2020版物理新增分大一轮新高考（京津鲁琼）讲义：第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论本章综合能力提升练

本章综合能力提升练

一、多项选择题

1.(2018·河北省衡水中学模拟)下列关于机械波、电磁波和相对论的说法中，正确的是(　　)

A.机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定

B.假设火车以接近光速的速度通过站台，站台上的旅客观察到车上的乘客变矮了

C.简谐机械波传播时单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列波的频率

D.在真空中传播的两列电磁波，频率大的波长短

答案　CD

解析　机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故A错误；火车以接近光速的速度通过站台时，站台上的旅客观察到车上的乘客变瘦了，而不是变矮了，故B错误；简谐波的振动周期与传播周期相同，故单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列简谐波的频率，故C正确；在真空中传播的两列电磁波，传播速度相同，由v＝＝λf知，频率越大，波长越短，故D正确.

2.(2018·湖北省黄冈中学三模)下列说法正确的是(　　)

A.对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去

B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的干涉现象

C.红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变

D.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象

答案　AD

解析　对于同一障碍物，波长越大的光波越容易发生衍射现象，从而绕过障碍物，选项A正确；白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的色散现象，选项B错误； 红光由空气进入水中，频率不变，颜色不变，波速减小，则波长变短，选项C错误； 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了光的干涉现象，选项D正确.

3.如图1所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　)

图1

A.a、b是光的干涉图样

B.c、d是光的干涉图样

C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短

D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长长

答案　AD

解析　干涉条纹是等间距的条纹，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝λ可知，条纹间距大的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；同理，c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项正确.

4.如图2甲所示，可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线.一束单色光线沿半径方向射向O点，在O点的入射角i＝30°，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出.让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样(光在真空中的传播速度为c).则下列说法正确的是(　　)

图2

A.此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°

B.玻璃砖的折射率n＝

C.单缝b宽度较大

D.光的偏振现象说明光是一种纵波

答案　BC

解析　根据折射定律有n＝，由题意知，玻璃砖的全反射临界角等于C，则有sin C＝，结合i＝30°，C＝r，解得n＝，C＝45°，故A错误，B正确.由题图乙知，单色光通过单缝a后衍射现象比较明显，所以单缝a宽度较小，单缝b宽度较大，故C正确.偏振是横波特有的现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故D错误.

5.(2018·安徽省安庆市二模)下列说法中正确的是(　　)

A.机械波在某种介质中传播，若波源的频率增大，其传播速度就一定增大

B.肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是由光的干涉现象形成的

C.在波的干涉中，振动加强点的位移不一定始终最大

D.在双缝干涉实验中，其他条件不变，仅用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距

答案　BCD

解析　机械波的传播速度只与介质有关，与波源的频率无关，所以A错误；肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹属于薄膜干涉，所以B正确；在波的干涉中，振动加强点的位移随时间周期性变化，只是振幅最大，所以C正确；因为红光波长比黄光长，干涉条纹的间距与波长成正比，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，所以D正确.

6.(2018·福建省泉州市模拟三)下列说法正确的是(　　)

A.波的图象表示介质中“某个质点”在“无数个时刻”的位移

B.当波源与观察者相互远离时，观察到的波频率变小

C.肥皂泡呈现彩色条纹是光的折射现象造成的

D.a、b两束光照射同一双缝干涉装置，在屏上得到a光的相邻亮条纹间距比b光的小，则水对a光的折射率比b光的大

答案　BD

解析　波的图象表示介质中“各个质点”在“某个时刻”的位移，选项A错误；根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互远离时，观察到的波频率变小，选项B正确； 肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象造成的，选项C错误；a、b两束光照射同一双缝干涉装置，在屏上得到a光的相邻亮条纹间距比b光的小，根据Δx＝λ，则a的波长较短，频率较大，则水对a光的折射率比b光的大，选项D正确.

7.下列说法正确的是(　　)

A.在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越长

B.让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大

C.要确定雷达和目标的距离需要测出电磁波从发射到被雷达接收的时间t，再根据x＝c·求解距离

D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响

答案　BCD

解析　根据λ＝，在真空中传播的电磁波速度相同，频率越大，波长越短，选项A错误；绿光的波长大于蓝光，让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，根据Δx＝λ可知，绿光形成的干涉条纹间距较大，选项B正确；要确定雷达和目标的距离需要测出电磁波从发射到被雷达接收的时间t，再根据x＝c·求解距离，选项C正确；拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响，选项D正确.

