2021高考物理二轮复习专题限时集训16 振动和波动　光与电磁波

1、PAGE 12 -专题限时集训(十六)(建议用时：40分钟)1.(2020烟台模拟)(1)如图所示，P、Q、M是均匀媒介中x轴上的三个质点，PQ、QM的距离分别为3 m、2 m，一列简谐横波沿x轴向右传播。在t0时刻，波传播到质点P处并且P开始向下振动，经t3 s，波刚好传到质点Q，而此时质点P恰好第一次到达最高点且离平衡位置10 cm处。下列说法正确的是()A该简谐波的波速为1 m/sB该简谐波的波长为12 mC当波传播到质点M时，质点P通过的路程为50 cmD当t5 s时，质点Q的加速度方向竖直向下E当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点(2)如图所示是一透明物体的横截面，横截面为等

2、腰直角三角形ABC，AB边长为a，底面AC镀有反射膜。今有一条光线垂直AB边从中点入射，进入透明物体后直接射到底面AC上，并恰好发生全反射，(已知光在真空中的传播速度为c)求：()透明物体的折射率和光在透明物体内的传播时间；()若光线从AB边中点沿平行于底面的方向射向透明物体，求光线最终离开透明物体时的出射角。解析(1)在t0时刻，波传播到质点P，经t3 s，波刚好传到质点Q，则veq f(x,t)eq f(3,3) m/s1 m/s，故A正确；在t0时刻，质点P开始向下振动，经t3 s，质点P恰好第一次到达最高点，则eq f(3,4)T3 s，T4 s，根据veq f(,T)，可得vT4 m

3、，故B错误；当波传播到质点M时，用时teq f(x,v)5 s，即eq f(5,4)T，质点P通过的路程为5A50 cm，故C正确；当t5 s时，质点Q已经振动了2 s，运动到了平衡位置，加速度为零，故D错误；质点M比质点Q晚运动了半个周期，当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点，故E正确。(2)()根据题意，光线射到AC面上时入射角度恰好为临界角C，由几何关系可知C45，根据sin Ceq f(1,n)可得neq f(1,sin C)eq r(2)由几何关系可知光在透明物体中的传播路径长为a，设光在介质中的传播速度为v，有veq f(c,n)，teq f(a,v)可得teq f(r(2

4、)a,c)。()设此时光在AB面的入射角为i，折射角为r，由题意可知，i45根据公式neq f(sin i,sin r)可得r30由几何关系可知60C45，光线在BC面发生全反射。设光线在AC面的入射角为i，折射角为r，根据几何关系，i15根据公式neq f(sin r,sin i)，解得rarcsin eq f(r(3)1,2)。答案(1)ACE(2)()eq r(2)eq f(r(2)a,c)()arcsin eq f(r(3)1,2)2(2020广州一模)(1)光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的_现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光的入射方向应该是_(填“从光密介质

5、到光疏介质”或“从光疏介质到光密介质”)，且入射角_临界角(填“”或“”)。(2)一简谐横波以4 m/s的波速沿水平绳向x轴正方向传播。已知t0时的波形如图所示，绳上两质点M、N的平衡位置相距eq f(3,4)波长。设向上为正，经时间t1(小于一个周期)，此时质点M向下运动，其位移仍为0.02 m。求：()该横波的周期；()t1时刻质点N的位移。解析(1)光纤通信中，是利用光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，使光线在纤维中发生全反射。(2)()由波形图象知，波长：4 m又波长、波速和周期关系为：veq f(,T)联立得该波的周期为：T1 s。()由已知条件知从t0时刻起，质点M做

6、简谐振动的位移表达式为：yM0.04sineq blc(rc)(avs4alco1(2teq f(,6)经时间t1(小于一个周期)，M点的位移仍为0.02 m，运动方向向下。可解得：t1eq f(1,3) s由于N点在M点右侧eq f(3,4)波长处，所以N点的振动滞后eq f(3,4)个周期，其振动方程为：yN0.04sineq blcrc(avs4alco1(eq f(2,T)eq blc(rc)(avs4alco1(teq f(3,4)T)eq f(,6)0.04sin2teq f(4,3)当t1eq f(1,3) s时，yN0.04sineq blc(rc)(avs4alco1(2eq

