全国2017版高考物理二轮复习专题突破7部分第2讲机械振动和机械波光.docx

第2讲机械振动和机械波光1(2016全国卷，34)【物理选修34】(1)(5分)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_。(填正确答案标号。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水面波是一种机械波B该水面波的频率为6 HzC该水面波的波长为3 mD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(2) (10分)如图1，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。图1()求池内的水深；()一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。解析(1)水面波是机械振动在水面上传播，是一种典型机械波，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 s s，频率为0.6 Hz，B错；其波长vT1.8 m/s s3 m，C对；波中的质点都上下振动，不随波迁移，但是能量随着波的向前传播而传递出去，D错，E对。(2)()如图，设到达池边的光线的入射角为i。依题意，水的折射率n，光线的折射角90。由折射定律有nsin isin 由几何关系有sin i式中，l3 m，h是池内水的深度。联立式并代入题给数据得h m2.6 m()设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为45。由折射定律有nsin isin 式中，i是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有sin ixlah式中h2 m。联立式得x m0.7 m答案(1)ACE(2)()2.6 m()0.7 m2(2016全国卷，34)【物理选修34】(1)(5分)关于电磁波，下列说法正确的是_。(填正确答案标号。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(2)(10分)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x0和x5 cm处的两个质点。t0时开始观测，此时质点O的位移为y4 cm，质点A处于波峰位置；t s 时，质点O第一次回到平衡位置，t1 s时，质点A第一次回到平衡位置。求()简谐波的周期、波速和波长；()质点O的位移随时间变化的关系式。解析(1)电磁波在真空中传播速度均为光速，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。(2)()设振动周期为T。由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的是个周期，由此可知T4 s由于质点O与A的距离x5 cm小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t s时回到平衡位置，而A在t1 s时回到平衡位置，时间相差t s，可得波的速度v7.5 cm/s由vT得，简谐波的波长30 cm()设质点O的位移随时间变化的关系为yAcos(0)将式及题给条件代入上式得解得0，A8 cm质点O的位移随时间变化的关系式为y0.08cos(t) m或y0.08sin(t) m答案(1)ABC(2)()4 s7.5 cm/s30 cm()y0.08cos(t) m或者y0.08sin(t) m3(2016全国卷，34)【物理选修34】(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_。(填正确答案标号。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)AP、Q两质点运动的方向始终相同BP、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)如图2，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。图2解析(1)根据题意可得T s0.05 s，v16 m/s，故波长为vT0.8 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x()，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x19，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x18，当S恰好通过平衡位置向下振动时，Q点在波峰，D、E正确，C错误。(2)设球半径为R，球冠底面中心为O，连接OO，则OOAB。令OAO，有cos 即30由题意MAAB所以OAM60设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示。设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i，玻璃折射率为n。由于OAM为等边三角形，有i60由折射定律有sin insin r代入题给条件n得r30作底面在N点的法线NE，由于NEAM，有i30根据反射定律，有i 30连接ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO为反射角，ON为反射光线。这一反射光线经球面再次折射后不改变方向。