高考物理大二輪優(yōu)選新題：專題八　選修34 專題能力訓練17 Word版含答案

專題能力訓練17機械振動與機械波光學(時間:45分鐘滿分:90分)1.(1)(多選)(5分)一列簡諧橫波在某時刻的波形如圖所示,此時刻質點P的速度為v,經過0.2 s后它的速度大小、方向第一次與v相同,再經過1.0 s它的速度大小、方向第二次與v相同,則下列判斷正確的是。 A.波沿x軸正方向傳播,且波速為10 m/sB.波沿x軸負方向傳播,且波速為10 m/sC.質點M與質點Q的位移大小總是相等、方向總是相反D.若某時刻N質點到達波谷處,則Q質點一定到達波峰處E.從圖示位置開始計時,在3 s時刻,質點M偏離平衡位置的位移y=-10 cm(2)(10分)如圖所示,某種透明材料制成的直角三棱鏡ABC,折射率n=,A=,在與BC邊相距為d的位置,放置一平行于BC邊的豎直光屏;現(xiàn)有一細光束射到棱鏡AB面上的P點,入射光線與AB面垂線CP的夾角為i,PB的長度也為d。當i=且光束從BC面射出時,求光屏上的亮斑與P點間的豎直距離;當光束不從BC面射出時,求i的正弦值應滿足的條件。2.(1)(多選)(5分)如圖所示,有一列傳播的簡諧橫波,x=0與x=1 cm處的兩個質點的振動圖象分別如圖中實線與虛線所示。則這列波的。 A.波長一定是4 cmB.周期一定是4 sC.振幅一定是2 cmD.傳播速度一定是1 cm/s(2)(10分)如圖所示,AOB是截面為扇形的玻璃磚的橫截面,其頂角=75°,今有一束單色光在橫截面內從OA的中點E沿垂直O(jiān)A的方向射入玻璃磚,一部分光經AB面反射后恰好未從OB面射出,不考慮多次反射作用。試求玻璃磚的折射率n。3.(2018·全國卷)(1)(多選)(5分)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。已知該波的周期T>0.20 s。下列說法正確的是。 A.波速為0.40 m/sB.波長為0.08 mC.x=0.08 m的質點在t=0.70 s時位于波谷D.x=0.08 m的質點在t=0.12 s時位于波谷E.若此波傳入另一介質中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質中的波長為0.32 m(2)(10分)如圖所示,某同學在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“·”(圖中O點),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標記上,小標記位于AC邊上。D位于AB邊上,過D點作AC邊的垂線交AC于F。該同學在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察,恰好可以看到小標記的像;過O點作AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射)4.(1)(多選)(5分)右圖是一列簡諧橫波在t=0時刻的圖象,經過 t=1.2 s時,恰好第三次重復出現(xiàn)圖示的波形。根據(jù)以上信息,下面各項能確定的是。 A.波的傳播速度的大小B.經過t=0.3 s時間,質點P通過的路程C.t=0.6 s時刻質點P的速度方向D.t=0.9 s時刻的波形(2)(10分)右圖為某種透明介質的截面圖,AOC為等腰直角三角形,BC為半徑R=10 cm 的圓弧,AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點,由紅光和紫光兩種單色光組成的復色光射向圓心O,在AB分界面上的入射角i=45°,結果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個亮斑。已知該介質對紅光和紫光的折射率分別為n1=,n2=。在水平屏幕MN上出現(xiàn)的亮斑是什么顏色?求兩個亮斑間的距離。5.(1)(多選)(5分)一列橫波沿 x軸傳播,傳播方向未知,t時刻與t+0.4 s時刻波形相同,兩時刻在x軸上-33 m 的區(qū)間內的波形如圖所示。下列說法正確的是。 A.該波最大速度為10 m/sB.質點振動的最小頻率為2.5 HzC.在t+0.2 s時刻,x=3 m處的質點正在經過x軸D.若波沿x軸正方向傳播,處在坐標原點處的質點會隨波沿x軸正方向運動(2)(10分)如圖所示,橫截面為圓周的柱狀玻璃棱鏡AOB,有一束單色光垂直于OA面C點經玻璃磚AB面折射后與OB延長線相交于P點,已知玻璃磚半徑R=5 cm,CO之間的距離 d1=3 cm,P到O的距離d2=14.5 cm。取tan 74°=3.5,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:該玻璃磚的折射率;該單色光向A平移距離OB至少多遠時,它將不能從AB面直接折射出來。6.(2017·全國卷)(1)(多選)(5分)在雙縫干涉實驗中,用綠色激光照射在雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是。 A.改用紅色激光B.改用藍色激光C.減小雙縫間距D.將屏幕向遠離雙縫的位置移動E.將光源向遠離雙縫的位置移動(2)(10分)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長為l的正方形;容器內裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD'、垂直于左右兩側面的剖面圖如圖所示。容器右側內壁涂有反光材料,其他內壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點光源,已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。答案：1.