专题突破练17 振动和波 光学(时间:45分钟 满分:100分)一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分。填正确答案标号。每个题选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得0分)1.(2022四川雅安三诊)如图甲所示,沿波的传播方向上有六个质点a、b、c、d、e、f,相邻两质点之间的距离均为2m,各质点均静止在各自的平衡位置。t=0时刻振源a开始做简谐运动,取竖直向上为振动位移的正方向,其振动图象如图乙所示,形成的简谐横波以2m/s的速度水平向右传播。则下列说法正确的是 。 A.波传播到质点c时,质点c开始振动的方向沿y轴正方向B.0~4s内质点b运动的路程为12cmC.4~5s内质点d的加速度正在逐渐减小D.6s时质点e第一次回到平衡位置E.各质点都振动起来后,a与c的振动方向始终相同2.(2022辽宁丹东一模)一列简谐波在某均匀介质中沿x轴传播,从x=3m处的质点a开始振动时计时,图甲为t0时刻的波形图且质点a正沿y轴正方向运动,图乙为质点a的振动图象,则下列说法正确的是 。 A.该波的频率为2.5HzB.该波的传播速率为200m/sC.该波是沿x轴负方向传播的D.从t0时刻起,a、b、c三质点中b最先回到平衡位置E.从t0时刻起,经0.015s质点a回到平衡位置3.(2022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7\nB.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,其他条件不变,仅用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距4.(2022重庆期末)下列说法正确的是 。 A.在双缝干涉实验中,保持入射光的频率不变,增大双缝间的距离,干涉条纹间距也增大B.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上滤光片,可以使景像更清晰,这是利用了光的偏振原理C.以接近光速在竖直方向上做高速运动的球体,在水平方向上长度变短了D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光,这是利用紫外线的荧光效应E.太阳光经过三棱镜的两次折射,会发散成彩色光带5.(2022陕西宝鸡二质检)如图所示,△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面,a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN(两束光关于OO'对称),在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示,下列说法正确的是 。 A.若光束从玻璃棱镜中射向空气,则光束b容易发生全反射B.在玻璃棱镜中,a光的传播速度小于b光的传播速度C.若保持b光入射点位置不同,将光束b顺时针旋转,则NO面可能有光线射出D.用a、b光在同样的装置做“双缝干涉”实验,a光的条纹间距大E.用a、b照射同一狭缝,b光衍射现象更明显6.(2022山西长治、运城、大同、朔州、阳泉五地联考)下列说法正确的是 。 A.日光灯是紫外线的荧光效应的应用B.单摆在做受迫振动时,它的周期等于单摆的固有周期C.机械波从一种介质进入另一种介质后,它的频率保持不变D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在E.弹簧振子做简谐振动时,振动系统的势能与动能之和保持不变7.(2022福建泉州三模)下列说法正确的是 。 A.波的图象表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移B.当波源与观察者相互远离时,观察到的波频率变小C.肥皂泡呈现彩色条纹是光的折射现象造成的D.狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的E.a、b两束光照射同一双缝干涉装置在屏上得到a光的相邻亮条纹间距比b光的小,则水对a光的折射率比b光的大8.(2022山西晋中调研)以下物理学知识的相关叙述中,正确的是 。 A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振B.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应C.变化的电场周围一定产生变化的磁场D.狭义相对论认为,在惯性参照系中,光速与光源、观察者间的相对运动无关E.在“用单摆测重力加速度”的实验中,测量n次全振动的总时间时,计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜二、计算题(本题共4个小题,共60分)9.