所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180ENO150答案(1)BDE(2)150备 考 指 导【考情分析】年份题号题型考查角度分值2016卷34(1)选择机械波的性质，波长、频率和波速的关系534(2)计算光的折射定律，全反射的条件102016卷34(1)选择电磁波光缆传送信号的原理534(2)计算波的周期、波速、波长的关系，质点的振动方程102016卷34(1)选择波的传播，波长、频率与波速的关系534(2)计算光的折射定律的应用102015卷34(1)填空双缝干涉条纹间距公式的应用534(2)计算波动图象，波的叠加102015卷34(1)选择光的折射定律的应用534(2)计算波的传播，质点振动和波的传播之间的关系、波速公式102014卷34(1)选择振动图象与波动图象间的联系634(2)计算光的全反射和折射定律92014卷34(1)选择振动图象与波动图象534(2)计算光的折射定律，光的全反射10【备考策略】光的折射、全反射的计算，机械波的波长、波速和频率(周期)的关系，是近年来的高考热点，简谐运动、受迫振动和共振、干涉和衍射、电磁波、狭义相对论的基本假设及两个实验是考查的重点。由此可见，抓住重要内容，即可应对高考，除此之外，还应该把多普勒效应、电磁波谱、电磁波等知识点重点复习。振动(或波动)与光的折射、全反射的组合规 律 方 法1机械振动与机械波2光的折射、全反射(1)折射率：nn(2)全反射：sin C3光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。(2)找入射点，确认界面，并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系。若光疏光密：定有反射、折射光线。若光密光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系(充分考虑三角形、圆的特点)，联立求解。精 典 题 组1(1)图3甲为某沿x轴方向传播的简谐横波在t0时刻的波形图，a、b、c、d是横波上的四个质点；图乙是横波上质点d的振动图象，则下列说法正确的是_。(填正确答案标号)图3At0时质点a的速度大小比质点c的小Bt0时质点a的加速度大小比质点c的小C从t0时刻开始质点b比质点c先回到平衡位置D00.5 s时间内质点b的振动路程和质点a的相等E03 s时间内质点a、b的振动路程均为30 cm(2)如图4所示为一半圆柱形玻璃砖，半圆形截面ABD的圆心为O，半径为R。现有平行光束平行ABD平面以入射角45射到长度为L、宽为2R的长方形截面ABEF上，最终从下表面射出玻璃砖。已知玻璃的折射率n，光在真空中传播的速度大小为c。求：图4()光在ABEF界面的折射角及全反射临界角C；()玻璃砖下表面有光射出部分的面积S。解析(1)在简谐横波中，质点离平衡位置越远，速度越小，t0时质点a的速度比质点c的小，选项A正确；质点离平衡位置越远，加速度越大，t0时，质点a的加速度比质点c的大，选项B错误；由质点d的振动图象可知，t0时质点d沿y轴负方向运动，结合波形图知，波沿x轴正方向传播，t0时，质点b沿y轴负方向运动，质点c沿y轴正方向运动，质点b比质点c先回到平衡位置，选项C正确；00.5 s时间内质点b的平均速率比质点a的大，质点b的振动路程比质点a的大，选项D错误；由题图乙知周期T2 s，质点a、b的振动路程均为4A30 cm，选项E正确。(2)()由n得，30由sin C得，C45()临界光线的光路如图所示，则1180C(90)75290(C)15P1OP21801290SRLRL答案(1)ACE(2)()3045()RL2(1)如图所示，图5是机械波的分类图，图6是机械波的传播原理图，图7是波的干涉图样，则下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A由图5可知，横波比纵波更常见是因为横波比纵波能够携带更多的能量和信息B由图6可知，同一列波向外传播时各质点的起振方向都是相同的C由图7可知，两列相干波的频率必须相同D图6显示的波的传播方向可能向左，也可能向右E图5显示的横波的波长大于纵波的波长 (2)如图8，一圆形玻璃砖置于水平放置的白纸上，圆的半径R10 cm，一条光线沿水平方向从玻璃砖侧面上的A点射入玻璃砖内，从玻璃砖侧面上的B点射出时，用插针法记下A、B两点的位置和光线的方向，用相应的器材测出A、B两点间的距离为10 cm，出射光线与入射光线的夹角为30。图8()求玻璃砖的折射率；()如果入射光线是在真空中波长为600 nm的激光，则该激光在玻璃砖中的波长是多少？解析(1)横波与纵波都能够携带能量和信息，但不能确定两者携带的多少，故A错误；同一列波向外传播时所有质点的起振方向都是相同的，B正确；机械波发生稳定干涉的一个必要条件就是频率相同，C正确；机械波的传播都是前一个质点带动后一个质点，而后一个质点总是重复前一个质点的运动，故由题图6可以确定传播方向是唯一的，D错误；由题图5可以看出，横波的波长是两个相邻波峰间的距离，纵波的波长是两个相邻密部间的距离，E正确。(2)()如图所示，由几何关系可知，折射角的正弦sin r，故r30由光路可逆和对称性可知：OCAB，故有CADCBD15所以入射角irCAD45根据光的折射定律有n()根据光速、频率和波长的关系有又n，故有n解得激光在玻璃砖中的波长为 nm300 nm答案(1)BCE(2)()()300 nm3(2016吉林省实验中学二模)(1)如图9甲所示，在一条张紧的绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候，通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力，使其余各摆也振动起来，此时b摆的振动周期_(选填“大于”、“等于”或“小于”)d摆的周期。图乙是a摆的振动图象，重力加速度为g，则a的摆长为_。图9(2)如图10所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，A30。它对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2。在距AC边d处有一与AC平行的光屏，现由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜。图10()红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少？