新高考物理二轮复习重难点专练重难点15 机械振动与机械波　光　电磁波（解析版）

重难点15机械振动与机械波光电磁波1.命题情境源自生产生活中的与机械振动与机械波、光、电磁波的相关的情境或科学探究情境，解题时能从具体情境中抽象出物理模型，正确应用相应知识点解决物理实际问题。2.机械振动与机械波的考查以图像为主，重点是简谐运动的特点、振动和波动图像、波的传播、波的叠加、波速的计算、波的多解问题以及用单摆测定重力加速度等。3.光的考查主要以光的折射定律、全反射、光的干涉和光的衍射和光的双缝干涉实验。（建议用时：30分钟）一、单题1．如图甲所示，质量为SKIPIF1<0的物体SKIPIF1<0放在水平面上，通过轻弹簧与质量为SKIPIF1<0的物体SKIPIF1<0连接，现在竖直方向给物体SKIPIF1<0一初速度，当物体SKIPIF1<0运动到最高点时，物体SKIPIF1<0与水平面间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，物体SKIPIF1<0的位移随时间的变化规律如图乙所示，已知重力加速度为SKIPIF1<0，则下列说法正确的是（

）

A．SKIPIF1<0时间内，物体SKIPIF1<0的速度与加速度方向相反B．物体SKIPIF1<0在任意一个SKIPIF1<0内通过的路程均为SKIPIF1<0C．物体SKIPIF1<0的振动方程为SKIPIF1<0D．物体SKIPIF1<0对水平面的最大压力为SKIPIF1<0【答案】D【解析】A.SKIPIF1<0的时间内，物体SKIPIF1<0由负的最大位移向平衡位置运动，回复力指向平衡位置，即物体SKIPIF1<0的速度与加速度方向均沿SKIPIF1<0轴正方向，故A错误；B.物体SKIPIF1<0由特殊位置（平衡位置或最大位移处）开始计时，在任意一个SKIPIF1<0内，质点通过的路程等于振幅的5倍，除此外在SKIPIF1<0的时间内通过的路程不等于振幅的5倍，故B错误；C.由图乙可知振幅为SKIPIF1<0周期为SKIPIF1<0角速度为SKIPIF1<0规定向上为正方向，SKIPIF1<0时刻位移为SKIPIF1<0，表示振子由平衡位置上方SKIPIF1<0处开始运动，所以初相为SKIPIF1<0则振子的振动方程为SKIPIF1<0单位错误，故C错误；D.由物体SKIPIF1<0在最高点时，物体SKIPIF1<0与水平面间的作用力刚好为零，此时弹簧的拉力为SKIPIF1<0对于物体SKIPIF1<0有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0当物体SKIPIF1<0运动到最低点时，物体SKIPIF1<0对水平面的压力最大，由简谐运动的对称性可知，物体SKIPIF1<0在最低点时加速度向上，且大小等于SKIPIF1<0，由牛顿第二定律得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由物体SKIPIF1<0的受力可知，物体SKIPIF1<0对水平面的最大压力为SKIPIF1<0故D正确。故选D。2．一个小物块拴在一个轻弹簧上，并将弹簧和小物块竖直悬挂处于静止状态，以此时小物块所处位置为坐标原点O，以竖直向下为正方向建立Ox轴，如图所示。先将小物块竖直向上托起使弹簧处于原长，然后将小物块由静止释放并开始计时，经过SKIPIF1<0，小物块向下运动20cm第一次到达最低点，已知小物块在竖直方向做简谐运动，重力加速度SKIPIF1<0，忽略小物块受到的阻力，下列说法正确的是（）

