2023版高考物理二轮复习专题限时集训16振动和波动光及光的本性（含解析）

2020版高考物理二轮复习专题限时集训16振动和波动光及光的本性（含解析）PAGE18-专题限时集训(十六)(建议用时：40分钟)1．(2022·烟台模拟)(1)如下图，P、Q、M是均匀媒介中x轴上的三个质点，PQ、QM的距离分别为3m、2m，一列简谐横波沿x轴向右传播。在t＝0时刻，波传播到质点P处并且P开始向下振动，经t＝3s，波刚好传到质点Q，而此时质点P恰好第一次到达最高点且离平衡位置10cm处。以下说法正确的选项是()A．该简谐波的波速为1m/sB．该简谐波的波长为12mC．当波传播到质点M时，质点P通过的路程为50cmD．当t＝5s时，质点Q的加速度方向竖直向下E．当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点(2)如下图是一透明物体的横截面，横截面为等腰直角三角形ABC，AB边长为a，底面AC镀有反射膜。今有一条光线垂直AB边从中点入射，进入透明物体后直接射到底面AC上，并恰好发生全反射，(光在真空中的传播速度为c)求：(ⅰ)透明物体的折射率和光在透明物体内的传播时间；(ⅱ)假设光线从AB边中点沿平行于底面的方向射向透明物体，求光线最终离开透明物体时的出射角。[解析](1)在t＝0时刻，波传播到质点P，经t＝3s，波刚好传到质点Q，那么v＝eq\f(x,t)＝eq\f(3,3)m/s＝1m/s，故A正确；在t＝0时刻，质点P开始向下振动，经t＝3s，质点P恰好第一次到达最高点，那么eq\f(3,4)T＝3s，T＝4s，根据v＝eq\f(λ,T)，可得λ＝vT＝4m，故B错误；当波传播到质点M时，用时t′＝eq\f(x′,v)＝5s，即eq\f(5,4)T，质点P通过的路程为5A＝50cm，故C正确；当t＝5s时，质点Q已经振动了2s，运动到了平衡位置，加速度为零，故D错误；质点M比质点Q晚运动了半个周期，当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点，故E正确。(2)(ⅰ)根据题意，光线射到AC面上时入射角度恰好为临界角C，由几何关系可知C＝45°，根据sinC＝eq\f(1,n)可得n＝eq\f(1,sinC)＝eq\r(2)由几何关系可知光在透明物体中的传播路径长为a，设光在介质中的传播速度为v，有v＝eq\f(c,n)，t＝eq\f(a,v)可得t＝eq\f(\r(2)a,c)。(ⅱ)设此时光在AB面的入射角为i，折射角为r，由题意可知，i＝45°根据公式n＝eq\f(sini,sinr)可得r＝30°由几何关系可知β＝60°>C＝45°，光线在BC面发生全反射。设光线在AC面的入射角为i′，折射角为r′，根据几何关系，i′＝15°根据公式n＝eq\f(sinr′,sini′)，解得r′＝arcsineq\f(\r(3)－1,2)。[答案](1)ACE(2)(ⅰ)eq\r(2)eq\f(\r(2)a,c)(ⅱ)arcsineq\f(\r(3)－1,2)2．(2022届高三·西安八校联考)(1)一列沿x轴正方向传播的简谐波，在t＝0时刻的波形图如下图，这列波在P出现两次波峰的最短时间是0.4s，根据以上可知：这列波的波速是________m/s；再经过________s质点R才能第一次到达波峰；这段时间里R通过的路程为________cm。(2)如下图，一透明球体置于空气中，球半径R＝10cm，折射率n＝eq\r(2)，MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5eq\r(2)cm，CD为出射光线。(ⅰ)补全光路并求出光从B点传到C点的时间；(ⅱ)求CD与MN所成的角α。[解析](1)依题，P点两次出现波峰的最短时间是0.4s，所以这列波的周期T＝0.4s。由波速公式得v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,0.4)m/s＝10m/s由t＝0时刻到R第一次出现波峰，波移动的距离s＝7m那么t＝eq\f(s,v)＝eq\f(7,10)s＝0.7s在上述时间内，R实际振动时间t1＝0.3s因此R通过的路程为s＝3A＝6cm。(2)(ⅰ)连接BC，光路图如下图；在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，sini＝eq\f(5\r(2),10)＝eq\f(\r(2),2)，所以i＝45°由折射定律，在B点有n＝eq\f(sini,sinr)可得sinr＝eq\f(1,2)故r＝30°又eq\x\to(BC)＝2Rcosr，v＝eq\f(c,n)所以t＝eq\f(\x\to(BC),v)＝eq\f(\x\to(BC)n,c)＝eq\f(\r(6),3)×10－9s。(ⅱ)由几何关系可知∠COP＝15°，∠OCP＝135°，所以α＝30°。[答案](1)100.76(2)(ⅰ)光路图见解析eq\f(\r(6),3)×10－9s(ⅱ)30°3．(2022·江西重点中学联考)(1)以下有关表达正确的选项是________。A．第四代移动通信系统(4G)采用1880～2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是非均匀变化的B．狭义相对论的时间效应，可通过卫星上的时钟与地面上的时钟比照进行验证，高速运行的卫星上的人会认为地球上时钟变快C．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无关D．向人体内发射频率的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接受，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法应用的是共振原理E．泊松亮斑的发现有力地支持了光的波动学说，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象(2)如下图，一束截面为圆形(半径R＝1cm)的平行复色光垂直射向一玻璃半球的面。经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区。