2020版高考物理二輪復習 專題限時集訓16 振動和波動 光及光的本性(含解析)

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1、專題限時集訓(十六)  (建議用時:40分鐘) 1.(2019·煙臺模擬)(1)如圖所示,P、Q、M是均勻媒介中x軸上的三個質(zhì)點,PQ、QM的距離分別為3 m、2 m,一列簡諧橫波沿x軸向右傳播。在t=0時刻,波傳播到質(zhì)點P處并且P開始向下振動,經(jīng)t=3 s,波剛好傳到質(zhì)點Q,而此時質(zhì)點P恰好第一次到達最高點且離平衡位置10 cm處。下列說法正確的是(  ) A.該簡諧波的波速為1 m/s B.該簡諧波的波長為12 m C.當波傳播到質(zhì)點M時,質(zhì)點P通過的路程為50 cm D.當t=5 s時,質(zhì)點Q的加速度方向豎直向下 E.當質(zhì)點M運動到最高點時,質(zhì)點Q恰好處于最低點 (2

2、)如圖所示是一透明物體的橫截面,橫截面為等腰直角三角形ABC,AB邊長為a,底面AC鍍有反射膜。今有一條光線垂直AB邊從中點入射,進入透明物體后直接射到底面AC上,并恰好發(fā)生全反射,(已知光在真空中的傳播速度為c)求: (ⅰ)透明物體的折射率和光在透明物體內(nèi)的傳播時間; (ⅱ)若光線從AB邊中點沿平行于底面的方向射向透明物體,求光線最終離開透明物體時的出射角。 [解析] (1)在t=0時刻,波傳播到質(zhì)點P,經(jīng)t=3 s,波剛好傳到質(zhì)點Q,則v== m/s=1 m/s,故A正確;在t=0時刻,質(zhì)點P開始向下振動,經(jīng)t=3 s,質(zhì)點P恰好第一次到達最高點,則T=3 s,T=4 s,根據(jù)v

3、=,可得λ=vT=4 m,故B錯誤;當波傳播到質(zhì)點M時,用時t′==5 s,即T,質(zhì)點P通過的路程為5A=50 cm,故C正確;當t=5 s時,質(zhì)點Q已經(jīng)振動了2 s,運動到了平衡位置,加速度為零,故D錯誤;質(zhì)點M比質(zhì)點Q晚運動了半個周期,當質(zhì)點M運動到最高點時,質(zhì)點Q恰好處于最低點,故E正確。 (2)(ⅰ)根據(jù)題意,光線射到AC面上時入射角度恰好為臨界角C, 由幾何關(guān)系可知C=45°,根據(jù)sin C=可得n== 由幾何關(guān)系可知光在透明物體中的傳播路徑長為a,設光在介質(zhì)中的傳播速度為v, 有v=,t= 可得t=。 (ⅱ)設此時光在AB面的入射角為i,折射角為r,由題意可知,i=

4、45° 根據(jù)公式n= 可得r=30° 由幾何關(guān)系可知β=60°>C=45°,光線在BC面發(fā)生全反射。設光線在AC面的入射角為i′,折射角為r′, 根據(jù)幾何關(guān)系,i′=15° 根據(jù)公式n=,解得r′=arcsin 。 [答案] (1)ACE (2)(ⅰ)  (ⅱ)arcsin 2.(2019屆高三·西安八校聯(lián)考)(1)一列沿x軸正方向傳播的簡諧波,在t=0時刻的波形圖如圖所示,已知這列波在P出現(xiàn)兩次波峰的最短時間是0.4 s,根據(jù)以上可知: 這列波的波速是________m/s;再經(jīng)過________s質(zhì)點R才能第一次到達波峰;這段時間里R通過的路程為________c

