2022届高考物理二轮复习专题分层突破练16机械振动机械波光学含解析

专题分层突破练16　机械振动　机械波　光学

A组

1.(2021天津高三三模)对下列四个有关光的实验示意图,分析正确的是(　　)

A.图甲中若改变复色光的入射角,则b光先在水珠中发生全反射

B.图乙若只减小屏到挡板的距离L,则相邻亮条纹间距离将增大

C.图丙中若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整

D.若只旋转图丁中M或N一个偏振片,光屏P上的光斑亮度不发生变化

2.(多选)(2021河南洛阳高三三模)如图所示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则下列说法正确的是(　　)

A.玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率

B.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度

C.在玻璃中,a光的波长大于b光的波长

D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则光线a先消失

E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距

3.(2021江苏泰州高三三模)某同学借鉴伽利略研究自由落体运动“冲淡重力”的方法,探究单摆周期与重力加速度的关系。让摆球在光滑斜面上运动,实验中应仅改变(　　)

A.斜面的倾角 B.摆球的质量

C.摆球的振幅 D.摆线的长度

4.(多选)(2021湖南高三月考)某振动系统的固有频率为f0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f。下列说法正确的是(　　)

A.当f<f0时,该振动系统的振幅随f增大而减小

B.当f>f0时,该振动系统的振幅随f减小而增大

C.当f=f0时,该振动系统的振幅最大

D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f

E.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率

5.(2021福建龙岩高三一模)一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻波刚传到x=2.5 m处,其波形如图甲所示。P、Q为介质中两个质点,其平衡位置xP=0.5 m,xQ=5 m,图乙是质点P的振动图象。则该简谐横波的波速为　　　　 m/s;10 s内Q质点通过的路程为　　　　 cm。 

6.(2021广东梅州高三一模)在测定玻璃折射率的实验中,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示。当光线由空气射入玻璃砖时,则θ1和θ2中为入射角的是　　　　;当光线由玻璃砖射入空气时,全反射临界角的正弦值是　　　;从图线可知玻璃砖的折射率是　　　　。 

7.(2021广东深圳高三一模)图甲中两小朋友各握住轻绳一端,当只有一个小朋友上下抖动绳子时,在绳上产生简谐横波,图乙中实线和虚线分别表示绳子中间某段在t1=0和t2=0.75 s时刻的波形图,已知小朋友抖动绳子的周期T满足0.75 s<T<2 s。

甲

乙

(1)判断哪侧(左侧右侧)小朋友在抖动绳子,并写出判断依据;

(2)求此列波在绳子中传播的速度。

8.(2021四川泸州高三二模)图甲是一把加装了转角射击装置的步枪,它可让士兵把头部躲在掩体之内进行射击。其瞄准装置的核心部件是用两个形状为等腰直角三角形的全反射棱镜制作而成的,如图乙所示。若有一束黄光从a点垂直射入第一个棱镜,从d点垂直射出第二个棱镜,棱镜对黄光的折射率n=,光在两棱镜间的空气中传播速度可视为c=3×108 m/s。已知a、b、c、d均为棱镜对应边的中点,棱镜的斜边长为L1=4 cm,bc距离为L2=13 cm。

(1)若改用紫光从a点垂直射入,试判断在棱镜中是否还能发生全反射现象。

(2)求黄光从a点传播到d点所用的时间t。

B组

9.

(2021重庆复旦中学高三月考)如图所示,边长为L的等边三棱镜ABC,BC面镀有反光膜(厚度不计)。一单色光从AB面上的D点与AB面成30°角射入三棱镜,经BC镜面反射后,从AC边上的E点射出。已知B点到D点的距离LBD=,C点到E点的距离LCE=,光在真空中的传播速度为c。求:

(1)三棱镜的折射率;

(2)该单色光从AC边射出时的折射角及其在三棱镜中的传播时间。

10.

(2021湖南娄底高三模拟)如图所示,AB是半径为R的玻璃球的水平直径、CD为竖直直径,O为球心,P点为CB弧上一点,且P与O连线与OC夹角为30°,一个点光源贴在A点,发出的光经玻璃球传播到C点刚好发生全反射,光屏与圆球相切于B点,求:

(1)玻璃球对该光的折射率;

(2)照射到P点的光折射后,折射光照射在光屏上的位置离B点的距离(tan 15°=2-)。

11.(2021河南洛阳高三三模)如图所示为沿x轴方向传播的一列简谐横波,t1=0.4 s时的波形如图中的实线所示,t2=0.7 s时的波形如图中的虚线所示,已知该横波的传播周期大于0.6 s。

(1)求该波的速度以及传播方向。

(2)x=2 m处的质点在0~2 s的时间内通过的路程为3 m,求该波的振幅以及x=2 m处质点的振动方程。

12.

