高考物理二輪復習 訓練16 專題八 振動和波動 光及光的本性

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訓練16　振動和波動　光及光的本性　　　　　　　　　　　　 1．(8分)如圖所示，彈簧振子在M、N之間做簡諧運動．以平衡位置O為原點，建立Ox軸，向右為x軸正方向．若振子位于N點時開始計時，則其振動圖象為(　　) 解析：本題考查簡諧振動的圖象，意在考查學生的理解能力． 由題意，向右為x軸的正方向，振子位于N點時開始計時，因此t＝0時，振子的位移為正的最大值，振動圖象為余弦函數(shù)，A項正確． 答案：A 2．(8分)右圖是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則(　　) A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光的飽和電流大 D．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大 解析：本題綜合考查光的干涉圖樣、光電效應、全反射、能級躍遷及其相關(guān)的知識點，意在考查學生從光的干涉圖樣中獲取信息的能力和靈活運用相關(guān)知識分析解決問題的能力． 根據(jù)題圖給出的經(jīng)過同一雙縫干涉裝置得到光的干涉圖樣可知，b光的干涉條紋間距大于a光的干涉條紋間距．由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝Lλ/d可知，b光的波長大于a光的波長．由波長與頻率、光速關(guān)系式λ＝c/f可知，b光的頻率小于a光的頻率．同種均勻介質(zhì)對b光的折射率小于對a光的折射率，根據(jù)n＝c/v可知，在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的傳播速度小，選項A錯誤．由全反射臨界角公式sinC＝1/n，可知從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角小，選項B錯誤．飽和光電流與照射光的頻率無直接關(guān)系，因此選項C錯誤．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，根據(jù)玻爾理論，產(chǎn)生a光的能級能量差較大，選項D正確． 答案：D 3．(16分) 激光束可以看做是粒子流，其中的粒子以相同的動量沿光傳播方向運動．激光照射到物體上，在發(fā)生反射、折射和吸收現(xiàn)象的同時，也會對物體產(chǎn)生作用．光鑷效應就是一個實例，激光束可以像鑷子一樣抓住細胞等微小顆粒．一束激光經(jīng)S點后被分成若干細光束，若不考慮光的反射和吸收，其中光束①和②穿過介質(zhì)小球的光路如圖所示．圖中O點是介質(zhì)小球的球心，入射時光束①和②與SO的夾角均為θ，出射時光束均與SO平行．請在下面兩種情況下，分析說明兩光束因折射對小球產(chǎn)生的合力的方向． a．光束①和②強度相同； b．光束①比②的強度大． 解析：本題主要考查動量定理的矢量應用，意在考查學生的理解和應用能力． a．僅考慮光的折射，設Δt時間內(nèi)每束光穿過小球的粒子數(shù)為n，每個粒子動量的大小為p. 這些粒子進入小球前的總動量為p1＝2npcosθ 從小球出射時的總動量為p2＝2np p1、p2的方向均沿SO向右 根據(jù)動量定理得FΔt＝p2－p1＝2np(1－cosθ)>0 可知，小球?qū)@些粒子的作用力F的方向沿SO向右；根據(jù)牛頓第三定律，兩光束對小球的合力的方向沿SO向左． b．建立如圖所示的Oxy直角坐標系． x方向： 根據(jù)a同理可知，兩光束對小球的作用力沿x軸負方向． y方向： 設Δt時間內(nèi)，光束①穿過小球的粒子數(shù)為n1，光束②穿過小球的粒子數(shù)為n2，n1>n2. 這些粒子進入小球前的總動量為p1y＝(n1－n2)psinθ 從小球出射時的總動量為p2y＝0 根據(jù)動量定理得FyΔt＝p2y－p1y＝－(n1－n2)psinθ 可知，小球?qū)@些粒子的作用力Fy的方向沿y軸負方向，根據(jù)牛頓第三定律，兩光束對小球的作用力沿y軸正方向． 所以兩光束對小球的合力的方向指向左上方． 4．(8分)在均勻介質(zhì)中坐標原點O處有一波源做簡諧運動，其表達式為y＝5sint(m)，它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻波剛好傳播到x＝12 m處，波形圖象如圖所示，則(　　) A．此后再經(jīng)6 s該波傳播到x＝24 m處 B．M點在此后第3 s末的振動方向沿y軸正方向 C．波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向 D．此后M點第一次到達y＝－3 m處所需時間是2 s 解析：本題考查波的傳播、簡諧運動表達式的理解、波的圖象的理解、波速的計算及其相關(guān)的知識點，意在考查學生靈活運用相關(guān)知識分析解決問題的能力． 由題中波的圖象可知，該波的波長λ＝8 m，由波源簡諧運動的表達式y(tǒng)＝5sint(m)可知，ω＝ rad/s，周期T＝＝4 s，波速v＝＝2 m/s.此后再經(jīng)6 s，該波再向前傳播的距離s＝vt＝26 m＝12 m，即再經(jīng)6 s，該波傳播到x＝12 m＋12 m＝24 m處，選項A正確．題中波的圖象上此時M點向下振動，在此后的第3 s末(即經(jīng)過)的振動方向沿y軸正方向，選項B正確．