5、m。 (2)如圖所示,一透明球體置于空氣中,球半徑R=10 cm,折射率n=,MN是一條通過球心的直線,單色細光束AB平行于MN射向球體,B為入射點,AB與MN間距為5 cm,CD為出射光線。 (ⅰ)補全光路并求出光從B點傳到C點的時間; (ⅱ)求CD與MN所成的角α。 [解析] (1)依題,P點兩次出現(xiàn)波峰的最短時間是0.4 s,所以這列波的周期T=0.4 s。由波速公式得 v== m/s=10 m/s 由t=0時刻到R第一次出現(xiàn)波峰,波移動的距離 s=7 m 則t== s=0.7 s 在上述時間內(nèi),R實際振動時間t1=0.3 s 因此R通過的路程為s=3A=6 cm

6、。 (2)(ⅰ)連接BC,光路圖如圖所示;在B點光線的入射角、折射角分別標為i、r,sin i==,所以i=45° 由折射定律,在B點有n= 可得sin r= 故r=30° 又=2Rcos r,v= 所以t===×10-9 s。 (ⅱ)由幾何關(guān)系可知∠COP=15°,∠OCP=135°,所以α=30°。 [答案] (1)10 0.7 6 (2)(ⅰ)光路圖見解析 ×10-9 s (ⅱ)30° 3.(2019·江西重點中學聯(lián)考)(1)下列有關(guān)敘述正確的是________。 A.第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1 880~2 690 MHz間的四個頻段,該電磁波信號的磁感應

7、強度隨時間是非均勻變化的 B.狹義相對論的時間效應,可通過衛(wèi)星上的時鐘與地面上的時鐘對比進行驗證,高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地球上時鐘變快 C.單擺在周期性外力作用下做受迫振動,其振動周期與單擺的擺長無關(guān) D.向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接受,測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度,這種方法應用的是共振原理 E.泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)有力地支持了光的波動學說,玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現(xiàn)象 (2)如圖所示,一束截面為圓形(半徑R=1 cm)的平行復色光垂直射向一玻璃半球的面。經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮區(qū)。已知玻璃半球的半徑也為R。屏幕S至球心

8、的距離為d=4 cm。不考慮光的干涉和衍射,試問: (ⅰ)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色? (ⅱ)若玻璃半球?qū)A形亮區(qū)最外側(cè)單色光的折射率為n=,求屏幕S上圓形亮區(qū)的最大半徑。(結(jié)果可保留根號) [解析] (1)第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1 880~2 690 MHz間的四個頻段,該電磁波信號的磁感應強度隨時間是周期性變化的,是非均勻變化的,故A正確;狹義相對論中有運動延遲效應,即“動鐘變慢”,高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地面上的時鐘變慢,故B錯誤;單擺在周期性外力作用下做受迫振動,其振動周期由驅(qū)動力的周期決定,與單擺的固有周期無關(guān),故與擺長無關(guān),故C正確;向人體發(fā)射頻

9、率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度,這種方法應用的是多普勒效應原理,故D錯誤;泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)有力地支持了光的波動學說,玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現(xiàn)象,故E正確。 (2)(ⅰ)復色光與半球形玻璃面的下表面相垂直,方向不變,但是在上面的圓弧面會發(fā)生偏折,紫光的折射率最大,臨界角最小,偏折能力最強,所以紫光偏折的最多,因此最外側(cè)是紫色。 (ⅱ)如圖所示,紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光線射在屏幕S上的點D到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑。 設紫光臨界角為C,由全反射的知識:sin C= 所以cos C= tan C= =

10、= r==d-nR 代入數(shù)據(jù)得:r=(4-)cm。 [答案] (1)ACE (2)(ⅰ)紫色 (ⅱ)(4-)cm 4.(1)如圖為俯視圖,光屏MN水平放置,半圓柱形玻璃磚放在水平面上,其平面部分ab與屏平行。由光源S發(fā)出的一束白光沿半徑方向射入玻璃磚,通過圓心O再射到屏上。在水平面內(nèi)繞過O點的豎直軸沿逆時針方向緩緩轉(zhuǎn)動玻璃磚,在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。當玻璃磚轉(zhuǎn)動角度大于某一值時,屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失。下列說法正確的是________。 A.通過實驗說明,同種材料中各種色光的折射率不同,紅光折射率較大 B.由n=可知,玻璃磚中紅光傳播速度較大 C.由n=可知,

