统考版2024高考物理二轮专题复习专题强化训练16振动和波动光与电磁波

这是一份统考版2024高考物理二轮专题复习专题强化训练16振动和波动光与电磁波，共6页。

A．图甲是研究光的衍射
B．图乙是研究光的干涉
C．图丙是利用光的偏振
D．图丁是研究光的偏振
E．图戊是衍射图样
(2)简谐横波沿x轴传播，M是x轴上一质点，图甲是质点M的振动图象．图乙中实线是t＝3s时刻的波形图象，质点M位于x＝4m处，虚线是再过Δt时间后的波形图象，图乙中两波峰间距离Δx＝7.0m．求：
①波速大小和方向；
②时间Δt.
2．(1)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，x＝0处的质点做简谐运动的振动方程为y＝－2sin10πt(cm)，则下列说法中正确的是________．
A．这列波的周期为0.2s，波速是10m/s
B．P点第一次到达波峰位置所需时间t＝0.45s
C．这列波传到P所需要的时间为0.4s
D．P点第一次到达波峰位置时，x＝0.25m处质点偏离平衡位置的位移是y＝－eq \r(2)cm
E．P点第一次到达波峰位置时，x＝0.25m处质点偏离平衡位置的位移是y＝eq \r(2)cm
(2)如图所示，透明玻璃体的上半部分是半球体，下半部分是圆柱体，半球体的半径为R，O为半球体的球心．圆柱体的底面半径和高也为R，现有一半径为eq \f(\r(3),2)R的圆环形平行光垂直于圆柱体底面射向半球体，OO1为圆环的中心轴线，所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表面圆心O1点，光线从O1射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光屏到圆柱体底面的距离为R，光在真空中的传播速度为c.求：
(ⅰ)透明玻璃体的折射率；
(ⅱ)光从入射点传播到光屏所用时间．
3．(1)现在的智能手机大多有“双MIC降噪技术”，简单说就是在通话时，辅助麦克风收集背景音，与主麦克风音质信号相减来降低背景噪音．通过这种技术，在噪杂的环境中，通话质量也有极高的保证．图乙是原理简化图，图丙是理想情况下的降噪过程，实线表示环境噪声，虚线表示降噪系统产生的等幅反相声波．下列说法正确的是________．
A．降噪过程应用了声波的衍射原理，使噪声无法从外面进入耳麦
B．降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动减弱
C．降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等
D．降噪声波与环境噪声声波的波长必定相等
E．质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
(2)半径为R的透明球体内装了一半的透明液体，液体上方是真空，其截面如图所示．一激光器从球体最底端P点沿着内壁向上移动，所发出的光束始终指向球心O，当激光器在与竖直方向成30°角的P1点时，发出的光束透过液面后，照射到球体内壁上的P2点．已知OP2与液面的夹角为37°，光在真空中的传播速度为c，sin37°＝0.6，求：
(ⅰ)从P1点发出的光束到P2点的时间；
(ⅱ)激光器至少向上移至距P点多高时，所发出的光束恰好不从液面折射出来？
4．(1)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝6s时的波形如图(a)所示．在x轴正方向，距离原点大于1倍波长、小于2倍波长的A点，其振动图象如图(b)所示(本题所涉及质点均已起振)，当t＝7s时，平衡位置在x＝0.7m处的质点的振动速度方向向y轴________(选填“负方向”或“正方向”).A点的平衡位置与原点的距离是在________之间．
(2)内径为r，外径为eq \r(2)r的透明介质半球壳折射率n＝2，如图为其截面示意图．
(ⅰ)将点光源放在球心O处，求光射出球壳的最短时间；
(ⅱ)将光源移至O点正上方内壳上的P点，使其发出的光射向球壳外，求透明球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长．
专题强化训练16 振动和波动 光与电磁波
1．解析：（1）图甲是光的单缝衍射，故A正确；图乙是光的双缝干涉现象，故B正确；图丙是检查表面的平整度，属于光的干涉现象，不是偏振现象，故C错误；图丁是产生电磁波，不是光的偏振，故D错误；图戊是泊松亮斑，是光的衍射，故E正确．
（2）①由题意知T＝6s，λ＝8m
则波速大小为v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(4,3)m/s
t＝3s时，质点M向下振动，所以波沿x轴负向传播．
②由题意知，Δt＝nT＋eq \f(Δx,v)（n＝0，1，2，3，…）
代入数据得Δt＝（6n＋eq \f(21,4)）s（n＝0，1，2，3，…）.