(15分)(2022山东淄博模拟)简谐横波沿x轴传播,M是x轴上一质点,如图甲是质点M的振动图象。图乙中实线是t=3s时刻的波形图象,质点M位于x=4m处,虚线是再过Δt时间后的波形图象。图乙中两波峰间距离Δx=7.0m。求:7\n(1)波速大小和方向;(2)时间Δt。10.(15分)(2022华南师大附中三模)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长λ≥80cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=40cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移y=-8cm,质点A处于y=-16cm的波谷位置;t=0.5s时,质点O第一次回到平衡位置,而t=1.5s时,质点A第一次回到平衡位置。求:(1)这列简谐横波的周期T、波速v和波长λ;(2)质点A振动的位移y随时间t变化的关系式。11.(15分)(2022湖南株洲二质检)如图,三角形ABC为一直角三棱镜的横截面,有一细光束从BC边的中点射入三棱镜,且入射方向垂直于BC,该光束从AB边射出时传播方向与AC边平行。已知BC边长度为d,光在真空中传播速度为c,若不考虑AB边的反射,求光在棱镜中传播的速率及此光束从AB边射出时与AC边的距离。12.(15分)(2022河南濮阳三模)直角三角形玻璃砖ABC放置于真空中,∠B=30°,CA的延长线上S点有一点光源,发出的一条光线由D点射入玻璃砖,如图所示。光线经玻璃砖折射后垂直BC7\n边射出,且此光束经过SD用时和在玻璃砖内的传播时间相等。已知光在真空中的传播速度为c,BD=2d,∠ASD=15°。求:(1)玻璃砖的折射率;(2)SD两点间的距离。7\n专题突破练17 振动和波 光学一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分。填正确答案标号。每个题选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得0分)1.ABE 解析由振动图形可知,振动周期为2s,波长为λ=vT=4m;质点a开始起振的方向为y轴正方向,故波传播到质点c时,质点c开始振动的方向也沿y轴正方向,选项A正确;振动传到b点需要的时间为1s,故在剩下的3s内,质点b通过的路程为6A=12cm,选项B正确;第4s时刻d点在平衡位置向下振动,故4~5s内质点d的加速度先增大后减小,选项C错误;振动传到e点需时间4s,故6s时质点正好振动一个周期第二次回到平衡位置,选项D错误;因ac之间正好相差一个波长的距离,故各质点都振动起来后,a与c的振动方向始终相同,选项E正确;故选ABE。2.BDE 解析由题图可知波长λ=8m,周期T=4×10-2s,则频率f=1T=14×10-2=25Hz,波速为v=λT=84×10-2=200m/s,故A错误,B正确;由乙图可知,t=0时刻,质点a的起振方向是向沿y轴负方向的,而甲图中质点a正沿y轴正方向运动,故该波是沿x轴正方向传播的,故C错误;在t0时刻,质点a向波峰运动,质点b向平衡位置运动,质点c向波谷运动,故从t0时刻起,a、b、c三质点中b最先回到平衡位置,故D正确;根据波形平移法得知:质点a回到平衡位置,则波传播的距离为x=3m,所用时间为t=xv=0.015s,故从t0时刻起,经0.015s质点a回到平衡位置,故E正确;故选BDE。3.BCE 解析机械波的传播速度只与介质有关,与频率无关,所以A错。肥皂泡呈现彩色条纹属于薄膜干涉,所以B对。在波的干涉中,振动加强的点位移随时间变化,只是振幅最大,所以C对。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、磁感应强度均垂直,所以D错。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对;故选BCE。4.BDE 解析根据条纹间距的公式Δx=Ldλ可知,增大双缝间的距离d,干涉条纹间距减小,故A错误;日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏转滤光片可以使景象更清晰,这是利用光的偏振现象,故B正确;竖直向上高速运动的球在水平方向上长度不变,沿运动方向上的长度会变短,选项C错误;用紫外线照射时大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光,利用紫外线的荧光效应,故D正确。太阳光经过三棱镜的两次折射,由于各种色光的折射率不同,所以折射角也就不同,那么经过两次折射就会发散成彩色光带,故E正确;综上所述本题答案是BDE。