2023届高考物理二轮复习专题十二机械波和光学作业含答案

这是一份2023届高考物理二轮复习专题十二机械波和光学作业含答案，共15页。
专题十二  机械波和光学1．(2022·浙江6月选考) 如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　) A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮斑”答案　C解析　光线从水进入气泡时，是从光密介质进入光疏介质，满足发生全反射的条件，即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射，A项错误，C项正确；该现象与干涉和衍射无关，B、D两项错误．2. (2022·浙江6月选考)如图所示，一根固定在墙上的水平光滑杆，两端分别固定着相同的轻弹簧，两弹簧自由端相距x.套在杆上的小球从中点以初速度v向右运动，小球将做周期为T的往复运动，则(　　)A．小球做简谐运动B．小球动能的变化周期为C．两根弹簧的总弹性势能的变化周期为TD．小球的初速度为时，其运动周期为2T答案　B解析　物体做简谐运动的条件是在运动过程中所受回复力与位移成正比，且方向始终指向平衡位置，由于刚开始的一段时间内小球做匀速运动，所受合力为零，故小球做的不是简谐运动，A项错误．小球从杆中点到第一次回到杆中点的过程，初、末动能相等，则小球动能的变化周期为，分析可知两根弹簧的总弹性势能的变化周期也为，B项正确，C项错误．小球的初速度为时，在细杆上匀速运动的时间等于初速度为v时的2倍，根据弹簧振子的周期公式T0＝2π可知，小球从接触弹簧到速度减到零的时间与速度无关，故初速度为时的运动周期小于2T，D项错误．3. (2022·辽宁)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是(　　)A．该时刻速度沿y轴正方向B．该时刻加速度沿y轴正方向C．此后周期内通过的路程为AD．此后周期内沿x轴正方向迁移为λ答案　A解析　波沿x轴正方向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点P的速度方向沿y轴正方向，加速度沿y轴负向，A项正确，B项错误；在该时刻质点P不在特殊位置，则在周期内的路程不一定等于A，C项错误；质点只能在平衡位置附近振动，而不随波迁移，D项错误．故选A项．4. (2022·辽宁)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮.2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球．如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球．下列说法正确的是(　　)A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射答案　C解析　光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，A、B两项错误；如图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有＝，则可得出光线2的入射角θ2大于光线1的入射角θ1，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C项正确，D项错误．故选C项．5. (2022·浙江1月选考)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的．当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则(　　)A．光束b顺时针旋转角度小于ΔθB．光束c逆时针旋转角度小于ΔθC．光束d顺时针旋转角度大于ΔθD．光束b、c之间的夹角减小了2Δθ答案　B解析　设入射光束a的入射角为α，则光束a的反射角也为α，光束c的折射角为β，光束d的反射角也为β，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，入射角变为α′＝Δθ＋α，由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于Δθ，故A项错误；由折射定律有＝n>1，＝n>1，可得Δθ′<Δθ，即光束c逆时针旋转角度小于Δθ，故B项正确；光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于Δθ，故C项错误；光束b顺时针旋转角度等于Δθ，光束c逆时针旋转角度小于Δθ，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于2Δθ，故D项错误．故选B项．6. (2022·江苏模拟)某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率．方法是将待测矿泉水填充到特制容器中(不考虑器壁对光的影响)，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率．若实验测得双缝间距d＝0.4 mm，缝屏间距L＝0.6 m，x1＝0.75 mm，x2＝0.60 mm，则该矿泉水的折射率为(　　)A．1.25　　　　　　　　　　 B．1.35C．1.45   D．1.50答案　A解析　由双缝干涉条纹间距公式可得x＝λ，根据折射率表达式，有n＝＝，可知x1＝λ0，x2＝λ＝·，解得n＝＝1.25，故选A项．7. (2022·山东)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角为45°，AC中点为B.a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面全反射后，从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)(　　) A．仅有a光   B．仅有b光C．a、b光都可以   D．a、b光都不可以答案　A解析　根据题意作出光路图如图1所示，根据临界角sin C＝可知Ca<45°，Cb>45°，从图中可以看出两束光经过OC面反射以后均能射到PM面上，入射角在0°～45°范围内，所以只有a光才有可能在PM面上发生全反射，B、C两项错误；分析易知，射到P点的a光线全反射到M点，入射角为45°，发生全反射不能从OM面射出，画出a光在PM面上恰好发生全反射的光线的光路图如图2所示，可知该光线经Q点全反射后射至OM面上E点，由几何关系可知在E点的入射角为2Ca－45°，小于Ca，即可以从E点射出，故A项正确，D项错误．8．(2022·湖北模拟)如图甲所示，在xOy平面内有两个波源S1(－2 m，0)和S2(4 m，0)，两波源做垂直于xOy平面的简谐运动，其振动图像分别如图乙和图丙所示，两波源形成的机械波在xOy平面内向各个方向传播，波速均为25 cm/s.xOy平面上有A、B两点，其位置坐标分别为A(－2 m，8 m)，B(0.5 m，0)，则(　　)A．两波源形成的波不同，不能产生干涉现象B．图中点A(－2 m，8 m)的振幅为6 mC．AB连线上有一个振动加强点D．