届物理二轮机械振动与机械波 光专题卷全国通用.docx

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届物理二轮机械振动与机械波光专题卷全国通用

专题限时集训（十六）　机械振动与机械波　光

（限时：

40分钟）

（对应学生用书第135页）

1．（2018·湖南六校联考）下列说法正确的是__________．

A．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化

B．发生干涉现象时，介质中振动加强的点，振动能量最大，减弱点振动能量可能为零

C．振动图象和波的图象中，横坐标所反映的物理意义是不同的

D．超声波比次声波更容易发生衍射

E．在地球表面上走得很准的摆钟搬到月球表面上，其摆动周期变大

BCE　[产生多普勒效应的原因是波源频率不变，接收频率发生变化，A错误；频率相同的波，发生干涉现象时，介质中振动方向相同，即为加强的点，则振动能量最大，同理，减弱点振动能量可能为零，B正确；振动图象和波的图象中，横坐标所反映的物理意义是不同的，振动图象横轴是表示时间，而波动图象是表示各质点平衡位置，C正确；因频率高，波长小，则次声波的波长比超声波的波长长，因此次声波更容易发生衍射，D错误；地球表面上走得很准的摆钟搬到月球表面上，根据周期公式T＝2π

，可知，其重力加速度减小，其摆动周期变大，故E正确．

2．（2018·福建四校二次联考）如图17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__________．

图17

A．波传播到质点c时，质点c开始振动的方向竖直向下

B．04s内质点b运动的路程为6cm

C．45s内质点d的加速度正在逐渐减小

D．6s时质点e第一次处于波峰位置

E．各质点都振动起来后，a与c的运动方向始终相反

BCE　[由乙图知，振源a开始振动的方向是向上，介质中所有质点开始振动的方向都与振源起振方向相同，所以波传播到质点c时，质点c开始振动的方向竖直向上，故A错误；由乙图知，周期T＝4s，振动形式传播到b点需时t＝x/v＝1s，即1s末质点b开始振动，到4s末通过路程为6cm，所以B正确；传播到d点需时3s,4s末d质点到达波峰，所以在45s内质点d从波峰向平衡位置运动，位移减小，根据牛顿第二定律－x＝ma知，d质点的加速度正在逐渐减小，所以C正确；同理可判断，4s末质点e开始振动，6s末（半个周期后）又回到平衡位置，所以D错误；波长λ＝vT＝8m，所以a、c两质点相距半个波长，运动方向始终相反，故E正确．

　（2018·江淮十校联考）下列说法正确的是（　　）

A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速

B．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

C．机械波传播过程中即使遇到尺寸比机械波波长大得多的障碍物也能发生衍射

D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是利用多普勒效应原理

E．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象

CDE　[声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速与声源发出的声波波速是相等的，选项A错误；在波的传播方向上，某个质点的振动速度与波的传播速度是不同的，横波两者垂直，纵波两者平行，选项B错误；机械波传播过程中，当遇到尺寸比机械波波长小或者差不多的障碍物才能明显的发生衍射，机械波传播过程中当遇到尺寸比机械波波长大得多的障碍物也能发生衍射，只是不明显，选项C正确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是利用多普勒效应原理，选项D正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波叠加干涉的结果，选项E正确．

3．（2018·唐山二模）如图18所示，是一列沿x轴传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，图中P质点从此时刻起的振动方程为y＝4sin

cm，则下列叙述正确的是__________．

图18

A．这列简谐横波沿x轴正方向传播

B．简谐横波的速度大小为40m/s

C．再过0.4s质点Q沿x轴移动16m

D．在t＝0.175s时，质点P位于波峰

E．该简谐横波与另一列频率为5H的简谐横波相遇时，可以发生干涉现象

BDE　[根据质点P的振动方程可知，当t从0开始增加的一小段时间内，P的位移逐渐减小，可知t＝0时刻P向下振动，这列简谐横波沿x轴负方向传播，选项A错误；T＝

＝

s＝0.2s，λ＝8m，则v＝

＝

m/s＝40m/s，选项B正确；质点只能在自己平衡位置附近上下振动，不随波迁移，选项C错误；在t＝0.175s时，质点P的位移y＝4sin（10π×0.175＋

π）cm＝4cm，则此时质点P位于波峰，选项D正确；因波的频率为f＝

＝5H，则该简谐横波与另一列频率为5H的简谐横波相遇时，可以发生干涉现象，选项E正确．

4．（2018·衡阳二次联考）波速均为v＝2m/s的甲、乙两列简谐横波，甲沿x轴负方向传播，乙沿x轴正方向传播，某时刻波的图象分别如图19甲、乙所示，其中P、Q处的质点均处于波峰，关于这两列波，下列说法正确的是____.

