统考版2023版高考物理一轮复习单元质量评估（十四）机械振动、机械波、光、电磁波与相对论含答案

这是一份统考版2023版高考物理一轮复习单元质量评估（十四）机械振动、机械波、光、电磁波与相对论含答案，共9页。试卷主要包含了[物理—选修3－4]等内容，欢迎下载使用。

1．[2021·全国乙卷，34][物理—选修3－4](15分)
(1)(5分)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3 s后，其波形曲线如图中虚线所示．已知该波的周期T大于0.3 s．若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为________ m/s，周期为________ s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为________ s．
(2)(10分)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖折射率，实验中A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路．O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示．测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm.
(ⅰ)求玻璃砖的折射率；
(ⅱ)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示．光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失．求此玻璃砖上下表面的夹角．
2．[物理—选修3－4](15分)
(1)(5分)关于光的折射、全反射以及光的波动性，下列说法中正确的是________．
A．光由光密介质射入光疏介质一定会发生全反射
B．光在两种不同介质的界面上发生折射时，光速一定发生改变
C．光的偏振现象说明光是一种纵波
D．不同色光通过棱镜，光的频率越大，折射率越大，偏折角度越大
E．利用激光可以测距
(2)(10分)如图甲所示是一列简谐横波在均匀介质中传播时t＝0时刻的波动图象，质点A的振动图象如图乙所示．A、B两点皆在x轴上，两者相距s＝20 m．求：
(ⅰ)此简谐横波的传播速度；
(ⅱ)t＝20 s时质点B运动的路程．
3．[物理—选修3－4](15分)
(1)(5分)如图甲所示是小刘同学做“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．
①在实验中应该在B处放________(选填“单缝”或“双缝”).
②经过一系列的调试，得到了亮度较好、清晰的干涉图样，但在放大镜视野中出现如图乙所示的现象，调整方法是____________________________．
③一次实验测量完成后，小刘同学将红色滤光片改为绿色，则观察到干涉条纹的间距________(选填“变大”“变小”或“不变”).
(2)(10分)水波是常见的机械波，水面上水波的速度跟水深度有关，其关系式为v＝ eq \r(gh) ，式中h为水的深度，g为重力加速度．如图甲所示是某水域的剖面图，两部分深度不同，图乙是从上往下俯视点O处于两部分水面分界线上方，M和N分别处在A和B两区域水面上的两点．t＝0时刻O点从平衡位置向上振动，形成以O点为波源向左和向右传播的水波(可看作是简谐横波).t＝1.25 s时，O点第二次到达波峰，此时M点第一次到达波峰．已知B区域水波振幅为A＝6 cm，水深为hB＝0.90 m，OM间距离为2.0 m，ON间距离为3.0 m，g＝10 m/s2，求：
(ⅰ)A区域的水深hA；
(ⅱ)N点在t＝2 s时的振动方向及它在t＝0至t＝2 s时间内通过的路程．
4．[物理—选修3－4](15分)
(1)(5分)(多选)一列简谐横波沿直线传播．t＝0时刻波源O由平衡位置开始振动，在波的传播方向上平衡位置距O点0.9 m处有一质点A，其振动图象如图所示．下列说法正确的是( )
A．波源起振方向沿y轴正方向
B．该简谐波波长为4 m
C．该简谐波周期为4 s
D．该简谐波波速大小为12 m/s
E．从振源起振开始，17 s内质点A通过的路程为2.8 m
(2)
(10分)如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同，截面为 eq \f(1,4) 圆周，半径均为R，对接成半圆．一光束从A点垂直射入甲中，OA＝ eq \f(\r(2),2) R，在B点恰好发生全反射，从乙介质D点(图中未画出)射出时，出射光线与BD连线间夹角为15°.已知光在真空中的速度为c.求：
(ⅰ)乙介质的折射率；
(ⅱ)光由B到D传播的时间．
单元质量评估（十四） 机械振动、机械波、光、电磁波与相对论（选修3—4）
1．解析：（1）从图中可以看出波长λ＝20 cm，若波沿x轴正方向传播，则0.3 s＝ eq \f(3,4) T＋nT（n＝0，1，2…），解得T＝ eq \f(1.2,4n＋3) s，因为T>0.3 s，所以T＝0.4 s，波速为v＝ eq \f(λ,T) ＝50 cm/s＝0.5 m/s；若波沿x轴负方向传播，则0.3 s＝ eq \f(1,4) T＋nT（n＝0，1，2，…），解得T＝ eq \f(1.2,4n＋1) s，因为T>0.3 s，所以T＝1.2 s.
