2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專題七第2講振動和波動光作業(yè)含解析

PAGE9-第2講振動和波動光(45分鐘)[基礎(chǔ)題組專練]1．(2024·高考全國卷Ⅰ)(1)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)說明的有________。A．雷雨天看到閃后電，稍過一會兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生改變C．視察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低D．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同E．天文學(xué)上視察到雙星(相距較近、均繞它們連線上某點做圓周運動的兩顆恒星)光譜隨時間的周期性改變(2)一振動片以頻率f做簡諧振動時，固定在振動片上的兩根細桿同步周期性地觸動水面上a、b兩點，兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。c是水面上的一點，a、b、c間的距離均為l，如圖所示。已知除c點外，在ac連線上還有其他振幅極大的點，其中距c最近的點到c的距離為eq\f(3,8)l。求：①波的波長；②波的傳播速度。解析：(1)看到閃電后，過一會兒才能聽到雷聲，是光和聲音在空氣中傳播速度不同造成的，A錯誤；探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生改變，是由于血液發(fā)生流淌，探測器與血液的觀測點的距離發(fā)生改變引起的，可以用多普勒效應(yīng)說明，B正確；視察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲音調(diào)變低是由于列車與視察者的距離發(fā)生改變引起的，可以用多普勒效應(yīng)說明，C正確；聲波在空氣中和水中傳播速度不同，是由于進入不同介質(zhì)，波長發(fā)生改變引起的，D錯誤；視察者與雙星的距離發(fā)生改變，接收到的頻率發(fā)生改變，產(chǎn)生周期性改變的光譜，屬于多普勒效應(yīng)，E正確。(2)①如圖，設(shè)距c點最近的振幅極大的點為d點，a與d的距離為r1，b與d的距離為r2，d與c的距離為s，波長為λ，則r2－r1＝λ ①由幾何關(guān)系有r1＝l－s ②req\o\al(2,2)＝(r1sin60°)2＋(l－r1cos60°)2 ③聯(lián)立①③③式并代入題給數(shù)據(jù)得λ＝eq\f(1,4)l ④②波的頻率為f，設(shè)波的傳播速度為v，有v＝fλ ⑤聯(lián)立④⑤式得v＝eq\f(fl,4) ⑥答案：(1)BCE(2)①eq\f(1,4)l②eq\f(fl,4)2．(1)圖甲可以用來測定半圓柱形玻璃磚的折射率n，O是圓心，MN是法線；一束單色光線以入射角i＝30°由玻璃磚內(nèi)射向O點，折射角為γ，當入射角增大到也為γ時，恰好無光線從玻璃磚的上表面射出；讓該單色光分別通過寬度不同的單縫a、b后，得到如圖乙所示的衍射圖樣(光在真空中的傳播速度為c)，則________。A．此光在玻璃中的全反射的臨界角為60°B．玻璃磚的折射率n＝eq\r(2)C．此光在玻璃磚中的傳播速度為v＝eq\f(\r(2)c,2)D．單縫b寬度較大E．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波(2)簡諧橫波沿x軸傳播，MN是x軸上兩質(zhì)點，圖甲是質(zhì)點N的振動圖像，圖乙中實線是t＝3s時的波形，質(zhì)點M位于x＝8m處，虛線是經(jīng)過Δt后的波形，圖中兩波峰間距離Δx＝7.0m，求：①波速大小和方向；②時間Δt和從今刻算起M點的位移第一次到達2.5cm所需時間。解析：(1)依據(jù)折射定律有n＝eq\f(sinγ,sini)，由題知，玻璃磚的全反射臨界角等于γ，則有sinγ＝eq\f(1,n)，結(jié)合i＝30°，解得n＝eq\r(2)，γ＝45°，故A錯誤，B正確。光在玻璃磚中的傳播速度為v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c，故C正確。由題圖乙知，單色光通過單縫b后衍射現(xiàn)象較a不顯著，所以單縫b寬度較大，故D正確。偏振是橫波的特有現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故E錯誤。(2)①由題圖甲可知，簡諧運動的周期T＝6s，由圖乙可知，簡諧橫波的波長λ＝8m故波速v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,3)m/s由題圖甲可知，t＝3s時N點沿－y方向運動，所以簡諧橫波沿x軸負方向傳播。