高考物理二輪復習 專題能力訓練17 機械振動與機械波 光學（含解析）-人教版高三物理試題

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.(2019·山東聊城模擬)(1)(5分)位于坐標原點O處的波源產(chǎn)生一個沿x軸正方向傳播的脈沖波,波速v=20 m/s。已知t=0時刻波剛好傳播到x=10 m處,如圖所示。若傳播過程中無能量損失,由圖可知振源只振動了 s,再經(jīng) s波剛好傳播到x=20 m處,t=0時刻后x=8 m處的質(zhì)點運動的路程為 cm。 (2)(10分)光纖公司規(guī)定光纖內(nèi)芯玻璃材料的折射率大于等于2,在抽制光纖時為檢測材料是否合格,將樣品材料用模具制成半徑為R的半圓柱體,如圖所示。再用一束可以轉(zhuǎn)動的光束OC沿截面半徑射向材料的O點,當45°時屏上只有一個光點,就說明材料合格。寫出質(zhì)檢人員推斷的原理。寫出公司規(guī)定“光纖內(nèi)芯的玻璃材料折射率大于等于2”的原因。答案:(1)0.30.510(2)見解析解析:(1)由題圖可知34=6m,則=8m,周期T=v=820s=0.4s,振源振動了34T=0.3s;波剛好傳播到x=20m處還需要的時間t=xv=20-1020s=0.5s;t=0時刻后x=8m處的質(zhì)點只振動了T2,則運動的路程為2A=10cm。(2)如圖甲所示,光束CO射向O點后,同時發(fā)生折射和反射,在屏上出現(xiàn)P和Q兩個光斑,減小時,r角逐漸變大,由n=sinisinr可知i角也增大;當r角增大到大于臨界角時折射光線消失,屏上只有光斑P;由n=1sin45°,因此在45°時,屏上只有一個光斑,就說明材料是合格的。甲乙如圖乙所示,取一段光纖,若任意一束光DE從端面中心E點以角入射,經(jīng)端面折射后射向F點,若能在F點發(fā)生全反射,就可實現(xiàn)光信號的傳輸;由n=sinsin知F點剛好發(fā)生全反射時n=1sin由sin2+sin2=1可得n=1+sin2;當角接近90°時折射光還能在F點發(fā)生全反射,需要n2。2.(1)(多選)(5分)下列說法正確的是。 A.在真空中傳播的電磁波,當它的頻率增加時,它的傳播速度不變,波長變短B.手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理D.車站、機場安全檢查時,“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的E.電磁波中電場能量最大時,磁場能量為零;磁場能量最大時,電場能量為零(2)(10分)從坐標原點產(chǎn)生的簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播,t=0時刻的波形圖如圖所示,此時波剛好傳播到M點,x=1 m處的質(zhì)點P的位移為10 cm,再經(jīng)t=0.1 s,質(zhì)點P第一次回到平衡位置。求波源的振動周期;從t=0時刻起經(jīng)多長時間位于x=-81 m處的質(zhì)點N(圖中未畫出)第一次到達波峰位置?并求出在此過程中質(zhì)點P運動的路程。答案:(1)ABE(2)1.2 s7.8 s5.2 m解析:(1)在真空中傳播的電磁波,傳播速度等于光速,當它的頻率增加時,波長變短,選項A正確;手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的,選項B正確;醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了超聲波的反射原理,選項C錯誤;車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實現(xiàn)成像的,選項D錯誤;振蕩電場和磁場向外傳播,形成電磁波,所以電磁波中電場能量最大時,磁場能量為零;磁場能量最大時,電場能量為零,選項E正確。(2)波在0.1s內(nèi)傳播了1m,波速v=xt=10m/s由題圖可知該波的波長=12m故波源的振動周期為T=v=1.2s。t=0時刻,坐標原點左側(cè)第一個波峰位于x0=-3m處,設經(jīng)時間t,N點第一次到達波峰位置,則t=|x-x0|v=7.8s=6.5T在此過程中質(zhì)點P運動的路程為s=6.5×4A=6.5×4×0.2m=5.2m。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(zhì)點在t=0.70 s時位于波谷D.x=0.08 m的質(zhì)點在t=0.12 s時位于波谷E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質(zhì)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)答案:(1)ACE(2)3解析:(1)根據(jù)題意,從圖中可以看出該波波長等于0.16m,由于周期T>0.20s,因此在0.20s時間內(nèi)波向x軸正方向傳播只能是0.5,所以周期為0.40s,波速為v=T=0.40m/s,A對,B錯;0.7s=1.75T,0.12s=0.3T,t=0時刻位于0.08m處的質(zhì)點向上振動,t=0.70s時處于波谷位置,t=0.12s時介于平衡位置和波峰之間,C對,D錯;波傳播到另一介質(zhì)中后周期不變,波長變?yōu)?#39;=v'T=0.32m,E對。(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(guān)系可知=60°EOF=30°在OEF中有EF=OEsinEOF由式和題給條件得OE=2cm根據(jù)題給條件可知,OED為等腰三角形,有=30°由式得n=3。4.(1)(多選)(5分)右圖是一列簡諧橫波在t=0時刻的圖像,經(jīng)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(jīng)過t=0.3 s時間,質(zhì)點P通過的路程C.t=0.6 s時刻質(zhì)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(zhì)的截面圖,AOC為等腰直角三角形,BC為半徑R=10 cm 的14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(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個亮斑。