2022届高考物理二轮复习专题七选修模块2机械振动和机械波光课时作业含解析.doc
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机械振动和机械波、光 1.(1)(多项选择)关于波的说法中,正确的选项是( ) A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化 B.发生干预现象时,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.振动图像和波的图像中,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.在地球外表上走得很准的摆钟搬到月球外表上,其摆动周期变大 (2)如下图,真空中的半圆形透明介质,O1为圆心,OO1为其对称轴,一束单色光沿平行于对称轴的方向射到圆弧面上,经两次折射后由直径面离开介质.第一次折射的入射角和第二次折射的折射角均为60°,光在真空中的速度大小为c,求: (ⅰ)透明介质的折射率n; (ⅱ)单色光在介质中传播的时间t. 解析:(1)产生多普勒效应的原因是波源频率不变,是因接收频率发生变化,故A错误;频率相同的波,发生干预现象时,介质中振动方向相同,即为加强的点,那么振动能量最大,同理,减弱点振动能量可能为零,故B正确; 振动图像和波的图像中,横坐标所反映的物理意义不同,振动图像横轴表时间,而波动图像是表各质点平衡位置,故C正确;因频率高,波长小,那么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,故D错误; 地球外表上走得很准的摆钟搬到月球外表上,根据周期公式T=2π ,可知,其重力加速度减小,那么其摆动周期变大,故E正确; (2)(ⅰ)设第一次折射的入射角和折射角分别为i1和r1,第二次折射的入射角和折射角分别为i2和r2, 那么有:n=,n=. 由几何知识有:i1=r1+i2=60° 根据第一次折射的入射角和第二次折射的折射角均为60°,得:r1=i2=30° 可得:n= (ⅱ)光在介质中传播速度v= 光在介质中传播距离 L= 由L=vt 可得:t=. 答案:(1)BCE (2)(ⅰ) (ⅱ) 2.(1)(多项选择)一列简谐横波沿x轴的正向传播,振幅为2 cm,周期为T,在t=0时刻波上相距40 cm的两质点a、b的位移都是1 cm,但运动方向相反,其中质点a沿y轴负方向运动.如下图,以下说法正确的选项是( ) A.该列简谐横波波长可能为150 cm B.该列简谐横波波长可能为12 cm C.当质点b的位移为+2 cm时,质点a的位移为负 D.在t=时刻质点b速度最大 E.质点a﹑质点b的速度始终大小相等,方向相反 (2)如下图,一个半径为R的透明球体放置在水平面上,一束蓝光从A点沿水平方向射入球体后经B点射出,最后射到水平面上的C点.OA=,该球体对蓝光的折射率为.假设将该束光的入射点从A点向上移动到离O点R处的A1处,仍沿水平方向射入球体后最终射在水平面上的C1处,求CC1的距离是多少? 解析:(1)根据质点的振动方程:x=Asin(ωt),设质点的起振方向向上,那么b点:1=2sin ωt1,所以:ωt1=,a点振动的时间比b点长,所以:1=2sin ωt2,那么ωt2=,a、b两个质点振动的时间差:Δt=t2-t1=-==,所以a、b之间的距离:Δx=vΔt=v·=.那么通式为λ=50 cm,n=0,1,2,3,…;那么波长可以为 λ=cm(n=0,1,2,3…);当n=0时,λ=150 cm,由于n是整数,所以λ不可能为12 cm,故A正确,B错误.当质点b的位移为+2 cm时,即b到达波峰时,结合波形知,质点a在平衡位置下方,位移为负,故C正确.由ωt1=,得t1==,当t=-t1=时质点b到达平衡位置处,速度最大;故D正确;在两质点振动时,假设两点分别处在平衡位置上下方时,那么两物体的速度可以相同;故E错误. (2)设从B点出射时的出射角为β,∠ABO=α 由sin α=,得 α=30° 由n=,得β=60° 过B点做OC的垂线,垂足为D,由几何关系得: ∠BCD=β-α=30° 所以CD==R 光束从A1处沿水平方向射入球体, 入射角为θ,sin θ= 发生全反射的临界角为sin C= 显然θ>C,所以该束光到达半圆界面时要发生全反射,反射角等于45°,即垂直射在水平面上的C1点,那么有:OC1=Rsin 45°,OD=Rcos α=R 因此CC1=OD+CD-OC1=R+R-R=R-R 答案:(1)ACD (2)R-R 3.(1)(多项选择)如图甲所示,在水平面内,有三个质点a、b、c分别位于直角三角形的三个顶点上,ab=6 m,ac=8 m.在t1=0时刻a、b同时开始振动,振动图像均如图乙所示,所形成的机械波在水平面内传播,在t2=4 s时c点开始振动,那么( ) A.该机械波的传播速度大小为2 m/s B.c点的振动频率先是与a点相同,两列波相遇后c点的振动频率增大 C.该列波的波长是2 m D.两列波相遇后,c点振动加强 E.两列波相遇后,c点振动减弱 (2)如下图,某玻璃砖的截面由半圆和正三角形组成,半圆的直径为d,正三角形的边长也为d,一束单色光从AB边的中点D垂直于BC射入玻璃砖中,结果折射光线刚好通过半圆的圆心O,光在真空中的传播速度为c,求: (ⅰ)光在玻璃砖中传播的时间(不考虑光的反射). (ⅱ)入射光线的方向不变,将光在AB面上的入射点下移,使折射光线刚好能照射到圆的底部,入射点沿AB移动的距离为多少?这时光束在圆的底部经玻璃砖折射后的折射角为多少? 解析:(1)由于两列波的波速相同,那么a处振动先到达c点,所以波速为v== m/s=2 m/s.故A正确.由于两列波在同种介质中传播,且波长相同,所以两列波的频率相同,所以产生干预现象,两列波相遇后c点的振动频率不变,故B错误.由图知:波长为λ=2 m,c点到ab两点的路程差为Δs=ac-ab=2 m=λ,故两列波相遇后,c点振动加强.