最新高考物理二轮重点专题强化练习十八：机械振动与机械波 光

最新高考物理二轮重点专题整合强化练
专练十八：机械振动与机械波光
1、下列说法中正确的是()
A.光的偏振现象说明光波是纵波
B.波从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变
C.雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生全反射形成的
D.鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率比该波源的振动频率大
E.在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距
【答案】BDE
解析偏振是横波的性质，故光的偏振说明光是横波，故A错误；频率由波源决定，在不同介质中频率不变，故B正确；雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生折射形成的，故C错误；根据多普勒效应可知，故D正确；双缝干涉实验中，用红光代替黄光后，波长变长，则导致干涉条纹的间距增大，故E正确.
2、关于电磁波，下列说法正确的是()
A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
【答案】ABC
解析电磁波在真空中的传播速度均为光速，与频率无关，A正确；电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E错误.
3、《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”.如图所示是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光.下列说法正确的是()
A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹
B.水滴对a光的临界角大于对b光的临界角
C.在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D.在水滴中，a光的波长小于b光的波长
E.a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小
【答案】 ADE
解析 雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生折射时不同色光偏折程度不同而形成的，即发生色散形成
的.故A 正确；分析可知，第一次折射时，b 光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率公式n ＝sin i sin r
得知，b 光的折射率较小，由sin C ＝1n 可得：水滴对a 光的临界角小于对b 光的临界角.故B 错误；由公式v ＝c n
得知，在水滴中，a 光的传播速度小于b 光的传播速度.故C 错误；a 光的折射率大于b 光的折射率，则a 光的频率大于b 光的频率，a 光的波长小于b 光的波长.故D 正确；干涉条纹的间距与波长成正比，则a 光的相邻亮条纹间距较小，故E 正确.
4、振动周期为T ，振幅为A ，位于x ＝0点的波源从平衡位置沿y 轴正向开始做简谐运动，该波源产生的一维简谐横波沿x 轴正向传播，波速为v ，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点P ，关于质点P 振动的说法正确的是( )
A.振幅一定为A
B.周期一定为T
C.速度的最大值一定为v
D.开始振动的方向沿y 轴向上或向下取决于它离波源的距离
E.若P 点与波源距离s ＝vT ，则质点P 的位移与波源的相同
【答案】ABE
解析 波传播过程中，各振动质点的振动周期、振幅相同，则知质点P 振动的振幅一定为A ，周期一定为T ，但P 质点的振动速度与波传播的速度无关，速度的最大值不一定是v ，故A 、B 正确，C 错误；质点P 的起振方向和波源相同，一定沿y 轴正向，与P 离波源的距离无关，故D 错误；s ＝vT ，则s 等于一个波长，即P 点与波源相位相同，振动情况总相同，位移总相同，故E 正确.
5、某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8 m/s 的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s.下列说法正确的是( )
A.水面波是一种机械波
B.该水面波的频率为6 Hz
C.该水面波的波长为3 m
D.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去
E.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
【答案】ACE
解析 水面波是机械振动在水面上传播，是一种典型的机械波，A 对；从第一个波峰到第十个波峰中经历
了九个波形，时间间隔为15秒，所以其振动周期为T ＝159 s ＝53
s ，频率为0.6 Hz ，B 错；其波长λ＝vT ＝1.8 m/s×53
s ＝3 m ，C 对；波中的质点都上下振动，不随波迁移，但是能量随着波的传播而传递出去，D 错，E 对.
6、如图所示，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直径与BD 重合.一束激光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD 射到圆心O 点上.使玻璃砖绕O 点逆时针缓慢地转过角度θ(0°<θ<90°)，观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动.在玻璃砖转动过程中，以下说法正确的是( )
A.折射光斑在弧形屏上沿C →F →B 方向移动
B.折射光斑的亮度逐渐变暗
C.折射角一定大于反射角
D.反射光线转过的角度为θ
E.当玻璃砖转至θ＝45°时，恰好看不到折射光线.则此玻璃砖的折射率n ＝ 2
【答案】BCE
解析 画出光路图易知，折射光斑在弧形屏上沿C →D 方向移动，选项A 错误；随着入射角增大，反射光增强，而折射光减弱，故折射光斑的亮度逐渐变暗，选项B 正确；根据0°<θ<90°及折射定律可知，在玻璃砖转动过程中，折射角一定大于入射角，而反射角等于入射角，则折射角一定大于反射角，选项C 正确；根据反射定律和几何知识知，玻璃砖转过θ角，则反射光线转过2θ角，选项D 错误；当玻璃砖转至θ＝45°
时，恰好看不到折射光线，恰好发生了全反射，则临界角C ＝45°，由临界角公式sin C ＝1n
，解得折射率n ＝2，选项E 正确.
7、如图所示为两列沿绳传播的(虚线表示甲波，实线表示乙波)简谐横波在某时刻的波形图，M 为绳上x ＝0.2 m 处的质点，则下列说法中正确的是( )
A.图示时刻质点M 的速度为零
B.M 点是振动加强点
C.甲波的传播速度v 1比乙波的传播速度v 2大
D.由图示时刻开始，再经甲波的34
周期，质点M 将位于波峰 E.位于原点的质点与M 点的振动方向总是相反的
【答案】 BDE
解析 质点M 是两列波的波谷或波谷相遇点，振动始终加强，速度不为零，故A 错误，B 正确；波速由介质的性质决定，两列波均沿绳传播，同种介质，则波速相等，故C 错误；甲向右传播，由波形平移法知，
图示时刻M 点正向下运动，再经甲波的34
周期，M 将处于波峰，故D 正确；位于原点的质点与M 点相距半个波长，振动方向总是相反，故E 正确.