()为了使红光能从AC面射出棱镜，n1应满足什么条件？()若两种光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点间的距离。解析(1)a摆摆动起来后，通过水平绳子对b、c、d三个摆施加周期性的驱动力，使b、c、d三摆做受迫振动，三摆做受迫振动的频率等于驱动力的频率，则三摆的振动周期相同。由题中图乙可知：T2t0，再根据：T2可知，a摆摆长：L。(2)()v红，v紫故()由几何关系知，为使红光射出，则临界角C30sin C解得n12()由光路的可逆性和折射定律得n1，n2xd(tan r2tan r1)d()答案(1)等于(2)()()n12()d()光学基本知识与波动(或振动)的组合规 律 方 法1光的波动性2电磁波的特点(1)横波(2)传播不需要介质(3)具有波的共性(4)真空中的速度c3108 m/s3周期、波长、波速的计算(1)周期：可根据质点的振动情况计算，若t时间内，质点完成了n次(n可能不是整数)全振动，则T；还可根据公式T计算。(2)波长：可根据波形图确定，若l的距离上有n个(n可能不是整数)波长，则；也可根据公式vT计算。(3)波速：可根据波形传播的时间、距离计算v；也可根据公式v计算。精 典 题 组1(1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)A遥控器发出的红外线脉冲信号可以用来遥控电视机、录像机和空调机B观察者相对于振动频率一定的声源运动时，接收到声波的频率小于声源频率C狭义相对论认为真空中光源的运动会影响光的传播速度D光的偏振现象说明光是一种横波E两列频率相同的机械波相遇时，在相遇区可能会出现稳定干涉现象(2)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形图如图11所示，从该时刻开始计时。图11()若质点P(坐标为x3.2 m)经0.4 s第一次回到初始位置，求该机械波的波速和周期；()若质点Q(坐标为x5 m)在0.5 s内通过的路程为(105) cm，求该机械波的波速和周期。解析(1)遥控器是利用其所发出的红外线脉冲信号来遥控电视机、录像机和空调机的，A正确；声源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于声源频率，B错误；狭义相对论的基本假设是：在不同的惯性参考系中真空中的光速是不变的；在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是等价的，C错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，D正确；只有频率相同的两列机械波相遇，才能出现稳定干涉现象，E正确。(2)()由于波向右传播，当P点经0.4 s第一次回到初始位置，一定是x0 m处的振动状态传播到P点，则该机械波波速为：v m/s8 m/s由波形图可知，波长8 m则T s1 s()由波动图象可知，此时Q点的纵坐标为y cm，当其通过的路程为(105) cm时，一定是x1 m处的质点振动状态传播到Q点，则该机械波波速为：v m/s12 m/s则T s s答案(1)ADE(2)()8 m/s1 s()12 m/s s2(2016娄底三模)(1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)图12A图12甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb面射出C图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小D图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的E图戊中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波(2)一列简谐横波沿x轴正方向传播，如图13甲所示为波传播到x5 m的M点时的波形图，图乙是位于x3 m的质点N从此时刻开始计时的振动图象，Q是位于x10 m处的质点，求：图13()波由M点传到Q点所用的时间；()波由M点传到Q点的过程中，x3.5 m处的质点通过的路程。解析(1)甲图中a束光折射角大，折射率小，根据v，a束光在水珠中的传播速度大，选项A正确；乙图中，光束在aa面的折射角等于在bb面的入射角，只要入射角i90，bb面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B错误；丙图中，根据x，选项C正确；丁图中的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，选项D错误；有偏振现象的光波为横波，选项E正确。(2)()由题图甲可以看出波长4 m，由题图乙可以看出周期T4 s，所以波速v1 m/s，波由M点传到Q点所用的时间t5 s。()4 s内质点通过的路程为4A20 cm，x3.5 m处的质点1 s内通过的路程为25sin 455 cm，则质点通过的位移为(205) cm27.07 cm。答案(1)ACE(2)()5 s()27.07 cm3. (1)某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率，按插针法步骤正确操作，借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规，却没有量角器，他就以O点为圆心，15.00 cm为半径画圆，分别交入射光线于A点，交直线OO于C点，分别过A、C点作法线NN的垂线交NN于B、D点，如图14所示。用刻度尺测得AB9.00 cm，CD6.00 cm，则玻璃的折射率n_(请用已知线段表示)，代入数据求得n_。若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率_(填“会”或“不会”)受到影响。图14(2)如图15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t0.02 s和t0.08 s时刻的波形图。