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2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(十四)機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 光 電磁波 相對(duì)論(含解析)魯科版選修3-4

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1、機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 光 電磁波 相對(duì)論 (時(shí)間:50分鐘) 1.(1)(5分)兩列沿繩傳播的簡諧橫波(虛線表示甲波,實(shí)線表示乙波)在某時(shí)刻的波形圖如圖1所示,M為繩上x=0.2 m處的質(zhì)點(diǎn),則下列說法中正確的是__________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)一個(gè)扣3分,最低得分為0分) 圖1 A.圖示時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)M的速度為零 B.M點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) C.甲波的傳播速度v1比乙波的傳播速度v2大 D.由圖示時(shí)刻開始,再經(jīng)甲波的周期,質(zhì)點(diǎn)M將位于波峰 E.位于坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)與M點(diǎn)的振動(dòng)方向總是相反的 (2)(10分)如圖2所示是一個(gè)透

2、明的玻璃圓柱體的橫截面,其半徑R=20 cm,AB是過圓心的一條水平直徑。從激光源S發(fā)出一條與AB平行的細(xì)光束,入射到玻璃圓柱體上,光束到頂部的距離h=2.68 cm,折射光束恰好過B點(diǎn),經(jīng)B點(diǎn)反射后從圓柱體中射出。已知光在真空中的傳播速度為c=3×108 m/s,=1.732。 圖2 (ⅰ)求玻璃的折射率; (ⅱ)求此光束從射入圓柱體到射出圓柱體所用的時(shí)間(只考慮一次反射)。 解析 (1)由圖可知甲、乙兩波在質(zhì)點(diǎn)M處同時(shí)向下振動(dòng),故速度不為零,又因?yàn)榧住⒁覂刹ㄔ谕焕K上傳播,速度相同,由圖可知,兩波波長相同,故周期相同,故M點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤,B正確;圖示時(shí)刻M點(diǎn)正向

3、下運(yùn)動(dòng),再經(jīng)甲波的周期,M將位于波峰,選項(xiàng)D正確;位于原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)與M點(diǎn)相距半個(gè)波長,振動(dòng)方向總是相反的,選項(xiàng)E正確。 (2)(ⅰ)光線SC折射后經(jīng)過B點(diǎn),光路如圖所示,由折射定律有=n(2分) 由幾何關(guān)系知α=2β(1分) sin α=(1分) 解得α=60°,β=30° 玻璃的折射率為n=(1分) (ⅱ)根據(jù)對(duì)稱性知CB=BD=2Rcos β(2分) 光在玻璃中傳播的速度為v=(2分) 光束從射入圓柱體到射出圓柱體所用的時(shí)間為 t==4×10-9 s(1分) 答案 (1)BDE (2)(ⅰ) (ⅱ)4×10-9 s 2.(1)(5分)下列說法正確的是________

4、__。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0分) A.偏振光可以是橫波,也可以是縱波 B.光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 C.光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 D.X射線在磁場中能偏轉(zhuǎn)、穿透能力強(qiáng),可用來進(jìn)行人體透視 E.聲源與觀察者相對(duì)靠近時(shí),觀察者所接收的頻率大于聲源振動(dòng)的頻率 (2)(10分)如圖3所示是在豎直方向上振動(dòng)并沿水平方向傳播的簡諧橫波,實(shí)線是t=0時(shí)刻的波形圖,虛線是t=0.2 s 時(shí)刻的波形圖。 圖3 (ⅰ)若波沿x軸負(fù)方向傳播,求它傳播的速度; (ⅱ)若波沿x軸正方向傳

5、播,求它的最大周期; (ⅲ)若波速是25 m/s,求t=0時(shí)刻P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。 解析 (1)偏振光是橫波而不是縱波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;光學(xué)鏡頭前的增透膜的厚度為綠光在介質(zhì)中波長的四分之一,利用的是光的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)B正確;光纖通信和醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡利用的是光的全反射原理,選項(xiàng)C正確;X射線穿透力強(qiáng),可以進(jìn)行人體透視,由于不帶電,在磁場中不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤;根據(jù)多普勒效應(yīng),當(dāng)聲源與觀察者相對(duì)靠近時(shí),觀察者接收到的頻率大于聲源的振動(dòng)頻率,選項(xiàng)E正確。 (2)(ⅰ)波沿x軸負(fù)方向傳播時(shí),傳播的距離可能為 Δx=(n+)λ=(4n+3) m(n=0,1,2,3,…)(2分) 傳播的速度為

