2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)練14 第1部分 專題14 振動(dòng)和波動(dòng)、光及光的本性

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1、2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)練14 第1部分 專題14 振動(dòng)和波動(dòng)、光及光的本性 一、選擇題(本題共6小題，每小題5分．在每小題給出的選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求．全部選對(duì)的得5分，選對(duì)但不全的得3分，有錯(cuò)選的得0分) 1．(xx·浙江高考改編)以下說法正確的是(　　) A．真空中藍(lán)光的波長(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)短 B．天空中的彩虹是由光干涉形成的 C．光纖通信利用了光的全反射原理 D．機(jī)械波在不同介質(zhì)中傳播，波長(zhǎng)保持不變 2．(xx·四川高考改編)直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖14-11，a、b光相比(　　) 圖14

2、-11 A．玻璃對(duì)a光的折射率較大 B．玻璃對(duì)a光的臨界角較大 C．b光在玻璃中的傳播速度較小 D．b光在玻璃中的傳播時(shí)間較短 3.打磨某剖面如圖14-12所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ切磨在θ1<θ<θ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況)，則下列判斷正確的是(　　) 圖14-12 A．若θ>θ2，光線一定在OP邊發(fā)生全反射 B．若θ>θ2，光線會(huì)從OQ邊射出 C．若θ<θ1，光線不會(huì)從OP邊射出 D．若θ<θ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 4．(x

3、x·開封模擬)如圖14-13甲所示，O點(diǎn)為振源，OP＝s，t＝0時(shí)刻O點(diǎn)由平衡位置開始振動(dòng)，產(chǎn)生向右沿直線傳播的簡(jiǎn)諧橫波．圖14-13乙為從t＝0時(shí)刻開始描繪的質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖象．下列判斷中正確的是(　　) 圖14-13 A．該波的頻率為 B．這列波的波長(zhǎng)為 C．t＝0時(shí)刻，振源O振動(dòng)的方向沿y軸負(fù)方向 D．t＝t1時(shí)刻，P點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向 E．t＝t1時(shí)刻，O點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向 5．(xx·四川高考改編)平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波)，在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運(yùn)動(dòng)．測(cè)得兩小木塊每分鐘都上下30次．甲在波谷時(shí)，乙在波峰，且兩木塊之間有

4、一個(gè)波峰，這列水面波(　　) A．頻率是30 Hz B．波長(zhǎng)是3 m C．波速是1 m/s D．周期是2 s 6．(xx·海南高考)一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖14-14所示，質(zhì)點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m．已知任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s．下列說法正確的是(　　) 圖14-14 A．波速為4 m/s B．波的頻率為1.25 Hz C．x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t＝0.6 s時(shí)恰好位于波谷 D．x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t＝0.2 s時(shí)恰好位于波峰 E．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷 二、計(jì)算題(本題共6小題

5、，共計(jì)50分．解答過程要有必要的文字說明和解題步驟) 7．(8分)(xx·重慶高考)圖14-15為一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波某時(shí)刻的波形圖，質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)周期為0.4 s．求該波的波速并判斷P點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向． 圖14-15 8．(8分)(xx·全國(guó)卷Ⅱ)平衡位置位于原點(diǎn)O的波源發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播，P、Q為x軸上的兩個(gè)點(diǎn)(均位于x軸正向)，P與O的距離為35 cm，此距離介于一倍波長(zhǎng)與二倍波長(zhǎng)之間．已知波源自t＝0時(shí)由平衡位置開始向上振動(dòng)，周期T＝1 s．振幅A＝5 cm.當(dāng)波傳到P點(diǎn)時(shí)，波源恰好處于波峰位置；此后再經(jīng)過5 s，平衡位置在Q

6、處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置．求： (1)P、Q間的距離； (2)從t＝0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時(shí)，波源在振動(dòng)過程中通過的路程． 9．(8分)(xx·河南八市質(zhì)檢)波源S的振動(dòng)圖象如圖14-16甲所示，由此產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧波向右傳播，已知波上兩點(diǎn)S、P相距1.5 m，如圖乙所示，波速v＝6 m/s，求： 圖14-16 (1)作出t＝0.25 s時(shí)S、P間的波形圖； (2)在t＝0到t＝0.5 s內(nèi)，P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程． 10．(8分)(xx·江蘇高考)人造樹脂是常用的眼鏡鏡片材料．如圖14-17所示，光線射在一人造樹脂立方體上，經(jīng)折射

