高考物理二輪復習 第一部分 考前復習方略 專題十五 振動與波動 光限時訓練-人教版高三全冊物理試題

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1、專題十五 振動與波動 光 1．(1)對如圖所示的圖片、示意圖或?qū)嶒炑b置圖，下列判斷準確無誤的是________． A．甲圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑” B．乙圖是薄膜干涉的應用，用來檢測平面的平整程度 C．丙圖是雙縫干涉原理圖，若P到S1、S2的路程差是半波長的偶數(shù)倍，則P處是亮紋 D．丁圖是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，在附有肥皂膜的鐵絲圈上，出現(xiàn)豎直干涉條紋 E．戊圖是波的振動圖象，其振幅為8 cm，振動周期為4 s (2)如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的截面，其一個底角為30°，一束單色平行光束斜射向AB面，經(jīng)三棱鏡折射后在AC面水平平行射出． ①

2、以圖中三條光線代表光束，畫出三條光線經(jīng)棱鏡折射的光路示意圖； ②若棱鏡的折射率為，求入射光線與AB面的夾角θ. 解析：(1)題圖甲是小孔衍射的圖樣，但不是“泊松亮斑”，故A錯．題圖丁是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，但其干涉條紋應為水平的，故D錯． (2)①光路圖如圖甲所示 ②由圖乙可知＝n ＝n 又n＝ 解得γ＝30° 由圖中幾何關系可知β＝30° 解得α＝60° 則θ＝30°. 答案：(1)BCE　(2)①見解析?、?0° 2．(2015·武漢模擬)(1)下列關于波的現(xiàn)象和規(guī)律的說法中正確的是________． A．機械波、電磁波均能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 B．泊松亮

3、斑是光的干涉現(xiàn)象中的加強區(qū) C．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 D．波速公式說明波速與波長、頻率有關，與介質(zhì)無關 E．“彩超”可以測血流速度，利用的是超聲波的多普勒效應 (2)如圖所示，在桌面上方有一倒立的玻璃圓錐，頂角∠AOB＝120° ，頂點O與桌面的距離為4a，圓錐的底面半徑R＝a，圓錐軸線與桌面垂直．有一半徑為R的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合．已知玻璃的折射率n＝，求光束在桌面上形成的光斑的面積． 解析：(1)干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，A正確；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，B錯誤；橫波才有偏振現(xiàn)象，C正確；波速大小取決于介質(zhì)，D錯誤；利用多普勒效應可以

4、測速度，E正確． (2)如圖所示，射到OA界面的入射角α＝30°，則sin α＝<，故入射光能從圓錐側(cè)面射出． 設折射角為β，無限接近A點的折射光線為AC，根據(jù)折射定律 sin β＝nsin α， 解得β＝60°. 過O點作OD∥AC， 則∠O2OD＝β－α＝30° 在Rt△O1AO中 O1O＝Rtan 30°＝a·＝a 在Rt△ACE中，EC＝AEtan 30°＝ 故O2C＝EC－R＝ 在Rt△OO2D中，O2D＝4atan 30°＝ 光束在桌面上形成光斑的面積 S＝π·O2D2－π·O2C2＝4πa2. 答案：(1)ACE　(2)4πa2 3．(2014·高考

5、全國卷Ⅱ，T34，15分)(1)如圖甲為一列簡諧橫波在t＝0.10 s時刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1.0 m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在x＝4.0 m處的質(zhì)點；圖乙為質(zhì)點Q的振動圖象，下列說法正確的是________． A．在t＝0.10 s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動 B．在t＝0.25 s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同 C．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，該波沿x軸負方向傳播了6 m D．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，質(zhì)點P通過的路程為30 cm E．質(zhì)點Q簡諧運動的表達式為y＝0.10sin 10πt(國際單位) (2)一厚度為h的大平板玻璃水平放置

6、，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求大平板玻璃的折射率． 解析：(1)由y－t圖象可知，t＝0.10 s時質(zhì)點Q沿y軸負方向運動，選項A錯誤；由y－t圖象可知，波的振動周期T＝0.2 s，由y－x圖象可知λ＝8 m，故波速v＝＝40 m/s，根據(jù)振動與波動的關系知波沿x軸負方向傳播，則波在0.10 s到0.25 s內(nèi)傳播的距離Δx＝vΔt＝6 m，選項C正確；t＝0.25 s時，波形圖如圖所示，此時質(zhì)點P的位移沿y軸負方向，而回復力、加速度方向沿y

7、軸正方向，選項B正確； Δt＝0.15 s＝T，質(zhì)點P在其中的T內(nèi)路程為20 cm，在剩下的T內(nèi)包含了質(zhì)點P通過最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在Δt＝0.15 s內(nèi)質(zhì)點P通過的路程小于30 cm，選項D錯誤；由y－t圖象可知質(zhì)點Q做簡諧運動的表達式為y＝0.10sint(m)＝0.10sin 10πt(m)，選項E正確． (2)根據(jù)全反射定律，圓形發(fā)光面邊緣發(fā)出的光線射到玻璃板上表面時入射角為臨界角(如圖所示)，設為θ，且sin θ＝. 根據(jù)幾何關系得：sin θ＝ 而L＝R－r 聯(lián)立以上各式，解得n＝ . 答案：(1)BCE　(2) 4．(2015·濮陽