8.ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路如图3所示，则a、b两束光(　　)

图3

A.在真空中，a光的传播速度比b光大

B.在棱镜内，a光的传播速度比b光小

C.以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小

D.分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大

答案　CD

解析　所有光在真空中具有相同的速度，A错误；在CD界面上，由题图可知，相同入射角a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，由公式v＝可知，同种介质中a光传播速度大，B错误；由于b光的折射率大，根据n＝，可知以相同的入射角从空气斜射入水中时，b光的折射角较小，C正确；折射率小的光的波长长，通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大，D正确.

9.(2018·湖北省武汉市二月调研)波速均为1 m/s的两列简谐横波，分别从波源x＝0、x＝12 m处沿x轴相向传播，t＝0时的波形图如图4所示.下列说法正确的是(　　)

图4

A.两列波的频率均为0.25 Hz

B.t＝0.2 s时，两列波相遇

C.两列波相遇过程中，x＝5 m处和x＝7 m处的质点振动加强

D.t＝3 s时，x＝6 m处的质点位移达到最大值

答案　AD

解析　两列波的波长均为λ＝4 m，由v＝λf得f＝＝0.25 Hz，故A正确；t＝＝ s＝2 s时，两列波相遇，故B错误；两列波相遇过程中，x＝5 m处和x＝7 m处的质点，振动减弱，故C错误；两列波的周期为T＝＝4 s，t＝2 s时，两列波在x＝6 m处相遇，x＝6 m处质点向下振动，再经过1 s＝，即t＝3 s时，该质点到达波谷，位移达到最大值，故D正确.

10.(2019·福建省龙岩市一模)图5甲为一列简谐横波在t＝0时刻的波动图象，图乙为该波中x＝2 m处质点P的振动图象，下列说法正确的是(　　)

图5

A.该波沿x轴负方向传播

B.波速为4 m/s

C.t＝2.5 s时，质点P恰好通过平衡位置

D.质点P的振动方程为：y＝0.2sin 2πt (cm)

答案　BCD

解析　t＝0时刻P点的速度方向沿y轴正方向，则由波动图象判断出波沿x轴正方向传播，故A错误；由波动图象读出波长λ＝4 m，由振动图象读出周期T＝1 s，则波速为v＝＝4 m/s，故B正确；因t＝2.5 s＝2T＋T，故质点P在2.5 s时的位置与在0.5 s时的位置相同，即质点P恰好通过平衡位置向下运动，故C正确；由波动图象知振幅A＝0.2 cm，角速度ω＝＝2π rad/s，故点P的振动方程为y＝Asin ωt＝0.2sin 2πt (cm)，故D正确.

二、非选择题

11.(2018·重庆市上学期期末抽测)如图6所示，实线是一列简谐横波在t1时刻的波形图，虚线是这列简谐横波在t2＝t1＋0.2 s时刻的波形图.

图6

(1)若波速为35 m/s，请你判断质点M在t1时刻的振动方向；

(2)在t1～t2这段时间内，如果M通过的路程为1 m，请你判断波的传播方向，并计算波速.

答案　(1)y轴负方向　(2)x轴正方向　25 m/s

解析　(1)0.2 s内，波传播的距离Δx＝v·Δt＝7 m＝λ＋λ

Δt＝T＋T

可知t1时刻质点M向y轴负方向振动

(2)因为Δx′＝1 m＝5A

所以Δt＝1T′

t1时刻质点M向y轴正方向振动，简谐横波向＋x方向传播.v′＝＝＝25 m/s.

12.(2018·湖南省株洲市第二次质检)如图7，三角形ABC为一直角三棱镜的横截面，有一细光束从BC边的中点射入三棱镜，且入射方向垂直于BC，该光束从AB边射出时传播方向与AC边平行.已知BC边长度为d，光在真空中传播速度为c，若不考虑AB边的反射，求光在棱镜中传播的速率及此光束从AB边射出时与AC边的距离.

图7

答案　c　d

解析　不考虑AB边的反射，细光束通过棱镜的光路图如图所示：

由几何关系知，光在AB边折射时，入射角i2＝30°

折射角r2＝60°

根据折射定律有n＝＝

又光速与折射率的关系为n＝

故光在棱镜中的传播速率为v＝c

图中AO1＝d

在等腰三角形△O2AO1中，

O2到AC的距离为s＝tan 30°＝d.