答案 (1)ADE(2)y=d0<sin i解析 (1)由題圖讀出波長=12 m,根據(jù)已知條件分析得到周期T=1.2 s,則v=10 m/s,而且圖示時刻P點運動方向沿y軸正方向,則該列波沿+x方向傳播,故選項A正確,選項B錯誤;圖示時刻,質點M與質點Q的位移大小相等、方向相反,但它們平衡位置之間的距離不是半個波長的奇數(shù)倍,位移不是總是相反,故選項C錯誤;質點N與Q平衡位置間相距半個波長,振動情況總是相反,N質點到達波谷處,Q質點一定到達波峰處,故選項D正確;波的周期T=1.2 s,從圖示位置開始計時,n=2.5,在3 s時刻質點M偏離平衡位置的位移y=-10 cm,故選項E正確。(2)光路圖如圖。由n=解得=。由幾何知識可知,+=i=,則光線射到BC面上的入射角為30°,而n=,故i'=。由幾何知識可知,光屏MN上的亮斑與P點間的豎直距離y=dtan i'+dsin 30°,代入數(shù)據(jù)可得y=d。要使光線不從BC邊射出,則需滿足C由于sin C=而n=且+=得即sin i=sinsin化簡可得0<sin i。2.答案 (1)BC(2)解析 (1)本題考查振動圖象和波的關系以及波的周期、頻率、波長之間的關系,意在考查考生對這些知識的識記、理解和應用。讀圖可知,波的振幅、周期和質點的振幅、周期相同,因此選項B、C正確;再根據(jù)x=0與x=1 cm 處的兩個質點的振動圖象可知兩質點振動時間相差T+nT,距離相差+n,因此波長是一系列解,選項A錯誤;根據(jù)v=可得,波速也應該是一系列解,故選項D錯誤。(2)因E點為OA的中點,所以入射角=30°=75°臨界角C=180°-2-=45°OB面恰好發(fā)生全反射,則sin C=解得n=。3.答案 (1)ACE(2)解析 (1)根據(jù)題意,從圖中可以看出該波波長等于0.16 m,由于周期T>0.20 s,因此在0.20 s時間內波向x軸正方向傳播只能是0.5,所以周期為0.40 s,波速為v=0.40 m/s,A對、B錯;0.7 s=1.75T,0.12 s=0.3T,t=0時刻位于0.08 m處的質點向上振動,t=0.70 s時處于波谷位置,t=0.12 s時介于平衡位置和波峰之間,C對、D錯;波傳播到另一介質中后周期不變,波長變?yōu)?#39;=v'T=0.32 m,E選項正確。(2)過D點作AB邊的法線NN',連接OD,則ODN=為O點發(fā)出的光線在D點的入射角;設該光線在D點的折射角為,如圖所示。根據(jù)折射定律有nsin =sin 式中n為三棱鏡的折射率。由幾何關系可知=60°EOF=30°在OEF中有EF=OEsinEOF由式和題給條件得OE=2 cm根據(jù)題給條件可知,OED為等腰三角形,有=30°由式得n=。4.答案 (1)ABD(2)在AM處出現(xiàn)的亮斑是紅色,在AN處出現(xiàn)的亮斑是紅色與紫色的混合色(5+10) cm解析 (1)經過t=1.2 s時恰好第三次重復出現(xiàn)題圖所示的波形,則該波的周期為0.6 s,由題圖可知波長為 8 m,可求得波速為 m/s,選項A正確;經過0.3 s,即半個周期,質點P運動的路程為振幅的2倍,為20 cm,選項B正確;由于波的傳播方向未知,故無法確定0.6 s時質點P的振動方向,選項C錯誤;經過0.9 s,即一個半周期,波形與半個周期后的波形相同,與題圖所示波形相反,選項D正確。(2)設紅光和紫光的臨界角分別為C1、C2。由 sin C1=,得C1=60°同理,C2=45°,且i=45°=C2<C1,所以紫光在AB面發(fā)生全反射,而紅光在AB面一部分折射,一部分反射,由幾何關系可知,反射光線與AC垂直,所以在AM處產生的亮斑P1為紅色,在AN處產生的亮斑P2為紅色與紫色的混合色。如圖所示,設折射角為r,由折射定律得n1=解得sin r=由幾何關系可知tan r=解得AP1=5 cm由幾何關系可得OAP2為等腰直角三角形,得AP2=10 cm所以P1P2=(5+10) cm。5.答案 (1)BC(2)1.333.75 cm解析 (1)由題意知,波長為4 m,而最大周期為0.4 s,因此最小速度為10 m/s,選項A錯誤;最小頻率為2.5 Hz,選項B正確;通過平衡位置的質點,經半個周期一定又通過平衡位置,而最大周期為0.4 s,因此t+0.2 s一定是半周期的整數(shù)倍,因此選項C正確;無論波向哪個方向傳播,坐標原點處的質點不會隨波遷移,只能在平衡位置附近往復運動,選項D錯誤。(2)由光路圖可知sin r=0.6,r=37°ODE=53°=d2-RsinODE=10.5 cmtanEDP=3.5故EDP=74°i=180°-ODE-EDP=53°n=1.33設單色光入射點到OB距離為dd=Rsin Csin C=解得d=3.75 cm。6.答案 (1)ACD(2)1.55解析 (1)設雙縫間的距離為d,屏幕離雙縫間的距離為L,兩相鄰亮條紋的間距為x,照射光的波長為,由x=可知,要增大兩相鄰條紋的間距,可以改用紅光或減小雙縫間距或將屏幕向遠離雙縫的位置移動,故選項A、C、D正確,選項B錯誤;將光源向遠離雙縫的位置移動,屏幕和雙縫間的距離保持不變,所以兩相鄰亮條紋的間距不變,故選項E錯誤。(2)設從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1,折射角為r1。在剖面內作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C,連接C、D,交反光壁于E點,由光源射向E點的光線,反射后沿ED射向D點,光線在D點的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示。設液體的折射率為n,由折射定律有nsin i1=sin r1nsin i2=sin r2由題意知r1+r2=90°聯(lián)立式得n2=由幾何關系可知sin i1=sin i2=聯(lián)立式得n=1.55。