（课标版）2020高考物理二轮复习 专题七 选考部分 第21讲 振动和波动 光学限时练（含解析）

振动和波动 光学1(2019全国大联考)(1)图甲中的b超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成b超图象图乙为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图象，t0时刻波恰好传到质点m.已知此超声波的频率为1107 hz.下列说法正确的是_a血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为1.4103 m/sb质点m开始振动的方向沿y轴正方向ct1.25107 s时质点m运动到横坐标x3.5104 m处d01.25107 s内质点m的路程为2 mmet1.5107 s时质点n恰好处于波谷(2)如图所示，透明材料制成的圆柱形棒，其直径为4 cm，长为40 cm.一束细光线从圆柱棒的一个底面中心垂直于底面射入圆柱棒，光线进入圆柱棒后经108 s，再由棒的另一底面射出求：这种材料的折射率；若从该点调整光线的入射方向，经历的全反射最多次数解析：(1)由图乙知波长14102 mm1.4104 m，由vf得波速v1.4104 m1107 hz1.4103 m/s，选项a正确；根据波动与振动方向间的关系，质点m开始振动的方向沿y轴负方向，选项b错误；质点m只会上下振动，不会随波迁移，选项c错误；质点m振动的周期t s1107 s，由于，质点m在01.25107 s内运动的路程l4a40.4 mm2 mm，选项d正确；t1.5107 s时波传播的距离l1.4103 m/s1.5107 s2.1104 m21102 mm，此时图乙中横坐标x14102 mm的波谷恰好传播到质点n，选项e正确(2)v108 m/sn.设全反射临界角为c，则sin c解得：c60l2tan c4 cmn5.785.5所以n6次答案：(1)ade(2)6次2(2019山东青岛联考)(1)下列说法正确的是_a在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大b简谐机械波的频率等于单位时间内经过介质中一点的完全波的个数c火车鸣笛远离我们时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低d单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长有关e用两束单色光a、b，分别在同一套装置上做干涉实验，若a光的相邻两条纹间距比b光的大，则说明a光波长大于b光波长(2)如图所示，一截面为半圆的透明体，其ab面与水平面间的夹角为30，半圆半径r10 cm.一束很细的单色光从半圆上p点竖直向下射入透明体，且此光线的延长线恰好经过圆心o点，在水平面上得到一个亮点r(未画出)，同时光线从圆弧ab上某点q射出(未画出)，已知透明体的折射率为.补充完整光路图；求qr两点间的距离x.解析：(1)在干涉现象中，振动加强点振幅最大，位移在变化，所以振动加强点的位移不是总是比减弱点的位移大，故a错误根据机械波的特点可知，简谐机械波的频率等于单位时间内经过介质中一点的完全波的个数，故b正确火车鸣笛远离我们时，根据多普勒效应知，我们接收的频率小于波源发出的频率，故c正确单摆在周期性外力作用下做受迫振动，单摆的周期与驱动力的周期相等，与固有周期无关，与单摆的摆长无关，故d错误根据x知，a光的条纹间距比b光的条纹间距大，则a光的波长大于b光的波长，故e正确故选b、c、e.(2)作出光路图如图所示由光路图可知光线从p点进入透明体在ab边的入射角为30，根据反射定律有moq30由n 得，折射角ron60由几何关系可知rob30，则bor为等腰三角形所以 cm.由几何关系得qor为直角三角形，则qr两点间的距离x cm.答案：(1)bce(2)图见解析 cm3(2019河南郑州联考)(1)如图所示，实线是一列沿x轴传播的简谐横波在t1时刻的波形图，虚线是这列简谐横波在t2(t10.2) s时刻的波形图，若波速为v135 m/s，则x5 m的质点m在t1时刻的振动方向为_(选填“向y方向”或“向y方向”)；若在t1t2这段时间内x5 m的质点m通过的路程为1 m，则波的传播方向为_(选填“向x方向”或“向x方向”)，波速为_m/s.