8、模擬)(1)如圖所示，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播，兩波源分別位于x＝－2 m和x＝12 m處，兩列波的傳播速度均為v＝4 m/s，兩波源的振幅均為A＝2 cm.圖示為t＝0時刻兩列波的圖象(傳播方向如圖所示)，此時刻平衡位置處于x＝2 m和x＝8 m的P、Q兩質(zhì)點剛開始振動．質(zhì)點M的平衡位置處于x＝5 m處，則下列說法正確的是________． A．兩列波相遇后振幅仍然為2 cm B．t＝1 s時刻，質(zhì)點M的位移為－4 cm C．t＝1 s時刻，質(zhì)點M的位移為＋4 cm D．t＝0.75 s時刻，質(zhì)點P、Q都運動到M點 E．質(zhì)點P、Q的起振方向都沿y軸負方向

9、(2)如圖所示，直角玻璃三棱鏡置于空氣中，已知∠A＝60°，∠C＝90°，一束極細的光于AC的中點D垂直AC面入射，AD＝a，棱鏡的折射率為n＝，求： ①此玻璃的臨界角； ②光從棱鏡第一次射入空氣時的折射角； ③光從進入棱鏡到它第一次射入空氣所經(jīng)歷的時間(設光在真空中的傳播速度為c)． 解析：(1)根據(jù)波的疊加原理，A正確；由題圖可知兩列波的起振方向都沿y軸負方向，E正確；又λ＝4 m，v＝4 m/s，所以T＝＝1 s，波形勻速傳播，兩列波傳播到M點時，t＝＝ s＝0.75 s，所以t＝1 s時刻，M點已經(jīng)振動了(1－0.75) s＝T，兩列波在M點加強，合振幅為4 cm，M點的位移為

10、－4 cm，B正確、C錯誤；波傳播時，波形移動，質(zhì)點不隨波傳播，D錯誤． (2)①設玻璃對空氣的臨界角為C，則sin C＝＝，C＝45°. ②如圖所示，i1＝60°，因i1>45°，發(fā)生全反射．i2＝90°－i1＝30°

11、．在真空中，a光的波長小于b光的波長 C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率 D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失 E．分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 (2)平衡位置位于原點O的波源發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播，P、Q為x軸上的兩個點(均位于x軸正向)，P與O的距離為35 cm，此距離介于一倍波長與二倍波長之間．已知波源自t＝0時由平衡位置開始向上振動，周期T＝1 s，振幅A＝5 cm.當波傳到P點時，波源恰好處于波峰位置；此后再經(jīng)過5 s，平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置．求：

12、①P、Q間的距離； ②從t＝0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時，波源在振動過程中通過的路程． 解析：(1)通過光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，選項C錯誤．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率，波長小于b光的波長，選項B正確．由n＝知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，選項A正確．入射角增大時，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消失，選項D正確．做雙縫干涉實驗時，根據(jù)Δx＝λ得a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，選項E錯誤． (2)①由題意，O、P兩點間的距離與波長λ之間滿足 OP＝λ① 波速v與波長λ

13、的關系為 v＝② 在t＝5 s的時間間隔內(nèi)，波傳播的路程為vt.由題意有 vt＝PQ＋③ 式中，PQ為P、Q間的距離． 由①②③式和題給數(shù)據(jù)，得 PQ＝133 cm. ②Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時，波源運動的時間為 t1＝t＋T 波源從平衡位置開始運動，每經(jīng)過，波源運動的路程為A.由題給條件得 t1＝25× 故t1時間內(nèi)，波源運動的路程為 s＝25A＝125 cm. 答案：(1)ABD　(2)①133 cm?、?25 cm 6．(2015·高考全國卷Ⅰ，T34，15分)(1)在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間

14、距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”、“＝”或“<”)．若實驗中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為________ mm. (2)甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負向傳播，波速均為v＝25 cm/s.兩列波在 t＝0時的波形曲線如圖所示．求： ①t＝0時，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點的x坐標； ②從t＝0開始，介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的質(zhì)點的時間． 解析：(1)由公式Δx＝λ可知，Δx1>Δx2.

