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專題限時集訓(十六)　振動和波動　光及光的本性 (建議用時：40分鐘) 1．(1)(5分)對如圖10所示的圖片、示意圖或?qū)嶒炑b置圖，下列判斷準確無誤的是________．(選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 圖10 A．甲圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑” B．乙圖是薄膜干涉的應用，用來檢測平面的平整程度 C．丙圖是雙縫干涉原理圖，若P到S1、S2的路程差是半波長的的偶數(shù)倍，則P處是亮紋 D．丁圖是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，在附有肥皂膜的鐵絲圈上，出現(xiàn)豎直干涉條紋 E．戊圖是振動圖象，其振幅為8 cm，振動周期為4 s (2)(10分)如圖11所示，△ABC為一直角三棱鏡的截面，一束單色平行光束斜射向AB面，經(jīng)三棱鏡折射后在AC面水平平行射出． ①以圖中三條光線代表光束，畫出三條光線經(jīng)棱鏡折射的光線示意圖； ②若棱鏡的折射率為，求入射光線與AB面的夾角θ. 圖11 【解析】　(1)題圖甲是小孔衍射的圖樣，但不是“泊松亮斑”，故A錯．題圖丁是薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置圖，但其干涉條紋應為水平的，故D錯． (2)①光路圖如圖甲所示 甲　　　　　　　　　　　乙 ②由圖乙可知＝n ＝n 又n＝ 解得γ＝30 由圖中幾何關(guān)系可知β＝30 解得α＝60 則θ＝30. 【答案】　(1)BCE　(2)①見解析?、?0 2．(1)(5分)一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，t＝0時的波的圖象如圖12所示，質(zhì)點P的平衡位置在x＝8 m處．該波的周期T＝0.4 s．下列說法正確的是________．(選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分．每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 圖12 A．該列波的傳播速度為20 m/s B．在0～1.2 s內(nèi)質(zhì)點P經(jīng)過的路程是24 m C．t＝0.6 s時質(zhì)點P的速度方向沿y軸正方向 D．t＝0.7 s時質(zhì)點P位于波谷 E．質(zhì)點P的振動方程是y＝10sin 5πt(cm) (2)(10分)一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺，圖13所示是其截面圖，觀景臺下表面恰好和水面相平，A為觀景臺右側(cè)面在湖底的投影，水深h＝4 m．在距觀景臺右側(cè)面x＝4 m處有一可沿豎直方向移動的單色點光源S，在該光源從距水面高3 m處向下移動到接近水面的過程中，觀景臺水下被照亮的最遠距離為AC，最近距離為AB，且AB＝3 m．求： 圖13 ①該單色光在水中的折射率； ②AC的距離． 【解析】　(1)由波的圖象易知，λ＝8 m，由v＝＝20 m/s，選項A正確；s＝4A＝1.2 m，選項B錯誤；沿波的傳播方向，“上坡下，下坡上”，故t＝0時質(zhì)點P的運動方向沿y軸正方向，經(jīng)過0.6 s，相當于T，再次回到平衡位置，速度方向沿y軸負方向，選項C錯誤；經(jīng)過0.7 s，相當于T，質(zhì)點P運動到波谷位置，選項D正確；角速度ω＝，質(zhì)點P的振動方程y＝10sin ωt(cm)＝10sin t(cm)＝10sin 5πt(cm)，選項E正確． (2)①如圖所示，點光源S在距水面高3 m處發(fā)出的光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處折射到水里時，被照亮的距離為最近距離AB，則： 由于n＝ 所以，水的折射率n＝＝. ②點光源S接近水面時，光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處折射到水里時，被照亮的距離為最遠距離AC，此時，入射角為90，折射角為臨界角C 則：n＝＝＝ 解得：AC＝ m(或AC＝4.5 m)． 