11、紅光在ab界面發(fā)生全反射的臨界角較大 D.轉(zhuǎn)動玻璃磚的過程中最先消失的是紅光 E.在光屏上從左到右光帶顏色的分布是從紅到紫 (2)如圖所示,繩沿x軸放置,左端位于坐標原點,用手握住繩的左端,在t=0時使其開始沿y軸負方向做振幅為8 cm的簡諧運動,在t=0.5 s時,繩上形成的波剛好傳到質(zhì)點M處,求: ①該波的波速大??; ②從t=0開始經(jīng)過多長時間,位于x2=45 cm處的質(zhì)點N恰好第一次沿y軸正方向通過平衡位置。 [解析] (1)實驗中紅光折射的程度最小,說明紅光的折射率小,選項A錯。由介質(zhì)中光速v=知紅光在玻璃中的傳播速度較大,選項B對。由sin C=知紅光發(fā)生全反射的臨界

12、角較大,紫光的臨界角最小,由發(fā)生全反射的條件知,最先消失的是紫光,選項C對、D錯。光屏上最左邊的應是紅光選項E對。 (2)①從題圖上可以看出,0.5 s波傳播了Δx==5 cm,波長為λ=0.2 m 傳播時間為,質(zhì)點起振方向為沿y軸負方向,所以周期T=2 s 波速v== m/s=0.1 m/s ②經(jīng)過t==4.5 s質(zhì)點N將開始沿y軸負方向振動,再經(jīng)過=1 s質(zhì)點N第一次沿y軸正方向向上經(jīng)過平衡位置,故Δt=5.5 s。 [答案] (1)BCE (2)①0.1 m/s?、?.5 s 5.(2019·山東青島模擬)(1)關(guān)于光現(xiàn)象及其應用,下列說法正確的有(  ) A.用透明的標準

13、平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象 B.光導纖維傳輸信號是利用光的干涉現(xiàn)象 C.分別用藍光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實驗,用紅光時得到的條紋間距更寬 D.玻璃內(nèi)氣泡看起來特別明亮,是因為光線從氣泡中射出的原因 E.在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物,可使景象更清晰 (2)一列簡諧橫波,某時刻的波形圖象如圖甲所示,從該時刻開始計時,波上A質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示,則: ①從該時刻起,再經(jīng)過Δt=0.4 s,P質(zhì)點的位移、通過的路程和波傳播的距離分別為多少? ②若t=0時振動剛剛傳到A點,從該時刻起再經(jīng)多長時間坐標為45 m的質(zhì)點(未畫出)第二次位于波峰

14、? [解析] (1)用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉,選項A正確;光導纖維傳輸信號是利用光的全反射現(xiàn)象,選項B錯誤;根據(jù)Δx=λ知,同一裝置,波長越長條紋間距越寬,選項C正確;玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因為光從玻璃射向氣泡時,一部分光在界面上發(fā)生了全反射,選項D錯誤;在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物,可減弱反射光,從而使景象更清晰,選項E正確。 (2)①由振動圖象可以看出,此波的周期為0.8 s,所以頻率為1.25 Hz。因為Δt=0.4 s=,故經(jīng)0.4 s P質(zhì)點回到平衡位置,位移為0 質(zhì)點P通過的路程為2A=4 cm 在時間內(nèi)波傳播的距離為=10 m。 ②由A點在t=0時刻向上振動知,波沿x軸正方向傳播,波速 v== m/s=25 m/s x=45 m處的質(zhì)點第一次到達波峰的時間 t1== s=1 s 此質(zhì)點第二次位于波峰的時間t=t1+T=1.8 s。 [答案] (1)ACE (2)①0 4 cm 10 m?、?.8 s - 7 -

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