高考物理二轮总复习专题能力训练17机械振动与机械波光学

专题能力训练17机械振动与机械波光学(时间:45分钟满分:90分)1.(2021·全国卷Ⅱ)(1)(5分)如图,单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s,则该单色光在玻璃板内传播的速度为m/s;对于所有可能的入射角,该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是s≤t<s。(不考虑反射)

(2)(10分)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上,坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播,波速为v=20cm/s,波长大于20cm,振幅为y0=1cm,且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后每隔Δt=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0),质点A位于波峰。①从t1时刻开始,质点B最少要经过多长时间位于波峰?②求t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。2.(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。

A.在真空中传播的电磁波,当它的频率增加时,它的传播速度不变,波长变短B.、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的C.医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理D.车站、机场安全检查时,“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的E.电磁波中电场能量最大时,磁场能量为零;磁场能量最大时,电场能量为零(2)(10分)从坐标原点产生的简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,t=0时刻的波形图如图所示,此时波刚好传播到M点,x=1m处的质点P的位移为10cm,再经Δt=0.1s,质点P第一次回到平衡位置。①求波源的振动周期。②从t=0时刻起经多长时间位于x=81m处的质点N(图中未画出)第一次到达波峰位置?并求出在此过程中质点P运动的路程。3.(2020·全国卷Ⅲ)(1)(5分)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t=0和t=0.1s时的波形图。已知平衡位置在x=6m处的质点,在0到0.1s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(选填“正方向”或“负方向”)。

(2)(10分)如图所示,一折射率为3的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。4.(1)(多选)(5分)下图是一列简谐横波在t=0时刻的图像,经过Δt=1.2s时,恰好第三次出现图示的波形。根据以上信息,下面各项能确定的是。

A.波的传播速度的大小B.经过Δt=0.3s时间,质点P通过的路程C.t=0.6s时刻质点P的速度方向D.t=0.9s时刻的波形(2)(10分)右图为某种透明介质的截面图,△AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10cm的14圆弧,AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点,由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=233,n2①在水平屏幕MN上出现的亮斑是什么颜色?②求两个亮斑间的距离。5.(1)(多选)(5分)一列横波沿x轴传播,传播方向未知,t时刻与t+0.4s时刻波形相同,两时刻在x轴上3~3m的区间内的波形如图所示。下列说法正确的是。

A.该波最大速度为10m/sB.质点振动的最小频率为2.5HzC.在t+0.2s时刻,x=3m处的质点正在经过x轴D.若波沿x轴正方向传播,处在坐标原点处的质点会随波沿x轴正方向运动(2)(10分)如图所示,横截面为14圆周的柱状玻璃棱镜AOB,有一束单色光垂直于OA面C点经玻璃砖AB面折射后与OB延长线相交于P点,已知玻璃砖半径R=5cm,CO之间的距离d1=3cm,P到O的距离d2=14.5cm。取tan74°=3.5,sin37°=0.6,cos37°=0.①该玻璃砖的折射率;②该单色光向A平移距离OB至少多远时,它将不能从AB面直接折射出来。6.(2021·全国卷Ⅰ)(1)(5分)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线,经过0.3s后,其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于0.3s。若波是沿x轴正方向传播的,则该波的速度大小为m/s,周期为s;若波是沿x轴负方向传播的,该波的周期为s。

(2)(10分)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路,C、D两个大头针确定出射光路,O和O'分别是入射点和出射点,如图甲所示。测得玻璃砖厚度为h=15.0mm;A到过O点的法线OM的距离l1=10.0mm,M到玻璃砖的距离l2=20.0mm,O'到OM的距离为s=5.0mm。①求玻璃砖的折射率。②用另一块材料相同,但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验,玻璃砖的截面如图乙所示。光从上表面入射,入射角从0逐渐增大。达到45°时,玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。