7、后，射在桌面上的P點(diǎn)．已知光線的入射角為30°，OA＝5 cm，AB＝20 cm，BP＝12 cm，求該人造樹脂材料的折射率n. 圖14-17 11．(8分)(xx·海南高考)一半徑為R的半圓柱形玻璃磚，橫截面如圖14-18所示．已知玻璃的全反射臨界角γ.與玻璃磚的底平面成角度、且與玻璃磚橫截面平行的平行光射到玻璃磚的半圓柱面上．經(jīng)柱面折射后，有部分光(包括與柱面相切的入射光)能直接從玻璃磚底面射出．若忽略經(jīng)半圓柱內(nèi)表面反射后射出的光．求底面透光部分的寬度． 圖14-18 12．(10分)如圖14-19所示，空氣中有一個(gè)橫截面為直角三角形的三棱鏡，其

8、中棱鏡的折射率為n＝，∠A＝90°，∠C＝60°.一極細(xì)光束沿平行于底面BC的方向入射到AB面上，經(jīng)AB面折射后進(jìn)入三棱鏡． 圖14-19 (1)如果光束從AB面上直接射到AC面上，問光束能否從AC面射出？說明原因． (2)如果光束從AB面上直接射到BC面上，問光束將從哪個(gè)面射出(只討論BC、AC兩個(gè)面)？射出的光束的折射角是多大？ 【詳解答案】 1．AC　紅光的頻率小于藍(lán)光的頻率，在真空中紅光和藍(lán)光的傳播速度相同，由λ＝，得紅光波長(zhǎng)比藍(lán)光波長(zhǎng)長(zhǎng)，故選項(xiàng)A正確；天空中的彩虹是水滴對(duì)不同色光的折射程度不同造成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光纖通信利用了光的全反射原理，選項(xiàng)

9、C正確；機(jī)械波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率不變，但傳播速度不同，由v＝λf知，波長(zhǎng)也不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 2. BC　由圖可知a、b兩入射光線的入射角i1＝i2，折射角r1＞r2，由折射率n＝知玻璃對(duì)b光的折射率較大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)玻璃對(duì)光的臨界角為C，sin C＝，a光的臨界角較大，故選項(xiàng)B正確；光在介質(zhì)中的傳播速度v＝，則a光的傳播速度較大，b光的傳播速度較小，故選項(xiàng)C正確；b光的傳播速度小，且通過的路程長(zhǎng)，故b光在玻璃中傳播的時(shí)間長(zhǎng)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 3．CD　題圖中，要使光線可在OP邊發(fā)生全反射，圖中光線在OP邊上的入射角大于90°－θ2.從OP邊上反射到OQ邊的光線，入射角大于9

10、0°－(180°－3θ1)＝3θ1－90°可使光線在OQ邊上發(fā)生全反射．若θ＞θ2，光線不能在OP邊上發(fā)生全反射；若θ＜θ1，光線在OP邊上發(fā)生全反射而不能在OQ邊上發(fā)生全反射，綜上所述，選項(xiàng)CD正確． 4．AB　結(jié)合題圖甲、乙可知，振動(dòng)從O傳到P，用時(shí)t1，傳播距離為s，故波速為v＝，波的周期為T＝t2－t1，故波的頻率f＝，波長(zhǎng)λ＝vT＝，A、B對(duì)；由題圖乙可知P點(diǎn)先沿y軸正向運(yùn)動(dòng)，故振源O在t＝0時(shí)刻沿y軸正向運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)；由題圖乙知，t1時(shí)刻P點(diǎn)振動(dòng)方向沿y軸正向，D錯(cuò)；因不知t1與周期T的倍數(shù)關(guān)系，故不能判斷t1時(shí)刻O點(diǎn)的振動(dòng)情況，E錯(cuò)． 5. CD　由題意知甲、乙兩小木塊間

11、的距離x＝3 m＝λ，故波長(zhǎng)λ＝2 m．又知兩小木塊都是每分鐘振動(dòng)30次，故周期T＝2 s，頻率f＝0.5 Hz，則波速v＝＝1 m/s.故選項(xiàng)C、D正確． 6．BDE　任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s，則T＝0.4 s，解得T＝0.8 s. 從圖象中可知λ＝4 m，所以波速為v＝＝＝5 m/s，故A錯(cuò)誤；根據(jù)公式f＝可得波的頻率為1.25 Hz，B正確；x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)距波源Δx＝3λ＋λ，此時(shí)在波谷位置經(jīng)t＝0.6 s即t＝T，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置，C錯(cuò)誤；x的坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)距波源Δx＝5λ＋，此時(shí)在平衡位置向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過t＝0.2 s即t＝T恰好位