15、相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝ mm＝2.1 mm，雙縫間的距離d＝，代入數(shù)據(jù)得d＝0.300 mm. (2)①t＝0時，在x＝50 cm處兩列波的波峰相遇，該處質(zhì)點偏離平衡位置的位移為16 cm.兩列波的波峰相遇處的質(zhì)點偏離平衡位置的位移均為16 cm. 從圖線可以看出，甲、乙兩列波的波長分別為 λ1＝50 cm，λ2＝60 cm① 甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為 x1＝50＋k1λ1，k1＝0，±1，±2，…② x2＝50＋k2λ2，k2＝0，±1，±2，…③ 由①②③式得，介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點的x坐標為 x＝(50＋300n)cm，n＝0，±1，±2

16、，…④ ②只有兩列波的波谷相遇處的質(zhì)點的位移為－16 cm.t＝0時，兩列波波谷間的x坐標之差為 Δx′＝－⑤ 式中，m1和m2均為整數(shù)．將①式代入⑤式得 Δx′＝10×(6m2－5m1)＋5 由于m1、m2均為整數(shù)，波谷間的距離最小為 Δx′0＝5 cm 從t＝0開始，介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為－16 cm的質(zhì)點的時間為t＝ 代入數(shù)值解得t＝0.1 s. 答案：(1)>　0.300　(2)①x＝(50＋300n)cm，n＝0，±1，±2，…?、?.1 s 7．(2014·高考全國卷Ⅰ，T34，15分)(1)如圖甲為一列簡諧橫波在t＝2 s時的波形圖，圖乙為媒質(zhì)中平衡

17、位置在x＝1.5 m處的質(zhì)點的振動圖象，P是平衡位置為x＝2 m的質(zhì)點．下列說法正確的是________． A．波速為0.5 m/s B．波的傳播方向向右 C．0～2 s時間內(nèi)，P運動的路程為8 cm D．0～2 s時間內(nèi)，P向y軸正方向運動 E．當t＝7 s時，P恰好回到平衡位置 丙 (2)一個半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖丙所示．玻璃的折射率為n＝ . ①一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多長？ ②一細束光線在O點左側(cè)與O相距 R處垂直于AB從下方入射

18、，求此光線從玻璃磚射出點的位置． 解析：(1)由題圖甲讀出波長λ＝2 m，由題圖乙讀出周期T＝4 s，則v＝＝0.5 m/s，選項A正確；題圖甲是t＝2 s時的波形圖，題圖乙是x＝1.5 m處質(zhì)點的振動圖象，所以該點在t＝2 s時向下振動，所以波向左傳播，選項B錯誤；在0～2 s內(nèi)質(zhì)點P由波峰向波谷振動，通過的路程s＝2A＝8 cm，選項C正確，選項D錯誤；t＝7 s時，P點振動了個周期，所以這時P點位置與t＝T＝3 s時位置相同，即在平衡位置，所以選項E正確． (2)①在O點左側(cè)，設從E點射入的光線進入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都

19、能從玻璃磚射出，如圖，由全反射條件有 sin θ＝① 由幾何關系有OE＝Rsin θ② 由對稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為 l＝2OE③ 聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)得 l＝R. ②設光線在距O點R的C點射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關系及①式和已知條件得 α＝60°>θ 光線在玻璃磚內(nèi)會發(fā)生三次全反射，最后由G點射出，如圖，由反射定律和幾何關系得 OG＝OC＝R 射到G點的光有一部分被反射，沿原路返回到達C點射出． 答案：(1)ACE　(2)①R?、诠饩€從G點射出時，OG＝OC＝R，射到G點的光有一部分被反射，沿原路返回到達C點射出 8．

20、(2015·長春市質(zhì)監(jiān))(1)如圖甲所示的彈簧振子(以O點為平衡位置在B、C間振動)，取水平向右的方向為振子離開平衡位置的位移的正方向，得到如圖乙所示的振動曲線，由曲線所給的信息可知，下列說法正確的是________． A．t＝0時，振子處在B位置 B．振子振動的周期為4 s C．t＝4 s時振子對平衡位置的位移為10 cm D．t＝2.5 s時振子對平衡位置的位移為5 cm E．如果振子的質(zhì)量為0.5 kg，彈簧的勁度系數(shù)為20 N/cm，則振子的最大加速度大小為400 m/s2 丙 (2)如圖丙所示為一透明的圓柱體的橫截面，其半徑為R，透明圓柱體的折射率為n，AB是一

21、條直徑．今有一束平行光沿平行AB方向射向圓柱體．求：經(jīng)透明圓柱體折射后，恰能經(jīng)過B點的入射光線的入射點到AB的垂直距離． 解析：(1)由題圖乙可知零時刻振子位移為－10 cm，則所對應的位置為B，故A正確．由題圖乙可知振子振動周期為4 s，故B正確．t＝4 s時，振子偏離平衡位置的位移為－10 cm，故C錯誤．t＝2.5 s時振子的位移為5 cm，故D錯誤．當振子偏離平衡位置最大時，振子受合力最大，產(chǎn)生的加速度也最大，由F＝kx＝ma，得a＝ m/s2＝400 m/s2，故E正確． (2)設入射角為i，折射角為r，入射光線離AB的距離為h， 由折射定律：＝n 由幾何關系：sin i＝， sin r＝ 解得：cos r＝，sin r＝ 又因為：sin i＝2sin r·cos r＝ 解得：h＝. 答案：(1)ABE　(2)