(2)如图所示，abcd是某种透明材料的截面，ab面为平面，cd面是半径为r的圆弧面，o1o2为对称轴，一束单色光从o1点斜射到ab面上折射后照射到圆弧面上e点，刚好发生全反射已知单色光在ab面上入射角的正弦值为，do2co2，透明材料对单色光的折射率为，光在真空中传播速度为c，求：o1o2与o2e的夹角的大小；光在透明材料中传播的时间(不考虑光在bc面的反射)(结果可以用根号表示)解析：(1)由图读出波长4 m，所以波的周期为t s，时间t0.2 s包含的周期个数为1，根据波形的平移法可知，波向左传播，质点m在t1时刻的振动方向为y方向由图知振幅为a20 cm0.2 m，在t1到t2的时间内，m通过的路程为1 m5a，即经过了t，则有t0.2 s，解得t0.16 s故波速为v m/s25 m/s.因为波形从实线到虚线经历了t，所以波向x方向传播(2)由折射公式有n，解得sin r可得r30.光在圆弧面上刚好发生全反射，因此有sin c临界角c60由几何关系可知rc，解得30.由几何关系知o1er，光在e点的反射光线ef平行于ab，则efrsin 45rsin 30.所以ef光在材料中传播的速度vc因此材料中传播时间t答案：(1)向y方向向x方向25(2)304(2019广州一模)(1)下列说法中正确的是_a在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽b水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射向气泡时在气泡表面发生了全反射c两列水波发生干涉时，两列波的波峰相遇点的质点振动位移始终最大d由于超声波的频率很高，所以超声波不容易发生衍射现象e光在介质中传播的速度仅由介质本身所决定，与光的频率无关(2)一简谐横波以4 m/s的波速沿水平绳向x轴正方向传播已知t0时的波形如图所示，绳上两质点m、n的平衡位置相距波长设向上为正，经时间t1(小于一个周期)，此时质点m向下运动，其位移仍为0.02 m求：该横波的周期；t1时刻质点n的位移解析：(1)光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则波长变长，由条纹间距公式x，可知干涉条纹间距变宽，故a正确；光束从水中射向气泡，当入射角等于或大于临界角时，出现全反射现象，所以水中的气泡看起来特别明亮，故b正确；两列波的波峰相遇点，振动总是加强，但质点的位移不是始终最大，故c错误；超声波的频率很高，波长很短，所以超声波不易发生明显衍射，故d正确；光在介质中传播的速度由介质本身和光的频率共同决定，故e错误故选a、b、d.(2)由波形图象知，波长：4 m又波长、波速和周期关系为：v联立以上两式并代入v4 m/s，得该波的周期为：t1 s.由已知条件知从t0时刻起，质点m做简谐振动的位移表达式为：ym0.04sin经时间t1(小于一个周期)，m点的位移仍为0.02 m，运动方向向下，可解得：t1 s由于n点在m点右侧波长处，所以n点的振动滞后个周期，其振动方程为：yn0.04sin0.04sin当t1 s时，yn0.04sin0.02 m答案：(1)abd(2)1 s0.02 m5(2019成都二诊)(1)图甲为一列简谐横波在t0时刻的波形图，图乙为介质中x2 m处的质点p的振动图象下列说法正确的是_a波沿x轴负方向传播b波速为20 m/sct0.15 s时刻，质点p的位置坐标为(5 m,0)dt0.15 s时刻，质点q的运动方向沿y轴负方向et0.15 s时刻，质点q距平衡位置的距离小于质点p距平衡位置的距离(2)图示为某宝石的截面图，左右对称，pmn120，mppo，60，mp2l，po2l.一与mn垂直的光线从mp的中点a射入宝石中，已知宝石对光线的折射率n，光在真空中的速度大小为c，求：光线第一次从宝石中射出的位置；光线从a点射入到第一次射出宝石所用的时间解析：(1)由乙图读出，t0时刻质点p向下振动，则由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播，故a错误；由甲图知：这列波的波长4 m；由乙图读出，该波的周期t0.2 s，则波速为v m/s20 m/s，故b正确；图示时刻p点沿y轴负方向运动，t0.15 st，质点p恰好到达正最大位移处，则坐标位置为(2 m，20 cm)，故c错误；这列波沿x轴正方向传播，在t0时刻q向上运动，经过t，q质点正经平衡位置向负最大位移运动，所以运动的方向沿y轴负方向，故d正确；由c与d选项的分析可知，在t0.15 s时刻质点q距平衡位置的距离小于质点p距平衡位置的距离，故e正确(2)光线射到mp面的入射角i18012060根据折射定律有n得折射角r30设宝石的临界