專題檢測卷專題八振動和波動 光及光的本性

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1、溫馨提示: 此套題為Word版,請按住Ctrl,滑動鼠標(biāo)滾軸,調(diào)節(jié)合適的觀看 比例,答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。 專題檢測卷(十六) 振動和波動光及光的本性 (45分鐘100分) 1. (17分)(2013 ?西城區(qū)二模)⑴鋪設(shè)鐵軌時,每兩根鋼軌接縫處都必須留有一 定的間隙,勻速運行列車經(jīng)過軌端接縫處時,車輪就會受到一次沖擊。由于每一 根鋼軌長度相等,所以這個沖擊力是周期性的,列車受到周期性的沖擊做受迫振 動。普通鋼軌長為12.6m,列車固有振動周期為0.315 s。下列說法正確的是 () A. 列車的危險速率為40 m/s B. 列車過橋需要減速,是為了防止列車

2、發(fā)生共振現(xiàn)象 C. 列車運行的振動頻率和列車的固有頻率總是相等的 D. 增加鋼軌的長度有利于列車高速運行 (2)如圖所示,由某種透明物質(zhì)制成的百角三棱鏡ABC,折射率為n, ZA=30°O 一 細束光線在紙面內(nèi)從O點射入棱鏡,光線與AB面間法線的夾角為a ,通過觀察此 時無光線從AC面射出,有光線垂直于BC從棱鏡射出。稍減小a角,則可以觀察 到有光線從AC面射出。求: ① 該透明物質(zhì)的折射率n; ② 光線與AB面垂線間的夾角a的正弦值。 2. (17分)(2013 ?寶雞二模)(1)如圖所示是一列簡諧波在t=0時的波形圖像,波 速為v=10m/s,此時波恰傳到I點,下列說法中正

3、確的是() A. 此列波的周期為T=0.4s B. 質(zhì)點B、F在振動過程中位移總是相等 C. 質(zhì)點I的起振方向沿y軸負方向 D. 當(dāng)t=5.1s時,x=10m的質(zhì)點處于平衡位置處 E. 質(zhì)點A、C、E、G、I在振動過程中位移總是相同 (2)(2013 ?新課標(biāo)全國卷11)如圖,三棱鏡的橫截面為百角三角形ABC, ZA= 30°,/B=60°。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發(fā) 生反射后從BC邊的M點射出,若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等。 ①求三棱鏡的折射率; ②在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程。(不考慮多次反射)

4、 3. (17 分)(2013 ?唐山二模)⑴有一列簡諧橫波在彈性介質(zhì)中 略…―六 沿x軸正方向以速率v=10m/s傳播,某時刻的波形如圖所示,把一o':土杯3 此時刻作為零時刻,質(zhì)點A的振動方程為y=m。 (2) 一列沿x軸負方向傳播的橫波在t=0時的波形如圖所示,已知t=0.7s時,P點 第二次出現(xiàn)波峰。試計算: y/m ① 這列波的傳播速度多大? ② 從t=0時刻起,經(jīng)多長時間Q點第一次出現(xiàn)波峰? ③ 當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時,P點通過的路程為多少? 4. (24 分)(2013 -濰坊二模)⑴如圖所示,一個半徑為R的「透 明球體放置在水平面上,一束藍光從A點沿水

5、平方向射入球體 后經(jīng)B點射出,最后射到水平面上的C點。已知OA蛀,該球體對藍光的折射率為 5。則它從球面射出時的出射角。=;若換用一束紫光同樣從A點射向 該球體,則它從球體射出后落到水平面上形成的光點與C點相比,位置 (選填“偏左”“偏右”或“不變”)。 (2)如圖所示是一列簡諧橫波上A、B兩質(zhì)點的振動圖像,兩質(zhì)點平衡位置間的距 離乙x=4.0m,波長大于3.0 m,求這列波的傳播速度。 5.(25分)(1)如圖所示,一列簡諧波在均勻介質(zhì)中傳播,圖甲表示t=0時刻的波形 圖,圖乙表示圖甲中P質(zhì)點從t=0時刻開始的振動圖像,則這列波() A. 從左向右傳播 B. 波

6、的頻率為2 Hz C. 波速為4 m/s D. P質(zhì)點和D質(zhì)點在振動過程中同一時刻位移總相同 (2) 一列簡諧波在x軸上傳播,其波形圖如圖所示,其中實線、虛線分別表示 t]=0,t「0.05s時的波形,求: ① 這列波的波速。 ② 若波速為280m/s,其傳播方向如何?此時質(zhì)點P從圖中位置運動至波谷位置的 最短時間是多少? 答案解析 1. 【解析】⑴選A、。?;疖囋谛旭傔^程中與鐵軌間隙的碰撞,給火車施加了一 個周期性的驅(qū)動力,要使火車不發(fā)生危險,應(yīng)使驅(qū)動力的周期遠離火車的固有周 期,因固有周期T°=0.315s,所以驅(qū)動力周期T=T°=0.315s時使火車發(fā)生共振,振幅

