2020版高考物理大二轮复习专题强化训练18机械振动与机械波光学

2020版高考物理大二轮复习专题强化训练18机械振动与机械波光学

高考物理 1 专题强化训练(十八) 1．(2019·石家庄一模)(1)(多选)下列说法正确的是________________．(填正确答案 标号) A．注满水的游泳池看起来比较浅，这是光的折射引起的 B．水中的气泡看起来特别明亮，这是光的全反射引起的 C．随着技术的发展，光学显微镜的分辨本领可以无限提高 D．阳光下的肥皂泡看起来是彩色的，这是光的衍射引起的 E．摄影师在拍摄池中的游鱼时，在照相机镜头前加一偏振滤光片，可以使游鱼的影像 更清晰 (2)一列简谐横波沿 x 轴传播，a、b 为 x 轴上相距 0.4 m 的两质点，如图甲所示．两质 点的振动图像分别如图乙、丙所示． ①若该波在该介质中传播的速度为 2 m/s，求该波的波长； ②若该波的波长大于 0.3 m，求可能的波速． [解析]　(1)由于光的折射，注满水的游泳池看起来比较浅，选项 A 正确；水中的气泡 看起来特别明亮，这是光的全反射引起的，选项 B 正确；由于光的衍射作用，当所观察物体 的尺寸小于光的波长时，光学显微镜无法分辨，所以光学显微镜的分辨本领不可以无限提高， 选项 C 错误；阳光下的肥皂泡看起来是彩色的，这是薄膜干涉引起的，选项 D 错误；摄影师 在拍摄池中的游鱼时，在照相机镜头前加一偏振滤光片，可以降低水面反射光的干扰，使游 鱼的影像更清晰，选项 E 正确． (2)①由图像可知 T＝0.8 s 又 λ＝vT 解得波长 λ＝1.6 m ②解法一：若波由 a 向 b 传播，则有 高考物理 2 (n＋ 3 4 )λ＝0.4 m(n＝0,1,2，…) 又 λ>0.3 m，知 n＝0，此时 λ＝ 8 15 m v＝ λ T ，得 v＝ 2 3 m/s＝0.67 m/s 若波由 b 向 a 传播，则有 (n＋ 1 4 )λ＝0.4 m(n＝0,1,2，…) 又 λ>0.3 m，知 n＝0 或 1，此时 λ＝1.6 m 或 λ＝ 8 25 m v＝ λ T ，得 v＝2 m/s 或 v＝0.4 m/s 解法二：若波由 a 向 b 传播，则有 Δt＝(3 4＋n )T(n＝0,1,2，…) v＝ Δx Δt＝ 2 4n＋3 m/s(n＝0,1,2，…) λ＝vT＝ 1.6 4n＋3 m(n＝0,1,2，…) 又 λ>0.3 m，知 n＝0，此时 λ＝ 8 15 m 得：v＝0.67 m/s 若波由 b 向 a 传播，则有 Δt＝(1 4＋n )T(n＝0,1,2，…) v＝ Δx Δt＝ 2 4n＋1 m/s(n＝0,1,2，…) λ＝vT＝ 1.6 4n＋1 m(n＝0,1,2，…) 又 λ>0.3 m，知 n＝0 或 1，此时 λ＝1.6 m 或 λ＝ 8 25 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·武汉市高中毕业生调研)(1)将一枚石子投入静水中，圆形波纹沿水面向外传 播．t＝0 时刻，第一个波峰传到离石子入水处 3m 的地方，第 6 个波峰恰好位于石子入水处， 则水波波长为________________m．若水波传播速度为 1.2 m/s,0～7.8 s 内，水面上离石子 入水处 9 m 的点________________次经历波峰． (2)内径为 r，外径为 2r 的透明介质半球壳折射率 n＝2，如图为其截面示意图，真空 高考物理 3 中光速为 c. ①将点光源放在球心 O 处，求光射出球壳的时间； ②将光源移至 O 点正上方内壳上的 P 点，使其发出的光射向球壳外，求透明球壳外表面 发光区域在截面上形成的弧长． [解析]　(1)由题意可知，当第一个波峰传到距石子入水处 3 m 的地方时，该波峰与石 子入水处波峰的距离为 5 个波长，则波长为 λ＝ 3 5 m＝0.6 m；波的周期为 T＝ λ v ＝ 0.6 1.2 s＝ 0.5 s．