板？（不考慮ABC的反射） 11．一個(gè)三棱柱由某種透明材料制作而成，為測量此材料折射率，現(xiàn)將三棱柱置于坐

9、標(biāo)紙上，如圖三角形ABC為其橫截面，頂點(diǎn)坐標(biāo)為A(0，150 mm)、B(－200 mm，0)、C(200 mm，0)。在紙上a、b兩點(diǎn)插針，視線透過AC面觀察a、b的像，并先后插上c、d兩針使它們都擋住a、b的像。測得四針位置坐標(biāo)a(－350 mm，33 mm)、b(－250 mm，33 mm)、c(200 mm，99 mm)、d(300 mm，99 mm)。 (1)請確定經(jīng)過a、b的光線入射到BC面上時(shí)入射點(diǎn)的坐標(biāo)； (2)請計(jì)算此材料折射率。 12．如圖所示，t＝0時(shí)，位于原點(diǎn)O處的波源，從平衡位置(在x軸上)開始沿y軸正方向做周期T＝0.2

10、 s、振幅A＝4 cm的簡諧振動(dòng)。該波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，當(dāng)平衡位置坐標(biāo)為(9 m，0)的質(zhì)點(diǎn)P剛開始振動(dòng)時(shí)，波源剛好位于波谷。 (1)質(zhì)點(diǎn)P在開始振動(dòng)后的Δt＝1.05 s內(nèi)通過的路程是多少？ (2)該簡諧波的最大波速是多少？ (3)若該簡諧波的波速為v＝12 m/s，質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置坐標(biāo)為(12 m，0)(圖中未畫出)。請寫出以t＝1.05 s時(shí)刻為新的計(jì)時(shí)起點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程。 13．實(shí)線和虛線分別是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t1＝0和t2＝0.06 s時(shí)刻的波形圖。已知在t＝0時(shí)刻，x＝1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)動(dòng)． (1)判斷該

11、波的傳播方向； (2)求該波的最小頻率； (3)若3T＜0.06 s＜4T，求該波的波速大小。 答案 三、對點(diǎn)速練 一、選擇題，每題有3個(gè)選項(xiàng)正確。 1．【答案】ABE 【解析】可從題圖上看出甲擺振幅大，B正確；由題圖知兩擺周期相等，則擺長相等，因兩擺球質(zhì)量關(guān)系不明確，無法比較它們的機(jī)械能的大小，A正確，C、D錯(cuò)誤；t＝0.5 s時(shí)乙擺球在負(fù)的最大位移處，故有正向最大加速度，E正確。 2．【答案】ACD 【解析】圖甲是彈簧振子自由振動(dòng)時(shí)的圖象，由圖甲可知，其振動(dòng)的固有周期為4 s，A正確，B錯(cuò)誤；圖乙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖象，彈簧

12、振子的振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即8 s，C正確；當(dāng)固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相等時(shí)，其振幅最大，驅(qū)動(dòng)力的周期越接近固有周期，彈簧振子的振幅越大，D正確，E錯(cuò)誤。 3．【答案】ABE 【解析】由題中甲、乙兩圖可知，該波向x軸正方向傳播，A正確；由題圖甲知波長λ＝4 m，由題圖乙知周期T＝0.2 s，則波速v＝＝ m/s＝20 m/s，B正確；質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，只在其平衡位置附近振動(dòng)，C錯(cuò)誤；經(jīng)過0.1 s＝T，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，D錯(cuò)誤；經(jīng)過0.35 s＝1T，質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波峰，而質(zhì)點(diǎn)Q在波谷與平衡位置之間，故E正確。 4．【答案】BDE 【解析】任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)兩次通過平衡位置的時(shí)

13、間間隔為0.4 s，則T＝0.4 s，解得T＝0.8 s，f＝＝1.25 Hz，選項(xiàng)B正確；由題圖知：該波的波長λ＝4 m，波速v＝＝5 m/s，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；畫出t＝0.6 s時(shí)的波形圖如圖所示，因15 m＝3λ＋λ，故x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)與x＝3 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一樣，即在平衡位置向下振動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；畫出t＝0.2 s 時(shí)的波形圖如圖所示，因22 m＝5λ＋λ，故x＝22 m處的質(zhì)點(diǎn)與x＝2 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一樣，即在波峰位置，選項(xiàng)D正確；因質(zhì)點(diǎn)P與x＝17 m處質(zhì)點(diǎn)平衡位置間距離Δx＝14 m＝3λ＋λ，故兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)相反，選項(xiàng)E正確。 5．【答案】BCE 【解析

14、】各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離等于振幅；由圖Δt = nT + T/4，Δx =（nλ+1）m，得T = 0.8/(4n+1) s（n = 0，1，2…），v =（5nλ+5）m/s（n = 0，1，2…）；波源不會(huì)遷移；t時(shí)刻，x＝2 km 處的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置用時(shí)四分之一周期，x＝1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置用時(shí)超過四分之一周期。 6．【答案】BCD 【解析】據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯(cuò)；光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí)，速度變小，故B對；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要

