【物理】2020届二轮复习分层突破练17　振动和波　光学作业 11页

专题分层突破练17　振动和波　光学 ‎1.‎ ‎(多选)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2 m,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2 m/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.0~4 s内质点b运动的路程为12 cm C.4~5 s内质点d的加速度正在逐渐减小 D.6 s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.(多选)一列简谐波在某均匀介质中沿x轴传播,从x=3 m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2.5 Hz B.该波的传播速率为200 m/s C.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0.015 s质点a回到平衡位置 ‎3.(多选)(2019湖北宜昌统考)如图所示,实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形图,虚线是这列波在t=0.2 s时刻的波形图,已知该波的波速大小是0.8 m/s,则下列说法中正确的是(　　)‎ A.这列波的波长是14 cm B.这列波的周期是0.15 s C.这列波一定沿x轴负方向传播 D.从t=0时刻开始,x=5 cm处的质点经0.1 s振动到波峰 E.每经过0.15 s介质中的质点就沿x轴移动12 cm ‎4.(多选)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.‎ ‎(多选)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.‎ ‎(多选)(2019福建漳州质检)如图所示,两个频率相同、振幅均为A的相干波源在水面上传播产生的干涉现象,其中实线和虚线分别表示两列波的波峰和波谷,t=0时刻M是波峰与波峰相遇的点,下列说法正确的是(　　)‎ A.如果两个波源频率不同,也能产生类似的稳定的干涉现象 B.质点P和质点M在图示时刻的高度差为2A C.质点Q、M是振动加强点,再过半个周期,质点P、N也成为振动加强点 D.质点M振动一个周期,其路程为8A E.若质点M振动的频率为2.5 Hz,则从图示时刻起经1.7 s后质点M的运动方向竖直向下 ‎7.(多选)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.‎ ‎(多选)(2019山东济宁模拟)如图所示,O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线,A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束,从玻璃体右方射出后的光路如图所示,MN是垂直于O1O2放置的光屏,沿O1O2方向不断左右移动光屏,可在屏上得到一个光斑P,根据该光路图,下列说法正确的是(　　)‎ A.A光的频率比B光的频率高 B.A光比B光更容易发生衍射现象 C.在该玻璃体中,A光的速度比B光的速度小 D.在该玻璃体中,A光的临界角大于B光的临界角 E.用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验,A光的干涉条纹间距大于B光的干涉条纹间距 ‎9.(2019福建师范大学附中测试)如图所示,用“插针法”测定一块两面不平行的玻璃砖的折射率,以下是几个主要操作步骤:‎ a.在平木板上固定白纸,将玻璃砖放在白纸上;‎ b.用笔沿玻璃砖的边缘画界面AA'和BB'(如图甲所示);‎ c.在AA'上方竖直插针P1、P2;‎ d.在BB'下方竖直插针P3、P4,使P1、P2、P3、P4在一条直线上如图甲。‎ ‎(1)以上步骤有错误的是　　　　　(填步骤的字母代号)。 ‎ ‎(2)改正了错误操作并进行正确的操作和作图后,该同学作的光路图如图乙所示,其中P1、P2垂直于AA',测量出了θ、β的角度,则该玻璃砖的折射率n=　　　　　。 ‎ ‎10.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=3 s时刻的波形图象,质点M位于x=4 m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=7.0 m。求:‎ ‎(1)波速大小和方向;‎ ‎(2)时间Δt。‎ ‎11.一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长λ≥80 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=40 cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移y=-8 cm,质点A处于y=-16 cm的波谷位置;t=0.5 s时,质点O第一次回到平衡位置,而t=1.5 s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。‎ ‎12.‎ ‎(2019湖北高三调研)如图所示,某种材料制成的扇形透明砖放置在水平桌面上,光源S发出一束平行于桌面的光线从OA的中点垂直射入透明砖,恰好经过两次全反射后,垂直OB射出,并再次经过光源S,已知光在真空中传播的速率为c,求:‎ ‎(1)材料的折射率n;‎ ‎(2)该过程中,光在空气中传播的时间与光在材料中传播的时间之比。