高考物理二輪總復(fù)習(xí)專題能力訓(xùn)練17機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光學(xué)

專題能力訓(xùn)練17機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光學(xué)(時(shí)間:45分鐘滿分:90分)1.(2021·全國(guó)卷Ⅱ)(1)(5分)如圖,單色光從折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為3.0×108m/s,則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為m/s;對(duì)于所有可能的入射角,該單色光通過玻璃板所用時(shí)間t的取值范圍是s≤t<s。(不考慮反射)

(2)(10分)均勻介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)A、B的平衡位置位于x軸上,坐標(biāo)分別為0和xB=16cm。某簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,波速為v=20cm/s,波長(zhǎng)大于20cm,振幅為y0=1cm,且傳播時(shí)無衰減。t=0時(shí)刻A、B偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同,運(yùn)動(dòng)方向相反,此后每隔Δt=0.6s兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1時(shí)刻(t1>0),質(zhì)點(diǎn)A位于波峰。①?gòu)膖1時(shí)刻開始,質(zhì)點(diǎn)B最少要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間位于波峰?②求t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)B偏離平衡位置的位移。2.(1)(多選)(5分)下列說法正確的是。

A.在真空中傳播的電磁波,當(dāng)它的頻率增加時(shí),它的傳播速度不變,波長(zhǎng)變短B.、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理D.車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí),“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實(shí)現(xiàn)成像的E.電磁波中電場(chǎng)能量最大時(shí),磁場(chǎng)能量為零;磁場(chǎng)能量最大時(shí),電場(chǎng)能量為零(2)(10分)從坐標(biāo)原點(diǎn)產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播,t=0時(shí)刻的波形圖如圖所示,此時(shí)波剛好傳播到M點(diǎn),x=1m處的質(zhì)點(diǎn)P的位移為10cm,再經(jīng)Δt=0.1s,質(zhì)點(diǎn)P第一次回到平衡位置。①求波源的振動(dòng)周期。②從t=0時(shí)刻起經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間位于x=81m處的質(zhì)點(diǎn)N(圖中未畫出)第一次到達(dá)波峰位置?并求出在此過程中質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程。3.(2020·全國(guó)卷Ⅲ)(1)(5分)如圖所示,一列簡(jiǎn)諧橫波平行于x軸傳播,圖中的實(shí)線和虛線分別為t=0和t=0.1s時(shí)的波形圖。已知平衡位置在x=6m處的質(zhì)點(diǎn),在0到0.1s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變。這列簡(jiǎn)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(fù)方向”)。

(2)(10分)如圖所示,一折射率為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(jì)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(zhǎng)度的比值。4.(1)(多選)(5分)下圖是一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的圖像,經(jīng)過Δt=1.2s時(shí),恰好第三次出現(xiàn)圖示的波形。根據(jù)以上信息,下面各項(xiàng)能確定的是。

A.波的傳播速度的大小B.經(jīng)過Δt=0.3s時(shí)間,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程C.t=0.6s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P的速度方向D.t=0.9s時(shí)刻的波形(2)(10分)右圖為某種透明介質(zhì)的截面圖,△AOC為等腰直角三角形,BC為半徑R=10cm的14圓弧,AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點(diǎn),由紅光和紫光兩種單色光組成的復(fù)色光射向圓心O,在AB分界面上的入射角i=45°,結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個(gè)亮斑。已知該介質(zhì)對(duì)紅光和紫光的折射率分別為n1=233,n2①在水平屏幕MN上出現(xiàn)的亮斑是什么顏色?②求兩個(gè)亮斑間的距離。5.(1)(多選)(5分)一列橫波沿x軸傳播,傳播方向未知,t時(shí)刻與t+0.4s時(shí)刻波形相同,兩時(shí)刻在x軸上3~3m的區(qū)間內(nèi)的波形如圖所示。下列說法正確的是。

