【物理】2018届二轮复习机械振动机械波光学案（全国）

【物理】2018届二轮复习机械振动机械波光学案（全国）

‎　选修3－4练习 ‎1．(2017·大连二模)(1)下列说法正确的是(　　)‎ A．单摆振动的周期与摆球质量无关 B．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调 C．光的偏振现象说明光波是横波 D．光纤通信和全息照相都利用了光的全反射原理 E．声源与观察者相互靠近时，观察者接收的频率大于声源振动的频率 ‎(2)如图所示，MN为半圆形玻璃砖的对称轴，O为玻璃砖圆心，某同学在与MN平行的直线上插上两根大头针P1、P2，在MN上插大头钱P3，从P3一侧透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整P3位置使P3能同时挡住P1、P2的像，确定了的P3位置如图所示，他测得玻璃砖直径D＝‎8 cm，P1P2连线与M N之间的距离d1＝‎2 cm，P3到O的距离d2＝‎6.92 cm.＝1.73，做出光路图并求该玻璃砖的折射率．‎ 解析：(1)单摆振动的周期与摆球质量无关，只与摆长和重力加速度有关，选项A正确；发射无线电波时不需要对电磁波进行解调，选项B错误；光的偏振现象说明光波是横波，选项C正确；光纤通信利用了光的全反射原理，而全息照相利用的是光的干涉原理，选项D错误；根据多普勒效应可知，声源与观察者相互靠近时，观察者接收的频率大于声源振动的频率，选项E正确；故选ACE.‎ ‎(2)作出光路图如图．‎ 则sin i＝＝＝，得i＝30°，∠OAB＝60°‎ OB＝OAsin 60°＝‎4 cm×＝‎‎3.46 cm 根据几何关系得 P3B＝P3O－OB＝d2－OB＝‎6.92 cm－‎3.46 cm＝‎‎3.46 cm tan ∠BAP3＝＝＝1.73‎ 得∠BAP3＝60°‎ 故γ＝180°－∠OAB－∠BAP3＝60°‎ 由折射定律得n＝＝＝1.73.‎ 答案：(1)ACE　(2)见解析 ‎2．(2017·泰安模拟)(1)均匀介质中相距为a的两个波源S1和S2，振动频率均为f，产生的简谐横波沿其连线相向传播，振幅为A，波速为v.O为S1S2的中点，如图所示．已知两波源的振动方向和初始相位均相同．下列说法正确的是(　　)‎ A．质点O的振动频率为f B．质点O的振动频率为‎2f C．质点O的振幅为‎2A D．只要不满足a＝n(n＝1、2、3…)，质点O的振幅就一定小于‎2A E．质点O的振动可能与波源S1、S2不同步 ‎(2)如图所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A＝30°.它对红光的折射率为n1.对紫光的折射率为n2.在距AC边为d处有一与AC平行的光屏．现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜 ‎①红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少？‎ ‎②为了使红光能从AC面射出棱镜，n1应满足什么条件？‎ ‎③若两种光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点间的距离．‎ 解析：(1)质点的振动频率由波源决定，等于波源的振动频率，A正确，B错误；‎ S1和S2的振动在O点叠加，O点的振幅为‎2A，C正确；‎ xS1O－xS2O＝0，所以O为振动加强点，即振幅总为‎2A，D错误；‎ 只有距离等于波长的整数倍的点的振动与波源同步，所以质点O的振动可能与波源S1、S2不同步，E正确；故选ACE.‎ ‎(2)①根据公式v＝，得＝.‎ ‎②由几何知识得到，红光射到AC面上的入射角i1＝30°，要使红光能从AC面射出棱镜，必须使i1＜C，而sin C＝，得到sin i1＜，解得n1＜2.‎ ‎③设红光与紫光从AC面射出时的折射角分别为γ1，γ2.‎ 根据折射定律得n1＝，n2＝，又i1＝i2＝30°‎ 又由几何知识得，在光屏MN上两光点间的距离Δx＝dtan γ2－dtan γ1‎ 代入解得x＝d.‎ 答案：(1)ACE　(2)①n2∶n1　②n1＜2‎ ‎③d ‎3．(1)如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃砖的上表面，得到三束光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若玻璃砖的上下表面足够宽，下列说法正确的是(　　)‎ A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B．玻璃对光束Ⅲ的折射率小于对光束Ⅱ的折射率 C．改变α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行 D．通过相同的双缝干涉装置，光束Ⅱ产生的条纹宽度要大于光束Ⅲ的条纹宽度 E．光束Ⅱ与光束Ⅲ在玻璃中传播的时间一定相等 ‎(2)如图中实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形图，‎ 虚线是这列波在t2＝0.5 s时刻的波形，这列波的周期T符合：3T＜t2－t1＜4T，问：‎ ‎①若波速向右，波速多大？‎ ‎②若波速向左，波速多大？‎ ‎③若波速大小为‎74 m/s，波速方向如何？‎ 解析：(1)所有色光都能反射，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束Ⅰ是复色光．而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确．‎ 由图知：光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，根据折射定律可知光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，故B正确．