‎ 专题分层突破练17　振动和波　光学 ‎1.ABE　解析 由振动图形可知,振动周期为2 s,波长为λ=vT=4 m;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1 s,故在剩下的3 s内,质点b通过的路程为6 A=12 cm,选项B正确;第4 s时刻d点在平衡位置向下振动,故4~5 s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4 s,故6 s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=8 m,周期T=4×10-2 s,则频率f=‎1‎T‎=‎‎1‎‎4×1‎‎0‎‎-2‎=25 Hz,波速为v=λT‎=‎‎8‎‎4×1‎‎0‎‎-2‎=200 m/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=3 m,所用时间为t=xv=0.015 s,故从t0时刻起,经0.015 s质点a回到平衡位置,故E正确;故选BDE。‎ ‎3.BCD　解析 从题图可知波长λ=12 cm,则波的周期为T=λv‎=‎‎0.12‎‎0.8‎ s=0.15 s,故A错误,B正确;由于t=0.2 s=‎4‎‎3‎T,0.2 s内波传播距离为x=vt=‎4‎‎3‎T×v=‎4‎‎3‎λ=λ+‎1‎‎3‎λ,由图可知,波由实线到虚线传播距离向右平移了12 cm-4 cm=8 cm=‎2‎‎3‎λ,向左平移了4 cm-0 cm=4 cm=‎1‎‎3‎λ,故波沿x轴负方向传播,故C正确;根据平移法可知x=13 cm处的波峰经过t=‎(13-5)×1‎‎0‎‎-2‎‎0.8‎ s=0.1 s传播到x=5 cm处,故D正确;波在传播过程中,质点只在平衡位置附近上下振动,不随波迁移,故E错误。‎ ‎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sin C=‎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.BDE　解析 如果两个波源频率不同,不能产生类似的稳定的干涉现象,故A错误;在图示时刻,质点M是波峰与波峰叠加,是振动加强点,振动加强点的振幅等于两列波单独传播时振幅的和,质点P是波谷与波峰叠加,是振动减弱点,位移为0,故质点P和质点M在图示时刻的高度差为2A,故B正确;两列波干涉时,两列波的波峰与波峰、波谷与波谷相遇处振动始终加强,波峰与波谷相遇处振动始终减弱,质点Q、M是振动加强点,质点 P、N是振动减弱点,再过半个周期,质点P、N还是振动减弱点,故C错误;质点M是振动加强点,振动加强点的振幅等于两列波单独传播时振幅的和,所以质点M振动一个周期,其路程为8A,故D正确;若质点M振动的频率为2.5 Hz,周期为T=0.4 s,由于1.7 s=1.6 s+0.1 s=4T+‎1‎‎4‎T,则从图示时刻起经1.7 s后质点M的运动方向竖直向下,故E正确。‎ ‎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 由题图可知,B光的偏折程度比A光大,则B光的折射率大于A光的折射率,说明B光的频率较大,由c=λf知,A光的波长较长,所以A光比B光更容易发生衍射现象,故B正确,A错误;根据v=cn、临界角公式sin C=‎1‎n、A光的折射率较小可知,在该玻璃体中,A光的速度比B光的速度大,A光的临界角大于B光的临界角,故D正确,C错误;用同一双缝干涉实验装置分别以A、B光做实验,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=Ldλ知,干涉条纹的间距与波长成正比,则A光的干涉条纹间距大于B光的干涉条纹间距,故E正确。‎ ‎9.答案 (1)b、d　(2)‎cosθcosβ 解析 (1)由用“插针法”测定玻璃砖的折射率实验中的注意事项可知,不能用玻璃砖的光学面边界代替直尺,可知b步骤错误;P3、P4与P1、P2不在同一直线上,故d步骤错误。‎ ‎(2)n=sinisinr‎=sin(90°-θ)‎sin(90°-β)‎=‎cosθcosβ。‎ ‎10.答案 (1)‎4‎‎3‎ m/s,沿x轴负向　(2)Δt=6n+‎21‎‎4‎ s(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=6 s,λ=8 m 则波速大小为:v=λT‎=‎‎4‎‎3‎ m/s t=3 s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+‎21‎‎4‎ s(n=1,2,3,…)‎ ‎11.答案 (1)T=6.0 s　v=0.4 m/s　x=2.4 m ‎(2)y=0.16sinπ‎3‎t+‎3‎‎2‎π m 解析 (1)设振动周期为T,由于质点A在0到1.5 s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=6.0 s;‎ 由于质点OA距离d=0.40 m小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t=0.5 s 时回到平衡位置,而t=1.5 s时A紧接着回到平衡位置,可知波从O传到A的时间为:Δt=1.0 s 故此简谐波的传播速度:‎ v=dΔt=0.40 m/s 据波长、波速和周期的关系,可得该波的波长:λ=vT=2.4 m ‎(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=-0.16 m,有:y=Asin φ0=-0.16 m t=1.5 s时,y=0,有:‎ y=Asinπ‎2‎+φ0=0‎ 联立解得:φ0=‎3‎‎2‎π rad,A=0.16 m 因此质点A的位移随时间变化的关系为:y=0.16sinπ‎3‎t+‎3‎‎2‎π m ‎12.答案 (1)2　(2)1∶4‎ 解析 (1)光路如图所示,‎ 由折射定律sin C=‎‎1‎n 而OF‎=‎R‎2‎,故sin C=‎1‎‎2‎(即C=30°)‎ 所以该材料的折射率n=2‎ ‎(2)光在空气中传播的路程s1=2‎SF 由几何关系∠OSF=30°‎ 所以s1=Rcos 30°×2=‎3‎‎2‎R×2=‎3‎R,则时间为:t1=‎s‎1‎c‎=‎‎3‎Rc 光在介质中传播的路程s2=4FD=2‎3‎R,则时间为:t2=‎s‎2‎v‎=s‎2‎nc=‎‎2·2‎3‎Rc 则时间之比为:t1∶t2=1∶4‎