2020高考物理二轮复习第一部分专题十热学部分第2讲机械振动机械波光练习含解析

2020高考物理二轮复习第一部分专题十热学部分第2讲机械振动机械波光练习含解析

机械振动 机械波 光 ‎1．(1)(多选)某时刻O处质点沿y轴向下开始简谐振动，形成沿x轴正向传播的简谐横波，O处质点开始振动后t＝0.8 s时波的图像如图所示。P点是x轴上距坐标原点‎96 cm处的质点。下列说法正确的是(　　)‎ A．该波的波速是‎0.3 m/s B．质点P经过3.2 s开始振动 C．该波遇到一个尺寸为‎10 m的障碍物可以发生明显衍射 D．经过4.6 s质点P第二次到达波谷 E．若质点O在t＝1 s时停止振动，那么质点P在4.2 s时也将停止振动 ‎(2)某玻璃三棱镜水平放置，其截面如图所示，已知玻璃的折射率为，该三棱镜的AB边竖直放置，水平虚线CD垂直AB，∠BAC＝60°，∠B＝45°，AC边长为‎20 cm，AD部分贴着不透光的纸，当一束水平平行光照射在三棱镜AB边上时，在下方水平屏AP上被照亮的区域有多宽？(不考虑光在玻璃中的多次反射)‎ 解析　(1)由题意和图可知周期为T＝0.8 s，该波的波长是0.24 m，波速v＝＝0.3 m/s，A项正确；质点P经过t开始振动，则有t＝＝ s＝3.2 s，B项正确；该波的波长是0. 24 m，所以该波遇到一个尺寸为10 m的障碍物不会发生明显衍射，C项错误；质点P从开始振动到第一次到达波谷需要个周期的时间，质点P第二次到达波谷的时间为3.2 s＋T＝4.2 s，D项错误；由于O处质点开始振动后质点P经过3.2 s开始振动，所以质点O在t＝1 s时停止振动，那么质点P在4.2 s时也将停止振动，E项正确。‎ ‎(2)玻璃的折射率为，则全反射临界角θ满足sinθ＝，θ＜45°，故光在BC边发生全反射，其光路图如图。‎ 8‎ 反射光线在AC边的入射角r＝30°，‎ 根据n＝，可得，在AC边的折射角i＝60°，‎ 在下方水平屏AP上被照亮的区域L满足 ＝，‎ 解得L＝ cm。‎ 答案　(1)ABE　(2) cm ‎2．(2019·山东烟台模拟)(1)(多选)如图所示，P、Q、M是均匀媒介中x轴上的三个质点，PQ、QM的距离分别为‎3 m、‎2 m，一列简谐横波沿x轴向右传播。在t＝0时刻，波传播到质点P处并且P开始向下振动，经t＝3 s，波刚好传到质点Q，而此时质点P恰好第一次到达最高点且离平衡位置‎10 cm处。下列说法正确的是(　　)‎ A．该简谐波的波速为‎1 m/s B．该简谐波的波长为‎12 m C．当波传播到质点M时，质点P通过的路程为‎50 cm D．当t＝5 s时，质点Q的加速度方向竖直向下 E．当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点 ‎(2)如图所示是一透明物体的横截面，横截面为等腰直角三角形ABC，AB边长为a，底面AC镀有反射膜。今有一条光线垂直AB边从中点入射，进入透明物体后直接射到底面AC上，并恰好发生反射，(已知光在真空中的传播速度为c)求：‎ ‎(i)透明物体的折射率和光在透明物体内的传播时间；‎ ‎(ii)若光线从AB边中点沿平行于底面的方向射向透明物体，求光线最终离开透明物体时的出射角。‎ 解析　(1)在t＝0时刻，波传播到质点P，经t＝3 s，波刚好传到质点Q，则v＝＝ m/s＝1 m/s，故A正确；在t＝0时刻，质点P开始向下振动，经t＝3 s，质点P 8‎ 恰好第一次到达最高点，则T＝3 s，T＝4 s，根据v＝，可得λ＝vT＝4 m，故B错误；当波传播到质点M时，用时t′＝＝5 s，即T，质点P通过的路程为5A＝50 cm，故C正确；当t＝5 s时，质点Q已经振动了2 s，运动到了平衡位置，加速度为零，故D错误；质点M比质点Q晚运动了半个周期，当质点M运动到最高点时，质点Q恰好处于最低点，故E正确。‎ ‎(2)(ⅰ)根据题意，光线射到AC面上时入射角度恰好为临界角C，由几何关系可知C＝45°，根据sinC＝可得n＝＝ 由几何关系可知光在透明物体中的传播路径长为a，设光在介质中的传播速度为v，有v＝，t＝ 可得t＝。‎ ‎(ⅱ)设此时光在AB面的入射角为i，折射角为r，由题意可知，i＝45°‎ 根据公式n＝ 可得r＝30°‎ 由几何关系可知β＝60°＞C＝45°，光线在BC面发生全反射。