2021届高考物理二轮复习：专题十四 选修3-4 机械波 光专题训练

专题十四选修3-4专题训练(十四)一、选择题1．(多选)(2020·江苏)电磁波广泛应用在现代医疗中．下列属于电磁波应用的医用器械有()A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机2．(多选)(2020·杭州模拟)下列说法正确的是()A．戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象C．激光全息照相时利用了激光相干性好的特性D．激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性3．(2020·西藏二模)如图为一列简谐横波在t＝0.1 s时刻的波形图，已知该波沿x 轴正方向传播，波速v＝20 m/s，则质点P的振动图象为()4．(多选)(2020·天津一模)如图中坐标原点处的质点O为一简谐波的波源，当t ＝0时，质点O从平衡位置开始振动，波沿x轴向两侧传播，P质点的平衡位置在1～2 m之间，Q质点的平衡位置在2～3 m之间．t1＝2 s时刻波形第一次如图所示，此时质点P、Q到平衡位置的距离相等，则()A．波源O的初始振动方向是从平衡位置沿y轴向上B．从t2＝2.5 s开始计时，质点P比Q先回到平衡位置C．当t2＝2.5 s时，P、Q两质点的速度方向相同D．当t2＝2.5 s时，P、Q两质点的加速度方向相同5．(2020·山东二模)光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，光刻机的曝光波长越短，分辨率越高．“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长、提高分辨率的技术．如图所示，若浸没液体的折射率为1.44，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193 nm，则加上液体时光刻胶的曝光波长变为()A．161 nm B．134 nmC．93 nm D．65 nm6．(多选)(2020·安徽二模)如图所示，在某均匀介质中的一条直线上有两个波源A、B，相距6 m，C点在A、B的中间位置．t＝0时，A、B以相同的频率开始振动，且都只振动一个周期，振幅也相同，图甲为A的振动图象，乙为B的振动图象．t1＝0.3 s时，A产生的向右传播的波与B产生的向左传播的波在C点相遇，则下列说法正确的是()A．两列波的频率都是0.2 HzB．两列波在A、B间的传播速度大小为10 m/sC ．两列波的波长都是4 mD ．在两列波相遇过程中，中点C 为振动减弱点7.(2020·山东)双缝干涉实验装置的截面图如图所示．光源S 到S 1、S 2的距离相等，O 点为S 1、S 2连线中垂线与光屏的交点．光源S 发出的波长为λ的光，经S 1出射后垂直穿过玻璃片传播到O 点，经S 2出射后直接传播到O 点，由S 1到O 点与由S 2到O 点，光传播的时间差为Δt.玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c ，不计光在玻璃片内的反射．以下判断正确的是( )A ．Δt ＝5λcB ．Δt ＝15λ2cC ．Δt ＝10λcD ．Δt ＝15λc 8.(多选)(2020·山东三模)O 1O 2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A 、B 是关于O 1O 2轴等距且平行的两束不同单色细光束，两束光从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN 是垂直于O 1O 2放置的光屏，沿O 1O 2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P.下列说法正确的是( )A ．A 光的光子能量较大B ．在真空中，A 光的波长较长C ．在真空中，A 光的传播速度较大D ．光从玻璃体中射出时，A 光的临界角大于B 光的临界角9．(多选)(2020·哈尔滨模拟)沿x 轴传播的简谐横波上有平衡位置相距4 m 的两点P 、Q ，如图甲、乙分别是P 、Q 两质点的振动图象．已知波长大于2 m ，这列波可能的波速为( )A.403m/s B.4011 m/s C ．8 m/s D ．24 m/s10.(2020·浙江二模)如图所示，abc 是一块用折射率n ＝2的玻璃制成的透明体的横截面，ab 是半径为R 的圆弧，ac 边垂直于bc 边，∠aOc ＝60°.当一束平行光垂直照到ac 上时，ab 的外表面只有一部分有光线穿出，则穿出光线部分的弧长为( ) A.πR 12 B.πR 6 C.πR 4 D.πR 311.(多选)(2020·浙江模拟)如图所示为宽度为d ，折射率为n 的足够大平行玻璃砖，其下表面镀有特殊的镀层，距离上表面l位置有一光源P ，PQ 与上下表面垂直．