2021高考物理二輪復習專題限時集訓16 振動和波動　光與電磁波

1、PAGE 12 -專題限時集訓(十六)(建議用時：40分鐘)1.(2020煙臺模擬)(1)如圖所示，P、Q、M是均勻媒介中x軸上的三個質點，PQ、QM的距離分別為3 m、2 m，一列簡諧橫波沿x軸向右傳播。在t0時刻，波傳播到質點P處并且P開始向下振動，經t3 s，波剛好傳到質點Q，而此時質點P恰好第一次到達最高點且離平衡位置10 cm處。下列說法正確的是()A該簡諧波的波速為1 m/sB該簡諧波的波長為12 mC當波傳播到質點M時，質點P通過的路程為50 cmD當t5 s時，質點Q的加速度方向豎直向下E當質點M運動到最高點時，質點Q恰好處于最低點(2)如圖所示是一透明物體的橫截面，橫截面為等

2、腰直角三角形ABC，AB邊長為a，底面AC鍍有反射膜。今有一條光線垂直AB邊從中點入射，進入透明物體后直接射到底面AC上，并恰好發(fā)生全反射，(已知光在真空中的傳播速度為c)求：()透明物體的折射率和光在透明物體內的傳播時間；()若光線從AB邊中點沿平行于底面的方向射向透明物體，求光線最終離開透明物體時的出射角。解析(1)在t0時刻，波傳播到質點P，經t3 s，波剛好傳到質點Q，則veq f(x,t)eq f(3,3) m/s1 m/s，故A正確；在t0時刻，質點P開始向下振動，經t3 s，質點P恰好第一次到達最高點，則eq f(3,4)T3 s，T4 s，根據(jù)veq f(,T)，可得vT4 m

3、，故B錯誤；當波傳播到質點M時，用時teq f(x,v)5 s，即eq f(5,4)T，質點P通過的路程為5A50 cm，故C正確；當t5 s時，質點Q已經振動了2 s，運動到了平衡位置，加速度為零，故D錯誤；質點M比質點Q晚運動了半個周期，當質點M運動到最高點時，質點Q恰好處于最低點，故E正確。(2)()根據(jù)題意，光線射到AC面上時入射角度恰好為臨界角C，由幾何關系可知C45，根據(jù)sin Ceq f(1,n)可得neq f(1,sin C)eq r(2)由幾何關系可知光在透明物體中的傳播路徑長為a，設光在介質中的傳播速度為v，有veq f(c,n)，teq f(a,v)可得teq f(r(2

4、)a,c)。()設此時光在AB面的入射角為i，折射角為r，由題意可知，i45根據(jù)公式neq f(sin i,sin r)可得r30由幾何關系可知60C45，光線在BC面發(fā)生全反射。設光線在AC面的入射角為i，折射角為r，根據(jù)幾何關系，i15根據(jù)公式neq f(sin r,sin i)，解得rarcsin eq f(r(3)1,2)。答案(1)ACE(2)()eq r(2)eq f(r(2)a,c)()arcsin eq f(r(3)1,2)2(2020廣州一模)(1)光纖通信中，光導纖維傳遞光信號的物理原理是利用光的_現(xiàn)象，要發(fā)生這種現(xiàn)象，必須滿足的條件是：光的入射方向應該是_(填“從光密介質

5、到光疏介質”或“從光疏介質到光密介質”)，且入射角_臨界角(填“”或“”)。(2)一簡諧橫波以4 m/s的波速沿水平繩向x軸正方向傳播。已知t0時的波形如圖所示，繩上兩質點M、N的平衡位置相距eq f(3,4)波長。設向上為正，經時間t1(小于一個周期)，此時質點M向下運動，其位移仍為0.02 m。求：()該橫波的周期；()t1時刻質點N的位移。解析(1)光纖通信中，是利用光從光密介質射向光疏介質，且入射角大于等于臨界角，使光線在纖維中發(fā)生全反射。(2)()由波形圖象知，波長：4 m又波長、波速和周期關系為：veq f(,T)聯(lián)立得該波的周期為：T1 s。()由已知條件知從t0時刻起，質點M做

6、簡諧振動的位移表達式為：yM0.04sineq blc(rc)(avs4alco1(2teq f(,6)經時間t1(小于一個周期)，M點的位移仍為0.02 m，運動方向向下。可解得：t1eq f(1,3) s由于N點在M點右側eq f(3,4)波長處，所以N點的振動滯后eq f(3,4)個周期，其振動方程為：yN0.04sineq blcrc(avs4alco1(eq f(2,T)eq blc(rc)(avs4alco1(teq f(3,4)T)eq f(,6)0.04sin2teq f(4,3)當t1eq f(1,3) s時，yN0.04sineq blc(rc)(avs4alco1(2eq