从 0 时刻起，第 1 个波峰再经过 10 个周期刚好从 3 m 处传到 9 m 处的点，即所需的 时间为 5 s，则剩余的时间为 2.8 s，大于 5 个周期，小于 6 个周期，因此 0～7.8 s 的时间 内，水面上离石子入水处 9 m 的点经历了 6 次波峰． (2)①光线从 O 点沿直线射出球壳 光在空气中传播的时间 t1＝ r c 光在介质中传播的时间 t2＝ ( 2－1)r v 光在介质中传播的速度满足 n＝ c v 所以 t＝ r c＋ ( 2－1)nr c ＝ 2 2r－r c ②光由介质射向空气，临界角满足 sinC＝ 1 n 解得 C＝30° 如图，由正弦定理有 OP sinC＝ AO sin∠APO 解得∠APO＝135° 则 α＝15°＝ π 12 透明球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长 高考物理 4 s＝2α· 2r＝ 2πr 6 [答案]　(1)0.6　6　(2)① 2 2r－r c 　② 2πr 6 3．(2019·昆明市质量检测)(1)(多选)图甲为沿 x 轴传播的一列简谐横波在 t＝0.2 s 时刻的波形图，图乙为质点 B 的振动图像，下列说法正确的是________________．(填正确 答案标号) A．从 t＝0 到 t＝0.1 s，该波沿 x 轴正方向传播了 2 cm B．在 t＝0 时，质点 A 的速度方向和加速度方向均沿 y 轴正方向 C．从 t＝0.2 s 到 t＝0.3 s，质点 B 通过的路程等于 5 cm D．在 t＝0.1 s 时，质点 C 和质点 D 的速度相同 E．质点 D 做简谐运动的表达式为 y＝－0.05cos(5πt) m (2)如图所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，MN 为直径，OA 与 OM 的夹角为 30°， 一细束光线沿与 OA 成 60°角的方向从 A 点射入玻璃球体，入射光线与 OA 在同一平面内， 该光线经折射后从玻璃球体射出，已知玻璃的折射率 n＝ 3，光在真空中的传播速度为 c， 求： ①该光线最先从玻璃球体射出的方向相对于初始入射方向的偏转角； ②该光线从入射到第一次回到 A 点所需的时间． [解析]　(1)由图乙可知，0.2 s 时质点B 正在向下运动，结合图甲由“上下坡法”或“同 侧同向法”可知波沿 x 轴负方向传播，选项 A 错误；由图乙可知，波的周期为 0.4 s，根据 图甲可知，0.2 s 时质点 A 的速度方向和加速度方向均沿 y 轴负方向，则半个周期前，t＝0 时质点 A 的速度方向和加速度方向均沿 y 轴正方向，选项 B 正确；t＝0.2s 时，质点 B 恰好 位于平衡位置处，经过 0.1 s 即四分之一周期，质点 B 通过的路程恰好为一个振幅，即 5 cm，选项 C 正确；质点 C 和质点 D 平衡位置的距离恰好为半个波长，0.1 s 时二者的速度方 向相反，选项 D 错误；分析可知，t＝0 时质点 D 正位于负向位移最大处，则质点 D 做简谐 高考物理 5 运动的表达式为 y＝－0.05cos(5πt) m，选项 E 正确． (2)①光路图如图所示 根据折射定律有 sin60° sinr1 ＝ 3 i2＝r1＝30° sinr2 sini2＝ 3 则光线偏转的角度 θ＝60°－r1＋r2－i2 解得 θ＝60° ②根据几何关系可得，该光线从入射到第一次回到 A 点通过的路程为 s＝3 3R 光在玻璃球体内的传播速度为 v＝ c n 光在玻璃球体内经历的时间 t＝ s v 解得 t＝ 9R c [答案]　(1)BCE　(2)①60°　② 9R c 4．(2019·东北三省四市调研)(1)(多选)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，t＝0 时的 波形图如图所示，此时波刚好传到 d 点，a、b、c、d、e 是介质中的质点，下列说法正确的 是________________．(填正确答案标号) A．a、b 两质点的运动情况总相反 B．质点 b 比质点 c 先到达平衡位置 C．此时质点 c 的运动方向沿 y 轴负方向 D．此刻起经四分之一周期，质点 a 经过的路程为(20－10 2) cm E．波传到质点 e 时，e 将沿 y 轴正方向开始振动 高考物理 6 (2)如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径 r＝10 cm，外 圆半径 R＝10 2 cm，折射率 n＝ 3，O 为圆心．现有一单色细光束 a 从外圆上 A 点射入透 明柱体，真空中的光速为 c＝3×108m/s，sin15°＝ 6－ 2 4 ，cos15°＝ 6＋ 2 4 .