【高考复习指导】2022届高三物理二轮复习限时规范训练-专题十五-振动和波-光

专题十五振动和波光限时规范训练[单独成册](时间：45分钟)1．(2021·高考重庆卷)(1)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透亮     玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示．M、N、P、Q点的颜色分别为()A．紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红(2)下图为一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的波形图，质点P的振动周期为0.4s．求该波的波速并推断P点此时的振动方向．解析：(1)光在水珠中折射时，折射率越大，折射角越大，故选项A正确．(2)由题图知波的波长λ＝1.0m，又周期T＝0.4s则该波的波速v＝eq\f(λ,T)＝2.5m/s波向x轴正方向传播，依据靠近振源的质点带动后面的质点振动，可以推断P点沿y轴正方向振动．答案：(1)A(2)该波的波速：2.5m/sP点此时的振动方向：沿y轴正方向2.(2021·高考新课标全国卷Ⅱ)(1)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线．则________．A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若转变光束的入射方向使θ角渐渐变大，则折射光线a首先消逝E．分别用a、b光在同一个双缝干涉试验装置上做试验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距(2)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播，P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向)，P与O的距离为35cm，此距离介于一倍波长与二倍波长之间．已知波源自t＝0时由平衡位置开头向上振动，周期T＝1s，振幅A＝5cm.当波传到P点时，波源恰好处于波峰位置；此后再经过5s，平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置．求：①P、Q间的距离；②从t＝0开头到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程．解析：(1)通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项C错误．a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确．由n＝eq\f(c,v)知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确．入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消逝，选项D正确．做双缝干涉试验时，依据Δx＝eq\f(L,d)λ得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项E错误．(2)①由题意，O、P两点间的距离与波长λ之间满足OP＝eq\f(5,4)λ①波速v与波长的关系为v＝eq\f(λ,T)②在t＝5s的时间间隔内，波传播的路程为vt.由题意有vt＝PQ＋eq\f(λ,4)③式中，PQ为P、Q间的距离．由①②③式和题给数据，得PQ＝133cm④②Q处的质点第一次处于波峰位置时，波源运动的时间为t1＝t＋eq\f(5,4)T⑤波源从平衡位置开头运动，每经过eq\f(T,4)，波源运动的路程为A.由题给条件得t1＝25×eq\f(T,4)⑥故t1时间内，波源运动的路程为s＝25A＝125cm答案：(1)ABD(2)①133cm②125cm3．(2021·衡水中学高三调研)(1)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图1是波传播到x＝5m的M点的波形图，图2是质点N(x＝3m)从今时刻开头计时的振动图象，Q是位于x＝10m处的质点．下列说法正确的是________．A．这列波的波长是4mB．这列波的传播速度是1.25m/sC．M点以后的各质点开头振动时的方向都沿－y方向D．质点Q经过8s时，第一次到达波峰E．在0～16s内，质点Q经过的路程为11m(2)如图所示，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为eq\r(3)的透亮     半球体，O为球心，轴线OA垂直于光屏，O至光屏的距离OA＝eq\f(3\r(3),2)R.一细束单色光垂直射向半球体的平面，在平面的入射点为B，OB＝eq\f(1,2)R，求：①光线从透亮     半球体射出时，出射光线偏离原方向的角度．②光线在光屏形成的光斑到A点的距离．解析：(1)由题图知，该波的波长为4m，周期为4s，因此波速v＝eq\f(λ,T)＝1m/s，故A正确，B错误；由于波沿x正方向传播，由同侧法知M点的起振方向沿y轴的负方向，依据各质点的起振方向全都知，M点以后的各质点开头振动时的方向都沿y轴的负方向，C正确；质点Q第一次到达波峰所需的时间t＝eq\f(s,v)＝eq\f(10－2,1)s＝8s，D正确；由于经过5s，Q才开头振动，再经过11s，质点Q经过的路程为x＝eq\f(11s,T)·4A＝1.1m，E错误．(2)①如图所示，由折射定律，有n＝eq\f(sinθ,sini)＝eq\r(3)其中i＝30°解得θ＝60°所以出射光线偏离原方向α＝60°－30°＝30°②由几何学问，有CD＝R，OD＝eq\r(3)R所以AD＝eq\f(\r(3),2)R所以AE＝ADtanα＝eq\f(R,2)答案：(1)ACD(2)见解析4．