A.該波最大速度為10m/sB.質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最小頻率為2.5HzC.在t+0.2s時(shí)刻,x=3m處的質(zhì)點(diǎn)正在經(jīng)過x軸D.若波沿x軸正方向傳播,處在坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)會(huì)隨波沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)(2)(10分)如圖所示,橫截面為14圓周的柱狀玻璃棱鏡AOB,有一束單色光垂直于OA面C點(diǎn)經(jīng)玻璃磚AB面折射后與OB延長(zhǎng)線相交于P點(diǎn),已知玻璃磚半徑R=5cm,CO之間的距離d1=3cm,P到O的距離d2=14.5cm。取tan74°=3.5,sin37°=0.6,cos37°=0.①該玻璃磚的折射率;②該單色光向A平移距離OB至少多遠(yuǎn)時(shí),它將不能從AB面直接折射出來。6.(2021·全國(guó)卷Ⅰ)(1)(5分)圖中實(shí)線為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形曲線,經(jīng)過0.3s后,其波形曲線如圖中虛線所示。已知該波的周期T大于0.3s。若波是沿x軸正方向傳播的,則該波的速度大小為m/s,周期為s;若波是沿x軸負(fù)方向傳播的,該波的周期為s。

(2)(10分)用插針法測(cè)量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實(shí)驗(yàn)中用A、B兩個(gè)大頭針確定入射光路,C、D兩個(gè)大頭針確定出射光路,O和O'分別是入射點(diǎn)和出射點(diǎn),如圖甲所示。測(cè)得玻璃磚厚度為h=15.0mm;A到過O點(diǎn)的法線OM的距離l1=10.0mm,M到玻璃磚的距離l2=20.0mm,O'到OM的距離為s=5.0mm。①求玻璃磚的折射率。②用另一塊材料相同,但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實(shí)驗(yàn),玻璃磚的截面如圖乙所示。光從上表面入射,入射角從0逐漸增大。達(dá)到45°時(shí),玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角。

