2020屆高考物理 精準(zhǔn)培優(yōu)專練二十三 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光（含解析）

機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光一、選擇題，每題有3個(gè)選項(xiàng)正確。1如圖所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲、乙的振動(dòng)圖象，下列說法中正確的是()A甲、乙兩單擺的擺長相等B甲擺的振幅比乙擺大C甲擺的機(jī)械能比乙擺大D甲擺的周期比乙擺大E在t0.5 s時(shí)有正向最大加速度的是乙擺2如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(dòng)(即做簡諧運(yùn)動(dòng))時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動(dòng)時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，則下列說法中正確的是()A由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4 sB由圖乙可知彈簧振子的固有周期為8 sC由圖乙可知外力的周期為8 sD如果改變外力的周期，在接近4 s的附近該彈簧振子的振幅較大E如果改變外力的周期，在接近8 s的附近該彈簧振子的振幅較大3如圖甲為一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，圖乙為介質(zhì)中x2 m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖象。下列說法正確的是()A這列波的傳播方向是沿x軸正方向B這列波的傳播速度是20 m/sC經(jīng)過0.15 s，質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3 mD經(jīng)過0.1 s，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向E經(jīng)過0.35 s質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離4一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t0時(shí)刻的波形如圖所示，質(zhì)點(diǎn)P的x坐標(biāo)為3 m已知任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s，下列說法正確的是()A波速為4 m/sB波的頻率為1.25 HzCx坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.6 s時(shí)恰好位于波谷Dx坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t0.2 s時(shí)恰好位于波峰E當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí)，x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷5我國地震臺網(wǎng)正式測定：2017年10月19日09時(shí)15分在山西臨汾市襄汾縣（北緯35.95度，東經(jīng)111.54度）發(fā)生3.0級地震，震源深度5千米。地震波既有橫波，也有縱波，某監(jiān)測站截獲了一列沿x軸負(fù)方向傳播的地震橫波，在t s與（t0.2）s兩個(gè)時(shí)刻x軸上3 km3 km區(qū)間內(nèi)的波形圖分別如圖中實(shí)線和虛線所示，則下列說法正確的是()Ax =1.5 km處質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離是2AB該地震波的最大周期為0.8 sC該地震波最小波速為5 km/sD從波源開始振動(dòng)到波源遷移到地面最長需要經(jīng)過1 s時(shí)間E從t時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，x2 km處的質(zhì)點(diǎn)比x1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)先回到平衡6如圖所示，實(shí)線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法正確的是()AO1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí)，速度變小C若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)E若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)7彩虹是由陽光進(jìn)入雨滴，先折射一次，然后在雨滴的背面反射，最后離開水滴時(shí)再折射一次形成的形成示意圖如圖所示，一束白光L由左側(cè)射入雨滴，a、b是白光射入雨滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的其中兩條出射光(a、b是單色光)。下列關(guān)于a光與b光的說法中正確的是()A雨滴對a光的折射率大于對b光的折射率Ba光在雨滴中的傳播速度小于b光在雨滴中的傳播速度C用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，a光條紋間距大于b光條紋間距Da光、b光在雨滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要長E若a光、b光在同一介質(zhì)中，以相同的入射角由介質(zhì)射向空氣，若b光能夠發(fā)生全反射，則a光也一定能夠發(fā)生全反射8列說法正確的是()A光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率無關(guān)B雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的C楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時(shí)，紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距小D光的偏振特征說明光是橫波E狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的二、解答題，按題目要求解答。計(jì)算題解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。