7、 f(1,3)eq f(4,3)0.02eq r(3) m。答案(1)全反射從光密介質到光疏介質(2)()1 s()0.02eq r(3) m3(2019屆高三西安八校聯(lián)考)(1)一列沿x軸正方向傳播的簡諧波，在t0時刻的波形圖如圖所示，已知這列波在P出現(xiàn)兩次波峰的最短時間是0.4 s，根據(jù)以上可知：這列波的波速是_m/s；再經過_s質點R才能第一次到達波峰；這段時間里R通過的路程為_cm。(2)如圖所示，一透明球體置于空氣中，球半徑R10 cm，折射率neq r(2)，MN是一條通過球心的直線，單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，AB與MN間距為5eq r(2) cm，CD為出射光

8、線。()補全光路并求出光從B點傳到C點的時間；()求CD與MN所成的角。解析(1)依題，P點兩次出現(xiàn)波峰的最短時間是0.4 s，所以這列波的周期T0.4 s。由波速公式得veq f(,T)eq f(4,0.4) m/s10 m/s由t0時刻到R第一次出現(xiàn)波峰，波移動的距離s7 m則teq f(s,v)eq f(7,10) s0.7 s在上述時間內，R實際振動時間t10.3 s因此R通過的路程為s3A6 cm。(2)()連接BC，光路圖如圖所示；在B點光線的入射角、折射角分別標為i、r，sin ieq f(5r(2),10)eq f(r(2),2)，所以i45由折射定律，在B點有neq f(si

9、n i,sin r)可得sin req f(1,2)故r30又eq xto(BC)2Rcos r，veq f(c,n)所以teq f(xto(BC),v)eq f(xto(BC)n,c)eq f(r(6),3)109 s。()由幾何關系可知COP15，OCP135，所以30。答案(1)100.76(2)()光路圖見解析eq f(r(6),3)109 s()304(2019福建漳州市第二次教學質量監(jiān)測)(1)如圖所示是某時刻兩列簡諧橫波的波形圖，波速大小均為10 m/s，一列波沿x軸正向傳播(實線所示)；另一列波沿x軸負向傳播(虛線所示)，則在x軸上質點a(x1 m)和b(x2 m)中，質點b為

10、振動_(選填“加強點”或“減弱點”)，從該時刻起經過0.3 s時，c質點坐標為_。(2)某透明介質的橫截面如圖所示，APE是半徑為R的eq f(1,4)圓弧，OBDE為正方形，P點到AB面的距離Leq f(R,2)。現(xiàn)有一單色細光束沿PO方向射入透明介質，射到AB面時恰好發(fā)生全反射。光在真空中的速度為c，求：該光從透明介質BD面上的Q點射出時，折射角的正弦值；該光第一次從P點傳播到Q點的時間t。解析(1)兩列波長相同的波疊加，由題圖圖象知，b、d兩點都是波峰與波谷相遇點，則b、d兩點振動始終減弱，是振動減弱點；由題圖圖象可知，兩列波的波長都為4 m，則周期Teq f(,v)eq f(4,10)

11、 s0.4 s，而t0.3 seq f(3,4)T，c點此時向上運動，經過eq f(3,4)T到達波谷，此時y方向的位移為y2A0.4 cm，故c點的坐標為(3 m，0.4 cm)。(2)該光在透明介質中傳播的光路如圖所示：設光射到AB面發(fā)生全反射的臨界角為C，透明介質對該光的折射率為n，則有：sin Ceq f(1,n)又：sin(90C)eq f(L,R)，i90C由光的折射定律有：eq f(sin ,sin i)n聯(lián)立解得：sin eq f(r(3),3)。該光第一次從P點傳播到Q點的路程：xReq f(R,sin C)該光第一次從P點傳播到Q點的時間：teq f(x,v)其中veq f

12、(c,n)解得：teq f(22r(3)R,3c)。答案(1)減弱點(3 m，0.4 cm)(2)eq f(r(3),3)eq f(22r(3)R,3c)5.(2018全國卷T34)(1)如圖，ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，A30。一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出，其折射角為60，則玻璃對紅光的折射率為_。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。(2)一列簡諧波在teq f(1,3) s時的波形圖如圖(a)所示，P、Q是介質中的兩個質點。圖(b)是質點Q的振動圖象。求()波速及波的傳播方向；()質點Q的平衡位置的x坐標。圖(a)圖

