（新課標）2020版高考物理大二輪復習 專題強化訓練18 機械振動與機械波光學

專題強化訓練(十八) 1．(2019·石家莊一模)(1)(多選)下列說法正確的是________________．(填正確答案標號) A．注滿水的游泳池看起來比較淺，這是光的折射引起的 B．水中的氣泡看起來特別明亮，這是光的全反射引起的 C．隨著技術的發(fā)展，光學顯微鏡的分辨本領可以無限提高 D．陽光下的肥皂泡看起來是彩色的，這是光的衍射引起的 E．攝影師在拍攝池中的游魚時，在照相機鏡頭前加一偏振濾光片，可以使游魚的影像更清晰 (2)一列簡諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上相距0.4 m的兩質點，如圖甲所示．兩質點的振動圖像分別如圖乙、丙所示． ①若該波在該介質中傳播的速度為2 m/s，求該波的波長； ②若該波的波長大于0.3 m，求可能的波速． [解析]　(1)由于光的折射，注滿水的游泳池看起來比較淺，選項A正確；水中的氣泡看起來特別明亮，這是光的全反射引起的，選項B正確；由于光的衍射作用，當所觀察物體的尺寸小于光的波長時，光學顯微鏡無法分辨，所以光學顯微鏡的分辨本領不可以無限提高，選項C錯誤；陽光下的肥皂泡看起來是彩色的，這是薄膜干涉引起的，選項D錯誤；攝影師在拍攝池中的游魚時，在照相機鏡頭前加一偏振濾光片，可以降低水面反射光的干擾，使游魚的影像更清晰，選項E正確． (2)①由圖像可知T＝0.8 s 又λ＝vT 解得波長λ＝1.6 m ②解法一：若波由a向b傳播，則有 λ＝0.4 m(n＝0,1,2，…) 又λ>0.3 m，知n＝0，此時λ＝ m v＝，得v＝ m/s＝0.67 m/s 若波由b向a傳播，則有 λ＝0.4 m(n＝0,1,2，…) 又λ>0.3 m，知n＝0或1，此時λ＝1.6 m或λ＝ m v＝，得v＝2 m/s或v＝0.4 m/s 解法二：若波由a向b傳播，則有 Δt＝T(n＝0,1,2，…) v＝＝ m/s(n＝0,1,2，…) λ＝vT＝ m(n＝0,1,2，…) 又λ>0.3 m，知n＝0，此時λ＝ m 得：v＝0.67 m/s 若波由b向a傳播，則有 Δt＝T(n＝0,1,2，…) v＝＝ m/s(n＝0,1,2，…) λ＝vT＝ m(n＝0,1,2，…) 又λ>0.3 m，知n＝0或1，此時λ＝1.6 m或λ＝ m 得：v＝2 m/s或0.4 m/s [答案]　(1)ABE　(2)①1.6 m　②2 m/s或0.4 m/s 2．(2019·武漢市高中畢業(yè)生調研)(1)將一枚石子投入靜水中，圓形波紋沿水面向外傳播．t＝0時刻，第一個波峰傳到離石子入水處3 m的地方，第6個波峰恰好位于石子入水處，則水波波長為________________m．若水波傳播速度為1.2 m/s,0～7.8 s內，水面上離石子入水處9 m的點________________次經(jīng)歷波峰． (2)內徑為r，外徑為r的透明介質半球殼折射率n＝2，如圖為其截面示意圖，真空中光速為c. ①將點光源放在球心O處，求光射出球殼的時間； ②將光源移至O點正上方內殼上的P點，使其發(fā)出的光射向球殼外，求透明球殼外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長． [解析]　(1)由題意可知，當?shù)谝粋€波峰傳到距石子入水處3 m的地方時，該波峰與石子入水處波峰的距離為5個波長，則波長為λ＝ m＝0.6 m；波的周期為T＝＝ s＝0.5 s．從0時刻起，第1個波峰再經(jīng)過10個周期剛好從3 m處傳到9 m處的點，即所需的時間為5 s，則剩余的時間為2.8 s，大于5個周期，小于6個周期，因此0～7.8 s的時間內，水面上離石子入水處9 m的點經(jīng)歷了6次波峰． (2)①光線從O點沿直線射出球殼 光在空氣中傳播的時間t1＝ 光在介質中傳播的時間t2＝ 光在介質中傳播的速度滿足n＝ 所以t＝＋＝ ②光由介質射向空氣，臨界角滿足 sinC＝ 解得C＝30° 如圖，由正弦定理有 ＝ 解得∠APO＝135° 則α＝15°＝ 透明球殼外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長 s＝2α·r＝ [答案]　(1)0.6　6　(2)①?、? 3．(2019·昆明市質量檢測)(1)(多選)圖甲為沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t＝0.2 s時刻的波形圖，圖乙為質點B的振動圖像，下列說法正確的是________________．(填正確答案標號) A．從t＝0到t＝0.1 s，該波沿x軸正方向傳播了2 cm B．在t＝0時，質點A的速度方向和加速度方向均沿y軸正方向 C．從t＝0.2 s到t＝0.3 s，質點B通過的路程等于5 cm D．在t＝0.1 s時，質點C和質點D的速度相同 E．