（課標版）高考物理二輪復(fù)習 專題七 選考部分 第21講 振動和波動 光學(xué)限時練（含解析）-人教版高三全冊物理試題

振動和波動光學(xué)1．(2019·全國大聯(lián)考)(1)圖甲中的B超成像的基本原理是探頭向人體發(fā)射一組超聲波，遇到人體組織會產(chǎn)生不同程度的反射，探頭接收到的超聲波信號由計算機處理，從而形成B超圖象．圖乙為血管探頭沿x軸正方向發(fā)送的簡諧超聲波圖象，t＝0時刻波恰好傳到質(zhì)點M.已知此超聲波的頻率為1×107Hz.下列說法正確的是________．A．血管探頭發(fā)出的超聲波在血管中的傳播速度為1.4×103m/sB．質(zhì)點M開始振動的方向沿y軸正方向C．t＝1.25×10－7s時質(zhì)點M運動到橫坐標x＝3.5×10－4m處D．0～1.25×10－7s內(nèi)質(zhì)點M的路程為2mmE．t＝1.5×10－7s時質(zhì)點N恰好處于波谷(2)如圖所示，透明材料制成的圓柱形棒，其直徑為4cm，長為40cm.一束細光線從圓柱棒的一個底面中心垂直于底面射入圓柱棒，光線進入圓柱棒后經(jīng)eq\f(4\r(3),45)×10－8s，再由棒的另一底面射出．求：①這種材料的折射率；②若從該點調(diào)整光線的入射方向，經(jīng)歷的全反射最多次數(shù)．解析：(1)由圖乙知波長λ＝14×10－2mm＝1.4×10－4m，由v＝λf得波速v＝1.4×10－4m×1×107Hz＝1.4×103m/s，選項A正確；根據(jù)波動與振動方向間的關(guān)系，質(zhì)點M開始振動的方向沿y軸負方向，選項B錯誤；質(zhì)點M只會上下振動，不會隨波遷移，選項C錯誤；質(zhì)點M振動的周期T＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,1×107)s＝1×10－7s，由于eq\f(Δt,T)＝eq\f(1.25×10－7,1×10－7)＝eq\f(5,4)，質(zhì)點M在0～1.25×10－7s內(nèi)運動的路程L＝eq\f(5,4)×4A＝eq\f(5,4)×4×0.4mm＝2mm，選項D正確；t＝1.5×10－7s時波傳播的距離L＝1.4×103m/s×1.5×10－7s＝2.1×10－4m＝21×10－2mm，此時圖乙中橫坐標x＝14×10－2mm的波谷恰好傳播到質(zhì)點N，選項E正確．(2)①v＝eq\f(L,t)＝eq\f(3\r(3),2)×108m/sn＝eq\f(c,v)＝eq\f(2\r(3),3).②設(shè)全反射臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),2)解得：C＝60°l＝2×eq\f(d,2)tanC＝4eq\r(3)cmn＝eq\f(L,l)≈5.78>5.5所以n＝6次．答案：(1)ADE(2)①eq\f(2\r(3),3)②6次2．(2019·山東青島聯(lián)考)(1)下列說法正確的是________．A．在干涉現(xiàn)象中，振動加強點的位移總比減弱點的位移要大B．簡諧機械波的頻率等于單位時間內(nèi)經(jīng)過介質(zhì)中一點的完全波的個數(shù)C．火車鳴笛遠離我們時，我們聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)聲的頻率低D．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長有關(guān)E．用兩束單色光A、B，分別在同一套裝置上做干涉實驗，若A光的相鄰兩條紋間距比B光的大，則說明A光波長大于B光波長(2)如圖所示，一截面為半圓的透明體，其AB面與水平面間的夾角為30°，半圓半徑r＝10cm.一束很細的單色光從半圓上P點豎直向下射入透明體，且此光線的延長線恰好經(jīng)過圓心O點，在水平面上得到一個亮點R(未畫出)，同時光線從圓弧AB上某點Q射出(未畫出)，已知透明體的折射率為eq\r(3).①補充完整光路圖；②求QR兩點間的距離x.解析：(1)在干涉現(xiàn)象中，振動加強點振幅最大，位移在變化，所以振動加強點的位移不是總是比減弱點的位移大，故A錯誤．根據(jù)機械波的特點可知，簡諧機械波的頻率等于單位時間內(nèi)經(jīng)過介質(zhì)中一點的完全波的個數(shù)，故B正確．火車鳴笛遠離我們時，根據(jù)多普勒效應(yīng)知，我們接收的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故C正確．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，單擺的周期與驅(qū)動力的周期相等，與固有周期無關(guān)，與單擺的擺長無關(guān)，故D錯誤．