届高考物理二轮《振动和波光学》选修34.docx

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届高考物理二轮《振动和波光学》选修34

2012届高考物理二轮《振动和波、光学（选修3-4）》专题训练

1.某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x＝Asin

t，则质点（　　）

A．第1s末与第3s末的位移相同

B．第1s末与第3s末的速度相同

C．第3s末至第5s末的位移方向都相同

D．第3s末至第5s末的速度方向都相同

解析：

根据x＝Asin

t可求得该质点振动周期为T＝8s，则该质点振动图像如图所示，图像的斜率为正表示速度为正，反之为负，由图可以看出第1s末和第3s末的位移相同，但斜率一正一负，故速度方向相反，选项A正确、B错误；第3s末和第5s末的位移方向相反，但两点的斜率均为负，故速度方向相同，选项C错误、D正确。

答案：

AD

2．（2011·北京高考）如图11－12所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。

要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　）

A．增大S1与S2的间距图11－12

B．减小双缝屏到光屏的距离

C．将绿光换为红光

D．将绿光换为紫光

解析：

由双缝干涉条纹间距公式Δx＝

λ可知，要增大条纹间距，可以增大双缝到屏的距离，减小双缝间距，选用波长更长的单色光，因此C项正确。

答案：

C

3．（2011·新课标全国卷）一振动周期为T、振幅为A、位于x＝0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动。

该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失。

一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是________。

A．振幅一定为A

B．周期一定为T

C．速度的最大值一定为v

D．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离

E．若P点与波源距离s＝vT，则质点P的位移与波源的相同

解析：

机械波在传播过程中，把波源的信息传播出去了，即把波源的振动周期、振幅、开始振动的方向等信息都传播出去，各质点的振动周期、振幅、开始振动的方向均与波源相同，故D错误，A、B正确。

波的传播速度和质点的振动速度是两回事，故C错误。

当P点与波源距离s＝vT时，即P点与波源相差一个波长，两质点的振动情况完全一样，故E正确。

答案：

ABE

4．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，

（1）以下对实验的几点建议中，有利于提高测量结果精确度的是________。

A．实验中适当加长摆线

B．单摆偏离平衡位置的角度不能太大

C．当单摆经过最大位置时开始计时

D．测量多组周期T和摆长L，作L－T2关系图像来处理数据

（2）某同学在正确操作和测量的情况下，测得多组摆长L和对应的周期T，画出L－T2图像，如图11－13所示。

出现这一结果最可能的原因是：

摆球重心不在球心处，而是在球心的正__________方（选填“上”或“下”）。

为了使得到的实验结果不受摆球重心位置无法准确确定的影响，他采用恰当的数据处理方法：

在图线上选取A、B两个点，找到两点相应的横纵坐标，如图所示。

用表达式g＝________计算重力图11－13

加速度，此结果即与摆球重心就在球心处的情况一样。

解析：

（1）当单摆经过平衡位置时开始计时能提高测量的精确度，C错误；

（2）作一条过原点的与AB线平行的直线，所作的直线就是准确测量摆长时所对应的图线。

过横轴上某一点作一条平行纵轴的直线，则交两条图线的交点不同，与准确测量摆长时的图线的交点对应的摆长是准确的，与AB线的交点对应的摆长要小些，同样的周期，摆长应一样，但AB线所对应的却小些，其原因是在测量摆长时少测了，所以其重心应在球心的下方。

设重心与球心的距离为r，则对A、B两点数据，由单摆周期公式有：

TA＝2π

和TB＝2π

，解得：

g＝

，按这样计算，测量结果将与摆球重心就在球心处的值相同。

答案：

（1）ABD　

（2）下　

5．如图11－14所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中心垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。

（1）求该玻璃棒的折射率。

（2）若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时______（填“能”、“不能”或“无法确定能否”）发生全反射。

图11－14

解析：

（1）如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C＝45°①

由折射定律得n＝

②

联立①②式得n＝

。

（2）能，若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时，入射角增大，能发生全反射。

答案：

（1）

（2）能

1.（10分）某同学在做“用双缝干涉测定光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时（如图1甲中的A），游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时（如图丙中的B），游标卡尺的示数如图丁所示。

已知双缝间距d＝0.5mm，双缝到屏的距离l＝1m，则：

图1

（1）图乙中游标卡尺的示数为________cm。

（2）图丁中游标卡尺的示数为________cm。

（3）所测光波的波长为________m（保留两位有效数字）。

解析：

（1）该游标卡尺有20个等分刻度，精度为0.05mm，读数为：

12mm＋0.05×10mm＝1.250cm。

（2）该游标卡尺为20分度，读数为：

17mm＋0.05×15mm＝1.775cm。

（3）游标卡尺读数的差值为条纹间距的4倍，

由公式λ＝

d得

λ＝

m

＝6.5625×10－7m

保留2位有效数字为：

λ＝6.6×10－7m。

答案：

（1）1.250　

（2）1.775　（3）6.6×10－7

2．（10分）

（1）如图2所示，一根张紧的水平弹性绳上的a、b两点相距

14.0m，b点在a点的右方，当一列简谐波沿此绳向右传播时，若

a点位移达到正向极大，b点的位移恰为零且向下运动，经过1.00s图2

后，a点的位移为零且向下运动，而b点的位移恰好达到负向极大，则这列简谐波的波速可能等于________。

A．14.0m/sB．10.0m/s

C．6.00m/sD．4.67m/s

（2）如图3中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝s1和s2的路程差为7.95×10－7m，则在这里出现的应是________（选填“明条纹”或“暗条纹”）。