質點D做簡諧運動的表達式為y＝－0.05cos(5πt) m (2)如圖所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，MN為直徑，OA與OM的夾角為30°，一細束光線沿與OA成60°角的方向從A點射入玻璃球體，入射光線與OA在同一平面內，該光線經(jīng)折射后從玻璃球體射出，已知玻璃的折射率n＝，光在真空中的傳播速度為c，求： ①該光線最先從玻璃球體射出的方向相對于初始入射方向的偏轉角； ②該光線從入射到第一次回到A點所需的時間． [解析]　(1)由圖乙可知，0.2 s時質點B正在向下運動，結合圖甲由“上下坡法”或“同側同向法”可知波沿x軸負方向傳播，選項A錯誤；由圖乙可知，波的周期為0.4 s，根據(jù)圖甲可知，0.2 s時質點A的速度方向和加速度方向均沿y軸負方向，則半個周期前，t＝0時質點A的速度方向和加速度方向均沿y軸正方向，選項B正確；t＝0.2 s時，質點B恰好位于平衡位置處，經(jīng)過0.1 s即四分之一周期，質點B通過的路程恰好為一個振幅，即5 cm，選項C正確；質點C和質點D平衡位置的距離恰好為半個波長，0.1 s時二者的速度方向相反，選項D錯誤；分析可知，t＝0時質點D正位于負向位移最大處，則質點D做簡諧運動的表達式為y＝－0.05cos(5πt) m，選項E正確． (2)①光路圖如圖所示 根據(jù)折射定律有＝ i2＝r1＝30° ＝ 則光線偏轉的角度 θ＝60°－r1＋r2－i2 解得θ＝60° ②根據(jù)幾何關系可得，該光線從入射到第一次回到A點通過的路程為s＝3R 光在玻璃球體內的傳播速度為v＝ 光在玻璃球體內經(jīng)歷的時間t＝ 解得t＝ [答案]　(1)BCE　(2)①60°?、? 4．(2019·東北三省四市調研)(1)(多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t＝0時的波形圖如圖所示，此時波剛好傳到d點，a、b、c、d、e是介質中的質點，下列說法正確的是________________．(填正確答案標號) A．a、b兩質點的運動情況總相反 B．質點b比質點c先到達平衡位置 C．此時質點c的運動方向沿y軸負方向 D．此刻起經(jīng)四分之一周期，質點a經(jīng)過的路程為(20－10) cm E．波傳到質點e時，e將沿y軸正方向開始振動 (2)如圖所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內圓半徑r＝10 cm，外圓半徑R＝10 cm，折射率n＝，O為圓心．現(xiàn)有一單色細光束a從外圓上A點射入透明柱體，真空中的光速為c＝3×108 m/s，sin15°＝，cos15°＝.求光束a從射入到第一次射出透明柱體所用的時間(結果可以保留根式)． [解析]　(1)只有滿足平衡位置間距離為半波長奇數(shù)倍的兩質點的運動情況才一直相反，圖中a、b兩質點平衡位置之間的距離大于半個波長且小于一個波長，故選項A錯誤；波沿x軸正方向傳播，可以判斷出t＝0時質點b正在向下振動，所以質點b比質點c先到達平衡位置，選項B正確；t＝0時質點c處于波峰，速度為零，選項C錯誤；t＝0時質點a向上運動，此刻起經(jīng)四分之一周期，質點a先上升到波峰然后向下運動到位移為5 cm處，經(jīng)過的路程為s＝2(10－5) cm＝(20－10) cm，選項D正確；根據(jù)波形圖和波的傳播規(guī)律，可知圖中任何質點的起振方向都向上，所以波傳播到質點e時，e將沿y軸正方向開始振動，選項E正確． (2)光路圖如圖所示，a光射入透明柱體時＝n 解得α＝30° 在△OAP中，＝＝ 即＝＝ 解得β＝45°，γ＝15°，AP＝5(－) cm sinC＝，代入數(shù)據(jù)可知β>C，故光在P點發(fā)生全反射，從D點射出 根據(jù)對稱性可知AP＝PD，光從射入到第一次射出透明柱體所用的時間t＝ 又v＝ 解得t＝×10－9 s [答案]　(1)BDE　(2)×10－9 s 5.(2019·全國卷Ⅱ)(1)如圖，長為l的細繩下方懸掛一小球a，繩的另一端固定在天花板上O點處，在O點正下方l的O′處有一固定細鐵釘．將小球向右拉開，使細繩與豎直方向成一小角度(約為2°)后由靜止釋放，并從釋放時開始計時．當小球a擺至最低位置時，細繩會受到鐵釘?shù)淖钃酰O小球相對于其平衡位置的水平位移為x，向右為正．下列圖像中，能描述小球在開始一個周期內的x－t關系的是________________． (2)某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長．實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．回答下列問題： ①若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可________________； A．將單縫向雙縫靠近 B．將屏向靠近雙縫的方向移動 C．將屏向遠離雙縫的方向移動 D．使用間距更小的雙縫 ②若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________________； ③某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300 mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm.則所測單色光的波長為________________nm(結果保留3位有效數(shù)字)． [解析]　(1)由單擺的周期公式T＝2π可知，小球在釘子右側時，振動周期為在左側時振動周期的2倍，所以B、D項錯誤．由機械能守恒定律可知，小球在左、右最大位移處距離最低點的高度相同，但由于擺長不同，所以小球在左、右兩側擺動時相對平衡位置的最大水平位移不同，當小球在右側擺動時，最大水平位移較大，故A項正確． (2)①若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，需要減小條紋間距，由公式Δx＝λ可知，需要減小雙縫到屏的距離l或增大雙縫間的距離d，故B項正確，A、C、D項錯誤． ②由題意可知，＝λ?λ＝. ③將已知條件代入公式解得λ＝630 nm. [答案]　(1)A　(2)①B?、凇、?30 9