（課標(biāo)版）2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 第15講 選修3-4 振動(dòng)和波動(dòng) 光練習(xí)

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1、 第15講　選修3-4　振動(dòng)和波動(dòng)　光 1.(2019山東青島八校聯(lián)考)(1)關(guān)于波的現(xiàn)象,下列說法正確的有(　　) A.當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),頻率不會(huì)發(fā)生變化 B.光波從空氣中進(jìn)入水中后,更容易發(fā)生衍射 C.波源沿直線勻速靠近一靜止接收者,則接收者接收到波信號(hào)的頻率會(huì)比波源頻率低 D.不論機(jī)械波、電磁波,都滿足v=λf,式中三個(gè)參量依次為波速、波長(zhǎng)、頻率 E.電磁波具有偏振現(xiàn)象 (2)如圖所示,AOB是由某種透明物質(zhì)制成的14圓柱體橫截面(O為圓心),折射率為2,今有一束平行光以45°的入射角射向柱體的OA平面,這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出,設(shè)凡射到O

2、B面的光線全部被吸收,也不考慮OA面的反射,求圓柱體AB面上能射出光線的部分占AB面的幾分之幾。 答案　(1)ADE　(2)12 解析　(1)波在傳播過程中波速和波長(zhǎng)可能會(huì)變化,始終不變的量是頻率,A正確;光從空氣中進(jìn)入水中后,波長(zhǎng)減小,更不容易發(fā)生衍射,B錯(cuò)誤;根據(jù)多普勒效應(yīng)可知,當(dāng)波源與接收者之間的相對(duì)距離減小,則接收到波信號(hào)的頻率升高,C錯(cuò)誤;公式v=λf適用任何波,D正確;電磁波是橫波,橫波具有偏振現(xiàn)象,E正確。 (2)從O點(diǎn)射入的光線,設(shè)折射角為γ,根據(jù)折射定律,有n=sin45°sinγ,解得γ=30° 設(shè)從某位置P點(diǎn)入射的光線,折射到AB面上的Q點(diǎn)時(shí),在Q點(diǎn)的入射角恰

3、等于臨界角C 有sin C=1n 解得C=45° △PQO中α=180°-90°-C-γ=15° 所以能射出光線區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角 β=90°-α-γ=45° 能射出光線的部分占AB面的比例為45°90°=12 2.(1)如圖甲,同一均勻介質(zhì)中的一條直線上有相距6 m的兩個(gè)振幅相等的振源A、B。從0時(shí)刻起,A、B同時(shí)開始振動(dòng),且都只振動(dòng)了一個(gè)周期。圖乙為A的振動(dòng)圖像,圖丙為B的振動(dòng)圖像。若A向右傳播的波與B向左傳播的波在0.3 s時(shí)相遇,則下列說法正確的是(　　) 甲 A.兩列波的波長(zhǎng)都是2 m B.兩列波在A、B間的傳播速度均為10 m/s C.在兩列波相遇過

4、程中,A、B連線的中點(diǎn)C為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) D.在0.9 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)B經(jīng)過平衡位置且振動(dòng)方向向上 E.兩個(gè)波源振動(dòng)的相位差為π (2)如圖所示,一束截面為圓形(半徑R=1 m)的平行紫光垂直射向一半徑也為R的玻璃半球的平面,經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個(gè)圓形亮區(qū)。屏幕S至球心的距離為D=(2+1) m,不考慮光的干涉和衍射,試問: ①若玻璃半球?qū)ψ仙獾恼凵渎蕿閚=2,求圓形亮區(qū)的半徑; ②若將紫光改為白光,在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的邊緣是什么顏色? 答案　(1)ABE　(2)①1 m　②紫色 解析　(1)兩波在均勻介質(zhì)中傳播波速相同,設(shè)為v,則有2vt1=xAB,解得v=10 m/s