现改用波长为6.30×10－7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________（选填“变宽”、“变窄”、或“不变”）。

图3

解析：

（1）此题虽已说明了波的传播方向，但满足条件的a、b两点间可以有无数个不同波形。

如图所示。

所以（n＋

）λ＝sab，n＝0,1,2，…

经1.00sa质点运动的时间至少为

，

所以有（k＋

）T＝Δt，k＝0,1,2，…

所以波速v＝

＝

m/s，分别令n＝0、1、2、…，讨论k的取值可得B、D是正确的。

（2）因n1＝

＝1.5，光程差是半波长的奇数倍，在这里出现的应是暗条纹，又因Δx＝

λ，λ变大，Δx变大，条纹间距变宽。

答案：

（1）BD　

（2）暗条纹　变宽

3．（6分）（2011·福建高考）某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中：

（1）用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图4所示，则该摆球的直径为________cm。

图4

（2）小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是________。

（填选项前的字母）

A．把单摆从平衡位置拉开30°的摆角，并在释放摆球的同时开始计时

B．测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期

C．用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大

D．选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小

解析：

（1）主尺读数加游标尺读数的总和等于最后读数，0.9cm＋7×

mm＝0.97cm，不需要估读。

（2）单摆符合简谐运动的条件是最大偏角不超过5°，并从平衡位置计时，故A错误；若第一次过平衡位置计为“0”则周期T＝

，若第一次过平衡位置计为“1”，则周期T＝

，B错误；由T＝2π

得g＝

，其中L为摆长，即悬线长加摆球半径，若为悬线长加摆球直径，由公式知g偏大，故C正确；为了能将摆球视为质点和减少空气阻力引起的相对误差，应选密度较大体积较小的摆球，故D错误。

答案：

（1）0.97　

（2）C

4．（10分）

（1）下列说法正确的是________。

A．简谐运动的周期与振幅无关

B．在简谐运动的回复力表达式F＝－kx中，F为振动物体受到的合外力，k为弹簧的劲度系数

C．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度

D．在双缝干涉实验中，如果用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的明暗条纹

（2）如图5所示，一细光束从某种介质射向真空，该光束中含有频率分别为f1、f2的两种光。

介质对这两种光的折射率分别为n1、n2，且n1>n2。

则：

①两种光在介质中的速度之比v1∶v2＝________。

图5

②两种光在介质中的波长之比λ1∶λ2＝________。

③调整光的入射角度，使频率为f1的光在真空中刚好消失，此时频率为f2的光折射角的正弦值为________。

解析：

（1）简谐运动的周期与振幅的大小无关，A对；在简谐运动的回复力表达式F＝－kx中，F为振动物体受到的回复力，k为一常数，不一定是弹簧的劲度系数，B错；在波的传播方向上，某个质点的振动速度与波的传播速度无关，波的传播速度与介质有关，C错；在双缝干涉实验中，如果用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现单缝衍射的图样，为间距不等的明暗条纹，D对。

（2）①由n＝

可知：

两种光在介质中的速度之比v1∶v2＝

；②由v＝λf知λ＝

，故两种光在介质中的波长之比λ1∶λ2＝

；③使频率为f1的光在真空中刚好消失，说明频率为f1的光恰好发生全反射，则有入射角的正弦值sinC＝

，而sinr＝n2sinC，故此时频率为f2的光的折射角的正弦值为

。

答案：

（1）AD　

（2）①

　②

　③

5．（10分）

（1）现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成。

夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。

这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为

，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，如图6所示，那么第一次入射的入射角应是________。

图6

A．15°B．30°

C．45°D．60°

（2）如图7所示，实线是一列简谐横波在t1＝0时的波形图，虚线为该波在t2＝0.5s时的波形图，已知0

①质点A的振动周期为________s；图7

②波的传播方向是________；

③波速大小为________m/s。

解析：

（1）通过“回归反光膜”的光路图可知入射角i是折射角r的2倍，即i＝2r，由折射定律，有n＝

＝

＝2cosr＝

，得r＝30°，i＝2r＝60°，故选项D正确。

（2）由波形图可知，波的波长为4m，t1＝0时，2m处的质点A正向y轴正方向振动，可知波向右传播；t1和t2时的两波形对比可知，0.5s内波传播了四分之一个波长，故该列波的周期为4×0.5s＝2s；v＝