求光束 a 从射入到第一次射出透明柱体所用的时间(结果可以保留根式)． [解析]　(1)只有满足平衡位置间距离为半波长奇数倍的两质点的运动情况才一直相反， 图中 a、b 两质点平衡位置之间的距离大于半个波长且小于一个波长，故选项 A 错误；波沿 x 轴正方向传播，可以判断出 t＝0 时质点 b 正在向下振动，所以质点 b 比质点 c 先到达平衡 位置，选项 B 正确；t＝0 时质点 c 处于波峰，速度为零，选项 C 错误；t＝0 时质点 a 向上 运动，此刻起经四分之一周期，质点 a 先上升到波峰然后向下运动到位移为 5 2 cm 处，经 过的路程为 s＝2(10－5 2) cm＝(20－10 2) cm，选项 D 正确；根据波形图和波的传播规 律，可知图中任何质点的起振方向都向上，所以波传播到质点 e 时，e 将沿 y 轴正方向开始 振动，选项 E 正确． (2)光路图如图所示，a 光射入透明柱体时 sin60° sinα ＝n 解得 α＝30° 在△OAP 中， AP sinγ＝ PO sinα＝ OA sin(180°－β) 即 AP sinγ＝ r sin30°＝ R sinβ 解得 β＝45°，γ＝15°，AP＝5( 6－ 2) cm sinC＝ 1 n，代入数据可知 β>C，故光在 P 点发生全反射，从 D 点射出 根据对称性可知 AP＝PD，光从射入到第一次射出透明柱体所用的时间 t＝ 2AP v 又 v＝ c n 解得 t＝ 3 2－ 6 3 ×10－9 s 高考物理 7 [答案]　(1)BDE　(2) 3 2－ 6 3 ×10－9 s 5.(2019·全国卷Ⅱ)(1)如图，长为 l 的细绳下方悬挂一小球 a，绳的另一端固定在天 花板上 O 点处，在 O 点正下方 3 4l 的 O′处有一固定细铁钉．将小球向右拉开，使细绳与竖 直方向成一小角度(约为 2°)后由静止释放，并从释放时开始计时．当小球 a 摆至最低位置 时，细绳会受到铁钉的阻挡．设小球相对于其平衡位置的水平位移为 x，向右为正．下列图 像中，能描述小球在开始一个周期内的 x－t 关系的是________________． (2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光； 调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题： ①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________________； A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 ②若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 l，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间 的距离为 Δx，则单色光的波长 λ＝________________； ③某次测量时，选用的双缝的间距为 0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为 1.20 m，第 高考物理 8 1 条 暗 条 纹 到 第 4 条 暗 条 纹 之 间 的 距 离 为 7.56 mm. 则 所 测 单 色 光 的 波 长 为 ________________nm(结果保留 3 位有效数字)． [解析]　(1)由单摆的周期公式 T＝2π L g可知，小球在钉子右侧时，振动周期为在左 侧时振动周期的 2 倍，所以 B、D 项错误．由机械能守恒定律可知，小球在左、右最大位移 处距离最低点的高度相同，但由于摆长不同，所以小球在左、右两侧摆动时相对平衡位置的 最大水平位移不同，当小球在右侧摆动时，最大水平位移较大，故 A 项正确． (2)①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝ l dλ 可知， 需要减小双缝到屏的距离 l 或增大双缝间的距离 d，故 B 项正确，A、C、D 项错误． ②由题意可知， Δx n－1＝ l dλ⇒λ＝ d·Δx (n－1)l. ③将已知条件代入公式解得 λ＝630 nm. [答案]　(1)A　(2)①B　② d·Δx (n－1)l　③630