2018届高三物理复习作业三十五选修3_4振动与波光学.docx

课时提升作业 三十五选修3-4振动与波光学(45分钟100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)1.某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中,小组成员在实验过程中有如下做法,其中正确的是()A.把单摆从平衡位置拉开30的摆角,并在释放摆球的同时开始计时B.测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆周期为t100C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大D.选择密度较小的摆球,测得的重力加速度值误差较小【解析】选C。单摆经过平衡位置的速度最大,在平衡位置计时误差最小,故A错误;摆球在一个周期内两次经过平衡位置,测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆的周期T=,故B错误;摆长等于悬点到摆球球心的距离,用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,测量的摆长偏大,根据g=知,测量的重力加速度偏大,故C正确;为减小实验误差,应选择密度较大的摆球,故D错误。2.(2017宿州模拟)某质点做简谐振动时的位移x随时间t变化的规律如图所示,该质点在t1与t2时刻()A.振幅不同B.加速度方向相同C.在t1时刻速度较大D.在t2时刻向x正方向运动【解析】选D。振幅是振子能达到的最大位移,故振幅不变,故A错误;由题图可知,两时刻振子的位移方向相反,故加速度方向相反,故B错误;由题图可知,t1时刻距平衡位置的距离大于t2时刻距离平衡位置的距离,则可知t2时刻的速度要大于t1时刻的速度,故C错误;振动图象随时间延伸,由题图可知,t2时刻向x轴正方向运动,故D正确。3.光纤维通信是一种现代化的通信手段,它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务,为了研究问题方便,我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管,如图所示。设此玻璃管长为L,折射率为n。已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射,最后从玻璃管的右端面射出。设光在真空中的传播速度为c,则光通过此段玻璃管所需的时间为()导学号42722588A.n2LcB.n2Lc2C.nLcD.nLc2【解析】选A。由n=可得,光在玻璃中的传播速度为v=;光在玻璃的内界面上恰好发生全反射,由sinC=,结合运动的分解可得,光在玻璃中沿玻璃管方向传播的速度为:v=sinC=,则光在玻璃中传播的时间为:t=。4.一质点以坐标原点O为中心位置在y轴方向上做简谐运动,其振动图象如图所示。振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播,波速为1.0m/s。t=0s时此质点开始振动,经过2s后此质点立即停止运动,再经过1s后的波形图是图中的(振动和波形图中质点的位移都规定向上为正)()【解析】选B。根据x=vt=11m=1 m,知道2s内产生的波在波源停止振动后,再经过1s向前传播1 m。由振动图象知,t=0时刻质点向上振动,所以介质中各个质点均向上起振,结合波形平移法知,B图正确。故B正确,A、C、D错误。5.一列简谐横波在某时刻的波形如图所示,此时刻质点P的速度为v,经过0.2s它的速度大小、方向第一次与v相同,再经过1.0s它的速度大小、方向第二次与v相同,则下列判断中不正确的有()导学号42722589A.波沿+x方向传播,波速为5m/sB.若某时刻M质点到达波谷处,则P质点一定到达波峰处C.质点M与质点Q的位移大小总是相等、方向总是相反D.从图示位置开始计时,在2.2s时刻,质点P的位移为-20cm【解析】选C。由图读出波长=6m,根据已知条件分析得到周期T=1.2s,由公式v=5m/s。而且图示时刻P点运动方向沿y轴正方向,则沿波+x方向传播,故A正确;图示时刻,质点M与质点P两点距平衡位置之间的距离是半个波长,振动情况总是相反。若M质点到达波谷处,则P质点一定到达波峰处,故B正确;图示时刻,质点M与质点Q的位移大小相等、方向相反,但它们距平衡位置之间的距离不是半个波长的奇数倍,位移不是总是相反,故C错误;波的周期T=1.2s,从图示位置开始计时,在2.2s时刻质点P的位置与1.0s时刻的位置相同,到达波谷,位移为-20cm,故D正确。