6、v==(20n+15) m/s(n=0,1,2,3,…)(1分) (ⅱ)波沿x軸正方向傳播,傳播的時(shí)間與周期關(guān)系為 Δt=(n+)T(n=0,1,2,3,…)(2分) 得T== s(n=0,1,2,3,…) 當(dāng)n=0時(shí)周期最大,即最大周期為0.8 s(1分) (ⅲ)波在0.2 s內(nèi)傳播的距離Δx=vΔt=5 m=λ,波形圖平移了λ的距離(2分) 由題圖知波沿x軸正方向傳播 所以P點(diǎn)在t=0時(shí)刻沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。(2分) 答案 (1)BCE (2)(ⅰ)(20n+15) m/s(n=0,1,2,3,…) (ⅱ)0.8 s (ⅲ)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng) 3.(1)(5分)一列簡諧橫波沿

7、直線傳播。t=0時(shí)刻波源O由平衡位置開始振動(dòng),在波的傳播方向上平衡位置距O點(diǎn)0.9 m處有一質(zhì)點(diǎn)A,其振動(dòng)圖象如圖4所示。下列說法正確的是____________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分,每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0分) 圖4 A.波源起振方向沿y軸正方向 B.該簡諧波波長為4 m C.該簡諧波周期為4 s D.該簡諧波波速大小為12 m/s E.從振源起振開始,17 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)A通過的路程為2.8 m (2)(10分)如圖5所示,直角梯形玻璃磚ABCD,其中BCDE 是正方形,∠A=30°,BC=a?,F(xiàn)有一束單色光從AD的中點(diǎn)M

8、平行AB邊射入,折射光線恰好過E點(diǎn)。求: 圖5 (ⅰ)該玻璃磚的折射率n; (ⅱ)光線第一次從玻璃磚射出的點(diǎn)到B點(diǎn)的距離。 解析 (1)波傳播過程中,所有質(zhì)點(diǎn)起振的方向都與波源的起振方向相同,由圖知,t=3 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)A開始振動(dòng),振動(dòng)方向沿y軸正方向,故波源的起振方向沿y軸正方向,選項(xiàng)A正確;由圖知,該簡諧波的周期t=4 s,選項(xiàng)C正確,3 s 內(nèi)該簡諧波傳播了0.9 m,即λ=0.9 m,則λ=1.2 m,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;該簡諧波的波速v===0.3 m/s,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;從波源起振開始,17 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)A振動(dòng)了14 s,則質(zhì)點(diǎn)A通過的路程s=×4A=×4×0.2 m=2.8 m,選項(xiàng)E正

9、確。 (2)(ⅰ)光線在玻璃磚內(nèi)的光路圖如圖所示,由幾何關(guān)系可知光線在AD面上的折射角為30°(2分) 折射率n===(3分) (ⅱ)在AB界面上,sin C==<sin 60°,入射角為60°大于臨界角C,故光線發(fā)生全反射(3分) 設(shè)光從BC界面上N點(diǎn)射出,由幾何關(guān)系可知 BN=atan 30°=a(2分) 答案 (1)ACE (2)(ⅰ) (ⅱ)a 4.(1)(5分)如圖6所示是水平面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加情況,圖中實(shí)線為波峰,虛線為波谷。已知兩列波的振幅分別為4 cm和3 cm,波速均為v=2 m/s,波長均為λ=8 cm,E點(diǎn)是B、D和A、C連線的交點(diǎn),則B

10、處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)__________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)的點(diǎn),E處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)__________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)的點(diǎn),圖示時(shí)刻B、D兩處兩質(zhì)點(diǎn)的豎直高度差是__________ cm。 圖6 (2)(10分)水晶是一種石英結(jié)晶體礦物,其折射率范圍為1.544 ~1.553,不良商家常用碳酸聚酯(折射率一般大于1.6)制成假水晶飾品充當(dāng)真水晶高價(jià)來賣。某人在旅游時(shí)買到一水晶飾品,其截面為直角三角形,如圖7所示。為了檢驗(yàn)其真假,他用量角器測量可知∠C=60°,∠B=30°。他用一束紅色激光射向AC面,方向與AC面夾角為θ=30°,折射后的光線MN平行于底邊BC。根據(jù)以上數(shù)據(jù),回