两波源的连线上(不含波源)有11个振动加强点，它们的位移大小始终是2 m答案　C解析　由图乙、图丙可知两列波的周期都为4 s，则两列波的频率都为f＝＝0.25 Hz，可知两列波的频率相同，相位差恒定，可形成稳定的干涉现象，A项错误；两列波的波长均为λ＝vT＝0.25×4 m＝1 m，A点到两波源的波程差为Δs1＝ m－8 m＝2 m＝2λ，由于两波源的起振方向相反，可知A点为振动减弱点，故A点的振幅为A＝4 m－2 m＝2 m，B项错误；B点到两波源的波程差为Δs2＝3.5 m－2.5 m＝1 m＝λ，由于两波源的起振方向相反，可知A、B两点均为振动减弱点，而两波源到A点波程差为2λ，两波源到B点波程差为λ，因此A、B连线上有一个波程差为λ的点，该点为振动加强点，C项正确；两波源的连线上(不含波源)点与两波源的波程差满足－6λ＝－6 m<Δs<6 m＝6λ，由于两波源的起振方向相反，可知当波程差满足(2n＋1)·时，该点为振动加强点，则有[2×(－6)＋1]× m＝－5.5 m>－6 m，(2×5＋1)× m＝5.5 m<6 m，可知两波源的连线上(不含波源)有11个振动加强点，它们的振幅为2 m，但位移在－2 m到2 m之间变化，D项错误．故选C项．9. (2022·浙江模拟)(多选)如图，在均匀介质中有一个处于同一水平面上的直角三角形ABC，θ＝37°，AB＝9 m．其中波源位于A点做上下振动，振幅为8 cm，其产生的波在此水平面上传播；某一时刻(记为t0＝0)时B处质点正处在波峰，而C处质点此刻位移为＋4 cm且向下振动；经Δt＝0.01 s，B处质点位移第一次到＋4 cm.cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6.则(　　) A．波的周期为0.12 sB．质点B的振动方程为yB＝8cos πt(cm)C．该机械波在介质中的波速可能为120 m/sD．该机械波在介质中的波速可能为 m/s答案　BCD解析　B处质点在t＝0时刻正处在波峰，经Δt＝0.01 s，B处质点位移第一次到＋4 cm.则Δt＝＝0.01 s，即T＝0.06 s，A项错误；因为ω＝＝ rad/s，则质点B的振动方程为yB＝8cos πt(cm)，B项正确；因为B、C两点距离A点的距离之差为6 m，在AC连线上距离A点9 m的B′点的振动情况与B相同，则t＝0时B处质点正处在波峰，此时B′处质点也正处在波峰，而C处质点此刻位移为＋4 cm且向下振动，则nλ＋＝6 m，波速v＝＝ m/s(n＝0，1，2，3，…)，当n＝0时v＝120 m/s；当n＝99时v＝ m/s，或者nλ－＝6 m，波速v＝＝ m/s(n＝1，2，3，…)，C、D两项正确．故选B、C、D三项．10．(2022·湖南)(多选)下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1 Hz的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图a所示．以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图b所示．已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g.下列说法正确的是(    )A．x从0.05 m到0.15 m的过程中，木棒的动能先增大后减小B．x从0.21 m到0.25 m的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小C．x＝0.35 m和x＝0.45 m时，木棒的速度大小相等，方向相反D．木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为E．木棒的运动为向x轴正方向传播的机械横波，波速为0.4 m/s答案　ABD解析　木棒在竖直方向做简谐运动，浮力恰好等于重力时木棒速度最大，动能最大．根据浮力等于排开液体的重力、浮力随水平位移x变化的图像可知，x从0.05 m到0.15 m的过程中，木棒的速度先增大后减小，木棒的动能先增大后减小，A项正确．x从0.21 m到0.25 m的过程中，木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动(未到平衡位置)，加速度竖直向下，大小减小，B项正确．x＝0.35 m时，木棒向下运动，x＝0.45 m时木棒在同一位置向上运动，x＝0.35 m和x＝0.45 m时，木棒在竖直方向的速度大小相等，方向相反，而两时刻木棒水平方向速度相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，C项错误．木棒底端处于水面下最大位移时，F1＝ρgSh1，木棒底端处于水面下最小位移时，F2＝ρgSh2，木棒在竖直方向做简谐运动的振幅A＝＝，D项正确．木棒的运动为沿x轴方向的匀速直线运动和竖直方向的简谐运动的合运动，E项错误．11. (2022·河北)一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速为10 m/s.在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为xP＝1 m，xQ＝6 m．波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为________ m，经过________ s，Q点第一次到达正向最大位移处．答案　2　0.55解析　由P点的振动图像可得出该波的周期T＝0.2 s，由于该波的波速为10 m/s，则该波的波长λ＝vT＝2 m．由题知P、Q两质点相距xPQ＝5 m，则波从P点传播到Q点需经过tPQ＝＝ s＝0.5 s，由P点的振动图像可得出该波的起振方向向上，则Q点从起振到第一次到达正向最大位移处还需经过T，则经过t＝0.55 s，Q点第一次到达正向最大位移处．12. (2022·河北)如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心．球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ＝30°.光在真空中的传播速度为c.求：  (1)玻璃的折射率；(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间．答案　(1)　(2)解析　(1)根据题意将光路图补充完整，如下图所示根据几何关系可知i1＝θ＝30°，i2＝60°根据折射定律有nsin i1＝sin i2解得n＝.(2)设全反射的临界角为C，则sin C＝＝光在玻璃球内的传播速度有v＝根据几何关系可知当θ＝45°时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长x＝R则最短时间为t＝＝.13．(2022·湖南)如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍)．透明介质的折射率n＝2，屏障间隙L＝0.8 mm.发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射(结果保留2位有效数字)．(1)若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度θ控制为60°，求屏障的高度d；(2)若屏障高度d＝1.0 mm，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元)?答案　(1)1.55 mm　(2)0.35 mm解析　(1)发光像素单元发出的光射到屏障上被屏障吸收，射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，能够射出介质的光在界面的入射角正弦值sin i＝折射角为r＝＝30°由折射定律有n＝代入数据解得d＝ mm≈1.55 mm(2)sin i′＝折射角为r′＝＝90°由折射定律有n＝代入数据解得x＝ mm≈0.35 mm.