7、 f(1,3)eq f(4,3)0.02eq r(3) m。答案(1)全反射从光密介质到光疏介质(2)()1 s()0.02eq r(3) m3(2019届高三西安八校联考)(1)一列沿x轴正方向传播的简谐波，在t0时刻的波形图如图所示，已知这列波在P出现两次波峰的最短时间是0.4 s，根据以上可知：这列波的波速是_m/s；再经过_s质点R才能第一次到达波峰；这段时间里R通过的路程为_cm。(2)如图所示，一透明球体置于空气中，球半径R10 cm，折射率neq r(2)，MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5eq r(2) cm，CD为出射光

8、线。()补全光路并求出光从B点传到C点的时间；()求CD与MN所成的角。解析(1)依题，P点两次出现波峰的最短时间是0.4 s，所以这列波的周期T0.4 s。由波速公式得veq f(,T)eq f(4,0.4) m/s10 m/s由t0时刻到R第一次出现波峰，波移动的距离s7 m则teq f(s,v)eq f(7,10) s0.7 s在上述时间内，R实际振动时间t10.3 s因此R通过的路程为s3A6 cm。(2)()连接BC，光路图如图所示；在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，sin ieq f(5r(2),10)eq f(r(2),2)，所以i45由折射定律，在B点有neq f(si

9、n i,sin r)可得sin req f(1,2)故r30又eq xto(BC)2Rcos r，veq f(c,n)所以teq f(xto(BC),v)eq f(xto(BC)n,c)eq f(r(6),3)109 s。()由几何关系可知COP15，OCP135，所以30。答案(1)100.76(2)()光路图见解析eq f(r(6),3)109 s()304(2019福建漳州市第二次教学质量监测)(1)如图所示是某时刻两列简谐横波的波形图，波速大小均为10 m/s，一列波沿x轴正向传播(实线所示)；另一列波沿x轴负向传播(虚线所示)，则在x轴上质点a(x1 m)和b(x2 m)中，质点b为

10、振动_(选填“加强点”或“减弱点”)，从该时刻起经过0.3 s时，c质点坐标为_。(2)某透明介质的横截面如图所示，APE是半径为R的eq f(1,4)圆弧，OBDE为正方形，P点到AB面的距离Leq f(R,2)。现有一单色细光束沿PO方向射入透明介质，射到AB面时恰好发生全反射。光在真空中的速度为c，求：该光从透明介质BD面上的Q点射出时，折射角的正弦值；该光第一次从P点传播到Q点的时间t。解析(1)两列波长相同的波叠加，由题图图象知，b、d两点都是波峰与波谷相遇点，则b、d两点振动始终减弱，是振动减弱点；由题图图象可知，两列波的波长都为4 m，则周期Teq f(,v)eq f(4,10)

11、 s0.4 s，而t0.3 seq f(3,4)T，c点此时向上运动，经过eq f(3,4)T到达波谷，此时y方向的位移为y2A0.4 cm，故c点的坐标为(3 m，0.4 cm)。(2)该光在透明介质中传播的光路如图所示：设光射到AB面发生全反射的临界角为C，透明介质对该光的折射率为n，则有：sin Ceq f(1,n)又：sin(90C)eq f(L,R)，i90C由光的折射定律有：eq f(sin ,sin i)n联立解得：sin eq f(r(3),3)。该光第一次从P点传播到Q点的路程：xReq f(R,sin C)该光第一次从P点传播到Q点的时间：teq f(x,v)其中veq f