答案：（1）ABE
（2）①eq \f(4,3)m/s，沿x轴负向 ②（6n＋eq \f(21,4)）s（n＝0，1，2，3，…）
2．解析：（1）根据振动方程知ω＝10πrad/s，则该波的周期为T＝eq \f(2π,ω)＝0.2s，由波形图可知，波长为λ＝2m，则波速为v＝eq \f(λ,T)＝10m/s，故A正确；这列波传到P点所需要的时间为t1＝eq \f(Δx,v)＝eq \f(3,10)s＝0.3s，这列波传到P点时P点沿y轴负方向起振，P点由平衡位置运动到波峰的时间为t2＝eq \f(3,4)T＝0.15s，则P点第一次到达波峰位置所需时间t＝t1＋t2＝0.45s，故B正确，C错误；x＝0.25m处质点的运动总是滞后x＝0处质点eq \f(T,8)，P点第一次到达波峰位置时t为0.45s，x＝0.25m处质点偏离平衡位置的位移即为x＝0处的质点在t－eq \f(T,8)时刻的位移，将t－eq \f(T,8)＝0.425s代入振动方程，可得y＝－eq \r(2)cm，故D正确，E错误．
（2）（ⅰ）作出光路图如图所示：
由几何关系可得Rsinα＝eq \f(\r(3),2)R
解得α＝60°
由图可知α＝2β
所以β＝30°
由折射定律有n＝eq \f(sinα,sinβ)＝eq \r(3)
（ⅱ）光在玻璃体中的速度为v＝eq \f(c,n)
光在玻璃体中的传播时间t1＝eq \f(2Rcsβ,v)＝eq \f(3R,c)
由图及折射定律知光线从O1点出射后与竖直方向的夹角为α＝60°
所以光从玻璃体出射后到光屏所用的时间
t2＝eq \f(2R,c)
则光从入射点到光屏所用的时间为t＝t1＋t2＝eq \f(5R,c)
答案：（1）ABD （2）（ⅰ）eq \r(3) （ⅱ）eq \f(5R,c)
3．解析：（1）由图丙可知，降噪声波与环境声波波长相等，又因为两波波速相等，故频率相同，叠加时产生干涉．由于两列声波叠加时振动步调相反，所以叠加后振动减弱，起到降噪效果．降噪过程应用的是声波的干涉原理，两波传到P点振动步调相反，故P点振动减弱，A错误，B正确；声波在同种均匀介质中传播速度相同，C正确；由图丙可知，降噪声波与环境噪声声波的波长相等，D正确；波传播时，质点并不随波移动，E错误．
（2）（ⅰ）由图可知，根据折射定律可得n＝eq \f(sin53°,sin30°)＝1.6
所以光在介质中的传播速度为v＝eq \f(c,n)＝eq \f(c,1.6)
所以光从P1点发出到P2点的时间为t＝eq \f(R,v)＋eq \f(R,c)＝eq \f(2.6R,c).
（ⅱ）根据临界角与折射率的关系有sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,1.6)
根据几何关系h＝R（1－csC）＝（1－eq \f(\r(39),8)）R.
答案：（1）BCD （2）（ⅰ）eq \f(2.6R,c) （ⅱ）（1－eq \f(\r(39),8)）R
4．解析：（1）由图（b）知，波传播周期为T＝4s，图（a）为6s时的波形图，当t＝7s时，即再经过1s，波向右传播eq \f(1,4)λ，根据同侧法，速度方向与振动方向在波的同一侧，则平衡位置在x＝0.7m处的质点的振动速度方向应指向y轴正方向；由图（b）知A点在t＝7.5s时在正的最大位移处，因为周期T＝4s，则t＝6.5s时，A在质点在平衡位置，t＝5.5s时正在负的最大位移处，故t＝6s时，A正在负的位移位置向平衡位置振动，故由图（a）的波形图可知，在λ到2λ之间，A的平衡位置与原点的距离应为2.0～2.5m之间．
（2）（ⅰ）光线从O点沿直线传播出来，时间为t1＝eq \f(r,c)
在介质中传播时间为：
t2＝eq \f(（\r(2)－1）r,v)
在介质中传播速度满足
n＝eq \f(c,v)
所以t＝eq \f(r,c)＋eq \f(（\r(2)－1）nr,c)＝eq \f(（2\r(2)－1）r,c)
（ⅱ）光由介质射向空气，临界角为sinC＝eq \f(1,n)，得到：C＝30°
如图：由正弦定理得到
eq \f(OP,sinC)＝eq \f(AO,sin∠APO)
得到：∠APO＝135°，α＝15°＝eq \f(π,12)
介质球壳外表面发光区域在界面上形成的弧长为s＝2α·eq \r(2)r＝eq \f(\r(2)πr,6)
答案：（1）正方向 2.0～2.5m
（2）（ⅰ）eq \f(（2\r(2)－1）r,c) （ⅱ）eq \f(\r(2)πr,6)