2020屆高考物理 精準(zhǔn)培優(yōu)專練二十三 機械振動與機械波 光（含解析）

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1、機械振動與機械波 光 一、選擇題，每題有3個選項正確。 1．如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖象，下列說法中正確的是(　　) A．甲、乙兩單擺的擺長相等 B．甲擺的振幅比乙擺大 C．甲擺的機械能比乙擺大 D．甲擺的周期比乙擺大 E．在t＝0.5 s時有正向最大加速度的是乙擺 2．如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(即做簡諧運動)時的位移隨時間變化的圖象，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動時的位移隨時間變化的圖象，則下列說法中正確的是(　　) A．由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4 s B．由圖乙可知彈簧振子的固有周期為8 s C．由圖乙可知外力的周期為8 s

2、 D．如果改變外力的周期，在接近4 s的附近該彈簧振子的振幅較大 E．如果改變外力的周期，在接近8 s的附近該彈簧振子的振幅較大 3．如圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，圖乙為介質(zhì)中x＝2 m處的質(zhì)點P以此時刻為計時起點的振動圖象。下列說法正確的是(　　) A．這列波的傳播方向是沿x軸正方向 B．這列波的傳播速度是20 m/s C．經(jīng)過0.15 s，質(zhì)點P沿x軸的正方向傳播了3 m D．經(jīng)過0.1 s，質(zhì)點Q的運動方向沿y軸正方向 E．經(jīng)過0.35 s質(zhì)點Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點P距平衡位置的距離 4．一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t＝0時刻的波形如圖所示，質(zhì)

3、點P的x坐標(biāo)為3 m．已知任意振動質(zhì)點連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時間間隔為0.4 s，下列說法正確的是(　　) A．波速為4 m/s B．波的頻率為1.25 Hz C．x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點在t＝0.6 s時恰好位于波谷 D．x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點在t＝0.2 s時恰好位于波峰 E．當(dāng)質(zhì)點P位于波峰時，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點恰好位于波谷 5．我國地震臺網(wǎng)正式測定：2017年10月19日09時15分在山西臨汾市襄汾縣（北緯35.95度，東經(jīng)111.54度）發(fā)生3.0級地震，震源深度5千米。地震波既有橫波，也有縱波，某監(jiān)測站截獲了一列沿x軸負方向傳播的地震橫波，在t s與（t＋0.2）s兩

4、個時刻x軸上－3 km～3 km區(qū)間內(nèi)的波形圖分別如圖中實線和虛線所示，則下列說法正確的是(　　) A．x =1.5 km處質(zhì)點離開平衡位置的最大距離是2A B．該地震波的最大周期為0.8 s C．該地震波最小波速為5 km/s D．從波源開始振動到波源遷移到地面最長需要經(jīng)過1 s時間 E．從t時刻開始計時，x＝2 km處的質(zhì)點比x＝1.5 km處的質(zhì)點先回到平衡 6．如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束藍光從空氣中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點。圖中O點為A、B連線與分界面的交點。下列說法正確的是(　　) A

5、．O1點在O點的右側(cè) B．藍光從空氣中射入水中時，速度變小 C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點正下方的C點 D．若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點 E．若藍光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過B點正上方的D點 7．彩虹是由陽光進入雨滴，先折射一次，然后在雨滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次形成的．形成示意圖如圖所示，一束白光L由左側(cè)射入雨滴，a、b是白光射入雨滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的其中兩條出射光(a、b是單色光)。下列關(guān)于a光與b光的說法中正確的是(　　) A．雨滴對a光的折射率大于對b光

6、的折射率 B．a(chǎn)光在雨滴中的傳播速度小于b光在雨滴中的傳播速度 C．用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實驗，a光條紋間距大于b光條紋間距 D．a(chǎn)光、b光在雨滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要長 E．若a光、b光在同一介質(zhì)中，以相同的入射角由介質(zhì)射向空氣，若b光能夠發(fā)生全反射，則a光也一定能夠發(fā)生全反射 8．列說法正確的是(　　) A．光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率無關(guān) B．雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的 C．楊氏雙縫干涉實驗中，當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時，紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍光干涉條紋的相鄰條紋間距小 D．光的偏振特征說明光是橫波

7、 E．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 二、解答題，按題目要求解答。計算題解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 9．在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖甲所示。 (1)以線狀白熾燈為光源，對實驗裝置進行了調(diào)節(jié)并觀察實驗現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點： A．燈絲和單縫及雙縫必須平行放置 B．干涉條紋與雙縫垂直 C．干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān) D．干涉條紋間距與光的波長有關(guān) 以上幾點中你認為正確的是________。 (2)當(dāng)測量頭中的分劃板中心刻線對齊某干涉條紋線時，手輪上的示

8、數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為________mm。 (3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示．則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時，測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。 10．一透明柱狀介質(zhì)，如圖所示，其橫截面為扇形AOC，O為圓心，半徑為R，圓心角為90°，AC關(guān)于OB對稱，一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì)，介質(zhì)折射率為，要使ABC面上沒有光線射出，至少在O點左側(cè)垂直O(jiān)B放置多高的遮光板？（不考慮ABC的反射） 11．一個三棱柱由某種透明材料制作而成，為測量此材料折射率，現(xiàn)將三棱柱置于坐