②由題意可知kλ＋Δx＝vΔt代入數(shù)據(jù)得Δt＝(6k＋5.25)s，其中k＝0，1，2，3，…由題圖乙可知，此刻M點正經(jīng)過平衡位置向上運動，所以振動方程為y＝Asineq\f(2π,T)teq\f(1,2)A＝Asineq\f(2π,T)Δt′eq\f(2π,T)Δt′＝eq\f(π,6)Δt′＝eq\f(T,12)＝0.5s。答案：(1)BCD(2)①eq\f(4,3)m/s沿x軸負方向②Δt＝(6k＋5.25)s，其中k＝0，1，2，3，…0.5s3．(2024·高考全國卷Ⅲ)(1)如圖，一列簡諧橫波平行于x軸傳播，圖中的實線和虛線分別為t＝0和t＝0.1s時的波形圖。已知平衡位置在x＝6m處的質(zhì)點，在0到0.1s時間內(nèi)運動方向不變。這列簡諧波的周期為________s，波速為________m/s，傳播方向沿x軸________(選填“正方向”或“負方向”)。(2)如圖，一折射率為eq\r(3)的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°。一束平行光平行于BC邊從AB邊射入棱鏡，不計光線在棱鏡內(nèi)的多次反射，求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值。解析：(1)依據(jù)x＝6m處的質(zhì)點在0到0.1s時間內(nèi)運動方向不變，可知波沿x軸負方向傳播，且eq\f(T,4)＝0.1s，得T＝0.4s，由題圖知波長λ＝4m，則波速v＝eq\f(λ,T)＝10m/s。(2)如圖(a)所示，設(shè)從D點入射的光經(jīng)折射后恰好射向C點，光在AB邊上的入射角為θ1，折射角為θ2，由折射定律有sinθ1＝nsinθ2①設(shè)從DB范圍入射的光折射后在BC邊上的入射角為θ′，由幾何關(guān)系得θ′＝30°＋θ2②由①②式并代入題給數(shù)據(jù)得θ2＝30°③nsinθ′＞1④所以，從DB范圍入射的光折射后在BC邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到AC邊，AC邊上全部有光射出。設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″，如圖(b)所示。由幾何關(guān)系得θ″＝90°－θ2⑤由③⑤式和已知條件可知nsinθ″＞1⑥即從AD范圍入射的光折射后在AC邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到BC邊上。設(shè)BC邊上有光線射出的部分為CF，由幾何關(guān)系得CF＝AC·sin30°⑦AC邊與BC邊有光出射區(qū)域的長度的比值為eq\f(AC,CF)＝2⑧答案：(1)0.410負方向(2)2[實力題組專練]4．(1)圖示為“用雙縫干涉測光的波長”的試驗裝置，從左到右依次放置①光源、②紅色濾光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏。下列說法正確的是________。A．③、④分別是雙縫、單縫B．減小雙縫之間的距離，可以增大相鄰暗條紋間的距離C．先放上單縫和雙縫，調(diào)整光源高度使光沿遮光筒軸線照在屏中心D．若雙縫的間距為d，④與光屏的間距為l，用測微目鏡測出6條紅色條紋間的距離為a，則該紅光的波長λ＝eq\f(ad,5l)E．假如把此裝置置于某液體中測量某單色光的波長，測得結(jié)果要比在真空中測得該光的波長短(2)在圖甲中，輕彈簧上端固定，下端系一質(zhì)量為m＝0.2kg的小球，現(xiàn)讓小球在豎直方向上做簡諧運動，小球從最高點釋放時起先計時，小球相對平衡位置的位移y隨時間t按正弦規(guī)律改變，如圖乙所示。取g＝10m/s2。①寫出小球相對平衡位置的位移y的表達式；②求0～9.2s內(nèi)小球的總路程L，并指出t＝9.2s時小球的位置。解析：(1)光源產(chǎn)生的光經(jīng)濾光片變成單色光，通過單縫成為線光源，經(jīng)過雙縫獲得相干波源，③、④分別是單縫、雙縫，A錯誤；由Δx＝eq\f(l,d)λ知，要增大相鄰暗條紋間的距離，可減小雙縫之間的距離d或增大雙縫到屏的距離l，B正確；先不放單縫和雙縫，調(diào)整光源高度使光沿遮光筒軸線照在屏中心，然后再放上單縫和雙縫，調(diào)整其位置使光屏上出現(xiàn)干涉條紋，C錯誤；相鄰兩條紅色條紋間的距離Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(a,5)，又Δx＝eq\f(l,d)λ，得該紅光的波長λ＝eq\f(ad,5l)，D正確；假如把此裝置置于某種液體中，由于液體的折射率大于1，所以結(jié)果將比在真空中測得該光的波長短，E正確。(2)①由題圖乙可知，周期T＝0.8s振幅A＝0.1m小球相對平衡位置的位移y＝Acoseq\f(2π,T)t即y＝0.1coseq\f(5,2)πtm。②n＝eq\f(Δt,T)＝11eq\f(1,2)0～9.2s內(nèi)小球的總路程L＝n·4解得L＝4.6mt＝9.2s時小球處于最低點。答案：(1)BDE(2)①y＝0.1coseq\f(5,2)πtm②4.6m小球處于最低點5．