已知該介質(zhì)對紅光和紫光的折射率分別為n1=233,n2=2。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。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(52+10) cm解析:(1)經(jīng)過t=1.2s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0.6s,由題圖可知波長為 8m,可求得波速為403m/s,選項A正確;經(jīng)過0.3s,即半個周期,質(zhì)點P運動的路程為振幅的2倍,為20cm,選項B正確;由于波的傳播方向未知,故無法確定0.6s時質(zhì)點P的振動方向,選項C錯誤;經(jīng)過0.9s,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 sinC1=1n1=32,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(guān)系可知,反射光線與AC垂直,所以在AM處產(chǎn)生的亮斑P1為紅色,在AN處產(chǎn)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=sinrsini解得sinr=63由幾何關(guān)系可知tanr=RAP1解得AP1=52cm由幾何關(guān)系可得OAP2為等腰直角三角形,得AP2=10cm所以P1P2=(52+10)cm。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(nèi)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(zhì)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(zhì)點正在經(jīng)過x軸D.若波沿x軸正方向傳播,處在坐標原點處的質(zhì)點會隨波沿x軸正方向運動(2)(10分)如圖所示,橫截面為14圓周的柱狀玻璃棱鏡AOB,有一束單色光垂直于OA面C點經(jīng)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。答案:(1)BC(2)1.333.75 cm解析:(1)由題意知,波長為4m,而最大周期為0.4s,因此最小速度為10m/s,選項A錯誤;最小頻率為2.5Hz,選項B正確;通過平衡位置的質(zhì)點,經(jīng)半個周期一定又通過平衡位置,而最大周期為0.4s,因此0.2s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(zhì)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sinr=d1R=0.6,r=37°ODE=53°EP=d2-RsinODE=10.5cmtanEDP=EPd1=3.5故EDP=74°i=180°-ODE-EDP=53°n=sinisinr=43=1.33。設單色光入射點到OB距離為dd=RsinCsinC=1n解得d=3.75cm。6.(2019·全國卷)(1)(多選)(5分)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=T2時刻,該波的波形圖如圖甲所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖乙表示介質(zhì)中某質(zhì)點的振動圖像。下列說法正確的是。 甲乙A.質(zhì)點Q的振動圖像與圖乙相同B.在t=0時刻,質(zhì)點P的速率比質(zhì)點Q的大C.在t=0時刻,質(zhì)點P的加速度的大小比質(zhì)點Q的大D.平衡位置在坐標原點的質(zhì)點的振動圖像如圖乙所示E.在t=0時刻,質(zhì)點P與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大(2)(10分)如圖所示,一艘帆船靜止在湖面上,帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P點發(fā)出的激光束,從水面出射后恰好照射到桅桿頂端,該出射光束與豎直方向的夾角為53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率為43。求桅桿到P點的水平距離;船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向,當其與豎直方向夾角為45°時,從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離。答案:(1)CDE(2)7 m5.5 m解析:(1)在T2時刻質(zhì)點Q向上振動,而圖乙中質(zhì)點在該時刻是向下振動,A錯誤。圖甲是在T2時刻的波形,t=0時刻質(zhì)點P在波谷,速率為0,加速度最大,質(zhì)點Q在平衡位置,速率最大,加速度為0,B錯誤,C正確。在T2時刻平衡位置在坐標原點的質(zhì)點向下振動,圖乙中質(zhì)點在該時刻是向下振動,D正確。t=0時刻質(zhì)點P在波谷,與平衡位置距離等于振幅,質(zhì)點Q在平衡位置,與平衡位置距離是0,E正確。(2)設光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1,到P點的水平距離為x2;桅桿高度為h1,P點處水深為h2;激光束在水中與豎直方向的夾角為。由幾何關(guān)系有x11=tan53°x22=tan由折射定律有sin53°=nsin設桅桿到P點的水平距離為x,則x=x1+x2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得x=7m。設激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時,從水面出射的方向與豎直方向夾角為i',由折射定律有sini'=nsin45°設船向左行駛的距離為x',此時光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1',到P點的水平距離為x2',則x1'+x2'=x'+xx1'1=tani'x2'2=tan45°聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得x'=(62-3)m5.5m。