(2022·陕西八校联考)(1)(多选)关于波的现象，下列说法正确的有________．A．当波从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化B．光波从空气中进入水中后，更简洁发生衍射C．波源沿直线匀速靠近一静止接收者，则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低D．不论机械波、电磁波，都满足v＝λf，式中三个参量依次为波速、波长、频率E．电磁波具有偏振现象(2)如图所示，AOB是由某种透亮     物质制成的eq\f(1,4)圆柱体横截面(O为圆心)，折射率为eq\r(2)，今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出，设凡射到OB面的光线全部被吸取，也不考虑OA面的反射，求圆柱体AB面上能射出光线的部分占AB表面的几分之几．解析：(1)波在传播过程中波速和波长会变化，始终不变的量是频率，A正确；光从空气中进入水中后，波长减小，更不简洁发生衍射，B错误；依据多普勒效应可知，当波源与观看者之间的相对距离减小，则接收到波信号的频率上升，C错误；公式v＝fλ适用任何波，D正确；电磁波是横波，横波具有偏振现象，E正确．(2)从O点射入的光线，折射角为γ，依据折射定律，有：n＝eq\f(sin45°,sinγ)，解得：γ＝30°设从某位置P点入射的光线，折射到AB弧面上的Q点时，在Q点的入射角恰等于临界角C，有：sinC＝eq\f(1,n)代入数据得：C＝45°△PQO中α＝180°－90°－C－γ＝15°所以能射出光线区域对应的圆心角β＝90°－α－γ＝45°能射出光线的部分占AB面的比例为eq\f(45°,90°)＝eq\f(1,2)答案：(1)ADE(2)见解析5．(1)如图所示，一个半径为R的eq\f(1,4)透亮     球体放置在水平面上，一束蓝光从A点沿水平方向射入球体后经B点射出，最终射到水平面上的C点．已知OA＝eq\f(R,2)，该球体对蓝光的折射率为eq\r(3).则它从球面射出时的出射角β＝________；若换用一束紫光同样从A点射向该球体，则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置________(选填“偏左”“偏右”或“不变”)．(2)如图所示是一列简谐横波上A、B两质点的振动图象，两质点平衡位置间的距离Δx＝4.0m，波长大于3.0m，求这列波的传播速度．解析：(1)依据OA＝eq\f(R,2)可知入射角为30°，由折射定律可得它从球面射出时的出射角β＝60°.若换用一束紫光同样从A点射向该球体，由于紫光的折射率大于蓝光的折射率，则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置偏左．(2)由振动图象可知，质点振动周期T＝0.4s①若该波从质点A传到质点B，取t＝0时刻分析，质点A经平衡位置向上振动，质点B处于波谷，则Δx＝nλ＋eq\f(1,4)λ(n＝0、1、2、3…)所以该波波长为λ＝eq\f(4Δx,4n＋1)＝eq\f(16,4n＋1)m(n＝0、1、2、3…)由于有λ＞3.0m的条件，所以取n＝0、1当n＝0时，λ1＝16m，波速v1＝eq\f(λ1,T)＝40m/s当n＝1时，λ2＝3.2m，波速v2＝eq\f(λ2,T)＝8.0m/s②若该波从质点B传到质点A，取t＝0时刻分析，质点A经平衡位置向上振动，质点B处于波谷，Δx＝nλ＋eq\f(3,4)λ(n＝0、1、2、3…)所以该波波长为λ＝eq\f(4Δx,4n＋3)＝eq\f(16,4n＋3)m(n＝0、1、2、3…)由于有λ＞3.0m的条件，所以取n＝0当n＝0时，λ3＝eq\f(16,3)m，波速v3＝eq\f(λ3,T)＝eq\f(40,3)m/s答案：(1)60°偏左(2)见解析6.(2021·高考山东卷)(1)(多选)如图，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动．以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0.1sin(2.5πt)m.t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t＝0.6s时，小球恰好与物块处于同一高度．取重力加速度的大小g＝10m/s2.以下推断正确的是________．A．h＝1.7mB．简谐运动的周期是0.8sC．0.6s内物块运动的路程为0.2mD．t＝0.4s时，物块与小球运动方向相反(2)半径为R、介质折射率为n的透亮     圆柱体，过其轴线OO′的截面如图所示．位于截面所在的平面内的一细束光线，以角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出．当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射．求A、B两点间的距离．解析：(1)由物块简谐运动的表达式y＝0.1sin(2.5πt)m知，ω＝2.5πrad/s，T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,2.5π)s＝0.8s，选项B正确；t＝0.6s时，y＝－0.1m，对小球：h＋|y|＝eq\f(1,2)gt2，解得h＝1.7m，选项A正确；物块0.6s内路程为0.3m，t＝0.4s时，物块经过平衡位置向下运动，与小球运动方向相同．故选项C、D错误．(2)当光线在O点的入射角为i0时，设折射角为r0，由折射定律得eq\f(sini0,sinr0)＝n①设A点与左端面的距离为dA，由几何关系得sinr0＝eq\f(R,\r(d\o\al(2,A)＋R2))②若折射光线恰好发生全反射，则在B点的入射角恰好为临界角C，设B点与左端面的距离为dB，由折射定律得sinC＝eq\f(1,n)③由几何关系得