2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題十五 機(jī)械振動與機(jī)械波光學(xué)

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1、2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題十五 機(jī)械振動與機(jī)械波光學(xué) 1.(1) (多選)(5分)(xx·寧夏銀川一中一模)一列簡諧橫波在某時刻的波形如圖所示,此時刻質(zhì)點(diǎn)P的速度為v,經(jīng)過0.2 s后它的速度大小、方向第一次與v相同,再經(jīng)過1.0 s它的速度大小、方向第二次與v相同,則下列判斷中正確的是　　　　。? A.波沿x軸正方向傳播,且波速為10 m/s B.波沿x軸負(fù)方向傳播,且波速為10 m/s C.質(zhì)點(diǎn)M與質(zhì)點(diǎn)Q的位移大小總是相等、方向總是相反 D.若某時刻N(yùn)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)波谷處,則Q質(zhì)點(diǎn)一定到達(dá)波峰處 E.從圖示位置開始計時,在3 s時刻,質(zhì)點(diǎn)M偏離平衡位置的位移y=

2、-10 cm (2)(10分)(xx·江蘇揚(yáng)州高三期末)一塊直角三棱鏡,頂角A為30°。一束激光從AC邊入射,剛好能垂直AB邊射出,入射方向如圖所示,求該激光在棱鏡中的傳播速度。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 2.(1)(多選)(5分)如圖所示,有一列傳播的簡諧橫波,x=0與x=1 cm處的兩個質(zhì)點(diǎn)的振動圖象分別如圖中實(shí)線與虛線所示。則這列波的　　　　。? A.波長一定是4 cm　　　B.周期一定是4 s C.振幅一定是2 cm D.傳播速度一定是1 cm/s (2)(10分) 如圖所示,AOB是截面為扇形的玻璃磚的橫截面,其頂角θ=75°,今

3、有一束單色光線在橫截面內(nèi)從OA的中點(diǎn)E沿垂直O(jiān)A的方向射入玻璃磚,一部分光線經(jīng)AB面反射后恰好未從OB面射出,不考慮多次反射作用。試求玻璃磚的折射率n。 3.(xx·山東青島一模) (1)(多選)(5分)下列說法中正確的是　　　　。? A.光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的 B.變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場 C.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光由紅光改為綠光,則干涉條紋間距變寬 D.聲源與觀察者相對靠近時,觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率 (2)(10分)如圖所

4、示,一透明半圓柱體折射率為n=2,半徑為R、長為l。一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入,從部分柱面射出。求該部分柱面的面積S。 4. (1)(多選)(5分)如圖是一列簡諧橫波在t=0時刻的圖象,經(jīng)過 Δt=1.2 s時,恰好第三次重復(fù)出現(xiàn)圖示的波形。根據(jù)以上信息,下面各項(xiàng)能確定的是　　　　。? A.波的傳播速度的大小 B.經(jīng)過Δt=0.3 s時間,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程 C.t=0.6 s時刻質(zhì)點(diǎn)P的速度方向 D.t=0.9 s時刻的波形 (2) (10分)如圖為某種透明介質(zhì)的截面圖,△AOC為等腰直角三角形,BC為半徑R=10 cm 的圓

5、弧,AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點(diǎn),由紅光和紫光兩種單色光組成的復(fù)色光射向圓心O,在AB分界面上的入射角i=45°,結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個亮斑。已知該介質(zhì)對紅光和紫光的折射率分別為n1=,n2=。 ①在水平屏幕MN上出現(xiàn)的亮斑是什么顏色? ②求兩個亮斑間的距離。 5.(xx·山東青島高三一模) (1)(多選)(5分)一列橫波沿 x軸傳播,傳播方向未知,t時刻與t+0.4 s時刻波形相同,兩時刻在x軸上-3~3 m 的區(qū)間內(nèi)的波形如圖所示。下列說法中正確的是　　　　。? A.該波最大速度為10 m/s B.質(zhì)點(diǎn)振動的最小頻率為

6、2.5 Hz C.在t+0.2 s時刻,x=3 m處的質(zhì)點(diǎn)正在經(jīng)過x軸 D.若波沿x軸正方向傳播,處在坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)會隨波沿正方向運(yùn)動 (2)(10分)如圖所示,橫截面為圓周的柱狀玻璃棱鏡AOB,有一束單色光垂直于OA面C點(diǎn)經(jīng)玻璃磚AB面折射后與OB延長線相交于P點(diǎn),已知玻璃磚半徑R=5 cm,CO之間的距離 d1=3 cm,P到O的距離d2=14.5 cm。取tan 74°=3.5,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求: ①該玻璃磚的折射率。 ②該單色光向A平移距離OB至少多遠(yuǎn)時,它將不能從AB面直接折射出來。 6.