7、 最大,最為危險,則由T=二得危險速度v=m= - :"'=40m/s,所以A項正確。列車過橋 v T 0.315 s 時應(yīng)防止橋梁發(fā)生共振導(dǎo)致橋梁坍塌,而不是防止列車發(fā)生共振,基本的做法是 減小火車速度,所以B項錯誤。物體受迫振動時的振動頻率總等于驅(qū)動力的頻率, 與物體的固有頻率無關(guān),所以C項錯誤。增加鐵軌的長度,使驅(qū)動力頻率遠離火 車的固有頻率,是提高火車車速的一種措施,所以D項正確。 ⑵①由題意知光線恰好在AC面發(fā)生全反射,反射光線垂直于BC面從棱鏡射出, 光路如圖所示。設(shè)全反射臨界角為C,由幾何關(guān)系有:。=。]=。2=60° , 又因sinC=_,解得n=^-i n 3

8、 ②由幾何關(guān)系有Y =30° ,由折射定律知n=!_1 siny 解得:sina=— 答案:(1)A、D (2)①三②己 3 3 2. 【解析】⑴選A、B、C。從圖像中可以看出,波長為入=4m,周期T=」=0.4s,A 對;質(zhì)點B、F是同處在波峰的兩個點,它們的振動步調(diào)完全相同,在振動過程中 位移總是相等,B對;各點的起振方向都一樣,此時I點剛起振且起振方向沿y軸 負方向,C對;當(dāng)t=5.1s時,x=10m的質(zhì)點處于負的最大位移處,D錯;從圖像中可 以看出質(zhì)點A、C、E、G、I在該時刻的位移都是零,由于波的傳播方向是向右的, 容易判斷出質(zhì)點A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì)點C、G的

9、速度方向是向上 的,因而這五個點的位移不總是相同,E錯。 (2)①光路如圖所示,設(shè)光線在P點的入射角為i,折射角為r,因光線平行AC射 入,所以i=60°,由折射定律得,對于P處折射有sini二nsinr,對于M處折射有 nsinr'=sini,所以 r=r',又 OO'//AC,匕MNC=r',匕ANP=匕MNC=r,根據(jù)三角形 的外角等于不相鄰的兩內(nèi)角之和,得r=30 ° ,所以n二二孔邑 sinr A ~' \N C ②發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=W,由圖可知,在N處反射的入射角i 〃二 60°,即sini 〃二£所以入射角i 〃 >C,符合發(fā)生全反射的條件,在AC邊沒有光

10、線 透出。 答案:(1)A、B、C (2)①,乙 ②見解析 3. 【解析】⑴由題圖讀出波長和振幅,由波速公式v=Af求出頻率,由②=2nf 得出角速度,由于質(zhì)點A開始時刻向下振動,故將相關(guān)數(shù)據(jù)代入y=-AsinE可得 答案。A=0.5m,②二三二20 n ,所以 y=-0.5sin20 n tm (2)①由圖示:這列波的波長久二4m 又:八 t二-T=0.7 s 4 得 T=0.4s 由波速公式:v二二二三二10m/s T 0.4 s ②第一個波峰到Q點的距離為x=11m,振動傳到Q點需2.5個周期,因質(zhì)點起振方 向向上,第一次到達波峰再需-周期,故t=2.5T+-T=1.1

11、s 4 4 ③ 振動傳到P點需一個周期,所以當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時,P點已振動了 2—個周 2 4 期,則P點通過的路程為s=2- x 4A=9A=0.9m。 4 答案:(1)-0.5sin20n t ⑵① 10m/s ② 1.1 s ③ 0.9 m 【方法技巧】橫波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向判斷“三法” ⑴“上、下坡”法:沿著波的傳播方向,“上坡”時質(zhì)點向下振動,“下坡”時 質(zhì)點向上振動。 fy/cm ⑵同側(cè)法:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)。 I 。土一 的傳播方向 質(zhì)點振動方向 ⑶微平移法:沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D像進行一微小平移,再由x軸上某一位

12、 置的兩波形曲線上的點來判斷。 ,y/cm —V 么5平移后的波形 /時刻波形 4. 【解析】⑴根據(jù)OA三可知入射角為30° ,由折射定律可得它從球面射出時的 出射角0=60。。若換用一束紫光同樣從A點射向該球體,由于紫光的折射率大 于藍光的折射率,則它從球體射出后落到水平面上形成的光點與C點相比,位置 偏左。 ⑵由振動圖像可知,質(zhì)點振動周期T=0.4s ①若該波從質(zhì)點A傳到質(zhì)點B,取t=0時刻分析,質(zhì)點A經(jīng)平衡位置向上振動,質(zhì) 點B處于波谷,則^x=n入+一入(n=0、1、2、3...) 4 所以該波波長為入==一 m(n=0、1、2、3...) 4n+ 1 4n+ 1