以入射角θ射入玻璃上表面，经过上表面和下表面多次反射并从上表面出射后在PQ 上生成多个像．其中第一次被下表面反射并出射所生成的像最明亮，称之为主像．则( )A ．主像到上表面的距离为⎝ ⎛⎭⎪⎫l ＋2dcos θn 2－sin 2θ B ．上表面出射的所有光线的反向延长线与PQ 的交点间距相等C ．θ增大至一定值时经下表面反射的光线不会从上表面出射D ．沿PQ 方向看到的主像到上表面的距离为⎝ ⎛⎭⎪⎫l ＋2d n 二、实验题12．现有毛玻璃屏A 、双缝B 、白光光源C 、单缝D 和透红光的滤光片E 等光学元件，要把它们放在图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．(1)将白光光源C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C 、________、A.(2)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意__________________和__________________．(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图2所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm.三、计算题13．(2020·江苏)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队．“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一．在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt.已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d.14.(2020·课标全国Ⅲ)如图，一折射率为3的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值．参考解析答案1答案AB解析紫外灯的频率高，能量强，所以用于杀菌，属于电磁波的应用，A项正确；X光的穿透能力较强，所以用于拍胸片，属于电磁波的应用，B项正确；超声波雾化器是超声波的应用，与电磁波无关，C项错误；彩超属于超声波的应用，与电磁波无关，D项错误．故选A、B两项．2答案ACD解析戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉，是利用光的偏振现象，在两只眼睛中产生的视觉差，故A项正确；雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的薄膜干涉造成的，故B项错误；激光全息照相利用了激光的频率相同的特点，进行叠加干涉而形成的，故C项正确；用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点，故D项正确．故选A、C、D三项．3答案 D解析根据v＝λT，可知振动周期T＝0.2 s，A、C两项错误；由于波沿x轴正方向传播，因此在t＝0.1 s时刻，P点通过平衡位置向y轴正方向运动，因此D项正确，B项错误．故选D项．4答案BD解析据题意可知，t1＝2 s时刻刚传到x＝4 m处，根据x＝4 m处质点沿y轴向下振动，则波源起振的方向也沿y轴向下，故A项错误；由波形图可知，2 s 内分别向左、右方向传播了一个波形，则周期为2 s，在t2＝2.5 s时，即由图示的位置再过0.25个周期，此时质点P在y轴上方，向下运动，质点Q在y轴上方，向上运动，所以质点P比Q先回到平衡位置，故B项正确；在2.5 s时，质点P在y轴上方，向下运动，质点Q在y轴上方，向上运动，故两质点的速度方向相反，加速度方向相同，故C项错误，D项正确．故选B、D两项．5答案 B解析加上液体时光刻胶的曝光波长λ＝vf，光在液体中的传播速度为v＝cn，不加液体时c＝λ0f，联立得λ＝vf ＝cn×λ0c＝λ0n＝1931.44nm≈134 nm，故B项正确，A、C、D三项错误．故选B项．6答案BD解析由图可知，两列波的周期均为T＝0.2 s，则频率都是f＝1T＝5 Hz，A项错误；在0.3 s的时间内两列波各传播3 m，则波速为v＝xt ＝30.3m/s＝10 m/s，B项正确；两列波的波长都是λ＝vT＝10×0.2 m＝2 m，C项错误；因两列波起振的方向相反，可知在两列波相遇过程中，中点C为振动减弱点，D项正确．故选B、D两项．7答案 A解析光在玻璃中的传播速度为v＝cn 可知时间差Δt＝10λv－10λc＝5λc，故选A项．