2019屆高考物理二輪復習 第二部分 熱點專練 熱點十四 選修3－4專項訓練

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1、熱點十四　選修3－4 本部分主要有以下兩個考查方向： 1．機械振動和機械波：掌握簡諧運動的特征及波動的本質，掌握簡諧運動的振動圖像和波動圖像及波長、頻率、波速的關系，要特別重視振動圖像、波動圖像相結合的題目，注意振動和波動的區(qū)別和聯(lián)系。 2．光學：對于幾何光學的題目，首先要能夠根據(jù)光的折射定律、全反射規(guī)律作出光路圖，然后用幾何方法解題，注意發(fā)生全反射的條件和折射率的計算，光的本性部分要掌握光的干涉條件和發(fā)生明顯衍射的條件，知道什么是偏振現(xiàn)象，還要注意幾何光學和光的本性的結合點(光的折射率和頻率)。 考向一　振動圖像與波動圖像 　(多選)如圖1甲所示為一列簡諧橫波在t＝0.20 s

2、時刻的波形圖，在波傳播路徑上有P、Q、R三個質點，它們的平衡位置分別在x1＝1.2 m、x2＝2.5 m和x3＝4 m處，圖乙為質點R的振動圖像，則 圖1 A．此簡諧波沿x軸正向傳播 B．從圖甲時刻，再經過0.10 s質點R傳到x＝8 m處 C．質點Q從圖甲所示時刻開始，第一次回到平衡位置所用的時間為0.062 5 s D．質點P比質點Q早0.3 s回到平衡位置 E．從圖甲時刻，再經過0.08 s，x＝3.2 m處的質點剛好回到平衡位置 [解析]　由圖乙可知，t＝0.20 s時質點R正從平衡位置沿y軸正向運動，根據(jù)波動與振動的關系可知，波沿x軸正向傳播，A項正確；質點并不沿波

3、傳播的方向發(fā)生遷移，B錯誤；波傳播的速度為v＝ m/s＝40 m/s，因此質點Q經過t2＝＝ s＝0.062 5 s回到平衡位置，C項正確；質點P經過t1＝＝ s＝0.03 s回到平衡位置，因此比Q點早0.032 5 s回到平衡位置，D項錯誤；從圖甲時刻開始，經過0.08 s，波形移動的距離為x＝vt＝3.2 m，將波形沿x軸正向移動3.2 m，會發(fā)現(xiàn)x＝3.2 m處的質點剛好回到平衡位置，E項正確。 [答案]　ACE 考向二　振動和波的綜合問題 　(2016·全國卷Ⅱ)一列簡諧橫波在介質中沿x軸正向傳播，波長不小于10 cm。O和A是介質中平衡位置分別位于x＝0和x＝5 cm處的兩個質

4、點。t＝0時開始觀測，此時質點O的位移為y＝4 cm，質點A處于波峰位置，t＝ s時，質點O第一次回到平衡位置，t＝1 s時，質點A第一次回到平衡位置。求： (1)簡諧波的周期、波速和波長。 (2)質點O的位移隨時間變化的關系式。 [解析]　(1)設振動周期為T。由于質點A在0到1 s內由最大位移處第一次回到平衡位置，經歷的是個周期，由此可知T＝4 s① 由于質點O與A的距離5 cm小于半個波長，且波沿x軸正向傳播，O在t＝ s時回到平衡位置，而A在t＝1 s時回到平衡位置，時間相差 s。兩質點平衡位置的距離除以傳播時間，可得波的速度v＝7.5 cm/s ② 利用波長、波速和周期的關

5、系λ＝vT得，簡諧波的波長λ＝30 cm③ (2)設質點O的位移隨時間變化的關系為 y＝A cos(＋φ0)④ 將①式及題給條件代入上式得4＝A cosφ0⑤ 0＝A cos(＋φ0)⑥ 解得φ0＝，A＝8 cm 質點O的位移隨時間變化的關系式為 y＝0.08 cos(＋)(國際單位制)⑧ 或y＝0.08 cos(＋)(國際單位制)。 [答案]　(1)4 s　7.5 cm/s　30 cm (2)y＝0.08 cos(＋)或y＝0.08 cos(＋) 考向三　光的折射和全反射 　如圖2所示，在足夠寬的液槽中放有某種液體，M是可轉動的平面鏡，M與水平面的夾角α＝30°。光線