5、,故B正確。由題圖知周期T=0.2 s,則波長(zhǎng)λ=vT=2 m,故A正確。當(dāng)A的波峰(或波谷)傳到C時(shí),恰好B的波谷(或波峰)傳到C點(diǎn),所以C點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱,故C錯(cuò)誤。t2=0.9 s=92T,此時(shí)刻A引起的波已傳過B點(diǎn),故B點(diǎn)此時(shí)不振動(dòng),D錯(cuò)誤。振源A簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方程為y=A sin ωt,振源B簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的方程為y=-A sin ωt=A sin(ωt-π),兩個(gè)波源振動(dòng)的相位差為π,故E正確。 (2)①如圖,紫光剛要發(fā)生全反射時(shí)的臨界光線射在屏幕S上的點(diǎn)E,E點(diǎn)到亮區(qū)中心G的距離r就是所求半徑,設(shè)紫光臨界角為C 由全反射的知識(shí)知sin C=1n 由幾何知識(shí)可知 AB=R sin

6、 C=Rn OB=R cos C=Rn2-1n,BF=AB tan C=Rnn2-1 GF=D-(OB+BF)=D-nRn2-1,GEAB=GFFB 所以有rx=GE=GFFBAB=Dn2-1-nR=1 m ②由于白色光中紫光的折射率最大,臨界角最小,故在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的邊緣應(yīng)是紫色光。 3.(2019河北衡水模擬)(1)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,圖甲是波傳播到x=5 m的M點(diǎn)的波形圖,圖乙是質(zhì)點(diǎn)N(x=3 m)從此時(shí)刻開始計(jì)時(shí)的振動(dòng)圖像,Q是位于x=10 m處的質(zhì)點(diǎn)。下列說法正確的是(　　) 甲 乙 A.這列波的波長(zhǎng)是4 m B.這列波的傳播速度是1.2

7、5 m/s C.M點(diǎn)以后的各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向都沿-y方向 D.質(zhì)點(diǎn)Q經(jīng)過8 s,第一次到達(dá)波峰 E.在0~16 s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)Q經(jīng)過的路程為11 m (2)如圖丙所示,MN為豎直放置的光屏,光屏的左側(cè)有半徑為R、折射率為3的透明半球體,O為球心,軸線OA垂直于光屏,O至光屏的距離OA=332R。一細(xì)束單色光垂直射向半球體的平面,在平面的入射點(diǎn)為B,OB=12R,求: ①光線從透明半球體射出時(shí),出射光線偏離原方向的角度。 ②光線在光屏形成的光斑到A點(diǎn)的距離。 丙 答案　(1)ACD　(2)①30°?、赗2 解析　(1)由題圖知,該波的波長(zhǎng)為4 m,周期為4 s,因此波速v=

8、λT=1 m/s,故A正確,B錯(cuò)誤;由于波沿x軸正方向傳播,由同側(cè)法知M點(diǎn)的起振方向沿y軸的負(fù)方向,根據(jù)各質(zhì)點(diǎn)的起振方向一致知,M點(diǎn)以后的各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向都沿y軸的負(fù)方向,C正確;質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰所需的時(shí)間t=sv=10-21 s=8 s,D正確;由于經(jīng)過5 s,Q才開始振動(dòng),再經(jīng)過11 s,質(zhì)點(diǎn)Q經(jīng)過的路程為x=11sT·4A=1.1 m,E錯(cuò)誤。 (2)①如圖所示,由折射定律,有n=sinθsini=3 其中i=30°,解得θ=60° 所以出射光線偏離原方向的角度α=60°-30°=30° ②由幾何知識(shí),有CD=R,OD=3R 所以AD=32R 所以AE=AD t

9、an α=R2 4.(1)一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播。t=0時(shí)刻波源O由平衡位置開始振動(dòng),在波的傳播方向上平衡位置距O點(diǎn)0.9 m處有一質(zhì)點(diǎn)A,其振動(dòng)圖像如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.波源起振方向沿y軸正方向 B.該簡(jiǎn)諧波波長(zhǎng)為4 m C.該簡(jiǎn)諧波周期為4 s D.該簡(jiǎn)諧波波速大小為1.2 m/s E.從振源起振開始,17 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)A通過的路程為2.8 m (2)如圖所示為直角梯形玻璃磚ABCD,其中BCDE是正方形,∠A=30°,BC=a。現(xiàn)有一束單色光從AD的中點(diǎn)M平行AB邊射入,折射光線恰好過E點(diǎn)。求: (ⅰ)該玻璃磚的折射率n; (ⅱ)光線第一次從玻璃磚射出