图19

A．甲波中的M处质点比P处质点先回到平衡位置

B．从图示的时刻开始，P处质点与Q处质点同时回到平衡位置

C．从图示的时刻开始，经过1.0s，P质点沿x轴负方向通过的位移为2m

D．从图示的时刻开始，经过1.0s，M质点沿通过的路程为20cm

E．如果这两列波相遇不可能形成稳定的干涉图样

ADE　[由于甲波沿x轴负方向传播，所以甲波中M处质点比P处质点先回到平衡位置，故A正确；据图象可知两列波的波长分别为：

4m和8m，据波速公式v＝

得：

两列波的周期分别为2s和4s．由于从最大位移到平衡位置需要

，所以甲波P处的质点先回到平衡位置，故B错误；P质点只在平衡位置上下振动，并不沿x轴负方向运动，故C错误；甲波经过1s，即半个周期，M点通过的路程为2倍振幅，等于20cm，故D正确；由于两列波的周期不同，据产生稳定干涉的条件可知，两波的频率不同，所以这两列波相遇不可能出现稳定的干涉图样，故E正确．

5．（2018·蓉城名校联考）在光滑水平面上建立直角坐标系xOy，沿x轴放置一根弹性细绳，x轴为绳上各质点的平衡位置．现让x＝0与x＝12m处的质点在y轴方向做简谐运动，形成沿x轴相向传播的甲、乙两列机械波．已知波速均为1m/s，振幅均为A，t＝0时刻的波形图如图20所示．则__________．

图20

A．两列波在叠加区发生稳定的干涉现象

B．两波源的起振方向一定相反

C．t＝4s时，x＝8m处的质点正处于平衡位置且向上振动

D．t＝6s时，两波源间（含波源）有7个质点位移为零

E．在t＝0之后的6s时间内，x＝6m处的质点通过的路程为16A

BCD　[两列波的波长不同，但是传播速度相同，则两列波的频率不同，两列波在叠加区不能发生稳定的干涉现象，选项A错误；根据两列波的传播方向以及波形图可知，甲波起振方向向下，乙波起振方向向上，两波源的起振方向一定相反，选项B正确；t＝4s时，甲、乙两波都传播4m，此时甲波还没有传到x＝8m处，乙波引起的振动，使得x＝8m处的质点正处于平衡位置且向上振动，选项C正确；t＝6s时，两列波分别相向传播了6m，此时甲波传到x＝8m处，乙波传到了x＝0处，根据波形图及叠加原理可知，当两列波在某点的位移等大反向时该质点的位移为零，由图象可知两波源间（含波源）有7个质点位移为零，选项D正确；甲的周期T甲＝

＝

s＝4s，乙的周期T乙＝

＝

s＝6s，则在t＝0之后的4s时间内，甲波还没有传到x＝6m处，假设没有甲波，在x＝6m处的质点在6s内通过的路程为4A；如果没有乙波，当甲波传到x＝6m位置时，由甲波在2s＝0.5T甲内引起的振动在2s内通过的路程为2A，则甲、乙两波都存在时，在t＝0之后的6s时间内，x＝6m处的质点通过的路程不可能为16A，选项E错误．

6.（2018·东北三省三校联考）如图21所示，1、2、3、4、5为均匀介质中质点的平衡位置，间隔为a＝2cm.沿x轴成一条直线排列；t＝0时，质点1开始竖直向下振动，激起的正弦波向右传播；到t＝2s时，从第2个质点到第4个质点，均完成了4次全振动，但均未完成5次全振动，此时刻波形如图实线所示，第2个质点在波峰，第4个质点在波谷．求：

图21

（1）质点振动的周期及这列波的波速；

（2）从t＝2s时起，经过多长时间，从第2个质点到第4个质点区间出现图中虚线波形．

【解析】　

（1）t＝0，质点1向下振动，向右传播；t＝2s，质点2在波峰

即

＋

T＋4T＝2s

T＝

s

由波形知：

＝2a

λ＝8cm＝0.08m

波速v＝

＝0.2m/s.