根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，A光的條紋間距比B光的條紋間距大，則A光的波長大于B光的波長，故E正確．故選B、C、E.(2)①作出光路圖如圖所示②由光路圖可知光線從P點進入透明體在AB邊的入射角為30°，根據(jù)反射定律有∠MOQ＝30°由n＝eq\f(sini,sinr)得，折射角∠RON＝60°由幾何關(guān)系可知∠ROB＝30°，則△BOR為等腰三角形．所以eq\x\to(OR)＝eq\x\to(BR)＝eq\f(\f(r,2),cos30°)＝eq\f(10\r(3),3)cm.由幾何關(guān)系得△QOR為直角三角形，則QR兩點間的距離x＝eq\r(\x\to(OQ)2＋\x\to(OR)2)＝eq\f(20\r(3),3)cm.答案：(1)BCE(2)①圖見解析②eq\f(20\r(3),3)cm3．(2019·河南鄭州聯(lián)考)(1)如圖所示，實線是一列沿x軸傳播的簡諧橫波在t1時刻的波形圖，虛線是這列簡諧橫波在t2＝(t1＋0.2)s時刻的波形圖，若波速為v1＝35m/s，則x＝5m的質(zhì)點M在t1時刻的振動方向為________(選填“向＋y方向”或“向－y方向”)；若在t1～t2這段時間內(nèi)x＝5m的質(zhì)點M通過的路程為1m，則波的傳播方向為________(選填“向＋x方向”或“向－x方向”)，波速為________m/s.(2)如圖所示，ABCD是某種透明材料的截面，AB面為平面，CD面是半徑為R的圓弧面，O1O2為對稱軸，一束單色光從O1點斜射到AB面上折射后照射到圓弧面上E點，剛好發(fā)生全反射．已知單色光在AB面上入射角α的正弦值為eq\f(\r(3),3)，DO2⊥CO2，透明材料對單色光的折射率為eq\f(2\r(3),3)，光在真空中傳播速度為c，求：①O1O2與O2E的夾角θ的大??；②光在透明材料中傳播的時間(不考慮光在BC面的反射)．(結(jié)果可以用根號表示)解析：(1)由圖讀出波長λ＝4m，所以波的周期為T＝eq\f(λ,v1)＝eq\f(4,35)s，時間Δt＝0.2s包含的周期個數(shù)為eq\f(Δt,T)＝1eq\f(3,4)，根據(jù)波形的平移法可知，波向左傳播，質(zhì)點M在t1時刻的振動方向為－y方向．由圖知振幅為A＝20cm＝0.2m，在t1到t2的時間內(nèi)，M通過的路程為1m＝5A，即經(jīng)過了eq\f(5,4)T，則有eq\f(5,4)T＝0.2s，解得T＝0.16s．故波速為v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,0.16)m/s＝25m/s.因為波形從實線到虛線經(jīng)歷了eq\f(5,4)T，所以波向＋x方向傳播．(2)①由折射公式有n＝eq\f(sinα,sinr)，解得sinr＝eq\f(1,2)可得r＝30°.光在圓弧面上剛好發(fā)生全反射，因此有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),2)臨界角C＝60°由幾何關(guān)系可知r＋θ＝C，解得θ＝30°.②由幾何關(guān)系知O1E＝R，光在E點的反射光線EF平行于AB，則EF＝Rsin45°－Rsin30°.所以EF＝eq\f(\r(2)－1R,2)光在材料中傳播的速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),2)c因此材料中傳播時間t＝eq\f(O1E＋EF,v)＝eq\f(\r(2)＋1R,\r(3)c)答案：(1)向－y方向向＋x方向25(2)①30°②eq\f(\r(2)＋1R,\r(3)c)4．(2019·廣州一模)(1)下列說法中正確的是________．A．在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由綠光改為紅光，則干涉條紋間距變寬B．水中的氣泡看起來特別明亮，是因為光從水中射向氣泡時在氣泡表面發(fā)生了全反射C．兩列水波發(fā)生干涉時，兩列波的波峰相遇點的質(zhì)點振動位移始終最大D．由于超聲波的頻率很高，所以超聲波不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象E．光在介質(zhì)中傳播的速度僅由介質(zhì)本身所決定，與光的頻率無關(guān)(2)一簡諧橫波以4m/s的波速沿水平繩向x軸正方向傳播．已知t＝0時的波形如圖所示，繩上兩質(zhì)點M、N的平衡位置相距eq\f(3,4)波長．設(shè)向上為正，經(jīng)時間t1(小于一個周期)，此時質(zhì)點M向下運動，其位移仍為0.02m．