（课标版）高考物理二轮复习 专题限时训练16 振动和波 光学（含解析）-人教版高三全册物理试题

专题限时训练16振动和波光学时间：45分钟1．(2019·全国卷Ⅰ)(1)(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝eq\f(T,2)时刻，该波的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点．图(b)表示介质中某质点的振动图象．下列说法正确的是__CDE__.A．质点Q的振动图象与图(b)相同B．在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的大C．在t＝0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图(b)所示E．在t＝0时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大解析：t＝eq\f(T,2)时刻，题图(b)表示介质中的某质点从平衡位置向下振动，而题图(a)中质点Q在t＝eq\f(T,2)时刻从平衡位置向上振动，平衡位置在坐标原点的质点从平衡位置向下振动，所以质点Q的振动图象与题图(b)不同，平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如题图(b)所示，选项A错误，D正确；在t＝0时刻，质点P处在波谷位置，速率为零，与其平衡位置的距离最大，加速度最大，而质点Q运动到平衡位置，速率最大，加速度为零，即在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的小，质点P的加速度比质点Q的大，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大，选项B错误，CE正确．(2)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m．距水面4m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°＝0.8)．已知水的折射率为eq\f(4,3).(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离；(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．答案：(ⅰ)7m(ⅱ)5.5m解析：(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有eq\f(x1,h1)＝tan53°①eq\f(x2,h2)＝tanθ②由折射定律有sin53°＝nsinθ③设桅杆到P点的水平距离为x，则x＝x1＋x2④联立①②③④式并代入题给数据得x＝7m⑤(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有sini′＝nsin45°⑥设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则x1′＋x2′＝x′＋x⑦eq\f(x1′,h1)＝tani′⑧eq\f(x2′,h2)＝tan45°⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x′＝(6eq\r(2)－3)m≈5.5m⑩2．(1)(多选)下列说法中正确的是(BCE)A．机械波在某种介质中传播，若波源的频率增大，其传播速度就一定增大B．肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是由光的干涉现象形成的C．在波的干涉中，振动加强点的位移不一定始终最大D．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均相同E．在双缝干涉实验中，其他条件不变，仅用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距解析：机械波的传播速度只与介质有关，与频率无关，所以A错误；肥皂泡呈现彩色条纹属于薄膜干涉，所以B正确；在波的干涉中，振动加强点的位移随时间变化，只是振幅最大，所以C正确；电磁波是横波，电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均垂直，所以D错误；因为红光波长比黄光长，干涉条纹的间距与波长成正比，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，所以E正确．(2)如图所示，直角边AC长度为d的直角棱镜ABC置于桌面上，D为斜边BC的中点，桌面上的S点发射一条光线经D点折射后，垂直于AB边射出．已知SC＝CD，光线通过棱镜的时间t＝eq\f(\r(3)d,2c)，c为真空中光速，不考虑反射光线．求：①棱镜的折射率n；②入射光线与界面BC间的夹角．答案：①eq\r(3)②30°解析：①光路图如图所示，E是光线在AB边的射出点，设光线通过棱镜的速度为v，则DE＝eq\f(1,2)d，vt＝eq\f(1,2)d，n＝eq\f(c,v)解得n＝eq\r(3)②光线射到界面BC，设入射角为i，折射角为r，则i＝eq\f(π,2)－θ，r＝eq\f(π,2)－2θn＝eq\f(sini,sinr)解得θ＝30°3．(1)(多选)下列说法中正确的是(ADE)A．遥控器发出的红外线脉冲信号可以用来遥控电视机、录像机和空调机B．观察者靠近振动频率一定的声源时，接收到声波的频率小于声源频率C．狭义相对论认为真空中光源的运动会影响光的传播速度D．光的偏振现象说明光是一种横波E．两列频率相同的机械波相遇时，在相遇区可能会出现稳定干涉现象解析：遥控器是利用其所发出的红外线脉冲信号来遥控电视机、录像机和空调机的，A正确；声源与观察者相互靠近时，观察者接收到声波的频率大于声源频率，B错误；狭义相对论的基本假设是：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是不变的；在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，C错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，D正确；只有频率相同的两列机械波相遇，才能出现稳定干涉现象，E正确．(2)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形图如图所示，从该时刻开始计时．①若质点P(坐标为x＝3.2m)经0.4s第一次回到平衡位置，求该机械波的波速和周期；②若质点Q(坐标为x＝5m)在0.5s内通过的路程为(10＋5eq\r(2))cm，求该机械波的波速和周期．答案：①8m/s1s②12m/seq\f(2,3)s解析：①由于波沿x轴正方向传播，当P点经0.4s第一次回到平衡位置，一定是x＝0m处质点的振动状态传播到P点，则该机械波波速为v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(3.2－0,0.4)m/s＝8m/s由波形图可知，波长λ＝8m则T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(8,8)s＝1s.②由波动图象可知，此时Q点的纵坐标为y＝－eq\f(5,2)eq\r(2)cm，当其通过的路程为(10＋5eq\r(2))cm时，一定是x＝－1m处质点的振动状态传播到Q点，则该机械波波速为v′＝eq\f(Δx′,Δt′)＝eq\f([5－－1],0.5)m/s＝12m/s则T′＝eq\f(λ,v′)＝eq\f(8,12)s＝eq\f(2,3)s.4．(1)(多选)波源O、A在t＝0时刻同时起振，形成的两列简谐横波分别沿x轴正、负方向传播，t＝0.1s时刻的波形图如图所示．下列判断正确的是(ADE)A．两列波的周期均为0.1sB．t＝0.1s时，x＝2m处质点在向y轴负方向振动C．O、A两波源的起振方向相同D．t＝0.15s时刻，x＝6m处的质点振动位移为0E．t＝0.15s后，x＝6m处的质点振幅为15cm(2)如图所示，置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体，容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源．靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源，开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分．将线光源沿容器底向望远镜一侧水平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端，再将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端．求此液体的折射率n.答案：1.25解析：如图所示，当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时，射到遮光板边缘O的那条光线的入射角最小．若线光源底端在A点时，通过望远镜刚好可以看到此光源底端，设过O点液面的法线为OO1，则∠AOO1＝α其中α为线光源发出的光从此液体射向空气的全反射临界角，有sinα＝eq\f(1,n)同理，若线光源顶端在B1点时，通过望远镜刚好可以看到此光源顶端，则∠B1OO1＝α设此时线光源底端位于B点，由图中几何关系可得sinα＝eq\f(\x\to(AB),\x\to(AB1))联立得n＝eq\f(\r(\o(\s\up7(),\s\do5(\x\to(AB)2＋\x\to(BB)\o\al(2,1)))),\x\to(AB))由题给条件可知，eq\x\to(AB)＝8.0cm，eq\x\to(BB1)＝6.0cm代入得n＝1.25.5．(2019·全国卷Ⅲ)(1)(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上．振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源．两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样．关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是__BDE__.A．不同质点的振幅都相同B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E．同一质点处，两列波的相位差不随时间变化解析：在波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差，A项错误；沿波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不都相同，C项错误．两波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与振源频率相同，周期均与振动片的周期相同，B、D项正确；同一质点到两波源的距离确定，故波程差恒定，即相位差保持不变，E正确．(2)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出．(ⅰ)求棱镜的折射率；(ⅱ)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出．求此时AB边上入射角的正弦．答案：(ⅰ)eq\r(3)(ⅱ)eq\f(\r(3)－\r(2),2)解析：(ⅰ)光路图及相关量如图所示光束在AB边上折射，由折射定律得eq\f(sini,sinα)＝n①式中n是棱镜的折射率