高三物理二轮复习 专题限时集训 第1部分 专题突破篇 专题16 振动和波动 光及光的本性-人教版高三物理试题

专题限时集训(十六)振动和波动光及光的本性(建议用时：40分钟)1．(1)(5分)对如图10所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断准确无误的是________．(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)图10A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的的偶数倍，则P处是亮纹D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹E．戊图是振动图象，其振幅为8cm，振动周期为4s(2)(10分)如图11所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，一束单色平行光束斜射向AB面，经三棱镜折射后在AC面水平平行射出．①以图中三条光线代表光束，画出三条光线经棱镜折射的光线示意图；②若棱镜的折射率为eq\r(3)，求入射光线与AB面的夹角θ.图11【解析】(1)题图甲是小孔衍射的图样，但不是“泊松亮斑”，故A错．题图丁是薄膜干涉现象的实验装置图，但其干涉条纹应为水平的，故D错．(2)①光路图如图甲所示甲乙②由图乙可知eq\f(sinα,sinβ)＝neq\f(sin60°,sinγ)＝n又n＝eq\r(3)解得γ＝30°由图中几何关系可知β＝30°解得α＝60°则θ＝30°.【答案】(1)BCE(2)①见解析②30°2．(1)(5分)一列简谐横波沿x轴正向传播，t＝0时的波的图象如图12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________．(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)图12A．该列波的传播速度为20m/sB．在0～1.2s内质点P经过的路程是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)(10分)一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，图13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13①该单色光在水中的折射率；②AC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)①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(4,3).②点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C则：n＝eq\f(sin90°,sinC)＝eq\f(\r(AC2＋h2),AC)＝eq\f(4,3)解得：AC＝eq\f(12,7)eq\r(7)m(或AC＝4.5m)．【答案】(1)ADE(2)①eq\f(4,3)②4.5m3．(2016·长春市质检)(1)(5分)如图14甲所示的弹簧振子(以O点为平衡位置在B、C间振动)，取水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移的正方向，得到如图乙所示的振动曲线，由曲线所给的信息可知，下列说法正确的是________．(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)甲乙图14A．t＝0时，振子处在B位置B．振子振动的周期为4sC．t＝4s时振子相对平衡位置的位移为10cmD．t＝2.5s时振子相对平衡位置的位移为5cmE．如果振子的质量为0.5kg，弹簧的劲度系数为20N/cm，则振子的最大加速度大小为400m/s2(2)(10分)如图15所示为一透明的圆柱体的横截面，其半径为R，透明圆柱体的折射率为n，AB是一条直径．今有一束平行光沿平行AB方向射向圆柱体．求：经透明圆柱体折射后，恰能经过B点的入射光线的入射点到AB的垂直距离．图15【解析】(1)由题图乙可知零时刻振子位移为－10cm，则所对应的位置为B，故A正确．由题图乙可知振子振动周期为4s，故B正确．t＝4s时，振子偏离平衡位置的位移为－10cm，故C错误．t＝2.5s时振子的位移由y＝10coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)t＋π))可知为5eq\r(2)cm，故D错误．当振子偏离平衡位置最大时，振子受合力最大，产生的加速度也最大，由F＝kx＝ma，所以a＝eq\f(20×10,0.5)m/s2＝400m/s2，故E正确．(2)设入射角为i，折射角为r，入射光线离AB的距离为h，由折射定律：eq\f(sini,sinr)＝n由几何关系：sini＝eq\f(h,R)，sinr＝eq\f(h,2Rcosr)解得：cosr＝eq\f(n,2)，sinr＝eq\r(1－\f(n2,4))又因为：sini＝2sinr·cosr＝eq\f(h,R)解得：h＝eq\f(nR\r(4－n2),2).【答案】(1)ABE(2)eq\f(nR\r(4－n2),2)4．(1)(5分)关于光现象及其应用，下列说法正确的是________．(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．白光只有通过三棱镜的折射，才能产生光的色散现象B．