9、標(biāo)紙上，如圖三角形ABC為其橫截面，頂點坐標(biāo)為A(0，150 mm)、B(－200 mm，0)、C(200 mm，0)。在紙上a、b兩點插針，視線透過AC面觀察a、b的像，并先后插上c、d兩針使它們都擋住a、b的像。測得四針位置坐標(biāo)a(－350 mm，33 mm)、b(－250 mm，33 mm)、c(200 mm，99 mm)、d(300 mm，99 mm)。 (1)請確定經(jīng)過a、b的光線入射到BC面上時入射點的坐標(biāo)； (2)請計算此材料折射率。 12．如圖所示，t＝0時，位于原點O處的波源，從平衡位置(在x軸上)開始沿y軸正方向做周期T＝0.2

10、 s、振幅A＝4 cm的簡諧振動。該波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，當(dāng)平衡位置坐標(biāo)為(9 m，0)的質(zhì)點P剛開始振動時，波源剛好位于波谷。 (1)質(zhì)點P在開始振動后的Δt＝1.05 s內(nèi)通過的路程是多少？ (2)該簡諧波的最大波速是多少？ (3)若該簡諧波的波速為v＝12 m/s，質(zhì)點Q的平衡位置坐標(biāo)為(12 m，0)(圖中未畫出)。請寫出以t＝1.05 s時刻為新的計時起點的質(zhì)點Q的振動方程。 13．實線和虛線分別是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t1＝0和t2＝0.06 s時刻的波形圖。已知在t＝0時刻，x＝1.5 m處的質(zhì)點向y軸正方向運動． (1)判斷該

11、波的傳播方向； (2)求該波的最小頻率； (3)若3T＜0.06 s＜4T，求該波的波速大小。 答案 三、對點速練 一、選擇題，每題有3個選項正確。 1．【答案】ABE 【解析】可從題圖上看出甲擺振幅大，B正確；由題圖知兩擺周期相等，則擺長相等，因兩擺球質(zhì)量關(guān)系不明確，無法比較它們的機械能的大小，A正確，C、D錯誤；t＝0.5 s時乙擺球在負的最大位移處，故有正向最大加速度，E正確。 2．【答案】ACD 【解析】圖甲是彈簧振子自由振動時的圖象，由圖甲可知，其振動的固有周期為4 s，A正確，B錯誤；圖乙是彈簧振子在驅(qū)動力作用下的振動圖象，彈簧

12、振子的振動周期等于驅(qū)動力的周期，即8 s，C正確；當(dāng)固有周期與驅(qū)動力的周期相等時，其振幅最大，驅(qū)動力的周期越接近固有周期，彈簧振子的振幅越大，D正確，E錯誤。 3．【答案】ABE 【解析】由題中甲、乙兩圖可知，該波向x軸正方向傳播，A正確；由題圖甲知波長λ＝4 m，由題圖乙知周期T＝0.2 s，則波速v＝＝ m/s＝20 m/s，B正確；質(zhì)點不隨波遷移，只在其平衡位置附近振動，C錯誤；經(jīng)過0.1 s＝T，質(zhì)點Q的運動方向沿y軸負方向，D錯誤；經(jīng)過0.35 s＝1T，質(zhì)點P到達波峰，而質(zhì)點Q在波谷與平衡位置之間，故E正確。 4．【答案】BDE 【解析】任意振動質(zhì)點連續(xù)兩次通過平衡位置的時

13、間間隔為0.4 s，則T＝0.4 s，解得T＝0.8 s，f＝＝1.25 Hz，選項B正確；由題圖知：該波的波長λ＝4 m，波速v＝＝5 m/s，故選項A錯誤；畫出t＝0.6 s時的波形圖如圖所示，因15 m＝3λ＋λ，故x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點與x＝3 m處的質(zhì)點振動情況一樣，即在平衡位置向下振動，選項C錯誤；畫出t＝0.2 s 時的波形圖如圖所示，因22 m＝5λ＋λ，故x＝22 m處的質(zhì)點與x＝2 m處的質(zhì)點振動情況一樣，即在波峰位置，選項D正確；因質(zhì)點P與x＝17 m處質(zhì)點平衡位置間距離Δx＝14 m＝3λ＋λ，故兩質(zhì)點振動步調(diào)相反，選項E正確。 5．【答案】BCE 【解析

14、】各振動質(zhì)點離開平衡位置的最大距離等于振幅；由圖Δt = nT + T/4，Δx =（nλ+1）m，得T = 0.8/(4n+1) s（n = 0，1，2…），v =（5nλ+5）m/s（n = 0，1，2…）；波源不會遷移；t時刻，x＝2 km 處的質(zhì)點向下運動，回到平衡位置用時四分之一周期，x＝1.5 km處的質(zhì)點向上運動，回到平衡位置用時超過四分之一周期。 6．【答案】BCD 【解析】據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點應(yīng)在O點的左側(cè)，故A錯；光從光疏介質(zhì)(空氣)進入光密介質(zhì)(水)中時，速度變小，故B對；紫光的折射率大于藍光，所以折射角要