玻璃半球的半径也为R。屏幕S至球心的距离为d＝4cm。不考虑光的干预和衍射，试问：(ⅰ)在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色？(ⅱ)假设玻璃半球对圆形亮区最外侧单色光的折射率为n＝eq\r(3)，求屏幕S上圆形亮区的最大半径。(结果可保存根号)[解析](1)第四代移动通信系统(4G)采用1880～2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是周期性变化的，是非均匀变化的，故A正确；狭义相对论中有运动延迟效应，即“动钟变慢〞，高速运行的卫星上的人会认为地面上的时钟变慢，故B错误；单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期由驱动力的周期决定，与单摆的固有周期无关，故与摆长无关，故C正确；向人体发射频率的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法应用的是多普勒效应原理，故D错误；泊松亮斑的发现有力地支持了光的波动学说，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象，故E正确。(2)(ⅰ)复色光与半球形玻璃面的下外表相垂直，方向不变，但是在上面的圆弧面会发生偏折，紫光的折射率最大，临界角最小，偏折能力最强，所以紫光偏折的最多，因此最外侧是紫色。(ⅱ)如下图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点D到亮区中心E的距离r就是所求最大半径。设紫光临界角为C，由全反射的知识：sinC＝eq\f(1,n)所以cosC＝eq\f(\r(n2－1),n)tanC＝eq\f(1,\r(n2－1))eq\x\to(OB)＝eq\f(R,cosC)＝eq\f(nR,\r(n2－1))r＝eq\f(d－\x\to(OB),tanC)＝deq\r(n2－1)－nR代入数据得：r＝(4eq\r(2)－eq\r(3))cm。[答案](1)ACE(2)(ⅰ)紫色(ⅱ)(4eq\r(2)－eq\r(3))cm4.(1)如图为俯视图，光屏MN水平放置，半圆柱形玻璃砖放在水平面上，其平面局部ab与屏平行。由光源S发出的一束白光沿半径方向射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上。在水平面内绕过O点的竖直轴沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。以下说法正确的选项是________。A．通过实验说明，同种材料中各种色光的折射率不同，红光折射率较大B．由n＝eq\f(c,v)可知，玻璃砖中红光传播速度较大C．由n＝eq\f(1,sinC)可知，红光在ab界面发生全反射的临界角较大D．转动玻璃砖的过程中最先消失的是红光E．在光屏上从左到右光带颜色的分布是从红到紫(2)如下图，绳沿x轴放置，左端位于坐标原点，用手握住绳的左端，在t＝0时使其开始沿y轴负方向做振幅为8cm的简谐运动，在t＝0.5s时，绳上形成的波刚好传到质点M处，求：①该波的波速大小；②从t＝0开始经过多长时间，位于x2＝45cm处的质点N恰好第一次沿y轴正方向通过平衡位置。[解析](1)实验中红光折射的程度最小，说明红光的折射率小，选项A错。由介质中光速v＝eq\f(c,n)知红光在玻璃中的传播速度较大，选项B对。由sinC＝eq\f(1,n)知红光发生全反射的临界角较大，紫光的临界角最小，由发生全反射的条件知，最先消失的是紫光，选项C对、D错。光屏上最左边的应是红光选项E对。(2)①从题图上可以看出，0.5s波传播了Δx＝eq\f(λ,4)＝5cm，波长为λ＝0.2m传播时间为eq\f(T,4)，质点起振方向为沿y轴负方向，所以周期T＝2s波速v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(0.2,2)m/s＝0.1m/s②经过t＝eq\f(x2,v)＝4.5s质点N将开始沿y轴负方向振动，再经过eq\f(T,2)＝1s质点N第一次沿y轴正方向向上经过平衡位置，故Δt＝5.5s。[答案](1)BCE(2)①0.1m/s②5.5s5．(2022·山东青岛模拟)(1)关于光现象及其应用，以下说法正确的有()A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干预现象B．光导纤维传输信号是利用光的干预现象C．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干预实验，用红光时得到的条纹间距更宽D．玻璃内气泡看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射出的原因E．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰(2)一列简谐横波，某时刻的波形图象如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图象如图乙所示，那么：①从该时刻起，再经过Δt＝0.4s，P质点的位移、通过的路程和波传播的距离分别为多少？②假设t＝0时振动刚刚传到A点，从该时刻起再经多长时间坐标为45m的质点(未画出)第二次位于波峰？[解析](1)用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干预，选项A正确；光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，选项B错误；根据Δx＝eq\f(l,d)λ知，同一装置，波长越长条纹间距越宽，选项C正确；玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从玻璃射向气泡时，一局部光在界面上发生了全反射，选项D错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，选项E正确。(2)①由振动图象可以看出，此波的周期为0.8s，所以频率为1.25Hz。因为Δt＝0.4s＝eq\f(T,2)，故经0.4s