＝

m/s＝2m/s。

答案：

（1）D　

（2）①2　②向右　③2

6．（9分）一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的，光线不能通过此表面。

现要测定此玻璃的折射率。

给定的器材还有：

白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器。

图8

实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。

在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图8所示，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图所示）。

用P1、P2的连线表示入射光线。

（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？

试在题图中标出P3、P4的位置。

（2）然后，移去玻璃砖与大头针。

试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。

简要写出作图步骤。

解析：

（1）在bb′一侧观察P1、

P2（经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射后）的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2（或P1）像和P3，位置如图所示。

（2）①过P1、P2作直线与bb′交于O；

②过P3、P4作直线与bb′交于O′；

③利用刻度尺找到OO′的中点M；

④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；

⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2。

⑥代入公式n＝

求得折射率。

答案：

见解析

7．（11分）

（1）①大海中航行的轮船，受到大风大浪冲击时，为了防止倾覆，应当改变航行方向和________，使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的________。

②光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的________现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：

光从光密介质射向__________，且入射角等于或大于________。

（2）如图9所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2s后的波形图。

①若波向左传播，求它传播的最小距离。

②若波向右传播，求它的最大周期。

解析：

（1）①速度　频率　②全反射　光疏介质　临界角图9

（2）①向左传播，x＝

λ＋nλ

当n取0时x最小，则最小位移为x＝3m

②向右传播，t＝

T＋nT

所以T＝

，当n＝0时，最大周期为T＝0.8s。

答案：

（1）①速度　频率　②全反射　光疏介质　临界角

（2）①3m　②0.8s

8．（12分）

（1）（2011·海南高考）一列简谐横波在t＝0时的波形图如图10所示。

介质中x＝2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y＝10sin（5πt）cm。

关于这列简谐波，下列说法正确的是________。

图10

A．周期为4.0s　　　　　　B．振幅为20cm

C．传播方向沿x轴正向D．传播速度为10m/s

（2）一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1＝0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s1＝0.8m处有一浮标，示意如图11。

一潜水员在浮标前方s2＝3.0m处下潜到深度为h2＝4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜Δh＝4.0m，恰好能看见Q。

求：

图11

①水的折射率n；

②赛艇的长度l（可用根式表示）。

解析：

（1）由图像可知振幅A＝10cm，λ＝4m，故B错误；T＝

＝

＝0.4s，故A错误；v＝

＝10m/s，故D正确；由P点做简谐运动的表达式可知，P点开始向上振动，所以机械波向右传播，故C正确。

（2）①如图甲所示，n＝

＝

＝

＝

②刚好看到Q点时的光路图如图乙所示。

x＝s1＋s2＋l

y＝h2＋Δh

sinC＝

n＝

联立以上各个方程解得

l＝

－s1－s2＝（

－3.8）m。

答案：

（1）CD　

（2）①

　②（

－3.8）m

9．（12分）

（1）下列说法中正确的是________。

A．当你听到一列鸣笛的火车音调由低变高，可以判断火车正向你驶来

B．光照射遮挡物形成的影，轮廓模糊，是光的衍射现象

C．太阳光是偏振光

D．如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动

（2）如图12所示，半圆玻璃砖的半径R＝10cm、折射率为n＝

，直径AB与屏幕垂直接触于A点，激光a以入射角i＝30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑。

①画出光路图。

图12

②求两个光斑之间的距离L。

解析：

（1）根据多普勒效应原理可知当波源向观察者靠近时，观察者接受到的频率会变大，故当听到一列鸣笛的火车的音调由低变高，可以判断火车正向你驶来，A对；光照射遮挡物的边缘时，光会发生衍射现象，B对；太阳光是自然光，C错；如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，且满足F＝－kx，质点的运动就是简谐运动，D错。

（2）①画出如图所示光路图

②设折射角为r，根据折射定律

有：

＝

。

解得：

r＝60°

PQ之间的距离

L＝PA＋AQ＝Rtan30°＋Rtan60°

解得L＝

cm。

答案：

（1）AB　

（2）①见解析图　②

cm

10．（10分）（2011·山东高考）

（1）如图13所示，一列简谐横波沿x轴传播，实线为t1＝0时的波形图，此时P质点向y轴负方向运动，虚线为t2＝0.01s时的波形图。

已知周期T＞0.01s。

①波沿x轴________（填“正”或“负”）方向传播。

图13

②求波速。

（2）如图14所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°。

一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB。

①求介质的折射率。

图14

②折射光线中恰好射到M点的光线________（填“能”或“不能”）发生全反射。

解析：

（1）①根据“下坡上”判断，波向x轴正方向传播。

②由图像得波经0.01s向x轴正方向传播了1m，波速v＝100m/s。

（2）依题意作出光路图

①由几何知识可知

入射角i＝60°，折射角r＝30°

根据折射定律得

n＝

代入数据得

n＝

②不能。

答案：

（1）①正　②100m/s

（2）①

　②不能