设光线在AC面的入射角为i′，折射角为r′，‎ 根据几何关系，i′＝15°‎ 根据公式n＝，解得r′＝arcsin。‎ 答案　(1)ACE　(2)(ⅰ)　　(ⅱ)arcsin ‎3．(2019·吉林长春联考)(1)(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．机械波是机械振动在介质中传播而形成的 B．频率高于2万赫兹的声波被称为超声波，它在真空中可以传播 C．电磁波是变化的电场与变化的磁场在空间交替产生而形成的 D．光波是电磁波，它可以发生干涉、衍射和偏振现象 8‎ E．机械波和电磁波在本质上的区别，机械波可以产生多普勒效应，而电磁波不能产生多普勒效应 ‎(2)如图所示，为由某种材料制成的透明球体，球半径为R，一细束激光从透明球上的A点射入球体，入射角i＝60°，折射光线在球面上另一点B(图中未画出)处射出，已知激光从B点射出的方向与从A点射入的方向间的夹角θ＝60°，已知光在真空中传播速度为c，求：①该材料的折射率n；‎ ‎②激光在透明球体内的运动时间t。‎ 解析　(1)机械波是机械振动在介质中传播而形成的，A项正确；超声波是机械波，它的传播需要介质，B项错误；电磁波是变化的电场与变化的磁场在空间交替产生传播而形成的，C项正确；光波是电磁波，而且它是横波，一切波都能发生干涉和衍射现象，只有横波才能发生偏振现象，D项正确；机械波和电磁波虽有本质上区别，但它们都能发生多普勒效应，E项错误。‎ ‎(2)①作出光路图如图所示。‎ 由光路可逆性和几何关系可知 α＝＝30°，‎ 所以折射角γ＝i－α＝30°，‎ 由光的折射定律可得 n＝＝ ‎②由三角形知识可知 AB＝2Rcos30°＝R，‎ 所以激光在球内运动的时间为 t＝＝。‎ 答案　(1)ACD　(2)①　② 8‎ ‎4．(1)(多选)(2019·安徽安庆二模)下列说法中正确的是(　　)‎ A．机械波在某种介质中传播，若波源的频率增大，其传播速度就一定增大 B．肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是由光的干涉现象形成的 C．在波的干涉中，振动加强点的位移不一定始终最大 D．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均相同 E．在双缝干涉实验中，其它条件不变，仅用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距 ‎(2) 一个折射率n＝的异形玻璃砖的横截面如图所示，它可以看成由两部分组成，OAB为直角三角形，∠B＝30°，OAC为扇形，O为圆心，∠AOC＝90°，B点与墙壁接触，且MN⊥BC。一束单色光经过弧面AC射入O点，入射角θ＝30°，结果在墙壁MN上出现两个光斑，已知OB长度为L，求：‎ ‎(ⅰ)两个光斑间的距离；‎ ‎(ⅱ)如果逐渐增大入射光的入射角，当入射角至少多大时O点不再有折射光线射出？‎ 解析　(1)机械波的传播速度只与介质有关，与频率无关，所以A错误；肥皂泡呈现彩色条纹属于薄膜干涉，所以B正确；在波的干涉中，振动加强点的位移随时间变化，只是振幅最大，所以C正确；电磁波是横波，电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均垂直，所以D错误；因为红光波长比黄光长，干涉条纹的间距与波长成正比，在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距，所以E正确。‎ ‎(2)(ⅰ)光束射到O点时，一部分光反射，由光的反射定律得反射角为30°。因反射光正好与AB垂直，光沿直线射到墙壁上E点，如图所示 由几何关系得BE＝L 一部分光折射，由光的折射定律有＝n 解得i＝45°‎ 8‎ 由几何关系得△OBF为等腰直角三角形，BF＝L 故两光斑间的距离为BE＋BF＝(＋1)L ‎(ⅱ)当入射光在O点的入射角大于或等于临界角时，O点不会再有折射光线射出 根据sinC＝ 代入数据解得C＝45°‎ 答案　(1)BCE　(2)(ⅰ)(＋1)L　(ⅱ)45°‎ ‎5．