【答案】　(1)ADE　(2)①?、?.5 m 3．(2016長春市質(zhì)檢)(1)(5分)如圖14甲所示的彈簧振子(以O(shè)點為平衡位置在B、C間振動)，取水平向右的方向為振子離開平衡位置的位移的正方向，得到如圖乙所示的振動曲線，由曲線所給的信息可知，下列說法正確的是________．(選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 甲　　　　　　　　　　乙 圖14 A．t＝0時，振子處在B位置 B．振子振動的周期為4 s C．t＝4 s時振子相對平衡位置的位移為10 cm D．t＝2.5 s時振子相對平衡位置的位移為5 cm E．如果振子的質(zhì)量為0.5 kg，彈簧的勁度系數(shù)為20 N/cm，則振子的最大加速度大小為400 m/s2 (2)(10分)如圖15所示為一透明的圓柱體的橫截面，其半徑為R，透明圓柱體的折射率為n，AB是一條直徑．今有一束平行光沿平行AB方向射向圓柱體．求：經(jīng)透明圓柱體折射后，恰能經(jīng)過B點的入射光線的入射點到AB的垂直距離． 圖15 【解析】　(1)由題圖乙可知零時刻振子位移為－10 cm，則所對應的位置為B，故A正確．由題圖乙可知振子振動周期為4 s，故B正確．t＝4 s時，振子偏離平衡位置的位移為－10 cm，故C錯誤．t＝2.5 s時振子的位移由y＝10 cos 可知為5 cm，故D錯誤．當振子偏離平衡位置最大時，振子受合力最大，產(chǎn)生的加速度也最大，由F＝kx＝ma，所以a＝ m/s2＝400 m/s2，故E正確． (2)設(shè)入射角為i，折射角為r，入射光線離AB的距離為h， 由折射定律：＝n 由幾何關(guān)系：sin i＝， sin r＝ 解得：cos r＝，sin r＝ 又因為：sin i＝2sin rcos r＝ 解得：h＝. 【答案】　(1)ABE　(2) 4．(1)(5分)關(guān)于光現(xiàn)象及其應用，下列說法正確的是________．(選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A．白光只有通過三棱鏡的折射，才能產(chǎn)生光的色散現(xiàn)象 B．光經(jīng)過大頭針尖兒時，大頭針尖兒邊緣輪廓會模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象 C．光導纖維利用全反射的原理，其內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率 D．拍攝玻璃櫥窗中的物品時，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機鏡頭前加裝偏振片，該裝置利用的是薄膜干涉原理 E．利用光的干涉現(xiàn)象可以檢查平面的平整度 (2)(10分)一列簡諧橫波，沿波的傳播方向依次有P、Q兩點，平衡位置相距5.5 m，其振動圖象如圖16所示，實線為P點的振動圖象，虛線為Q點的振動圖象． 圖16 ①如圖17是t＝0時刻波形的一部分，若波沿x軸正向傳播，試在給出的波形上用黑點標明P、Q兩點的位置，并寫出P、Q兩點的坐標(橫坐標用λ表示)； ②求波的最大傳播速度． 圖17 【解析】　(2)①正確標出P、Q兩點的位置如圖所示 P(0,0)．由題意可求得Q點離開平衡位置振動的時間，0.05＝0.1sint，解得t＝ s，波從O點傳播到Q點的時間為s，則Q點的橫坐標為λ，即Q. ②由圖象可知，該波的周期T＝1 s 由P、Q的振動圖象可知，P、Q之間的距離是λ＝5.5 m 當n＝0時，λ值最大 此時對應波速最大，v＝＝6 m/s 【答案】　(1)BCE　(2)①見解析圖　P(0,0)、Q?、? m/s 5．(1)(5分)光纖是現(xiàn)代通訊普遍使用的信息傳遞媒介，現(xiàn)有一根圓柱形光纖，光信號從光纖一端的中心進入，并且沿任意方向進入的光信號都能傳遞到另一端．下列說法正確的有________．(填正確答案標號．選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分．每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 圖18 A．