10、的點(diǎn)到B點(diǎn)的距離。 答案　(1)ACE　(2)(ⅰ)3　(ⅱ)33a 解析　(1)由振動(dòng)圖像可知,3 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)A剛好起振且振動(dòng)方向沿y軸的正方向,因此波源的起振方向沿y軸的正方向,A正確;由振動(dòng)圖像可知,波的周期為4 s,則波源由起振到傳播到0.9 m處的過程經(jīng)歷的時(shí)間為34個(gè)周期,因此0.9 m對(duì)應(yīng)34個(gè)波長(zhǎng),即波長(zhǎng)為1.2 m,B錯(cuò)誤、C正確;由波速公式可知該波的波速為v=λT=1.24 m/s=0.3 m/s,D錯(cuò)誤;17 s為414個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)A振動(dòng)了312個(gè)周期,因此質(zhì)點(diǎn)A通過的路程為振幅的14倍,即通過的路程為2.8 m,E正確。 (2)(ⅰ)光線在玻璃磚內(nèi)的光路圖如圖所

11、示 由幾何關(guān)系可知光線在AD面上的折射角為30° 折射率n=sinisinr=sin60°sin30°=3 (ⅱ)在AB界面上, sin C=1n=33,入射角為60°大于臨界角C,故光線發(fā)生全反射 設(shè)光從BC界面上N點(diǎn)射出,由幾何關(guān)系可知 BN=a tan 30°=33a 5.(1)如圖所示,等邊三角形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面。一束單色光PQ平行于角平分線OM射向OA,在界面OA發(fā)生折射,折射光線平行于OB且恰好射到M點(diǎn)(不考慮反射光線)。則(　　) A.透明柱狀介質(zhì)對(duì)單色光PQ的折射率為3 B.從AMB面出射的光線與入射光線PQ的偏向角為60° C.保持入射點(diǎn)

12、Q不變,減小入射角,一直有光線從AMB面射出 D.保持入射光PQ的方向不變,增大入射光的頻率,出射點(diǎn)將在M點(diǎn)下方 E.增大入射光PQ的頻率,光在該介質(zhì)中的傳播速度不變 (2)如圖所示,虛線是一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形,實(shí)線是這列波在t=1 s時(shí)刻的波形。 (ⅰ)若波沿x軸正方向傳播,則從t=1 s時(shí)刻開始,x=3 m處的質(zhì)點(diǎn)第一次回到平衡位置需要的時(shí)間最長(zhǎng)為多少? (ⅱ)若波速大小為75 m/s,則波的傳播方向如何? 答案　(1)ABD (2)(ⅰ)0.2 s　(ⅱ)x軸負(fù)方向 解析　(1)入射角i=60°,折射角γ=30°,n=sinisinγ=3,由光路可逆性可知光

13、從M點(diǎn)折射時(shí),折射角為60°,由幾何關(guān)系可知此出射光線與入射光線PQ的偏向角為60°,選項(xiàng)A、B正確;入射點(diǎn)Q不變,減小入射角,則折射角減小,射到AB面的入射角增大,可能發(fā)生全反射,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;增大入射光頻率,則從Q點(diǎn)折射時(shí)的折射角變小,出射點(diǎn)將在M點(diǎn)下方,選項(xiàng)D正確;增大入射光頻率,由n=cv,可知光在介質(zhì)中傳播速度減小,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)由圖像可知,波長(zhǎng)λ=8 m 當(dāng)波沿x軸正方向傳播時(shí),波在Δt=1 s內(nèi)傳播距離為 Δs=(8n+5)m,其中n=0,1,2,… v=ΔsΔt=(8n+5) m/s,其中n=0,1,2,… 從t=1 s時(shí)刻開始,平衡位置在x=3 m處的質(zhì)點(diǎn)第一次回到平衡位置需要的時(shí)間,即為波沿x軸傳播1 m距離需要的時(shí)間,最長(zhǎng)時(shí)間 tmax=Δxvmin=15 s=0.2 s (ⅱ)當(dāng)波沿x軸負(fù)方向傳播時(shí),波在Δt=1 s內(nèi)傳播距離為s=(8n+3) m,其中n=0,1,2,… 若波速大小為75 m/s,則1 s內(nèi)波傳播的距離 s=vt=75×1 m=75 m 因?yàn)閟=75 m=(9×8+3) m,所以波沿x軸負(fù)方向傳播 - 7 -