5.ACD 解析由光路图看出,b光束在NO面上发生了全反射,而a光束在MO面上没有发生全反射,而入射角相同,说明b光的临界角小于a光的临界角,由sinC=1n分析得知,玻璃对a光束的折射率小于b光束的折射率,由v=cn得知,在玻璃砖中a光的传播速度比b光大,故A正确,B错误;玻璃对a光束的折射率小于b光束的折射率,则a光的频率小于b光的频率,由c=λf知,a光波长大于b光的波长,则用同样的装置做“双缝干涉”实验时,根据Δx=Ldλ知,a光的条纹间距大,故D正确;保持b光入射点位置不变,将光束b顺时针旋转,则入射角减小,故NO面可能有b光线射出,故C正确;因a光波长大于b光的波长,故两光照射同一狭缝,a光衍射现象更明显,故E错误;故选ACD。6.ACE 解析日光灯是紫外线的荧光效应的应用,故A正确;单摆在做受迫振动时,它的周期等于驱动力的周期,故B错误;机械波的频率由波源决定,和介质无关,故C正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故D错误;弹簧振子运动过程中只有重力和系统内弹力做功,所以机械能守恒,所以弹簧振子做简谐振动时,振动系统的势能与动能之和保持不变,故E正确;综上所述本题答案是ACE。7.BDE 解析波的图象表示介质中“无数个质点”在“某个时刻”的位移,选项A错误;根据多普勒效应可知,当波源与观察者相互远离时,观察到的波频率变小,选项B正确;肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象造成的,选项C错误;狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,选项D正确;a、b两束光照射同一双缝干涉装置在屏上得到a光的相邻亮条纹间距比b光的小,根据Δx=ldλ,则a的波长较小,频率较大,则水对a光的折射率比b光的大,选项E正确;故选BDE。8.BDE 解析7\n用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉,选项A错误;交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应,选项B正确;变化的电场周围一定产生磁场,均匀变化的电场周围产生稳定的磁场,选项C错误;狭义相对论认为,在惯性参照系中,光速与光源、观察者间的相对运动无关,选项D正确;在“用单摆测重力加速度”的实验中,测量n次全振动的总时间时,计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜,选项E正确;故选BDE。二、计算题(本题共4个小题,共60分)9.答案(1)43m/s,沿x轴负向 (2)Δt=6n+214s(n=1,2,3,…)解析从题图中可得周期和波长,根据v=λT,可得波速;根据时间与周期的关系即可解得Δt。(1)由题意知T=6s,λ=8m则波速大小为:v=λT=43m/st=3s时,质点M向下振动,所以波沿x轴负向传播。(2)由题意知,Δt=nT+Δxv(n=1,2,3,…)代入数据得Δt=6n+214s(n=1,2,3,…)10.答案(1)T=6.0s v=0.4m/s x=2.4m(2)y=0.16sinπ3t+32πm解析(1)设振动周期为T,由于质点A在0到1.5s内由负最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是四分之一周期,故振动周期为:T=6.0s;由于质点OA距离d=0.40m小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t=0.5s时回到平衡位置,而t=1.5s时A紧接着回到平衡位置,可知波从O传到A的时间为:Δt=1.0s故此简谐波的传播速度:v=dΔt=0.40m/s据波长、波速和周期的关系,可得该波的波长:λ=vT=2.4m(2)设质点A的位移随时间变化的关系式为:y=Asin2πTt+φ0=Asinπ3t+φ0已知t=0时,y=-0.16m,有:y=Asinφ0=-0.16mt=1.5s时,y=0,有:y=Asinπ2+φ0=0联立解得:φ0=32πrad,A=0.16m因此质点A的位移随时间变化的关系为:y=0.16sinπ3t+32πm11.答案33c 36d解析不考虑AB边的反射,细光束通过棱镜的光路如图所示。光在AB边折射时,入射角i2=30°折射角r2=60°根据折射定律有n=sinr2sini2又光速与折射率的关系为n=cv故光在棱镜中的传播速率为v=33c图中AO1=d在等腰三角形O2AO1中,O2到AC的距离为s=d2tan30°=36d7\n12.答案(1)2 (2)d解析(1)由几何关系可知入射角i=45°,折射角r=30°n=sinisinr可得n=2(2)在玻璃砖中光速v=cn光束经过SD和玻璃砖内的传播时间相等,有SDc=BDsin30°v可得SD=d。7