12、(c,n)解得：teq f(22r(3)R,3c)。答案(1)减弱点(3 m，0.4 cm)(2)eq f(r(3),3)eq f(22r(3)R,3c)5.(2018全国卷T34)(1)如图，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A30。一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60，则玻璃对红光的折射率为_。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。(2)一列简谐波在teq f(1,3) s时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求()波速及波的传播方向；()质点Q的平衡位置的x坐标。图(a)图

13、(b)解析根据题述和题图可知，折射角i60，入射角r30，由折射定律可得，玻璃对红光的折射率neq f(sin i,sin r)eq r(3)。若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60。(2)()由图(a)可以看出，该波的波长为36 cm由图(b)可以看出，周期为T2 s波速为veq f(,T)18 cm/s由图(b)知，当teq f(1,3) s时，Q点向上运动，结合图(a)可得，波沿x轴负方向传播。()设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.由图(a)知，x0处yeq f(A,2)Asin(30)，因此xPeq f(3

14、0,360)3 cm由图(b)知，在t0时Q点处于平衡位置，经teq f(1,3) s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及式有xQxPvt6 cm由式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ9 cm。答案(1)eq r(3)大于(2)()18 cm/s沿x轴负方向传播()9 cm6(2020全国卷T34)(1)(多选)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有_。A雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同E天文学上观察到双星(相距较近、均绕它

15、们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化(2)一振动片以频率f做简谐振动时，固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点，两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点，a、b、c间的距离均为l，如图所示。已知除c点外，在ac连线上还有其他振幅极大的点，其中距c最近的点到c的距离为eq f(3,8)l。求：()波的波长；()波的传播速度。解析(1)雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，这是光的速度比声波的速度大引起的，选项A错误；超声波被血管中血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化，是多普勒效应，选项B正确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音

16、调会变低，是多普勒效应，选项C正确；同一声源发出的声波，在空气和水中的传播速度不同，是声速与介质有关，不是多普勒效应，选项D错误；天文学上观察到双星光谱随时间的周期性变化是多普勒效应，选项E正确。 (2)()如图，设距c点最近的振幅极大的点为d点，a与d的距离为r1，b与d的距离为r2，d与c的距离为s，波长为。则r2r1由几何关系有r1lsreq oal(2,2)(r1sin 60)2(lr1cos 60)2联立式并代入题给数据得eq f(1,4)l。()波的频率为f，设波的传播速度为v，有vf联立式得veq f(fl,4)。答案(1)BCE(2)()eq f(1,4)l()eq f(fl,

17、4)7(2020全国卷T34)(1)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过_cm(保留1位小数)。(提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为_cm。(2)直角棱镜的折射率n1.5，其横截面如图所示，图中C90，A30。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。()光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；()不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的

18、入射光线夹角的正弦值。解析(1)由弧长公式可知lR，又结合题意所求的距离近似等于弧长，则deq f(5,360)280.0 cm6.98 cm，结合题中保留1位小数和摆动最大角度小于5可知不能填7.0，应填6.9；由单摆的周期公式T2eq r(f(l,g)可知，单摆的周期与摆长的平方根成正比，即Teq r(l)，又由题意可知旧单摆周期与新单摆周期的比为1011，则eq f(10,11)eq r(f(80.0 cm,l)，解得l96.8 cm。(2)()如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为，由几何关系，有90(30r)60根据题给数据得s

19、in sin 60eq f(1,n)即大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。()设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i，折射角为r，由几何关系、反射定律及折射定律，有i30i90sin insin rnsin isin r联立式并代入题给数据，得sin req f(2r(2)r(3),4)由几何关系，r即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。答案(1)6.996.8(2)()会发生全反射，理由见解析()eq f(2r(2)r(3),4)8(2020全国卷T34)(1)如图所示，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为t0和t0.1 s时的波形图。已知平衡位置在x6 m处的质点，在0到0.1 s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为_ s，波速为_ m/s，传播方向沿x轴_(填“正方向”或“负方向”)。(2)如图所示，一折射率为eq r(3)的材料制作的三