12、于波峰，D正確；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)距P的距離Δx＝14 m即Δx＝3λ＋，此時(shí)坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷，E正確． 7．解析：由題圖知波的波長(zhǎng)λ＝1.0 m，又周期T＝0.4 s 則該波的波速v＝＝2.5 m/s 波向x軸正方向傳播，根據(jù)靠近振源的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，可以判斷P點(diǎn)沿y軸正方向振動(dòng)． 答案：該波的波速：2.5 m/s　P點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向：沿y軸正方向 8．解析：(1)由題意，O、P兩點(diǎn)間的距離與波長(zhǎng)λ之間滿足 OP＝λ① 波速v與波長(zhǎng)的關(guān)系為 v＝② 在t＝5 s的時(shí)間間隔內(nèi)，波傳播的路程為vt.由題意有vt＝PQ＋③ 式中，

13、PQ為P、Q間的距離．由①②③式和題給數(shù)據(jù)，得PQ＝133 cm. (2)Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置時(shí)，波源運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t1＝t＋T⑤ 波源從平衡位置開始運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過，波源運(yùn)動(dòng)的路程為A.由題給條件得 t1＝25×⑥ 故t1時(shí)間內(nèi)，波源運(yùn)動(dòng)的路程為 s＝25A＝125 cm.⑦ 答案：(1)133 cm　(2)125 cm 9．解析：由圖甲可知該波的周期T＝0.2 s 所以該波的波長(zhǎng)λ＝vT＝1.2 m 又＝1 波由S點(diǎn)傳到P點(diǎn)用時(shí)t1＝＝0.25 s 則當(dāng)t＝0.25 s時(shí)，P點(diǎn)開始振動(dòng)(向下振動(dòng))，SP間的波形圖如圖所示． 而在0～0.5 s內(nèi)P點(diǎn)振動(dòng)的

14、時(shí)間t2＝t－t1＝0.25 s 運(yùn)動(dòng)的路程為x＝×4A＝5A＝25 cm. 答案：(1)圖見解析 (2)25 cm 10．解析：設(shè)折射角為γ，由折射定律知：＝n 由幾何關(guān)系知：sin γ＝ 且OP＝ 代入數(shù)據(jù)得n＝≈1.5. 答案：(或n≈1.5) 11．解析：光路圖如圖所示，沿半徑方向射入玻璃磚的光線，即光線①射到MN上時(shí)，根據(jù)幾何知識(shí)，入射角恰好等于臨界角，即恰好在圓心O處發(fā)生全反射，光線①左側(cè)的光線，經(jīng)球面折射后，射到MN上的入射角一定大于臨界角，即在MN上發(fā)生全反射，不能射出，光線①右側(cè)的光線射到MN上的入射角小于臨界角，可以射出，如圖光線③與球面相切，入射角θ1＝

15、90°，折射角即為γ，從MN上垂直射出．根據(jù)幾何知識(shí)，底面透光部分的寬度OE＝Rsin γ. 答案：Rsin γ 12. 解析：(1)根據(jù)三角形內(nèi)角之和等于180°，可知∠B＝30° 如圖甲，由幾何關(guān)系可知，光束在AB面上的入射角i＝60°，設(shè)光束在AB面上的折射角為α，由折射定律可得：sin i＝nsin α，解得α＝30° 如果光束從AB面上折射后直接射到AC面上，由幾何知識(shí)可知：此光束在AC面上的入射角β＝90°－α＝60°，設(shè)光在三棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C＝＝，因?yàn)閟in 60°＝＞sin C，所以光束在AC面上發(fā)生全反射，不能從AC面射出． (2)如圖乙，如果光束從AB面上折射后直接射到BC面上，由于在BC面上入射角達(dá)到60°，大于臨界角C，將發(fā)生全反射，反射到AC面上．由幾何知識(shí)可得，在AC面上的入射角為0，即該光束垂直AC面射出，折射角為零．根據(jù)光路的可逆性，AC面的反射光束逆著入射光束，不會(huì)再從BC面射出． 答案：見解析