求：①該橫波的周期；②t1時刻質(zhì)點N的位移．解析：(1)光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由綠光改為紅光，則波長變長，由條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可知干涉條紋間距變寬，故A正確；光束從水中射向氣泡，當入射角等于或大于臨界角時，出現(xiàn)全反射現(xiàn)象，所以水中的氣泡看起來特別明亮，故B正確；兩列波的波峰相遇點，振動總是加強，但質(zhì)點的位移不是始終最大，故C錯誤；超聲波的頻率很高，波長很短，所以超聲波不易發(fā)生明顯衍射，故D正確；光在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，故E錯誤．故選A、B、D.(2)①由波形圖象知，波長：λ＝4m又波長、波速和周期關(guān)系為：v＝eq\f(λ,T)聯(lián)立以上兩式并代入v＝4m/s，得該波的周期為：T＝1s.②由已知條件知從t＝0時刻起，質(zhì)點M做簡諧振動的位移表達式為：yM＝0.04sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2πt＋\f(π,6)))經(jīng)時間t1(小于一個周期)，M點的位移仍為0.02m，運動方向向下，可解得：t1＝eq\f(1,3)s由于N點在M點右側(cè)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：yN＝0.04sineq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t－\f(3,4)T))＋\f(π,6)))＝0.04sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2πt－\f(4π,3)))當t1＝eq\f(1,3)s時，yN＝0.04sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π·\f(1,3)－\f(4π,3)))＝－0.02eq\r(3)m答案：(1)ABD(2)①1s②－0.02eq\r(3)m5．(2019·成都二診)(1)圖甲為一列簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖，圖乙為介質(zhì)中x＝2m處的質(zhì)點P的振動圖象．下列說法正確的是________．A．波沿x軸負方向傳播B．波速為20m/sC．t＝0.15s時刻，質(zhì)點P的位置坐標為(5m,0)D．t＝0.15s時刻，質(zhì)點Q的運動方向沿y軸負方向E．t＝0.15s時刻，質(zhì)點Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點P距平衡位置的距離(2)圖示為某寶石的截面圖，左右對稱，∠PMN＝120°，MP⊥PO，θ＝60°，MP＝2L，PO＝2eq\r(3)L.一與MN垂直的光線從MP的中點A射入寶石中，已知寶石對光線的折射率n＝eq\r(3)，光在真空中的速度大小為c，求：①光線第一次從寶石中射出的位置；②光線從A點射入到第一次射出寶石所用的時間．解析：(1)由乙圖讀出，t＝0時刻質(zhì)點P向下振動，則由波形的平移法可知，這列波沿x軸正方向傳播，故A錯誤；由甲圖知：這列波的波長λ＝4m；由乙圖讀出，該波的周期T＝0.2s，則波速為v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,0.2)m/s＝20m/s，故B正確；圖示時刻P點沿y軸負方向運動，t＝0.15s＝eq\f(3,4)T，質(zhì)點P恰好到達正最大位移處，則坐標位置為(2m，20cm)，故C錯誤；這列波沿x軸正方向傳播，在t＝0時刻Q向上運動，經(jīng)過eq\f(3,4)T，Q質(zhì)點正經(jīng)平衡位置向負最大位移運動，所以運動的方向沿y軸負方向，故D正確；由C與D選項的分析可知，在t＝0.15s時刻質(zhì)點Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點P距平衡位置的距離，故E正確．(2)①光線射到MP面的入射角i＝180°－120°＝60°根據(jù)折射定律有n＝eq\f(sini,sinr)得折射角r＝30°設(shè)寶石的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)射到PO面的入射角α＝90°－r＝60°由于sinα＝eq\f(\r(3),2)>eq\f(