一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等．所以由光路可逆可得出射光线平行．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，故C正确．光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光Ⅱ产生的条纹间距比光束Ⅲ的小，故D错误．根据n＝，则在玻璃中的传播时间t＝＝＝ ‎＝，因光束Ⅱ的折射角γ较小，故t较大，选项E错误．故选ABC.‎ ‎(2)由题给图象可知λ＝‎8 m，由3T＜t2－t1＜4T知波传播距离为3λ＜Δx＜4λ，即n＝3‎ ‎①当波向右传播时，波传播距离为s＝3λ＋λ＝(3×8＋3)m＝‎27 m，‎ 波速为v＝＝ m/s＝‎54 m/s.‎ ‎②当波向左传播时，波传播距离为s＝3λ＋λ＝(3×8＋5)m＝‎29 m，‎ 波速为v＝＝ m/s＝‎58 m/s.‎ ‎③若波速大小为‎74 m/s，在t＝t2－t1时间内波传播的距离为s＝vt＝74×‎0.5 m＝‎‎37 m 因为s＝‎37 m＝4λ＋λ，所以波向左传播．‎ 答案：(1)ABC　(2)①‎54 m/s　②‎58 m/s　③向左 ‎4．(2017·吉安模拟)(1)如图所示，甲为一列简谐波在某一时刻的波形图，乙为介质中x＝‎2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象，质点Q的平衡位置位于x＝‎3.5 m处，下列说法正确的是(　　)‎ A．这列波沿x轴正方向传播 B．这列波的传播速度为‎20 m/s C．在0.3 s时间内， 质点P向右移动了‎3 m D．t＝0.1 s时，质点P的加速度大于点Q的加速度 E．t＝0.25 s时，x＝‎3.5 m处的质点Q到达波峰位置 ‎(2)如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC和A1B‎1C1，∠A＝∠A1＝30°，AC面和A‎1C1面平行，且A、B1、C1在一条直线上，两三棱镜放置在空气中，一单色细光束O垂直于AB面入射，光线从A1B1面射出时，出射光线方向与入射光线O的方向平行．若玻璃的折射率n＝，A、C1两点间的距离为d，光线从A1B1面上的b点(图上未画)射出．‎ ‎①画出完整光路图；‎ ‎②a、b两点间的距离x为多大？‎ 解析：(1)由题图乙读出，t＝0时刻质点P的速度向上，则由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播，故A正确．由题图知：λ＝‎4 m，T＝0.4 s，则波速v＝＝‎10 m/s，故B错误．简谐横波传播过程中，质点P只上下振动，不向右移动，故C错误．t＝0.1 s时，质点P位于波峰，可知，质点P的位移大于质点Q的位移，由a＝知，质点P的加速度大于质点Q的加速度，故D正确．在t＝0.25 s时间内波传播的距离为x＝vt＝10×‎0.25 m＝‎2.5 m，根据波形平移法可知，t＝0.25 s时，x＝‎3.5 m处的质点Q到达波峰位置，故E正确．故选ADE.‎ ‎(2)①光线垂直AB射入玻璃，因入射角为0，因此折射角也为0，‎ 当光线射入AC界面上时，因入射角为30°，由于玻璃的折射率n＝，因此临界角小于30°，那么不满足全反射的条件，则光线会射出玻璃，根据光的折射定律，则有n＝，解得γ＝60°，根据几何关系，结合光路可逆性，则光线从A1B1射出光线仍垂直A1B1，光路图如图所示：‎ ‎②根据光的折射定律，则有sin α＝nsin 30°，且∠ace＝α－30°＝30°，∠C1ec＝90°－α＝30°‎ 由几何关系x＝dcos 30°，解得x＝d.‎ 答案：(1)ADE　(2)①光路图如图所示 ‎②d ‎5．(2017·厦门二模)(1)日本仙台以东地区曾发生里氏9.0级强烈地震，震源深度‎24 km，地震随后引发‎10 m高海啸，形成强大的波浪，向前推进，将沿海地带一一淹没．海啸在海洋的传播速度为500～‎600 km/h，是地震波传播速度的左右．下列说法正确的是(　　)‎ A．海啸波是机械波 B．美国夏威夷发生的海啸是由于日本发生地震并将该处的海水传到了美国夏威夷而引起的 C．可以利用地震波传播速度与海啸传播速度的差别造成的时间差进行海啸预警 D．海啸波沿＋x轴方向传播，图中a点经周期时将到达‎10 m高的波峰处 E．海啸波的频率大约1.25 Hz ‎(2)如图所示为一半径为R的固定半圆柱玻璃砖的横截面，OA为水平直径MN的中垂线，足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且平行OA放置．一束复色光沿与OA成θ角的半径方向射向O点并在光屏上形成彩色光带和一个光斑，当θ＝30°时，光带的最高点与N点的距离为，增大入射角，当θ＝45°时，光屏上恰好只出现一个光斑，求：‎ ‎①玻璃对复色光的折射率范围；‎ ‎②当θ＝30°时，彩色光带的宽度．‎ 解析：地震波和海啸波都常见的机械波，A正确；‎ 美国夏威夷发生的海啸是由日本发生的地震引起的，但 并不是将该处的海水传到了美国夏威夷而引起的，B错误；海啸在海洋的传播速度是地震波传播速度的左右，利用地震波传播速度与海啸传播速度的差别造成的时间差进行海啸预警，C正确；‎ 题图中海啸波沿＋x轴方向传播，图中a点振动方向向上，经周期时将到达‎10 m高的波峰处，D正确；‎ 由题图可知，海啸波的波长为λ＝‎400 km，则f＝＝ Hz≈0.000 35 Hz，E错误；故选ACD.‎ ‎(2)①当θ＝30°时，其光路如图所示，‎ 由题意知BN＝，即α＝30°，所以最大折射角β＝60°.‎ 由折射率定义知最大折射率nmax＝＝，‎ θ＝45°时，所有光线均发生全反射，光屏上的光带消失，反射光束在光屏上形成一个光斑，‎ 由全反射规律及题意知nmin＝＝，‎ 所以玻璃对复色光的折射率范围为≤n≤.‎ ‎②当θ＝30°时，n＝的光线的折射角为45°，‎ 彩色光带的宽度为Rtan 45°－R＝R.‎ 答案：(1)ACD　(2)①≤n≤　②R