由題圖為某時刻波剛好傳播到x＝12 m時的波的圖象可知，波源開始振動時的方向沿y軸正方向，選項C錯誤．題圖中M點振動方向向下，此后M點第一次到達y＝－3 m處所需的時間小于半個周期，即小于2 s，選項D錯誤． 答案：AB 5．(20分)(1)關(guān)于光在科學技術(shù)、生產(chǎn)和生活中的應用，下列說法正確的是(　　) A．用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 B．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象 C．在光導纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的色散現(xiàn)象 D．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 (2)如圖所示，一玻璃三棱柱豎直放在水平桌面上，其底面A1B1C1是邊長a＝12 cm的等邊三角形，柱高L＝12 cm.現(xiàn)在底面的中心O處放置一點光源，不考慮三棱柱內(nèi)的反射光，玻璃的折射率為，求三個側(cè)面的發(fā)光的總面積． 解析：(1)選項A是利用光的干涉現(xiàn)象，選項B是利用光的色散現(xiàn)象，選項C是利用光的全反射現(xiàn)象，選項D是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象，故D正確． (2)因光源在底面的中點，可知光源到三個側(cè)面的距離相等，根據(jù)幾何知識可知光源到三個側(cè)面的距離為a.根據(jù)折射定律，sinC＝＝＝，求得臨界角C＝45.根據(jù)幾何知識可求每個側(cè)面的發(fā)光的面積為半徑為a圓面積的一半．三個側(cè)面的發(fā)光面積為S＝π(a)2＝18π cm2. 答案：(1)D　(2)18π cm2 6．(16分)(1)平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波)，在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運動，測得兩小木塊每分鐘都上下30次，甲在波谷時，乙在波峰，且兩木塊之間有一個波峰．這列水面波(　　) A．頻率是30 Hz B．波長是3 m C．波速是1 m/s D．周期是0.1 s (2)圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，a、b兩質(zhì)點的橫坐標分別為xa＝2 m和xb＝6m，圖乙為質(zhì)點b從該時刻開始計時的振動圖象．下列說法正確的是(　　) A．該波沿＋x方向傳播，波速為1 m/s B．質(zhì)點a經(jīng)過4 s振動的路程為4 m C．此時刻質(zhì)點a的速度沿＋y方向 D．質(zhì)點a在t＝2 s時速度為零 解析：(1)由于小木塊每分鐘振動30次，因此周期為T＝ s，頻率為：f＝＝0.5 Hz，故A、D錯；又因為甲在波谷時，乙在波峰，且兩木塊之間有一個波峰，所以λ＝sAB，解得波長λ＝2 m．波速v＝＝1 m/s，B錯、C對 . (2)由題圖甲可知，該波的波長為8 m，由題圖乙可知，波振動的周期為8 s，并且質(zhì)點b在開始計時時刻沿＋y軸方向運動，則該波沿－x方向傳播，且波速v＝＝ m/s＝1 m/s，故選項A錯誤；質(zhì)點a經(jīng)4 s振動半個周期，振動的路程為兩個振幅，即振動的路程為2A＝20.5 m＝1 m，故選項B錯誤；該波沿－x方向傳播，則開始計時時刻質(zhì)點a的速度沿－y軸方向運動，故選項C錯誤；質(zhì)點a在t＝2 s時，處于波谷，其速度為零，故選項D正確． 答案：(1)C　(2)D 7．(24分)(1)如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋，要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　) A．增大S1與S2的間距 B．減小雙縫屏到光屏的距離 C．將綠光換為紅光 D．將綠光換為紫光 (2)某同學沒計了一個測定激光波長的實驗裝置，如圖甲所示，激光器發(fā)出的一束直徑很小的紅色激光進入一個一端裝雙縫、另一端裝有感光片的遮光筒，感光片的位置上出現(xiàn)一排等距的亮點，圖乙中的黑點代表亮點的中心位置． ①通過量出相鄰光點的距離可算出激光的波長．據(jù)資料介紹：若雙縫間距為a，雙縫到感光片的距離為L，感光片相鄰兩點間的距離為b，則光的波長λ＝.該同學測得L＝1.0000 m，雙縫間距a＝0.220 mm，用十分度游標卡尺測感光片上的點間距離時，尺與點的中心位置如圖乙所示．圖乙中第1個光點到第4個光點的距離是________mm.實驗中激光的波長λ＝________m．(保留兩位有效數(shù)字) ②如果實驗時將紅激光換成藍激光，屏上相鄰兩光點間的距離將________． 解析：(1)在雙縫干涉實驗中，相鄰兩條亮紋(或暗紋)間的距離Δx＝λ，要想增大條紋間距可以減小兩縫間距d，或者增大雙縫屏到光屏的距離l，或者換用波長更長的光做實驗．由此可知，選項C正確，A、B、D錯誤． (2)①由題圖乙可知第1個光點到第4個光點間的距離b′＝8.6 mm，b＝＝2.9 mm.則λ＝b＝2.910－3 m＝6.410－7 m. ②如果實驗時將紅激光換成藍激光，λ變小了，由b＝可得，屏上相鄰兩光點的間距將變?。? 答案：(1)C　(2)①8.6　6.410－7　②變小