7、(1)(多選)(5分)(xx·貴州八校聯(lián)盟高三第二次聯(lián)考)下列說法中正確的是　　　　。? A.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光從紅光改為紫光,則相鄰亮條紋間距一定變小 B.做簡諧運(yùn)動的物體,經(jīng)過同一位置時,加速度可能不同 C.在受迫振動中,驅(qū)動力的頻率不一定等于物體的固有頻率 D.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,要在鏡頭前加裝一個偏振片以增加透射光的強(qiáng)度 E.在波的傳播方向上兩相鄰的相對平衡位置的位移始終相同的質(zhì)點(diǎn)間距離等于波長 (2)(10分) 如圖所示,ABC是三棱鏡的一個截面,其折射率為n=1.5。現(xiàn)有一細(xì)束平行于截面的光線沿MN方向射到棱鏡的AB面上的N點(diǎn),AN=NB=2 c

8、m,入射角的大小為i,且sin i=0.75。已知真空中的光速c=3.0×108 m/s,求: ①光在棱鏡中傳播的速率。 ②此束光進(jìn)入棱鏡后從棱鏡射出的方向和位置。(不考慮AB面的反射) 參考答案 1.答案:(1)ADE　(2)1.7×108 m/s 解析:(1)由題圖讀出波長λ=12 m,根據(jù)已知條件分析得到周期T=1.2 s,由公式v==10 m/s,而且圖示時刻P點(diǎn)運(yùn)動方向沿y軸正方向,則該列波沿+x方向傳播,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯誤;圖示時刻,質(zhì)點(diǎn)M與質(zhì)點(diǎn)Q的位移大小相等、方向相反,但它們平衡位置之間的距離不是半個波長的奇數(shù)倍,位移不是總是相反,故

9、選項(xiàng)C錯誤;質(zhì)點(diǎn)N與Q平衡位置間相距半個波長,振動情況總是相反,N質(zhì)點(diǎn)到達(dá)波谷處,Q質(zhì)點(diǎn)一定到達(dá)波峰處,故選項(xiàng)D正確;波的周期T=1.2 s,從圖示位置開始計時,n==2.5,在3 s時刻質(zhì)點(diǎn)M偏離平衡位置的位移y=-10 cm,故選項(xiàng)E正確。 (2)欲求傳播速度,則必須先求折射率,折射率可通過幾何知識求得,即過入射點(diǎn)作法線,找到入射角與折射角,通過折射率公式計算得出,即棱鏡折射率n=;又n=,所以v= m/s=1.7×108 m/s。 2.答案:(1)BC　(2) 解析:(1)本題考查振動圖象和波的關(guān)系以及波的周期、頻率、波長之間的關(guān)系,意在考查考生對這些知識的識記、理解和應(yīng)用。讀圖可

10、知,波的振幅、周期和質(zhì)點(diǎn)的振幅、周期相同,因此選項(xiàng)B、C正確;再根據(jù)x=0與x=1 cm 處的兩個質(zhì)點(diǎn)的振動圖象可知兩質(zhì)點(diǎn)振動時間相差T+nT,距離相差λ+nλ,因此波長是一系列解,選項(xiàng)A錯誤;根據(jù)v=可得,波速也應(yīng)該是一系列解,故選項(xiàng)D錯誤。 (2) 因E點(diǎn)為OA的中點(diǎn),所以入射角 α=30° β=θ=75° 臨界角 C=180°-2α-β =45° OB面恰好發(fā)生全反射,則sin C= 解得n=。 3.答案:(1)AD　(2) 解析:(1)根據(jù)狹義相對論的基本假設(shè)知,光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的,所以選項(xiàng)A正確;均勻變化的電場產(chǎn)生