（2）（ⅰ）设光线在平行玻璃砖上表面的入射角和折射角分别为θ1、θ2
则sin θ1＝ eq \f(AM,\r(AM2＋MO2)) ①
sin θ2＝ eq \f(s,\r(s2＋h2)) ②
sin θ1＝n sin θ2③
联立并代入数据解得n＝ eq \r(2) ④
（ⅱ）如图所示为光线入射角为45°时，光线在不平行玻璃砖中传播的光路图，设玻璃砖上下表面的夹角为α.由几何关系有
θ3＝θ′2＋α⑤
由折射定律有
sin 45°＝n sin θ′2⑥
设全反射临界角为θC，则
n sin θC＝1⑦
当光线从玻璃射入空气，满足θ3≥θC时发生全反射．由题意，当光线在玻璃砖上表面的入射角为45°时，θ3＝θC，联立④⑤⑥⑦式得α＝15°
答案：（1）0.5 0.4 1.2 （2）（ⅰ） eq \r(2) （ⅱ）15°
2．解析：（1）只有光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，才会发生全反射，选项A错误；不同介质折射率不同，根据v＝ eq \f(c,n) 可知光速不同，选项B正确；光的偏振现象说明光是一种横波，选项C错误；不同色光通过棱镜，光的频率越大，折射率越大，偏折角度越大，选项D正确；激光方向性好，平行度高，可以远距离测距，选项E正确．
（2）（ⅰ）由题图甲、乙可知此波的波长为λ＝4 m，周期T＝0.4 s
所以v＝ eq \f(λ,T) ＝10 m/s
根据t＝0时刻质点A的振动方向可知，此波沿x轴正方向传播
（ⅱ）此波传播到B点所需的时间
t1＝ eq \f(s－\f(λ,2),v) ＝1.8 s
由题图可知此波的振幅A＝0.1 m，质点B每个周期运动的路程为0.4 m
所以t＝20 s时质点B运动的路程为s＝ eq \f(t－t1,T) ×0.4 m＝18.2 m
答案：（1）BDE （2）（ⅰ）10 m/s，沿x轴正方向传播
（ⅱ）18.2 m
3．解析：（1）①根据“用双缝干涉测量光的波长”实验的原理可知，光源发出的光经过滤光片后，需要先经过单缝，再经过双缝，最后到达光屏．②应该调节测量头使分划板中心刻线与条纹平行．③将红色滤光片改为绿色，即波长变短，根据公式Δx＝ eq \f(L,d) λ可知，干涉条纹的间距将变小．
（2）（ⅰ）对O点的振动分析，知t＝ eq \f(5,4) T＝1.25 s
对M点的振动分析，知A区域水波波长为λA＝OM＝2 m
则有：vA＝ eq \f(λA,T) ＝2 m/s
由v＝ eq \r(gh)
代入数据求得：hA＝0.40 m
（ⅱ）由v＝ eq \r(gh) ，代入数据求得vB＝ eq \r(ghB) ＝ eq \r(10×0.9) m/s＝3 m/s
波传到N点的时间t1＝ eq \f(ON,vB) ＝ eq \f(3,3) s＝1 s
所以t＝2 s时，N点刚好完成一个全振动，可知其在平衡位置向上振动，路程x＝4A＝24 cm
答案：（1）①单缝 ②调节测量头使分划板中心刻线与条纹平行 ③变小
（2）（ⅰ）0.40 m （ⅱ）向上 24 cm
4．解析：（1）波传播过程中，所有质点起振的方向都与波源的起振方向相同，由图知，t＝3 s时质点A开始振动，振动方向沿y轴正方向，故波源的起振方向沿y轴正方向，A项正确；由图知，该简谐波的周期t＝4 s，C项正确；3 s内该简谐波传播了0.9 m，即 eq \f(3,4) λ＝0.9 m，则λ＝1.2 m，B项错误；该简谐波的波速v＝ eq \f(λ,T) ＝ eq \f(1.2 m,4 s) ＝0.3 m/s，D项错误；从波源起振开始，17 s内质点A振动了14 s，则质点A通过的路程s＝ eq \f(t,T) ×4A＝ eq \f(14,4) ×4×0.2 m＝2.8 m，E项正确．
（2）（ⅰ）如图，由几何关系知，甲介质中，临界角为C甲＝45°
甲介质折射率n甲＝ eq \f(1,sin C甲)
解得n甲＝ eq \r(2)
乙介质中，光束在D点发生折射，入射角i＝45°，折射角r＝60°
得乙介质折射率n乙＝ eq \f(sin r,sin i) ＝ eq \f(\r(6),2)
（ⅱ）光在甲介质中传播速度为
v甲＝ eq \f(c,n甲) ＝ eq \f(\r(2),2) c
光在甲介质中传播距离为
x甲＝ eq \f(\r(2),2) R
光在甲介质中的传播时间为
t甲＝ eq \f(x甲,v甲)
解得t甲＝ eq \f(R,c)
光在乙介质中传播速度为
v乙＝ eq \f(c,n乙) ＝ eq \f(\r(6),3) c
光在乙介质中传播距离为
x乙＝ eq \f(\r(2),2) R
光在乙介质中传播时间为
t乙＝ eq \f(x乙,v乙)
解得t乙＝ eq \f(\r(3)R,2c)
因此光由A到D传播的总时间为
t＝t甲＋t乙＝ eq \f(（2＋\r(3)）R,2c)
答案：（1）ACE （2）（ⅰ） eq \f(\r(6),2) （ⅱ） eq \f(（2＋\r(3)）R,2c)
eq \a\vs4\al(H－5)