6、從液槽的側壁水平射入液體中，當光線射出液面時與液面的夾角為β＝45°。 圖2 (1)求該液體的折射率n； (2)改變α角可以使光線射出液面時的方向發(fā)生變化，若要使經平面鏡反射后的光線能從液面射出，求α的取值范圍。 [解析]　本題考查考生的理解能力，需要考生利用幾何關系解題。 (1)作出光線經平面鏡反射后從液面射出的光路圖如圖甲所示，由幾何關系知，在液面發(fā)生折射的入射角 i＝30° 折射角r＝45° 由折射定律有＝n 解得n＝ (2)設光線在液體中發(fā)生全反射的臨界角為C，則 sin C＝ 解得C＝45° 若光在右側發(fā)生全反射，作出光路圖如圖乙所示，則由幾何關系可

7、知2α1＋C＝90° 若光在左側發(fā)生全反射，作出光路圖如圖丙所示，則由幾何關系可知 2(90°－α2)＋C＝90° 即α1＜α＜α2 解得22.5°＜α＜67.5°。 [答案]　(1)　(2)22.5°＜α＜67.5° 1．(1)(多選)在坐標原點的波源產生一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速v＝200 m/s，已知t＝0時，波剛好傳播到x＝40 m處。如圖3所示。在x＝400 m處有一接收器(圖中未畫出)，則下列說法正確的是________。 圖3 A．波源開始振動時方向沿y軸負方向 B．從t＝0開始經0.15 s，x＝40 m處的質點運動的路程為0.6 m

8、C．接收器在t＝2 s時才能接收到此波 D．若波源向x軸正方向運動，接收器接收到波的頻率可能為9 Hz E．若該波與另一列頻率為5 Hz沿x軸負方向傳播的簡諧橫波相遇，不能產生穩(wěn)定的干涉圖樣 (2)如圖4所示的直角三角形ABC是玻璃磚的橫截面，∠B＝90°，∠A＝30°，BC邊長等于L。一束平行于AB邊的光束從AC邊上的某點射入玻璃磚，進入玻璃磚后，在BC邊上的E點被反射，E點是BC邊的中點，EF是從該處反射的光線，且EF恰與AC邊平行。求： 圖4 ①玻璃磚的折射率； ②該光束從E點反射后，直到第一次有光線從玻璃磚射出所需的時間(真空中的光速用符號“c”表示)。 解析　(1)

9、根據(jù)波動圖像和波的傳播方向可知，波源開始振動時方向沿y軸負方向，選項A正確；根據(jù)波動圖像可知波長λ＝20 m，振幅A＝10 cm。周期T＝＝20 m÷200 m/s＝0.1 s，從t＝0開始經過0.15 s(1.5個周期)，x＝40 m處的質點運動路程為六個振幅，即6×0.1 m＝0.6 m，選項B正確；接收器在t＝＝ s＝1.8 s時就能夠接收到此波，選項C錯誤；波源頻率為f＝＝10 Hz，若波源向x軸正方向運動，根據(jù)多普勒效應，接收器接收到波的頻率大于10 Hz，選項D錯誤；根據(jù)頻率相同的兩列波相遇才能產生穩(wěn)定干涉可知，若該波與另一列頻率為5 Hz沿x軸負方向傳播的簡諧橫波相遇，不能產生穩(wěn)

10、定的干涉圖樣，選項E正確。 (2)①根據(jù)題述畫出光路圖如圖所示。入射角i＝60°，折射角r＝30° 根據(jù)折射定律可得n＝＝ ②根據(jù)圖中幾何關系，OE＝CE＝BE＝，EF＝＝L 光束在玻璃磚中傳播速度v＝＝ 光在玻璃磚中的全反射臨界為 sin C＝＝＜，故C＜60° 光束從E點反射后，再經一次全反射可射出玻璃磚，光路圖如圖所示 則光束從E點反射后，在玻璃磚中的總路程為 s＝L＋ 故所需時間為t＝＝。 答案　(1)ABE　(2)①?、? 2．(1)(多選)下列說法正確的是________。 A．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 B．變化的電

11、場一定產生變化的磁場，變化的磁場一定產生變化的電場 C．在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄 D．光纖通信的工作原理是全反射，光纖通信具有容量大，抗干擾性強等優(yōu)點 E．用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振 (2)如圖5所示，位于原點O處的波源在t＝0時刻從平衡位置(在x軸上)開始沿y軸正方向做周期T＝0.4 s、振幅A＝3 cm的簡諧運動，該波源產生的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，當平衡位置坐標為(6 m,0)的質點P剛開始振動時波源剛好位于波谷。 圖5 ①質點P在開始振動后的Δt＝2.5 s內通過的路程是多少？ ②該簡諧橫波的