11、穩(wěn)定的磁場,所以選項(xiàng)B錯誤;在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若僅將入射光由紅光改為綠光,波長變短,根據(jù)Δx=λ知,條紋間距變窄,所以選項(xiàng)C錯誤;根據(jù)多普勒效應(yīng)知,聲源與觀察者相對靠近時,觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率,故選項(xiàng)D正確。 (2) 半圓柱體的橫截面如圖所示,OO'為半徑,設(shè)從A點(diǎn)入射的光線在B點(diǎn)處恰好滿足全反射條件,入射角恰好等于臨界角C 則由折射定律得n==2 得θ=30°,由幾何關(guān)系得∠OBA=θ 則有光線從柱面射出的柱面面積S=2θ·R·l=Rl。 4.答案:(1)ABD　(2)①在AM處出現(xiàn)的亮斑是紅色,在AN處出現(xiàn)的亮斑是紅色與紫色的混合色?、?5+10) cm

12、 解析:(1)經(jīng)過Δt=1.2 s時恰好第三次重復(fù)出現(xiàn)題圖所示的波形,則該波的周期為0.6 s,由題圖可知波長為 8 m,可求得波速為 m/s,選項(xiàng)A正確;經(jīng)過0.3 s,即半個周期,質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動的路程為振幅的2倍,為20 cm,選項(xiàng)B正確;由于波的傳播方向未知,故無法確定0.6 s時質(zhì)點(diǎn)P的振動方向,選項(xiàng)C錯誤;經(jīng)過0.9 s,即一個半周期,波形與半個周期后的波形相同,與題圖所示波形相反,選項(xiàng)D正確。 (2)①設(shè)紅光和紫光的臨界角分別為C1、C2。由 sin C1=,得C1=60°;同理,C2=45°,且i=45°=C2

13、射,由幾何關(guān)系可知,反射光線與AC垂直,所以在AM處產(chǎn)生的亮斑P1為紅色,在AN處產(chǎn)生的亮斑P2為紅色與紫色的混合色。 ②如圖所示,設(shè)折射角為r,由折射定律得n1= 解得sin r= 由幾何關(guān)系可知tan r= 解得AP1=5 cm 由幾何關(guān)系可得△OAP2為等腰直角三角形,得AP2=10 cm 所以P1P2=(5+10) cm。 5.答案:(1)BC　(2)①1.33?、?.75 cm 解析:(1)由題意知,波長為4 m,而最大周期為0.4 s,因此最小速度為10 m/s,選項(xiàng)A錯誤;最小頻率為2.5 Hz,選項(xiàng)B正確;通過平衡位置的質(zhì)點(diǎn),經(jīng)半個周期一定又通過平衡位置,而

14、最大周期為0.4 s,因此t+0.2 s一定是半周期的整數(shù)倍,因此選項(xiàng)C正確;無論波向哪個方向傳播,坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)不會隨波遷移,只能在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動,選項(xiàng)D錯誤。 (2)①由光路圖可知 sin r==0.6,r=37° ∠ODE=53° =d2-Rsin∠ODE=10.5 cm tan∠EDP==3.5 故∠EDP=74° i=180°-∠ODE-∠EDP=53° n==1.33 ②設(shè)單色光入射點(diǎn)到OB距離為d d=Rsin C sin C= 解得d=3.75 cm。 6.答案:(1)ACE　(2)①2.0×108 m/s?、诖怪庇贏C射出,出射點(diǎn)距C點(diǎn)

15、cm 解析:(1)根據(jù)公式Δx=λ,入射光的波長減小,相鄰亮條紋間距一定變小,選項(xiàng)A正確;做簡諧運(yùn)動的物體,每次經(jīng)過同一位置時,加速度一定相同,選項(xiàng)B錯誤;物體做受迫振動時,其驅(qū)動頻率跟固有頻率無關(guān),選項(xiàng)C正確;拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,往往在鏡頭前加一個偏振片以過濾櫥窗玻璃的反射光,選項(xiàng)D錯誤;根據(jù)波長的定義,在波的傳播方向上兩相鄰的相對平衡位置的位移始終相同的質(zhì)點(diǎn)間距離等于波長,可知選項(xiàng)E正確。 (2)①光在棱鏡中傳播的速率 v==2.0×108 m/s。 ②設(shè)此束光從AB面射入棱鏡后的折射角為r,由折射定律,n=,解得r=30°。顯然光線從AB面射入棱鏡后的折射光線NP平行于底邊AC,由圖中幾何關(guān)系可得,光線入射到BC面上入射角θ=45°,光線從棱鏡側(cè)面發(fā)生全反射時的臨界角為C,則sin C=,C<45°。 所以光線射到棱鏡側(cè)面BC時將發(fā)生全反射,由圖可知光線將沿垂直于底面AC方向由圖中Q點(diǎn)射出棱鏡。CQ=PQ=ANsin 60°= cm。