8、如图甲所示为一列简谐横波在t ＝0.2 s 时的波形图，图乙为该波上A 质点的振动图象，则下列判断正确的是( )
A.这列波的波速为2.5 m/s
B.这列波沿x 轴负方向传播
C.质点A 在0.2 s 内通过的路程一定为20 cm
D.若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象，则所遇到的波的频率为2.5 Hz
E.若该波遇到一障碍物能发生明显的衍射现象，则该障碍物的尺寸一定比40 cm 小很多
【答案】BCD
解析 由图象知：T ＝0.4 s ，λ＝0.4 m ，则波速为v ＝λT ＝0.40.4
m/s ＝1 m/s ，故A 错误；由图乙知：t ＝0.2 s 时刻质点A 正通过平衡位置向上振动，根据波形的平移法可知该列波沿x 轴负方向传播，故B 正确；t ＝0.2 s ＝T 2
，运动的路程为2A ，则质点A 在0.2 s 内通过的路程一定为20 cm ，故C 正确；发生稳定的干涉现象需要频率相同，则所遇到的波的频率f ＝1T
＝2.5 Hz 时才能产生的稳定干涉，故D 正确；若该波遇到一障碍物能发生明显的衍射现象，则该障碍物的尺寸一定与40 cm 差不多或比40 cm 小，故E 错误.
9、在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a 、b 两种单色光的细光束从介质射入气泡，A 为入射点，之后a 、b 色光分别从C 点、D 点射向介质，如图5所示.已知A 点的入射角为30°，a 色光的偏向角为45°(C 点出射光线与A 点入射光线的夹角)，CD 弧所对的圆心角为3°，则下列结论正确的是( )
A.b 色光的偏向角为42°
B.介质对a 色光的折射率n a ＝ 3
C.在介质中，a 光的频率小于b 光的频率
D.b 色光从介质射向空气的临界角正弦sin C ＝12sin51°
E.若用a 、b 两单色光分别通过同一双缝干涉装置，屏上的条纹间距x a < x b
【答案】 ADE
解析 光线在A 点的入射角为i ，折射角分别为r a 、r b .由a 色光的偏向角为45°，而偏向角θa ＝2(r a －i )，得r a ＝52.5°，由几何知识得：AC 弧所对的圆心角为180°－2×52.5°＝75°，CD 弧所对的圆心角为3°，则AD 弧所对的圆心角为78°，故r b ＝180°－78°2
＝51°，b 色光的偏向角为θb ＝2(r b －i )＝42°，故A 正确.介质对a 色光的折射率 n a ＝sin r a sin i ＝sin 52.5°sin 30°<sin 60°sin 30°＝ 3.故B 错误.介质对b 色光的折射率 n b ＝sin r b sin i ＝sin 51°sin 30°<n a
，则a 光的频率大于b 光的频率，故C 错误.b 色光从介质射向空气的临界角正弦 sin C ＝1n b ＝12sin 51°
.故D 正确.由以上得知，a 光的偏向角大于b 光的偏向角，a 光的折射率大于b 光的折射率，a 、b 两单色光在透明介质
中的波长λa <λb .根据条纹间距公式Δx ＝l d
λ，波长长的双缝干涉时条纹间距较大，故Δx a <Δx b ，故E 正确. 10、一列沿x 轴传播的简谐横波，t ＝0时刻的波形如图所示，介质中x ＝6 m 处的质点P 沿y 轴方向做简谐运动的表达式为y ＝0.2cos (4πt ) m.求：
(1)该波的传播速度； (2)介质中x ＝10 m 处的质点Q 第一次到达波谷的时间.
【答案】(1)48 m/s (2)13 s 或16 s
解析 (1)由图可知，波长λ＝24 m
由质点P 的振动表达式可知ω＝4π rad/s
所以，周期T ＝2πω
＝0.5 s 故该波的传播速度v ＝λT
＝48 m/s (2)当波向右传播时，Q 与左侧的第一个波谷的水平距离x 1＝16 m
所以质点Q 第一次到达波谷的时间t ＝x 1v ＝13
s 当波向左传播时，Q 与右侧的第一个波谷的水平距离x 2＝8 m
所以质点Q 第一次到达波谷的时间t ＝x 2v ＝16
s 11、如图所示，ABCD 是一玻璃砖的截面图，一束光与AB 面成30°角从AB 边上的E 点射入玻璃砖中，折射后经玻璃砖的BC 边反射后，从CD 边上的F 点垂直于CD 边射出.
已知∠B ＝90°，∠C ＝60°，EB ＝10 cm ，BC ＝30 cm.真空中的光速c ＝3×108 m/s ，求：
(1)玻璃砖的折射率； (2)光在玻璃砖中从E 到F 所用的时间.(结果保留两位有效数字)
【答案】 (1)3 (2)1.8×10－9 s
解析 (1)光在玻璃砖中传播光路如图所示，
由几何关系可得 i ＝60°，r ＝∠BQE ＝∠CQF ＝30°
由折射定律n ＝sin i sin r
得n ＝ 3
(2)由n ＝c v
，得v ＝3×108 m/s 由几何关系得EQ ＝2EB ＝20 cm
QF ＝QC cos 30°＝(BC －BQ )cos 30°＝(153－15) cm
t ＝
EQ ＋QF v
≈1.8×10－9 s。