專題能力訓(xùn)練17機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光學(xué)1.答案:(1)2×1085.0×101035×1010(2)①0.8s②0.5cm解析:(1)該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為v=cn=3×108該單色光垂直于玻璃板入射時(shí),經(jīng)過的路程最短,時(shí)間則最短,通過玻璃板所用時(shí)間tmin=dv=10×10-22×108s=5.0×1010s;該單色光近似平行于玻璃板入射時(shí),光線在玻璃板內(nèi)與法線夾角最大,光經(jīng)過路程最長(zhǎng),時(shí)間最長(zhǎng),sinC0=1n,cosC0(2)①由題意,若Δt表示一個(gè)周期,則波長(zhǎng)為0.6×20cm=12cm<20cm,與題目要求不符,所以該波的周期T=2Δt=1.2s,波長(zhǎng)λ=vT=24cm,xAB=23λ故振動(dòng)狀態(tài)從A傳到B需要t=23T的時(shí)間,故B最少經(jīng)過t=23T=0②從t1時(shí)刻開始,質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)方程為yA=y0cos2πTt,質(zhì)點(diǎn)B的振動(dòng)落后質(zhì)點(diǎn)A23T時(shí)間,故yB=y0cos2πT×23T,即此時(shí)2.答案:(1)ABE(2)①1.2s②7.8s5.2m解析:(1)在真空中傳播的電磁波,傳播速度等于光速,當(dāng)它的頻率增加時(shí),波長(zhǎng)變短,選項(xiàng)A正確;、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的,選項(xiàng)B正確;醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了超聲波的反射原理,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實(shí)現(xiàn)成像的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;振蕩電場(chǎng)和磁場(chǎng)向外傳播,形成電磁波,所以電磁波中電場(chǎng)能量最大時(shí),磁場(chǎng)能量為零;磁場(chǎng)能量最大時(shí),電場(chǎng)能量為零,選項(xiàng)E正確。(2)①波在0.1s內(nèi)傳播了1m,波速v=ΔxΔ由題圖可知該波的波長(zhǎng)λ=12m故波源的振動(dòng)周期為T=λv=1.②t=0時(shí)刻,坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)第一個(gè)波峰位于x0=3m處,設(shè)經(jīng)時(shí)間t,N點(diǎn)第一次到達(dá)波峰位置,則t=|x-x0|v=7.8s=6在此過程中質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為s=6.5×4A=6.5×4×0.2m=5.2m。3.答案:(1)0.410負(fù)方向(2)2解析:(1)本題以波的圖像為背景,意在考查機(jī)械波傳播規(guī)律。由題意可得,x=6m處的質(zhì)點(diǎn),在0到0.1s時(shí)間內(nèi)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),根據(jù)“微平移法”,這列波沿x軸負(fù)方向傳播;0到0.1s這段時(shí)間,x=6m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了一個(gè)振幅,0.1s是四分之一個(gè)周期,這列波的周期為0.4s;由題圖可得這列波的波長(zhǎng)為4m,所以波速為v=λT=甲(2)本題以三棱鏡為背景,意在考查光的折射定律、全反射等知識(shí)。如圖甲所示,設(shè)從D點(diǎn)入射的光線經(jīng)折射后恰好射向C點(diǎn),光在AB邊上的入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律有sinθ1=nsinθ2 ①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θ'=30°+θ2 ②由①②式并代入題給數(shù)據(jù)得θ2=30°③nsinθ'>1 ④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。乙設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″,如圖乙所示。由幾何關(guān)系θ″=90°θ2 ⑤由③⑤式和已知條件可知nsinθ″>1 ⑥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lCF=lACsin30°⑦AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長(zhǎng)度的比值為lAClCF4.答案:(1)ABD(2)①在AM處出現(xiàn)的亮斑是紅色,在AN處出現(xiàn)的亮斑是紅色與紫色的混合色②(52+10)cm解析:(1)經(jīng)過Δt=1.2s時(shí)恰好第三次出現(xiàn)題圖所示的波形,則該波的周期為0.6s,由題圖可知波長(zhǎng)為8m,可求得波速為403m/s,選項(xiàng)A正確;經(jīng)過0.3s,即半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為振幅的2倍,為20cm,選項(xiàng)B正確;由于波的傳播方向未知,故無法確定0.6s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)方向,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;經(jīng)過0.(2)①設(shè)紅光和紫光的臨界角分別為C1、C2。由sinC1=1n1=32,得C1=60°;同理,C2=45°,且i=45°=C2<C1,所以紫光在AB面發(fā)生全反射,而紅光在AB面一部分折射,一部分反射,由幾何關(guān)系可知,反射光線與AC垂直,所以在AM處產(chǎn)生的亮斑P1為紅色,在②如圖所示,設(shè)折射角為r,由折射定律得n1=sin解得sinr=6由幾何關(guān)系可知tanr=R解得lAP1=52cm由幾何關(guān)系可得△OAP2為等腰直角三角形,得lAP2=10cm所以lP1P2=(52+10)cm。5.答案:(1)BC(2)①1.33②3.75cm解析:(1)由題意知,波長(zhǎng)為4m,而最大周期為0.4s,因此最小速度為10m/s,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;最小頻率為2.5Hz,選項(xiàng)B正確;通過平衡位置的質(zhì)點(diǎn),經(jīng)半個(gè)周期一定又通過平衡位置,而最大周期為0.4s,因此0.2s一定是半周期的整數(shù)倍,選項(xiàng)C正確;無論波向哪個(gè)方向傳播,坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)不會(huì)隨波遷移,只能在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(2)①由光路圖可知sinr=d1R=0.6,∠ODE=53°lEP=d2Rsin∠ODE=10.5cmtan∠EDP=lEPd1=故∠EDP=74°i=180°∠ODE∠EDP=53°n=sinisinr=②設(shè)單色光入射點(diǎn)到OB距離為dd=RsinCsinC=1解得d=3.75cm。6.答案:(1)0.50.41.2(2)①2②15°解析:(1)若波沿x軸正方向傳播且該波周期大于0.3s,則該波0.