高考物理二轮复习 专题突破练17 振动和波 光学

专题突破练17 振动和波光学
(时间:45分钟满分:75分)
1.(2017江西九校联考)(1)(5分)关于光现象及其应用,下列说法正确的有(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。

A.全息照片用激光来拍摄,主要是利用了激光与物光的相干性高的特点
B.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的偏振现象
C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度
D.当观察者向静止的声源运动时,观察者接收到的声波频率低于声源的频率
E.一束单色光由空气射入玻璃,这束光的速度变慢,波长变短
(2)(10分)图甲是由透明材料制成的半圆柱体,一束细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入,对射出的折射光线的强度随角的变化进行记录,得到的关系如图乙所示。

图丙是这种材料制成的器具,左侧是半径为R的半圆,右侧是长为8R,高为2R的长方体,一束单色光从左侧P 点沿半径方向与长边成37°角射入器具。

已知光在真空中的传播速度为c,求:
(ⅰ)该透明材料的折射率;
(ⅱ)光线穿过器具的时间。

答案 (1)ACE(2)(ⅰ)1.25(ⅱ)
解析 (1)全息照片用激光来拍摄,主要是利用了激光与物光的相干性高的特点,选项A正确;通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,选项B错误;拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度,选项C正确;当观察者向静止的声源运动时,观察者接收到的声波频率高于声源的频率,选项D错误;一束单色光由空气射入玻璃,这束光的速度变慢,频率和周期不变,故波长变短,选项E正确。

(2)(ⅰ)由图乙可知,θ=37°时,折射光线开始出现,说明此时对应的入射角应是发生全反射的临界角,即C=90°-37°=53°,由sin C=得n==1.25。

(ⅱ)因为临界角是53°,光线在玻璃砖中刚好发生3次全反射,光路图如图所示,则光程L=11R;光在器具中的传播速度v=,光在器具中的传播时间t=。

2.(1)(5分)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。

波源振动的频率为20 Hz,波速为16 m/s。

已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m。

P、Q开始振动后,下列判断正确的是(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。

A.P、Q两质点运动的方向始终相同
B.P、Q两质点运动的方向始终相反
C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置
D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰
E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰
(2)(10分)
右图为某种透明介质的截面图,ACB为半径R=10 cm的二分之一圆弧,AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。

由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。

已知该介质对红光和紫光的折射率分别为
n1=,n2=。

(ⅰ)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色;
(ⅱ)求两个亮斑间的距离。

〚导学号88904176〛
答案 (1)BDE(2)(ⅰ)AM处产生的亮斑为红色,AN处产生的亮斑为红色与紫色的混合色(ⅱ)(5+10) cm
解析 (1)根据题意可得T= s=0.05 s,v=16 m/s,故波长为λ=vT=0.8 m,找P点关于S点的
对称点P',根据对称性可知P'和P的振动情况完全相同,P'、Q两点相距
Δx=λ=λ,为半波长的整数倍,P'、Q两点振动方向始终相反,即P、Q两点振动方向始终相反,A错误,B正确;P点距离S点x=19λ,当S恰好通过平衡位置向上振动时,P 点在波峰,同理Q点相距S点x'=18λ,当S恰好通过平衡位置向下运动时,刚好在波峰位置,所以D、E正确,C错误。

(2)(ⅰ)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2,sin C1=,C1=60°,同理
C2=45°,i=45°=C2,i=45°<C1,所以紫光在AB面发生全反射,而红光在AB面一部分折射,一部分反射,所以在AM处产生的亮斑为红色,在AN处产生的亮斑为红色与紫色的混合色。

(ⅱ)画出如图所示光路图,设折射角为r,两个亮斑分别为P1、P2。

根据折射定律n1=
求解sin r=
由几何知识可得tan r=
解得AP1=5 cm
由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形,解得AP2=10 cm
所以P1P2=(5+10) cm。

3.(1)(5分)
如图所示,两束单色光a、b从水下射向A点后,光线经折射合成一束光c,则下列说法正确的是(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。

A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B.用a、b光分别做单缝衍射实验时,它们的衍射条纹宽度都是均匀的
C.在水中a光的速度比b光的速度小
D.a光在水中的临界角大于b光在水中的临界角
E.a光的频率小于b光的频率
(2)(10分)一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲为波传播到x=5 m的M点时的波形,图乙是位于x=3 m的质点N从此时刻开始计时的振动图象,Q是位于x=10 m处的质点,求:
(ⅰ)波由M点传到Q点所用的时间;
(ⅱ)波由M点传到Q点的过程中,x=3.5 m处的质点通过的路程。

