2019高考物理二轮复习第19讲 选修3_4振动和波动光 专题训练(含解析)

第19讲　选修3-4　振动和波动　光

非选择题(每小题15分,共90分)

1.(1)下列说法中正确的是　　　　。 

A.遥控器发出的红外线脉冲信号可以用来遥控电视机、录像机和空调机

B.观察者相对于振动频率一定的声源运动时,接收到声波的频率小于声源频率

C.狭义相对论认为真空中光源的运动会影响光的传播速度

D.光的偏振现象说明光是一种横波

E.两列频率相同的机械波相遇时,在相遇区可能会出现稳定干涉现象

(2)一列简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻的波形图如图所示,从该时刻开始计时。

(ⅰ)若质点P(坐标为x=3.2 m)经0.4 s第一次回到初始位置,求该机械波的波速和周期;

(ⅱ)若质点Q(坐标为x=5 m)在0.5 s内通过的路程为(10+5) cm,求该机械波的波速和周期。

2.(2018山东青岛八校联考)(1)关于波的现象,下列说法正确的有　　　　。 

A.当波从一种介质进入另一种介质时,频率不会发生变化

B.光波从空气中进入水中后,更容易发生衍射

C.波源沿直线匀速靠近一静止接收者,则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低

D.不论机械波、电磁波,都满足v=λf,式中三个参量依次为波速、波长、频率

E.电磁波具有偏振现象

(2)如图所示,AOB是由某种透明物质制成的圆柱体横截面(O为圆心),折射率为,今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面,这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出,设凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的反射,求圆柱体AB面上能射出光线的部分占AB面的几分之几。

3.(1)如图甲,同一均匀介质中的一条直线上有相距6 m的两个振幅相等的振源A、B。从0时刻起,A、B同时开始振动,且都只振动了一个周期。图乙为A的振动图像,图丙为B的振动图像。若A向右传播的波与B向左传播的波在0.3 s时相遇,则下列说法正确的是　　　　。 

甲

A.两列波的波长都是2 m

B.两列波在A、B间的传播速度均为10 m/s

C.在两列波相遇过程中,A、B连线的中点C为振动加强点

D.在0.9 s时,质点B经过平衡位置且振动方向向上

E.两个波源振动的相位差为π

(2)如图所示,一束截面为圆形(半径R=1 m)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区。屏幕S至球心的距离为D=(+1) m,不考虑光的干涉和衍射,试问:

①若玻璃半球对紫色光的折射率为n=,请你求出圆形亮区的半径。

②若将紫光改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?

4.(1)某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率,按插针法步骤正确操作,借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规,却没有量角器,他就以O点为圆心、15.00 cm为半径画圆,分别交入射光线于A点,交直线OO'于C点,分别过A、C点作法线NN'的垂线交NN'于B、D点,如图所示。用刻度尺测得AB=9.00 cm,CD=6.00 cm,则玻璃的折射率n=　　　　(请用已知线段表示),代入数据求得n=　　　　。若玻璃砖前后两面并不平行,按正确实验操作,则他测出的折射率　　　　(填“会”或“不会”)受到影响。 

(2)如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,图中的实线和虚线分别是该波在t=0.02 s和t'=0.08 s时刻的波形图。

(ⅰ)在t=0.02 s时,求x=0.9 m处质点的振动方向及该波的最大周期;

(ⅱ)若波传播的周期为T,且8T<t'≤9T,求该波传播的波速大小。

5.(2018福建龙岩质检)(1)关于光现象及其应用,下列说法正确的有(　　)

A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象

B.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象

C.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽

D.玻璃内气泡看起来特别明亮,是因为光线从气泡中射出

E.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可使景像更清晰

(2)一列简谐横波,某时刻的波形图像如图甲所示,从该时刻开始计时,波上A质点的振动图像如图乙所示,则:

(ⅰ)从该时刻起,再经过Δt=0.4 s,P质点的位移、通过的路程和波传播的距离分别为多少?

(ⅱ)若t=0时振动刚刚传到A点,从该时刻起再经多长时间坐标为45 m的质点(未画出)第二次位于波峰?

6.(2018河北衡水中学高三调研)(1)一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是波传播到x=5 m的M点的波形图,图乙是质点N(x=3 m)从此时刻开始计时的振动图像,Q是位于x=10 m处的质点。下列说法正确的是　　　　。 

甲

乙

A.这列波的波长是4 m

B.这列波的传播速度是1.25 m/s

C.M点以后的各质点开始振动时的方向都沿-y方向

D.质点Q经过8 s时,第一次到达波峰

E.在0~16 s内,质点Q经过的路程为11 m

(2)如图丙所示,MN为竖直放置的光屏,光屏的左侧有半径为R、折射率为的透明半球体,O为球心,轴线OA垂直于光屏,O至光屏的距离OA=R。一细束单色光垂直射向半球体的平面,在平面的入射点为B,OB=R,求:

丙

①光线从透明半球体射出时,出射光线偏离原方向的角度。

②光线在光屏形成的光斑到A点的距离。

答案精解精析

选择题

1.答案　(1)ADE　(2)(ⅰ)8 m/s　1 s 　(ⅱ)12 m/s　 s

解析　(1)遥控器是利用其所发出的红外线脉冲信号来遥控电视机、录像机和空调机的,A正确;声源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率大于声源频率,B错误;狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,C错误;偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是一种横波,D正确;只有频率相同的两列机械波相遇,才能出现稳定干涉现象,E正确。