专题能力训练17机械振动与机械波光学1.答案:(1)2×1085.0×101035×1010(2)①0.8s②0.5cm解析:(1)该单色光在玻璃板内传播的速度为v=cn=3×108该单色光垂直于玻璃板入射时,经过的路程最短,时间则最短,通过玻璃板所用时间tmin=dv=10×10-22×108s=5.0×1010s;该单色光近似平行于玻璃板入射时,光线在玻璃板内与法线夹角最大,光经过路程最长,时间最长,sinC0=1n,cosC0(2)①由题意,若Δt表示一个周期,则波长为0.6×20cm=12cm<20cm,与题目要求不符,所以该波的周期T=2Δt=1.2s,波长λ=vT=24cm,xAB=23λ故振动状态从A传到B需要t=23T的时间,故B最少经过t=23T=0②从t1时刻开始,质点A的振动方程为yA=y0cos2πTt,质点B的振动落后质点A23T时间,故yB=y0cos2πT×23T,即此时2.答案:(1)ABE(2)①1.2s②7.8s5.2m解析:(1)在真空中传播的电磁波,传播速度等于光速,当它的频率增加时,波长变短,选项A正确;、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的,选项B正确;医院中用于检查病情的“B超”是利用了超声波的反射原理,选项C错误;车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用X射线实现成像的,选项D错误;振荡电场和磁场向外传播,形成电磁波,所以电磁波中电场能量最大时,磁场能量为零;磁场能量最大时,电场能量为零,选项E正确。(2)①波在0.1s内传播了1m,波速v=ΔxΔ由题图可知该波的波长λ=12m故波源的振动周期为T=λv=1.②t=0时刻,坐标原点左侧第一个波峰位于x0=3m处,设经时间t,N点第一次到达波峰位置,则t=|x-x0|v=7.8s=6在此过程中质点P运动的路程为s=6.5×4A=6.5×4×0.2m=5.2m。3.答案:(1)0.410负方向(2)2解析:(1)本题以波的图像为背景,意在考查机械波传播规律。由题意可得,x=6m处的质点,在0到0.1s时间内沿y轴负方向运动,根据“微平移法”,这列波沿x轴负方向传播;0到0.1s这段时间,x=6m处的质点运动了一个振幅,0.1s是四分之一个周期,这列波的周期为0.4s;由题图可得这列波的波长为4m,所以波速为v=λT=甲(2)本题以三棱镜为背景,意在考查光的折射定律、全反射等知识。如图甲所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有sinθ1=nsinθ2 ①设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',由几何关系θ'=30°+θ2 ②由①②式并代入题给数据得θ2=30°③nsinθ'>1 ④所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。乙设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图乙所示。由几何关系θ″=90°θ2 ⑤由③⑤式和已知条件可知nsinθ″>1 ⑥即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得lCF=lACsin30°⑦AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值为lAClCF4.答案:(1)ABD(2)①在AM处出现的亮斑是红色,在AN处出现的亮斑是红色与紫色的混合色②(52+10)cm解析:(1)经过Δt=1.2s时恰好第三次出现题图所示的波形,则该波的周期为0.6s,由题图可知波长为8m,可求得波速为403m/s,选项A正确;经过0.3s,即半个周期,质点P运动的路程为振幅的2倍,为20cm,选项B正确;由于波的传播方向未知,故无法确定0.6s时质点P的振动方向,选项C错误;经过0.(2)①设红光和紫光的临界角分别为C1、C2。由sinC1=1n1=32,得C1=60°;同理,C2=45°,且i=45°=C2<C1,所以紫光在AB面发生全反射,而红光在AB面一部分折射,一部分反射,由几何关系可知,反射光线与AC垂直,所以在AM处产生的亮斑P1为红色,在②如图所示,设折射角为r,由折射定律得n1=sin解得sinr=6由几何关系可知tanr=R解得lAP1=52cm由几何关系可得△OAP2为等腰直角三角形,得lAP2=10cm所以lP1P2=(52+10)cm。5.答案:(1)BC(2)①1.33②3.75cm解析:(1)由题意知,波长为4m,而最大周期为0.4s,因此最小速度为10m/s,选项A错误;最小频率为2.5Hz,选项B正确;通过平衡位置的质点,经半个周期一定又通过平衡位置,而最大周期为0.4s,因此0.2s一定是半周期的整数倍,选项C正确;无论波向哪个方向传播,坐标原点处的质点不会随波迁移,只能在平衡位置附近往复运动,选项D错误。(2)①由光路图可知sinr=d1R=0.6,∠ODE=53°lEP=d2Rsin∠ODE=10.5cmtan∠EDP=lEPd1=故∠EDP=74°i=180°∠ODE∠EDP=53°n=sinisinr=②设单色光入射点到OB距离为dd=RsinCsinC=1解得d=3.75cm。6.答案:(1)0.50.41.2(2)①2②15°解析:(1)若波沿x轴正方向传播且该波周期大于0.3s,则该波0.