答案 (1)ADE(2)(ⅰ)5 s(ⅱ)27.07 cm
解析 (1)由题图可判断a光比b光的折射率小、频率小、波长长,因此同一装置下的干涉条纹间距大,故A、E正确。

衍射条纹都是不均匀的,故B错误。

由v=知,a光在水中的传播速度大,故C错误。

由sin C=知,a光在水中的临界角大,故D正确。

(2)(ⅰ)由题图甲可以看出波长λ=4 m,由题图乙可以看出周期T=4 s,所以波速v==1 m/s,波由M点传到Q点所用的时间t==5 s。

(ⅱ)4 s内质点通过的路程为4A=20 cm,x=3.5 m处的质点1 s内通过的路程为2×5×sin 45° cm=5 cm,则质点通过的位移为(20+5) cm≈27.07 cm。

4.(1)(5分)下列说法正确的是(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。

A.在水中的鱼斜向上看岸边的物体时,看到的物体将比物体所处的实际位置高
B.光纤通信是一种现代通信手段,光纤内芯的折射率比外壳的大
C.水中的气泡,看起来特别明亮是因为光线从气泡中射向水中时,一部分光在界面上发生了全反射
D.全息照相主要是利用了光的衍射现象
E.沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象
(2)(10分)如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,图中的实线和虚线分别是该波在t=0.02 s和t'=0.08 s时刻的波形。

(ⅰ)在t=0.02 s时,求x=0.9 m处质点的振动方向及该波的最大周期;
(ⅱ)若波传播的周期为T,且8T<t'≤9T,求该波传播的波速大小。

答案 (1)ABE(2)(ⅰ)沿y轴负方向0.08 s(ⅱ)135 m/s
解析 (1)
A选项中,画光路图可知在水中的鱼斜向上看岸边的物体时,看到的物体比物体所处的实际位置高,选项A正确;光纤通信是利用全反射的原理工作的,而发生全反射时必须是从光密介质射向光疏介质,所以光纤内芯的折射率比外壳的大,选项B正确;水中的气泡看起来特别亮是因为光从水中射向气泡时,一部分光在界面上发生了全反射,而不是光从气泡射向水中,选项C错误;全息照相主要是利用了光的干涉现象,选项D错误;沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象,选项E是正确的。

(2)(ⅰ)该波沿x轴正方向传播,根据前一质点带动后一质点振动的原理,t=0.02 s 时,x=0.9 m处的质点向y轴负方向振动
由题意有T max=t'-t
解得T max=0.08 s。

(ⅱ)若8T<t'≤9T,则依题意有t'-t=6+T
T= s
v==135 m/s。

5.(2017河南开封模拟)(1)(5分)如图所示,O点为振源,=10 m,t=0时刻O点由平衡位置开始振动,产生向右沿直线传播的简谐横波。

图乙为从t=0时刻开始描绘的质点A的振动图象,则下列说法正确的是(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。

A.振源的起振方向向下
B.该波的周期为5 s
C.该波的传播速度为2 m/s
D.该波的波长为5 m
E.该波很容易穿过宽度为1 m的小孔
(2)(10分)
如图所示,AOB为扇形玻璃砖,一细光束照射到AO面上的C点,入射光线与AO面的夹角为30°,折射光线平行于BO边,圆弧的半径为R,C点到BO面的距离为,AD⊥BO,∠DAO=30°,光在空
气中的传播速度为c,求:
(ⅰ)玻璃砖的折射率及光线在圆弧面上出射时的折射角;
(ⅱ)光在玻璃砖中传播的时间。

〚导学号88904177〛
答案 (1)BCE(2)(ⅰ)60°(ⅱ)
解析 (1)A点的起振方向与O点起振方向相同,由乙图读出5 s时刻,A点的振动方向沿y轴正方向,所以振源的起振方向向上,故A错误;由乙看出,周期T=10 s-5 s=5 s,故B正确;由
乙看出,波从O点传到A点的时间为5 s,传播距离为10 m,则波速为v==2 m/s,则波长为
λ=vT=2×5 m=10 m,故C正确,D错误;因为1 m比波长10 m小得多,所以该波很容易穿过宽度为1 m的小孔,故E正确。

(2)(ⅰ)光路如图所示,由于折射光线CE平行于BO,因此光线在圆弧面上的入射点E到
BO的距离也为,则光线在E点的入射角α满足sin α=,解得α=30°,由几何关系可知,∠COE=90°,因此光线在C点的折射角r=30°,由折射定律知,玻璃砖的折射率为n=,由于光线在E点的入射角为30°,根据折射定律可知,光线在E点的折射角为60°。

(ⅱ)由几何关系可知CE=,光在玻璃砖中传播的速度v=,因此光在玻璃砖中传播的时间t=。