9在“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)以線狀白熾燈為光源，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)節(jié)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：A燈絲和單縫及雙縫必須平行放置B干涉條紋與雙縫垂直C干涉條紋疏密程度與雙縫寬度有關(guān)D干涉條紋間距與光的波長有關(guān)以上幾點(diǎn)中你認(rèn)為正確的是_。(2)當(dāng)測量頭中的分劃板中心刻線對齊某干涉條紋線時(shí)，手輪上的示數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為_mm。(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示則在這種情況下測量干涉條紋的間距x時(shí)，測量值_(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值。10一透明柱狀介質(zhì)，如圖所示，其橫截面為扇形AOC，O為圓心，半徑為R，圓心角為90°，AC關(guān)于OB對稱，一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì)，介質(zhì)折射率為，要使ABC面上沒有光線射出，至少在O點(diǎn)左側(cè)垂直O(jiān)B放置多高的遮光板？（不考慮ABC的反射）11一個(gè)三棱柱由某種透明材料制作而成，為測量此材料折射率，現(xiàn)將三棱柱置于坐標(biāo)紙上，如圖三角形ABC為其橫截面，頂點(diǎn)坐標(biāo)為A(0，150 mm)、B(200 mm，0)、C(200 mm，0)。在紙上a、b兩點(diǎn)插針，視線透過AC面觀察a、b的像，并先后插上c、d兩針使它們都擋住a、b的像。測得四針位置坐標(biāo)a(350 mm，33 mm)、b(250 mm，33 mm)、c(200 mm，99 mm)、d(300 mm，99 mm)。(1)請確定經(jīng)過a、b的光線入射到BC面上時(shí)入射點(diǎn)的坐標(biāo)；(2)請計(jì)算此材料折射率。12如圖所示，t0時(shí)，位于原點(diǎn)O處的波源，從平衡位置(在x軸上)開始沿y軸正方向做周期T0.2 s、振幅A4 cm的簡諧振動(dòng)。該波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，當(dāng)平衡位置坐標(biāo)為(9 m，0)的質(zhì)點(diǎn)P剛開始振動(dòng)時(shí)，波源剛好位于波谷。(1)質(zhì)點(diǎn)P在開始振動(dòng)后的t1.05 s內(nèi)通過的路程是多少？(2)該簡諧波的最大波速是多少？(3)若該簡諧波的波速為v12 m/s，質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置坐標(biāo)為(12 m，0)(圖中未畫出)。請寫出以t1.05 s時(shí)刻為新的計(jì)時(shí)起點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程。13實(shí)線和虛線分別是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t10和t20.06 s時(shí)刻的波形圖。已知在t0時(shí)刻，x1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)動(dòng)(1)判斷該波的傳播方向；(2)求該波的最小頻率；(3)若3T0.06 s4T，求該波的波速大小。答案三、對點(diǎn)速練一、選擇題，每題有3個(gè)選項(xiàng)正確。1【答案】ABE【解析】可從題圖上看出甲擺振幅大，B正確；由題圖知兩擺周期相等，則擺長相等，因兩擺球質(zhì)量關(guān)系不明確，無法比較它們的機(jī)械能的大小，A正確，C、D錯(cuò)誤；t0.5 s時(shí)乙擺球在負(fù)的最大位移處，故有正向最大加速度，E正確。2【答案】ACD【解析】圖甲是彈簧振子自由振動(dòng)時(shí)的圖象，由圖甲可知，其振動(dòng)的固有周期為4 s，A正確，B錯(cuò)誤；圖乙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖象，彈簧振子的振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，即8 s，C正確；當(dāng)固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相等時(shí)，其振幅最大，驅(qū)動(dòng)力的周期越接近固有周期，彈簧振子的振幅越大，D正確，E錯(cuò)誤。3【答案】ABE【解析】由題中甲、乙兩圖可知，該波向x軸正方向傳播，A正確；由題圖甲知波長4 m，由題圖乙知周期T0.2 s，則波速v m/s20 m/s，B正確；質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，只在其平衡位置附近振動(dòng)，C錯(cuò)誤；經(jīng)過0.1 sT，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，D錯(cuò)誤；經(jīng)過0.35 s1T，質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波峰，而質(zhì)點(diǎn)Q在波谷與平衡位置之間，故E正確。4【答案】BDE【解析】任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)兩次通過平衡位置的時(shí)間間隔為0.4 s，則T0.4 s，解得T0.8 s，f1.25 Hz，選項(xiàng)B正確；由題圖知：該波的波長4 m，波速v5 m/s，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；畫出t0.6 s時(shí)的波形圖如圖所示，因15 m3，故x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)點(diǎn)與x3 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一樣，即在平衡位置向下振動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；畫出t0.2 s時(shí)的波形圖如圖所示，因22 m5，故x22 m處的質(zhì)點(diǎn)與x2 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一樣，即在波峰位置，選項(xiàng)D正確；因質(zhì)點(diǎn)P與x17 m處質(zhì)點(diǎn)平衡位置間距離x14 m3，故兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)相反，選項(xiàng)E正確。