(2021黑龙江齐齐哈尔高三一模)如图所示,直角三棱镜ABO中一锐角θ=60°,直角边AO长度为L,一束单色光从D点与AO成30°角入射到棱镜中,已知lOD=2lAD,棱镜折射率为,单色光在真空中的速度为c。求:

(1)从棱镜第一次射出的光线与该边的夹角;

(2)光通过三棱镜的时间。

专题分层突破练16　机械振动　机械波　光学

1.C　解析由图甲可知,复色光能够入射进入水珠,根据光路的可逆性,两光均不可能在水珠内发生全反射,所以A错误;根据Δx=λ可知,图乙若只减小屏到挡板的距离L,则相邻亮条纹间距离将减小,所以B错误;图丙中若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整,所以C正确;自然光为偏振光,若只旋转图丁中M或N一个偏振片,光屏P上的光斑亮度将发生变化,所以D错误。

2.ABD　解析光线a的偏折程度大,根据折射定律公式,θ是入射角,r是折射角,可知a光的折射率大;再根据公式v=知a光在玻璃中的传播速度小,故A、B正确;a光的折射率大,说明a光的频率高,根据v=λf,知a光在玻璃中的波长较短,故C错误;若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a的折射角先达到90°,故a光先发生全反射,折射光线先消失,故D正确;光线a在真空中的波长较短,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,故E错误。

3.A　解析由题知借鉴“冲淡重力”使小球在斜面上摆动,即利用斜面减小加速度,重力沿斜面向下的分力支持单摆的摆动,则有g模=a=gsinθ,要研究单摆周期与g模的关系,需要改变g模,即改变倾角θ。故斜面在该实验中有两个作用,一是“冲淡重力”,增大周期,使周期易于测量;二是可改变g模,实现自变量变化。

4.BCD　解析当f=f0时,系统达到共振,振幅最大,选项C正确;当f<f0时,随f的增大,驱动力的频率接近固有频率,该振动系统的振幅增大,选项A错误;当f>f0时,随f的减小,驱动力的频率接近固有频率,该振动系统的振幅增大,选项B正确;该振动系统的振动稳定后,受迫振动的频率总等于驱动力的频率f,选项D正确,E错误。

5.答案1　75

解析由题图甲可知λ=2m,由题图乙可知T=2s,则波速v==1m/s。从t=0时刻到波传播到Q点所用时间t0=s=2.5s,10s内Q质点通过的路程为s=×4A=×4×5cm=75cm。

6.答案θ1　

解析光线由空气射入玻璃砖时,入射角大于折射角,由图象可知sinθ1较大,则θ1和θ2中为入射角的是θ1;

折射率n=,

当光线由玻璃砖射入空气时,全反射临界角的正弦值是sinC=。

7.答案(1)右侧　判断依据见解析　(2)4 m/s

解析(1)如果左侧小朋友抖动绳子,则波向右传播,0.75s小于一个周期,所以在0.75s内波向右传播1m,波速v=m/s=m/s

则周期为T=s=3s,不符合0.75s<T<2s。

如果右侧小朋友抖动绳子,则波向左传播,0.75s小于一个周期,所以在0.75s内波向左传播3m,波速v'=m/s=4m/s

则周期为T=s=1s,符合题意。

(2)由(1)知,波速等于4m/s。

8.答案(1)能在棱镜中发生全反射现象

(2)7×10-10 s

解析(1)因黄光频率小于紫光频率,故同种介质对黄光的折射率小于对紫光的折射率,根据sinC=

得C紫<C黄=45°

故紫光从a点垂直射入,能在棱镜中发生全反射现象。

(2)设黄光从a到b用时为t1,从b到c用时为t2,由几何关系可得t1=s=×10-10s

t2=s=×10-10s

故t=2t1+t2=7×10-10s。

9.答案(1)　(2)60°　

解析(1)根据题意,由反射光线的对称性画出光路图如图所示

由几何关系可知,入射角i=90°-30°=60°

由B点到D点的距离LBD=、C点到E点的距离LCE=可知,三角形BDF和三角形ECF均为等边三角形,折射角r=30°

根据折射定律n=,解得三棱镜的折射率n=。

(2)由几何关系可知,光在AC边上射出时的入射角i'=30°

根据折射定律n=,解得r'=60°

光在棱镜中的传播速度v=,光在棱镜中的传播距离s=L=vt

解得光在棱镜中的传播时间t=。

10.答案(1)　(2)R

解析(1)由于照射在C点的光线刚好发生全反射,由几何关系可知,光在C点的入射角为45°,则全反射临界角为45°,折射率n=。

(2)根据题意画出光路图如图所示

由于∠COP=30°,根据几何关系,照射在P点光线的入射角i=30°,根据折射率公式n=

解得r=45°

设光线照射到屏上的位置为Q点,由几何关系得

lQB=Rsin60°+(R-Rcos60°)tan15°=R。

11.答案(1)10 m/s　x轴正方向

(2)0.3 m　y=-0.3sint(m)

解析(1)横波在Δt=t2-t1时间内

Δx=v·Δt

λ=vT

联立,得Δx=λ

又有λ=8m,T>0.6s

代入得Δx<4m

由波动图分析可得Δx=3m,波向x轴正方向传播,v==10m/s。

(2)由以上分析可得周期T==0.8s

x=2m处的质点在0.4s时在平衡位置向上振动,可得零时刻该质点在平衡位置且向下振动。该质点在0~2s的时间内,即2.5T内运动的路程应为振幅A的2.5×4=10倍,则A=0.3m

综上,该质点的振动方程y=-Asint

代入数据,得y=-0.3sint(m)。

12.答案(1)90°　(2)

解析(1)单色光射到AO边的入射角i=60°,设光在三棱镜中的折射角为r,则由折射率定义=n

解得r=30°

由几何关系知,光线DE射到斜面AB时,i'=60°

设棱镜的临界角为C,由于sinC=<sin60°=

所以光射到斜面上时发生全反射,光路图如图所示

因θ=60°,反射光线与AB边的夹角是30°,所以单色光从BO边垂直射出。

(2)由几何关系可知,光在三棱镜中通过的距离为

s=lDE+lEF=+cos60°=L

v=

解得t=。