6.(多选)(2017大同模拟)下列说法中正确的是()A.光纤由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的小B.在光的双缝干涉实验中,若入射光为白光,则在光屏上看到的是明暗相间的彩色条纹,中央为暗条纹C.在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下,衍射现象不明显D.光在真空中速度不变,与参考系无关E.电磁波具有偏振现象【解析】选C、D、E。光导纤维是利用全反射现象传输信号,由于内层是光密介质即内层的折射率大于外层的折射率,所以光在由内层向外层传播时发生全反射而不能泄露,故A错误。根据衍射条纹的特点可知,在光的双缝干涉实验中,若入射光为白光,则在光屏上看到的是明暗相间的彩色条纹,中央为明条纹,故B错误。根据明显衍射的条件可知,在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下,衍射现象不明显,故C正确。根据光速不变原理,故D正确。电磁波是横波,具有偏振现象,故E正确。7.(多选)如图所示,一质点在x轴上以O为平衡位置做简谐运动,其振幅为8cm,周期为4 s。t=0时物体在x=4cm处,向x轴负方向运动,则导学号42722590()A.质点在t=1.0s时所处的位置为x=+43cmB.质点在t=1.0s时所处的位置为x=-43cmC.由起始位置运动到x=-4cm处所需的最短时间为23sD.由起始位罝运动到x=-4cm处所需的最短时间为16s【解析】选B、C。简谐运动振动方程的一般表达式为:x=Asin(t+0),根据题给条件有:A=8cm=0.08 m,=0.5rad/s所以x=0.08sin(0.5t+0)m,将t=0时,x0=0.04m代入得:0.04=0.08sin0解得初相:0=或0=。因为t=0时,速度方向沿x轴负方向,即位移在减小,所以取0=,所求的振动方程为:x=0.08sin(0.5t+)m,质点在t=1.0s时所处的位置为x=0.08sin(0.51+)=-0.04m=-4cm。故A错误,B正确;由于t=0时刻质点向x轴负方向运动,所以由起始位置运动到x=-4cm处所需的最短时间为回到平衡位置后直接再到达x=-4cm处的时间,由振动的对称性可知,两段时间相等,回到平衡位置的时间:t1=s,所以由起始位置运动到x=-4cm处所需的最短时间为t=2t1=s。故C正确,D错误。8.(多选)如图,一个棱镜的顶角为=41.30,一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面射入,在光屏上形成从红到紫排列的彩色光带,各色光在棱镜中的折射率和临界角见表。当入射角逐渐减小到0的过程中,彩色光带的变化情况错误的是()色光红橙黄绿蓝紫折射率1.5131.5141.5171.5191.5281.532临界角/()41.37041.34041.23041.17040.88040.750A.紫光最先消失,最后只剩红光、橙光B.紫光最先消失,最后只剩红光、橙光、黄光C.红光最先消失,最后只剩紫光D.红光最先消失,最后只剩紫光、蓝光【解析】选B、C、D。由表格数据看出,紫光的折射率最大,临界角最小,当入射角逐渐减小到零的过程中,光线射到棱镜右侧面的入射角减小,紫光的入射角最先达到临界角,发生全反射,最先消失。当入射角减小到零时,光线射到棱镜右侧面的入射角等于=41.30,小于红光与橙光的临界角,所以这两种光不发生全反射,仍能射到光屏上。故最后光屏上只剩下红、橙两种色光,故选B、C、D。二、实验题(本题共2小题,共15分)9.(7分)(2017承德模拟)在实验室进行“用双缝干涉测量光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜(目镜)。如图甲所示:(1)M、N、P三个光学元件依次为_A.滤光片、单缝片、双缝片B.双缝片、滤光片、单缝片C.单缝片、双缝片、滤光片D.滤光片、双缝片、单缝片(2)(多选)对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,可采取的方法有_。A.减小双缝间距离B.增大双缝间距离C.减小双缝到屏的距离D.增大双缝到屏的距离(3)一同学在某次实验中,第一次目镜中心刻度线对齐第n条亮条纹中心时,螺旋测微器的示数如图乙所示,第二次目镜中心刻度线对齐第(n+10)条亮条纹的中心时,螺旋测微器的示数如图丙所示。