高考物理一轮复习 第十三章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论单元综合检测试题

第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论1.(12分)(1)一列简谐波在t=0.8s时的图象如图甲所示,其x=0处质点的振动图象如图乙所示,由图象可知下列说法正确的是BCE。(6分)

A.波沿x轴正方向传播B.波沿x轴负方向传播C.波速为5D.t=10s,x=4mE.t=10s,x=4m(2)如图所示,一平行的复色光束,由空气斜射入厚度为h的两面平行的玻璃板上表面,光束入射角为60°,折射角连续分布在30°至50°之间,光在空气中的速度为c。求:①光束中最先通过玻璃板的色光所用时间;(4分)②玻璃板对这种色光的折射率。(2分)【解析】(1)由振动图象知,x=0处的质点在t=0.8s向下振动,根据波的产生与传播特点可知,波向x轴的负方向传播,A项错误,B项正确;又由题图得波长λ=8m,周期T=1.6s,则波速v=T,x=4m处的质点到达负的最大位移处,即y=-0.05(2)①设某色光的折射角为θ,折射率为n,则n=光在玻璃中的速度v=t=解得t=当θ=45°时,通过玻璃板的时间最小tmin=②玻璃板对这种色光的折射率n=2.(12分)(1)做单摆实验时,某同学在处理数据的步骤中,L为摆长,以为纵坐标,以周期T为横坐标,作出如图所示的图象,已知该图线的斜率为k=0.500,则重力加速度为9.86m/s2(结果保留三位有效数字,π=3.14)。(6(2)如图所示,一束平行的光由真空垂直射向半圆形玻璃砖左侧面,该玻璃对光的折射率为,半圆形玻璃砖的半径为R,光在真空中的传播速度为c。①求光在玻璃砖中的传播速度;(3分)②为使射向半圆形玻璃砖左侧面的光不能从右侧的圆弧面射出,可在右侧的圆弧面贴上不透明的遮光纸。试求遮光纸的长度。(3分)【解析】(1)由单摆的周期公式知T=2π,将k=0.500代入知g=9.86m/s(2)①由折射率公式n=得光在玻璃砖中的传播速度为v=c②设光射到P点处恰好发生全反射(反射光线未画出),如图所示,设临界角为C,则sinC=,得C=60°在P点与Q点(图中未画出,Q点与P点关于O点对称)之间有光射出,故遮光纸的长度就是PQ之间的弧长L=R×3.(12分)(1)如图所示,一个质点在平衡位置O点附近做简谐运动,若从质点通过O点开始计时,经过1s质点第一次经过M点,再继续运动,又经过s质点第二次经过M点,则质点的振动周期为可能为

s或

s。(6分)

(2)如图所示是一透明的折射率为n=的圆柱体,其半径R=20cm,O点为圆心,AB为其中的一直径。今有一束平行光沿平行于AB方向射向圆柱体,已知真空中光速为c=3.0×10①求光在圆柱体中的传播速度;(2分)②假如在该平行光中有一光线经圆柱体折射后刚好到达B点,则该光线在圆柱体中的传播时间为多少。(4分)【解析】(1)如图,设a、b为振动过程中的最大位移处,若质点从O点向右到达M点所用时间为1s,从M点经b点回到M点所用时间为s。(2)①v=×108②假设沿PC的光线折射后经过B点,光路图如图所示。假设入射角为α,折射角为β,则由折射定律有n=由几何关系有α=2β解得α=60°,β=30°则BC=2Rcosβ=m所以t==2×10-9s4.(12分)(1)如图所示为双缝干涉实验装置,使用波长为600nm的橙光照射,在光屏中心P点呈现亮条纹,在P点上方的P1点到S1、S2的路程差恰为λ。现改用波长为400nm的紫光照射,则P点处为亮条纹,P1点处为暗条纹。(6分)

(2)如图所示是一列简谐横波在某时刻的波动图象,从该时刻开始,此波中d质点第一次到达波谷的时间比e质点第一次到达波谷的时间早0.10s。若b质点的平衡位置为x=m,求至少经过多长时间b质点经过平衡位置且向下运动以及b质点在这段时间内经过的路程。(6分)【解析】(1)P点到S1、S2的路程差为0,所以P点处为亮纹,而P1点到S1、S2的路程差为600nm,λ'=400nmΔx=600nm=λ',则P1点处为暗条纹。(2)d比e早到达波谷,则该时刻质点d向下振动,根据波的传播方向与质点振动方向的关系,可知此波沿x轴正方向传播。依题意知λ=4m,Δt=0.10s=T,则T=0.4可得v==10所求时间等于-1m处的质点振动状态传播到b质点所用的时间t=s由题意可知b质点的纵坐标为-cm则这段时间通过的路程s=2A+cm=12.55.(12分)(1)下列各项说法错误的是ABE。(6分)

