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高考物理二轮复习闯关导练热点18选修3_4含答案
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这是一份高考物理二轮复习闯关导练热点18选修3_4含答案,共11页。试卷主要包含了答案等内容,欢迎下载使用。
(1)某复色光由空气斜射入某均匀介质中后分散为a、b两束单色光,如图1所示.以下说法正确的是________.
A.a光的频率比b光大
B.a光在该介质中的传播速度比b光大
C.光由介质射入空气时,a光的临界角比b光小
D.a、b通过相同的单缝衍射实验装置,a光的衍射条纹较宽
E.a、b通过相同的双缝干涉实验装置,b光的相邻亮干涉条纹间距较大
(2)一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图2实线所示,从此刻起,经0.1 s波形图如图中虚线所示,若波传播的速度为10 m/s,求:
①这列波的周期;
②从t=0时刻开始质点a经0.2 s通过的路程;
③x=2 m处的质点的位移表达式.
2.[2020·全国卷Ⅱ,34][物理——选修3-4]
(1)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验,要求摆动的最大角度小于5°,则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过________ cm(保留1位小数).(提示:单摆被拉开小角度的情况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程.)
某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等.新单摆的摆长应该取为________ cm.
(2)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°,截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上.
(ⅰ)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由;
(ⅱ)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值.
3.[2020·全国卷Ⅰ,34][物理——选修3-4]
(1)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有________.
A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声
B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化
C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低
D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同
E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化
(2)一振动片以频率f做简谐振动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样.c是水面上的一点,a、b、c间的距离均为l,如图所示.已知除c点外,在ac连线上还有其他振幅极大的点,其中距c最近的点到c的距离为eq \f(3,8)l.求
(ⅰ)波的波长;
(ⅱ)波的传播速度.
4.[2020·福建厦门市5月质检][物理——选修3-4]
(1)如图甲所示,一简谐横波向右传播,在传播方向上有A、B两个质点相距11 m,其振动图象如图乙所示,实线为A质点的振动图象,虚线为B质点的振动图象.那么下列说法正确是________.
A.该波遇到10 m宽的障碍物,可能发生明显的衍射现象
B.这列波遇到频率为f=1.0 Hz的另一列波时可能发生干涉现象
C.该波的最大传播速度为12 m/s
D.t=0.5 s时,质点B的振动方向沿y轴正方向
E.质点B的振动方程为:y=0.1sin πeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t-\f(11,12))) m
(2)如图,直角梯形ABCD为某透明介质的横截面,该介质的折射率为n=eq \r(2),DC边长为2L,BO为DC的垂直平分线,∠OBC=15°,位于截面所在平面内的一束光线自O点以角i入射,第一次到达BC边恰好没有光线折射出来.求:
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sin 75°=eq \f(\r(6)+\r(2),4)或tan 15°=2-eq \r(3)).
热点18 选修3-4
1.答案:(1)ACE
(2)①0.4 s ②0.4 m
③y=0.2sin(5πt+π) m
解析:(1)由题图看出,a光的偏折程度大于b光的偏折程度,则a光的折射率大于b光的折射率,所以a光的频率大于b光的频率,故A正确;因为a光的折射率大,由公式v=eq \f(c,n)可知,a光在该介质中的传播速度比b光小,故B错误;a光的折射率大,根据sin C=eq \f(1,n)知,a光的临界角小,故C正确;a光的频率大,则波长小,波动性比b光弱,则知a、b通过相同的单缝衍射实验装置,a光的衍射条纹较窄,故D错误;a光的频率大,则波长小,根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=eq \f(L,d)λ知,b光比a光的相邻干涉条纹间距大,故E正确.
(2)①由题图读出波长λ=4 m,则波的周期T=eq \f(λ,v)=eq \f(4,10) s=0.4 s,0.1 s为eq \f(T,4),故波沿x轴负方向传播
②从t=0时刻经0.2 s的时间是半个周期,a通过的路程等于2个振幅,即0.4 m.
③t=0时刻x=2 m处的质点从平衡位置沿y轴负方向运动,其位移表达式为
y=-Asineq \f(2π,T)·t=-0.2sin(5πt) m=0.2sin(5πt+π) m.