15、小于藍(lán)光的，則可能通過B 點(diǎn)正下方的C點(diǎn)，故C對；若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故D對；若藍(lán)光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線不可能過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故E錯(cuò)。 7．【答案】ABE 【解析】從光的折射光路可知，a光折射率大，即na＞nb，選項(xiàng)A對；根據(jù)n＝，折射率越大，在介質(zhì)中的傳播速度越小，即a光在雨滴中傳播速度小，選項(xiàng)B對；折射率越大，頻率越高，波長越短，即a光波長短，雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，由Δx＝知波長越長條紋間距越寬，所以a光雙縫干涉條紋間距窄，選項(xiàng)C錯(cuò)；光在兩種介質(zhì)表面發(fā)生折射時(shí)，頻率不變，從空氣進(jìn)入雨滴，傳播速度變小，所以波長變小，選

16、項(xiàng)D錯(cuò)；光線從介質(zhì)到空氣，發(fā)生全反射的臨界角sin C＝，即a光全反射的臨界角小，當(dāng)b光能夠發(fā)生全反射時(shí)，已經(jīng)超過了a光的臨界角，a光也一定能夠發(fā)生全反射，選項(xiàng)E對。 8．【答案】BDE 【解析】光的傳播速度由介質(zhì)的本身性質(zhì)與頻率共同決定，所以光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率有關(guān)，故A錯(cuò)誤；油膜形成的彩色條紋，是由膜的前后表面反射光，進(jìn)行光的疊加，形成的干涉條紋，故B正確； 根據(jù)光的干涉條紋間距公式Δx＝λ，因?yàn)榧t光的波長比藍(lán)光的波長長，則紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距大，故C錯(cuò)誤；光的偏振振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯

17、的標(biāo)志，即光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波而不是縱波，故D正確；狹義相對論認(rèn)為，在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的，故E正確。 二、解答題，按題目要求解答。計(jì)算題解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 9．【答案】(1)ACD　(2)0.702　(3)大于 【解析】(1)為使屏上的干涉條紋清晰，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行；由Δx＝λ可知，條紋的疏密程度與雙縫間距離d、光的波長λ、雙縫到屏的距離L有關(guān)，所以A、C、D選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤． (2)固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為20

18、.2，所以測量結(jié)果為0.5 mm＋20.2×0.01 mm ＝0.702 mm. (3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，由幾何知識可知測量頭的讀數(shù)大于條紋間的實(shí)際距離。 10．【解析】光線在OA面上的E點(diǎn)發(fā)生折射，入射角為45°，折射角為β 由，解得 折射光線射向球面AC，在D點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，入射角為α，則 在三角形OED中，由正弦定理有 所以擋板高度 解得： 由對稱性可知擋板最小的高度為。 11．【解析】(1)根據(jù)題意做出光路如圖，設(shè)光路在D點(diǎn)的入射角、折射角為α1、α2，在F點(diǎn)的入射角、折射角為β1、β2，由折射定律有： 由幾何關(guān)系sinα1

19、 = sinβ2 = 0.8 α2 = β1 又因△ABC為等腰三角形且∠B =∠C，可知△BDE∽△CFE，根據(jù)D、F縱坐標(biāo)可得兩三角形長度比例為1 : 3，故BE = 100 mm，所以E點(diǎn)坐標(biāo)為(－100 mm，0)。 (2)作DG⊥x軸，易求得BD = 55 mm，BG = 44 mm，GE = 56 mm，DE = 65 mm 從而可求得， 代入上面折射定律可得n = 。 12．【解析】(1)由于質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置開始振動(dòng)，且Δt＝1.05 s＝5T，故在Δt＝1.05 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P通過的路程 s＝21A＝84 cm。 (2)設(shè)該簡諧波的波速為v，兩質(zhì)點(diǎn)O、P間的

20、距離為Δx 由題意可得Δx＝λ＝9 m　(n＝0,1,2，…) 所以v＝＝ m/s　(n＝0,1,2，…) 當(dāng)n＝0時(shí)，該簡諧波的波速最大，vm＝60 m/s。 (3)簡諧波從波源傳到(12 m，0)點(diǎn)所用時(shí)間 t1＝ s＝1 s 再經(jīng)t2＝t－t1＝0.05 s，質(zhì)點(diǎn)Q位于波峰位置，則以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程為 y＝0.04cos 10πt (m)。 13．【解析】(1)由題意可知該波向x軸正方向傳播。 (2)因波的傳播具有周期性，設(shè)波的周期為T，t2＝0.06 s時(shí)刻，則有(下列各式中n＝0，1，2…) T＝0.06 s 得T＝ s 則f＝＝ Hz 當(dāng)n＝0時(shí)，f最小為 fmin＝ Hz＝12.5 Hz。 (3)法一：由3T<0.06 s<4T，T＝0.06 s得： n＝3，T＝0.016 s 所以v＝＝ m/s＝75 m/s。 法二：由3T<0.06 s<4T知，n＝3，則波在0.06 s內(nèi)傳播距離為：x＝λ＝4.5 m v＝＝ m/s＝75 m/s。 10