（2）波形由实线至虚线，经历

T

故t＝

T＋nT＝

s（n＝0,1,2,3…）．

【答案】　

（1）

s　0.2m/s　

（2）

s

7.（2018·太原五中一模）如图22所示，等腰三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角度i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为

.求：

图22

（1）入射角i；

（2）从入射到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为c，可能用到：

sin75°＝

或tan15°＝2－

）．

【解析】　

（1）根据全反射定律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得：

sinC＝

，代入数据得：

C＝45°

设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得：

r＝30°

由折射定律得：

n＝

，联立代入数据得：

i＝45°.

（2）在△OPB中，根据正弦定理得：

＝

，设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得：

＝vt，光在玻璃中的传播速度v＝

，联立代入数据得：

t＝

.

【答案】　

（1）45°　

（2）

8．（2018·哈尔滨六中二次模拟）如图23所示，上、下表面平行的厚玻璃砖置于水平面上，在其上方水平放置一光屏．一单色细光束从玻璃砖上表面入射，入射角为i，经过玻璃砖上表面和下表面各一次反射后，在光屏上形成两个光斑．已知玻璃砖的厚度为h，玻璃对该单色光的折射率为n，光在真空中的速度为c.求：

图23

（1）两个光斑的间距d；

（2）两个光斑出现的时间差Δt.

【解析】　

（1）作出如图光路，

根据折射定律有

＝n①

d＝2htanr②

由①②式得d＝2h

.③

（2）两光斑形成的时间差即折射光束在玻璃砖内运动的时间，下表面反射光束多走的路程s＝

④

光在玻璃中速度v＝

⑤

Δt＝

⑥

由①④⑤⑥式得Δt＝

.⑦

【答案】　

（1）

（2）

　（2018·吉林市三次调研）如图所示，一束截面为圆形（半径为R＝1m）的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区，屏幕S至球心距离为D＝（

＋1）m，不考虑光的干涉和衍射．

（1）若玻璃半球对紫色光的折射率为n＝

，求出圆形亮区的半径r；

（2）若将题干中紫光改为白光，在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色？

简述原因．

【解析】　

（1）如图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E到亮区中心G的距离r就是所求最大半径．设紫光临界角为C，由全反射的知识得：

sinC＝

，又：

AB＝RsinC＝

，OB＝RcosC＝

，BF＝AB·tanC＝

，

GF＝D－（OB＋BF）＝D－

，又

＝

所以有r＝GE＝

·AB＝D－nR＝1m.

（2）紫色．当平行光从玻璃中射向空气时，由于紫光的折射率最大，则临界角最小，所以首先发生全反射，因此出射光线与屏幕的交点最远．故圆形亮区的最外侧是紫光．

【答案】　

（1）1m　

（2）紫色

9.（2018·唐山二模）某种透明材料做成的玻璃砖截面如图24所示，左侧部分是半径为R的半圆，右侧为边长为2R的正方形ABCD，一束单色光从左侧沿半径方向射入玻璃砖，入射方向与AB边成45°角，恰好不能从AB面射出，已知c为光在真空中传播的速度，求：

图24

（1）此种材料玻璃砖的折射率；

（2）这束光从射入玻璃砖到开始射出玻璃砖的总时间．

【解析】　

（1）恰好不能从AB面射出，则临界角C＝45°

n＝

＝

.

（2）玻璃砖内光路如图所示，

光束在玻璃砖内的光程为s＝4

R＋2R

此束光在玻璃砖内速度v＝

＝

c

则光在玻璃砖内的时间为t＝

＝

.

【答案】　

（1）

（2）