12、最大波速是多少？ 解析　(1)單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期由驅動力的周期決定，與單擺的固有周期無關，故與擺長無關，選項A正確；變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，而均勻變化的電場產生恒定的磁場，均勻變化的磁場產生恒定的電場，選項B錯誤；在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，根據(jù)條紋間距公式Δx＝λ，波長變短，則干涉條紋間距變窄，選項C正確；光纖通信的工作原理是全反射，光纖通信具有容量大、抗干擾性強、衰減小等優(yōu)點，選項D正確；用透明的標準樣板和單色光檢查平整度是利用了薄膜干涉，選項E錯誤。 (2)①由于質點P從平衡位置開始運動，并且 Δt＝2.5 s＝6T＋

13、T 質點P在開始振動后的Δt＝2.5 s內通過的路程 s＝6×4A＋A＝25A＝75 cm ②設該簡諧橫波的速度為v，O、P間的距離為Δx，由題意可得： Δx＝λ＝6 m(n＝0,1,2，…) 所以：v＝＝ m/s(n＝0,1,2，…) 當n＝0時，波速最大為vm＝20 m/s。 答案　(1)ACD　(2)①75 cm?、?0 m/s 3.(1)(多選)《夢溪筆談》是中國科學技術史上的重要文獻。書中對彩虹做了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”。如圖6是彩虹成因的簡化示意圖。設水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內，a、b是兩種不同頻率的單

14、色光。下列說法正確的是________。 圖6 A．雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹 B．水滴對a光的臨界角大于對b光的臨界角 C．在水滴中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度 D．在水滴中，a光的波長小于b光的波長 E．a、b光分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距較小 (2)一列簡諧橫波沿＋x軸方向傳播，t＝0時刻的波形如圖7甲所示， A、B、P和Q是介質中的四個質點，t＝0時刻波剛好傳播到B點。質點A的振動圖像如圖乙所示，求： 圖7 ①該波的傳播速度是多大？ ②從t＝0到t＝1.6 s，質點P通過的路程為多少？ ③經過多長時間質點Q第二次到達波

15、谷？ 解析　(1)太陽光射入水滴中發(fā)生色散形成彩虹，選項A正確；根據(jù)光路圖可知，a光的折射率n大，全反射的臨界角小，選項B錯誤；由v＝可得，a光在水滴中的傳播速度小，選項C錯誤；折射率越大，波長越小，選項D正確；根據(jù)公式Δx＝λ可知，波長越小，干涉條紋間距越小，選項E正確。 (2)①由題圖甲可知該波的波長為λ＝20 m，由題圖乙知，該波的周期T＝0.8 s 傳播速度v＝＝25 m/s ②從t＝0到t＝1.6 s，質點P通過的路程 s＝2×4A＝16 m ③質點P、Q平衡位置之間的距離 L＝85 m－10 m＝75 m，由L＝vt，解得t＝3 s 即經過3 s時間質點Q第一次到達

16、波谷，經過3.8 s時間質點Q第二次到達波谷。 答案　(1)ADE　(2)①25 m/s　②16 m?、?.8 s 4．(1)(多選)下列說法中正確的是________。 A．光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變小 B．做簡諧振動的物體，經過同一位置時，加速度可能不同 C．在受迫振動中，驅動力的頻率不一定等于物體的固有頻率 D．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，要在鏡頭前加裝一個偏振以增加透射光的強度 E．在波的傳播方向上兩相鄰的相對平衡位置的位移始終相同的質點間距離等于波長 (2)如圖8三角形ABC為某透明介質的橫截面，O為BC邊的中點，位于截面所在平

17、面內的一束光線自O以角i入射，第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射。已知θ＝15°，BC邊長為2L，該介質的折射率為。求： 圖8 (1)入射角i； (2)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間(設光在真空中的速度為c，可能用到：sin 75°＝或tan 15°＝2－)。 解析　(1)根據(jù)公式Δx＝λ，入射光的波長減小，相鄰亮條紋間距一定變小，A正確；做簡諧振動的物體，每次經過同一位置時，加速度一定相同，B錯誤；物體做受迫振動時，其驅動頻率不一定等于固有頻率，等于固有頻率時，發(fā)生共振，C正確；拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以過濾櫥窗玻璃的反射光，D錯誤；根據(jù)波長的定義可知E正確。 (2)①根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點的入射角等于臨界角C，由折射定律得sin C＝① 代入數(shù)據(jù)得C＝45°② 設光線在BC面上的折射角為r，由幾何關系得 r＝30°③ 由折射定律得n＝④ 聯(lián)立③④式，代入數(shù)據(jù)得 i＝45°⑤ ②在△OPB中，根據(jù)正弦定理得 ＝⑥ 設所用時間為t，光線在介質中的速度為v，得 ＝vt⑦ v＝⑧ 聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得t＝L。 答案　(1)ACE　(2)①45°?、贚 9