11、答下列問題: 圖7 (ⅰ)該飾品是否是真水晶?紅色激光束在N點(diǎn)能否發(fā)生全反射?如果能,畫出由底邊BC射出的光線。 (ⅱ)如果將綠色激光從M點(diǎn)射向AC面,方向與AC面夾角θ=30°,其在AC面的折射角是大于30°還是小于30°? 解析 (1)實(shí)線交點(diǎn)或虛線交點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),實(shí)線與虛線的交點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn),振幅分別為|A1+A2|和|A1-A2|,對(duì)照題圖,A、C兩點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn),B、D兩點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),B、D連線上各點(diǎn)振動(dòng)也加強(qiáng),形成振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域,所以E點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)。此刻D處質(zhì)點(diǎn)的位移應(yīng)是|A1+A2|=7 cm,B處質(zhì)點(diǎn)的位移應(yīng)是-7 cm,B、D兩處質(zhì)點(diǎn)的豎直高度差為1

12、4 cm。 (2)(ⅰ)光線在AC界面的入射角i=60°, 折射角r=30°(1分) 根據(jù)折射定律得n===>1.6,說明該飾品不是真水晶(2分) 由幾何關(guān)系知,光線在AB界面的入射角為i′=60° 而臨界角C′的正弦值sin C′==(1分) sin 60°=,則光線在AB界面的入射角i′>C′(2分) 所以光線在N點(diǎn)將發(fā)生全反射,光路如圖(2分) (ⅱ)因?yàn)榫G光的頻率大于紅光的頻率,所以該水晶對(duì)綠光的折射率大于對(duì)紅光的折射率,從而可得其在AC面的折射角小于30°。(2分) 答案 (1)加強(qiáng) 加強(qiáng) 14 (2)(ⅰ)不是 

13、(ⅱ)小于30° 5.(1)(5分)圖8為“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)裝置,從左到右依次放置①光源、②紅色濾光片、③、④、⑤遮光筒、⑥光屏。下列說法正確的是____________。(填正確答案標(biāo)號(hào)。選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0分) 圖8 A.③、④分別是雙縫、單縫 B.減小雙縫之間的距離,可以增大相鄰暗條紋間的距離 C.先放上單縫和雙縫,調(diào)節(jié)光源高度使光沿遮光筒軸線照在屏中心 D.若雙縫的間距為d,④與光屏的間距為l,用測微目鏡測出6條紅色條紋間的距離為a,則該紅光的波長λ= E.假若把此裝置置于某液體中測量某單色光的波長

14、,測得結(jié)果要比在真空中測得該光的波長短 (2)(10分)在圖9甲中,輕彈簧上端固定,下端系一質(zhì)量為m=0.2 kg的小球,現(xiàn)讓小球在豎直方向上做簡諧運(yùn)動(dòng),小球從最高點(diǎn)釋放時(shí)開始計(jì)時(shí),小球相對(duì)平衡位置的位移y隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化,如圖乙所示。取g=10 m/s2。 圖9 (ⅰ)寫出小球相對(duì)平衡位置的位移y的表達(dá)式; (ⅱ)求0~9.2 s內(nèi)小球的總路程s,并指出t=9.2 s時(shí)小球的位置。 解析 (1)光源產(chǎn)生的光經(jīng)濾光片變成單色光,通過單縫成為線光源,經(jīng)過雙縫獲得相干波源,③、④分別是單縫、雙縫,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由Δy=λ知,要增大相鄰暗條紋間的距離,可減小雙縫之間的距離d或增大雙

15、縫到屏的距離l,選項(xiàng)B正確;先不放單縫和雙縫,調(diào)節(jié)光源高度使光沿遮光筒軸線照在屏中心,然后再放單縫和雙縫,調(diào)節(jié)其位置使光屏上出現(xiàn)干涉條紋,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;相鄰兩條紅色條紋間的距離Δy==,又Δy=λ,得該紅光的波長λ=,選項(xiàng)D正確;假若把此裝置置于某種液體中,由于液體的折射率大于1,所以結(jié)果將比在真空中測得該光的波長短,選項(xiàng)E正確。 (2)(ⅰ)由題圖乙可知,周期T=0.8 s(1分) 振幅A=0.1 m(1分) 小球相對(duì)平衡位置的位移y=Acos t 即y=0.1cos πt(m)(3分) (ⅱ)由于n==11.5(1分) 0~9.2 s內(nèi)小球的總路程 L=n×4A=11.5×4×0.1 m=4.6 m(3分) t=9.2 s時(shí)小球處于最低點(diǎn)。(1分) 答案 (1)BDE (2)(ⅰ)y=0.1cos πt(m) (ⅱ)4.6 m 小球處于最低點(diǎn) - 8 -

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