15、小于藍光的，則可能通過B 點正下方的C點，故C對；若是紅光，折射率小于藍光，折射角大于藍光的，則可能通過B點正上方的D點，故D對；若藍光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線不可能過B點正上方的D點，故E錯。 7．【答案】ABE 【解析】從光的折射光路可知，a光折射率大，即na＞nb，選項A對；根據(jù)n＝，折射率越大，在介質(zhì)中的傳播速度越小，即a光在雨滴中傳播速度小，選項B對；折射率越大，頻率越高，波長越短，即a光波長短，雙縫干涉實驗中，由Δx＝知波長越長條紋間距越寬，所以a光雙縫干涉條紋間距窄，選項C錯；光在兩種介質(zhì)表面發(fā)生折射時，頻率不變，從空氣進入雨滴，傳播速度變小，所以波長變小，選

16、項D錯；光線從介質(zhì)到空氣，發(fā)生全反射的臨界角sin C＝，即a光全反射的臨界角小，當(dāng)b光能夠發(fā)生全反射時，已經(jīng)超過了a光的臨界角，a光也一定能夠發(fā)生全反射，選項E對。 8．【答案】BDE 【解析】光的傳播速度由介質(zhì)的本身性質(zhì)與頻率共同決定，所以光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率有關(guān)，故A錯誤；油膜形成的彩色條紋，是由膜的前后表面反射光，進行光的疊加，形成的干涉條紋，故B正確； 根據(jù)光的干涉條紋間距公式Δx＝λ，因為紅光的波長比藍光的波長長，則紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍光干涉條紋的相鄰條紋間距大，故C錯誤；光的偏振振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯

17、的標(biāo)志，即光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波而不是縱波，故D正確；狹義相對論認為，在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的，故E正確。 二、解答題，按題目要求解答。計算題解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 9．【答案】(1)ACD　(2)0.702　(3)大于 【解析】(1)為使屏上的干涉條紋清晰，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行；由Δx＝λ可知，條紋的疏密程度與雙縫間距離d、光的波長λ、雙縫到屏的距離L有關(guān)，所以A、C、D選項正確，B選項錯誤． (2)固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動刻度讀數(shù)為20

18、.2，所以測量結(jié)果為0.5 mm＋20.2×0.01 mm ＝0.702 mm. (3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，由幾何知識可知測量頭的讀數(shù)大于條紋間的實際距離。 10．【解析】光線在OA面上的E點發(fā)生折射，入射角為45°，折射角為β 由，解得 折射光線射向球面AC，在D點恰好發(fā)生全反射，入射角為α，則 在三角形OED中，由正弦定理有 所以擋板高度 解得： 由對稱性可知擋板最小的高度為。 11．【解析】(1)根據(jù)題意做出光路如圖，設(shè)光路在D點的入射角、折射角為α1、α2，在F點的入射角、折射角為β1、β2，由折射定律有： 由幾何關(guān)系sinα1

19、 = sinβ2 = 0.8 α2 = β1 又因△ABC為等腰三角形且∠B =∠C，可知△BDE∽△CFE，根據(jù)D、F縱坐標(biāo)可得兩三角形長度比例為1 : 3，故BE = 100 mm，所以E點坐標(biāo)為(－100 mm，0)。 (2)作DG⊥x軸，易求得BD = 55 mm，BG = 44 mm，GE = 56 mm，DE = 65 mm 從而可求得， 代入上面折射定律可得n = 。 12．【解析】(1)由于質(zhì)點P從平衡位置開始振動，且Δt＝1.05 s＝5T，故在Δt＝1.05 s內(nèi)質(zhì)點P通過的路程 s＝21A＝84 cm。 (2)設(shè)該簡諧波的波速為v，兩質(zhì)點O、P間的

20、距離為Δx 由題意可得Δx＝λ＝9 m　(n＝0,1,2，…) 所以v＝＝ m/s　(n＝0,1,2，…) 當(dāng)n＝0時，該簡諧波的波速最大，vm＝60 m/s。 (3)簡諧波從波源傳到(12 m，0)點所用時間 t1＝ s＝1 s 再經(jīng)t2＝t－t1＝0.05 s，質(zhì)點Q位于波峰位置，則以此時刻為計時起點，質(zhì)點Q的振動方程為 y＝0.04cos 10πt (m)。 13．【解析】(1)由題意可知該波向x軸正方向傳播。 (2)因波的傳播具有周期性，設(shè)波的周期為T，t2＝0.06 s時刻，則有(下列各式中n＝0，1，2…) T＝0.06 s 得T＝ s 則f＝＝ Hz 當(dāng)n＝0時，f最小為 fmin＝ Hz＝12.5 Hz。 (3)法一：由3T<0.06 s<4T，T＝0.06 s得： n＝3，T＝0.016 s 所以v＝＝ m/s＝75 m/s。 法二：由3T<0.06 s<4T知，n＝3，則波在0.06 s內(nèi)傳播距離為：x＝λ＝4.5 m v＝＝ m/s＝75 m/s。 10