13、因為有入>3.0m的條件,所以取n=0、1 當(dāng) n=0 時,入 i=16m,波速 V]=?=40m/s 當(dāng) n=]時,入 2=3.2m,波速 v2^=8-0m/s ②若該波從質(zhì)點B傳到質(zhì)點A,取t=0時刻分析,質(zhì)點A經(jīng)平衡位置向上振動,質(zhì) 點B處于波谷,Ax=n入+上入(n=0、1、2、3.) 4 所以該波波長為入=二^=一 m(n=0、1、2、3...) 4n+3 4n4-3 因為有入>3.0m的條件,所以取n=0 當(dāng)n=0時,入「專m, 波速v「?=坦m/s 答案:(1)60° 偏左(2)見解析 【變式備選】(2013 ?長春二模)⑴關(guān)于振動和波動,下列說法正確的是() A. 單擺

14、做簡諧運動的周期與擺球的質(zhì)量有關(guān) B. 部隊過橋不能齊步走而要便步走,是為了避免橋梁發(fā)生共振現(xiàn)象 C. 在波的干涉中,振動加強的點位移不一定始終最大 D. 各種波均會發(fā)生偏振現(xiàn)象 E. 只有橫波才能發(fā)生干涉現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生干涉現(xiàn)象 (2)如圖所示,OBCD為半圓柱體玻璃的橫截面,OD為直徑,一 束由紅光和紫光組成的復(fù)色光沿AO方向從真空斜射入玻璃次、C點為兩單色光的射出點(設(shè)光線在B、C處未發(fā)生全反射)。已知從B點 射出的單色光由O到B的傳播時間為t。 ① 若OB、OC兩束單色光在真空中的波長分別為入b、入c,試比較入b、入c的大?。ú?必說明理由); ② 求從C點射出的單色光由

15、O到C的傳播時間tc。 【解析】⑴選B、C。由T=2 n,'-知,A錯誤;為防止橋的固有頻率與人齊步走的 頻率接近,發(fā)生共振,故要求便步走,B正確;振動加強點的振幅加大,但仍處于振 動之中,位移在不停變化,C正確;偏振是橫波特有的現(xiàn)象,D錯誤;橫波和縱波都 可以發(fā)生干涉現(xiàn)象,故E錯誤。 ⑵①由于OB偏折比OC偏折更多,所以入B<入c。 ②如圖,作界面OD的法線MN,設(shè)圓柱體直徑為由入射角為。,折射角分別為Ob、 0C,連接 DB、DC, 由折射定律得 n=— C 日in :- %=氣=二 sin0E=sinOc 所以tC=t

16、答案:(1)B、C (2)①入/入。②t 5. 【解析】⑴選A、B。由振動圖像可判斷t=0時刻P質(zhì)點是向下振動的,即在 簡諧波圖像上的P質(zhì)點的振動方向是向下的,由此判定波是從左向右傳播的,A正 確;質(zhì)點P振動一個周期,波在介質(zhì)中要傳播一個波長,由振動圖像看出,質(zhì)點P 振動周期T=0.5s,則振動頻率即波的頻率f===2Hz,B正確;由波的圖像可知,波長 入=6m,則波速為:vf f=12m/s,C錯誤;由于P、D兩質(zhì)點相距半個波長,在振動 過程中它們的振動步調(diào)總相反,位移和速度總是等大反向,故D錯誤。 ⑵①題目沒有指明波的傳播方向,因此有左、右傳播方向兩種可能性。 若波向右傳播,則在△t

17、=0.05s內(nèi)傳播的距離 △ x =(n+-)入,n=0、1、2、... 4 此時波速的通式為 v===(n+-) x^_=(160n+40)m/s, △t 4 0.05 n=0、1、2、. 若波向左傳播,則在△t=0.05s內(nèi)傳播的距離 △ x=(n+二)入,n=0、1、2、... 4 此時波速的通式為: v=±=(160n+120)m/s,n=0、1、2、... ②若波速v=280m/s ,在^七=0.05s內(nèi)傳播的距離為△ x=v ?△ t=280 x 0.05 =14(m)=—即傳播方向向左。 4 由波形知,波再向左傳△ x=7m,可使P點第一次到達波谷位置^ t,=——s=2.5 x 230 10-2s 答案:(1)A、B (2)①向右 v=(160n+40)m/s,n=0、1、2、… 向左 v=(160n+120)m/s,n=0、1、2、... ②向左 2.5x10-2s 【方法技巧】求波的多解問題的三種方法 ⑴如果是由于時間的周期性,則應(yīng)寫出時間與周期的關(guān)系式; ⑵如果是由于空間的周期性,則應(yīng)寫出距離與波長的關(guān)系式; ⑶如果是由于雙向性,則應(yīng)分兩種情況討論。 對于有限制條件的問題,要在解出通式以后再限制解,可避免漏解。 關(guān)閉Word文檔返回原板塊

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