A．小物块的振动方程为SKIPIF1<0（国际单位）B．小物块的最大加速度为2gC．小物块的最大速度为SKIPIF1<0D．小物块在0～SKIPIF1<0的时间内所经过的路程为85cm【答案】D【解析】A．由对称性可知弹簧振子的振幅为SKIPIF1<0弹簧振子的振动周期为SKIPIF1<0则SKIPIF1<0小物块运动的初始位置为负的最大位移处，所以小物块的振动方程为SKIPIF1<0选项A错误；B．根据简谐运动的对称性，小物块在最高点和最低点时的加速度最大，根据牛顿第二定律可得小物块最大加速度为g，B错误；C．小物块在平衡位置时的速度最大，若仅有重力势能和动能的的转化，有SKIPIF1<0解得速度SKIPIF1<0由于弹簧有弹性势能，所以最大速度不是SKIPIF1<0，选项C错误；D．SKIPIF1<0s为2SKIPIF1<0个周期，根据SKIPIF1<0可得小物块SKIPIF1<0个周期的位移SKIPIF1<0所以SKIPIF1<0s的时间内小物块走的总路程为SKIPIF1<0选项D正确。故选D。3．如图所示，两个摆长均为L的单摆，摆球A、B质量分别为m1、m2，悬点均为O。在O点正下方0.19L处固定一小钉。初始时刻B静止于最低点，其摆线紧贴小钉右侧，A从图示位置由静止释放（θ足够小），在最低点与B发生弹性正碰。两摆在整个运动过程中均满足简谐运动条件，悬线始终保持绷紧状态且长度不变，摆球可视为质点，不计碰撞时间及空气阻力，重力加速度为g。下列选项正确的是（）

A．若m1=m2，则A、B在摆动过程中最大振幅之比为9:10B．若m1=m2，则每经过SKIPIF1<0时间A回到最高点C．若m1>m2，则A与B第二次碰撞不在最低点D．若m1<m2，则A与B第二次碰撞必在最低点【答案】D【解析】A．若m1=m2，则两球碰撞后交换速度，所以A、B在摆动过程中最大振幅相等，选项A错误；B．若m1=m2，两球的振动完全一样，所以每经过SKIPIF1<0时间A回到最高点，选项B错误；C．摆长为L的周期为SKIPIF1<0摆长为0.81L的周期为SKIPIF1<0若m1>m2，则碰后A球向右运动，摆长变为0.81L，B球摆回最低点后向左运动时，摆长为0.81L，所以两摆的周期均为SKIPIF1<0即第一次在最低点碰撞后，经过一个周期发生第二次碰撞，位置仍然在最低点，选项C错误；D．若m1<m2，则A与B碰后，A反弹，两球的摆长一样，周期一样，所以各经过半个周期后，在最低点发生第二次碰撞，选项D正确。故选D。4．一列简谐横波沿x轴传播，图甲是t＝1.0s时的波形图，图乙是x＝3.0m处质点的振动图像，已知a质点在x轴上的平衡位置为SKIPIF1<0，则下列说法正确的是（）A．波沿x轴正方向传播B．波的传播速度为0.5m/sC．从t＝1.0s到t＝1.5s质点a的路程为10cmD．t＝1.5s时，a质点的速度方向沿y轴负方向【答案】D【解析】A．由图乙可知，t＝1.0s时x＝3.0m处的质点速度方向沿y轴正方向，根据同侧法可知，甲图中波沿x轴负方向传播，故A错误；B．由甲图知，波长为SKIPIF1<0由乙图知，周期为SKIPIF1<0则波速为SKIPIF1<0故B错误；C．质点a位于0.5m处，由甲图可知，在t＝1.0s时a不在平衡位置，也不在最大位移处，而从t＝1.0s到t＝1.5s质点a所经历的时间为SKIPIF1<0因此质点a通过的路程不是一个振幅A，即不等于10cm，故C错误；D．由C项分析可知，经SKIPIF1<0，t＝1.5s时a质点正沿y轴向下振动，因此其速度方向沿y轴负方向，故D正确；故选D。5．一列简谐横波沿x轴传播，SKIPIF1<0时刻的波形如图所示，此时质点A经过x轴沿y轴负方向运动，质点B的位移SKIPIF1<0，从SKIPIF1<0时刻起，经过5.5s质点A恰好第三次到达波峰。则（）A．该波沿x轴正方向传播B．该波的传播速度为2m/sC．从SKIPIF1<0时刻起，经过SKIPIF1<0质点B第一次经过平衡位置D．质点A和质点B不可能在某一时刻速度相同【答案】B【解析】A．SKIPIF1<0时刻质点A向下运动，根据波的振动方向与传播方向的关系可知，该波沿x轴负方向传播，故A错误；B．t=0时刻质点A向下运动，且经过SKIPIF1<0第三次到达波峰，故SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由波的图像可知波长SKIPIF1<0故波速SKIPIF1<0故B正确；C．质点B的振动方程SKIPIF1<0SKIPIF1<0时刻，SKIPIF1<0，且质点B向下振动，故SKIPIF1<0要使SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故C错误；D．机械波上任意两个水平位置之差不是波长整数倍的质点（SKIPIF1<0）的速度方程可以分别表示为SKIPIF1<0SKIPIF1<0则其速度相同时有SKIPIF1<0可化简为SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故机械波上任意两个质点都有可能在某一时刻速度（包括速度为零）相同，故D错误。故选B。二、多选题6．如图所示，SKIPIF1<0是某三棱镜的横截面，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，直角边SKIPIF1<0，一平行于SKIPIF1<0的单色光从斜边上的D点射入棱镜，经棱镜两次折射后，从SKIPIF1<0边的中点E射出，出射光线与SKIPIF1<0边的夹角SKIPIF1<0。已知该单色光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（