13、(b)解析根據(jù)題述和題圖可知，折射角i60，入射角r30，由折射定律可得，玻璃對紅光的折射率neq f(sin i,sin r)eq r(3)。若改用藍光沿同一路徑入射，由于玻璃對藍光的折射率大于玻璃對紅光的折射率，則光線在D點射出時的折射角大于60。(2)()由圖(a)可以看出，該波的波長為36 cm由圖(b)可以看出，周期為T2 s波速為veq f(,T)18 cm/s由圖(b)知，當teq f(1,3) s時，Q點向上運動，結合圖(a)可得，波沿x軸負方向傳播。()設質點P、Q平衡位置的x坐標分別為xP、xQ.由圖(a)知，x0處yeq f(A,2)Asin(30)，因此xPeq f(3

14、0,360)3 cm由圖(b)知，在t0時Q點處于平衡位置，經teq f(1,3) s，其振動狀態(tài)向x軸負方向傳播至P點處，由此及式有xQxPvt6 cm由式得，質點Q的平衡位置的x坐標為xQ9 cm。答案(1)eq r(3)大于(2)()18 cm/s沿x軸負方向傳播()9 cm6(2020全國卷T34)(1)(多選)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應解釋的有_。A雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調會變低D同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同E天文學上觀察到雙星(相距較近、均繞它

15、們連線上某點做圓周運動的兩顆恒星)光譜隨時間的周期性變化(2)一振動片以頻率f做簡諧振動時，固定在振動片上的兩根細桿同步周期性地觸動水面上a、b兩點，兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。c是水面上的一點，a、b、c間的距離均為l，如圖所示。已知除c點外，在ac連線上還有其他振幅極大的點，其中距c最近的點到c的距離為eq f(3,8)l。求：()波的波長；()波的傳播速度。解析(1)雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲，這是光的速度比聲波的速度大引起的，選項A錯誤；超聲波被血管中血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化，是多普勒效應，選項B正確；觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音

16、調會變低，是多普勒效應，選項C正確；同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中的傳播速度不同，是聲速與介質有關，不是多普勒效應，選項D錯誤；天文學上觀察到雙星光譜隨時間的周期性變化是多普勒效應，選項E正確。 (2)()如圖，設距c點最近的振幅極大的點為d點，a與d的距離為r1，b與d的距離為r2，d與c的距離為s，波長為。則r2r1由幾何關系有r1lsreq oal(2,2)(r1sin 60)2(lr1cos 60)2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得eq f(1,4)l。()波的頻率為f，設波的傳播速度為v，有vf聯(lián)立式得veq f(fl,4)。答案(1)BCE(2)()eq f(1,4)l()eq f(fl,

17、4)7(2020全國卷T34)(1)用一個擺長為80.0 cm的單擺做實驗，要求擺動的最大角度小于5，則開始時將擺球拉離平衡位置的距離應不超過_cm(保留1位小數(shù))。(提示：單擺被拉開小角度的情況下，所求的距離約等于擺球沿圓弧移動的路程。)某同學想設計一個新單擺，要求新單擺擺動10個周期的時間與原單擺擺動11個周期的時間相等。新單擺的擺長應該取為_cm。(2)直角棱鏡的折射率n1.5，其橫截面如圖所示，圖中C90，A30。截面內一細束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點射入，經折射后射到BC邊上。()光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射？說明理由；()不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的

18、入射光線夾角的正弦值。解析(1)由弧長公式可知lR，又結合題意所求的距離近似等于弧長，則deq f(5,360)280.0 cm6.98 cm，結合題中保留1位小數(shù)和擺動最大角度小于5可知不能填7.0，應填6.9；由單擺的周期公式T2eq r(f(l,g)可知，單擺的周期與擺長的平方根成正比，即Teq r(l)，又由題意可知舊單擺周期與新單擺周期的比為1011，則eq f(10,11)eq r(f(80.0 cm,l)，解得l96.8 cm。(2)()如圖，設光線在D點的入射角為i，折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點。設光線在E點的入射角為，由幾何關系，有90(30r)60根據(jù)題給數(shù)據(jù)得s

19、in sin 60eq f(1,n)即大于全反射臨界角，因此光線在E點發(fā)生全反射。()設光線在AC邊上的F點射出棱鏡，光線的入射角為i，折射角為r，由幾何關系、反射定律及折射定律，有i30i90sin insin rnsin isin r聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)，得sin req f(2r(2)r(3),4)由幾何關系，r即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。答案(1)6.996.8(2)()會發(fā)生全反射，理由見解析()eq f(2r(2)r(3),4)8(2020全國卷T34)(1)如圖所示，一列簡諧橫波平行于x軸傳播，圖中的實線和虛線分別為t0和t0.1 s時的波形圖。已知平衡位置在x6 m處的質點，在0到0.1 s時間內運動方向不變。這列簡諧波的周期為_ s，波速為_ m/s，傳播方向沿x軸_(填“正方向”或“負方向”)。(2)如圖所示，一折射率為eq r(3)的材料制作的三