2020版高考物理二輪復習 專題限時集訓16 振動和波動 光及光的本性（含解析）

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1、專題限時集訓(十六)　 (建議用時：40分鐘) 1．(2019·煙臺模擬)(1)如圖所示，P、Q、M是均勻媒介中x軸上的三個質點，PQ、QM的距離分別為3 m、2 m，一列簡諧橫波沿x軸向右傳播。在t＝0時刻，波傳播到質點P處并且P開始向下振動，經(jīng)t＝3 s，波剛好傳到質點Q，而此時質點P恰好第一次到達最高點且離平衡位置10 cm處。下列說法正確的是(　　) A．該簡諧波的波速為1 m/s B．該簡諧波的波長為12 m C．當波傳播到質點M時，質點P通過的路程為50 cm D．當t＝5 s時，質點Q的加速度方向豎直向下 E．當質點M運動到最高點時，質點Q恰好處于最低點 (2

2、)如圖所示是一透明物體的橫截面，橫截面為等腰直角三角形ABC，AB邊長為a，底面AC鍍有反射膜。今有一條光線垂直AB邊從中點入射，進入透明物體后直接射到底面AC上，并恰好發(fā)生全反射，(已知光在真空中的傳播速度為c)求： (ⅰ)透明物體的折射率和光在透明物體內的傳播時間； (ⅱ)若光線從AB邊中點沿平行于底面的方向射向透明物體，求光線最終離開透明物體時的出射角。 [解析]　(1)在t＝0時刻，波傳播到質點P，經(jīng)t＝3 s，波剛好傳到質點Q，則v＝＝ m/s＝1 m/s，故A正確；在t＝0時刻，質點P開始向下振動，經(jīng)t＝3 s，質點P恰好第一次到達最高點，則T＝3 s，T＝4 s，根據(jù)v

3、＝，可得λ＝vT＝4 m，故B錯誤；當波傳播到質點M時，用時t′＝＝5 s，即T，質點P通過的路程為5A＝50 cm，故C正確；當t＝5 s時，質點Q已經(jīng)振動了2 s，運動到了平衡位置，加速度為零，故D錯誤；質點M比質點Q晚運動了半個周期，當質點M運動到最高點時，質點Q恰好處于最低點，故E正確。 (2)(ⅰ)根據(jù)題意，光線射到AC面上時入射角度恰好為臨界角C， 由幾何關系可知C＝45°，根據(jù)sin C＝可得n＝＝ 由幾何關系可知光在透明物體中的傳播路徑長為a，設光在介質中的傳播速度為v， 有v＝，t＝ 可得t＝。 (ⅱ)設此時光在AB面的入射角為i，折射角為r，由題意可知，i＝

4、45° 根據(jù)公式n＝ 可得r＝30° 由幾何關系可知β＝60°>C＝45°，光線在BC面發(fā)生全反射。設光線在AC面的入射角為i′，折射角為r′， 根據(jù)幾何關系，i′＝15° 根據(jù)公式n＝，解得r′＝arcsin 。 [答案]　(1)ACE　(2)(ⅰ)　　(ⅱ)arcsin 2．(2019屆高三·西安八校聯(lián)考)(1)一列沿x軸正方向傳播的簡諧波，在t＝0時刻的波形圖如圖所示，已知這列波在P出現(xiàn)兩次波峰的最短時間是0.4 s，根據(jù)以上可知： 這列波的波速是________m/s；再經(jīng)過________s質點R才能第一次到達波峰；這段時間里R通過的路程為________c

5、m。 (2)如圖所示，一透明球體置于空氣中，球半徑R＝10 cm，折射率n＝，MN是一條通過球心的直線，單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，AB與MN間距為5 cm，CD為出射光線。 (ⅰ)補全光路并求出光從B點傳到C點的時間； (ⅱ)求CD與MN所成的角α。 [解析]　(1)依題，P點兩次出現(xiàn)波峰的最短時間是0.4 s，所以這列波的周期T＝0.4 s。由波速公式得 v＝＝ m/s＝10 m/s 由t＝0時刻到R第一次出現(xiàn)波峰，波移動的距離 s＝7 m 則t＝＝ s＝0.7 s 在上述時間內，R實際振動時間t1＝0.3 s 因此R通過的路程為s＝3A＝6 cm

6、。 (2)(ⅰ)連接BC，光路圖如圖所示；在B點光線的入射角、折射角分別標為i、r，sin i＝＝，所以i＝45° 由折射定律，在B點有n＝ 可得sin r＝ 故r＝30° 又＝2Rcos r，v＝ 所以t＝＝＝×10－9 s。 (ⅱ)由幾何關系可知∠COP＝15°，∠OCP＝135°，所以α＝30°。 [答案]　(1)10　0.7　6 (2)(ⅰ)光路圖見解析　×10－9 s　(ⅱ)30° 3．(2019·江西重點中學聯(lián)考)(1)下列有關敘述正確的是________。 A．第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1 880～2 690 MHz間的四個頻段，該電磁波信號的磁感應

7、強度隨時間是非均勻變化的 B．狹義相對論的時間效應，可通過衛(wèi)星上的時鐘與地面上的時鐘對比進行驗證，高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地球上時鐘變快 C．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關 D．向人體內發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接受，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法應用的是共振原理 E．泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)有力地支持了光的波動學說，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現(xiàn)象 (2)如圖所示，一束截面為圓形(半徑R＝1 cm)的平行復色光垂直射向一玻璃半球的面。經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮區(qū)。已知玻璃半球的半徑也為R。屏幕S至球心

