高考物理二轮复习 专题七 选考部分 第2讲 机械振动和机械波 光试题试题

第2讲机械振动和机械波光1．(1)图1甲为一列简谐横波在t＝0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B．t＝0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32cmD．t＝6.5s时，质点M位于平衡位置E．该波的传播速度不一定为eq\f(4,3)×10－2m/s图1 (2)如图2所示，半圆形玻璃截面的圆半径OA＝R，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eq\r(3)，OC＝eq\f(R,2)。图2(ⅰ)画出该激光束传播过程的光路图；(ⅱ)求OP两点的距离。解析(2)(ⅰ)如图所示(ⅱ)入射角设为θ2，折射角设为θ1，由图中几何关系可得：sinθ2＝eq\f(1,2)解得θ2＝30°由折射定律可得：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\r(3)解得：θ1＝60°则OP＝2Rcos30°＝eq\r(3)R答案(1)BCD(2)(ⅰ)见解析(ⅱ)eq\r(3)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t＝0时的波形如图4所示，已知t＝0.7s时，P点第二次出现波峰。试计算：图4 (ⅰ)这列波的传播速度多大？ (ⅱ)从t＝0时刻起，经多长时间Q点第一次出现波峰？ (ⅲ)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)(ⅰ)由图示：这列波的波长λ＝4m 又Δt＝eq\f(7,4)T＝0.7s，得T＝0.4s 由波速公式得v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,0.4)m/s＝10m/s (ⅱ)第一个波峰到Q点的距离为x＝11m，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eq\f(1,4)周期，故t＝2.5T＋eq\f(1,4)T＝1.1s (ⅲ)振动传到P点需eq\f(1,2)个周期，所以当Q点第一次出现波峰时，P点已振动了2eq\f(1,4)个周期，则P点通过的路程为s＝2eq\f(1,4)×4A＝9A＝0.9m。 答案(1)BCE(2)(ⅰ)10m/s(ⅱ)1.1s(ⅲ)0.9m3．(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θ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x＝5m处的M质点时开始计时。已知平衡位置在x＝1m处的P质点连续两次到达波峰位置的时间间隔为0.4s，求：图6(ⅰ)该波传播的速度大小；(ⅱ)平衡位置在x＝9m处的Q质点在t＝0.5s时的位移；(ⅲ)P质点在0～1.2s内运动的路程。 解析(1)由题图(b)可知，当θ＝30°时，激光发生全反射，故全反射的临界角为60°，则n＝eq\f(1,sinC)＝eq\f(2\r(3),3)＜1.33，由v＝eq\f(c,n)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)(ⅰ)由题图得波长λ＝4m，因为P质点连续两次到达波峰位置的时间间隔为0.4s，故波的周期T＝0.4s 波速v＝eq\f(λ,T)＝10m/s (ⅱ)该波传到Q质点经过的时间t1＝eq\f(Δx,v)＝0.4s，因为该波沿x轴正方向传播，t＝0时，M质点向下振动，所以Q质点在t＝0.5s时第一次到达波谷位置，因此Q质点在t＝0.5s时的位移为－10cm (ⅲ)P质点在0～1.2s内，从平衡位置开始振动了eq\f(1.2,0.4)＝3个周期，所以运动的路程为3×4A＝120cm 答案(1)60°eq\f(2\r(3),3)大于(2)(ⅰ)10m/s (ⅱ)－10cm(ⅲ)120cm4．(2016·石家庄二模)(1)如图7所示，O点为振源，OA＝10m，t＝0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t＝0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5sC．该波的传播速度为2m/sD．该波的波长为5mE．该波很容易穿过宽度为1m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2eq\r(3)dm，已知该液体的折射率n＝eq\r(3)。真空中光速c＝3.0×108m/s，不考虑经液面反射的光线。求：图8 (ⅰ)液面高度的变化量； (ⅱ)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)A点的起振方向与O点起振方向相同，由乙图读出5s时刻，A点的振动方向沿y轴正方向，所以振源的起振方向向上，故A错误；由乙看出,周期T＝10s－5s＝5s，故B正确；由乙看出，波从O点传到A点的时间为5s，传播距离为10m，则波速为v＝eq\f(OA,t)＝2m/s，则波长为λ＝vT＝2×5m＝10m，故C正确，D错误；因为1m比波长10m小得多，所以该波很容易穿过宽度为1m的小孔，故E正确。 (2)(ⅰ)光路如图所示，设入射角为α，折射角β，原来液面深度为h，液面深度增加Δh，屏上光点移动的距离s＝2eq\r(3)dm根据折射定律n＝eq\f(sinα,sinβ)得β＝30°由几何关系得2htanβ＋2Δhtanα＝2(Δh＋h)tanβ＋s得Δh＝eq\f(s,2（tanα－tanβ）)代入解得Δh＝1.5dm(ⅱ)光在该液体中的传播速度为v＝eq\f(c,n)＝eq\r(3)×108m/s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为Δt＝eq\f(2Δh,vcosβ)－eq\f(2Δh,ccosα)＝0答案(1)BCE(2)(ⅰ)1.5dm(ⅱ)05．(1)一列简谐横波沿x轴正向传播，t＝0时的波的图象如图9所示，质点P的平衡位置在x＝8m处。该波的周期T＝0.4s。下列说法正确的是________。(填正确答案标号)图9A．该列波的传播速度为20m/sB．在0～1.2s内质点P经过的路程24mC．t＝0.6s时质点P的速度方向沿y轴正方向D．t＝0.7s时质点P位于波谷E．质点P的振动方程是y＝10sin5πt(cm) (2)一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，图10所示是其截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4m。在距观景台右侧面x＝4m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，在该光源从距水面高3m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，且AB＝3m。求：图10(ⅰ)该单色光在水中的折射率；(ⅱ)AC的距离。 解析(1)由波的图象易知，λ＝8m，由v＝eq\f(λ,T)＝20m/s，选项A正确；s＝eq\f(t,T)×4A＝1.2m，选项B错误；沿波的传播方向，“上坡下，下坡上”，故t＝0时质点P的运动方向沿y轴正方向，经过0.6s，相当于eq\f(3,2)T，再次回到平衡位置，速度方向沿y轴负方向，选项C错误；经过0.7s，相当于eq\f(7,4)T，质点P运动到波谷位置，选项D正确；角速度ω＝eq\f(2π,T)，质点P的振动方程y＝10sinωt(cm)＝10sineq\f(2π,T)t(cm)＝10sin5πt(cm)，选项E正确。 (2)(ⅰ)如图所示，点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，则： 由于n＝eq\f(sini,sinr) 所以，水的折射率n＝eq\f(\f(x,\r(32＋x2)),\f(AB,\r(AB2＋h2)))＝eq\f(4,