）A．D点到A点的距离为LB．单色光在D点的折射角SKIPIF1<0C．三棱镜对该单色光的折射率为SKIPIF1<0D．该单色光从D点传播到E点的时间为SKIPIF1<0【答案】ABD【解析】ABC．作出光路图如图所示入射光平行于SKIPIF1<0边，因此入射角SKIPIF1<0，在SKIPIF1<0边上，折射角SKIPIF1<0由几何关系知，在棱镜内两折射角的角度关系为SKIPIF1<0根据折射定律有SKIPIF1<0联立解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0由几何关系可知，三角形SKIPIF1<0是等边三角形，则SKIPIF1<0故AB正确，C错误；D．光在三棱镜中的传播速度SKIPIF1<0求得SKIPIF1<0根据几何关系有SKIPIF1<0该单色光从D点传播到E点的时间SKIPIF1<0故D正确。故选ABD。7．圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图，A为半圆形玻璃砖截面上的一点，某时刻，一束单色光从A点垂直于半圆形玻璃砖平面入射，光线第一次射到玻璃砖圆表面时恰好发生全反射。现使该束单色光以60°的入射角从A点射入玻璃砖，则光线经过两次折射后从玻璃砖圆表面射出，射出的光线相对于最初射入的光线发生了侧移，但其传播方向未变。则（）A．该玻璃的折射率为SKIPIF1<0 B．该玻璃的折射率为SKIPIF1<0C．光线侧移的距离为SKIPIF1<0 D．光线侧移的距离为SKIPIF1<0【答案】AC【解析】AB．设SKIPIF1<0，当单色光从A点垂直SKIPIF1<0射入玻璃砖时，光在玻璃砖圆表面的入射角等于临界角，根据折射定律有SKIPIF1<0光从A点以60°的入射角射入玻璃，其光路图如图所示根据题意可知SKIPIF1<0，根据折射定律有SKIPIF1<0联立解得该玻璃的折射率SKIPIF1<0故A正确，B错误；CD．由上分析可得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0故SKIPIF1<0所以光线侧移的距离SKIPIF1<0SKIPIF1<0故C正确，D错误。故选AC。8．图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电路如图乙，则下列有关说法正确的是（）A．t1时刻电容器间的电场强度为最小值B．t1~t2时间内，电容器处于充电过程C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变小D．从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈【答案】ABC【解析】A．SKIPIF1<0时刻电流最大，线圈中磁场能最大，电容器中电场能最小，电容器间的电场强度为最小值，故A正确；B．SKIPIF1<0时间内，电流逐渐减小，线圈中磁场能减小，电容器中电场能增大，电容器处于充电过程，故B正确；C．当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据SKIPIF1<0可知周期变大，频率变小，故C正确；D．从图乙波形可知周期越来越小，频率越来越大，汽车正远离地感线圈，故D错误。故选ABC。一、对简谐运动的理解受力特点回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反运动特点靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量振幅越大，能量越大．在运动过程中，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒周期性做简谐运动的物体的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为eq\f(T,2)对称性(1)如图所示，做简谐运动的物体经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等(2)物体由P到O所用的时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′(3)物体往复过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO(4)相隔eq\f(T,2)或eq\f(2n＋1T,2)(n为正整数)的两个时刻，物体位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等，方向相反二、振动图像和波的图像的比较比较项目振动图像波的图像研究对象一个质点波传播方向上的所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点在空间分布的规律图像横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动方向的判断(看下一时刻的位移)(同侧法)Δt后的图形随时间推移，图像延伸，但已有形状不变随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化联系(1)纵坐标均表示质点的位移(2)纵坐标的最大值均表示振幅(3)波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动三、光的折射1．对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小．②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折四、全反射1．光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是光疏介质2.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