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象C．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理E．利用光的干涉现象可以检查平面的平整度(2)(10分)一列简谐横波，沿波的传播方向依次有P、Q两点，平衡位置相距5.5m，其振动图象如图16所示，实线为P点的振动图象，虚线为Q点的振动图象．图16①如图17是t＝0时刻波形的一部分，若波沿x轴正向传播，试在给出的波形上用黑点标明P、Q两点的位置，并写出P、Q两点的坐标(横坐标用λ表示)；②求波的最大传播速度．图17【解析】(2)①正确标出P、Q两点的位置如图所示P(0,0)．由题意可求得Q点离开平衡位置振动的时间，0.05＝0.1sineq\f(2π,1)t，解得t＝eq\f(1,12)s，波从O点传播到Q点的时间为eq\f(11,12)s，则Q点的横坐标为eq\f(11,12)λ，即Qeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11λ,12)，5)).②由图象可知，该波的周期T＝1s由P、Q的振动图象可知，P、Q之间的距离是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(11,12)))λ＝5.5m当n＝0时，λ值最大此时对应波速最大，v＝eq\f(λ,T)＝6m/s【答案】(1)BCE(2)①见解析图P(0,0)、Qeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11λ,12)，5))②6m/s5．(1)(5分)光纤是现代通讯普遍使用的信息传递媒介，现有一根圆柱形光纤，光信号从光纤一端的中心进入，并且沿任意方向进入的光信号都能传递到另一端．下列说法正确的有________．(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)图18A．光从空气进入光纤时传播速度变小B．光导纤维利用了光的偏振原理C．光导纤维利用了光的全反射原理D．光纤材料的折射率可能为1.2E．光纤材料的折射率可能为eq\r(2)(2)(10分)如图19所示，一列简谐横波在沿x轴方向传播的过程中，波形由实线变为虚线用时Δt＝0.5s，假设该列波的周期为T，并且满足3T＜Δt＜4T.图19(i)求此列波传播速度的可能值．(ii)如果没有3T<Δt＜4T的限制，且波的传播速度为v＝74m/s，判断此列波的传播方向.【导学号：37162089】【解析】(1)光从空气进入光纤时传播速度变小，A正确；光导纤维利用了光的全反射原理，B错误，C正确；设光的入射角为i，折射角为r，根据折射定律得eq\f(sini,sinr)＝n，当入射角i趋于90°时，折射角r最大，此时光在内侧面的入射角最小，只要能保证此时光在侧面恰好发生全反射，即能保证所有入射光都能发生全反射，即sin(90°－r)＝eq\f(1,n)，联立可得n＝eq\r(2)，只要折射率大于或等于eq\r(2)就能使所有的光都能发生全反射，E正确，D错误．(2)(ⅰ)当该简谐横波沿x轴正方向传播时，传播时间Δt＝k1T＋eq\f(3,8)T(k1＝0,1,2，…)由于3T＜Δt＜4T，因此k1＝3，故Δt＝3T＋eq\f(3,8)T由波形图知λ＝8m，波速v＝eq\f(λ,T)，解得v＝54m/s当该简谐横波沿x轴负方向传播时，传播时间Δt＝k2T＋eq\f(5,8)T(k2＝0,1,2，…)由3T＜Δt＜4T可知k2＝3故Δt＝3T＋eq\f(5,8)T，波速v＝eq\f(λ,T)，解得v＝58m/s.(ⅱ)波速大小为74m/s时，波在Δt时间内传播的距离Δx＝vΔt＝74×0.5m＝37m＝4λ＋eq\f(5,8)λ，所以波沿x轴负方向传播．【答案】(1)ACE(2)(i)54m/s或58m/s(ⅱ)负方向6．(1)(5分)如图20所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃砖的上表面，得到三束光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若玻璃砖的上下表面足够宽，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)．图20A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光B．玻璃对光束Ⅲ的折射率大于对光束Ⅱ的折射率C．改变α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行D．通过相同的双缝干涉装置，光束Ⅱ产生的条纹宽度要大于光束Ⅲ的E．在真空中，光束Ⅱ的速度等于光束Ⅲ的速度(2)(10分)如图21所示，一质点O在垂直于x轴方向上做简谐运动，形成沿x轴正方向传播的机械波，在t＝0时刻，质点O开始从平衡位置向上运动，经0.4s第一次形成图示波形．①再经多长时间，位于x＝5m处的质点B可以第一次到达波峰位置？②当B第一次到达波峰位置时，求位于x＝2m处的质点A通过的总路程．图21【解析】(1)光束Ⅰ为复色光在玻璃砖上表面的反射光，光束Ⅱ、Ⅲ为复色光先在玻璃上表面折射，再在玻璃砖下表面反射，然后再在玻璃砖上表面折射出去的光线，因而选项A正确；玻璃砖对光束Ⅱ的折射率大于玻璃砖对光束Ⅲ的折射率，选项B错误；改变α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，选项C正确；光束Ⅱ的波长较短，因而形成的干涉条纹较窄，选项D错误；