图15()在t0.02 s时，求x0.9 m处质点的振动方向及该波的最大周期；()若波传播的周期为T，且8Tt9T，求该波传播的波速大小。解析(1)由题图可得sin AOB，sin DOC，OAOC，根据折射定律得n1.5。由于在确定玻璃中的折射光线的位置时与前后两面是否平行无关，所以只要操作正确，折射率的测量就不会受玻璃砖的形状的影响。(2)()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，t0.02 s时，x0.9 m处的质点向y轴负方向振动由题意有Tmaxtt解得Tmax0.08 s()若8Tt9T，则依题意有tt(6)TT sv135 m/s答案(1)1.5不会(2)()沿y轴负方向0.08 s()135 m/s1(1)图1甲为一列简谐横波在t0时刻的波形图，M、N是介质上的质点；乙图为质点N的振动图象，下列说法正确的是_(填正确答案标号)A该波沿x轴的正方向传播Bt0时刻，质点M向y轴负方向运动C经过一个周期，质点N通过的路程为32 cmDt6.5 s时，质点M位于平衡位置E该波的传播速度不一定为102 m/s图1(2)如图2所示，半圆形玻璃截面的圆半径OAR，一束细激光束平行于半径OD且垂直于平面AB射到半圆形玻璃上的C点，穿过玻璃后光线交OD的延长线于P点。已知玻璃材料对激光束的折射率为，OC。图2()画出该激光束传播过程的光路图；()求OP两点的距离。解析(2)()如图所示()入射角设为2，折射角设为1，由图中几何关系可得：sin 2解得230由折射定律可得：解得：160则OP2Rcos 30R答案(1)BCD(2)()见解析()R2(1)如图3所示，光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射，进入到玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度。以下说法错误的是_。(填正确答案标号)图3A玻璃管被液体包住之前，折射光线消失B玻璃管被液体包住之后，折射光线消失C玻璃管被液体包住之后，出射光线强度增强D玻璃管被液体包住之后，出射光线强度减弱E玻璃管被液体包住之后，出射光线强度不变(2)一列沿x轴负方向传播的横波在t0时的波形如图4所示，已知t0.7 s时，P点第二次出现波峰。试计算：图4()这列波的传播速度多大？()从t0时刻起，经多长时间Q点第一次出现波峰？()当Q点第一次出现波峰时，P点通过的路程为多少？解析(1)玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管外面是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管壁中射出，A正确；当玻璃管被透明液体包住之后，如果液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，出射光线的强度会减弱，D正确，B、C、E错误。(2)()由图示：这列波的波长4 m又tT0.7 s，得T0.4 s由波速公式得v m/s10 m/s()第一个波峰到Q点的距离为x11 m，振动传到Q点需2.5个周期，因质点起振方向向上，第一次到达波峰再需周期，故t2.5TT1.1 s()振动传到P点需个周期，所以当Q点第一次出现波峰时，P点已振动了2个周期，则P点通过的路程为s24A9A0.9 m。答案(1)BCE(2)()10 m/s()1.1 s()0.9 m3(1)某实验小组的同学利用激光器将一束红色的激光束由空气(可看成真空)沿径向射入一块半圆柱形人造水晶，如图5(a)所示，然后通过传感器对其射出后的折射光束的强度进行记录，发现折射光束的强度随着的变化而变化，如图(b)的图线所示。由以上信息可得红色的激光束在人造水晶内发生全反射的临界角为_；人造水晶对该激光的折射率为_；如果该激光在水中的折射率为1.33，则该激光在人造水晶中传播的速度_(填“小于”、“大于”或“等于”)该激光在水中的传播速度。图5(2)如图6所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到平衡位置在x5 m处的M质点时开始计时。已知平衡位置在x1 m处的P质点连续两次到达波峰位置的时间间隔为0.4 s，求：图6()该波传播的速度大小；()平衡位置在x9 m处的Q质点在t0.5 s时的位移；()P质点在01.2 s内运动的路程。解析(1)由题图(b)可知，当30时，激光发生全反射，故全反射的临界角为60，则n1.33，由v可知该激光在人造水晶中传播的速度大于该激光在水中的传播速度。(2)()由题图得波长4 m，因为P质点连续两次到达波峰位置的时间间隔为0.4 s，故波的周期T0.4 s波速v10 m/s()该波传到Q质点经过的时间t10.4 s，因为该波沿x轴正方向传播，t0时，M质点向下振动，所以Q质点在t0.5 s时第一次到达波谷位置，因此Q质点在t0.5 s时的位移为10 cm()P质点在01.2 s内，从平衡位置开始振动了3个周期，所以运动的路程为34A120 cm答案(1)60大于(2)()10 m/s()10 cm()120 cm4(2016石家庄二模)(1)如图7所示，O点为振源，OA10 m，t0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t0时刻开始描绘的质点A的振动图象，则下列说法正确的是_。(填正确答案标号)图7A振源的起振方向向下B该波的周期为5 sC该波的传播速度为2 m/sD该波的波长为5 mE该波很容易穿过宽度为1 m的小孔(2)如图8所示是一种液体深度自动监测仪示意图，在容器的底部水平放置一平面镜，在平面镜上方有一光屏与平面镜平行。激光器发出的一束光线以60的入射角射到液面上，进入液体中的光线经平面镜反射后再从液体的上表面射出，打在光屏上形成一亮点，液体的深度变化后光屏上亮点向左移动了2 dm，已知该液体的折射率n。真空中光速c3.0108 m/s，不考虑经液面反射的光线。求：图8()液面高度的变化量；()液体的深度变化前后激光从发出到打到光屏上的时间变化了多少？解析(1