2.答案:(1)6.9 96.8 (2)(ⅰ)见解析 (ⅱ)eq \f(2\r(2)-\r(3),4)
解析:(1)由弧长公式可知l=θR,又结合题意所求的距离近似等于弧长,则d=eq \f(5°,360°)×2π×80.0 cm=6.98 cm,结合题中保留1位小数和摆动最大角度小于5°可知不能填7.0,应填6.9;由单摆的周期公式T=2πeq \r(\f(l,g))可知,单摆的周期与摆长的平方根成正比,即T∝eq \r(l),又由题意可知旧单摆周期与新单摆周期的比为10︰11,则eq \f(10,11)= eq \r(\f(80.0 cm,l′)),解得l′=96.8 cm.
(2)(ⅰ)如图,设光线在D点的入射角为i,折射角为r.折射光线射到BC边上的E点.设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有
θ=90°-(30°-r)>60°①
根据题给数据得
sin θ >sin 60° >eq \f(1,n)②
即θ大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射.
(ⅱ)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i′,折射角为r′,由几何关系、反射定律及折射定律,有
i=30°③
i′=90°-θ④
sin i=nsin r⑤
nsin i′=sin r′⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据,得
sin r′=eq \f(2\r(2)-\r(3),4)⑦
由几何关系,r′即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角.
3.答案:(1)BCE (2)(ⅰ)eq \f(1,4)l (ⅱ)
解析:(1)因为光速大于声速,所以雷雨天传播相等距离时,先看到闪电,后听到雷声,不属于多普勒效应,A错误;超声波被血管中的血流反射后,由于血液流动使反射波的频率发生改变,即探测器接收到的频率发生变化,属于多普勒效应,B正确;当列车远离观察者时,观察者听到的汽笛声的音调会变低,属于多普勒效应,C正确;同一声波在不同介质中传播的速度不同,不属于多普勒效应,D错误;天文学上观察双星,由于双星周期性运动而使接收到的光的频率发生变化,即双星光谱随时间的周期性变化,可用多普勒效应解释,E正确.
(2)(ⅰ)
如图,设距c点最近的振幅极大的点为d点,a与d的距离为r1,b与d的距离为r2,d与c的距离为s,波长为λ.则
r2-r1=λ①
由几何关系有
r1=l-s②
req \\al(2,2)=(r1sin 60°)2+(l-r1cs 60°)2③
联立①②③式并代入题给数据得
λ=eq \f(1,4)l④
(ⅱ)波的频率为f,设波的传播速度为v,有
v=fλ⑤
联立④⑤式得
v=⑥
4.答案:(1)ABC (2)①45° ②eq \f(\r(6)+\r(2),2c)L
解析:(1)由振动图象可知A、B两质点的振动时间相差为nT+eq \f(11,12)T(n=0,1,2,3…),则A、B间距离为nλ+eq \f(11,12)λ=11 m,则当n=0时,λ=12 m,则该波遇到10 m宽的障碍物,可能发生明显的衍射现象,选项A正确;当n=0时波长最大为12 m,可知最大波速为v=eq \f(λ,T)=12 m/s,选项C正确;波的频率为f=eq \f(1,T)=1 Hz,则这列波遇到频率为f=1.0 Hz的另一列波时可能发生干涉现象,选项B正确;由振动图线可知,t=0.5 s时,质点B的振动方向沿y轴负方向,选项D错误;ω=eq \f(2π,T)=2π rad/s,由t=0时,B的位移为5 cm,可知B质点的振动初相位为eq \f(π,6),则质点B的振动方程为:y=0.1sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2πt+\f(π,6))) m,选项E错误.
(2)①根据全反射的条件可知,光线在BC面上的P点的入射角等于临界角C,
由折射定律:sin C=eq \f(1,n)
解得C=45°
设光线在DC面上的折射角为r,在△OPB中,由几何关系知:r=30°
由折射定律:n=eq \f(sin i,sin r)
联立解得i=45°
②在△OPC中,由正弦定理:eq \f(\x\t(OP),sin 75°)=eq \f(L,sin 45°)
解得eq \x\t(OP)=eq \f(\r(6)+\r(2),2\r(2))L
设所用时间为t,光线在介质中的传播速度为v,
可得:t=eq \f(\x\t(OP),v)
而v=eq \f(c,n),联立解得t=eq \f(\r(6)+\r(2),2c)L.
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