A.检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象B.在光导纤维束内传送图像利用了光的色散现象C.遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长要大D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象E.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象(2)机械横波某时刻的波形图如图所示,波沿x轴正方向传播,质点P的横坐标x=0.32①若经过时间0.4s第一次出现相同波形图,求波速;(3分)②若P点经0.4s第一次达到正向最大位移,求波速。(3分)【解析】(1)用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的干涉现象,A项错误;在光导纤维束内传送图像利用了光的全反射现象,B项错误;遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长要大,C项正确;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,D项正确;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象,E项错误。(2)①依题意,周期T=0.4s波速v=m/s=2②波沿x轴正方向传播,Δx=0.32mP点经0.4s恰好第一次达到正向最大位移波速v=m/s=0.36.(12分)(1)如图所示,a、b为两束不同频率的单色光,以45°的入射角射到玻璃砖的上表面,直线OO'与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点,入射点A、B到N点的距离相等,经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点。下列说法正确的是BCE。(6分)

A.在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度B.在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度C.玻璃对a光的折射率小于玻璃对b光的折射率D.同时增大入射角,则b光在下表面先发生全反射E.通过玻璃砖后a、b光均沿原来的方向传播(2)如图所示,实线为一简谐波该时刻的波形图,虚线是该波经0.2s后的波形图。①若波向左传播,指出此时刻P点的振动方向并求出经0.2s后波传播的距离;(2分)②若波向右传播,求它的最大周期;(2分)③若波速是35m/s,求波的传播方向。(2【解析】(1)光在真空中传播速度均相等,A项错误;由图知,b光偏折的较大,所以b光的折射率较大、传播速度较小,B、C项正确;由折射定律可知,a、b光在下表面入射角均小于临界角,a、b光均能在下表面射出去,不能发生全反射,D项错误;光线通过平行玻璃砖后传播方向不会改变,而只发生侧移,故E项正确。(2)①若波向左传播,在图中实线波形图对应的时刻P点向上振动由图可知经0.2s后波传播的距离为x=(3+4n)m(n=0,1,2…)②若波向右传播,则实线波形图到虚线波形图所经过的时间t=+nT(n=0,1,2…)当n=0时周期有最大值Tmax=4t=0.8s③若波速为35m/s,则0.2s内波传播的距离为而λ=4m,故x=1λ7.(14分)(1)下列说法中正确的是BCE。(6分)

A.做简谐运动的质点,其振动能量与振幅无关B.泊松亮斑是光的衍射现象,玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源和观察者的运动无关D.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为使实验结果较为准确,应选用10E.各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样,为3.0×108(2)某实心玻璃管的截面图如图所示,玻璃管的长为L=40cm,宽为d=4cm,玻璃的折射率为n=。若光从玻璃管的左端正中心射入,【解析】(1)做简谐运动的质点,其振动能量与振幅有关,A项错误;泊松亮斑是光的衍射现象,玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象,B项正确;根据相对性原理,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源和观察者的运动无关,C项正确;在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为使实验结果较为准确,应选用约100cm长的细线和小铁球,D项错误;各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样,为3.0×10(2)根据题意分析可知,光在端面的入射角越大,折射角越大,光在玻璃管中反射的次数越多。端面的最大折射角对应于侧面的最小入射角,侧面入射角至少为临界角才可能发生全反射,即侧面入射角等于临界角时,对应的端面折射角最大,此时光在侧面发生全反射的次数最多。光在管侧发生全反射,临界角C满足sinC=,即C=60°则发生第一次反射前,光沿玻璃管中心前进的距离为s1=cm第二次反射.光沿玻璃管中心前进的距离为s2=dtanC=4此后每次反射光沿玻璃管中心前进的距离都为s2,因而光最多可以在管中反射的次数为N=+1联立求解取整数得N=68.(14分)(1)如图所示,一细束白光由空气斜射到横截面为矩形的玻璃砖abdc的ab边上(入射光的延长线沿Od方向),则关于入射光和折射光说法正确的是ADE。(6分)

A.不可能在ab界面发生全反射B.可能射到bd面,并在bd界面发生全反射C.一定能到达cd面,并可能在cd界面发生全反射D.一定能到达cd面并从cd射出,射出的各种色光一定互相平行E.光进入玻璃砖后的速度减小(2)如图所示,实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t=0和t'=0.06s时刻的波形图。已知在t=0时刻,x=1.5m处的质点向①判断该波的传播方向;(2分)②求该波的最小频率;(3分)③若3T<t'<4T,求该波的波速。(3分)【解析】(1)根据全反射的条件(光由光密介质进入光疏介质且入射角大于等于临界角),入射光不可能在ab界面发生全反射,A项正确;入射光进入玻璃砖后