已知双缝间距d=0.5mm,双缝到屏的距离L=1.0m。则:图丙中螺旋测微器的示数为_mm,所测单色光的波长为_m(保留三位有效数字)。【解析】(1)为了获取单色的线光源,光源后面应放置滤光片、单缝片,单缝片形成的相干线性光源经过双缝片产生干涉现象,因此,M、N、P三个光学元件依次为:滤光片、单缝片、双缝片。故选A。(2)由双缝干涉条纹间距公式:x=可知,对于某单色光,波长一定,减小双缝间距离d或增大双缝到光屏的距离L都可增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离,故A、D正确,B、C错误。故选A、D。(3)图乙螺旋测微器的读数为2 mm+0.010.0 mm=2.000 mm。图丙螺旋测微器读数为13 mm+0.0145.0 mm=13.450 mm。第一次是2.000 mm,第二次是13.450 mm,它们的差值是11.450 mm,中间跨越了10个条纹间距,所以条纹间距是x=m=1.145010-3m根据条纹间距公式变形得:=x=1.145010-3m=5.7310-7m。答案:(1)A(2)A、D(3)13.4505.7310-710.(8分)在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。导学号42722591(1)在图乙中画出完整的光路图。(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=_(保留3位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图丙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(选填“A”或“B”)。【解析】(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长,与玻璃砖边分别相交,标出传播方向,然后连接玻璃砖边界的两交点,即为光线在玻璃砖中的传播路径。光路图如图所示。(2)设方格纸上小正方形的边长为l,光线的入射角为1,折射角为2,则sin1=0.798,sin2=0.521,所以该玻璃砖的折射率n=1.53。(3)由题图丙可知,光线P1P2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P3和A。答案:(1)见解析(2)1.53(说明:1.530.03范围内都可)(3)A三、计算题(本题共2小题,共22分。需写出规范的解题步骤)11.(10分)一公园的湖面上修建了一个伸向水面的观景平台,如图所示为其竖直截面图,水平湖底上的P点位于观景平台右侧边缘正下方,观景平台下表面距湖底的高度为H=4m,在距观景平台右侧边缘正前方d=4m处有垂直湖面足够大的宣传布幕。在P点左侧l=3m处湖底上的Q点安装有一单色光光源(可视为点光源)。已知水对该单色光的折射率n=43,当水面与观景平台的下表面齐平时,只考虑在图中截面内传播的光,求:(1)该光源发出的光照射到布幕上的最高点距水面的高度h。(2)该光源发出的光能射出水面的最远位置距观景平台右侧的最远距离s。【解析】(1)如图所示,射向观景台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高。由折射定律得:n=而sinr=解得sini=0.8而sini=解得h=3m(2)光在观景台右侧面与水面交接处恰好发生全反射时被照亮的距离为最远距离,临界角为C。根据sinC=以及sinC=解得s=(-3)m答案:(1)3m(2)(-3)m12.(12分)如图所示,三角形OMN是由某种透明物质制成的直角三棱镜横截面,OMN=37。一束光线在纸面内垂直MN面射入棱镜,发现光线刚好不能从ON面射出,最后从OM面射出。sin37=0.6,cos37=0.8,求:导学号42722592(1)制成直角三棱镜物质的折射率n。(2)光线从OM面射出时的折射角(结果可以用三角函数表示)。【解析】(1)光路图如图所示,由题意可知,光线从MN垂直射入,恰好在ON面发生全反射,光线最后从OM面射出,设光发生全反射的临界角为C,由几何关系可知C=1=2=53则sinC=解得:n=1.25(2)由几何关系知=37,由折射定律n=解得sin=0.75得:=arcsin0.75答案:(1)1.25(2)arcsin0.75【能力拔高题】(15分)两块透明长方体A、B叠放在一起,尺寸如图所示,长和宽均为4d,厚度均为d。已