(2024·廣東佛山高三二模)(1)如圖所示，某種復(fù)合光經(jīng)過半圓形玻璃磚后分成a、b兩束，光束a與法線的夾角為60°，光束b與法線的夾角為45°，則玻璃對a、b兩種光的折射率之比na∶nb＝________；若復(fù)合光的入射角增大至37°，則a光束射出玻璃磚時與原法線的夾角為________；若用a、b兩束光照耀同一雙縫干涉裝置，測量a、b兩束光的相鄰亮條紋間距之比為Δxa∶Δxb，a、b兩束光的頻率之比fa∶fb＝________。(2)同一種勻稱介質(zhì)中沿x軸正方向傳播的簡諧橫波上有兩個質(zhì)點M和N，其平衡位置分別是xM＝10cm和xN＝22cm。t1＝14s時刻，M離開平衡位置的位移是2cm，N在波峰；t2＝16s時刻，質(zhì)點M第一次回到平衡位置；t3＝20s時刻，質(zhì)點N第一次回到平衡位置。求：①簡諧橫波的波長；②質(zhì)點M離開平衡位置的位移y與時刻t的關(guān)系式。解析：(1)依據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)可得na＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，nb＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)則na∶nb＝eq\r(3)∶eq\r(2)a光的臨界角為sinCa＝eq\f(1,na)＝eq\f(\r(3),3)＝0.577<sin37°＝0.6，可知若復(fù)合光的入射角增大至37°，則a光束已經(jīng)發(fā)生全反射，此時a光射出玻璃磚時與原法線的夾角為37°依據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ＝eq\f(l,d)·eq\f(c,f)∝eq\f(1,f)知fa∶fb＝Δxb∶Δxa。(2)①質(zhì)點N，t1＝14s時刻在波峰，t3＝20s時刻第一次回到平衡位置，經(jīng)過了四分之一個周期，設(shè)簡諧波的周期為T，則eq\f(T,4)＝t3－t1解得T＝24st2＝16s時刻，質(zhì)點M第一次回到平衡位置，t3＝20s時，質(zhì)點N第一次回到平衡位置，即波從M到N經(jīng)過的時間為t3－t2，設(shè)波速為v，則v＝eq\f(xN－xM,t3－t2)解得v＝3cm/s設(shè)簡諧橫波的波長為λ，則λ＝vT，解得λ＝72cm。②設(shè)質(zhì)點M振幅為A，初相位為φ，則質(zhì)點M離開平衡位置的位移y與時刻t的關(guān)系式是y＝Asin(eq\f(2π,T)t＋φ)將質(zhì)點M在t1＝14s時刻位移2cm，t2＝16s時刻質(zhì)點M第一次回到平衡位置，代入有2＝Asin(eq\f(2π,24)×14＋φ)0＝Asin(eq\f(2π,24)×16＋φ)解得A＝4cm，φ＝－eq\f(π,3)則y＝0(0≤t≤4s)y＝4sin(eq\f(π,12)t－eq\f(1,3)π)cm(t>4s)。答案：(1)eq\r(3)∶eq\r(2)37°Δxb∶Δxa(2)①72cm②y＝eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(0（0≤t≤4s）,4sin（\f(π,12)t－\f(1,3)π）cm（t>4s）))6．(2024·高考全國卷Ⅱ)(1)用一個擺長為80.0cm的單擺做試驗，要求搖擺的最大角度小于5°，則起先時將擺球拉離平衡位置的距離應(yīng)不超過________cm(保留一位小數(shù))。(提示：單擺被拉開小角度的狀況下，所求的距離約等于擺球沿圓弧移動的路程。)某同學(xué)想設(shè)計一個新單擺，要求新單擺搖擺10個周期的時間與原單擺搖擺11個周期的時間相等。新單擺的擺長應(yīng)當取為________cm。(2)直角棱鏡的折射率n＝1.5，其橫截面如圖所示，圖中∠C＝90°，∠A＝30°。截面內(nèi)一細束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。①光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射？說明理由；②不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。解析：(1)設(shè)擺球離平衡位置的最大距離為s，擺線長為l，s近似等于擺球沿圓弧的長度，由eq\f(s,l)＝eq\f(5°,360°)×2π，解得s＝7.0cm。設(shè)新單擺周期為T′，原單擺周期為T，則eq\f(T′,T)＝eq\f(2π\(zhòng)r(\f(l′,g)),2π\(zhòng)r(\f(l,g)))＝eq\r(\f(l′,l))＝eq\f(11,10)解得l′＝96.8cm。(2)①如圖，設(shè)光線在D點的入射角為i，折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點。設(shè)光線在E點的入射角為θ，由幾何關(guān)系，有θ＝90°－(30°－r)＞60° ①依據(jù)