(2)(ⅰ)由于波沿x轴正方向传播,当P点经0.4 s第一次回到初始位置,一定是x=0处质点的振动状态传播到P点,则该机械波波速为:

v== m/s=8 m/s

由波形图可知,波长λ=8 m

则T== s=1 s

(ⅱ)由波动图像可知,此时Q点的纵坐标为y=- cm,当其通过的路程为(10+5) cm时,一定经历了个周期,即=T'=0.5 s

解得T'= s

v'==12 m/s

2.答案　(1)ADE　(2)见解析

解析　(1)波在传播过程中波速和波长可能会变化,始终不变的量是频率,A正确;光从空气中进入水中后,波长减小,更不容易发生衍射,B错误;根据多普勒效应可知,当波源与接收者之间的相对距离减小,则接收到波信号的频率升高,C错误;公式v=λf适用任何波,D正确;电磁波是横波,横波具有偏振现象,E正确。

(2)从O点射入的光线,设折射角为γ,根据折射定律,有n=,解得γ=30°

设从某位置P点入射的光线,折射到AB面上的Q点时,在Q点的入射角恰等于临界角C

有sin C=

解得C=45°

△PQO中α=180°-90°-C-γ=15°

所以能射出光线区域对应的圆心角

β=90°-α-γ=45°

能射出光线的部分占AB面的比例为=

3.答案　(1)ABE　(2)①1 m　②紫色

解析　(1)两波在均匀介质中传播波速相同,设为v,则有2vt1=xAB,解得v=10 m/s,故B正确。由题图知周期T=0.2 s,则波长λ=vT=2 m,故A正确。当A的波峰(或波谷)传到C时,恰好B的波谷(或波峰)传到C点,所以C点的振动始终减弱,故C错误。t2=0.9 s=T,此时刻A引起的波已传过B点,故B点此时不振动,D错误。振源A简谐运动的方程为y=A sin ωt,振源B简谐运动的方程为y=-A sin ωt=A sin(ωt-π),两个波源振动的相位差为π,故E正确。

(2)①如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E,E点到亮区中心G的距离r就是所求半径,设紫光临界角为C

由全反射的知识知sin C=

由几何知识可知:

AB=R sin C=

OB=R cos C=R,BF=AB tan C=

GF=D-(OB+BF)=D-,=

所以有rx=GE=AB=D-nR=1 m

②由于白色光中紫光的折射率最大,临界角最小,故在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘应是紫色光。

4.答案　(1)　1.5　不会

(2)(ⅰ)沿y轴负方向　0.08 s　(ⅱ)135 m/s

解析　(1)由题图可得sin∠AOB=,sin∠DOC=,OA=OC,根据折射定律得n====1.5。由于在确定玻璃中的折射光线的位置时与前后两面是否平行无关,所以只要操作正确,折射率的测量就不会受玻璃砖的形状的影响。

(2)(ⅰ)该波沿x轴正方向传播,根据前一质点带动后一质点振动的原理,t=0.02 s时,x=0.9 m处的质点向y轴负方向振动

由题意有Tmax=t'-t

解得Tmax=0.08 s

(ⅱ)若8T<t'≤9T,则依题意有t'-t=T

T= s

v==135 m/s

5.答案　(1)ACE　(2)(ⅰ)0　4 cm　10 m　(ⅱ)1.8 s

解析　(1)用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,选项A正确;光导纤维传输信号是利用光的全反射现象,选项B错误;根据Δx=λ知,同一装置,波长越长条纹间距越宽,选项C正确;玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从玻璃射向气泡时,一部分光在界面上发生了全反射,选项D错误;在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可减弱反射光,从而使景像更清晰,选项E正确。

(2)(ⅰ)由振动图像可以看出,此波的周期为0.8 s。因为Δt=0.4 s=,故经0.4 s,P质点回到平衡位置,位移为0

质点P通过的路程为2A=4 cm

在时间内波传播的距离为=10 m

(ⅱ)由A点在t=0时刻向上振动知,波沿x轴正方向传播

波速v== m/s=25 m/s

x=45 m处的质点第一次到达波峰的时间

t1== s=1 s

此质点第二次位于波峰的时间t=t1+T=1.8 s

6.答案　(1)ACD　(2)①30°　②

解析　(1)由题图知,该波的波长为4 m,周期为4 s,因此波速v==1 m/s,故A正确,B错误;由于波沿x轴正方向传播,由同侧法知M点的起振方向沿y轴的负方向,根据各质点的起振方向一致知,M点以后的各质点开始振动时的方向都沿y轴的负方向,C正确;质点Q第一次到达波峰所需的时间t== s=8 s,D正确;由于经过5 s,Q才开始振动,再经过11 s,质点Q经过的路程为x=·4A=1.1 m,E错误。

(2)①如图所示,由折射定律,有n==

其中i=30°,解得θ=60°

所以出射光线偏离原方向的角度α=60°-30°=30°

②由几何知识,有CD=R,OD=R

所以AD=R

所以AE=AD tan α=