光從空氣進入光纖時傳播速度變小 B．光導纖維利用了光的偏振原理 C．光導纖維利用了光的全反射原理 D．光纖材料的折射率可能為1.2 E．光纖材料的折射率可能為 (2)(10分)如圖19所示，一列簡諧橫波在沿x軸方向傳播的過程中，波形由實線變?yōu)樘摼€用時Δt＝0.5 s，假設(shè)該列波的周期為T，并且滿足3T＜Δt＜4T. 圖19 (i)求此列波傳播速度的可能值． (ii)如果沒有3T<Δt＜4T的限制，且波的傳播速度為v＝74 m/s，判斷此列波的傳播方向. 【導學號：37162089】 【解析】　(1)光從空氣進入光纖時傳播速度變小，A正確；光導纖維利用了光的全反射原理，B錯誤，C正確；設(shè)光的入射角為i，折射角為r，根據(jù)折射定律得＝n，當入射角i趨于90時，折射角r最大，此時光在內(nèi)側(cè)面的入射角最小，只要能保證此時光在側(cè)面恰好發(fā)生全反射，即能保證所有入射光都能發(fā)生全反射，即sin(90－r)＝，聯(lián)立可得n＝，只要折射率大于或等于就能使所有的光都能發(fā)生全反射，E正確，D錯誤． (2)(ⅰ)當該簡諧橫波沿x軸正方向傳播時，傳播時間 Δt＝k1T＋T(k1＝0,1,2，…) 由于3T＜Δt＜4T，因此k1＝3，故Δt＝3T＋T 由波形圖知λ＝8 m，波速v＝，解得v＝54 m/s 當該簡諧橫波沿x軸負方向傳播時，傳播時間 Δt＝k2T＋T(k2＝0,1,2，…) 由3T＜Δt＜4T可知k2＝3 故Δt＝3T＋T，波速v＝，解得v＝58 m/s. (ⅱ)波速大小為74 m/s時，波在Δt時間內(nèi)傳播的距離Δx＝vΔt＝740.5 m＝37 m＝4λ＋λ，所以波沿x軸負方向傳播． 【答案】　(1)ACE　(2)(i)54 m/s或58 m/s　(ⅱ)負方向 6．(1)(5分)如圖20所示，一束由兩種色光混合的復色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃磚的上表面，得到三束光線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若玻璃磚的上下表面足夠?qū)?，下列說法正確的是________．(填正確答案標號．選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分．每選錯1個扣3分，最低得分為0分)． 圖20 A．光束Ⅰ仍為復色光，光束Ⅱ、Ⅲ為單色光 B．玻璃對光束Ⅲ的折射率大于對光束Ⅱ的折射率 C．改變α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行 D．通過相同的雙縫干涉裝置，光束Ⅱ產(chǎn)生的條紋寬度要大于光束Ⅲ的 E．在真空中，光束Ⅱ的速度等于光束Ⅲ的速度 (2)(10分)如圖21所示，一質(zhì)點O在垂直于x軸方向上做簡諧運動，形成沿x軸正方向傳播的機械波，在t＝0時刻，質(zhì)點O開始從平衡位置向上運動，經(jīng)0.4 s第一次形成圖示波形． ①再經(jīng)多長時間，位于x＝5 m處的質(zhì)點B可以第一次到達波峰位置？ ②當B第一次到達波峰位置時，求位于x＝2 m處的質(zhì)點A通過的總路程． 圖21 【解析】　(1)光束Ⅰ為復色光在玻璃磚上表面的反射光，光束Ⅱ、Ⅲ為復色光先在玻璃上表面折射，再在玻璃磚下表面反射，然后再在玻璃磚上表面折射出去的光線，因而選項A正確；玻璃磚對光束Ⅱ的折射率大于玻璃磚對光束Ⅲ的折射率，選項B錯誤；改變α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，選項C正確；光束Ⅱ的波長較短，因而形成的干涉條紋較窄，選項D錯誤；在真空中，光的速度均相等，選項E正確． (2)①由題圖可看出，該機械波的傳播周期為T＝0.8 s，波長為λ＝4 m，所以該機械波的波速為v＝＝5 m/s.由圖可知，此時波峰在x＝1 m處，當波峰傳播到x＝5 m處的B點時，波向前傳播的距離為Δx＝4 m，所以質(zhì)點B第一次到達波峰位置所需要的時間t＝＝0.8 s. ②由題意知，當質(zhì)點B第一次到達波峰位置時，質(zhì)點A恰好振動了一個周期，所以質(zhì)點A通過的總路程為x＝4A＝20 cm. 【答案】　(1)ACE　(2)①0.8 s?、?0 cm