8答案BD解析光线通过玻璃体后，A光的偏折程度比B光的小，则该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小，即n A<n B，而折射率越大，光的频率越高νA<νB，根据E＝hν，A光的光子能量较小，A项错误；根据c＝λf，A光的波长较长，B 项正确；在真空中，A光与B光的波速相等，C项错误；根据sinC＝1n，A光的临界角大于B光的临界角，D项正确．故选B、D两项．9答案AC解析由振动图象得质点的振动周期T＝0.4 s．①若波由P向Q传播，Q点比P点晚振动的时间Δt ＝nT ＋14T(n ＝0，1，2，3…)，所以P 、Q 间距离为Δs ＝nλ＋14λ(n ＝0，1，2，3…)；则波长为λ＝4Δs 4n ＋1＝164n ＋1m(n ＝0，1，2，3…)，因为λ>2 m ，所以n ＝0，1；当n ＝0时，λ1＝16 m ，v 1＝40 m/s ；当n ＝1时，λ2＝165m ，v 2＝8 m/s.②若波由Q 向P 传播，P 点比Q 点晚振动的时间Δt ＝nT ＋34T(n ＝0，1，2，3…)，所以P 、Q 的距离为Δs ＝nλ＋34λ(n ＝0，1，2，3…)，则波长为λ＝4Δs4n ＋3＝164n ＋3m(n ＝0，1，2，3…)，因为波长λ>2 m ，所以n ＝0，1.当n ＝0时λ3＝163 m ，v 3＝λ3T ＝403 m/s ，当n ＝1时λ4＝167 m ，v 4＝λ4T ＝407m ．故选A 、C 两项．10答案 B解析 由题意作出光路图如图所示，设光的临界角为C ，则有sinC ＝1n ＝12，解得C ＝30°，如图，在α≥30°时，均发生全反射，图中d 点为入射角等于临界角的临界点，所以只有bd 部分有光透射出，所以有光射出部分的圆弧对应的圆心角也是30°，对应圆弧的长度为l ＝30°360°×2πR ＝πR 6，故A 、C 、D 三项错误，B 项正确．故选B 项． 11答案 ABD解析 如图，主像位置为O ，设折射角为γ，则有n ＝sin θsin γ，根据几何关系可知，主像到上表面的距离D ＝2dtan γ＋ltan θsin θcos θ，将折射率关系代入解得D ＝⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫l ＋2dcos θn 2－sin 2θ，故A 项正确；因为每次成像在上表面均向左移动距离2dtan γ，故根据几何关系可知，上表面出射的所有光线的反向延长线与PQ 的交点间距相等，故B 项正确；根据光路可逆性可知，光线不会在上表面发生全反射，故C 项错误；沿PQ 方向时，即θ＝0°，所以看到的主像到上表面的距离为⎝ ⎛⎭⎪⎫l ＋2d n ，故D 项正确．故选A 、B 、D 三项． 12答案 (1)E 、D 、B(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当(3)13.870 2.310(4)d Δx l660 解析 (1)滤光片E 可以得到红色单色光，单缝D 是获取线光源，双缝B 是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A 上．所以排列顺序为：C 、E 、D 、B 、A.(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．(3)测量头的读数应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图3读数为13.870 mm ，图2读数为2.320 mm ，所以相邻亮条纹间距Δx ＝13.870－2.3205mm ＝2.310 mm. (4)由条纹间距离公式Δx ＝l d λ得：λ＝d Δx l代入数值得：λ＝6.6×10－7 m ＝660 nm.13答案 λf 2Δt 解析 电磁波的在土壤中传播速度满足v ＝λf根据题意可知2d＝v·Δt解得土壤厚度为d＝λf2Δt.14答案 2解析如图1所示，设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为θ1，折射角为θ2.由折射定律有sinθ1＝nsinθ2，设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ′，由几何关系有θ′＝30°＋θ2，代入题中数据解得θ2＝30°，θ′＝60°，nsinθ′>1.所以从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC 边，AC边上全部有光射出．设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″，如图2所示．由几何关系可知θ″＝90°－θ2根据已知条件可知nsinθ″>1即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上．设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CF＝AC·sin30°AC边与BC边有光射出区域的长度比值为ACCF＝2.。