故C、D正确,E错误. (2)(ⅰ)由几何关系可知,光在AB面上的入射角为60°,折射角为30°. 根据折射率公式有 n=== 由几何关系可知,光在玻璃砖中传播的路程s=d 光在玻璃砖中的传播速度v= 光在玻璃砖中传播的时间t== (ⅱ)由几何关系可知= 得AE=d+d 因此入射点沿AB移动的距离Δs=AE-AD=d 由几何关系可知,光线在玻璃砖底部的入射角为30°,根据光路可逆可知,光线在玻璃砖底部的折射角为60°. 答案:(1)ACD (2)(ⅰ) (ⅱ)d 60° 4.(2022·全国卷Ⅱ,34T)(1)声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s.一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s.桥的长度为________m.假设该声波在空气中的波长为λ,那么它在钢铁中的波长为λ的________倍. (2)如图,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°.一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点.不计屡次反射. (ⅰ)求出射光相对于D点的入射光的偏角; (ⅱ)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围? 解析:(1)设声波在钢铁中的传播时间为t1,在空气中传播时间为t2,桥长为s.那么s=340t2=4 900t1,而t2-t1=1 s t1≈0.073 s,代入得s≈365 m 由λ=,频率不变,所以=,得λ钢=λ空. (2)(ⅰ)如图,设D点入射角为i,折射角为r,E点反射角为γ,F点入射角为α,折射角为β. 由几何关系得i=β,r=α=30°,γ=60°, 延长入射光线和出射光线,那么偏转角为θ,由几何关系得θ=(i-r)+[180°-2γ-(β-α)]=60° (ⅱ)要满足以上条件,那么需满足在E点发生全反射,在F点不发生全反射. 即,即,而sin C=,得≤n<2. 答案:(1)365 (2)(ⅰ)60° (ⅱ)≤n<2 5.(2022·全国卷Ⅰ,34T)(1)如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°.一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,那么玻璃对红光的折射率为________.假设改用蓝光沿同一路径入射,那么光线在D点射出时的折射角________(填“小于〞“等于〞或“大于〞)60°. (2)一列简谐横波在t=s时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点.图(b)是质点Q的振动图像.求 (ⅰ)波速及波的传播方向; (ⅱ)质点Q的平衡位置的x坐标. 解析:(1)玻璃对红光的折射率n==,蓝光相对红光折射率更大,故在D点出射时偏折更明显,所以大于60°. (2)(ⅰ)由图(a)可以看出,该波的波长为λ=36 cm① 由图(b)可以看出,周期为T=2 s② 波速为v==18 cm/s③ 由图(b)知,当t=s时,Q点向上运动,结合图(a)可得,波沿x轴负方向传播. (ⅱ)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.由图(a)知,x=0处y=-=Asin(-30°),因此 xP=λ=3 cm④ 由图(b)知,在t=0时Q点处于平衡位置,经Δ t=s,其振动状态向x轴负方向传播至P点处,由此及③式有xQ-xP=vΔt=6 cm⑤ 由④⑤式得,质点Q的平衡位置的x坐标为 xQ=9 cm⑥ 答案:(1) 大于 (2)(ⅰ)0.18 m/s x轴的负方向 (ⅱ)9 cm 6.(2022·全国卷Ⅲ,34T)(1)(多项选择)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示,该波的周期T>0.20 s,以下说法正确的选项是________. A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷 D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷 E.假设此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,那么它在该介质中的波长为0.32 m (2)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·〞(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上.D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm.求三棱镜的折射率.(不考虑光线在三棱镜中的反射). 解析:(1)由波形图可得:t=0.2 s=nT+T(n=0、1、2…),又因为T>0.2 s,所以n=0,T=0.4 s,由图知λ=16 cm=0.16 m,B项错误;而v==0.4 m/s,A项正确;t=0时,x=0.08 m的质点在平衡位置且向上振动,T后位于波谷,C项正确;而T后,该质点不能到达波谷,D项错误;波从一种介质传到另一种介质时频率不变,=λ′=λ=0.32 m,所以E项正确 (2)画出光路图如下图 设入射角为α,折射角为β,OE交AB与M,由几何知识可得:α=60°, ∠MDE=∠FOE=θ=30°, 因为DE=2 cm,EF=1 cm 所以:DM= cm,OE=2 cm.求得:OM=3 cm 由勾股定理得:OD==2 cm, 那么sin β== 所以n==. 答案:(1)ACE (2) - 6 -- 配套讲稿:
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