8、的距離為d＝4 cm。不考慮光的干涉和衍射，試問： (ⅰ)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側是什么顏色？ (ⅱ)若玻璃半球對圓形亮區(qū)最外側單色光的折射率為n＝，求屏幕S上圓形亮區(qū)的最大半徑。(結果可保留根號) [解析]　(1)第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1 880～2 690 MHz間的四個頻段，該電磁波信號的磁感應強度隨時間是周期性變化的，是非均勻變化的，故A正確；狹義相對論中有運動延遲效應，即“動鐘變慢”，高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地面上的時鐘變慢，故B錯誤；單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期由驅動力的周期決定，與單擺的固有周期無關，故與擺長無關，故C正確；向人體發(fā)射頻

9、率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法應用的是多普勒效應原理，故D錯誤；泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)有力地支持了光的波動學說，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射現(xiàn)象，故E正確。 (2)(ⅰ)復色光與半球形玻璃面的下表面相垂直，方向不變，但是在上面的圓弧面會發(fā)生偏折，紫光的折射率最大，臨界角最小，偏折能力最強，所以紫光偏折的最多，因此最外側是紫色。 (ⅱ)如圖所示，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光線射在屏幕S上的點D到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑。 設紫光臨界角為C，由全反射的知識：sin C＝ 所以cos C＝ tan C＝ ＝

10、＝ r＝＝d－nR 代入數(shù)據(jù)得：r＝(4－)cm。 [答案]　(1)ACE　(2)(ⅰ)紫色　(ⅱ)(4－)cm 4.(1)如圖為俯視圖，光屏MN水平放置，半圓柱形玻璃磚放在水平面上，其平面部分ab與屏平行。由光源S發(fā)出的一束白光沿半徑方向射入玻璃磚，通過圓心O再射到屏上。在水平面內繞過O點的豎直軸沿逆時針方向緩緩轉動玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。當玻璃磚轉動角度大于某一值時，屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失。下列說法正確的是________。 A．通過實驗說明，同種材料中各種色光的折射率不同，紅光折射率較大 B．由n＝可知，玻璃磚中紅光傳播速度較大 C．由n＝可知，

11、紅光在ab界面發(fā)生全反射的臨界角較大 D．轉動玻璃磚的過程中最先消失的是紅光 E．在光屏上從左到右光帶顏色的分布是從紅到紫 (2)如圖所示，繩沿x軸放置，左端位于坐標原點，用手握住繩的左端，在t＝0時使其開始沿y軸負方向做振幅為8 cm的簡諧運動，在t＝0.5 s時，繩上形成的波剛好傳到質點M處，求： ①該波的波速大??； ②從t＝0開始經(jīng)過多長時間，位于x2＝45 cm處的質點N恰好第一次沿y軸正方向通過平衡位置。 [解析]　(1)實驗中紅光折射的程度最小，說明紅光的折射率小，選項A錯。由介質中光速v＝知紅光在玻璃中的傳播速度較大，選項B對。由sin C＝知紅光發(fā)生全反射的臨界

12、角較大，紫光的臨界角最小，由發(fā)生全反射的條件知，最先消失的是紫光，選項C對、D錯。光屏上最左邊的應是紅光選項E對。 (2)①從題圖上可以看出，0.5 s波傳播了Δx＝＝5 cm，波長為λ＝0.2 m 傳播時間為，質點起振方向為沿y軸負方向，所以周期T＝2 s 波速v＝＝ m/s＝0.1 m/s ②經(jīng)過t＝＝4.5 s質點N將開始沿y軸負方向振動，再經(jīng)過＝1 s質點N第一次沿y軸正方向向上經(jīng)過平衡位置，故Δt＝5.5 s。 [答案]　(1)BCE　(2)①0.1 m/s?、?.5 s 5．(2019·山東青島模擬)(1)關于光現(xiàn)象及其應用，下列說法正確的有(　　) A．用透明的標準

13、平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象 B．光導纖維傳輸信號是利用光的干涉現(xiàn)象 C．分別用藍光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實驗，用紅光時得到的條紋間距更寬 D．玻璃內氣泡看起來特別明亮，是因為光線從氣泡中射出的原因 E．在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可使景象更清晰 (2)一列簡諧橫波，某時刻的波形圖象如圖甲所示，從該時刻開始計時，波上A質點的振動圖象如圖乙所示，則： ①從該時刻起，再經(jīng)過Δt＝0.4 s，P質點的位移、通過的路程和波傳播的距離分別為多少？ ②若t＝0時振動剛剛傳到A點，從該時刻起再經(jīng)多長時間坐標為45 m的質點(未畫出)第二次位于波峰

14、？ [解析]　(1)用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉，選項A正確；光導纖維傳輸信號是利用光的全反射現(xiàn)象，選項B錯誤；根據(jù)Δx＝λ知，同一裝置，波長越長條紋間距越寬，選項C正確；玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因為光從玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，選項D錯誤；在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可減弱反射光，從而使景象更清晰，選項E正確。 (2)①由振動圖象可以看出，此波的周期為0.8 s，所以頻率為1.25 Hz。因為Δt＝0.4 s＝，故經(jīng)0.4 s P質點回到平衡位置，位移為0 質點P通過的路程為2A＝4 cm 在時間內波傳播的距離為＝10 m。 ②由A點在t＝0時刻向上振動知，波沿x軸正方向傳播，波速 v＝＝ m/s＝25 m/s x＝45 m處的質點第一次到達波峰的時間 t1＝＝ s＝1 s 此質點第二次位于波峰的時間t＝t1＋T＝1.8 s。 [答案]　(1)ACE　(2)①0　4 cm　10 m　②1.8 s - 7 -