(1)(多选)(2019·山东青岛二模)如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，f1< f2，P为两个波源连线的中点，下列说法正确的是(　　)‎ A．两列波将同时到达P点 B．a的波峰到达S2时，b的波峰也恰好到达S1‎ C．两列波在P点叠加时P点的位移最大可达A1＋A2‎ D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧 E．两波源起振方向相同 ‎(2)如图所示，等腰直角三角形棱镜ABC，一组平行光线垂直斜面AB射入。‎ ‎(ⅰ)如果光线不从AC、BC面射出，求三棱镜的折射率n的范围；‎ ‎(ⅱ)如果光线顺时针转过θ＝60°，即与AB成30°角斜向下，不考虑反射光线的影响，当n＝时，能否有光线从BC、AC面射出？‎ 解析　(1)两列波在同一介质中传播，波速相等，同时到达中点P，A正确；因波长不同，当a的波峰到达S2时，b的波峰已越过S1，B错误；由于a的波长大于b的波长，两列波在P点叠加时两列波的波峰不可能同时到达P点，所以P点的位移最大不可能达A1＋A2，C错误；两列波相遇时，两列波峰同时到达P点的左侧，叠加后位移达到最大值，所以两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，而且此点在P点的左侧，D正确；依据波的传播方向可知，波源的振动方向均向下，即为相同，E正确。‎ ‎(2)(ⅰ)光线穿过AB面后方向不变，在AC、BC面上的入射角均为45°，发生全反射的条件为sin45°≥ 解得n≥ 8‎ ‎(ⅱ)当n＝时，全反射的临界角为C，sinC＝ 折射光线如图所示，n＝ 解得α＝30°，‎ 在BC面的入射角β＝15°＜C，所以光线可以从BC面射出，在AC面的入射角θ＝75°＞C，所以光线不能从AC面射出，所以光只能从BC面射出。‎ 答案　(1)ADE　(2)(ⅰ)n≥ 　(ⅱ)光只能从BC面射出 ‎6．(2018·全国卷Ⅱ)(1)声波在空气中的传播速度为‎340 m/s，在钢铁中的传播速度为4 ‎900 m/s。一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s。桥的长度约为________ m。若该声波在空气中的波长为λ，则它在钢铁中的波长为λ的________倍。‎ ‎(2)如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。‎ ‎(ⅰ)求出射光相对于D点的入射光的偏角；‎ ‎(ⅱ)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？‎ 解析　(1)设声波在钢铁中的传播时间为t，由L＝vt知，‎ ‎340(t＋1.00)＝4 900t，解得t＝s，‎ 代入L＝vt中解得桥长L≈365 m 声波在传播过程中频率不变，根据v＝λf知，声波在钢铁中的波长λ′＝＝λ。‎ ‎(2)(ⅰ)光线在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①‎ 8‎ 式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2＝r2②‎ 式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有 nsini3＝sinr3③‎ 式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。‎ 由几何关系得 i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④‎ F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤‎ 由①②③④⑤式得 δ＝60°⑥‎ ‎(ⅱ)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有nsini2≥nsinC＞nsini3⑦‎ 式中C是全反射临界角，满足 nsinC＝1⑧‎ 由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为 ≤n＜2‎ 答案　(1)365　　(2)(ⅰ)60°　(ⅱ)≤n＜2‎ 8‎