5【答案】BCE【解析】各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離等于振幅；由圖t = nT + T/4，x =（n+1）m，得T = 0.8/(4n+1) s（n = 0，1，2），v =（5n+5）m/s（n = 0，1，2）；波源不會(huì)遷移；t時(shí)刻，x2 km 處的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置用時(shí)四分之一周期，x1.5 km處的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置用時(shí)超過四分之一周期。6【答案】BCD【解析】據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯(cuò)；光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí)，速度變小，故B對；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)，故C對；若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故D對；若藍(lán)光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線不可能過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故E錯(cuò)。7【答案】ABE【解析】從光的折射光路可知，a光折射率大，即nanb，選項(xiàng)A對；根據(jù)n，折射率越大，在介質(zhì)中的傳播速度越小，即a光在雨滴中傳播速度小，選項(xiàng)B對；折射率越大，頻率越高，波長越短，即a光波長短，雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，由x知波長越長條紋間距越寬，所以a光雙縫干涉條紋間距窄，選項(xiàng)C錯(cuò)；光在兩種介質(zhì)表面發(fā)生折射時(shí)，頻率不變，從空氣進(jìn)入雨滴，傳播速度變小，所以波長變小，選項(xiàng)D錯(cuò)；光線從介質(zhì)到空氣，發(fā)生全反射的臨界角sin C，即a光全反射的臨界角小，當(dāng)b光能夠發(fā)生全反射時(shí)，已經(jīng)超過了a光的臨界角，a光也一定能夠發(fā)生全反射，選項(xiàng)E對。8【答案】BDE【解析】光的傳播速度由介質(zhì)的本身性質(zhì)與頻率共同決定，所以光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率有關(guān)，故A錯(cuò)誤；油膜形成的彩色條紋，是由膜的前后表面反射光，進(jìn)行光的疊加，形成的干涉條紋，故B正確；根據(jù)光的干涉條紋間距公式x，因?yàn)榧t光的波長比藍(lán)光的波長長，則紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍(lán)光干涉條紋的相鄰條紋間距大，故C錯(cuò)誤；光的偏振振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，即光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波而不是縱波，故D正確；狹義相對論認(rèn)為，在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的，故E正確。二、解答題，按題目要求解答。計(jì)算題解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。9【答案】(1)ACD(2)0.702(3)大于【解析】(1)為使屏上的干涉條紋清晰，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行；由x可知，條紋的疏密程度與雙縫間距離d、光的波長、雙縫到屏的距離L有關(guān)，所以A、C、D選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤(2)固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為20.2，所以測量結(jié)果為0.5 mm20.2×0.01 mm 0.702 mm.(3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，由幾何知識可知測量頭的讀數(shù)大于條紋間的實(shí)際距離。10【解析】光線在OA面上的E點(diǎn)發(fā)生折射，入射角為45°，折射角為由，解得折射光線射向球面AC，在D點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，入射角為，則在三角形OED中，由正弦定理有所以擋板高度解得：由對稱性可知擋板最小的高度為。11【解析】(1)根據(jù)題意做出光路如圖，設(shè)光路在D點(diǎn)的入射角、折射角為1、2，在F點(diǎn)的入射角、折射角為1、2，由折射定律有：由幾何關(guān)系sin1 = sin2 = 0.82 = 1又因ABC為等腰三角形且B =C，可知BDECFE，根據(jù)D、F縱坐標(biāo)可得兩三角形長度比例為1 : 3，故BE = 100 mm，所以E點(diǎn)坐標(biāo)為(100 mm，0)。(2)作DGx軸，易求得BD = 55 mm，BG = 44 mm，GE = 56 mm，DE = 65 mm從而可求得，代入上面折射定律可得n = 。12【解析】(1)由于質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置開始振動(dòng)，且t1.05 s5T，故在t1.05 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P通過的路程s21A84 cm。(2)設(shè)該簡諧波的波速為v，兩質(zhì)點(diǎn)O、P間的距離為x由題意可得x9 m(n0,1,2，)所以v m/s(n0,1,2，)當(dāng)n0時(shí)，該簡諧波的波速最大，vm60 m/s。(3)簡諧波從波源傳到(12 m，0)點(diǎn)所用時(shí)間t1 s1 s再經(jīng)t2tt10.05 s，質(zhì)點(diǎn)Q位于波峰位置，則以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程為y0.04cos 10t (m)。13【解析】(1)由題意可知該波向x軸正方向傳播。(2)因波的傳播具有周期性，設(shè)波的周期為T，t20.06 s時(shí)刻，則有(下列各式中n0，1，2)T0.06 s得T s則f Hz當(dāng)n0時(shí)，f最小為fmin Hz12.5 Hz。(3)法一：由3T<0.06 s<4T，T0.06 s得：n3，T0.016 s所以v m/s75 m/s。法二：由3T<0.06 s<4T知，n3，則波在0.06 s內(nèi)傳播距離為：x4.5 mv m/s75 m/s。10