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

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1、機(jī)械振動與機(jī)械波 光 一、選擇題,每題有3個(gè)選項(xiàng)正確。 1.如圖所示為同一地點(diǎn)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(jī)械能比乙擺大 D.甲擺的周期比乙擺大 E.在t=0.5 s時(shí)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(yùn)動)時(shí)的位移隨時(shí)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(shí)的位移隨時(shí)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(shí)刻的波形圖,圖乙為介質(zhì)中x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)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(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3 m D.經(jīng)過0.1 s,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動方向沿y軸正方向 E.經(jīng)過0.35 s質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)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(shí)刻的波形如圖所示,質(zhì)

3、點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m.已知任意振動質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)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(diǎn)在t=0.6 s時(shí)恰好位于波谷 D.x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.2 s時(shí)恰好位于波峰 E.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí),x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)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(shí)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(fù)方向傳播的地震橫波,在t s與(t+0.2)s兩

4、個(gè)時(shí)刻x軸上-3 km~3 km區(qū)間內(nèi)的波形圖分別如圖中實(shí)線和虛線所示,則下列說法正確的是(  ) A.x =1.5 km處質(zhì)點(diǎn)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(shí)間 E.從t時(shí)刻開始計(jì)時(shí),x=2 km處的質(zhì)點(diǎn)比x=1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)先回到平衡 6.如圖所示,實(shí)線為空氣和水的分界面,一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上,圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中,折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法正確的是(  ) A

5、.O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè) B.藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí),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(diǎn)正下方的C點(diǎn) 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(diǎn)正上方的D點(diǎn) E.若藍(lán)光沿AO方向射向水中,則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn) 7.彩虹是由陽光進(jìn)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(shí)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(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)中,當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時(shí),紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)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(rèn)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(jì)算題解答時(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。 (1)以線狀白熾燈為光源,對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點(diǎn): 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(diǎn)中你認(rèn)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(shí),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(shí),測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)坐標(biāo)為A(0,150 mm)、B(-200 mm,0)、C(200 mm,0)。在紙上a、b兩點(diǎn)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(shí)入射點(diǎn)的坐標(biāo); (2)請計(jì)算此材料折射率。 12.如圖所示,t=0時(shí),位于原點(diǎn)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(diǎn)P剛開始振動時(shí),波源剛好位于波谷。 (1)質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)刻為新的計(jì)時(shí)起點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)Q的振動方程。 13.實(shí)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(shí)刻的波形圖。已知在t=0時(shí)刻,x=1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)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(diǎn)速練 一、選擇題,每題有3個(gè)選項(xiàng)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(jī)械能的大小,A正確,C、D錯(cuò)誤;t=0.5 s時(shí)乙擺球在負(fù)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(shí)的圖象,由圖甲可知,其振動的固有周期為4 s,A正確,B錯(cuò)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(shí),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(cuò)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(diǎn)不隨波遷移,只在其平衡位置附近振動,C錯(cuò)誤;經(jīng)過0.1 s=T,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向,D錯(cuò)誤;經(jīng)過0.35 s=1T,質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波峰,而質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)連續(xù)兩次通過平衡位置的時(shí)

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(xiàng)B正確;由題圖知:該波的波長λ=4 m,波速v==5 m/s,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;畫出t=0.6 s時(shí)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(diǎn)與x=3 m處的質(zhì)點(diǎn)振動情況一樣,即在平衡位置向下振動,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;畫出t=0.2 s 時(shí)的波形圖如圖所示,因22 m=5λ+λ,故x=22 m處的質(zhì)點(diǎn)與x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)振動情況一樣,即在波峰位置,選項(xiàng)D正確;因質(zhì)點(diǎn)P與x=17 m處質(zhì)點(diǎn)平衡位置間距離Δx=14 m=3λ+λ,故兩質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)相反,選項(xiàng)E正確。 5.【答案】BCE 【解析

14、】各振動質(zhì)點(diǎn)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(shí)刻,x=2 km 處的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動,回到平衡位置用時(shí)四分之一周期,x=1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動,回到平衡位置用時(shí)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(shí)入射角大于折射角,則畫出光路圖如圖所示,知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè),故A錯(cuò);光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí),速度變小,故B對;紫光的折射率大于藍(lán)光,所以折射角要

15、小于藍(lán)光的,則可能通過B 點(diǎn)正下方的C點(diǎn),故C對;若是紅光,折射率小于藍(lán)光,折射角大于藍(lán)光的,則可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn),故D對;若藍(lán)光沿AO方向射入,據(jù)折射定律,知折射光線不可能過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn),故E錯(cuò)。 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(xiàng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)C錯(cuò);光在兩種介質(zhì)表面發(fā)生折射時(shí),頻率不變,從空氣進(jìn)入雨滴,傳播速度變小,所以波長變小,選

16、項(xiàng)D錯(cuò);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(shí),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(xiàng)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(cuò)誤;油膜形成的彩色條紋,是由膜的前后表面反射光,進(jìn)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?yàn)榧t光的波長比藍(lán)光的波長長,則紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距大,故C錯(cuò)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(gè)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(rèn)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(jì)算題解答時(shí)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(jì)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(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)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(shí)際距離。 10.【解析】光線在OA面上的E點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的入射角、折射角為α1、α2,在F點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí),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(diǎn)所用時(shí)間 t1= s=1 s 再經(jīng)t2=t-t1=0.05 s,質(zhì)點(diǎn)Q位于波峰位置,則以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)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(shí)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(shí),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

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